CN1613146A - 倒装芯片结合器及其方法 - Google Patents

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Abstract

倒装芯片结合器(100)包括一个带有多个拾取喷嘴(112A－D)的拾取转动架组件(110)，以及一个带有多个放置喷嘴(117A－H)的放置转动架组件(115)。每个拾取喷嘴(112A－D)通过管芯的凸点化表面拾取管芯(107)，并且将所拾取的管芯(107)转换角度到转移位置，从而翻转所拾取的管芯(107)。在转移位置(310)，将所拾取的管芯转移到一个放置喷嘴(117A－H)，此时管芯通过其背面被保持。将放置喷嘴转换角度到一个将助焊剂施加到管芯(107)上的助焊位置，并且进一步转换角度到一个将浸渍了助焊剂的管芯(107)放置到引线架(121)上的目标位置(122A)上的放置位置，管芯的凸点紧靠引线架(121)的引线部分。多个喷嘴(112A－D和117A－H)使得能够同时操作每个管芯(107)，从而支持更高的生产能力。

Description

倒装芯片结合器及其方法
技术领域
本发明涉及一种倒装芯片结合器及其方法，更具体地讲，涉及一种具有更高生产能力的倒装芯片结合器。
背景技术
倒装芯片半导体封装是已知的，随着对更小的半导体封装的需要的增加，例如，消费者需要更小的便携式产品，使得倒装芯片半导体封装的市场需求很可能迅速增长。目前倒装芯片封装中使用的倒装芯片结合器的生产能力大约为每小时4,000单元，但是，由于预期的产量增长，希望生产能力进一步提高。
倒装芯片半导体封装是翻转凸点化半导体管芯，使得其焊点图形通过凸点重熔之后直接连接到衬底或引线架上的对应接线端图形。然后，将管芯、凸点和衬底或引线架的组件封闭在模制化合物中，并且随后从中形成单个的封装件。一个例子是无引线四方扁平(QFN)封装，这种封装方法是首先模制，然后锯切成单个的封装件。
当在倒装芯片封装中封装半导体管芯时，在提供管芯的半导体晶片上形成凸点。也就是说，在半导体晶片的单个管芯的焊点上形成一般是由低温焊料构成的凸点。然后锯切凸点化半导体晶片，并且将锯切好的半导体晶片安装在管芯结合器的X-Y管芯拾取台上。在形成凸点的过程中，安装半导体晶片使焊点暴露在外。结果，在形成凸点之后，通过将它的背面面对一个粘结膜固定凸点化晶片，使其形成凸点的一侧暴露在外。正是在这个位置上，执行对凸点化半导体晶片的锯切。这导致了晶片的分割成单个的半导体管芯固定在粘结膜上，而半导体管芯的凸点一侧暴露在外。如稍后要说明的，这导致了在把半导体管芯封装在倒装芯片半导体封装件时的某些困难。
在一种惯用的非倒装芯片结合器中，结合头在管芯拾取台之间水平移动，用一个真空拾取喷嘴通过管芯的焊点一侧拾取管芯，然后，移动回到管芯放置位置。管芯放置位置与引线架上的叶板对准，当到达管芯放置位置时，结合头将拾取的管芯放置在引线架的叶板上。一般在管芯放置之前将环氧树脂沉积在叶板上，并且当通过结合头以预定的力将半导体管芯放置在环氧树脂上时，未固化的环氧树脂造成管芯的背面，即与焊点表面相反的表面，粘结到叶板上。然后，当加热管芯、环氧树脂和引线架时，环氧树脂固化并且将管芯粘结到叶板。
在倒装芯片结合器中，以相同的方式放置凸点化管芯，使它的背面被粘结膜固定并且凸点暴露在外。倒装芯片结合器必须在管芯的形成凸点的一侧拾取凸点化管芯，翻转凸点化管芯，将助焊剂施加到凸点上，并且将管芯放置到引线架上，使得管芯上的凸点与引线架上的引线部分对准。接下来，当重熔凸点化管芯、助焊剂和引线架时，焊料凸点熔化，并且将管芯上的焊点电和机械地连接到引线架的引线部分。
Wirz等申请的并且转让给瑞士的Alphasem AG的美国专利6171049中公开了倒装芯片结合器的一个例子。Wirz等提出了一种倒装芯片结合器，这种倒装芯片结合器具有一个用于从安装的半导体晶片拾取管芯的拾取头，一个用于从拾取头接收管芯和翻转管芯的中间翻转构件，以及一个用于从中间翻转构件拾取翻转的管芯并且将管芯放置在衬底上的放置头。
Wirz等人提出的结合器的缺点在于拾取、翻转、然后放置每个半导体管芯的动作是顺序进行的。这影响了倒装芯片封装中的拾取和放置的生产能力。此外，由于具有两个管芯转移，也就是从拾取头到中间翻转构件然后从中间翻转构件到放置头的转移，因此，保持被放置的半导体管芯的适当对准，特别是比较小的半导体管芯的对准，将会十分困难。
另一种已知的结合装置组合了一个具有多个拾取和翻转半导体管芯的头的垂直转动拾取组件；和一个在转移位置与放置位置之间水平运动的放置头。拾取组件的每个头从拾取位置上的晶片拾取管芯，然后，当管芯位于转移位置时，每个头转动以翻转管芯的方向。放置头在转移位置与拾取头对准，然后从拾取头拾取管芯。然后，放置头水平地移动回到放置位置，并且将转移的管芯放置到衬底或引线架上。
由于放置头总是不带管芯地从放置位置移动到转移位置，因此这种管芯结合装置的缺点也是生产能力较低。
发明内容
本发明的目的是要提供一种能克服，或至少减少，上述现有技术的问题的倒装芯片结合器以及方法。
因此，本发明在一个方面提供了一种元件安装装置，包括：
至少一个具有多个拾取头的拾取组件，其中每个拾取头适合于拾取至少一个具有拾取方向的元件，相对于拾取方向将至少一个元件的方向改变到转移方向，并将至少一个具有转移方向的元件提供到转移位置；和
至少一个与至少一个拾取组件相关联并具有多个放置头的放置组件，其中每个放置头适合于在转移位置从每个拾取头拾取至少一个具有转移方向的元件，并将至少一个具有转移方向的元件放置到放置位置上。
在另一个实施例中，本发明提供了一种用于将多个元件安装在一个元件载体的多个元件载体位置上的方法，该方法包括如下步骤：
a)在拾取位置拾取多个元件中的第一个元件；
b)将多个元件中的第一个元件从拾取位置移动到转移位置，从而改变多个元件中的第一个元件的方向；
c)拾取多个元件中的第二个元件；
d)与步骤(c)同时，在转移位置释放多个元件中的第一个元件以进行转移；和
e)在转移位置拾取多个元件中的第一个元件；
f)将多个元件中的第一个元件从转移位置移动到助焊位置；
g)将助焊剂施加到多个元件中的第一个元件；
h)与步骤(g)同时，在转移位置拾取多个元件中的第二个元件；
i)将多个元件中的第一个元件移动到放置位置；
j)与步骤(i)同时，将多个元件中的第二个元件移动到助焊位置；
k)将多个元件中的第一个元件放置在多个元件载体位置的第一个位置上；和
l)与步骤(k)同时，拾取多个元件中的第三个元件，并给多个元件中的第二个元件浸渍助焊剂。
在又一个实施例中，本发明提供了一种元件安装装置，包括：
至少一个具有多个拾取头的拾取组件，其中每个拾取头适合于拾取至少一个具有拾取方向的元件，并将至少一个具有转移方向的元件提供在转移位置；和
至少一个与至少一个拾取组件相关联并具有多个放置头的放置组件，其中每个放置头适合于在转移位置从每个拾取头拾取至少一个具有转移方向的元件，相对于转移方向将至少一个元件的方向改变到放置方向，并将至少一个具有放置方向的元件放置在放置位置。
附图说明
以下参考附图，以举例说明的方式，详细说明本发明的一个实施例，其中：
图1示出了根据本发明的一个倒装芯片结合器的示意图；
图2A-2B示出了图1中的倒装芯片结合器的操作的流程图；
图3A-3J示出了图1中的倒装芯片结合器的从第一透视点观看的一系列侧视图；和
图4A-4J示出了图1中的倒装芯片结合器的从第二透视点观看的一系列侧视图。
具体实施方式
本发明提供的倒装芯片结合器具有一个带有多个拾取头的拾取转动架，以及一个带有多个放置头的放置转动架。拾取转动架和放置转动架的转动轴彼此成直角，以便使其中一个拾取头和其中一个放置头在转移位置对准。将凸点化半导体管芯的单件化半导体晶片安装在一个活动支撑台上，以提供半导体管芯的馈送，并且将一个引线架安装在一个活动支撑台上，以提供放置凸点化半导体管芯的目标。调整活动支撑台上的管芯的方向，使它们的背面，也就是与形成凸点的表面相反的一面位于支撑台上。每个拾取头通过管芯的凸点化表面拾取管芯，并且将所拾取的管芯移动到转移位置，从而翻转所拾取的管芯。在转移位置，一个放置头与仍然被拾取头保持的所拾取的管芯对准，并且将管芯转移到放置头，放置头通过管芯的背面保持半导体管芯。接下来，在一个助焊位置将转移的管芯的凸点浸渍在助焊剂中，然后，在一个放置位置，将浸渍了助焊剂的管芯放置在引线架上的目标位置上，使得凸点紧靠引线架的引线部分。同时，在把拾取的管芯从拾取头转移到在转移位置的放置头时，另一个拾取头在拾取位置拾取另一个管芯。这种同时动作的优点使得上述本发明的倒装芯片结合器能够提供更高的生产能力。
图1示出了根据本发明倒装芯片结合器100，包括活动晶片支撑台105、拾取转动架组件110、放置转动架组件115和活动引线架支撑台120。活动晶片支撑台105包括一个也能够转动的X-Y台。单件化的半导体晶片106(部分示出)包括多个一般通过粘结膜(未示出)固定的凸点化半导体管芯(例如107)，粘结膜通过真空保持在活动晶片支撑台105上。如图中的一组箭头108所示，活动晶片支撑台105可以沿X、Y和Z轴移动，并且可以绕Z轴转动R。X-Y移动使得活动晶片支撑台105能够在一个共同水平平面上沿X和Y参考轴移动，以使活动晶片支撑台105上的每个管芯与一个参考拾取位置横向对准。此外，活动晶片支撑台105绕Z垂直轴的旋转R运动，使得经过径向角度位移的管芯在通过拾取转动架组件110从活动晶片支撑台105拾取之前，能够在拾取位置径向对准。
熟悉本领域的人员知道，可以使用光学辅助拾取和放置系统来确定管芯107在活动晶片支撑台105上的位置和方向。然后可以把这种使用光学检测器的光学辅助拾取和放置系统的输出提供到活动晶片支撑台105。然后，活动晶片支撑台105移动，以将特定管芯107与拾取位置对准。除非有利于更好地理解上述本发明的内容，在这里不对光学辅助拾取和放置系统进行进一步的详细说明。
在一个实施例中，在装配设备的过程中，可以使用活动晶片支撑台105沿Z轴的附加运动来设定拾取转动架组件110与活动晶片支撑台105上的管芯107之间的距离。进行这种设定可以保证拾取转动架组件105能够可靠地拾取活动晶片支撑台105上的管芯，特别是厚度超过2mm的管芯，而不会对管芯造成损伤。
拾取转动架组件110包括一种四个拾取头111A-111D在共同垂直平面上的环形布置，每个拾取头装备有一个真空拾取喷嘴112A-112D。拾取转动架组件110绕一个固定的水平轴转动，使每个喷嘴112A-112D在四个预定位置顺序移动或者转换角度。这四个位置包括彼此相对的一个拾取位置和一个转移位置，以及在拾取位置与转移位置之间的两个其它中间位置。当在拾取位置时，喷嘴112A-112D各自从活动晶片支撑台105拾取一个管芯，并且在转移位置时，顺序地将拾取的管芯从喷嘴112A-112D转移到放置转动架组件115。
真空拾取喷嘴112A-112D适合于通过靠近半导体管芯107的暴露的凸点化表面，并且应用真空以将凸点化管芯107保持在喷嘴112A-112D的末端，而从活动晶片支撑台105拾取管芯，例如107。在拾取转动架组件110上，四个拾取头111A-111D彼此以90度相等地间隔。每个拾取头111A-111D可以包括一个能够使各个喷嘴112A-112D在一个预定缩回位置与一个预定伸出位置之间移动并且可以独立控制的弹簧负载致动器。
在一个优选实施例中，使用了一个单一的固定致动器，并且当任何一个拾取头111A-111D在拾取位置时，固定致动器处于与四个拾取头111A-111D中的每个啮合的位置。当致动器启动时，使得在拾取位置的喷嘴，例如112A，从缩回位置移动到伸出位置。然后，喷嘴112A从活动晶片支撑台105拾取管芯107，并且弹簧使喷嘴112A返回到缩回位置。接下来，拾取转动架组件110的转动使得喷嘴112A从拾取位置移动到转移位置。
在这个实施例中，拾取转动架组件包括一个电机驱动的四位置分度器。使用一个凸轮驱动杠杆机构作为致动器，这个致动器与每个拾取头111A-111D协同操作，以推动喷嘴112A-112D从预定缩回位置到预定伸出位置的运动。此外，四个机械阀切换真空，以使喷嘴112A-112D开启和关闭。
尽管可以使用带有两个彼此相对安装的头的拾取转动架组件110，但是，管芯从拾取位置通过180度的角度到达转移位置的运行距离，以及为了满足所需生产能力的短的运行时间，造成了由于离心力使拾取的管芯从拾取喷嘴飞离的危险。四头布置减小了给定生产能力下的管芯运行距离，从而减小了这种危险。熟悉本领域的人员应当知道，不同的管芯尺寸和生产能力要求可以导致带有四个以上的头的拾取转动架组件。
当转动拾取转动架组件时另一个有关的问题是它的质量和产生的动量，以及当喷嘴保持管芯时其产生的效果。运行的距离越大，导致的动量越大，使得越难以控制拾取转动架组件的运动，从而使它的旋转运动不平稳。防止喷嘴保持的管芯位移或跌落是必须的。此外，根据管芯的尺寸和所需生产能力，可以使用具有四个以上头的拾取转动架组件。
放置转动架组件115包括一种在一个共同水平平面上的八个放置头116A-116H的环形布置，每个放置头装备着一个真空拾取喷嘴117A-117H。每个放置头116A-116H可以包括一个能够在一个预定缩回位置与一个预定伸出位置之间移动它们的对应的喷嘴117A-117H的可独立控制的致动器。放置转动架组件115绕一个固定垂直轴转动，移动每个喷嘴117A-117H顺序地通过转移位置、助焊位置和放置位置。在转移位置上，喷嘴117A-117H利用放置头116A-116H中的致动器，拾取由拾取转动架组件110的喷嘴112A-112D在转移位置提供的管芯107。接下来，在移动到助焊位置之后，也是通过启动放置头116A-116H中的致动器，将转移的管芯107浸渍在助焊剂容器(未示出)中。这将助焊剂施加到管芯107的凸点上。然后，活动引线架支撑台120将引线架121上的管芯107的目标位置122A与放置位置对准。当把转移的管芯107移动到放置位置时，再次利用放置头116A-116H的致动器，将管芯107放置在目标位置122A上。
真空放置喷嘴117A-117H适合于通过靠近半导体管芯107的背面，并且利用真空将凸点化管芯107固定到喷嘴117A-117H的末端，而拾取半导体管芯107。在放置转动架组件115上，八个放置头116A-116H以45度均匀间隔。
在优选实施例中，使用了三个固定致动器，并且适当地给三个致动器定位，以便分别在转移位置、助焊位置和放置位置与放置头116A-116H中的任何一个啮合并且与它们一同操作。当三个致动器中任何一个启动时，在转移、助焊或放置位置的喷嘴，例如117A，从缩回位置移动到伸出位置。在转移位置上，伸出的喷嘴117A从例如拾取喷嘴112A拾取管芯107，并且一个弹簧使喷嘴117A返回到它的缩回位置。同样，在助焊和放置位置，喷嘴117A通过各个位置的各自致动器在缩回和伸出位置之间移动。此外，八个机械阀切换真空，以使喷嘴117A-117H开启和关闭。此外，放置转动架组件115包括一个电机驱动的八位置分度器。喷嘴117A-117H从预定缩回位置到预定伸出位置的运动和对喷嘴117A-117H的真空切换，是通过与三个致动器一同操作的离合-制动机构实施的。
如用123表示的一组箭头所示，活动引线架支撑台120可以沿X、Y和Z轴移动，并且可以绕Z轴转动R。活动引线架支撑台120包括一个X-Y台(部分示出)，X-Y台也包括进一步的旋转运动R和沿Z轴的移动。包括多个目标位置122A、122B等等的引线架121(部分示出)一般是通过真空和/或夹持装置固定到X-Y台的。X-Y移动使得活动引线架支撑台120能够沿一个共同水平平面上的X和Y参考轴横向运动，以将引线架121上的每个目标位置122A、122B等与参考放置位置对准。此外，活动引线架支撑台120绕垂直轴Z的旋转运动R，使得能够在放置半导体管芯107之前使位移了一个角度的目标位置，例如122A，和放置位置对准。此外，如熟悉本领域的人员所知，也可以使用光学辅助拾取和放置系统来确定目标位置112A的位置和方向。然后，可以把这个光学辅助拾取和放置系统的输出提供到活动引线架支撑台120。除非有利于更好地理解上述本发明的内容，在这里不对光学辅助拾取和放置系统进行进一步的详细说明。
在一个实施例中，在设备的装配过程中，可以使用活动引线架支撑台120沿Z轴的附加移动来设定转动架组件115与活动引线架支撑台120上的引线架121之间的距离。这种设定保证了放置转动架组件115可靠地将管芯107放置到引线架121上，特别是厚度超过2mm的管芯，而不会对管芯造成损坏。
在一个优选实施例中，在助焊位置之后和放置位置之前，放置转动架组件115移动放置头117A-117H通过两个附加位置，方向检测位置和待用位置。在方向位置上，一个光学方向检测器确定经过浸渍的管芯的方向，并且将它与在目标位置的引线架121上的目标位置的方向进行比较。然后，移动活动引线架支撑台120以补偿方向上的任何差异。
一般使用一个摄像机作为光学检测器，并且，在倒装芯片结合器100的优选实施例中，在可视拾取和放置系统中总共使用了三个摄像机。一个摄像机对准活动晶片支撑台105上的管芯，另一个对准活动引线支撑台上的引线架的目标位置，第三个摄像机对准方向检测位置上的浸渍了助焊剂的管芯。
插图125更详细地示出了在转移位置上带有保持着半导体管芯107的喷嘴112A并且与带有喷嘴117A的放置头116A对准的拾取头111A。可以校准拾取头111A和放置头117A中的致动器，以分别设定喷嘴111A和117A的行程和作用在管芯上的力。
尽管本说明书详细地说明了拾取半导体管芯并将其放置在引线架上，但是，上述本发明可以适合于拾取和放置其中拾取位置上的元件的方向与放置位置上元件载体上的要求的元件方向不同的元件载体上的任何元件。光检测器是这种元件的一个例子。此外，元件载体可以包括用于直接芯片插接应用的各种衬底和印刷电路板。
参考图2A和部分地参考图3A-J和图4A-J，拾取转动架组件110的操作202开始于步骤205，在步骤210，拾取头111A中的致动器操作，使喷嘴112A在拾取位置拾取管芯107A。当然，在拾取之前，通过X-Y晶片台120将管芯107A与拾取位置上的拾取喷嘴112A对准。然后，在步骤215，拾取转动架组件110转动或转位90度，将管芯107A从拾取位置移动到转移位置，从而翻转了管芯107A。与此同时，另一个喷嘴112B移动到拾取位置。
接下来，在X-Y台120将另一个管芯107B与拾取位置对准之后，通过拾取头111B中的致动器的操作，喷嘴112B拾取另一个管芯107B。然后，拾取转动架组件110进一步转动90度的角度，将管芯107A移动到转移位置，同时将喷嘴112B保持的管芯107B从拾取位置移开，并且把另一个喷嘴112C移动到拾取位置。通过两个90度的位移，管芯107A的方向相对于它在拾取位置上的方向颠倒或翻转。然后，同时在步骤220，喷嘴112C拾取另一个管芯107C，喷嘴112A在转移位置上释放管芯107A，以便由放置转动架组件115拾取。然后，操作202返回到步骤210，并且重复进行上述操作。
参考图2B，并且部分参考图3A-J和图4A-J，放置转动架组件115的操作204开始于步骤250，在步骤255，一个喷嘴，例如117A，通过放置头116A中的致动器的操作，在转移位置从拾取头111A拾取管芯107A。在通过管芯107A的背面保持管芯的情况下，转动架组件115将管芯107A旋转和移动到一个助焊位置。在步骤260，在助焊位置，通过放置头116A中的致动器的操作，将管芯浸渍在一个助焊剂容器中，以将助焊剂施加到管芯107A的凸点上。与此同时，放置头116B中的致动器启动，以拾取现在处于转移位置的另一个管芯107B。
然后在步骤265，放置转动架组件115转动，将管芯107A移动到放置位置，并且将管芯107B移动到助焊位置。接下来在步骤270，在活动引线架支撑台120将引线架121上的目标位置122A与放置位置对准之后，通过拾取头111A中的致动器的操作，将管芯107A放置在目标位置122A。与此同时，拾取头116B在助焊位置用助焊剂浸渍管芯107B，并且拾取头116C拾取现在位于转移位置的另一个管芯107C。然后，操作204返回到步骤255，并且重复进行上述操作。
现在参考图3A-J和图4A-J更详细地说明上述本发明的操作。首先参考图3A和4A，单件的凸点化半导体晶片106的多个管芯，包括管芯107A，固定在粘结膜301上，粘结膜301安装在活动晶片支撑台105上。将管芯107A与位于垂直参考轴304上的拾取位置305对准。如上所述，这是通过活动晶片支撑台105完成的。
拾取转动架组件110和放置转动架组件115彼此固定成直角，从而使得拾取喷嘴112A-112D中的一个能够在转移位置310沿垂直参考轴304与放置喷嘴117A-117H中的一个对准。作为一个开始点，为了便于说明，将拾取喷嘴112C和放置喷嘴117G显示为在转移位置310与垂直参考轴304对准。与此同时，另一个拾取喷嘴112A在拾取位置305与垂直参考轴304对准，以拾取管芯107A；与此同时，另一个放置喷嘴117F在助焊位置315与助焊轴306对准；并且，另一个放置喷嘴117E在放置位置320与放置轴307对准。
一个具有助焊剂303的助焊剂容器302位于相对于放置转动架组件115的一个固定位置上，并且在助焊位置315上，助焊剂容器与助焊轴306对准。此外，在放置位置320上，活动引线架支撑台120将引线架121的目标位置122A与放置轴307对准。
接下来，参考图3B和4B，拾取头111A中的致动器造成在拾取位置305上的喷嘴1112A移动到伸出位置，并且紧靠管芯107A的凸点化表面。然后，经过喷嘴112A施加真空，真空将管芯107A保持在喷嘴112A上。当拾取头111A中的致动器将喷嘴112A从伸出位置移动到缩回位置时，将管芯107A从粘结膜301上撕开。箭头325和425指示喷嘴112A在伸出和缩回位置之间的运动。一般情况下，活动晶片支撑台105中的一个销(未示出)与要拾取的管芯107A对准，并且向上推动管芯107A的背面，以帮助喷嘴112A从粘结膜301取下管芯107A。当拾取较小的管芯时，销形成通常刺穿粘结膜301的点。
现在参考图3C和4C，拾取了管芯107A之后，拾取转动架组件110和放置转动架组件115转动。拾取转动架组件110转动330和430通过90度的角度，将拾取的管芯107A从拾取位置305移开，并且在拾取位置305将拾取喷嘴112B与垂直参考轴304对准。然后，活动晶片支撑台105将另一个管芯107B在拾取位置305与垂直参考轴304对准。但是，应当知道，管芯107B的对准发生在已经拾取了管芯107A之后，但是在喷嘴112B拾取管芯107B之前的任何时间。
放置转动架组件115转动或转换332和432一个45度角，将喷嘴117H与垂直参考轴304对准，将喷嘴117G与助焊轴306对准，并且将喷嘴117F与放置轴307对准。
参考图3D和4D，拾取头111B中的致动器致使拾取喷嘴112B在拾取位置305拾取管芯107B。如上所述，这也是通过箭头335和435所示，在伸出和缩回位置之间移动拾取喷嘴112B并且应用真空完成的。在这点，将两个管芯107A和107B从活动晶片支撑台105取下，并且由拾取转动架组件110保持。
在图3E和4E中，在拾取了管芯107B之后，拾取转动架组件110和放置转动架组件115再次转动。拾取转动架组件110旋转340和440通过90度的角度，以将管芯107A移动到在转移位置310与垂直参考轴304对准，从而改变了要颠倒或翻转的管芯的方向。这一角度转换也将管芯107B从拾取位置305移开，并且将拾取喷嘴112C移动到在拾取位置305与垂直参考轴304对准。与此同时，活动晶片支撑台105将另一个管芯107C在拾取位置305与垂直参考轴304对准。
放置转动架组件115转动342和442通过另外一个45度的角度，将喷嘴117A与垂直参考轴304对准，将喷嘴117H与助焊轴306对准，并且将喷嘴117E与放置轴307对准。
因此，拾取转动架通过凸点化表面拾取凸点化管芯，并且颠倒拾取的管芯，有利地显露出管芯的背面，以便直接放置在引线架或衬底上，从而方便了翻转管芯的直接附着。
现在参考图3F和4F，放置头116A和拾取头111C中的致动器同时操作。这引起拾取喷嘴112C在拾取位置305拾取管芯107C，如前所述，这是通过如箭头345和445所示在伸出和缩回位置之间移动拾取喷嘴112C并且如上所述地应用真空完成的。此外，在释放管芯107A的凸点化表面上的拾取喷嘴112A的真空的同时，放置喷嘴117A在转移位置310通过管芯的背面从拾取喷嘴112A拾取管芯107A。放置头116A中的致动器如箭头350和450所示那样在伸出和缩回位置之间移动放置喷嘴117A，并且应用真空，从而完成了这种转移。为了帮助管芯107A从拾取喷嘴112A到放置喷嘴117A的转移，可以减少拾取喷嘴112A上的真空，而不是关闭真空。这可以减小管芯107A跌落或丢失的可能性。
参考图3G和4G，在管芯107A转移到放置头117A并且拾取了管芯107C之后，拾取转动架组件110和放置转动架组件115再次同时转动。拾取转动架组件110转动360和460通过再一个90度的角度，以将管芯107B移动到在转移位置310与垂直参考轴304对准，并将管芯107C从拾取位置305移开。此外，拾取喷嘴112D在拾取位置305与垂直参考轴304对准，并且活动晶片支撑台105将另一个管芯107CD在拾取位置305与垂直参考轴304对准。
放置转动架组件115转动355和455通过另一个45度的角度，将喷嘴117B与垂直参考轴304对准，将保持管芯107A的喷嘴117A与助焊轴306对准，并且将喷嘴117H与放置轴307对准。
现在参考图3H和4H，放置头116A、116B和拾取头111D中的致动器同时操作。这使拾取喷嘴112D在拾取位置305拾取管芯107D，并使拾取喷嘴112D如箭头365和465所示在伸出和缩回位置之间移动，并且如上所述应用真空。与此同时，放置喷嘴117A在助焊位置315如箭头375和475所示在伸出和缩回位置之间移动，以浸渍管芯107A，更具体地讲，是将管芯107A上的凸点浸渍在助焊剂303中，并且在转移位置310，放置喷嘴117B通过管芯的背面从拾取喷嘴112B拾取管芯107B。这是通过如箭头370和470所示那样在伸出和缩回位置之间移动放置喷嘴117B，并且应用真空完成的。在这个操作点，拾取转动架组件110保持着两个管芯107C和107D，放置转动架组件115保持着两个管芯107A和107B，管芯107A具有施加到它的凸点上的助焊剂。
接下来，参考图3I和4I，拾取转动架组件110和放置转动架组件115再次同时转动。拾取转动架组件110转动385和485通过另一个90度的角度，以将管芯107C移动到在转移位置310上与垂直参考轴304对准，并且将管芯107D从拾取位置305移开。此外，拾取喷嘴112A再次在拾取位置305上与垂直参考轴304对准，并且活动晶片支撑台105将另一个管芯107E在拾取位置305上与垂直参考轴304对准。
放置转动架组件115转动380和480通过另一个45度的角度，将喷嘴117C与垂直参考轴304对准。这个转动也将保持管芯107B的喷嘴117B与助焊轴306对准，将保持着浸渍了助焊剂的管芯107A的喷嘴117A与放置轴307对准。此时，活动引线架支撑台120已经将引线架121上的目标位置122A与放置轴307在放置位置320上对准。
接下来，参考图3J和4J，放置头116A、116B、116C和拾取头111A中的致动器同时操作。这使拾取喷嘴112A在拾取位置305拾取管芯107E，如上所述，这也是通过如箭头398和498所示那样，在伸出和缩回位置之间移动拾取喷嘴112A并且应用真空完成的。与此同时，放置喷嘴117B在助焊位置315上如箭头392和492所示那样在伸出和缩回位置之间移动，将管芯107B，更具体地讲是将管芯107B上的凸点，浸渍在助焊剂303中。在大约同一时间，放置喷嘴117C在转移位置310通过管芯107C的背面从拾取喷嘴112C拾取管芯107C。这是通过如箭头390和490所示的那样在伸出和缩回位置之间移动放置喷嘴117C并且应用真空完成的。也是在相同时间，当放置喷嘴117A如箭头396和496所示那样在伸出和缩回位置之间移动时，放置喷嘴117A将浸渍了助焊剂的管芯107A放置在目标位置122A上。在这个操作点，拾取转动架组件110保持着两个管芯107D和107E，而放置转动架组件115保持着两个管芯107B和107C，管芯107B具有施加到它的凸点上的助焊剂。此外，管芯107A已经放置在引线架121上。
然后，重复执行图3A-3J和图4A-4J中所述的步骤，直到将管芯放置到引线架121上的所有目标位置上，然后，取下引线架121，并且将另一个引线架安装在活动引线架支撑台120上。然后，重熔取下的引线架121，以便管芯107A上的凸点与引线架121上的引线或焊点形成焊接连接。同样，当活动晶片支撑台105上没有管芯时，将另一个单件化的凸点化晶片安装在活动晶片支撑台105上。
尽管以上将本发明说明为拾取转动架组件拾取和翻转管芯，和放置转动架组件浸渍助焊剂和放置转移的管芯，但是，当拾取转动架组件拾取管芯，和放置转动架组件翻转、浸渍助焊剂和放置管芯时，也能取得同样的效果。当然，由于放置转动架组件的转动，可能需要一个施加助焊剂的替代装置，但是，这可以通过例如在引线架上的目标位置施加助焊剂解决。
因此，如上所述，本发明提供了一种具有更高生产能力的倒装芯片结合器。
这是通过每个都具有多个喷嘴的一个拾取转动架和一个放置转动架完成的。拾取和放置喷嘴同步操作，从而每个拾取喷嘴拾取和翻转管芯，与此同时，每个放置喷嘴从拾取喷嘴拾取翻转的管芯，将另一个管芯浸渍在助焊剂中，并且将又一个管芯放置在引线架上。由于多个喷嘴每个保持一个用于独立操作的管芯，独立操作也就是拾取管芯、将管芯从拾取喷嘴转移到放置喷嘴、用助焊剂浸渍管芯和放置管芯，因此，这些操作可以同时执行。如上所述，同时操作有利地提高了倒装芯片结合器的生产能力。
因此，本发明提供了一种克服了，或至少是减少了，现有技术的上述问题的倒装芯片结合器以及方法。
应当知道，尽管仅仅详细说明了本发明的一个特殊实施例，但是，熟悉本领域的人员可以进行各种修改和改进，而不脱离本发明的范围。

Claims (30)

1.一种元件安装装置，包括：
至少一个具有多个拾取头的拾取组件，其中每个拾取头适合于拾取至少一个具有拾取方向的元件，相对于拾取方向将至少一个元件的方向改变到转移方向，并将至少一个具有转移方向的元件提供到转移位置；和
至少一个与至少一个拾取组件相关联并具有多个放置头的放置组件，其中每个放置头适合于在转移位置从每个拾取头拾取至少一个具有转移方向的元件，并将至少一个具有转移方向的元件放置到放置位置上。
2.根据权利要求1所述的元件安装装置，进一步包括至少一个活动元件支撑台，所述活动元件支撑台用于将至少一个具有相对每个拾取头的拾取方向的元件提供到拾取位置。
3.根据权利要求2所述的元件安装装置，其中至少一个活动元件支撑台进一步包括一个用于接收指示至少一个元件的方向的元件方向数据的输入设备，所述至少一个活动元件支撑台用于确定至少一个元件的方向，以使该元件在拾取位置具有相对于每个拾取头的拾取方向。
4.根据权利要求3所述的元件安装装置，进一步包括一个可操作地连接到至少一个活动元件支撑台的元件方向检测器，所述元件方向检测器用于检测至少一个活动元件支撑台上的至少一个元件的方向，并提供元件方向数据。
5.根据权利要求4所述的元件安装装置，其中至少一个活动元件支撑台包括至少一个能沿X和Y参考轴移动并绕Z参考轴转动的活动支撑台。
6.根据权利要求5所述的元件安装装置，其中能沿X和Y参考轴移动并绕Z参考轴转动的至少一个活动支撑台适合于另外沿Z参考轴移动。
7.根据权利要求4所述的元件安装装置，其中元件方向检测器包括一个对准至少一个元件的光学检测器。
8.根据权利要求1所述的元件安装装置，进一步包括至少一个用于提供至少一个其上具有至少一个元件载体位置的元件载体的活动元件载体支撑台，所述至少一个活动元件载体支撑台用于在放置位置确定至少一个元件载体位置相对于至少一个元件的转移方向的方向以便接收至少一个元件。
9.根据权利要求8所述的元件安装装置，其中至少一个活动元件载体支撑台进一步包括一个用于接收指示至少一个元件载体位置的方向的元件载体位置方向数据的输入设备，所述至少一个活动元件载体支撑台用于确定至少一个元件载体位置的方向，以使该元件载体在放置位置具有相对于至少一个元件的转移方向。
10.根据权利要求9所述的元件安装装置，进一步包括一个连接到至少一个活动元件载体支撑台的元件载体位置方向检测器，所述元件载体位置方向检测器用于检测至少一个活动元件载体支撑台上的至少一个元件载体位置的方向，并提供元件载体位置方向数据。
11.根据权利要求8所述的元件安装装置，其中至少一个活动元件载体支撑台包括至少一个能沿X和Y参考轴移动并绕Z参考轴转动的活动支撑台。
12.根据权利要求11所述的元件安装装置，其中能沿X和Y参考轴移动并绕Z参考轴转动的至少一个活动支撑台适合于沿Z参考轴移动。
13.根据权利要求10所述的元件安装装置，其中元件载体位置方向检测器包括一个对准至少一个元件载体位置的光学检测器。
14.根据权利要求1所述的元件安装装置，其中具有多个拾取头的至少一个拾取组件包括一个具有多个沿其周边间隔的拾取头的实际上为环形的可转动拾取构件。
15.根据权利要求14所述的元件安装装置，其中具有多个放置头的至少一个放置组件包括一个具有多个沿其周边间隔的放置头的实际上为环形的可转动放置构件。
16.根据权利要求15所述的元件安装装置，其中多个拾取头相对于实际上为环形的可转动拾取构件的转动轴径向伸出，多个放置头与实际上为环形的可转动放置构件的转动轴实际上平行地伸出。
17.根据权利要求15所述的元件安装装置，其中多个拾取头与实际上为环形的可转动拾取构件的转动轴实际上平行地伸出，多个放置头相对于实际上为环形的可转动放置构件的转动轴径向伸出。
18.根据权利要求1所述的元件安装装置，其中具有多个放置头的至少一个放置组件包括一个具有多个沿其周边以相互间隔关系间隔的放置头的实际上为环形的可转动构件。
19.根据权利要求18所述的元件安装装置，其中每个放置头包括至少一个可操作地连接到至少一个真空喷嘴的致动器，所述至少一个致动器用于在一个预定缩回位置与一个预定伸出位置之间移动至少一个真空喷嘴，至少一个真空喷嘴用于当在转移位置的预定伸出位置时拾取至少一个元件，至少一个真空喷嘴用于当在预定缩回位置时保持至少一个元件，至少一个真空喷嘴用于当在放置位置上的预定伸出位置时释放至少一个元件。
20.一种用于将多个元件安装到一个元件载体的多个元件载体位置上的方法，包括如下步骤：
a)在拾取位置拾取多个元件中的第一个元件；
b)将多个元件中的第一个元件从拾取位置移动到转移位置，从而改变多个元件中的第一个元件的方向；
c)拾取多个元件中的第二个元件；
d)与步骤(c)同时，在转移位置释放多个元件中的第一个元件以进行转移；和
e)在转移位置拾取多个元件中的第一个元件；
f)将多个元件中的第一个元件从转移位置移动到助焊位置；
g)将助焊剂施加到多个元件中的第一个元件；
h)与步骤(g)同时，在转移位置拾取多个元件中的第二个元件；
i)将多个元件中的第一个元件移动到放置位置；
j)与步骤(i)同时，将多个元件中的第二个元件移动到助焊位置；
k)将多个元件中的第一个元件放置在多个元件载体位置的第一个位置上；和
l)与步骤(k)同时，拾取多个元件中的第三个元件，并给多个元件中的第二个元件浸渍助焊剂。
21.根据权利要求20所述的方法，在步骤(a)之前包括将多个元件中的第一个元件对准拾取位置的步骤。
22.根据权利要求20所述的方法，在步骤(a)之后和步骤(b)之前进一步包括将多个元件中的第一个元件从拾取位置移动到至少一个中间位置，接着将多个元件中的第一个元件移动到转移位置的步骤。
23.根据权利要求20所述的方法，在步骤(g)之后和步骤(i)之前包括如下步骤：
将多个元件中的第一个元件移动到方向确定位置，以确定多个元件中的第一个元件的方向；
将多个元件中的第一个元件的方向与在放置位置上的多个元件载体位置中的第一个位置的方向进行比较；和
在放置位置改变多个元件载体位置中的第一个位置的方向，以便与多个元件中的第一个元件的方向实际上相同。
24.根据权利要求23所述的方法，在改变多个元件载体位置中的第一个位置的方向的步骤之后和步骤(i)之前，包括将多个元件中的第一个元件移动到一个待用位置的步骤。
25.一种元件安装装置，包括：
至少一个具有多个拾取头的拾取组件，其中每个拾取头适合于拾取至少一个具有拾取方向的元件，并将至少一个具有转移方向的元件提供在转移位置；和
至少一个与至少一个拾取组件相关联并具有多个放置头的放置组件，其中每个放置头适合于在转移位置从每个拾取头拾取至少一个具有转移方向的元件，相对于转移方向将至少一个元件的方向改变到放置方向，并将至少一个具有放置方向的元件放置在放置位置。
26.根据权利要求25所述的元件安装装置，其中至少一个具有多个拾取头的拾取组件包括一个具有沿其周边间隔的多个拾取头的实际上为环形的可转动拾取构件。
27.根据权利要求26所述的元件安装装置，其中至少一个具有多个放置头的放置组件包括一个具有沿其周边间隔的多个放置头的实际上为环形的可转动放置构件。
28.根据权利要求27所述的元件安装装置，其中多个拾取头与实际上为环形的可转动拾取构件的转动轴实际上平行地伸出，多个放置头相对于实际上为环形的可转动放置构件的转动轴沿径向伸出。
29.根据权利要求25所述的元件安装装置，其中至少一个具有多个放置头的放置组件包括一个具有多个沿其周边以间隔关系间隔的放置头的实际上为环形的可转动构件。
30.根据权利要求29所述的元件安装装置，其中每个放置头包括至少一个可操作地连接到至少一个真空喷嘴的致动器，所述至少一个致动器用于在一个预定伸出位置和一个预定缩回位置之间移动至少一个真空喷嘴，至少一个真空喷嘴用于当在转移位置上的预定伸出位置时拾取至少一个元件，至少一个真空喷嘴用于当在缩回位置时保持至少一个元件，并且至少一个真空喷嘴用于当在放置位置上的预定伸出位置时释放至少一个元件。
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