CN1714943A - 将粘合剂加到基片上的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

用于将粘合剂加到基片(2)上的设备包括具有书写喷嘴(5)的书写头(4)和摄像机(11)。能够在两个水平方向上移动书写头(4)以便其能够在基片(2)上书写粘合剂图案。借助于位置测量控制电路(6)十分精确地控制指定为z高度的书写头(4)的位置，以便能够在基片(2)的上方预定的距离Δz0处引导书写喷嘴(5)的尖端。根据本发明，设备配备了三角测量系统，借助于该系统确定基片(2)的z高度，并且设备还配备有校准装置(15)，用于确定书写头(4)的z位置和基片(2)的z高度之间的关系。

Description

将粘合剂加到基片上的设备和方法
技术领域
本发明涉及将粘合剂加到基片上的设备和方法。
背景技术
为了安装半导体芯片，常常使用环氧基粘合剂以便将半导体芯片连接到基片。必须将粘合剂加到基片上，以便在布置半导体芯片时，在芯片的整个表面上出现尽可能同样分布的没有空气空隙的粘合层。理想地，粘合层超过半导体芯片的边缘水平地延伸，而且还完整地包围半导体芯片的棱角。此外，禁止粘合剂接触到具有电子电路的半导体芯片的表面。为了实现这个目标，根据芯片规格、粘合剂类型及其他参量，使用在从单斜交叉直到多分支线形布置范围内变化的不同“带有花纹”的应用图案。
基本上，已知两种方法用于应用这样的带有花纹的图案。关于第一种方法，例如从欧洲专利申请EP 928 637可知，借助于形成有大量出口的分发喷嘴进行应用。在基片的上方预定的高度布置喷嘴的出口。借助于压力喷射必要数量的粘合剂。在此期间，所喷射的数量的粘合剂的形状取决于喷嘴和基片之间的距离。关于第二种方法，例如从欧洲专利申请EP 901 155可知，借助于固定到书写头的单个喷嘴进行应用。利用对应于希望的粘合剂图案的已编程的运动，在基片上方引导书写头，并在此期间“绘制”粘合剂图案。
将粘合剂加到基片上是一个需要技巧的过程。必须以最大的精度观测的重要参量是喷嘴到基片的距离。在生产过程开始之前，必须测量基片位置的高度。这在降低高度可调的喷嘴直到其接触到基片位置为止的期间进行。检测这个接触并将其保存为基片高度。这种测量方法有几个缺点：
——喷嘴常常将粘合剂留在基片上；
——因为机械地检测接触，所以测量慢；
——对于在彼此的顶部安装多个半导体芯片的应用(所谓的“层叠压模”应用)，必须确定每个半导体芯片的表面的高度，其中，在该表面上将要放置下一个半导体芯片。这里存在一个很大的风险：在测量期间损坏半导体芯片。
本发明的目的是开发一种测量方法，其不再具有列举的这些缺点。
发明内容
用于将粘合剂加到基片上的设备包含具有书写喷嘴的书写头和摄像机。书写头在两个水平方向x和y上是可移动的，并且沿着由坐标x和y张成的平面上的预定路径移动以在基片上书写粘合剂图案。借助于位置测量与控制电路非常精确地控制指示为z高度的书写头的位置，以便能够在基片上方预定的距离Δz0处引导书写喷嘴的尖端。为了在基片上正确的位置处施加粘合剂图案，在应用粘合剂之前，摄像机测量基片的位置。根据本发明，设备配备了三角测量系统，借助于该系统，能够确定关于基准高度HR的基片的实际z高度，并且配备有具有确定书写头关于基准高度HR的z位置的装置。三角测量系统包含发射激光束的激光器，其中，所述激光束具有和水平面的预定的角度，而且该系统还使用在任何情况下都存在的用于确定基片上的激光束的撞击点的位置的摄像机。在校准过程期间，确定基准表面上的激光束的撞击点，并从该点计算基准表面的z高度，而且确定书写头的z位置，其中，在该位置处，书写头的书写喷嘴接触到基准表面。在生产期间，确定激光束在基片上的撞击点的位置，并从该点计算基片的z高度，然后根据测量的基片的z高度调整书写头的z位置，以便将书写喷嘴的尖端移动至基片上方预定的距离Δz0处。
根据本发明的将粘合剂加到基片上的方法包括：校准过程，在该过程中，通过借助于三角测量系统确定基准表面相对于基准高度HR的z高度，并且通过确定书写头的z位置，其中，在该位置处，书写喷嘴接触到基准表面，来找出书写头相对于基准高度HR的z位置；以及将粘合剂加到基片上的生产过程，在该过程中，首先，借助于三角测量系统，确定作为常量值H1的基片相对于基准高度HR的z高度，或者确定作为两个水平方向x和y的函数H1(x，y)的基片相对于基准高度HR的z高度，然后，在沿着预定路径移动书写头施加粘合剂期间，将书写头的z位置分别控制到z高度z＝H1+Δz0或z(x，y)＝H1(x，y)+Δz0，其中，参量Δz0具有预定的值。
借助于校准装置对书写头相对于基准高度HR的z位置进行校准。校准装置包含借助于三角测量系统在第一步中确定了z高度的基准表面。在第二步中确定书写头的z位置，其中，在该位置处，书写喷嘴接触到基准表面。
在第一实施例中，校准装置的基准表面在z方向上是偏转的。相对于校准装置定位激光器和摄像机，以便激光束落到基准表面上并且撞击点位于摄像机的视野范围之内。然后在z方向上降低书写头直到书写喷嘴接触到并偏转基准表面为止。一旦书写喷嘴偏转基准表面，激光束的撞击点的位置转移。摄像机检测到撞击点的转移的开始，并且在书写喷嘴接触到基准表面的瞬间，及时地从位置测量与控制电路的位置数据确定书写头的z位置。
在第二实施例中，校准装置包含从侧面倾斜地照射书写喷嘴的光源，以便书写喷嘴的阴影落到校准装置的校准表面上。在降低书写头期间，书写喷嘴的阴影移动。在书写喷嘴的尖端接触到基准表面的同时，阴影的末端和书写喷嘴的尖端相重合。使用摄像机监视阴影的移动，并且从该移动以及从位置测量与控制电路的位置数据，确定书写头的z位置，其中，在该位置处，书写喷嘴接触到或即将接触到基准表面。如果从光源发射的光落到基准表面上的角度已知，那么就能够确定书写头的z位置，其中，在该位置处，书写喷嘴即将接触到基准表面，而不必降低书写头直到书写喷嘴有效地接触到基准表面。优选地书写喷嘴装备有附件，然后分析附件的阴影的移动。
在生产期间实现粘合剂的应用，在此期间，确定基片上的激光束的撞击点的位置，并计算基片的z高度H1。例如能够在单一地点测量基片的z高度。然后在粘合剂的施加期间书写头取z位置z＝H1+Δz0，其中参量Δz0具有预定的值。参量Δz0典型地等于10微米。作为选择，能够在至少3个地点测量基片的芯片安装区的z高度，并由此计算作为两个水平坐标轴x和y的函数的z高度H1(x，y)，且在施加粘合剂时在z位置z(x，y)＝H1(x，y)+Δz0处引导书写头。
书写头在x和y方向上进行移动。因为不可避免的机械公差，所以书写头和安置基片的加工台之间的距离会变化。因此，优选借助于进一步的校准过程确定校正函数，该校正函数描述了书写头的z位置的变化，是坐标u1到un的函数，其中坐标u1到un对应于书写头的全部自由度并从而具有书写头的位置特征。然后当施加粘合剂时，书写头占据z位置z’(x，y)＝z(x，y)+Δz(u1，u2，…，un)。自然地，坐标u1到un中的一个等于坐标x，而坐标u1到un中的另一个等于坐标y。因此能够可选择地用(x，y，{u})来表达坐标u1到un，其中{u}指定具有书写头位置特征的附加坐标。如果在水平方向上书写头的自由度的个数为2，则{u}＝{0}(数学上称为空集)，因为坐标x和y足够描述书写头的位置。然后当施加粘合剂时，书写头占据z位置z’(x，y)＝z(x，y)+Δz(x，y，{u})。
附图说明
把附图包括进来构成本说明书的一部分，其和具体实施方式一起，显示了本发明的一个或多个实施例，用于解释本发明的原理和实施情况。图并未按比例绘制。在附图中：
图1显示了用于将粘合剂加到基片上的设备；
图2显示了几何关系的形式；
图3显示了安装摄像机和激光器的梭子，
图4显示了用于书写头的驱动系统；
图5显示了校准装置；
图6显示了另一个校准装置。
具体实施方式
图1显示了用于将粘合剂加到基片上2的设备的侧视图，其中，所述设备用作被称之为芯片焊接机的半导体安装设备上的分发站。笛卡儿坐标系的坐标轴由x、y和z指定，其中两个坐标轴x和y在水平面上延伸。另外，x轴指定用于传送基片2的传送装置1的传送方向。每个基片2具有按照有规律的间隔布置的预定数目的芯片安装地点3、3’。可选择地，传送装置1使基片2能够沿着y轴移动。传送装置1首先在传送方向x上将基片2传送到分发站，在那里粘合剂被施加到当前的芯片安装地点3’，然后传送到粘合站，在那里半导体芯片被放置到芯片安装地点之上。例如从EP 330 831可知这样的传送装置1。分发站包含具有书写喷嘴5的书写头4。驱动系统使书写头4能够沿3个方向x、y和z移动。例如从EP 901 155可知合适的驱动系统还具有用于书写头4的z高度的精确控制的位置测量与控制电路6。优选地，在书写头4上可拆卸地安装书写喷嘴5。书写喷嘴5具有纵向形状：其包括具有钻孔9的纵向体7，其中，所述钻孔9沿着主体7的纵向轴8延伸，并在尖端处开口于单一出口10。半导体安装设备还包含摄像机11，用于测量施加粘合剂的芯片安装地点3’的位置和方向。摄像机11的光轴12平行于z轴延伸。因此摄像机11的光轴12垂直于芯片安装地点3’延伸。随着摄像机11的正确调焦，整个芯片安装地点3’位于摄像机11的锐度平面上。在书写头4上布置书写喷嘴5，以便其纵向轴8和z轴或摄像机11的光轴12形成预定的角度φ。角度φ典型地位于30°到60°的范围之内。用这种方法，仅有书写喷嘴5的尖端被置于摄像机11的光轴12的区域。书写喷嘴5的一部分仍然被置于摄像机11的视野中。使书写喷嘴5的长度形成所需的尺寸，以便书写头4被置于摄像机11的视野之外，或至多占据摄像机11的视野或摄像机11发送的图像的边缘区域。书写喷嘴5连接到粘合剂贮液器，而泵13控制粘合剂从书写喷嘴5流出。泵13能够如例中所示集成到书写头4中，或者固定布置在半导体安装设备上。
根据本发明，分发站装备有具有激光器14的三角测量系统和用于确定书写头4相对于基准高度HR的z位置的校准装置15。如能够在图2中可见，激光器14发射被指引向基片2的激光束16，其以相对于水平面预定的角度ψ倾斜地撞击在基片2上。角度ψ优选地位于30°到60°的范围之内。典型地，其大约等于45°。当基片2的表面的高度H1改变时，那么基片2上的激光束16的撞击点P的位置也改变。使用摄像机11确定撞击点P的位置，并从位置变化Δw计算基片2的表面的高度H1。从下式得到基片2的表面的高度H1：
H1＝HR+Δw×tan(ψ)                (1)
这里指定：
w：坐标轴，其被定义为激光束16在xy平面上的方向，亦即激光束16在xy平面上的投影方向，
wR：当撞击点P被置于基准高度HR时，激光束16的撞击点P的位置，
w1：当基片2的表面被置于将要被测量的高度H1时，激光束16的撞击点P的位置，并且
Δw＝w1-wR
从摄像机11发送的图像得到以象素坐标表达的位置pR和p1。因此借助于校准测量，必须确定换算因数k，以便能够将摄像机11的以象素坐标计算的差Δp＝p1-pR换算成绝对移动差Δw：Δw＝k×Δp(2)
并且得到
H1＝HR+k×Δp×tan(ψ)                    (3)
当固定布置摄像机11和激光器14时，那么撞击点P的位置仅仅取决于将要测量的高度H1，而且根据公式(3)利用摄像机11发送的象素坐标能够计算高度H1。然而在许多情况下不可避免地激光器14和/或摄像机11在x和/或y方向上是可移动的。在这些情况下，使用坐标(u，v)的全局系统，并始终将激光器14和摄像机11的校准的位置以及激光束16的撞击点P的测量位置w1和wR分别换算成全局坐标(u1，v1)或(uR，vR)而且由此计算高度H1是有利的。
下面，解释将激光器14集成到分发站的优选可能性。
对于摄像机11在y方向上可移动的分发站，优选地布置激光器14以便其和摄像机11一起在y方向上可移动。图3显示了这样的例子的平面图。在梭子17上布置摄像机11和激光器14，其中，所述梭子17在y方向上可移动。优选地，梭子17上的激光器14的位置在预定的范围B之内是可调的，以便必要的话能够改变方向w。另外，用这个例子展示了书写头4的坐标(xS，yS)的第一局部系统、摄像机11的坐标(xK，yK)的第二局部系统和坐标(u，v)的全局系统。书写头4的位置测量控制系统控制书写头4关于局部坐标(xS，yS)的位置，摄像机11的位置测量控制系统控制摄像机11的光轴12关于局部坐标(xK，yK)的位置。书写头4的全局坐标由下式给出
(uS，vS)＝(uS0，vS0)+(xS，yS)，
摄像机11的光轴12的全局坐标由下式给出
(uK，vK)＝(uK0，vK0)+(xK，yK).
图4显示了使书写头4沿着3个坐标轴x、y和z移动的驱动系统。该驱动系统包含：固定布置的第一导向装置18，在其上具有在x方向上可移动的第一梭子19；布置在第一梭子19上的第二导向装置20，在其上具有在y方向上可移动的第二梭子21；和布置在第二梭子21上的第三导向装置22，在其上具有书写头4；以及3个电机，用于在x方向上驱动第一梭子19、在y方向上驱动第二梭子21和在z方向上驱动书写头4。
如果激光器14和摄像头11没有固定地也没有可移动地布置在一起，则第一可能性存在于将激光器14固定到书写头4上，以便激光器14跟随书写头4在z、y和z方向上的所有移动。第二可能性存在于将激光器14固定到第二梭子21，以便激光器14仅跟随书写头4在x和y方向上而没有在z方向上的移动。进一步的可能性存在于结合图3和图4中显示的解决办法，亦即，不是固定布置图4中显示的导向装置18，而是将其固定到图3中显示的梭子17，并将激光器14安装到梭子21。用这种解决办法，书写头4和摄像机11一起并相对于摄像机11在全局方向v上可移动。
在使用所有这3种设计可能性时都优选地固定激光器14以便其能够在激光束16的轴上旋转，以便能够关于基片2改变激光的偏光方向，而且方向w是可调的，以便基片2上的激光的任何衍射效应都能够被最小化。尤其对于具有存储元件的半导体芯片，其中，所述存储元件具有平行于半导体芯片的边缘延伸的大量结构，当方向w沿着半导体芯片的对角线延伸时，能够是有利的。
已知的位置测量控制电路控制书写头4的z位置(因此也是书写喷嘴5的z高度)，其中，所述位置测量控制电路能够以足够将粘合剂加到基片2上的位于微米范围之内的精确性控制书写头4的z位置。为了能够关于基片2的表面调整固定到书写头4的书写喷嘴5的尖端的z高度，仍然必须确定书写头4的z位置和基准高度HR之间的关系，亦即，必须确定书写头4的z位置zR，其中，在该位置处，书写喷嘴5的尖端被置于基准高度HR之上。
能够用不同的方法实现这种确定。在第一实施例中，使用激光器14、摄像机11和具有基准表面30的校准装置15，其中，当书写喷嘴5接触到所述基准表面30时，所述基准表面30就倾斜。例如倾斜杆23的表面能够用作倾斜的基准表面30，如基于图5更加详细说明的那样。校准装置15包含具有停止装置25、倾斜杆23和弹簧26的基座24。倾斜杆23的一端支撑在基座24上。弹簧26将倾斜杆23的另一端压向基座24的停止装置25。倾斜杆23的这个位置规定基准表面30的z高度HF。借助于摄像机11测量倾斜杆23上的激光束16的撞击点P的位置，并从该位置计算类似于公式(3)的z高度HF：
HF＝HR+k×Δp×tan(ψ)                    (4)
这里Δp表示，沿着激光束16在xy平面上的投影，当撞击点P在基准表面HR上时激光束16的撞击点P的位置和基准表面30上的激光束16的撞击点P的位置之间的摄像机11的以象素坐标表达的距离。
然后在z方向上降低书写头4。在书写喷嘴5的尖端接触到倾斜杆23并逆着弹簧26的力使其倾斜的同时，倾斜杆23上的撞击点P的位置转移。在摄像机11检测到撞击点P的位置的转移开始时，现在确定书写头4的z高度zS。z高度zS等于高度HF：zS＝HF。
图6显示了第二实施例，其中，从侧面示意性地显示的校准装置15包含光源27，其从侧面倾斜地以角度θ用光束28照射书写喷嘴5，以便书写喷嘴5的阴影29落到校准装置15的基准表面30上。从基准表面30上的激光束的撞击点的测量的位置，如前述实施例那样，确定基准表面30的高度HF。在降低书写头4期间，阴影29逼近书写喷嘴5。在书写喷嘴5接触到基准表面30的同时，阴影29的末端和书写喷嘴5的尖端相重合。摄像机11监视阴影29的移动，从该移动并从位置测量控制电路的位置数据，确定书写头4的z位置zS，其中，在该位置处，书写喷嘴5接触到或即将接触到基准表面30。如果角度θ已知，其中，在该角度下，从光源27发射的光束28落到基准表面30上，则从阴影29的移动和位置测量控制电路的位置数据，能够无接触地确定书写头4的z位置zS，亦即，不必降低书写头4直到书写喷嘴5事实上接触到基准表面30为止。
在生产期间，根据下面的步骤进行粘合剂的应用：
——确定粘合剂将要施加到的基片2的芯片安装表面的高度H1，
——用书写头4逼近位置z＝H1+Δz0，其中Δz0对应于书写喷嘴5的尖端离基片2的表面的距离，以及
——沿着预定的路径移动书写头4，以施加粘合剂。
当粘合剂即将施加到的芯片安装表面超过一定的尺寸时，那么在至少3个地点确定表面的高度，并由此计算作为两个坐标轴x和y的函数的高度H1(x，y)，是有利的。然后在沿着路径移动期间，根据其实际位置(x，y)控制书写头4的z位置
z(x，y)＝H1(x，y)+Δz0
当在x方向上和在y方向上移动书写头4时，因为只有通过巨大的努力才能够得到对加工区的导向装置18和20的纯机械平面，所以书写头4离加工支撑的距离会改变。因为这个原因，在校准过程中，书写头4的z高度的偏差Δz(x，y)被确定为地点(x，y)的函数。当激光器14固定到用于书写头4的驱动系统的第二梭子21，以便激光14器仅在x方向上和y方向上而不能在z方向上跟随书写头4移动时，那么例如用激光器14能够确定函数Δz(x，y)。然后在生产期间作为校正函数使用偏差Δz(x，y)，以便消除系统导致的偏差，其中，在此期间，在z位置z(x，y)＝H1+Δz(x，y)+Δz0或z(x，y)＝H1(x，y)+Δz(x，y)+Δz0上引导书写头。
根据本发明的用于将粘合剂加到基片上的设备并不限于半导体芯片组件的领域。使用同样的设备，用于其他部件的基片，例如光学部件、诸如电阻器和电容器的无源电气部件等，也都能够用粘合剂涂上。
虽然已显示并说明了本发明的实施例和应用，但是对于那些受益于上述公开的本领域技术人员而言明显的是，在不脱离本发明的范围的情况下，许多比上述更多的修改也是可能的。因此，除了所附的权利要求及其等同物的精神之外，本发明并不受限制。

Claims (7)

1.一种设备，用于将粘合剂加到基片(2)上，该设备包含：
书写头(4)，其包含书写喷嘴(5)；
位置测量控制电路(6)，用于沿着指定为z高度的方向控制书写头(4)的位置；
摄像机(11)；
激光器(14)，其激光束和摄像机(11)形成三角测量系统，用于确定基片(2)关于基准高度的z高度；以及
用于确定书写头(4)的z位置的装置，在该位置处，书写喷嘴(5)接触到基准高度。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述装置包含在z方向上可倾斜的基准表面(30)。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述装置包含基准表面(30)和光源(27)，所述光源照射书写喷嘴(5)，以便书写喷嘴(5)的阴影(29)落到基准表面(30)上。
4.一种方法，用于借助于固定到书写头(4)的书写喷嘴(5)将粘合剂加到基片(2)上，其中，借助于位置检测控制电路(6)沿着指定为z高度的方向控制书写头(4)的z位置，并且沿着由坐标x和y张成的平面上的路径移动书写头(4)，该方法包含：
校准过程，用于确定书写头(4)关于基准高度的z位置，其包含以下的步骤：
借助于三角测量系统确定基准表面(30)关于基准高度的z高度，以及
确定书写头(4)的z高度，其中，在该高度处，书写喷嘴(5)接触到基准表面，并且
该方法进一步包含通过以下的步骤将粘合剂加到基片(2)上：
借助于三角测量系统确定基片(2)关于基准高度的z高度H1(x，y)，以及
根据书写头(4)的实际位置(x，y)，在粘合剂的施加期间，将书写头(4)的z位置控制到值z(x，y)＝H1(x，y)+Δz0，其中量Δz0指定预定的值。
5.如权利要求4所述的方法，其中在粘合剂施加期间，将书写头(4)的z位置控制到值z(x，y)+Δz(x，y，{u})，其中，函数Δz(x，y，{u})是校正函数，{u}或者等于{0}，或者表示具有书写头(4)的位置特征的附加坐标。
6.如权利要求4所述的方法，其中用定值H1逼近基片(2)的z高度H1(x，y)。
7.如权利要求5所述的方法，其中用定值H1逼近基片(2)的z高度H1(x，y)。
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