CN201522998U - 一种芯片拾取与翻转装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种芯片拾取与翻转装置，包括支撑机构、翻转驱动机构和芯片吸取机构，芯片吸取机构包括直线导向运动部件和设在其底端的芯片吸取元件，直线导向运动部件内设有直线轴承和弹簧，直线导向轴从上往下依次穿过直线轴承和弹簧连接芯片吸取元件。由于直线导向轴和弹簧的缓冲作用，芯片吸取元件跟随芯片上升一定的高度并将芯片吸住，再在翻转驱动机构的作用下旋转到达芯片供给位置。本实用新型一方面避免了非接触式吸取的不可靠性，另一方面也避免了刚性接触式吸取芯片因受力过大而损伤，实现了芯片的可靠与无损伤吸取和翻转。

Description

一种芯片拾取与翻转装置
技术领域
本实用新型涉及电子封装的倒装芯片领域，具体涉及一种芯片拾取与翻转装置。
背景技术
电子封装中，倒装芯片技术的应用正快速增长。随着网络、移动电话、计算机和数码相机等电子产品的进一步发展，倒装芯片技术也不断创新，倒转芯片封装已用于从很少引脚的射频识别(RFID)至超过2000个引脚的IC存贮器件等各种产品。倒转芯片技术的主要优点是体积小，其不需要引线键合的周边空间；倒装芯片技术另一个优点是其较短的信号通路具有更小的电气性能；此外倒转芯片技术的封装工序比引线键合也少很多。倒转芯片的诸多优点使其得到了越来越广泛的应用，具有翻转芯片功能的芯片吸取装置作为倒转芯片封装中不可或缺的重要部件也得到了广泛的关注和研究。
而另一方面，为了获得更轻、更小、更薄的电子产品，强烈要求半导体芯片的超薄化，而通过研磨、磨削以及蚀刻半导体晶片的背面，可以使厚度薄至100μm以下。但是，对于厚度在100μm以下的芯片而言，芯片拾取的难度进一步加大了。半导体芯片通常都是易碎的，薄芯片更加容易破裂或者损伤，必须对其操作力进行严格控制。
现有的芯片拾取与翻转装置中，专利CN1613146A提供了一种转塔式多拾取头翻转装置，该装置效率高，但是结构复杂，实现难度大，不适合应用在一些小型设备中；现有设备中也有部分芯片拾取与翻转装置结构简单，仅由一旋转电机和一操作臂组成，操作臂在电机带动下旋转完成芯片翻转，该方案在芯片吸取过程为刚性接触或者不接触，容易损坏芯片或者吸取不到芯片。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种芯片拾取与翻转装置，实现对超薄芯片的无损吸取和翻转。
一种芯片拾取与翻转装置，包括支撑机构、翻转驱动机构和芯片吸取机构，支撑机构固定翻转驱动机构，翻转驱动机构驱动芯片吸取机构吸取并旋转芯片，其特征在于，所述芯片吸取机构包括直线导向运动部件37和设在其 底端的芯片吸取元件38；所述直线导向运动部件37包括固定在翻转驱动机构上的直线运动部件安装座374，其内开有导向轴孔，导向轴孔内安放有直线轴承373和弹簧375，直线导向轴371从上往下依次穿过直线轴承373和弹簧375连接芯片吸取元件38；直线运动部件安装座374的侧臂靠近直线导向轴371与芯片吸取元件38的相接处设有气管连接件378，直线导向轴371、芯片吸取元件38和气管连接件378之间的空隙形成气体密封腔。
所述翻转驱动机构包括伺服电机211、同步带机构22、驱动轴234、传感器16、传感器触发板31和旋转臂32；同步带机构22包括通过同步带223相接的主动轮221和从动轮222，伺服电机211连接主动轮221，从动轮222连接驱动轴234的一端，驱动轴234的另一端装有旋转臂32，传感器触发板31套在旋转臂32的外圆表面，传感器触发板31的外周安放有位置传感器。
所述翻转驱动机构还包括同步带张紧机构，同步带张紧机构包括调节螺栓244、调节支座246和张紧轴247，调节支座246内开有螺纹孔，调节螺栓穿过螺纹孔施压于张紧轴247上，张紧轴247端部接触所述同步带机构22的同步带223。
本实用新型的技术效果体现在：芯片拾取与翻转装置中，芯片吸取元件初始位处于芯片供给位置，等芯片吸取元件上的芯片被取走后，芯片吸取元件在翻转驱动机构的作用下正向旋转180°到达芯片吸取位，此时芯片吸取元件与芯片保持非常小的间隙。而后芯片在一顶针机构的作用下从wafer盘或者胶粘带上剥离，并上升一定的高度，此时该芯片吸取元件便会与芯片接触，由于直线导向轴和弹性元件的缓冲作用，该芯片吸取元件跟随芯片上升一定的高度并将芯片吸住而脱离wafer盘或者胶粘带。最后芯片吸取元件在翻转驱动机构的作用下反向旋转180°到达芯片供给位置，完成一个工位的循环。芯片吸取元件在吸取芯片跟随芯片的上升这一缓冲过程，一方面避免了非接触式吸取的不可靠性另一方面也避免了刚性接触式吸取芯片因受力过大而损伤，实现了芯片的可靠与无损伤吸取和翻转。
附图说明
图1是本实用新型芯片拾取与翻转装置较佳实施方式的立体组合图；
图2是本实用新型芯片拾取与翻转装置较佳实施方式中翻转驱动机构的立体分解图；
图3是图2中同步带张紧机构的立体分解图；
图4是本实用新型芯片拾取与翻转装置较佳实施方式中芯片吸取机构的立体分解图；
图5是图4中直线导向运动部件在A-A方向的剖视图。
具体实施方式
本实用新型的芯片拾取与翻转装置主要包括一支撑机构、一翻转驱动机构和一芯片吸取机构，图1为本实用新型的一种具体实施方式的总体结构示意图，下面结合图1～5对其进行详细介绍。
如图1，2所示，支撑机构包括底板13、伺服电机安装板12、伺服电机安装板加强筋板11、驱动轴轴承支承座14以及驱动轴前轴承安装板15。其中底板13为支撑部件的主要零件也是整个芯片吸取与翻转装置的基础。伺服电机安装板12、驱动轴轴承支承座14(其内已安装好轴承与轴承轴向定位元件)与驱动轴前轴承安装板15三者相互平行，都垂直安装在底板13上，且驱动轴轴承支撑座14与驱动轴轴承安装板15两者的轴承安装孔同轴。伺服电机安装板加强筋板11为一直角梯形形状，相当于直角梯形高和底边的那个面分别用螺栓固定在底板13和伺服电机安装板12上。限位挡块17起机械保护的作用，防止电气限位失效而出现芯片吸取头装置30过冲引起破坏。
如图2、图3及图4所示，翻转驱动机构20主要包括伺服电机211、同步带机构22、驱动轴234、同步带张紧装置24、位置传感器16、传感器触发板31和旋转臂32。伺服电机211的端部有一定位轴肩，该轴肩插入伺服电机安装板12的孔内，形成轴孔配合定位，并由四个螺栓将伺服电机211固定在伺服电机安装板12的背面。伺服电机211的输出轴有一键槽，其内装有一平键212，用以将伺服电机211的旋转运动可靠的传递给同步带机构22的主动轮221，伺服电机211与主动轮221之间除了键结构传递运动外，在主动轮221圆柱形外表面上还圆周均匀分布了几个螺纹孔，在螺纹孔内拧入紧定螺钉可防止在伺服电机211的输出轴出现轴向窜动，保证两者连接的可靠性和运动传递的精度。同步带机构22为一减速机构，它一方面实现了减速器降低速度增加扭矩的作用，另一方面也改变了整个翻转运动驱动装置20的布局，减短了在伺服电机211输出轴上加设减速器增加的长度而增加了与输出轴线垂直方向的尺寸，使整体布局更协调更合理。同步带张紧机构24由调节螺栓244、调节支座246、张紧轴247、滚动轴承242、调节环243、卡环241以及锁紧螺母245组成。张紧轴247由驱动轴前轴承安装板15的U形槽进行导向可进行上下滑动，张紧轴247轴肩的一侧依次安装了一只轴承242、调节环243、另一支轴承242和卡环241，这几个零件相互紧靠，一端以轴肩进行轴向定位，另一端以卡环241进行轴向限位。调节支座246用螺栓固定在驱动轴前轴承安装板15的顶面，调节螺栓244安装在调节支座246的螺纹孔中，并由锁紧螺母245锁紧，同时防止调节螺栓244松动。同步带张紧机构24在工作时通过调节螺栓244的升降改变张紧轴247与同步带223的距离来调节滚动轴承242给同步带223施加的张紧力的大小。驱动轴系结构主要包括驱动轴234、轴承支承座14、前轴承236及其安装板15以及一些调节环和锁紧螺栓、螺母等。该驱动轴系结构为两端固定支撑方式，驱动轴中间有一轴肩和一键槽，前端也有一键槽。以该轴肩为界可将该轴系结构分为前后两部分，同步带机构22的从动轮222靠近轴肩后面装配，与主动轮221类似，从动轮222用平键235将运动传递给驱动轴234，并且在从动轮222圆柱形外表面上也圆周均匀分布了几个螺纹孔，拧入紧定螺钉后可实现从动轮222与驱动轴234运动高精度传递与高可靠性连接。驱动轴234上自从动轮222开始背后依次安装了第一调节环233，轴承支承座14，第二调节环232以及防松锁紧螺母231。第一调节环233用来保证同步带从动轮222与轴承支承座14间的距离，消除从动轮222与轴承支承座14内轴承间的轴向间隙，第二调节环232消除了防松锁紧螺母231与驱动轴轴承支承座14内轴承内圈的间隙。防松锁紧螺母231为从动轮223后面所有零件(包括从动轮223)的轴向锁紧零件，保证轴向无间隙，且其上有一紧定螺钉，拧紧该紧定螺钉即可防止螺母231与驱动轴234之间出现螺纹松动，确保螺纹联接的可靠性。在驱动轴234轴肩的前侧依次安装了轴承236、第三调节环237、端盖238以及紧固螺栓239。轴承236靠紧轴肩、第三调节环237靠紧轴承236、旋转臂32靠紧第三调节环237依次往前装配。装配好后，再在旋转臂32上安装传感器触发板31，其中旋转臂32与驱动轴234由平键33传动，且在旋转臂32的圆周面上还分布了三个螺栓孔，在其内拧入紧定螺钉后可加强螺纹连接的可靠性和防止出现轴向窜动。端盖238靠紧旋转臂32的表面装配，紧固螺栓239穿过端盖的238的圆孔拧入驱动轴234轴段的螺纹孔内，实现轴承236的轴向定位。
此外，传感器触发板31通过在其上对称分布的两个螺纹孔内拧入紧定螺钉固定在旋转臂32的圆台表面。旋转的位置传感器16(一个零位传感器，两个极限位传感器)非均匀地分布在驱动轴前轴承安装板15的侧面上，且沿传感器触发板31的外圆周环状分布。
如图4及图5所示，芯片吸取机构主要包括传直线轴连接件34、限位装置35、直线导向运动部件37以及芯片吸取元件38等。直线导向轴371装入直线轴连接件34的内孔，两者形成孔轴配合，且在直线轴连接件34上顶部有一沉头孔，在其内装入螺栓，拧入到直线导向轴371的螺纹孔后将两者固连，在直线轴连接件34的两侧面的螺纹孔内拧入紧定螺钉可以防止该螺纹联接松动。限位装置35主要包括轴承安装轴353、限位轴承352、卡环351。轴承安装轴353装入旋转臂32的孔内后，在旋转臂32的顶部拧入紧定螺钉固定轴承安装轴353，然后在该轴上装入限位轴承352和卡环351。直线导向轴371在吸取芯片时将会产生小距离的升降运动，装配状态下以及在该过程中直线轴连接件343的两平行表面始终分别跟两滚动限位轴承352的圆柱面相切，限制直线导向轴371的转动而引起芯片角度的变化，保证芯片供给的一致性。直线导向运动部件37通过直线运动部件安装座374背面的几个螺纹孔固定在旋转臂32上，装配时需保证直线运动部件安装座374的台阶面与旋转臂32的台阶面完全贴合。直线运动部件安装座374的顶面安装固定有盖板36，防止灰尘等进入直线运动部件。芯片吸取元件38装入芯片吸取元件安装座376的阶梯孔内后用紧定螺钉拧紧。
如图4及图5所示，直线导向运动部件37主要包括直线运动部件安装座374、直线导向轴371、直线轴承373、弹簧375、芯片吸取元件安装座376、气管连接件378。直线运动部件安装座374的中心为一系列同轴的导向轴孔，以中间的小孔为界，上半部分为直线轴承373安装孔，直线轴承373紧靠孔内的阶梯孔上表面安装，其上用卡环372进行轴向定位；下半部分弹簧375压缩靠紧阶梯孔下表面，芯片吸取元件安装座376由螺纹联接固定在直线导向轴371的端部，然后在两者接合的部位从芯片吸取元件安装座376拧入紧定螺钉防止螺纹联接松动。在芯片吸取元件安装座376的两个槽内分别安装有O型圈377，其主要起密封作用。气管连接件378由螺纹联接安装固定在直线运动部件安装座374的左侧面，在安装前应该气管连接件378的螺纹外均匀裹一层生胶带，增强气密性。直线导向轴371从上往下依次穿过直线轴承373、弹簧375和芯片吸取元件安装座376连接芯片吸取元件38，直线导向轴371、芯片吸取元件38和气管连接件378之间的空隙形成气体密封腔。
在实际工作时，芯片吸取机构初始位处于芯片供给位置，等芯片吸取元件上的芯片被取走后，芯片吸取头装置30在翻转运动驱动装置20的作用下正向旋转180°到达芯片吸取位，此时芯片吸取元件38与芯片保持非常小的间隙。而后芯片在一顶针机构的作用下从晶圆(wafer)盘或者胶粘带上剥离，并上升一定的高度，此时该芯片吸取元件38便会与芯片接触并且跟随芯片上升一定的高度并将芯片吸住而脱离wafer盘或者胶粘带。最后芯片吸取头装置30在翻转运动驱动装置20的作用下反向旋转180°到达芯片供给位置，完成一个工位的循环。芯片元件在吸取芯片跟随芯片的上升一方面避免了非接触式吸取的不可靠性另一方面也避免了刚性接触式吸取芯片因受力过大而损伤，实现了芯片的可靠与无损伤吸取。

Claims (3)

1.一种芯片拾取与翻转装置，包括支撑机构、翻转驱动机构和芯片吸取机构，支撑机构固定翻转驱动机构，翻转驱动机构驱动芯片吸取机构吸取并旋转芯片，其特征在于，所述芯片吸取机构包括直线导向运动部件(37)和设在其底端的芯片吸取元件(38)；所述直线导向运动部件(37)包括固定在翻转驱动机构上的直线运动部件安装座(374)，其内开有导向轴孔，导向轴孔内安放有直线轴承(373)和弹簧(375)，直线导向轴(371)从上往下依次穿过直线轴承(373)和弹簧(375)连接芯片吸取元件(38)；直线运动部件安装座(374)的侧壁靠近直线导向轴(371)与芯片吸取元件(38)的相接处设有气管连接件(378)，直线导向轴(371)、芯片吸取元件(38)和气管连接件(378)之间的空隙形成气体密封腔。
2.根据权利要求1所述的芯片拾取与翻转装置，其特征在于，所述翻转驱动机构包括伺服电机(211)、同步带机构(22)、驱动轴(234)、传感器(16)、传感器触发板(31)和旋转臂(32)；同步带机构(22)包括通过同步带(223)相接的主动轮(221)和从动轮(222)，伺服电机(211)连接主动轮(221)，从动轮(222)连接驱动轴(234)的一端，驱动轴(234)的另一端装有旋转臂(32)，传感器触发板(31)套在旋转臂(32)的外表面，传感器触发板(31)的外周安放有位置传感器。
3.根据权利要求2所述的芯片拾取与翻转装置，其特征在于，所述翻转驱动机构还包括同步带张紧机构，同步带张紧机构包括调节螺栓(244)、调节支座(246)和张紧轴(247)，调节支座(246)内开有螺纹孔，调节螺栓穿过螺纹孔施压于张紧轴(247)上，张紧轴(247)端部接触所述同步带机构(22)的同步带(223)。
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