CN208608181U - 晶圆级倒装机及其拾取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种晶圆级倒装机及其拾取装置，拾取装置包括：安装座，安装座上设有沿竖直方向设置的第一导向部；第一轴驱动机构，第一轴驱动机构设置于安装座上，第一轴驱动机构包括第一直线电机和第一光栅尺；取料机构，取料机构包括与第一导向部导向配合的第二导向部及设有抽真空吸气通道的吸嘴，第二导向部与第一直线电机的动子连接、用于使第二导向部能够沿竖直方向往复运动，且第二导向部的直线位移通过第一光栅尺进行检测；及控制器，控制器与第一直线电机和第一光栅尺均电性连接。本实用新型的晶圆级倒装机及其拾取装置，拾取装置能够与覆晶臂实现精确的对接，晶圆转移时对接力适中，使得倒装机能够满足对高精度的使用需求。

Description

晶圆级倒装机及其拾取装置

技术领域

本实用新型涉及倒装机技术领域，具体涉及一种晶圆级倒装机及其拾取装置。

背景技术

随着半导体行业和集成电路行业的兴起，倒装技术也得到了深层次的研究与应用，由于倒装芯片的尺寸朝着小型化和集成化发展，对倒装技术的精度和速度也提出了更高程度的要求。

传统的倒装机的覆晶臂取料并完成翻转动作后，拾取装置在第二轴驱动机构和第三轴驱动机构的驱动下运动至预取料位置，在第一轴驱动装置的作用下由预取料位置下降并从覆晶臂上进行晶圆的拾取，最后拾取装置运动至下料位置实现晶圆的固定。拾取装置在取料过程中，取料机构上的吸嘴需要与覆晶臂上的吸嘴实现精确的对接，且在晶圆转移时对接力也不能过大。传统的倒装机的拾取装置精度较差，无法保证准确的对接精度和对接力。

发明内容

基于此，有必要提供一种晶圆级倒装机及其拾取装置，拾取装置能够与覆晶臂实现精确的对接，晶圆转移时对接力适中，使得倒装机能够满足对高精度的使用需求。

其技术方案如下：

一种晶圆级倒装机的拾取装置，包括：安装座，所述安装座上设有沿竖直方向设置的第一导向部；第一轴驱动机构，所述第一轴驱动机构设置于所述安装座上，所述第一轴驱动机构包括第一直线电机和第一光栅尺；取料机构，所述取料机构包括与所述第一导向部导向配合的第二导向部及设有抽真空吸气通道的吸嘴，所述第二导向部与所述第一直线电机的动子传动连接、用于使所述第二导向部能够沿竖直方向往复运动，且所述第二导向部的直线位移通过所述第一光栅尺进行检测；及控制器，所述控制器与所述第一直线电机和所述第一光栅尺均电性连接。

上述晶圆级倒装机的拾取装置，使用时，取料机构的吸嘴移动至覆晶臂的正上方，控制器控制第一轴驱动机构的第一直线电机的动子下降，从而使得第二导向部相对第一导向部沿竖直方向向下运动，使得吸嘴下降至预设的取料位置，利用吸嘴上抽真空的吸气通道完成对晶圆的吸附取料，控制器控制第一直线电机的动子上升，第二导向部相对第一导向部沿竖直方向向上运动，从而完成整个取料操作，第一直线电机的动子在下降和上升运动的过程中，利用第一光栅尺对第二导向部的直线位移进行实时检测并将检测结果传输至控制器，通过闭环控制的形式从而精确的得到吸嘴的位置以实时对吸嘴的位置进行监测与控制，从而使得取料机构的吸嘴与覆晶臂上的吸嘴实现精确的对接，并且在晶圆转移时对接力适中，满足了拾取装置对高精度的使用需求，符合晶圆级设备的使用标准。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，拾取装置还包括弹性件，所述弹性件设有相对的第一端和第二端，所述第一端固设于所述安装座上，所述第二端与所述第二导向部连接。通过弹性件实现安装座与取料机构的弹性连接，可以防止因断电引起的第一直线电机的动子下掉而引起的取料机构下掉的问题，避免因断电下落对设备造成损伤，同时，弹性件也能对冲击力进行缓冲。

在其中一个实施例中，所述取料机构包括与所述控制器电性连接的旋转电机，所述旋转电机包括电机本体和旋转输出端，所述电机本体上设有所述第二导向部，所述旋转输出端上设有所述吸嘴。利用旋转电机能够对吸嘴上吸附的晶圆的偏转角度进行修正，保证了后续晶圆贴装的准确性。

在其中一个实施例中，拾取装置还包括用于对所述旋转输出端的角位移进行检测的第二光栅尺，所述第二光栅尺与所述控制器电性连接。利用第二光栅尺对旋转输出端的角位移进行检测并将检测结果传输至控制器，从而得到吸嘴的角位移，从而可以得出准确的偏转角度以对晶圆的角度进行修正。

在其中一个实施例中，拾取装置还包括用于对吸附于所述吸嘴上的晶圆的图像进行采集的图像采集模块，所述图像采集单元与所述控制器电性连接。利用图像采集模块对吸嘴上的晶圆的图像进行采集，通过与标准图像进行对比，从而对晶圆的角度进行修正。

在其中一个实施例中，拾取装置还包括连接座，所述连接座包括相互连接的第一连接板和第二连接板，且所述第一连接板垂直于所述第二连接板设置，所述第一连接板与所述安装座相对设置，所述第一连接板上设有所述第二导向部，且所述第一连接板与所述第二端连接，所述第二连接板上固设有所述旋转电机。第一直线电机的动子运动从而带动第一连接板沿竖直方向往复运动，进而带动第二连接板沿竖直方向往复运动，最终实现吸嘴沿竖直方向往复运动，从而完成整个取料操作。

在其中一个实施例中，所述第一光栅尺包括相对间隔设置的第一标尺光栅和第一光栅读数头，所述第一标尺光栅设置于所述第二导向部上，所述第一光栅读数头设置于所述安装座上。利用第一标尺光栅、第一光栅读数头和控制器相配合，从而精确的测量吸嘴在竖直方向上的直线位移。

在其中一个实施例中，拾取装置还包括第二轴驱动机构，所述第二轴驱动机构包括第二直线电机和用于对所述安装座在第二轴方向上的直线位移进行检测的第三光栅尺，所述第二直线电机的动子与所述安装座连接、用于使所述安装座能够沿第二轴方向往复运动，且所述第二直线电机及所述第三光栅尺均与所述控制器电性连接。利用第二直线电机、第三光栅尺及控制器实现安装座在第二轴方向运动的闭环控制，使得安装座在第二轴方向的运动更加精确，保证了拾取装置取料及贴装的精确性。

在其中一个实施例中，拾取装置还包括第三轴驱动机构，所述第三轴驱动机构包括第三直线电机和用于对所述安装座在第三轴方向上的直线位移进行检测的第四光栅尺，所述第三直线电机的动子与所述安装座连接、用于使所述安装座能够沿第三轴方向往复运动，且所述第三直线电机及所述第四光栅尺均与所述控制器电性连接。利用第三直线电机、第四光栅尺及控制器实现安装座在第三轴方向运动的闭环控制，使得安装座在第三轴方向的运动更加精确，保证了拾取装置取料及贴装的精确性。

一种晶圆级倒装机，包括上述拾取装置。

上述晶圆级倒装机，使用时，拾取装置的取料机构的吸嘴移动至覆晶臂的正上方，控制器控制第一轴驱动机构的第一直线电机的动子下降，从而使得第二导向部相对第一导向部沿竖直方向向下运动，使得吸嘴下降至预设的取料位置，利用吸嘴上抽真空的吸气通道完成对晶圆的吸附取料，控制器控制第一直线电机的动子上升，第二导向部相对第一导向部沿竖直方向向上运动，从而完成整个取料操作，第一直线电机的动子在下降和上升运动的过程中，利用第一光栅尺对第二导向部的直线位移进行实时检测并将检测结果传输至控制器，通过闭环控制的形式从而精确的得到吸嘴的位置以实时对吸嘴的位置进行监测与控制，从而使得取料机构的吸嘴与覆晶臂上的吸嘴实现精确的对接，并且在晶圆转移时对接力适中，满足了倒装机对高精度的使用需求，符合晶圆级设备的使用标准。

附图说明

图1为一个实施例的晶圆级倒装机的拾取装置的结构示意图；

图2为图1的拾取装置的主视图；

图3为图1的拾取装置的左视图；

图4为图1的拾取装置的俯视图。

附图标记说明：

10、拾取装置，110、安装座，111、第一导向部，120、第一轴驱动机构，121、第一直线电机，131、吸嘴，140、弹性件，150、旋转电机，151、电机本体，152、旋转输出端，153、第二光栅尺，160、连接座，161、第一连接板，162、第二连接板，170、第二轴驱动机构，171、第二直线电机，180、第三轴驱动机构，181、第三直线电机，1222、第一光栅读数头。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”、“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当元件被称为“固设于”另一个元件，或与另一个元件“固定连接”，它们之间可以是可拆卸固定方式也可以是不可拆卸的固定方式。当一个元件被认为是“连接”、“转动连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于约束本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型中所述“第一”、“第二”、“第三”等类似用语不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1及图2所示，本实用新型的一个实施例公开了一种晶圆级倒装机的拾取装置10，包括：安装座110，安装座110上设有沿竖直方向设置的第一导向部111；第一轴驱动机构120，第一轴驱动机构120设置于安装座110上，第一轴驱动机构120包括第一直线电机121和第一光栅尺；取料机构，取料机构包括与第一导向部111导向配合的第二导向部(未示出)及设有抽真空吸气通道的吸嘴131，第二导向部与第一直线电机121的动子传动连接、用于使第二导向部能够沿竖直方向往复运动，且第二导向部的直线位移通过第一光栅尺进行检测；及控制器(未示出)，控制器与第一直线电机121和第一光栅尺均电性连接。

上述实施例的晶圆级倒装机的拾取装置10，使用时，取料机构的吸嘴131移动至覆晶臂的正上方，控制器控制第一轴驱动机构120的第一直线电机121的动子下降，从而使得第二导向部相对第一导向部111沿竖直方向向下运动，使得吸嘴131下降至预设的取料位置，利用吸嘴131上抽真空的吸气通道完成对晶圆的吸附取料，控制器控制第一直线电机121的动子上升，第二导向部相对第一导向部111沿竖直方向向上运动，从而完成整个取料操作，第一直线电机121的动子在下降和上升运动的过程中，利用第一光栅尺对第二导向部的直线位移进行实时检测并将检测结果传输至控制器，通过闭环控制的形式从而精确的得到吸嘴131的位置以实时对吸嘴131的位置进行监测与控制，从而使得取料机构的吸嘴131与覆晶臂上的吸嘴131实现精确的对接，并且在晶圆转移时对接力适中，满足了拾取装置10对高精度的使用需求，符合晶圆级设备的使用标准。

需要进行说明的是，本实用新型实施例的第一导向部111与第二导向部之间的导向配合，可以通过滑轨与滑道之间的配合实现，也可以通过导向柱与导向套筒相互套接的方式实现，只需满足能够使吸嘴131沿竖直方向往复运动即可；本实用新型实施例的第一直线电机121可以是平板式直线电机或圆柱型直线电机，优选为音圈电机，其定位精度高，能够到达纳米级，推力大，响应时间快；本实用新型实施例的控制器可以是单片机、PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)或其他现有的具有控制功能的器件；本实用新型实施例的竖直方向可以是Z轴方向，即第一轴线方向，同时，考虑到加工误差和装配误差的影响，竖直方向也可以指近似垂直于水平面的方向。

如图1及图2所示，可选地，拾取装置10还包括弹性件140，弹性件140设有相对的第一端和第二端，第一端固设于安装座110上，第二端与第二导向部连接。通过弹性件140实现安装座110与取料机构的弹性连接，可以防止因断电引起的第一直线电机121的动子下掉而引起的取料机构下掉的问题，避免因断电下落对设备造成损伤，同时，弹性件140也能对冲击力进行缓冲。本实用新型实施例的弹性件140可以为弹簧、弹性柱或其他具有弹性功能的元件，在一个实施例中，弹性件140设置为两根相对间隔设置的弹簧，断电时利用两根弹簧能够使得取料机构保持稳定。

如图3及图4所示，在一个实施例中，取料机构包括与控制器电性连接的旋转电机150，旋转电机150包括电机本体151和旋转输出端152，电机本体151上设有第二导向部，旋转输出端152上设有吸嘴131。利用旋转电机150能够对吸嘴131上吸附的晶圆的偏转角度进行修正，保证了后续晶圆贴装的准确性。

如图1、图3及图4所示，具体地，拾取装置10还包括用于对旋转输出端152的角位移进行检测的第二光栅尺153，第二光栅尺153与控制器电性连接。利用第二光栅尺153对旋转输出端152的角位移进行检测并将检测结果传输至控制器，从而得到吸嘴131的角位移，从而可以得出准确的偏转角度以对晶圆的角度进行修正。

更具体地，拾取装置10还包括用于对吸附于吸嘴131上的晶圆的图像进行采集的图像采集模块(未示出)，图像采集单元与控制器电性连接。利用图像采集模块对吸附于吸嘴131上的晶圆的图像信息进行采集并将采集的图像信息发送至控制器，通过与标准图像进行对比从而判断出晶圆的位置是否发生偏差并制定出合适的偏转修正角度，从而控制旋转电机150的旋转输出端152转动合适的角度以对偏差进行修正。本实用新型实施例的图像采集模块可以是工业摄像头、CCD传感器(Charge Coupled Device，电荷耦合器件图像传感器)或其他现有的能够对图像信息进行采集的装置。

如图1及图2所示，在一个实施例中，拾取装置10还包括连接座160，连接座160包括相互连接的第一连接板161和第二连接板162，且第一连接板161垂直于第二连接板162设置，第一连接板161与安装座110相对设置，第一连接板161上设有第二导向部，且第一连接板161与第二端连接，第二连接板162上固设有旋转电机150。第一直线电机121的动子运动从而带动第一连接板161沿竖直方向往复运动，进而带动第二连接板162沿竖直方向往复运动，最终实现吸嘴131沿竖直方向往复运动，从而完成整个取料操作。

在一个实施例中，第一光栅尺包括相对间隔设置的第一标尺光栅(未示出)和第一光栅读数头1222，第一标尺光栅设置于第二导向部上，第一光栅读数头1222设置于安装座110上。利用第一标尺光栅、第一光栅读数头1222和控制器相配合，从而精确的测量吸嘴131在竖直方向上的直线位移。

如图2所示，在上述任一实施例的基础上，拾取装置10还包括第二轴驱动机构170，第二轴驱动机构170包括第二直线电机171和用于对安装座110在第二轴方向上的直线位移进行检测的第三光栅尺(未示出)，第二直线电机171的动子与安装座110连接、用于使安装座110能够沿第二轴方向往复运动，且第二直线电机171及第三光栅尺均与控制器电性连接。利用第二直线电机171、第三光栅尺及控制器实现安装座110在第二轴方向运动的闭环控制，使得安装座110在第二轴方向的运动更加精确，保证了拾取装置10取料及贴装的精确性。本实用新型实施例的第二直线电机171可以是平板式直线电机或圆柱型直线电机，优选为音圈电机，其定位精度高，能够到达纳米级，推力大，响应时间快。本实用新型实施例第二直线电机171的动子与安装座110的连接，可以通过中间滑块实现连接，例如，第二直线电机171的动子与滑块连接，滑块与一滑轨导向配合，滑块与安装座110连接，第二直线电机171的动子直线运动时，带动滑块沿滑轨直线往复运动，从而带动安装座110沿第二轴线方向往复直线运动。本实用新型实施例的第二轴可以是垂直于或近似垂直于Z轴的X轴。

如图4所示，在上述任一实施例的基础上，拾取装置10还包括第三轴驱动机构180，第三轴驱动机构180包括第三直线电机181和用于对安装座110在第三轴方向上的直线位移进行检测的第四光栅尺(未示出)，第三直线电机181的动子与安装座110连接、用于使安装座110能够沿第三轴方向往复运动，且第三直线电机181及第四光栅尺均与控制器电性连接。利用第三直线电机181、第四光栅尺及控制器实现安装座110在第三轴方向运动的闭环控制，使得安装座110在第三轴方向的运动更加精确，保证了拾取装置10取料及贴装的精确性。本实用新型实施例的第三直线电机181可以是平板式直线电机或圆柱型直线电机，优选为音圈电机，其定位精度高，能够到达纳米级，推力大，响应时间快。本实用新型实施例第三直线电机181的动子与安装座110的连接可以通过加设中间元件实现，例如，第三直线电机181的动子与一移动平台连接，安装座110设置于该移动平台上，第三直线电机181的动子往复直线运动时，带动移动平台往复直线运动，从而使得安装座110在第三轴线方向上往复直线运动。本实用新型实施例的第三轴可以是垂直于或近似垂直于Z轴和X轴的Y轴。

本实用新型的一个实施例还公开了一种晶圆级倒装机，包括：上述任一实施例的拾取装置10。

上述实施例的晶圆级倒装机，使用时，拾取装置10的取料机构的吸嘴131移动至覆晶臂的正上方，控制器控制第一轴驱动机构120的第一直线电机121的动子下降，从而使得第二导向部相对第一导向部111沿竖直方向向下运动，使得吸嘴131下降至预设的取料位置，利用吸嘴131上抽真空的吸气通道完成对晶圆的吸附取料，控制器控制第一直线电机121的动子上升，第二导向部相对第一导向部111沿竖直方向向上运动，从而完成整个取料操作，第一直线电机121的动子在下降和上升运动的过程中，利用第一光栅尺对第二导向部的直线位移进行实时检测并将检测结果传输至控制器，通过闭环控制的形式从而精确的得到吸嘴131的位置以实时对吸嘴131的位置进行监测与控制，从而使得取料机构的吸嘴131与覆晶臂上的吸嘴131实现精确的对接，并且在晶圆转移时对接力适中，满足了倒装机对高精度的使用需求，符合晶圆级设备的使用标准。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的约束。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种晶圆级倒装机的拾取装置，其特征在于，包括：

安装座，所述安装座上设有沿竖直方向设置的第一导向部；

第一轴驱动机构，所述第一轴驱动机构设置于所述安装座上，所述第一轴驱动机构包括第一直线电机和第一光栅尺；

取料机构，所述取料机构包括与所述第一导向部导向配合的第二导向部及设有抽真空吸气通道的吸嘴，所述第二导向部与所述第一直线电机的动子传动连接、用于使所述第二导向部能够沿竖直方向往复运动，且所述第二导向部的直线位移通过所述第一光栅尺进行检测；及

控制器，所述控制器与所述第一直线电机和所述第一光栅尺均电性连接。

2.根据权利要求1所述的晶圆级倒装机的拾取装置，其特征在于，还包括弹性件，所述弹性件设有相对的第一端和第二端，所述第一端固设于所述安装座上，所述第二端与所述第二导向部连接。

3.根据权利要求2所述的晶圆级倒装机的拾取装置，其特征在于，所述取料机构包括与所述控制器电性连接的旋转电机，所述旋转电机包括电机本体和旋转输出端，所述电机本体上设有所述第二导向部，所述旋转输出端上设有所述吸嘴。

4.根据权利要求3所述的晶圆级倒装机的拾取装置，其特征在于，还包括用于对所述旋转输出端的角位移进行检测的第二光栅尺，所述第二光栅尺与所述控制器电性连接。

5.根据权利要求3所述的晶圆级倒装机的拾取装置，其特征在于，还包括用于对吸附于所述吸嘴上的晶圆的图像进行采集的图像采集模块，所述图像采集单元与所述控制器电性连接。

6.根据权利要求3所述的晶圆级倒装机的拾取装置，其特征在于，还包括连接座，所述连接座包括相互连接的第一连接板和第二连接板，且所述第一连接板垂直于所述第二连接板设置，所述第一连接板与所述安装座相对设置，所述第一连接板上设有所述第二导向部，且所述第一连接板与所述第二端连接，所述第二连接板上固设有所述旋转电机。

7.根据权利要求1所述的晶圆级倒装机的拾取装置，其特征在于，所述第一光栅尺包括相对间隔设置的第一标尺光栅和第一光栅读数头，所述第一标尺光栅设置于所述第二导向部上，所述第一光栅读数头设置于所述安装座上。

8.根据权利要求1至7任一项所述的晶圆级倒装机的拾取装置，其特征在于，还包括第二轴驱动机构，所述第二轴驱动机构包括第二直线电机和用于对所述安装座在第二轴方向上的直线位移进行检测的第三光栅尺，所述第二直线电机的动子与所述安装座连接、用于使所述安装座能够沿第二轴方向往复运动，且所述第二直线电机及所述第三光栅尺均与所述控制器电性连接。

9.根据权利要求8所述的晶圆级倒装机的拾取装置，其特征在于，还包括第三轴驱动机构，所述第三轴驱动机构包括第三直线电机和用于对所述安装座在第三轴方向上的直线位移进行检测的第四光栅尺，所述第三直线电机的动子与所述安装座连接、用于使所述安装座能够沿第三轴方向往复运动，且所述第三直线电机及所述第四光栅尺均与所述控制器电性连接。

10.一种晶圆级倒装机，其特征在于，包括：如权利要求1至9任一项所述的拾取装置。