DE10109009C2 - Bonder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bonder gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.

Bekannt sind Transfervorrichtungen oder Bonder insbesondere auch als sogenannte Chip- oder Die-Bonder (DE 195 10 230 C2), mit denen erste Bauelemente, beispielsweise Halbleiterchips an einer Aufnahmeposition von einem Pick-Up-Element erfaßt und von diesem Pick-Up-Element an einer Bondposition auf einem dort bereitstehenden Bauteil, beispielsweise auf einem zweiten Bauelement, einem Substrat oder einer Baugruppe oder beispielsweise in einem Lead-Frame durch Bonden fixiert werden. Speziell bei extrem kleinen Bauelementen ist bei diesem Transfer und Bonden eine hohe Genauigkeit erforderlich, und zwar insbesondere hinsichtlich Lage und Orientierung der ersten Bauelemente Ablegen und Bonden. Bei der bekannten Vorrichtung weist die Transfereinrichtung einen Doppelarm auf, der in der Mitte um eine vertikale Achse schwenkbar gelagert ist und beidendig jeweils ein Pick-Up- Element besitzt, so daß bei jedem Schwenken des Armes um 180° ein von einem Pick- Up-Element an der Aufnahmeposition aufgenommenes erstes Bauelement an die Bondposition gelangt. Durch die Anbringung der Pick-Up-Elemente jeweils an einem Teilarm des Doppelarmes ist die Möglichkeit geschaffen, die Bauelemente, beispielsweise einen diese Bauelemente oder Chip aufweisenden Wafer an der Aufnahmeposition an einem X-Y-Tisch vorzusehen und diesen gesteuert so zu verfahren, daß die einzelnen Bauelemente nacheinander abgenommen werden. In gleicher Weise ist es dann auch möglich, an der Bondposition ebenfalls einen X-Y- Tisch vorzusehen, um vor dem eigentlichen Bonden ein Ausrichten in Achsrichtungen senkrecht zur Schwenkachse (Z-Achse) des doppelarmigen Trägers zu ermöglichen.

Obwohl mit diesem bekannten Bonder beim Bonden sehr hohe Genauigkeiten bezüglich Positionierung und Orientierung erreicht werden können, sind relativ lange Wege für die Pick-Up-Elemente erforderlich, was die Leistung, d. h. die Anzahl der verarbeiteten Bauelemente je Zeiteinheit beeinträchtigt.

Bekannt ist weiterhin auch eine Vorrichtung zum Einbringen von Bauteilen in in einem Gurt vorbereitete Näpfchen. Die Bauteile werden hierfür in Reihe über einen Linearförderer einem getaktet umlaufenden Transportelement zugeführt, von am Umfang dieses Transportelementes gebildeten Aufnahmen nacheinander aufgenommen und mit dem Transportelement an eine Übergabeposition bewegt, in der die Bauelemente jeweils nacheinander in die dort bereitstehenden Aufnahmen des Gurtes eingebracht werden.

Bekannt ist weiterhin eine Vorrichtung zum Fördern von kleinen Bauelementen (DE 197 48 442), bei der die Bauelemente nach dem Freistanzen aus einem Leadframe an eine Transporteinrichtung übergeben werden, und zwar zum Einbringen in Näpfchen von Gurten. Die Transporteinrichtung besteht aus mehreren in Transportrichtung aneinander anschließenden Transportelementen, von denen eines von einem getaktet umlaufenden Transportband mit mehreren Vakuumhaltern gebildet ist, mit denen die Bauelemente jeweils in Näpfchen der bereit stehenden Gurte an einer Gurtstation eingelegt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bonder aufzuzeigen, der bei hoher Leistung eine hohe Genauigkeit hinsichtlich der Positionierung und Orientierung von Bauelementen beim Bonden gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Bonder entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.

Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Bonders besteht darin, daß die Pick-Up- Elemente an der Aufnahmeposition und an der Bondposition nur jeweils extrem kleine Bewegungshübe ausführen müssen, also erste Bauelemente in sehr kurzer Zeit an der Aufnahmeposition an die Bauelementeaufnahmen des Transportelementes übergeben und an der Bondposition von den Bauelementeaufnahmen zum Bonden abgenommen werden können, die Leistung des Bonders beeinträchtigende lange Wege für die Pick- Up-Elemente also vermieden sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Pick-Up- Element, beispielsweise das an der Aufnahmeposition vorgesehene Pick-Up-Element lediglich in einer Achsrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Transportelementes bewegbar, und zwar derart, daß mit diesem Pick-Up-Element durch die zwischen zwei Bauelementeaufnahmen im Transportelement vorgesehene Ausnehmung oder Öffnung hindurch das jeweilige erste Bauelement erfaßt und aufgenommen wird und dieses Bauelement dann auf die nächste, der Ausnehmung benachbarte Bauelementeaufnahme abgelegt wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in vereinfachter perspektivischer Teildarstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Bonder zum hochgenauen Montieren von kleinsten Bauelementen auf Baugruppen;

Fig. 2 die Vorrichtung der Fig. 1 in schematischer Darstellung und in Draufsicht;

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung die Montage- oder Bondposition zusammen mit einer an dieser Position angeordneten Baugruppe und einem auf die Baugruppe aufgesetzten Bauelement;

Fig. 4 in schematischer, perspektivischer Darstellung die Aufnahmeposition der Vorrichtung der Fig. 1;

Fig. 5 in schematischer, perspektivischer Darstellung die Bondposition der Vorrichtung der Fig. 1;

Fig. 6 eine Darstellung ähnlich der Fig. 2 bei einer weiteren möglichen Ausführungsform;

Fig. 7 in vereinfachter Darstellung und in Draufsicht ein in eine Baugruppe oder auf ein Substrat aufgesetztes Bauelement;

Fig. 8 in einer Darstellung ähnlich Fig. 6 eine weitere mögliche Ausführungsform;

Fig. 9-11 in Darstellungen ähnlich Fig. 2 weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Zur besseren Erläuterung sind in den Figuren jeweils die drei senkrecht zueinander verlaufenden Raumachsen, nämlich die X-Achse, Y-Achse und Z-Achse wiedergegeben.

Die in den Fig. 1-5 allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient zum hochgenauen Positionieren und Bonden, d. h. zum hochgenauen Aufsetzen und Verbinden von "ersten" Bauelementen 2 mit extrem kleinen Abmessungen auf bereits teilgefertigten Baugruppen 3. Die Bauelemente 2 sind bei der dargestellten Ausführungsform optische Bauelemente, die mehrere Funktionselemente aufweisen, beispielsweise Prismen zum Umlenken eines Laserstrahles und Linsen für eine Strahlkollimierung bzw. -Fokussierung.

Die Baugruppen 3 bestehen bei der dargestellten Ausführungsform aus einem Substrat 4 mit Leiterbahnen, Kontaktflächen usw., auf dem zusätzlich zu optischen Bauelementen, beispielsweise als Spiegel wirkenden prismenartigen Bauelementen usw., auch eine Laserdiode 6 vormontiert ist. Das Aufsetzen der Bauelemente 2 und das Bonden dieser Bauelemente auf der jeweiligen Baugruppe 3 muß hochpräzise erfolgen, um den gewünschten Verlauf für den Laserstrahl 6' zu erreichen.

Wie die Fig. 2 zeigt, besitzt die Vorrichtung 1 einen Drehteller 7, der mittels eines hochgenauen Servomotors 8 (Fig. 1) um eine vertikale Vorrichtungsachse angetrieben ist. Am Drehteller 7 sind über den Tellerumfang radial wegstehende stegartige Haltearme 9 vorgesehen, die am Tellerumfang jeweils um den Winkelbetrag, der zwei Drehschritten oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon entspricht, voneinander beabstandet. Auf den Haltern 9 sind Aufnahmen bzw. Nester 10 gebildet, die in ihrer Form den Bauelementen 2 angepaßt sind, und zwar derart, daß in jedem Nest 1 ein Bauelement 2 in einer genau vorgegebenen Orientierung und Lage Platz findet.

Die Bauelemente 2 werden in gegurteter Form an einer Aufnahmeposition 11 zugeführt, d. h. sie befinden sich dort in einer genau definierten Lage und Orientierung in Aufnahmen eines Gurtes 12. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Gurt 12 synchron mit der Bewegung des Drehtellers 7 radial zur vertikalen Achse (Z-Achse) dieses Drehtellers zugeführt, und zwar derart, daß dort am Beginn jedes Arbeitstaktes ein Bauelement 2 zur Aufnahme durch ein dortiges Aufnahme- oder Pick-Up-Element 13 zur Verfügung steht. Letzteres ist von einem Vakuumhalter bzw. einer Vakuum- Pipette gebildet, die lediglich in vertikaler Richtung, d. h. in der Achsrichtung parallel zur vertikalen Drehachse des Drehtellers 7 (Z-Achse) durch einen Antrieb 14 (Fig. 1) zwischen drei Hubstellungen auf- und abbewegbar ist, nämlich zwischen

• - einer oberen Ausgangsstellung, in der sich das untere Ende des Pick-Up-Elementes 13 auf einem Niveau oberhalb der Ebene der Umlaufbahn der Nester 10 befindet,
• - einer unterste Hubstellung, in der sich das untere Ende des Pick-Up-Elementes 13 zur Aufnahme jeweils eines Bauelementes 2 auf einem Niveau unterhalb der Bewegungsebene der Nester 10 befindet, und
• - einer dazwischen liegenden Hubstellung, in der sich das untere Ende des Pick-Up- Elementes 13 zur Ablage eines Bauelementes 2 in ein Nest 10 etwa in der Bewegungsebene der Nester 10 befindet.

Die Anordnung ist weiterhin so getroffen, daß sich die Aufnahmeposition 11 unterhalb der Bewegungsbahn der Halter 9 befindet. Das Pick-Up-Element ist mit seiner vertikalen Mittelachse auf einem gedachten Kreisbogen um die Drehachse des Drehtellers 7 angeordnet, der durch die Mitte der Nester 10 hindurchgeht.

Das Pick-Up-Element 13 befindet sich an der Aufnahmeposition 11 unmittelbar über dem Gurt 12 und wird synchron mit der Drehbewegung des Drehtellers bewegt. In jedem Arbeitstakt beginnend mit einer Stellung des Drehtellers 7, in der sich kein Nest 10 über der Aufnahmeposition 11 befindet, wird das Pick-Up-Element 13 zunächst in die unterste Position zur Aufnahme des in dem Gurt 12 bereitstehenden Bauelementes 2 bewegt und anschließend zurück in die oberste Position, so daß dann nach erfolgtem Drehschritt des Drehtellers 7 durch Absenken des Pick-Up-Elementes 13 das betreffende Bauelement 2 in das bereitstehende Nest 10 eingebracht werden kann. Im Anschluß daran wird das Pick-Up-Element 13 wieder in die oberste Position bewegt, aus der es in einem neuen Arbeitstakt nach einem weiteren Drehschritt des Drehtellers 7 wieder zwischen zwei am Umfang des Drehtellers 7 aufeinander folgende Halter 9 hindurch bis an ein neues, an der Aufnahmeposition 11 bereitstehendes Bauelement 2 abgesenkt werden kann.

Durch die beschriebene Ausbildung und Arbeitsweise sind für das Pick-Up-Element 13 lediglich kurze Hübe in nur einer Achsrichtung, nämlich in der vertikalen Achse notwendig, so daß in kurzer Zeit eine Vielzahl von Bauelementen 2 aus dem Gurt 12 in jeweils ein Nest 10 des Drehtellers 7 übertragen werden können.

Mit dem Drehteller 7, der durch den Antrieb 8 bei der für die Fig. 2 gewählten Darstellung im Uhrzeigersinn (Pfeil A) angetrieben wird, gelangen die Bauelemente 2 an die Bondposition 15, an der jeweils eine Baugruppe 3 in einer genau vorgegebenen Position und Orientierung bereitsteht. Die Baugruppen 3 sind bei der dargestellten Ausführungsform in Aufnahmen 16 eines Transportbandes 17 angeordnet, welches getaktet und mit hoher Genauigkeit in Richtung des Pfeiles B bewegt wird, und zwar derart, daß dieses Transportband bzw. dessen horizontale Förderrichtung B an der Bondposition 15 tangential zur kreisförmigen Bewegungsbahn der Halter 9 bzw. Nester 10 verläuft. Ebenso wie die Aufnahmeposition 11 befindet sich auch die Bondposition 15 in einer Ebene unterhalb der Ebene der Umlaufbahn der Halter 9 und Nester 10. An der Bondposition 15 ist ein Pick-Up-Element 18 vorgesehen, welches bei der dargestellten Ausführungsform als Zange ausgebildet ist und mit dem jedes an der Bondposition 15 in einem Nest 10 bereitstehende Bauelement 2 aus diesem Nest entnommen und hochpräzise auf der an der Bondposition 15 bereitstehenden Baugruppe 3 an einer vorgegebenen Position und in einer vorgegebenen Orientierung aufgesetzt und solange gehalten wird, bis das Verbinden (Bonden) des Bauelementes 2 mit der Baugruppe 3 in der jeweils gewählten Weise, beispielsweise durch Verkleben, Verlöten oder Verschweißen unter Verwendung eines Laserstrahls usw. erfolgt ist.

Das Pick-Up-Element 18 ist hierfür an einem Pick-Up-Kopf 19 vorgesehen, der eine gesteuerte Bewegung des Pick-Up-Elementes 18 nicht nur in der vertikalen Z-Achse, sondern auch in der X-Achse und der Y-Achse sowie ggf. auch ein Drehen um die Z- Achse ermöglicht.

• - In vertikaler Richtung (Z-Achse) ist das Pick-Up-Element 18 wiederum im wesentlichen zwischen drei Stellungen bewegbar, und zwar zwischen
• - einer oberen Ausgangsstellung, in der sich das Pick-Up-Element 18 oberhalb der Bewegungsbahn der Nester 10 befindet,
• - einer ersten, abgesenkten Stellung, in der das Pick-Up-Element 18 auf die Nester 10 zum Greifen eines Bauelementes 2 abgesenkt ist, sowie
• - einer dritten Stellung, in der das Pick-Up-Element zum Aufsetzen des Bauelementes 2 auf eine Baugruppe 3 bis auf die Ebene dieser Baugruppen 3 abgesenkt ist.

Im Detail erfolgt die Arbeitsweise so, daß dann, wenn sich ein Nest 10 an der Bondposition 15 und unterhalb des in die Ausgangsstellung angehobenen Pick-Up- Elementes 18 befindet, dieses abgesenkt wird, und zwar zum Greifen des Bauelementes 2. Im Anschluß daran wird das Pick-Up-Element 18 wieder angehoben und nach erfolgtem Drehschritt des Drehtellers 7 auf die Baugruppe 3 abgesenkt, so daß dort dann das Bauelement 2 in der erforderlichen Positionierung und Ausrichtung aufgesetzt wird.

Das Entnehmen der Bauelemente 2 aus den Nestern 10 und das Absetzen dieser Bauelemente auf die jeweilige Baugruppe 3 erfolgt wiederum im wesentlichen nur durch Hübe des Pick-Up-Elementes 18 in vertikaler Richtung (Z-Achse). Lediglich zum lagegenauen Ausrichten des jeweiligen Bauelementes 2 vor dem eigentlichen Bonden erfolgt auch evtl. eine Bewegung des Bauelementes 2 in der X- und/oder Y-Achse und/oder ein Drehen um die Z-Achse. Die Steuerung hierbei erfolgt durch ein Vision- System 20, welches im wesentlichen aus wenigstens einer Videokamera und einer mit dieser zusammenarbeitenden Bildverarbeitung besteht. Dieses Vision-System 20 ist, wie in der Fig. 3 auch angedeutet, so ausgeführt, daß mit dem System beim Bonden das von dem Pick-Up-Element 18 gehaltene Bauelement 2, aber auch die Baugruppe 3 erfaßt werden, so daß dann durch entsprechende Ansteuerung des Pick-Up-Kopfes 19 und damit des Pick-Up-Elementes 18 ein Ausrichten des Bauelementes 2 zu vorgegebenen Markierungen, Kanten usw. an der Baugruppe 3 erfolgen kann (beispielsweise Kante 21 der Fig. 3). Um die hohe Genauigkeit zu erreichen befindet sich das Visionsystem mit seiner optischen Achse (Z-Achse) exakt oberhalb der Bondposition 15 und erfaßt den Arbeitsbereich (Bondposition 15) beim Ablegen und Bonden durch den Zwischenraum zwischen zwei Trägern 9. Wie dargestellt, ist das Pick-Up-Element 18 so ausgebildet, daß es schräg aus dem Blickbereich des Vision- Systems 20 herausgeführt ist und sich auch der Pick-Up-Kopf 19 außerhalb des Bildbereiches dieses Systems befindet.

Jeder Arbeitstakt der Vorrichtung 1, bei dem an der Pick-Up bzw. Aufnahmeposition 11 ein Bauelement 2 mit dem dortigen Pick-Up-Element 13 aus dem Gurt 12 entnommen und in ein Nest 10 eingesetzt wird und bei dem an der Bondposition 15 ein an dem dortigen Pick-Up-Element 18 gehaltenes Bauelement auf eine Baugruppe 3 aufgesetzt und dann für den nächstfolgenden Arbeitstakt ein weiteres Bauelement aus einem Nest 10 entnommen wird, umfaßt also zwei Phasen und zwei Drehschritte des Drehtellers 7, wobei in der ersten Phase an der Aufnahmeposition 11 das Aufnehmen eines Bauelementes 2 aus dem Gurt 12 und gleichzeitig an der Bondposition 15 das Aufbringen eines Bauelementes 2 auf eine Baugruppe 3 erfolgen und in der zweiten Phase das Ablegen eines Bauelementes 2 in ein Nest 10 und an der Bondposition das Entnehmen eines Bauelementes 2 für den nächstfolgenden Arbeitstakt. In jeder Phase bewegen sich die Pick-Up-Elemente 13 und 18 jeweils aus ihrer oberen Stellung in eine der unteren Stellungen und wieder zurück in die obere Stellung.

Grundsätzlich besteht natürlich die Möglichkeit, daß die vertikale Bewegung (Z-Achse) auch des Pick-Up-Elementes 18 durch den Antrieb 14 bewirkt wird. Weiterhin besteht die Möglichkeit ein Vision-System 22 beispielsweise für die Überwachung der ordnungsgemäßen Arbeitsweise auch im Bereich der Aufnahmeposition 11 vorzusehen sowie ein weiteres Vision-System 23 in Drehrichtung A des Drehtellers 7 nach der Bondposition 15, um beispielsweise die Nester 10 zu überwachen und ein evtl. in einem Nest 10 verbliebenes Bauelement 2 zu erfassen, und zwar zur Erzeugung einer Fehlermeldung. Weiterhin kann das Vision-System 22 auch die Funktion des Vision- Systems 20 übernehmen, wenn im Bereich des Vision-Systems 23 eine Bondposition gebildet ist, und zwar bei einer anderen Anwendung der Vorrichtung 1.

Der Vorteil der Vorrichtung 1 besteht im wesentlichen darin, daß mit dieser Vorrichtung 1 mit hoher Leistung die Bauelemente 2 hochpräzise auf den Baugruppen 3 positioniert und gebondet werden. Die hohe Leistung ergibt sich insbesondere dadurch, daß für die Pick-Up-Elemente 13 und 18 im wesentlichen nur kurze Hübe in vertikaler Richtung (Z-Achse) notwendig sind und für das Pick-Up-Element 18 zusätzlich lediglich zur Justage in µm-Bereich auch in Richtung der X-Achse sowie Y- Achse beweglich und ggf. um die Z-Achse drehbar ist, und zwar jeweils um einen geringen Betrag.

Die Baugruppen 3, die einem Magazin 24 entnommen werden, werden nach dem Bonden der Bauelemente 2 mit dem Transporteur 17 der weiteren Verarbeitung bzw. Montage zugeführt. An dem Transporteur 17 befinden sich verschiedenste Überwachungs- und Meßelemente oder -postionen.

Die Fig. 6 zeigt in vereinfachter Darstellung nochmals die Bondposition 15a bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Diese, in der Fig. 6 allgemein mit 1a bezeichnete Vorrichtung entspricht in ihrer Ausbildung der Vorrichtung 1, allerdings mit einer etwas anderen Ausbildung der Bondposition 15a. An dieser Position werden mit Hilfe des Pick-Up-Elementes 18a Bauelemente in Form von Laserdioden 6 auf das Substrat 4 in einer genau vorgegebenen Position aufgesetzt, und zwar wiederum überwacht durch das Vision-System 20 und orientiert zu vorgegebenen Referenzpunkten bzw. Kanten 21 auf dem Substrat 4 (Fig. 7). Die Besonderheit der Ausführung der Fig. 6 besteht darin, daß das Werkzeug bzw. Pick- Up-Element 18 an einem Werkzeugträger 25 vorgesehen ist, der mit einem Drehlager 26 um die Z-Achse drehbar an einem Arm 27 befestigt ist. Der Arm 27, auf dem auch ein Sensor 28 zur Messung der Bond-Kraft vorgesehen ist, ist mit einem X/Y-Antrieb des ansonsten nicht dargestellten Pick-Up-Kopfes für die Bewegung in der X-Achse und Y-Achse verbunden. Der Träger 25 ist mit einem nicht dargestellten Stellantrieb um die Z-Achse drehbar. Der Sensor 28 ist beispielsweise ein solcher mit einem Dehnungs- Meß-Streifen.

Im Träger 25 ist eine mittige Öffnung 29 vorgesehen, durch die das Vision-System 20 sowohl das Substrat 4 als auch das Bauelement, nämlich die Laserdiode 6 erfaßt, insbesondere auch beim Justieren und Bonden. Das Bonden selbst, d. h. die Bond- Verbindung zwischen der Laserdiode 6 und dem Substrat 4 erfolgt durch eutektisches Bonden oder Löten, und zwar unter Verwendung eines Laserstrahls 30, mit dem das Substrat 4 hierfür partiell erhitzt wird. Selbstverständlich sind auch hier wiederum andere Verbindungen, beispielsweise Klebeverbindungen möglich.

Die Fig. 8 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform die Bondposition 15b einer ansonsten nicht näher dargestellten Vorrichtung 1b, mit der Bauelemente in Form spezieller optischer Elemente 31 auf Baugruppen 3b mit jeweils einer Laserdiode 6 und einem Abstandhalter 32 montiert werden, wobei der Abstandhalter 32 an einer Fläche 33 als optischer Spiegel ausgebildet ist. Zum Ausrichten und Bonden des Bauelementes 31, welches auch eine Linse 34 aufweist, die exakt im Strahlengang des am Spiegel 33 in Richtung der Z-Achse reflektierten Laserstrahls 6' der Laserdiode 6 zentriert werden muß, weist die Bondposition 15b u. a. auch elektrische Kontakte 35 auf, über die die Laserdiode 6 an eine Spannungsquelle anschließbar ist. Mit Hilfe des Vision-System 20, welches auch den mittels der Linse 34 kollimierten oder fokussierten Laserstrahl 6' der Laserdiode 6 erfaßt wird das Bauelement 31 so positioniert, daß die angestrebte optimale Fokussierung bzw. Kollimierung dieses Laserstrahls erreicht ist. Anstelle des Pick-Up-Elementes 18 ist ein Pick-Up-Element 18b verwendet, welches als Vakuumhalter ausgeführt ist und aus einem lichtdurchlässigen Material, beispielsweise aus Glas besteht, so daß auf jeden Fall der durch die Linse 34 hindurchtretende Laserstrahl 6' von dem Vision-System 20 erfaßt werden kann. Im Strahlengang dieses Laserstrahls 6' ist bei der dargestellten Ausführungsform weiterhin ein halb durchlässiger Spiegel 36 vorgesehen, über den ein äußerer Laserstrahl 30 eines seitlich angeordneten Lasers auf den Abstandhalter 32 gerichtet werden kann, um durch Erhitzen dieses Abstandhalters 32 eine eutektische Bondverbindung herzustellen oder aber einen für diese Bondverbindung verwendeten Kleber auszuhärten usw.

Die Fig. 9 und 10 zeigen sehr schematisch eine Vorrichtung 1c, die sich von der Vorrichtung 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß die Aufnahmeposition 11c und die Bondposition 15c bezüglich der vertikalen Drehachse des Drehtellers 7 einander diametral gegenüberliegend vorgesehen sind, daß anstelle der in gegurteter Form zugeführten Bauelemente 2 von einem Wafer 37 durch Abtrennen erhaltene Chips 38 verarbeitet bzw. auf den an der Bondposition 15 vorbeibewegten Substraten 4 gebondet werden, und daß anstelle des Vision-Systems 20 das Vision-System 23 an der Bondposition 15c das Absetzen der Chips 38 auf die Substrate 4 und das dortige Bonden überwacht und das vorgesehene Pick-Up-Element in der erforderlichen Weise steuert. Um die von dem Wafer 37 gebildeten Chips nacheinander abzuarbeiten, ist der Wafer 37 an der Aufnahmeposition 11c auf einem X-Y-Tisch angeordnet, der durch das dortige Vision-System 22 in der erforderlichen Weise derart gesteuert wird, daß exakt immer ein Chip 38 mittig von dem Pick-Up-Element erfaßt wird.

Die Fig. 9 und 10 zeigen die oben erwähnten beiden Phasen eines Arbeitstaktes, d. h. die Fig. 9 die Phase zum Aufnehmen eines Chips 38 an der Aufnahmeposition 11c und zum Absetzen eines Chips 38 auf ein Substrat 4 an der Bondposition 15c bzw. die Fig. 10 das Ablegen eines Chips 38 an der Aufnahmeposition 11c in ein Nest 10 eines Halters 9 bzw. das Entnehmen eines Chips 38 aus einem Nest 10 an der Bondposition 15c.

Während die Fig. 9 und 10 also einen Wafer/Substrat-Bonder zeigen, zeigt die Fig. 11 als weitere mögliche Ausführungsform eine Vorrichtung 1d, die ähnlich der Vorrichtung 1c ausgebildet ist, allerdings als Wafer/Wafer-Bonder, bei dem die Chips 38 des Wafers 37 an der Aufnahmeposition 11d jeweils auf Chips 38 eines Wafers 40 an der Bondposition 15d lagegenau aufgesetzt und gebondet werden. Bei dieser Ausführung befindet sich der Wafer 40 ebenfalls an einem X-Y-Tisch, der durch das Vision-System 23 exakt gesteuert wird, wobei das an der Bondposition 15d vorhandene Pick-Up-Element vorzugsweise ebenfalls eine Justagebewegung in der X- Achse und Y-Achse ausführt, gegebenenfalls auch eine Justage-Drehbewegung um die Z-Achse. Die Justage-Bewegungen sowie auch die Bewegungen des X-Y-Tisches für den Wafer 40 sind durch das Vision-System 22 bzw. 23 gesteuert.

Die Erfindung wurde voranstehend an verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke verlassen wird. so sind beispielsweise anstelle der beschriebenen Pick-Up-Elemente auch andere, geeignete Werkzeuge verwendbar, die dann beispielsweise als Greifzangen, Vakuum- Halter usw. ausgeführt sind.

Weiterhin können anstelle des in der Fig. 8 beschriebenen aktiven Justageverfahrens, bei dem über das Vision-System 20 der Laserstrahl 6' der auf dem Substrat 4 bereits montierten Laserdiode 6 überwacht wird, auch andere Maßnahmen für die aktive Justage des Bauelementes 31 verwendet sein, beispielsweise optisch wirksame Strukturen oder Flächen an dem Bauelement, die bei unterschiedlicher Positionierung des Bauelementes 1 eine unterschiedliche Sicht des von dem Laserdiode 6 gelieferten Laserstrahles usw. bewirken.

Bezugszeichenliste

1

,

1

a,

1

b,

1

c,

1

d Vorrichtung

2

Bauelement

3

,

3

b Baugruppe

4

Substrat

5

Abstandhalter

6

Laserdiode

6

' Laserstrahl

7

Drehteller

8

Drehtellerschrittantrieb

9

Halter

10

Nest

11

,

11

c,

11

d Pick-Up- oder Aufnahmeposition

12

Gurt

13

Pick-Up-Element

14

Antrieb

15

,

15

a,

15

b,

15

c,

15

d Bondposition

16

Aufnahme für Baugruppen

17

Transporteur

18

,

18

a,

18

b Pick-Up-Element

19

Pick-Up-Kopf

20

Vision-System

21

Kante oder Bezugspunkt

22

,

23

Vision-System

24

Magazin

25

Werkzeugträger

26

Drehlager

27

Haltearm

28

Kraftsensor

29

Öffnung

30

Laserstrahl

31

Bauelement

32

Abstandhalter

33

Spiegelfläche

34

Linse

35

Kontakt

36

Spiegel

37

Wafer

38

Chip

39

Chip

40

Wafer

Claims (18)

1. Bonder für Bauelemente (2, 6, 31, 38) mit kleinen Abmessungen mit einer Transfereinrichtung (7, 13, 18, 18a, 18b) zum Übertragen der Bauelemente (2) von einer Pick-Up oder Aufnahmeposition (11, 11c, 11d)) an ein an einer Bond-Position (15, 15a, 15b, 15c, 15d) bereitstehendes Bauteil (3, 3b, 4, 39) sowie zum lagegenauen Positionieren und Bonden auf diesem Bauteil, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfereinrichtung von einem in einer Transportrichtung (A) getaktet angetriebenen Transportelement (7) und mit in Transportrichtung (A) aufeinanderfolgenden Aufnahmen (10) für die Bauelemente (2, 6, 31, 38) sowie von Pick-Up-Elementen (13, 18, 18a, 18b) an der Aufnahmeposition (11, 11c, 11d) und an der Bond-Position (15, 15a, 15b, 15c, 15d) gebildet ist, daß zwischen den Aufnahmen (10) für die Bauelemente (2, 6, 31, 38) am Transportelement (7) Öffnungen vorgesehen sind, und daß wenigstens ein Pick-Up-Element (13, 18, 18a, 18b) in einer Achsrichtung (Z-Achse) senkrecht zur Förderrichtung (A) zwischen einer Ausgangsposition an einer Seite der Bewegungsbahn der Aufnahmen (10) für die Bauelemente (2, 6, 31, 38) in die Aufnahmeposition (11, 11c, 11d) oder Bondposition (15, 15a, 15b, 15c, 15d) an der gegenüberliegenden Seite der Bewegungsbahn der Aufnahmen (10) für die Bauelemente (2, 6, 31, 38) sowie auch an die Aufnahmen (10) für die Bauelemente (2, 6, 31, 38) heran bewegbar ist.

2. Bonder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Pick- Up-Element (13) ausschließlich in der einen Achsrichtung (Z-Achse) bewegbar ist.

3. Bonder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Achsrichtung (Z-Achse) die vertikale Achse ist.

4. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportelement ein um eine Achse parallel zu der einen Achsrichtung (Z- Achse) getaktet umlaufend angetriebener Drehteller (7) ist.

5. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (10) für die Bauelemente (2, 6, 31, 38) an einem Rand des Transportelementes (7) vorgesehen sind, und daß das Transportelement in Transportrichtung (A) zwischen jeweils zwei Aufnahmen (9, 10) für die Bauelemente (2, 6, 31, 38) eine Öffnung oder eine Ausnehmung aufweist.

6. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (10) für die Bauelemente (2, 6, 31, 38) an über einen Rand des Transportelementes (7) wegstehenden Vorsprüngen oder Haltern (9) gebildet sind.

7. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Pick-Up-Element (18) durch einen Antrieb (18) für eine Feinjustage in wenigstens einer weiteren Achsrichtung (X-Achse, Y-Achse), die senkrecht zu der ersten Achsrichtung (Z-Achse) liegt, gesteuert bewegbar ist und/oder um die erste Achsrichtung (Z-Achse) schwenkbar ist.

8. Bonder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine weitere Achsrichtung (X-Achse, Y-Achse) eine horizontale Achse ist.

9. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein Vision-System (20, 23) an der Bondposition (15, 15a, 15b, 15c, 15d) zur Steuerung des dortigen Pick-Up-Elementes (18) und/oder einer Auflage für das weitere Bauelement oder die weitere Baugruppe (3, 4, 39, 40).

10. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein Vision-System (22) an der Aufnahmeposition (11, 11c, 11d) zur Überwachung und/oder Steuerung des dortigen Pick-Up-Elementes (13) und/oder einer Auflage oder Zuführung für die ersten Bauelemente (2, 6, 31, 38).

11. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeposition (11, 11c, 11d) jeweils unterhalb der Bewegungsbahn der Bauelementeaufnahmen (10) vorgesehen ist.

12. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bondposition (15, 15a, 15b, 15c, 15d) unterhalb der Bewegungsbahn der Bauelementeaufnahmen (10) vorgesehen ist.

13. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pick-Up-Elemente (13, 18, 18a, 18b) Zangen oder Vakuumgreifer sind.

14. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pick-Up-Elemente (13, 18, 18a, 18b) derart ausgebildet sind, daß das Vision- System (20, 22, 23) sowohl das jeweilige Bauelement (2, 6, 31, 38) als auch das Umfeld (12, 38) erfaßt, aus dem das Bauelement entnommen wird.

15. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pick-Up-Elemente (13, 18, 18a, 18b) derart ausgebildet sind, daß das Vision- System (20, 22, 23) sowohl das jeweilige Bauelement (2, 6, 31, 38) als auch das Bauteil (3, 3b, 4, 39) erfaßt, auf dem das Bauelement (2, 6, 31, 38) abgelegt wird.

16. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vision-System an der Bondposition (15, 15a, 15b, 15c 15d) Orientierungselemente, beispielsweise Orientierungspunkte oder Kanten (21) erfaßt und zu diesen Markierungen (21) das erste Bauelement (2, 6, 38) ausrichtet.

17. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Montage von optischen Bauelementen mit Hilfe des Vision-Systems (20) eine aktive Ausrichtung des Bauelementes (31) in Bezug auf das Bauteil (3) dadurch erfolgt, daß mit dem Vision-System (20) wenigstens ein von Bauteil (3) erzeugter und in das Bauelement (31) eintretender Lichtstrahl (6') erfaßt wird.

18. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bonden des jeweiligen Bauelementes (2, 6, 31, 38) auf dem Bauteil (3, 3b, 4, 39) durch Laser-Bonden, beispielsweise durch Laser-Löten oder -schweißen, oder durch Kleben erfolgt.