DE10313255A1

DE10313255A1 - Transfer- or bonding- head for transferring components e.g. for semiconductor components to a takeoff position, has second shaft enclosing first shaft and provided with control curve for radial adjustment of holder

Info

Publication number: DE10313255A1
Application number: DE10313255A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: DE10313255B4

Abstract

A transfer- or bonding- head has at least one controlled swiveling or rotating holder (7) for a swivel- or rotary-movement around a first axis (L) and which has a receptacle (8) radially spaced from the first axis (L) for a component (18). The holder (7) is provided with a shaft arranged on an axis similar to the first axis (L), which swivels or rotates about the first axis for the rotary movement of the holder via a drive. The first shaft (3) is enclosed by a second shaft (5) which is provided with a control curve (11) enclosing the first axis (L) for radial adjustment of the holder. An Independent claim is also included for a device for transferring components from the takeoff position to an unloading position.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transfer- oder Bondkopf gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Vorrichtung mit einem solchen Transferkopf gemäß Oberbegriff Patentanspruch 11.The invention relates to a Transfer or bond head according to the generic term Claim 1 and a device with such a transfer head according to the generic term Claim 11.

Beispielsweise bei sogenannten Die-Bondern werden üblicherweise Transferköpfe verwendet, mit denen Chips eines Halbleiterwafers von diesem Wafer bzw. einer die Chips des Wafers tragenden Folie abgenommen und beispielsweise in einem Lead-Frame eingesetzt werden. Hierbei ist es notwendig, zumindest den Wafer auf einen Halter oder einer Aufnahme (XY-Tisch) vorzusehen, die in zwei, die Waferfläche definierenden und senkrecht zueinander verlaufenden Achsen bewegbar ist, um durch gesteuerte Bewegung des Halters die einzelnen Chips nacheinander mit dem Bondkopf bzw. mit einem dort vorgesehenen Vakuumhalter vom Wafer abnehmen und an dem Lead-Frame oder aber an einen anderen Träger übertragen bzw. transportieren zu können. Nachteilig sind bei bekannten Bondköpfen u.a. die große Länge des Bondarmes und die dadurch bedingten langen Wege und Taktzeiten für das Holen und Ablegen.For example with so-called die bonders are common transfer heads used to chip a semiconductor wafer from this wafer or a film carrying the chips of the wafer is removed and, for example in a lead frame be used. Here it is necessary, at least the wafer on a holder or holder (XY table) to provide the in two, the wafer area defining and perpendicular to each other movable axes is to control the individual chips by controlled movement of the holder successively with the bonding head or with a vacuum holder provided there Remove from the wafer and on the lead frame or on another Transfer carrier or to be able to transport. Disadvantages of known bond heads include the great length of the Low bonds and the resulting long distances and cycle times for fetching and dropping.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Transfer- oder Bondkopf aufzuzeigen, der sich durch einen sehr kompakten Aufbau, eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit und sehr präzise Arbeitsweise auszeichnet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Transferkopf entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.The object of the invention is a Show transfer or bond head, which is characterized by a very compact Structure, a high working speed and very precise working method distinguished. To the solution this task is a transfer head according to the claim 1 trained.

Eine Vorrichtung zum Übertragen oder Transportieren von Bauelementen von einer Aufnahme- und/oder Übergabeposition an eine Ablageposition ist entsprechend dem Patentanspruch 11 ausgebildet.A device for transmission or transporting components from a receiving and / or transfer position at a storage position is formed according to claim 11.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:Developments of the invention are Subject of the subclaims. The invention is illustrated below with the aid of exemplary embodiments explained in more detail. It demonstrate:

1 den Vakuumhalter oder Bondarm eines Bondkopfes gemäß der Erfindung in verschiedenen Positionen; 1 the vacuum holder or bond arm of a bond head according to the invention in different positions;

2 einen Längsschnitt durch den Bondkopf der 1; 2 a longitudinal section through the bondhead 1 ;

3 eine Einrichtung zum Sortieren von Bauelementen unter Verwendung des Bondkopfes der 1 und 2. 3 a device for sorting components using the bondhead of 1 and 2 ,

Der in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete und vielseitig verwendbare Bondkopf besteht bei der dargestellten Ausführungsform im wesentlichen aus einem Kopfstück 2, welches an einem Ende einer Welle 3 befestigt ist, die um eine Längsachse L des Bondkopfes 2 drehbar in einem Gehäuse 4 gelagert ist, und zwar mittelbar, d.h. in einer Hohlwelle 5. Diese ist ebenfalls um die Längsachse L drehbar in dem Gehäuse 4 gelagert.The one in the figures in general 1 designated and versatile bond head consists essentially of a head piece in the illustrated embodiment 2 which is at one end of a shaft 3 is attached, which is about a longitudinal axis L of the bondhead 2 rotatable in a housing 4 is stored, specifically indirectly, ie in a hollow shaft 5 , This is also rotatable about the longitudinal axis L in the housing 4 stored.

Am Kopfstück 2 ist radial zur Achse L verschiebbar ein Schlitten 6 vorgesehen, an dem ein Bondarm 7 befestigt ist, der als Vakuumhalter mit einer Vakuumöffnung 8 ausgebildet ist und von dem Schlitten 6 bezogen auf die Achse L radial wegsteht.On the head piece 2 is a slide that can be moved radially to the axis L. 6 provided on which a bond arm 7 is attached as a vacuum holder with a vacuum opening 8th is formed and by the sled 6 radially protrudes with respect to the axis L.

Zwischen dem Kopfstück 2 und dem Schlitten 6 wirkt eine Druckfeder 9, die den Schlitten 6 radial zur Längsachse L in eine Stellung vorspannt, in der die Vakuumöffnung 8 den größeren Abstand von der Längsachse L aufweist. An der der Druckfeder 9 gegenüberliegenden Seite ist am Schlitten 6 eine Kurvenrolle 10 frei drehbar gelagert, und zwar um eine Achse parallel zur Längsachse L. Die Kurvenrolle 10 wirkt mit einer exenterförmigen Steuerkurve 11 zusammen, die von der Innenfläche eines napfartigen Steuerkopfes 12 (Kurvenrad) gebildet ist und die Längsachse L umschließt. Der Steuerkopf 12 ist an dem dem Kopfstück 2 benachbarten Ende der äußeren Welle 5 befestigt ist. Über Riemenräder 13 und 14 sind die Welle 3 (Riemenrad 13) und die Welle 5 (Riemenrad 14) durch Steuerantriebe individuell und gesteuert antreibbar. In der Welle 13 ist weiterhin ein axialer Kanal 15 ausgebildet, der mit einem Ende über einen nicht dargestellten Kanal im Bondarm 7 und damit mit der Vakuumöffnung 8 in Verbindung steht. Das andere Ende des Kanales 15 ist über eine Drehkupplung 16 mit einem an eine Vakuum- oder Unterdruckquelle führenden äußeren Kanal 17 verbunden.Between the head piece 2 and the sledge 6 acts as a compression spring 9 who the sledge 6 biased radially to the longitudinal axis L in a position in which the vacuum opening 8th has the greater distance from the longitudinal axis L. On the compression spring 9 opposite side is on the sled 6 a curve roller 10 freely rotatable, namely around an axis parallel to the longitudinal axis L. The cam roller 10 works with an eccentric cam 11 together by the inner surface of a cup-like control head 12 (Cam wheel) is formed and encloses the longitudinal axis L. The control head 12 is on the headpiece 2 adjacent end of the outer shaft 5 is attached. Via belt wheels 13 and 14 are the wave 3 (pulley 13 ) and the wave 5 (pulley 14 ) can be driven individually and in a controlled manner by control drives. In the wave 13 is still an axial channel 15 formed with one end via a channel, not shown, in the bond arm 7 and thus with the vacuum opening 8th communicates. The other end of the channel 15 is via a rotary coupling 16 with an outer channel leading to a vacuum or vacuum source 17 connected.

Durch einen entsprechenden Antrieb der Welle 3 über das Riemenrad 13 sind das Kopfstück 2 und damit auch der Bondarm 7 um die Längsachse L in verschiedene Stellungen schwenkbar oder drehbar, und zwar zumindest in die in der 1 in den Positionen a – d dargestellten Stellungen. In jeder dieser Stellungen ist der Bondarm durch entsprechendes Verstellen des Steuerkopfes 12 auch radial zur Längsachse L vor- und zurückbewegbar, so daß beispielsweise bei einer Bewegung aus der Position a) in die Position b) ein Bauteil 18, z.B. ein Halbleiterchip mit dem Bondkopf 7 von einer vertikale Ablage 19 (z. B. Wafer) abgenommen und anschließend nach einem Schwenken des Bondkopfes 7 um 90° um die Längsachse L in die Stellung c) aus dieser in die Position d) bewegt werden kann, um das Bauelement 18 auf eine Ablage 20 abzulegen. Mit E1 ist die vertikale Ebene der Ablage 19 bezeichnet, mit der (Ebene E1) die Ebene E2 der Ablage 20 einen Winkel von etwa 90° einschließt. Wie die 2 auch zeigt, ist das Kopfstück 2 sowie teilweise auch der Schieber 6 in dem napfartigen Steuerkopf 11 aufgenommen.By appropriate drive of the shaft 3 over the pulley 13 are the headpiece 2 and with it the bond arm 7 about the longitudinal axis L in various positions pivotable or rotatable, at least in the in 1 positions shown in positions a - d. The bond arm is in each of these positions by appropriate adjustment of the control head 12 can also be moved radially back and forth to the longitudinal axis L, so that a component, for example, when moving from position a) to position b) 18 , for example a semiconductor chip with the bond head 7 from a vertical shelf 19 (e.g. wafer) removed and then after swiveling the bondhead 7 can be moved by 90 ° around the longitudinal axis L into position c) from this position to position d) around the component 18 on a shelf 20 store. With E1 is the vertical level of the shelf 19 designated, with (level E1) the level E2 of the storage 20 encloses an angle of approximately 90 °. As the 2 also shows is the head piece 2 and partly also the slide 6 in the cup-like control head 11 added.

Die 3 zeigt die Verwendung des Bondkopfes 1 in einer Vorrichtung 21, bei der die Bauelemente 18 von einem in einer vertikalen Ebene angeordneten Wafer 19 abgenommen und auf Ablagen 20 abgelegt werden, die auf einer Trommel 22 gehalten sind. Die Ablage 19 ist dabei die übliche, in einem Rahmen 23 eingespannte und für Halbleiterwafer verwendete Folie. Der Rahmen 23 und die Folie sind an einem vertikalen XY-Tisch 24 gehalten.The 3 shows the use of the bondhead 1 in one device 21 , where the Bauele mente 18 from a wafer arranged in a vertical plane 19 removed and on shelves 20 placed on a drum 22 are held. Filing 19 is the usual, in a frame 23 clamped film used for semiconductor wafers. The frame 23 and the slide are on a vertical XY table 24 held.

Die Trommel 22, von der in der 3 nur ein Segment dargestellt ist, ist durch einen Antrieb um eine parallel zur Längsachse L des Bondkopfes 1 verlaufende Achse drehbar, sowie auch in Richtung ihrer Trommelachse bewegbar. Auf der Außenfläche 22.1 der Trommel 22 sind die jeweils von Zuschnitten einer selbstklebenden Folie gebildeten Ablagen 20 gehalten. Die Folie ist wiederum die übliche selbstklebende Folie, wie sie in der Halbleiterherstellung zum Halten von Halbleiterbauelementen oder Chips verwendet wird.The drum 22 , of which in the 3 only one segment is shown, is driven by a drive parallel to the longitudinal axis L of the bondhead 1 extending axis rotatable, and also movable in the direction of its drum axis. On the outside surface 22.1 the drum 22 are the shelves each formed by cuts of a self-adhesive film 20 held. The film is in turn the usual self-adhesive film, as is used in semiconductor production for holding semiconductor components or chips.

Die in der 3 dargestellte Vorrichtung 21 weist zusätzlich zum Bondkopf 1 einen Vakuumhalter 25 auf, der in einer Achsrichtung senkrecht zur Ebene der Ablage 19 und damit in einer Achsrichtung radial zur Längsachse L des Bondkopfes 1 vor- und zurückbewegbar ist, und zwar aus einer Pick-Up-Stellung 25.1 zur Abnahme eines Bauelementes 18 von der Ablage 19 in eine Übergabestellung 25.2, an der das Bauelement 18 dann von dem Bondarm 7 bzw. der dortigen Vakuumöffung 8 übernommen wird und die sich somit im Bereich der Bewegungsbahn der Vakuumöffnung 8 des Bondarmes 7 befindet.The in the 3 shown device 21 points in addition to the bondhead 1 a vacuum holder 25 on in an axial direction perpendicular to the plane of the shelf 19 and thus in an axial direction radially to the longitudinal axis L of the bondhead 1 can be moved back and forth from a pick-up position 25.1 for the acceptance of a component 18 from the shelf 19 in a handover position 25.2 on which the component 18 then from the bond arm 7 or the vacuum opening there 8th is taken over and thus in the area of the path of movement of the vacuum opening 8th of the bond arm 7 located.

Jedes übernommene Bauelement 18 wird dann auf einer der Ablagen 20 abgelegt. Hierbei erfolgt beispielsweise ein Sortieren der Bauelemente 18 auf verschiedenen Ablagen 20, wofür die Trommel 22 durch den Antrieb gesteuert gedreht und/oder axial bewegt wird, und zwar in Abhängigkeit beispielsweise von dem Meßergebnis einer vorausgegangenen Messung und/oder Überprüfung der Bauelemente 18 auf der Ablage 19 oder im Halbleiterwafer. Die Bauelemente werden bei der Übertragung auch gewendet, da sie mit dem Pickup-Element 25 und dem Bondarm 7 an unterschiedlichen Flächen gefaßt werden.Every component taken over 18 will then be on one of the trays 20 stored. Here, for example, the components are sorted 18 on different shelves 20 what the drum for 22 is rotated in a controlled manner by the drive and / or moved axially, depending on, for example, the measurement result of a previous measurement and / or checking of the components 18 on the shelf 19 or in the semiconductor wafer. The components are also turned during the transfer because they are with the pickup element 25 and the bond arm 7 can be taken on different surfaces.

Nach dem Übertragen der Bauelemente 18 auf die Ablagen 20 können diese Ablagen von der Vakuumtrommel für eine Weiterverarbeitung der Bauelemente 18 abgenommen werden.After transferring the components 18 on the shelves 20 can these shelves from the vacuum drum for further processing of the components 18 be removed.

Wie dargestellt, werden die Bauelemente 18 jeweils einzeln von der Ablage 19 abgenommen, und zwar mit dem Linear-Pick-Up-Element oder Vakuumhalter 25, und dann auch einzeln an den Bondarm 7 übergeben und mit diesem auf die Ablage 20 abgelegt.As shown, the components 18 individually from the shelf 19 removed, with the linear pick-up element or vacuum holder 25 , and then individually to the bond arm 7 passed and with this on the shelf 20 stored.

Die Steuerung und Überwachung des Bondarmes 7, des Linear-Pick-Up-Elementes bzw. Vakuumhalters 25 und des XY-Tisches 24 erfolgt mit einem Vision-System mit mehreren Kameras 26. Um den erforderlichen freien Sichtbereich für diese Kameras zu erhalten sind die Ebenen E1 und E2 der Ablagen 19 und 20 auch bei dieser Ausführung wiederum so gewählt, daß sie einen Winkel miteinander einschließen. Durch die Verwendung der Trommel 22 ist weiterhin der für die Bewegung des XY-Tisches 24 notwendige Freiraum gewährleistet, und zwar trotz der relativ kurzen Ausbildung des Bondarmes 7 und damit der relativ kurzen Wege bei der Übertragung des jeweiligen Bauelementes 18 von der Übergabeposition 25.2 auf die Ablage 20.The control and monitoring of the bond arm 7 , the linear pick-up element or vacuum holder 25 and the XY table 24 takes place with a vision system with several cameras 26 , In order to obtain the required free viewing area for these cameras, the levels E1 and E2 of the shelves are 19 and 20 in this version again chosen so that they enclose an angle with each other. By using the drum 22 is still the one for the movement of the XY table 24 necessary necessary space guaranteed, despite the relatively short design of the bond arm 7 and thus the relatively short distances in the transmission of the respective component 18 from the transfer position 25.2 on the shelf 20 ,

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So ist es beispielsweise möglich, bei der Vorrichtung 21 auf den Halter 25 zu verzichten und/oder generell den Bondkopf 1 so auszubilden, daß am Kopfstück 2 wenigstens zwei jeweils eine Vakuumöffnung 8 aufweisende Bondarme 7 vorgesehen sind, die dann beispielsweise gemeinsam oder aber individuell durch die Steuerkurve 11 des Steuerkopfes 12 radial zur Achse L bewegbar sind.The invention has been described above using exemplary embodiments. It goes without saying that numerous changes and modifications are possible without departing from the inventive idea on which the invention is based. For example, it is possible with the device 21 on the holder 25 to do without and / or generally the bondhead 1 to train so that on the head piece 2 at least two vacuum openings each 8th having bond arms 7 are provided, which are then, for example, jointly or individually through the control curve 11 of the control head 12 are movable radially to the axis L.

Weiterhin ist die Verwendung des Bondkopfes 1 nicht auf eine Vorrichtung gemäß 3 beschränkt, sondern dieser Bondkopf ist überall dort anwendbar, wo Bauteile von einem Abnahme- oder Übergabebereich an eine Ablage transportiert werden, wobei auch diese Ablage unterschiedlichster Art sein kann, beispielsweise Aufnahmen eines Transportbandes oder Gurtes usw. Weiterhin eignet sich der Bondkopf auch zur Verwendung in Montageautomaten, beispielsweise zum Positionieren von Bauelementen in Bauteilen, Schaltungen usw.Furthermore, the use of the bondhead 1 not according to a device 3 limited, but this bond head can be used wherever components are transported from a removal or transfer area to a shelf, whereby this shelf can be of various types, for example, recordings of a conveyor belt or belt, etc. Furthermore, the bond head is also suitable for use in Automatic assembly machines, for example for positioning components in components, circuits, etc.

11: BondkopfBond head
22: Kopfstückheadpiece
33: Welle des Kopfstückes 2 Shaft of the head piece 2
44: Gehäusecasing
55: Hohlwellehollow shaft
66: Schieberpusher
77: Bondarmbonding arm
88th: Vakuumöffnungvacuum port
99: Druckfedercompression spring
1010: Kurvenrollefollower
1111: Innenfläche oder SteuerkurveInner surface or cam
1212: Steuerkopfcontrol head
13, 1413 14: Riemenradpulley
1515: Vakuumkanalvacuum channel
1616: Drehkupplungrotary joint
1717: Vakuumkanalvacuum channel
1818: Bauelementmodule
19, 2019 20: Ablagefiling
2121: Vorrichtungcontraption
2222: Trommeldrum
22.122.1: TrommelaußenflächeDrum outer surface
2323: Rahmenframe
2424: vertikaler XY-Tischvertical XY table
2525: Vakuumhalter oder Linear-Pick-Up-Elementvacuum holder or linear pick-up element
25.125.1: Abnahmepositionremoval position
25.225.2: ÜbergabepositionTransfer position
2626: Kamera des Vision-Systemscamera of the vision system

Claims

Transfer or bond head for transferring small-format components, for example semiconductor components ( 18 ) from a transfer or receiving position to a storage position with at least one holder which can be pivoted or rotated in a controlled manner for a pivoting or rotating movement about a first axis (L) ( 7 ) which has a receptacle radially spaced from the first axis ( 8th ) for a component ( 18 ) and which can be moved radially to the first axis (L) with this receptacle for a feed movement, characterized in that the holder ( 7 ) is provided on a first shaft which is arranged coaxially with the first axis (L) and which can be pivoted or rotated about the first axis (L) by a drive for the pivoting and rotating movement of the holder, that the first shaft ( 3 ) from a second wave ( 5 ) is enclosed on which a control curve (L) enclosing the first axis (L) 11 ) for the radial feed movement of the holder ( 7 ) is provided and which can be rotated or controlled for this infeed movement by a drive controlled about the first axis (L).

Transfer or bond head according to claim 1, characterized in that on the first shaft ( 3 ) a head piece ( 2 ) is provided, on which the at least one holder ( 7 ) carrying slide ( 6 ) is provided radially displaceable to the first axis (L).

Transfer or bond head according to claim 1 or 2, characterized in that a cup-like control head ( 12 ) is provided which has the control curve or control surface on an inner surface ( 11 ) forms.

Transfer or bond head according to one of the preceding claims, characterized in that on the slide ( 6 ) one with the control curve ( 11 ) interacting control cam or a cam roller ( 10 ) is provided.

Transfer or bond head according to one of the preceding claims, characterized in that the holder ( 7 ) by spring means ( 9 ) is biased into an end position of its radial movement.

Transfer or bond head according to one of the preceding claims, characterized in that the slide ( 6 ) supporting head piece ( 2 ) at least partially from the control head ( 12 ) is enclosed.

Transfer or bond head according to one of the preceding claims, characterized in that the first shaft ( 3 ) in the second wave ( 5 ) and the second wave ( 5 ) in a housing ( 4 ) of the transfer or bond head are rotatably mounted.

Transfer or bond head according to one of the preceding claims, characterized by separate drives for the first shaft ( 3 ) and the second wave ( 5 ).

Transfer or bonding head according to one of the preceding claims, characterized by at least two holders (rotatable or pivotable about the first axis and movable radially to the first axis) ( 7 ).

Transfer or bond head according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one holder ( 7 ) is a vacuum holder.

Transfer device or transporting components from an acceptance or transfer position to a storage position using a transport route, characterized in that the Transport route at least partially from a transfer or bond head is formed according to one of the preceding claims.

Device according to claim 11, characterized in that the acceptance position ( 19 ) and the storage position ( 20 ) are provided in planes (E1, E2), which are at an angle of less than 180 °, for example, include an angle of 90 ° or less than 90 °.

Device according to claim 11 or 12, characterized in that that the Intersection line between the levels (E1, E2) parallel to the first Axis (L) lies.

Device according to one of claims 11 - 13, characterized in that the transport route additionally at least one further transport element, for example a linearly moving pick-up element ( 23 ), and that during the transport of the components ( 18 ) a transfer of components between the at least one holder of the transport device (from the removal position to the storage position) 1 ) and the additional transport element ( 23 ) he follows.

Device according to one of claims 11 - 14, characterized through her training as a belt.

Device according to one of claims 11 - 14, characterized in that through her training as a die bonder.

Device according to one of claims 11-14, characterized by their training as a mounting device.

Device according to one of claims 11 - 14, characterized through her training as a die sorter.