TW201349367A

TW201349367A - 黏晶裝置

Info

Publication number: TW201349367A
Application number: TW102117146A
Authority: TW
Inventors: Yoshiaki Hara
Original assignee: Ueno Seiki Co Ltd
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2013-12-01
Also published as: WO2013171863A1

Abstract

提供可達成更高速的安裝處理的黏晶裝置1。環保持器2，垂直地保持晶圓環R。基板搬運裝置3，將基板F平放在與晶圓環R之保持面正交的水平面上並保持及搬運。拾取裝置4是旋轉式的，沿著與晶圓環R保持面和基板F保持面正交的面放射狀地配置保持部41，且在放射中心以每規定角度旋轉保持部41。藉由拾取裝置4的旋轉，利用面向晶圓環R的保持部41從晶圓W取出半導體元件D，同時利用面向基板F的保持部41搬運半導體元件D到基板F。

Description

黏晶裝置

本發明是有關於一種從晶圓(wafer)拾取(pick up)半導體元件並將其搬運並安裝到導線架(lead frame)和基板的黏晶裝置。

習知，在半導體的製造程序上，經過將晶圓黏貼上環(ring)的黏著(mounting)程序和分割成單片之半導體元件的晶圓切割(dicing)程序後，藉由黏晶(die bonder)裝置，從此晶圓依序取出單片化的半導體元件，而在導線架和基板(以下，歸納這些稱作基板)進行黏晶。

黏晶裝置包括使吸附噴嘴(nozzle)升降與在2維方向水平移動的黏晶頭(bonding head)，在其下方配置基板保持部和環保持器(ring holder)(例如，參考專利文獻1)。基板保持部和環保持器分別保持基板和晶圓環。基板保持部和環保持器具有與吸附噴嘴水平移動的平面平行的基板保持平面以及晶圓環的保持平面。

此黏晶裝置一般是經過以下的程序將半導體元件安裝到基板。首先，進行半導體元件的拾取程序。即，從晶圓環的上方使吸附噴嘴下降，利用存在於晶圓環裡側的頂出銷與吸附噴嘴夾住半導體元件。然後，利用吸附噴嘴吸附半導體元件後，一面上升該吸附噴嘴，一面利用頂出銷頂出半導體元件。

接著，在拾取程序後，黏晶裝置進行半導體元件的移動程序。即，當使吸附著半導體元件的吸附噴嘴上升，讓此吸附噴嘴在水平方向上2維移動並位於基板的安裝處上。使吸附著半導體元件的吸附噴嘴位於基板的安裝處上。

接著，進行半導體的安裝程序。即，使吸附著半導體元件的吸附噴嘴降下，將半導體元件壓住在安裝處。在將半導體元件壓住在安裝處前，預先塗抹黏著劑。

再者，在安裝半導體元件到基板的期間，使晶圓環水平移動，並進行與下個安裝的半導體元件與頂出銷的對準。

總而言之，在習知的黏晶裝置是將從半導體元件晶圓環的拾取程序，半導體元件的移動程序以及向半導體元件基板的安裝程序依此時間系列順序連續地重覆。此外，按照基板的安裝處，吸附著半導體元件的吸附噴嘴之移動距離會變化。此外，一般來說，為了在黏晶頭的下方配置基板保持部，在基板保持部的下方配置環保持器，且儘可能地縮短吸附噴嘴的水平移動，而將基板保持部和環保持器重疊(overlap)配置。

先前技術專利文獻：特開2009-59961公報

因為在習知的黏晶裝置是將拾取程序、半導體元件的移動程序以及安裝程序依此時間系列順序用別的時序重複，對從拾取一個半導體元件到安裝的週期時間(cycle time)其縮短是有限度的。對於週期時間的縮短只好提升吸附噴嘴的移動速度，而其移動速度的提升是有限度存在的。

此外，按照基板的安裝處半導體元件的水平移動距離會不同。即，在遠離頂出銷位置的安裝處安裝半導體元件的情況下，半導體元件的水平移動時間會變長。特別當基板的幅度變寬廣，水平移動時間就大幅地延長。

為了縮短半導體元件的水平移動時間，考慮將基板保持部和環保時部重疊配置。但是，為了從晶圓環拾取半導體元件的吸附噴嘴之升降距離，僅延長了如基板保持部厚度的長度。即，若要縮短水平移動時間，就會延長為了拾取半導體元件的升降時間。

如以上所述，在習知的黏晶裝置是在要縮短從拾取一個半導體元件到安裝為止的時間的嘗試上產生限度，而讓更高速的安裝處理難以實現。

本發明致力於提供一種黏晶裝置，因為是為了解決如上所述之習知技術的問題點而提出的，可達成更高速的安裝處理。

提供一種為了解決如上所述之課題的黏晶裝置，其特徵為從貼著包括多個半導體元件之晶圓的晶圓環搬運該半導體元件到基板並安裝在該基板上的各安裝處，該黏晶裝置包括環保持器、基板搬運部以及拾取裝置。環保持器用於保持上述晶圓環；基板搬運部用於將上述基板平放並且保持及搬運；拾取裝置為旋轉式，構成為將可裝卸該半導體元件的保持部放射狀地配置，並採用在放射中心以每規定角度旋轉該保持部的旋轉，上述拾取裝置是在介於上述環保持器和上述基板搬運部之間，且上述環保持器的環保持面、上述基板搬運部的基板保持面以及上述拾取裝置所配置的上述保持部延伸面以互相正交的方式來配置，藉由上述拾取裝置的旋轉，利用面向上述晶圓環的上述保持部從上述晶圓取出上述半導體元件，同時利用面向上述基板的上述保持部搬運上述半導體元件到上述基板。

黏晶裝置也可更包括從上述晶圓環頂出一片半導體元件的頂出銷，其設置在與面向上述晶圓環的上述保持部對向的位置，上述環保持器具備使上述晶圓環沿著其保持面進行2維移動的環移動機構，並使各半導體元件依序位於上述頂出銷的正面。

上述基板搬運部也可包括基板保持部，使上述基板沿著其保持面進行2維移動，並使上述基板的各安裝處依序位於面向上述基板的上述保持部之正面。

上述基板搬運部也可更包括傳送帶部，對上述基板保持部供給上述基板，在上述基板保持部的2維移動時，上述傳送帶部以與上述基板保持部不同高度的方式移動，自由地進行上述基板保持部的2維移動。

根據本發明，可同時地進行從晶圓環取出半導體元件的拾取程序和安裝半導體元件到基板的安裝程序，並可達成半導體元件的高速安裝。

1‧‧‧黏晶裝置

10‧‧‧框體

2‧‧‧環保持器

21‧‧‧環插入部

21a‧‧‧環圈板

21b‧‧‧環圈板

21c‧‧‧間隙部

22‧‧‧環移動機構

22a‧‧‧支持板

22b‧‧‧軌道

22c‧‧‧軌道

23‧‧‧環旋轉部

23a‧‧‧時序滑輪

23b‧‧‧皮帶

23c‧‧‧馬達

24‧‧‧頂出銷

3‧‧‧基板搬運裝置

31‧‧‧匣

32‧‧‧匣

33‧‧‧傳送帶部

34‧‧‧基板保持部

4‧‧‧拾取裝置

41‧‧‧保持部

41a‧‧‧吸附噴嘴

41b‧‧‧致動器

41c‧‧‧凸輪機構

41d‧‧‧桿

42‧‧‧馬達

A‧‧‧地點

B‧‧‧地點

D‧‧‧半導體元件

F‧‧‧基板

R‧‧‧晶圓環

W‧‧‧晶圓

圖1是繪示本實施形態的黏晶裝置之整體結構的立體圖。

圖2是環保持器的立體圖。

圖3是環保持器的正視圖。

圖4是環保持器的側視圖。

圖5是拾取裝置的立體圖。

圖6是拾取裝置的側視圖。

圖7是拾取裝置的正視圖。

圖8是基板搬運裝置的立體圖。

圖9(a)~9(c)是繪示藉由基板搬運裝置的基板搬運過程的圖。

圖10是繪示傳送帶部的移動動作的正視圖。

圖11(a)~11(b)是繪示在環保持器保持著晶圓環的狀態的立體圖(a)及可看到頂出銷的斷面圖(b)。

圖12是繪示取出半導體元件的側視圖。

圖13是繪示保持部的旋轉的側視圖。

圖14是繪示半導體元件的安裝的側視圖。

圖15是繪示保持部的更加旋轉的側視圖。

(整體結構)

以下，關於本發明的黏晶裝置的實施形態，參考圖式詳細地說明。

圖1是繪示本實施形態的黏晶裝置1之整體結構的立體圖。黏晶裝置1從黏貼有晶圓的晶圓環R(wafer ring，參照圖11)取出半導體元件，移轉並安裝到基板F。半導體元件是例如LED元件等。晶圓是以其被切割而成單片而且並列成陣列狀的圓板，且各單片為半導體元件。基板F是例如導線架，預先塗焊錫和樹脂膏等黏著劑。半導體元件被安裝在基板F上的各安裝處。

此黏晶裝置1包括保持晶圓環R的環保持器2、保持和搬運基板F的基板搬運裝置3以及將半導體元件從晶圓環R移轉到基板F的拾取裝置4。在此黏晶裝置1，因為旋轉式的拾取裝置4是介於保持器2和基板搬運裝置3之間，且配置成環保持器2、基板搬運裝置3以及拾取裝置4互相呈正交，故從晶圓環R取出半導體元件的拾取程序和在基板F安裝半導體元件的安裝程序是同時進行的。

即，環保持器2具有為了讓環平面相對於黏晶裝置1的設置面呈垂直的環保持面，將晶圓環R垂直地靠著而保持。而且，基板搬運裝置3以橫穿過被環保持器2保持的晶圓環的下端部的方式而設置。此基板搬運裝置3將基板F平放並保持在與環保持面正交的水平面上，並直接以水平方向搬運。

然後，當拾取裝置4放射狀地配置可裝卸半導體元件的保持部41時，保持部41是沿著與環保持面及基板保持面正交的面被放射狀地配置。拾取裝置4讓保持部41以放射中心每預定角度間歇性地旋轉，在面對晶圓環R的地點A使半導體元件吸附，在面對基板F的地點B使半導體元件脫離。

(晶圓保持裝置)

圖2是環保持器2的立體圖，圖3是環保持器2的正視圖以及圖4是環保持器2的側視圖。

如圖2至4所示，環保持器2在相對於框體10設置面的垂直面(以下，稱作正面)具有被插入晶圓環R的環插入部21，此外還包括環移動機構22、旋轉機構23以及頂出銷24。環移動機構22使環插入部21沿著框體10的正面移動；環旋轉機構23使環插入部21旋轉；頂出銷24被定點設置，並從晶圓環R的裡側頂出半導體元件。

環插入部21是由2片環圈(doughnut)板21a、21b所構成。其中之一環圈板21a是使其背面面對環保持器2的正面而被設置。另一個環圈板21b與環圈板21a間設置間隙部21c並將其疊合。間隙部21c是為了插入晶圓環R而被設置的。在環圈板21a、21b的中心所設置的孔，若從環保持器2的框體10正面看，就包含插入到間隙部21c的晶圓環R的晶圓整體。

環移動機構22具有將框體10側環圈板21a固定住的支持板22a以及軌道(rail)22b,22c。從正面看環保持器2的框體10，在支持板22a的中心設置了孔，其包含插入到間隙部21c的晶圓環R的晶圓整體。軌道22b、22c設置在支持板22a的背面。軌道22b、22c存在2種類型，沿著環保持器2的框體10之正面的橫向及縱向延伸。當支持板22a沿著軌道22b、22c滑動，固定在支持板22a的環插入部21就在與框體10正面的平行面上做二維移動。

環旋轉部23包括受環插入部21固定的時序滑輪(timing pulley)23a、捲繞在時序滑輪23a上的皮帶23b以及使皮帶23b運行的馬達(motor)23c。時序滑輪23a具有與環插入部21為同心圓的環形(ring)，在外圈捲繞有皮帶23b。此環旋轉部23利用使馬達23c旋轉，使皮帶23b運行，隨著皮帶23b的運行使時序滑輪23a旋轉。環插入部21會跟時序滑輪23a連動而旋轉。

頂出銷24是隨著往前端而前端變細的棒狀構件，被設置在框體10上並朝向環插入部21的孔突出。此頂出銷24的前端藉由驅動機構沿著延伸方向可前進及後退，前進時，前進到頂起藉由擴展器(expander)機構被擴展的晶圓環R。

(拾取裝置)

圖5是拾取裝置4的立體圖、圖6是拾取裝置4的側視圖以及圖7是拾取裝置4的正視圖。

如圖5至7所示，拾取裝置4包括多數個保持部41。保持部41從圓形框(frame)周圍向外而在半徑方向上放射狀地延伸，各保持部41是在圓周的相同配置位置。此外，保持部41以包含該保持部41的平面與環插入部21的設置面呈正交，且該平面通過頂出銷24的前端的方式而延伸。此保持部41分別在其前端可裝卸地保持半導體元件，例如12個保持部放射狀地延伸。

在保持部41的放射中心嵌入馬達42的回轉軸。保持部41藉由馬達41的驅動而在圓周方向上每一定角度做間歇地旋轉。保持部41的1節距(pitch)的旋轉角度，與相鄰的保持部41的設置角度相等。此外，1節距的旋轉停止時，任一保持部41位於面向正下方的地點B，任一保持部41位於面向正側面的地點A面對環保持器2的頂出銷24。即，與相鄰保持部41的設置角度的整數倍要包含90度。

如圖7所示，例如，保持部41為吸附噴嘴41a。此吸附噴嘴藉由具有致動器(actuator)41b、凸輪(cam)機構41c以及桿(rod)41d的噴嘴驅動部來推拉。噴嘴驅動部是設置在保持部41的裡側且對應地點A及地點B的位置。

吸附噴嘴41a是內部中空的導管(pipe)。導管內部與真空產生裝置的氣壓線路通過管子(tube)聯通。此吸附噴嘴41a藉由真空產生裝置產生負壓吸附半導體元件，藉由破壞真空使半導體元件脫離。此外，讓致動器41b動作通過凸輪裝置將桿41d向吸附噴嘴41a推出，則吸附噴嘴41a的後端與桿41d的前端抵接而被推壓，噴嘴前端往突出方向移動。藉由致動器41b將桿41d拉進，則吸附噴嘴41a與桿41d的抵接會被解除，噴嘴前端往返回基端中心側的方向移動。

(基板搬運裝置)

圖8是基板搬運裝置3的立體圖。如圖8所示，基板搬運裝置3包括一對匣(magazine)31、32，被配置在環保持器2兩側；以及搬運線(line)，跨接於匣31、32之間，並通過拾取裝置4正下方。在其中一側的匣31中，收納多個疊起未安裝半導體元件的基板。在另一側的匣32中收納半導體元件安裝完畢的基板。

搬運線由傳送帶(conveyer)部33和基板保持部34所構成。傳送帶部33和基板保持部34以填於匣31、32之間的方式被連續地配置。收納未安裝半導體元件之基板的匣31、傳送帶部33、基板保持部34以及收納半導體元件安裝完畢之基板的匣32以此次序相接被配置。

傳送帶部33是將兩條導軌(guide rail)平行配置，在兩導軌內側具備無端狀的皮帶。此傳送帶部33讓皮帶從一側的匣31向基板保持部34運行。此傳送帶部33可以藉由未繪示的驅動機構而上下移動，而在規定高度與基板保持部34的高度一致。傳送帶部33的皮帶上面的高度與基板保持部34的載置台的高度一致時，傳送帶部33的長度設定成讓傳送帶部33與基板保持部34大致上相連接。再者，傳送帶部33不限皮帶傳送方式，也可藉由搬運鉤進行同時搬運兩片。

基板保持部34是載置一片基板F的大小的XY平台(XYstage)，藉由未繪示的驅動機構而可以在高度一定的二維方向上移動。基板保持部34的可移動範圍是設定成被基板保持部34保持的基板的各安裝處通過面向正下方的保持部41的正下面。基板保持部34在二維移動時，傳送帶部33事先上升，成為基板保持部34與傳送帶部33之非實體接觸的狀態。

在此基板保持部34設置基板F的位置感應器(sensor)和基板F的定位機構。位置感應器在由傳送帶部33搬運的一片基板F位於規定位置的情況下輸出檢測信號。定位機構，例如是向載置面的開口並連接真空產生裝置的孔，以使被保持的基板不偏移位置的方式進行吸附。

(動作)

說明此黏晶裝置1的動作，首先，如圖9所示，在匣31內收納多數個未安裝半導體元件的基板F。傳送帶部33是使皮帶自匣31朝基板保持部34無端狀地運行。藉著皮帶的運行，收納在匣31的基板F1在皮帶上被整列搬運向基板保持部34。

如圖9(a)所示，在基板搬運時，當從匣31向傳送帶部33搬移基板F1時，傳送帶部33會移動到上升位置。前面的基板F在安裝中的情況下，傳送帶部33會裝載著基板F1停止。在此停止中，可進行對傳送帶部33上的基板F1之黏著劑塗抹。

如圖9(b)及(c)所示，當對前面的基板F的半導體元件安裝結束，傳送帶部33移動到下降位置，以讓傳送帶部33的皮帶表面和基板保持部34的高度一致。傳送帶部33與基板保持部34的位置一致後，藉由基板F的整列搬運，傳送帶部33所搬移的一片基板F1運上基板保持部34，並將前面的基板F向匣32推出。

如圖9(c)所示，當基板F1位在基板保持部34上的規定處，基板保持部34所設置的感應器就輸出檢測信號。接受到此檢測信號，傳送帶部33會暫時停止整列搬運。運上到基板保持部34的基板F1藉由定位機構的負壓吸附在載置面上而維持規定位置。

當基板F1被基板保持部34保持，如圖10所示，傳送帶部33就上升至不與基板保持部34的厚度方向重疊。藉由此傳送帶部33的上升，基板保持部34可自由地2維移動。

另一方面，如圖11(a)及(b)所示，將黏貼晶圓W的晶圓環R縱向地預先安置在環保持器2。晶圓環R是被插入到環插入部21的兩片環圈板21a、21b之間的間隙部21c。若支持住晶圓環R，環移動機構22和環旋轉部23就讓晶圓環R向上下左右及θ方向移位而使一片半導體元件D位於頂出銷24的正面。

當晶圓環R的對準結束，如圖12所示，位於面對頂出銷24之位置A的保持部41A取出位於正面的半導體元件D1。即，首先，保持部41A的吸附噴嘴41a是藉由噴嘴驅動部向半導體元件D1前進而抵接半導體元件D1。再者，利用吸附噴嘴41a也可前進半導體元件D1到少許推進去的程度。

當讓吸附噴嘴41a與半導體元件D1抵接，就使頂出銷24向晶圓環R前進，利用吸附噴嘴41a與頂出銷24夾住半導體元件D1。此時，吸附噴嘴41a藉由真空產生裝置的負壓產生，吸附被夾住的半導體元件D1。然後，利用頂出銷24頂出半導體元件D1，同時使吸附著半導體元件D1的吸附噴嘴41a後退。

如圖13所示，每當保持部41吸附半導體元件D1，拾取裝置4就每節距旋轉保持部41而讓新的保持部41移動到面向頂出銷24的位置。在圖示中，先吸附著半導體元件D1的保持部41A僅以一節距地朝向基板保持部34，後面一個保持部41B則面向頂出銷24。

此外，環移動機構22是通過支持板22a使環插入部21沿著軌道22b、22c移動，以讓下一個被取出的半導體元件D2位於頂出銷24的正面。

如圖14所示，藉由拾取裝置4的間歇旋轉，保持著半導體元件D1的保持部41A朝正下方的位置移動而面向基板保持部34所載置的基板F1。噴嘴驅動部推出保持部41A的吸附噴嘴41a，被吸附在前端的半導體元件D1則被壓下到基板F1，藉由黏著劑與基板F1黏合。

如此，每當向半導體元件D的基板F1安裝完畢，拾取裝置4會使保持部41旋轉1節距，而讓新的保持部41位於正下方。在圖15，先搬運半導體元件D1到基板F1的保持部41A再次朝晶圓環R移動一節距，而後面一個保持部41B以面向基板F1的方式位於正下方。此時，基板保持部34為了讓下一個被安裝的半導體元件D2的安裝地點位於保持部41B的正下方而移動基板F1。

再者，因為當一保持部41從晶圓環R取出半導體元件D時，同時其他的任一保持部41在基板F1上安裝半導體元件D，可同步進行拾取程序和安裝程序。然後，拾取程序後的保持部41間歇旋轉和安裝程序後的保持部41間歇回轉是相同的程序。

當完成安裝半導體元件D到基板F1，基板保持部34就返回到原來的位置。接著，傳送帶部33下降到與基板保持部34的高度一致為止。當傳送帶部33與基板保持部34的高度一致，傳送帶部33就再啟動皮帶的運行。在基板保持部34的基板F1被新運上到基板保持部34的基板F推出，收納在匣32。

(作用效果)

如此，在本實施形態的黏晶裝置1，拾取裝置4是介於環保持器2和基板搬運裝置3之間，且環保持器2的環保持面、基板搬運裝置3的基板保持面以及拾取裝置4所配置的保持部41延伸面以互相正交的方式配置完成。

即，晶圓環R是藉由環保持器2保持垂直。此外，基板F是藉由基板搬運裝置3在與環保持器2所保持之晶圓環R的保持面正交的水平面上平放基板F而被保持及搬運的。然後，讓旋轉式的拾取裝置4介於環保持器2和基板搬運裝置3之間，此拾取裝置4沿著與環保持器2所保持之晶圓環R的保持面及基板搬運裝置3所保持之基板F的保持面正交的面，放射狀地配置保持部41。

然後，藉由拾取裝置4的旋轉，利用面向晶片環R的保持部41從晶圓W取出半導體元件D，同時利用面向基板F的保持部41將半導體元件D搬運到基板F。完成從垂直保持的晶圓環R取出半導體元件D，並搬運半導體元件D到被平放的基板F表面。

據此，可同時達成以下的優點(merit)，且可躍進地高速化半導體元件D的安裝。即，第1，可以同時進行從晶圓R取出半導體元件D的拾取程序和在基板F安裝半導體元件的安裝程序。第2，因為保持部41經常向一個方向僅以相同移動距離移動就好，可以全面地縮短半導體元件D的搬運時間。第3，因為沒有必要將基板保持部31和環保持器2的設置領域重疊配置，即使設置保持基板F位置的定位機構，也對保持部41的移動距離不影響。第4，因為對環保持器2、基板搬運裝置3以及拾取裝置4各自的設置面配置成互相正交，半導體元件D的搬運距離本身不會縮短。

例如，一片基板上安裝200個半導體元件D的情況下，因為習知基板的替換需要1秒，對單裝一顆半導體元件D需要最小0.18秒、最大0.22秒，平均0.2秒，合計花費41秒。但是，根據本實施形態的黏晶裝置1，雖然基板F的替換需要6秒，不過因為對安裝一顆半導體元件D用0.1秒就足夠，合計用26秒完成。

再者，不需要將基板保持部34和環保持器2的設置領域重疊配置是連接可以充分確保基板保持部34的厚度之優點，在可保持高剛性基板方面，可實現容易進行保持基板F位置的定位和安裝時的加熱等之基板搬運系統。

此外，藉由對環保持器2、基板搬運裝置3以及拾取裝置4各自的設置面配置成互相正交，也可縮小黏晶裝置1的設備大小。

(其他實施形態)

如上文所述雖說明了本發明的實施形態，不過在不脫離發明主旨的範圍，可以進行各種各樣的省略、置換及變更。然後，此實施形態及其變形是包含發明範圍和主旨，同時包含專利請求範圍所記載的發明和其均等的範圍。

舉例來說，將頂出銷24和拾取裝置4加以對應並配置為多列，也可多個同時進行半導體元件D的拾取及安裝。此外，作為保持保持部41的半導體元件之機構，不藉由吸附方式，也可採用機械的夾鉗(clamp)方式。此外，在圖13至15，若使保持部41旋轉90度，雖然以從晶圓環R朝基板F1移動的方式規定旋轉方向，不過也可以使保持部41朝相反方向旋轉的方式，在移動其270度間藉由相機辨識半導體元件的姿勢，藉由位置修正裝置修正保持位置，也可設置廢棄裝置以廢棄被判斷成不良製品的半導體元件。

此外，在共晶結合等加熱採用必要的結合程序(process)之情況下，在基板保持部34也可配置加熱機構。即使配置此加熱機構，習知會讓基板保持部34的厚度增加，保持半導體元件的機構之升降量增加，不過在此實施形態的黏晶裝置，保持部41的升降量不會增加，並不阻礙於高速化的優越性。