TW201523783A - 鐳射晶片焊接機的晶片定位裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種鐳射晶片焊接機的晶片定位裝置，其由基板載台元件、焊接頭元件以及校準眼元件構成，在基板載台元件上安插基板的狀態下，並向焊接頭元件傳遞晶片後的狀態下，校準眼元件執行視覺檢查並對基板和晶片的位置進行校準後，焊接頭元件沿Z方向下降，通過加壓及鐳射照射進行焊接，然後焊接頭元件再次沿Z方向上升復位到原始位置。

Description

鐳射晶片焊接機的晶片定位裝置

本發明為鐳射晶片焊接機的晶片定位裝置，由基板載台元件、焊接頭元件及校準眼元件構成，在校準眼元件執行視覺檢查並完成基板與晶片的定位後，焊接頭元件沿Z方向下降並由加壓及鐳射照射進行焊接，從而在正確定位基板與晶片的位置後進行焊接作業，具備用於對校準眼元件自身以空冷方式進行冷卻的冷卻機及用於減少下方基板的溫度影響的絕熱隔板，從而提高校準眼元件的測量精度，並在基板載台元件中用於加熱基板的加熱板與冷卻底座之間設置散熱板和隔熱板，從而減少用於驅動基板載台的線性馬達因熱受到的損傷，由此能夠穩定地維持控制動作時的精度。

隨著半導體技術的飛躍發展，各種電子設備變得越來越小越來越輕，用於這種小而輕的電子設備的半導體晶片即倒裝晶片(flip chip)在安裝到基板上時，無需使用另外的金屬線或球柵陣列(BGA；Ball Grid Array)，而能夠利用配置在晶片下表面上的電極圖案直接進行焊接。

另一方面，球柵陣列晶片或倒裝晶片是以沒有形成電極的表面與晶片(wafer)的上部表面相面對的形態製作而成的，因此在安裝(mount)到基板上時伴隨有將晶片翻轉(flip)的工序。

此外，在晶片翻轉後利用晶片轉送器向焊接頭供給的晶片， 與在基板載台元件上放置的基板的焊接位置正確地定位之後，被供給到基板上，進行基於加壓及鐳射照射的焊接，而這種晶片定位裝置中通常使用具備兩個視野識別機構的校準眼。

另一方面，晶片上形成的凸點需要與基板上形成電路圖案正 確地接觸，因此晶片與基板的粘接工序要求很高的精度。從而，由校準眼識別的晶片與基板的影像成為使晶片與基板能夠正確定位的資訊。

此外，具備兩個視野識別機構的校準眼的情況下，如果上側 和下側的識別機構的光軸發生錯位則需要進行修正，並受到焊接作業的溫度上升等的較大影響，因此難於恒定地維持測量精度，如果要恒定地維持精度則測量時間變長，因此存在效率不高的問題。

作為與本發明相關的以往技術，公開有以固定形式構成視覺 處理部的大韓民國公開專利第10-2009-0131863號的倒裝晶片焊接裝置、專利第0672227號的焊接裝置等。

本發明為解決上述技術問題而提出，本發明的目的在於，提供一種鐳射焊接機的晶片定位裝置，在使用鐳射將半導體晶片焊接到基板上的鐳射焊接機中，為了在焊接之前能夠使晶片與基板的位置正確定位，使用具備兩個視野識別機構的校準眼，不管溫度變化如何，能夠穩定地維持測量精度，即使晶片安裝用識別標記破損或污染也能夠利用焊點來實現校準，由此能夠實現高精度安裝。

本發明的技術方案在於：為了達成上述目的，不限定本發明的優選實施例中，提供如下一種鐳射晶片焊接機的晶片定位裝置，其用於將從晶片拾取的晶片焊接到基板上，且由基板載台元件、焊接頭元件以及校準眼元件構成，在基板載台元件上安插基板的狀態下，並向焊接頭元件傳遞晶片後的狀態下，校準眼元件執行視覺檢查並對基板和晶片的位置進行校準後，焊接頭元件沿Z方向下降，通過加壓及鐳射照射進行焊接，然後焊接頭元件再次沿Z方向上升復位到原始位置。

本發明的優選實施例中，基板載台元件包括以下部分而構成：通過線性馬達沿X、Y方向移動的載台；被放到載台上並通過真空吸引力來固定基板的工作台；以及設置在工作台下方的加熱板和冷卻底座，並且，在加熱板下方和冷卻底座之間插設有散熱板和隔熱板，從而使由沿X、Y方向驅動基板載台用的線性馬達產生的熱所引起的損傷最小化，由此在控制動作時能夠穩定地維持精度。

此外，本發明的優選實施例中，焊接頭元件包括以下部分而構成：用於使焊接頭上升/下降的升降模組；用於對晶片進行二次加壓的加壓元件；用於將焊接頭沿θ方向定位的伺服馬達；以及用於提供焊接所需要的熱源的鐳射供給部。

此外，本發明的優選實施例中，校準眼元件包括以下部分而構成；用於檢查基板和晶片的兩個眼體；用於以空冷方式冷卻此眼體的冷卻機；以及眼體下方的絕熱隔板，從而使透鏡的熱變形最小化，並提高視覺檢查時的檢查能力。

此外，校準眼元件中的用於檢查基板的下方的眼體具備自動 測量功能，以防止發生從基板載台元件產生熱並由該熱引起視覺的扭曲。

另一方面，現有的利用校準眼的晶片與基板的定位是通過圖 案匹配方式的法則來實現的，但本發明的具體實施例中是制定成為，檢測出各個基板和晶片的頂端，並以檢測到的三個頂端為基準，分別求出X、Y、θ，基於所求出的資料對晶片和基板的相對位置進行定位。

根據如上本發明的實施例，在使用具備兩個識別機構的校準眼時，防止校準眼元件因溫度變化引起的測量精度的降低，正確地測量晶片與基板的位置，能夠以中心位置一致地進行定位，從而能夠提供一種能夠進一步減少焊接時的錯位的焊接機，並且在基板載台元件上設置的加熱板及冷卻底座之間插設有散熱板和隔熱板，從而能夠使由沿X、Y方向驅動基板載台用的線性馬達產生的熱所引起的損傷最小化，能夠實現高精度的動作控制，而且利用晶片的焊點實現校準，由此具有能夠高精度安裝的有益效果。

10‧‧‧基板載台元件

11‧‧‧載台

12‧‧‧工作台

13‧‧‧加熱板

14‧‧‧冷卻底座

15‧‧‧散熱板

16‧‧‧隔熱板

17‧‧‧氣動陀螺元件

18‧‧‧箱子

19‧‧‧眼測量器

20‧‧‧焊接頭元件

21‧‧‧焊接頭

22‧‧‧升降模組

23‧‧‧加壓元件

24‧‧‧伺服馬達

25‧‧‧鐳射供給部

30‧‧‧校準眼元件

31‧‧‧眼體

32‧‧‧冷卻機

33‧‧‧工具架

34‧‧‧工具檢測用感測器

35‧‧‧工具夾具

36‧‧‧絕熱隔板

第1圖為本發明的鐳射晶片焊接機的簡要構成的主視圖。

第2圖為本發明的鐳射晶片焊接機的簡要構成的側視圖。

第3圖為基板載台元件的立體圖。

第4圖為焊接頭元件的立體圖。

第5圖為校準眼元件的立體圖。

以下，參照附圖對並非限定本發明的優選實施例進行詳細說明。

第1圖至第5圖中，根據本發明的優選實施例的鐳射晶片焊接機的晶片定位裝置，本實施例的鐳射焊接裝置由基板載台元件10、焊接頭元件20及校準眼元件30構成，基板處於被安插到基板載台元件10上的狀態，在向焊接頭元件20轉送晶片後的狀態下，校準眼元件30執行基板與晶片的視覺檢查並對基板與晶片的位置進行定位後，焊接頭元件20沿Z方向下降將晶片加壓到基板上的狀態下通過鐳射照射進行焊接，然後焊接頭元件20再次沿Z方向上升復位到原始位置。

基板載台元件10起到為了焊接晶片將基板移動到所預設的位置並進行加熱(預熱)的作用，如第1圖至第3圖所示，其包括以下部分而構成：由線性馬達(未圖示)沿X、Y方向移動的載台11；被放到載台11上並通過真空吸引力固定到基板(未圖示)上的工作台12；設置在工作台12下方的加熱板13以及冷卻底座14。

本實施例中，在加熱板13與冷卻底座14之間，從上方起依次插設有散熱板15和隔熱板16，從而使由沿X、Y方向驅動基板載台11用的線性馬達產生的熱所引起的損傷最小化，由此在控制動作時能夠穩定地維持精度。

加熱板13將基板預熱到80℃左右的溫度，冷卻底座14與加熱板13一起在設備的運轉中常時被驅動，從而起到遮斷從加熱板13產生的熱量向下方傳遞的作用。

如圖所示，是用於調整工作台12的平坦度的氣動陀螺元件 17(AIR-GYRO)，用於收集不合格產品(晶片)的箱子18，眼測量器19。

此外，本實施例中，焊接頭元件20起到將晶片焊接到基板 上的示意，如第4圖所示，其包括以下部分而構成：用於上升/下降焊接頭21的升降模組22；對晶片進行二次加壓的加壓元件23；用於將焊接頭21沿方向定位的伺服馬達24；以及用於提供焊接所需要的熱源的鐳射供給部25。

關於升降模組22和加壓元件23的具體構成及功能，對本 發明所屬的晶片焊接機領域中的本領域技術人員而言是自明事項，因此省略對此的具體說明。

伺服馬達24用於將焊接頭21沿θ方向定位，其沿θ方向 移動焊接頭21，從而使校準眼元件30的上方的眼(省略圖示)找尋被吸附到焊接頭21上的晶片的三個頂端並與基板正確地定位。

校準眼元件30用於檢查基板與晶片並進行校準，如第5圖 所示，其包括兩個眼體31以及以空冷方式冷卻此眼體31的冷卻機32而構成。

如圖所示，是用於保管工具(tool)的工具架33，工具檢測 用感測器34，工具夾具35。

以及，是在此眼體31下方設置的絕熱隔板36，這是為了使 由從基板傳遞的熱引起的透鏡的變形最小化。

對於使用如上述構成的本實施例的晶片定位裝置在基板上 定位晶片後進行焊接的過程，說明如下。

首先，基板被放到基板載台元件10的工作台12上並通過 真空吸引力被固定，為了在該基板上焊接晶片，由加熱板13對基板進行預熱，從晶片供給的晶片也通過真空吸引力被吸附到焊接頭元件20的焊接頭21上，並維持該狀態，在實施焊接之前，利用校準眼元件30測量基板與晶片的位置。

利用校準眼元件30測量基板與晶片的位置的過程如下。

首先，對晶片進行一次識別，檢測出焊點的邊緣(外輪廓)，求出焊點的中心。

對在晶片下表面上形成的兩個以上焊點分別求出其中心，並形成直線，對橫向豎向的焊點的中心點連接成線，形成交叉點。

同樣，以斜線方式移動進行二次識別，檢測出焊點的邊緣(edge)，求出焊點的中心。

對橫向豎向的焊點的中心點連接成線，形成虛擬四邊形，求出水準、垂直中心。

另一方面，基板識別三個座標點(fiducial mark)，分別求出中心，然後利用三個點形成虛擬的四邊形，求出水準、垂直中心。

如上完成晶片和基板的檢查，相互對準水準、垂直中心以便補償(off-set)誤差，驅動基板載台元件10和焊接頭元件20，使晶片和基板的位置精確地一致後，最後焊接頭下降進行焊接。

10‧‧‧基板載台元件

11‧‧‧載台

12‧‧‧工作台

13‧‧‧加熱板

14‧‧‧冷卻底座

15‧‧‧散熱板

16‧‧‧隔熱板

17‧‧‧氣動陀螺元件

20‧‧‧焊接頭元件

30‧‧‧校準眼元件

Claims (6)

1. 一種鐳射晶片焊接機的晶片定位裝置，係由一基板載台元件、一焊接頭元件以及一校準眼元件構成，在該基板載台元件上安插基板的狀態下，並向該焊接頭元件傳遞晶片後的狀態下，該校準眼元件執行視覺檢查並對基板和晶片的位置進行校準後，該焊接頭元件沿Z方向下降，以及通過加壓及鐳射照射進行焊接後，該焊接頭元件再次沿Z方向上升復位到原始位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鐳射晶片焊接機的晶片定位裝置，該基板載台元件，包括：一載台，係透過一線性馬達沿X、Y方向移動，該載台為了對晶片進行焊接而將基板向預設的位置移動並進行加熱；一工作台，設於該載台上並通過真空吸引力來固定基板；一加熱板，設於該工作台下方；以及一冷卻底座，設於該工作台下方。
3. 如申請專利範圍第2項所述之鐳射晶片焊接機的晶片定位裝置，在該加熱板和該冷卻底座之間設置有一散熱板和一隔熱板。
4. 如申請專利範圍第1項所述之鐳射晶片焊接機的晶片定位裝置，該焊接頭元件包括：一升降模組，係使一焊接頭上升/下降；一加壓元件，係對晶片進行二次加壓；一伺服馬達，係將該焊接頭沿θ方向定位；以及一鐳射供給部，係提供焊接所需要的熱源。
5. 如申請專利範圍第1項所述之鐳射晶片焊接機的晶片定位裝置，該校準眼元件包括；兩個眼體，係分別檢查基板和晶片；以及冷卻機，係以空冷方式冷卻各該眼體。
6. 如申請專利範圍第5項所述之鐳射晶片焊接機的晶片定位裝置，在各該眼體的下方設置有一絕熱隔板。