TWI254342B - Apparatus for mounting semiconductor chips - Google Patents

Description

1254342 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、內容、實施方式及圖式簡單說明） (一） 發明所屬之技術領域 本發明關於安裝半導體晶片之裝置。 (二） 先前技術 對於許多應用，半導體晶片要安裝到稱做引線框架的金 屬基板上。爲此，引線框架存放在儲料容器或堆疊（stack) 中存放時，通過機械手從其中移走引線框架並供應到稱做 晶片焊接機的自動組裝設備的輸送系統，輸送系統將引線 框架一個接一個地輸送到塗覆黏接劑或焊料的分配和安裝 半導體晶片的黏接台。 當引線框架堆疊存放時，通常移走時，兩個引線框架黏 接在一起，而不是單個引線框架，兩個引線框架係被移動 並輸送到輸送系統。爲了檢測出這種錯誤，測定輸送到輸 送系統的引線框架的厚度。這通常藉採樣針以機械方式測 定。當測量的厚度超過預定的最大値時，此即意指移動了 兩個引線框架。由此，機械手被命令從輸送系統移動引線 框架並將它們送到廢料箱。這種類型的檢查具有檢測出錯 誤滯後的不足之處。需要花費時間從輸送系統上移動黏接 在一起的兩個引線框架，並提供一個新的引線框架，會降 低生產量。 (三） 發明內容 本發明的目的是改善引線框架的移動和檢查。 本發明包括所給申請專利範圍第1項之特徵，及由附屬 1254342 項中顯示有利再設計。 根據本發明，使用感應感知器確定移動的一個基板或多 個基板的厚度。爲此，本發明利用了感應距離測量，當金 屬物體在它的磁場附近移動時，施加有交流電流的線圈的 歐姆電阻及/或電感改變。對於本發明，感知器包括以一定 ' 間距排列的兩個線圈。從裝載台移走之後立刻測量移走的 -一個基板或多個基板的厚度。以此方式，基板的一端移動 穿透兩個線圈之間形成的間隙。線圈優選使用平線圈，測 量從它們的區域到面向平線圈的基板表面的平均距離。兩 ® 個線圈可以相互獨立工作，由此每個線圈可以同時作爲激 磁線圈和接收線圈。然後將來自兩個線圈的信號相加並計 算共同信號。或者兩個線圈以串聯電氣連接。此時，僅產 生一個信號，然後被進一步處理並計算。當計算得出僅有 一個基板被拾取時，基板被輸送到輸送系統，輸送系統依 次（in steps)將基板輸送到塗覆黏接劑或焊料的分配或焊 接台並輸送到安裝半導體晶片的黏接台。當計算得出不止 φ 一個基板被拾取時，基板被輸送到廢料箱。 高頻交流電施加到每個平線圈，因此產生了高頻磁場。 將交流電的頻率f選擇得較高，以便基板的面對金屬表面 中的磁場穿透深度明顯小於基板的厚度。穿透厚度（5由表 面效應得到，可以根據以下方程計算

其中μ表示導磁率，σ表示金屬表面的導電性。施加高頻f 1254342 用於以下電技術原因：由於，通常平線圈的感應率L很低 ，平線圈和電容器一起形成振盪電路，只有當振盪電路的 諧振頻率很高時電容器的電容値C才可以獲得的合理値。

實際上，1 Ο Μ Η z區域中的頻率f本身已證實。平線圈的輸 出信號例如爲由平線圈和電容器形成的振盪電路的諧振頻 ' 率，或者爲施加到平線圈的交流電壓的振幅，或者爲施加 · 到平線圈的交流電壓的相移或者爲直接來自平線圈的另一 信號。一方面，平線圈因此用於產生磁交流場以及獲得由 面向平線圈的基板表面施加到磁場的效果。 I 如果兩個線圈以串聯電氣連接合倂一起類似於單個線圈 工作，僅產生一個輸出信號是由於在本實施例中串聯連接 的兩個線圈得到’’總和形態’’。 也可以利用本發明以便簡化對於新產品晶片焊接機的改 裝。之後晶片焊接機與資料庫相互交換資料記錄，每個資 料記錄表示晶片焊接機上要處理的產品。每個資料記錄具 有表徵屬於產品的基板的特性資料，由此學習階段期間藉 φ 感知器獲取這些資料。此外，每個資料記錄具有設置用於 產品的機器參數。當從一個產品轉換爲資料記錄已存在於資 料庫中的新產品時，現在晶片焊接機設置爲初始化模式以便 a)藉感知器獲取屬於新產品的基板的特性資料， b )建立資料記錄，它的特性資料對應於已測量基板的確 定的特性資料，以及 c)下載用於建立的資料記錄的機器參數。 現在可以開始製造。 1254342 (四）實施方式 第1圖示出了用於安裝半導體晶片的裝置的示意性平面 圖，就便於理解本發明而言，稱做晶片焊接機。晶片焊接 機包括裝載台1，在其上存放有要裝配半導體晶片的基板2 。在例子中，基板2相互堆疊。此外，晶片焊接機還包括 廢料箱3、第一和第二輸送系統4和5、分配或焊接台6、 黏接台7以及用於確定從裝載台1移走的基板2數量的感 知器8。第一輸送系統4具有在y方向中可向前或向後移 動的夾持器9，夾持器將基板2 —個接一個地從裝載台1 移走，並在y方向中輸送它們穿過感知器8並將它們輸送 到廢料箱3或第二輸送系統5。第二輸送系統5將基板2 依次輸送到塗覆部分黏接劑或焊料的分配或焊接台6並輸 送到黏接半導體晶片的黏接台7。 第2圖示出了沿第1圖的線I -1的感知器8的剖面圖。 感知器8具有以間距D相互排列的兩個線圈1 0和1 1。線 圈1 0和1 1優選由習知的印刷電路板1 2或1 3上印刷的導 體形成的平線圈。印刷電路板1 2或1 3由間隔物1 4隔開。 由裝載台1 (第1圖）輸送到第二輸送系統5時，基板2的一 端穿過兩個線圈1 〇和1 1之間存在的間隙。第一線圈1 〇 測量從線圈1 0到基板2下表面1 5的距離A。第二線圈1 1 測量從線圈1 1到基板的上表面1 6的距離B。然後得到基 板2的厚度T : T = D-A-B = D-(A + B) 第3圖示出了感知器8的線圈1 0的平面圖。螺旋形印刷 -9- 1254342 的導體1 7形成線圈1 0的繞組，從而形成平線圈。線圈1 Ο 的直徑通常約爲1到2 c m。然而平線圈的繞組可以是其它 任何形狀，例如矩形或三角形。印刷電路板1 2也含有電路 1 8，以操作線圈1 0並計算由線圈1 0傳遞的測量信號。這 種線圈1 〇產生正比於從線圈到金屬表面的距離的信號的 操作是已知的並且已在上面進行了介絕。類似地，第二印 刷電路板1 3含有用於操作線圈1 1的電路。在下面，接收 來自第一線圈1 〇的測量信號表示爲UA，接收來自第二線 圈1 1的測量信號表示爲UB。 稱做引線框架的金屬基板和由塑料製成例如稱爲B GA® 的基板2被用作基板2。塑料基板在它的上表面和下表面 上含有金屬結構。引線框架也如此構成。結構的形狀影響 了兩個線圈1 0和1 1的測量信號U a和U b。由於線圈1 0、 1 1的直徑稍大於由金屬結構形成的線和表面，兩個線圈1 〇 、：Π沒有直接測量到基板2下表面1 5的距離A或到基板 2上表面2的距離B。然而可以從兩個測量信號UA和UB 獲取各種信息。 在輸送期間，伸入感知器8間隙內的基板2端部可以晃 動，由此距離A和B也"晃動”。然而，距離A + B的總和保 持不變。因此將兩個測量信號U a和U b相加成爲一個信號 u s = U A + u B比較有利。 對於延伸線1 9，第4圖示出了當如第2圖所示基板2的 端部輸送穿過兩個線圈1 〇和Π時信號U s的級數。信號 U s具有幾個局部最大値，由幾個局部最小値隔開。在例子 -10- 1254342 中，有三個局部最大値Μι、和M3。最大値Mh大於其 它兩個最大値M2和M3，因此爲整體最大値。當兩個基板 接合在一起並一起輸送穿過感知器8時，那麼信號Us改變。 在學習階段，一個信號基板2輸送穿過感知器8，並由 信號Us確定參考値WRef。在晶片焊接機的製造操作中， 由信號Us以相同的方式確定値W。由| W-WRef|的差値的絕 對値量確定控制信號，該差値的絕對値量表示是否第一輸 送系統或夾持器9應將拾取的基板2輸送到第二輸送系統 5。如果| W-WRef|的量小於預定的公差値R，那麼這意味著 夾持器9僅拾取了一個基板2。然後命令夾持器9將基板2 輸送到第二輸送系統5。然而，如果|W-WRef|的量大於公差 値R，那麼這意味著夾持器9拾取了一個以上的基板2。 因此命令夾持器9將拾取的基板2輸送到廢料箱3。在下 文中，給出兩個例子介紹如何從信號U s獲取需要的信息。 例1 整體最大値Mh的値確定爲値W。這表示在第4圖中。 例2 信號Us(t)對時間的積分被作爲値W : w= |us(t)dt5 t： (1) 由此，時間t a和t b的點表示基板2進入感知器8的靈敏 度範圍和離開感知器8的靈敏度範圍。 當基板2相對於它的縱軸不對稱時，那麼信號U s的級數 也不對稱。進一步分析信號U s，因此可以確定裝載台1中 -11- 1254342 的基板2是否存在於正確的方向中。在第4圖的例子中， 整體最大値Μ 1發生在時間點t !，位於時間點13的局部最 大値Μ 3之前。因此，計算信號U s時，如果可以確定局部 最大値Μ3發生在整體最大値Μι之前，即，那麼這意 味著基板2存在於裝載台1中錯誤的位置處。由此，晶片 ' 焊接機的製造操作停止，相應的信息發出報警。 · 在製造中，也可能不同類型的基板錯誤地存在於裝載台 1中。這可以用感知器8檢測出。當|W-WRef|的量大於公差 値R時，與以上介紹的例子相比，可以認爲是夾持器9拾 ® 取了多於一個基板。然而，可以進一步以不同的方式更細 致地分析： A) 當連續測量例如兩次或三次測量時，得到| W-WRef|的 量大於公差値R，那麼這也意味著不是拾取了兩個基板2 ，而是不同類型的基板錯誤地存在於裝載台1中。由此， 晶片焊接機的製造操作停止，相應的信息發出報警。 B) 當| W-WRef|的量大於第二公差値R2時，由此第二公差 φ 値R 2大於公差値R，那麼可以認爲不同類型的基板錯誤地 存在於裝載台1中。因此，晶片焊接機的製造操作停止， 相應的信息發出報警。 C) 當到| W-WRef|的量大於公差値R時，在某些情況下， 也可以由W-WRef的差値推斷出，是否存在錯誤類型的基板。 在下文中，介紹本發明的另一改進：使用由感知器8輸 送的信號U s (t )，以便當改變成不同的產品時，自動地設置 用於新產品的晶片焊接機。爲此，晶片焊接機具有一個資^ 1254342 料庫，其中一方面設置用於產品製造的機器參數，另一方 面，存儲表徵屬於產品的基板的資料。這些特性資料從感 知器8輸送的信號Us (t)得到。這種特性資料的例子爲： -信號U s (t)的級數，及/或 -由信號U s (t)推導出的至少一個値，例如最大値Μ !或 ， 根據方程式（1 )的積分値，或者局剖最大値Μ 2等。 · 當產品Ρ首次在晶片焊接機上處理時，在學習模式中， 屬於該產品Ρ的一個基板2從以上介絕的第一輸送系統4 輸送穿過感知器8的線圈1 0和1 1之間的間隙。之後，由 ® 感知器8輸送的信號Us (t)確定特徵資料。此外，確定處理 產品P需要的機器參數。所有這些資料都存儲在資料庫中 作爲屬於產品P的新貧料s5錄。 當製造轉換爲已在晶片焊接機上製備的不同產品P 2時 ，那麼可以使用存儲在資料庫中的資料記錄以便自動地爲 產品P 2設置晶片焊接機。這可以在初始化模式中完成，其 中屬於該產品P 2的基板由第一輸送系統4輸送穿過感知器 φ 8，然後確定來自感知器信號Us (t)的特徵資料。然後建立 資料庫中的資料記錄，該資料記錄的特性資料對應於爲剛 輸送的基板2確定的特性資料。該資料記錄包含了處理屬 於被測基板的產品P 2的處理需要的所有機器參數。晶片焊 接機現在加載這些機器參數，這樣做是爲了設置用於要製 備的新產品P 2，由此現在可以由初始化模式轉變爲製造模 式並開始製造。 * 爲了可靠地進行所有這些任務，在某些情況下，可以有~ -13- 1254342 利地減少感知器8的尺寸。感知器的尺寸越小，空間分辨 率越高。分辨率越高，更有可能可靠地檢測不同類型的基 板之間的較小結構差異。 另一可能形式爲如第5圖所示使用幾個較小感知器8， 每個感知器也包括兩個線圈，每個感知器一個接一個地排 列，並與第一輸送系統4的輸送方向成直角。每個感知器 8覆蓋基板2的不同區域。在例子中，存在三個感知器8 、8 ’和8 ”。對應線圈用參考數字1 0、1 0 f和1 0 ”或11、1 1 ’ 和1 Γ’表示。 (五）圖式簡單說明 在下文中，根據附圖更詳細地介紹本發明各實施例。 第1圖示出了根據本發明具有感知器的安裝半導體晶片 的裝置； 第2圖示出了沿第1圖的線I -1的感知器的剖面圖； 第3圖示出了感知器的線圈； 第4圖示出了感知器信號的級數（progression);以及 第5圖示出了具有數個感知器的例子。 主要部分之代表符號說明 1 裝載台 2 基板 3 廢料箱 4 第一輸送系統 5 第二輸送系統 6 分配或焊接台 -1 4- 黏接台 感知器 夾持器 線圈 線圈 印刷電路板 印刷電路板 間隔物 基板之下表面 基板之上表面 導體 電路 延伸 -15-

Claims (1)

1254342 拾、申請專利範圍 1 . 一種用於安裝半導體晶片之裝置，包括： 用於存放基板（2)的裝載台（1)， 第一和第二輸送系統（4; 5)，該第一輸送系統（4)用於 把基板（2)—個接一個地從裝載台（1)移走並將移走的基 板（2 )輸送到第二輸送系統（5 )，第二輸送系統（5 )用於將 基板（2)分步驟地輸送到分配或焊接台（6)，在焊接台處 施用一部分黏接劑或焊料，然後將基板（2)輸送到安半導 體晶片的黏接台（7)^以及 感知器（8 )，該感知器包括相互間隔一定距離設置的兩 個線圈（1 0，1 1 )，感知器（8 )係以當第一輸送系統（4 )輸送 基板（2 )時，基板（2 )的一端部穿透兩個線圈（1 0，1 1 )之間 形成的間隙之方式設置，該裝置適用於由感知器的輸出 信號形成第一輸送系統（4)是否應將基板（2)輸送到第二 輸送系統（5 )的一控制信號。 2 .如申請專利範圍第1項之裝置，該裝置適用於由表示基 板（2 )是否存在於裝載台（1 )中正確方向的感知器（8 )的信 號級數確定信息。 3 .如申請專利範圍第1項之裝置，該裝置與具有資料記錄 之資料庫相連，每個資料記錄表示裝置上要處理的產品 ，其中每個資料記錄具有表徵屬於產品的基板（2)的特性 資料，由此學習階段期間借助感知器獲取該特性資料， 其中各資料記錄還包括設置用於產品製程的機器參數， 且其中當從一個產品轉換的資料記錄已存在資料庫中的 -16- 1254342 新產品時，裝置處於初始化模式， 藉感知器（8 )獲取屬於新產品之基板（2 )之特性資料， 建立記錄該特性資料之資料，其特性資料對應於爲已 測量基板（2 )確定的特性資料，以及 下載已建立的資料記錄的機器參數。