TWI485797B - 傳送單元 - Google Patents

Description

傳送單元

本發明涉及一種用於將多個物體(優選為片狀半導體裝置)從一個工作臺自動傳送到另一工作臺以進行處理的設備。更具體來說，所揭示的設備能夠傳送片狀半導體裝置，無論裝置的大小以及沿著工藝流程傳遞裝置的盤的矩陣如何。

在半導體製造中，完成的經組裝半導體裝置被承載在若干形式的儲存媒介中以便於下游的後端處理，例如對所製造裝置的電測試、零件標記以及視覺機械檢查。由於大量生產的緣故，幾乎所有此類下游處理都是自動化的且以較高的速度實施。存在在組裝期間用於半導體裝置的數種形式的儲存媒介，值得注意的是管和標準盤的形式。標準盤由某一數目的行和列的匣的矩陣組成，每一匣是用於半導體裝置的固持地點。盤媒介是用以承載特別需要彼此物理分離的半導體裝置的精選儲存形式。此類裝置的實例是方形扁平封裝(Quad Flat Package，QFP)裝置，所述裝置在其封裝主體的所有四個側面都具有引線。盤形式還是用於球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)和晶片級封裝(Chip Scale Packaged，CSP)裝置的實際儲存媒介，這歸因於盤的匣經設計成確保位於封裝的底面的球和凸塊受到保護。

對於承載在這些標準盤中的半導體裝置，必須將裝置從盤中取出以允許進行電測試、視覺檢查以及許多其他處理。因此，相對於盤的某種形式的部分在外且部分在內(part out and part in)處置能力是在盤零件處理設備中不可或缺的特徵。為了將所製造的半導體裝置從一個工作處理台傳送到另一工作處理台，通常採用傳送單元，或稱為拾取頭(pick head)。已經發明出不同類型的拾取頭來提高工作效率且面向各種半導體裝置。

舉例來說，Safabakhsh已關於拾取頭申請了第5169196號美國專利申請案。在這個所揭示的發明中，拾取頭的工作面具有在待拾取物體的週邊邊緣周圍延伸的外部壓力室(plenum)以及形成於待拾取物體上方的拾取頭中心的內部壓力室，同時，將部分真空施加於內部壓力室且將壓縮空氣供應到外部壓力室，所述壓縮空氣流過將內部壓力室與外部壓力室分隔的支撐脊。因此，流過所述脊的空氣產生薄空氣膜以支撐拾取的物體。

另一第6030013號美國專利申請案揭示用於以不接觸的方式俘獲和輸送受限的球形半導體積體電路的設備和方法。所述設備包含發散噴嘴(diverging nozzle)，其具有入口孔、形成於外部側表面上的出口孔以及內部側壁，所述內部側壁界定氣體流過的大體球形物體截頭圓錐狀內部通路。所揭示的設備可通過將所述設備定位在相對平衡位置而在發散噴嘴處俘獲受限的球形物體。

其他的第20020019074號美國專利公開案主張一種包括承載機構的拾取裝置，其使用收集件循序吸取電子晶片，直到通過從粘合帶的背側使用針將晶片從粘合帶剝離為止。

Tanae等人申請了關於一種承載單元的第20060138793號美國申請案，所述承載單元能夠使用吸取力承載物體並在預定地點放下承載的物體。

然而，所有上文提到的發明都可進一步被改進，尤其是包含允許所揭示的發明共同應用於拾取不同電子裝置而不受約束限制的特徵，所述約束例如為對應傳送盤的矩陣或佈局、片狀電子裝置的大小或圖案、傳送盤的所製造裝置的相對位置等等。在半導體製造的領域中，需要具有一種傳送單元或拾取頭，其適用於不同的傳遞管和盤系統以及在生產線內製造的各種形式的電子裝置。

本發明的總的目的是通過揭示一種通用傳送單元而有助於盤零件的處置，所述通用傳送單元能夠在具有不同數目行和列的較廣範圍的傳遞盤中迎合具有不同大小的半導體裝置。

本發明的另一目的是揭示一種傳送單元，其能夠在單個操作中以其最優容量從一個處理台向另一處理台傳送電子裝置，無論傳遞盤的矩陣以及電子裝置的大小如何。

本發明的又一目的是提供一種片狀電子裝置單元，其能夠通過使由吸取開口處的不完全封閉引起的真空洩漏所產生的影響最小化而對所有俘獲的電子裝置施加足夠的真空和換氣影響，尤其是待上舉的裝置在傳遞盤中較分散的情況下。

本發明完全或部分滿足了上述目的中的至少一者，其中本發明的一個實施例包含一種用於上舉和放下片狀物體的傳送單元，其包括：中空構造，其由頂面、底面和側面界定，所述中空構造內形成有多個凹穴；一群組的多個通孔，其位於所述構造的底面上且延伸到所述多個凹穴內；一個或一個以上吸取構件，其分別與一個或一個以上凹穴相關聯，借此經由所述安裝的吸取構件在底面的通孔處產生減小的壓力，以用於在相反方向上上舉安置在大體靠近底面處的片狀半導體裝置並在撤銷所產生的減小的壓力時放下片狀半導體。

在另一優選實施例中，所揭示的傳送單元可進一步包括移動部件，其較優選附接到所述構造上，以用於操縱所述傳送單元的移動。因此，其使得能夠在工作臺之間傳送片狀電子裝置。

可使中空構造的底面在界定通孔的區域周圍凹入。通孔周圍的凹入邊緣區域可大體上改進傳送單元的真空吸取力。另一方面，實施例之一可使底面在界定通孔的區域周圍突出以形成升高的邊緣，以使中空構造與片狀裝置之間的接觸面積最小化，以避免俘獲的裝置的碎裂。

根據優選實施例，所述多個通孔密集分佈，沿著中空構造的中心線形成一群組。然而，又一優選實施例可包括兩個或兩個以上群組的多個通孔，其沿著底面的週邊位於構造的底面上且延伸到所述多個凹穴內。

為了經由所產生的減小的壓力而產生足夠的上舉力，優選實施例中的底面上的通孔的大小在0.1到5mm的範圍內。

同樣，底面上的群組內的兩個鄰近通孔之間的距離優選在1到10mm的範圍內以沿著底面均勻分佈上舉力。

優選的是，構造中的每一凹穴與多個通孔相關聯，且通孔的大小允許所產生的減小的壓力產生足夠的吸取，以在傳送片狀物體期間將片狀物體牢固地固持或保持到底面上。

現在參看圖式描述本發明的最優選實施例，其中相同參考標號指示相同或功能上相似的元件。儘管論述特定配置和佈置，但應瞭解，這僅用於說明性目的。所屬領域的技術人員將認識到，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下可使用其他配置和佈置。

在本文整個說明書中使用的例如“頂面”、“底面”、“側面”、“垂直”、“水準”、“中心”等方向性術語大體上指在製造過程中使用所揭示的發明時本發明的相對方向。

在本文整個說明書中提到的傳送單元可與其他術語互換使用，例如拾取頭或成套拾取頭(gang pick head)或通用拾取頭。

本發明揭示一種用於上舉和放下片狀物體(200)的傳送單元(100)，其包括：中空構造(110)，其由頂面(111)、底面(112)和側面(113)界定，所述中空構造(110)內形成有多個凹穴(118)；一群組的多個通孔(150)，其位於中空構造(110)的底面(112)上且延伸到所述多個凹穴(118)內；一個或一個以上吸取構件(300)，其分別安裝在一個或一個以上凹穴(118)上，借此經由安裝的吸取構件(300)在底面(112)的通孔(150)處產生減小的壓力，以用於在相反方向上上舉安置在相對靠近底面(112)處的片狀物體(200)並在撤銷所產生的減小的壓力時放下片狀物體(200)。第一、二圖中表示用以實行本發明並獲得所提到的有益優點的實施例之一。優選的是，所提到的片狀物體是指半導體電子裝置，例如電腦晶片、裝配有電子元件的整合電路和類似物。然而，也可使用所揭示的發明上舉其他非片狀物體，尤其是重量輕或通孔處的處理能力足以支撐被上舉物體的重量的物體。

根據優選實施例，中空構造(110)由能夠承受外部大氣壓和在傳送過程期間對其施加的內部真空吸取力兩者的金屬或合金製成。可能也可利用具有高壓力支援性質的聚合組合物來製造所述中空構造。重要的是應注意，本發明中的中空構造(110)可適於例如正方形、矩形、圓形、多邊形或其組合的不同形狀以執行所需功能。然而，所述中空構造較優選為矩形的。

如上文中所陳述，所述構造中可用的中空空間優選被製成多個凹穴(118)或隔間。中空構造(110)內的凹穴(118)經由通孔(150)連接到底面(112)，且朝向上面形成一個或一個以上開口(119)的頂面(111)延伸。可能也可經由使通孔彼此交聯的預先製造的水準通道來互連同一群組內的通孔。所述構造中可用的凹穴(118)的量可依據構造的形狀、構造的大小、通孔數目、可用的真空力以及其他相關因素而變化。優選的是，一旦將吸取構件(300)安裝到每一凹穴上，就可將每一個別凹穴(但並非必要)彼此不透氣地密封。通過此特徵，單個凹穴和對應通孔(150)處的真空洩漏將不會影響其他凹穴處的處理能力。因此，無論傳遞盤上物體(200)的分佈如何均維持足夠的上舉力來用於傳送片狀物體(200)。

而且，可不以單件形式製造中空構造(110)而是以數個週邊零件的組合形式製造。舉例來說，在實踐中，為了有助於在構造(110)內製造封閉凹穴(118)，將中空構造分裂為上部和下部組裝件，且在每一組裝件內刻出所述凹穴的一半。當上部和下部組裝件氣密密封在一起時，才在建置的中空構造(110)內形成凹穴。

如第三圖說明，本發明中的通孔(150)可適於不同的圖案或形狀，但其較優選為圓形的。為增強由於凹穴(118)與底面(112)處通孔(150)周圍的外部環境之間產生的部分真空而產生的上舉力，圍繞通孔的區域或通孔的邊緣優選凹入，以產生大體上較淺的區域。這些凹入的淺區域(151)將大體上增加施加到物體(200)上的上舉力的面積，尤其是當片狀物體與底面的接觸表面在淺區域(151)的邊緣和片狀物體(200)的表面周圍形成大體上不透氣地密封時。

另一方面，替代于形成淺區域(151)，可升高圍繞通孔的邊緣或區域以形成具有平坦水平面的突出物。此特徵尤其減少了底面(112)與片狀物體(200)之間的表面接觸。更具體來說，底面(112)具有界定凹穴(118)的區域，其突出以形成升高的邊緣，以避免由於在向底面(112)上舉物體時的較大衝擊面積而導致片狀物體(200)上的精密電子元件上的碎裂或損壞。

為了適於或靈活用於上舉不同傳遞盤中的具有各種大小和重量的片狀物體，本發明本質上是以優選規格製造，例如定位在底面(112)上的通孔(150)的最小數目、為了不搖動地傳送物體而在通孔之間間隔開的優選距離、在通孔處將實現的最小處理能力或真空吸取力等等。在優選實施例中，底面(112)的凹穴(118)處的部分真空或吸取力在1×10^-3 到650托的範圍內，處於低到中等真空的範圍內。高真空在本發明中可能有用，但存在可能在傳送的物體上出現碎裂或壓凹的風險，因此損壞其精密結構。相對來說，凹穴(118)的大小或直徑可相對於吸取構件(300)產生的處理能力而在0.1到5mm的範圍內。或相對來說，通孔的大小或直徑應在待上舉物體的最小寬度範圍的5%到10%。吸取或上舉力可相對于通孔的大小減小而增加，其中恒定的處理能力來自吸取構件(300)。重要的是應注意，凹穴(118)優選在底面(112)上密集分佈。

儘管如第三圖所示，通孔(150)的群組是沿著構造的中心線分佈，但通孔(150)的一個或；個以上群組可在底面(112)的週邊周圍定位。通過此佈局，可在物體(200)的可用表面上均勻施加吸取力時將片狀物體(200)牢固地固持到底面(112)。更具體來說，另一群組的多個通孔在構造的底面上在處於中心線處的第一群組位置以外的位置延伸到所述多個凹穴內。然而應注意，存在其他可用的方式來定位通孔(150)，只要此佈置提供足夠強的吸取以用於傳送片狀半導體裝置。因此，對其進行的修改不會脫離本發明的範圍。優選的是，底面上的群組內的兩個鄰近通孔之間的距離在1到10mm的範圍內。優選的是，底面上的群組內的兩個鄰近通孔之間的分隔距離(包含其凹入邊緣區域)小於待上舉的最小物體的大小的50%，以防止物體進入凹入的邊緣區域。

又一優選實施例，傳送單元可進一步包括移動部件(120)，其附接在所述構造上以用於操縱傳送單元的移動。移動部件(120)可為機器人臂，其由機械系統垂直和/或水準驅動以用於傳送拾取的物體。舉例來說，在如第四圖所說明的本發明的一個實施例中，由電動化的來回傳輸機構(motorized shuttle mechanism)沿著水準台架(195)驅動傳送單元(100)，以在工作處理台之間來回傳輸通用傳送單元(100)。更特定來說，在一個示範性實施例中，所述來回傳輸機構是基於經由機械馬達(190)的滾珠螺杆系統。其他優選實施例可具有通過由另一馬達(191)控制的z軸移動(相對於盤)而促進的傳送單元。

除此之外，本發明還具有額外特徵以通過使在施加吸取力時對物體引起的衝擊最小化而避免上舉的片狀物體的碎裂，否則構造(110)可能在靠得太近時打碎物體(200)在優選實施例中，通過在構造(110)的短邊緣附近具有從底面(112)延伸出的突出物(303)而在底面(112)與片狀物體(200)之間保持安全距離。重要的是應注意，突出物(303)的長度在本發明中優選可調節，以過於不同高度的物體。為了吸收碰撞衝擊，將優選彈簧狀的彈性構件附接到構造(110)上以結合移動部件(120)使用，以用於朝向待上舉的物體上升和下降構造(110)。此彈性構件可在上舉的物體(200)碰撞到底面(112)上時反沖，因此減輕了引起的衝擊。

現在應注意併入本發明的吸取構件(300)。在優選實施例中，吸取構件是指安裝到構造(110)內的凹穴(118)中的氣管或氣道，所述安裝的氣道在凹穴中不斷產生相對於底面(112)處通孔(150)周圍的大氣的減小的空氣壓力。優選的是，每一氣道接合到主管(122)，主管(122)又連接到空氣泵以用於在氣道處獲得部分壓力差或足夠的上舉力。否則，可將每一氣道分別分佈到單個空氣泵以向每一連接的管道提供較大的吸取力，且還避免一個氣道處的真空洩漏影響其他氣道的吸取力。如上所述，每一氣道優選被不透氣地密封且安裝到凹穴上，因為真空洩漏會極大地減小吸取力。

在又一實施例中，將例如海綿、橡膠或類似物的衝擊吸收材料層安置在底面上，以防止在所產生的吸取力較大時所拾取的物體上的壓凹或碎裂。

在製造電子半導體裝置的過程中，可如以下參看第五圖所描繪而採用本發明。舉例來說，在中途停留(stop-over)台處，起初盤停止在一位置，使得通用拾取頭恰好對準于第一行(或列)盤(301)的中心處。通用拾取頭隨後從盤(301)的在底面(112)正下方的匣中上舉一個完整行(或列)的半導體裝置。然而，通用拾取頭可從盤上舉一行(或列)以上的半導體裝置。隨後，將通用拾取頭來回傳輸到位於水準台架的另一端處的自動視覺檢查系統，以使所拾取的半導體裝置經受檢查。在檢查過程完成時，將通用拾取頭返回到先前盤位置並將所拾取的半導體裝置再次放置回盤上早先原始拾取所述半導體裝置每一者的地方。盤隨後前進到盤的下一可用行(或列)以由通用拾取頭傳送。重複整個迴圈，直到已對盤的所有行(或列)執行視覺檢查為止。

本發明包含所附權利要求書中含有的內容以及上述描述的內容。儘管已使用本發明的具有某一程度特定性的優選形式描述了本發明，但應瞭解，僅借助於實例做出具有優選形式的本發明，且在不脫離本發明範圍的情況下可採取構造細節以及零件組合與佈置方面的許多改變。

[本發明]

(100)．．．傳送單元

(110)．．．構造

(111)．．．頂面

(112)．．．底面

(113)．．．側面

(118)．．．凹穴

(119)．．．開口

(120)．．．移動部件

(122)．．．主管

(150)．．．通孔

(151)．．．淺區域

(195)．．．水準台架

(190)．．．機械馬達

(191)．．．另一馬達

(200)．．．物體

(300)．．．吸取構件

(301)．．．盤

(303)．．．突出物

第一圖：傳送單元的一個實施例的橫截面圖

第二圖：是第一圖所示的實施例中使用的中空構造的部分透視圖

第三圖：展示用於沿著第一圖所示的實施例中的中空構造分佈通孔的兩個不同的可用佈局

第四圖：展示將第一圖的實施例併入製造設備以用於傳送上舉的片狀電子裝置

第五圖：展示第一圖的實施例適合的用於上舉分佈在傳遞盤上的片狀物體的式樣

(100)．．．傳送單元

(110)．．．構造

(118)．．．凹穴

(122)．．．主管

(200)．．．物體

(300)．．．吸取構件

(303)．．．突出物

Claims (5)

1. 一種用於上舉和放下片狀物體的傳送單元，其包括：中空構造，其由頂面、底面和側面界定，所述中空構造內形成有多個凹穴；一群組的多個通孔，其位於所述中空構造的所述底面上且延伸到所述多個凹穴內，每一個單獨的凹穴彼此被緊密地密封其中所述底面在界定所述通孔的區域周圍凹入；一個或一個以上吸取構件，其分別與一個或一個以上凹穴相關聯，借此經由所述吸取構件在所述底面的所述通孔處產生減小的壓力，以用於上舉安置在相對靠近所述底面處的所述片狀物體，且所述底面上的所述通孔具有所述物體的最小寬度的5%到10%的直徑大小及所述群組內的兩個鄰近通孔之間的距離1到10mm允許產生足夠的吸取來上舉所述片狀物體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之傳送單元，其進一步包含用於操縱所述傳送單元的移動的移動部件。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之傳送單元，其進一步包括另一群組的多個通孔，所述另一群組的多個通孔位於所述構造的所述底面上且延伸到所述多個凹穴內。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之傳送單元，其進一步包括從所述底面的短邊緣延伸的一對突出物。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之傳送單元，其中每一凹穴與多個通孔相關聯。