安裝半導體的裝置的製作方法

2023-06-04 09:35:41 3

專利名稱：安裝半導體的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於在基片(substrate)上安裝半導體的裝置。
背景技術：
在本領域這種安裝半導體的裝置稱為晶片焊接機(Die Bonder)。它用於將相互緊鄰地位於載體上的許多相同的晶片晶片順次安裝到基片上，其中載體絕大部分是一個帶子，基片例如是金屬引線框。與晶片夾的拾取和安裝運動同步，其上具有晶片載體的晶片臺在第一位置提供下一個晶片，並且同樣地傳送基片以在第二位置提供一個新的基片位置。為了拾取並隨後安裝晶片，晶片夾可以與貼片系統一起或者獨立於貼片系統升高和降低。
對這種安裝半導體的裝置具有很高的要求。為了進一步處理所安裝的晶片，必須精確地將晶片定位在基片上，這需要晶片夾精確到達第二位置，並且還需要事先精確到達第一位置以便拾取晶片。另一方面，需要高速度和短周期，因而在移動部件上產生較高的慣性加速度和慣性力。
到目前為止，為了產生晶片夾的交替運動，採用了各種杆機構，其中一些杆機構包括曲柄導向裝置。由於在這種導向裝置上產生相當大的側向力，因而這種導向裝置不適宜於精確運動過程並且必須進行合適的維護。對於另一種已知的機構，晶片夾位於前後擺動的杆的端部，即它相應於杆的偏轉進行弧形運動，杆的每個偏轉必須停止在端部位置，從而極易產生振動。這種杆操作的機構的一個缺點在於它們僅僅可以沿一個固定的預定路徑從位置A到位置B傳送晶片。具有杆機構的貼片系統例如可從專利申請EP877』544、CN98123078.4和WO97/32460獲知。
還已知一種利用帶齒帶驅動晶片夾的貼片系統。其缺點在於將晶片安裝到基片上存在很大的誤差。
從EP991』110可知一種具有線性電機的貼片系統，利用該貼片系統，可以從晶片臺上不同位置拾取半導體晶片。線性電機的高度範圍很大從而晶片夾可以下降以拾取和安裝半導體晶片。
一方面，為了能夠快速和精確地安裝半導體晶片，拾取位置和安裝位置之間的距離應當小，而另一方面，機械結構應當簡單。CN98123078.4的貼片系統實際上是一個簡單的穩固的結構，它能夠精確地將半導體晶片安裝在基片上，但是其缺點在於由於晶片直徑依然偏大，因而依然需要較大的空間。同樣已知的將基片臺和晶片臺相互疊放的方案的缺點是，從拾取位置到安裝位置具有很大的高度差。
從WO97/32460可知的貼片系統中，晶片臺正交於基片臺布置，其缺點在於粘附在箔片上的半導體晶片有時會跌落，並且由於重力作用在半導體晶片上使得箔片損壞，從而將被拾取的半導體晶片的位置被無意地改變。而且，箔片有時會偏離垂直面。這時僅僅由鋸齒線分隔的相鄰半導體晶片的角部或邊緣會發生接觸。在最壞的情況下，這種接觸會導致半導體晶片的角部或邊緣斷裂，這在本領域稱為「破片」。

發明內容
本發明的目的在於改進晶片焊接機，利用本發明的晶片焊接機可以縮短半導體晶片的拾取位置和安裝位置之間的距離，而且不存在上述缺點。
本發明包括權利要求1中給出的特徵。有利的設計方案來自從屬權利要求。
用於安裝半導體的裝置包含一個焊接臺，其中該焊接臺包括一個用於提供半導體晶片的晶片(wafer)臺；一個基片臺；以及一個具有帶有晶片夾的焊接頭的貼片系統。晶片臺的一部分位於基片臺下面。貼片系統從晶片臺拾取一個接一個地拾取半導體晶片並將它們安裝在基片上。基片由傳送系統沿傳送方向步進地傳送。貼片系統具有一個第一線性電機，它包括一個剛性設置的定子和一個可以由第一導向件引導沿第一方向移動的往復移動件；以及第二線性電機，它包括一個剛性設置的定子和一個可以沿第二方向移動的往復移動件。第一線性電機的往復移動件具有第二導向件，該第二導向件引導第二線性電機的往復移動件。帶有晶片夾的焊接頭設置在第二往復移動件上。
第一導向件優選地集成於第二線性電機的定子。而且，貼片系統優選地相對於和基片傳送方向垂直的對稱面對稱成形。特別地，第二線性電機的定子包括兩個定子部分，它們設置在焊點的兩側。這種對稱設計的優點在於焊接頭由設置在焊點的兩側的兩個導向件引導，從而無論當從晶片臺拾取半導體晶片時還是將半導體晶片安裝到基片上時，焊接頭都不會在導向件上施加扭矩。


下面，根據附圖更加詳細地說明本發明的實施例。
附圖中圖1是晶片焊接機的焊接臺的透視圖；圖2是經圖1中由符號E表示的平面的截面圖；圖3是沿圖2的線I-I的截面圖；以及圖4是兩個可以相對彼此移動的往復移動件。
具體實施例方式
圖1示意性示出晶片焊接機的焊接臺的透視圖，它包括一個貼片系統1；一個用於基片4的帶有支撐面3的基片臺2；用於提供半導體晶片6(只圖示出三個半導體晶片)的晶片臺5；以及兩個攝象機7和8，其光軸由箭頭表示。笛卡爾坐標系統的軸線表示為x、y和z。為了更好地理解本發明，在透視圖中隱去的貼片系統1的一些邊線用虛線表示。但是，為了清楚示意的目的，沒有表示出所有隱藏邊線。未示出的傳送系統沿x方向步進地傳送基片4。基片4包含數目為n的基片位置，這些基片位置沿y方向相鄰設置在基片4上用於接收一個半導體晶片6。貼片系統1從晶片臺5拾取位於位置A的半導體晶片6；沿z方向升高所拾取的半導體晶片6超過基片臺2的支撐面3的高度；沿y方向傳送半導體晶片6到位置Bk，其中下標k表示為1到n的一個整數；以及將半導體晶片6安裝到基片4上。儘可能地，沿z方向和沿y方向的傳送運動相互接合。兩個攝象機7和8用於確定位於位置A的半導體晶片6的位置和方向以及位置Bk處的基片位置的位置和方向，從而可以將半導體晶片6精確地定位在基片4上。晶片臺5的一部分位於基片臺2下面，使得拾取位置A靠近基片臺2的邊緣從而沿y方向的傳送距離儘可能小。
貼片系統1包括兩個線性電機9和10。第一線性電機9包括一個剛性設置的定子11和一個可以沿y方向移動的往復移動件12。第二線性電機10包括一個剛性設置的定子13和一個可以沿z方向移動的往復移動件14。第一線性電機9的往復移動件12具有第一線圈體15，該線圈體15與第一定子11的磁體一起發揮作用。第一線性電機9優選地是一個按照常規技術構造的電磁三相電機。往復移動件12沿y方向的移動由第一導向件16(圖2)引導，該第一導向件16優選地集成於第二線性電機10的定子13。第一線性電機9的往復移動件12具有第二導向件17(圖2)，該第二導向件17引導第二線性電機10的第二往復移動件14。當第一線性電機9沿y方向前後移動第一往復移動件12時，第一往復移動件12帶動第二往復移動件14。第二往復移動件14具有第二線圈體18，該線圈體18與第二定子13的磁體19(圖2)一起發揮作用。第二線性電機10沿z方向上下移動往復移動件14。帶有晶片夾21的焊接頭20設置在第二往復移動件14上。晶片夾21可以沿z方向相對於焊接頭20移動，其中晶片夾21的移動以已知方式進行，例如氣動。另外，晶片夾21可以圍繞沿z方向的軸線轉動，從而所拾取的半導體晶片的轉動位置可以在將半導體晶片安裝到基片4上之前根據由攝象機7和8傳送的圖象進行校正。在該實施例中，貼片系統1相對於x方向對稱成形，從而在將半導體晶片安裝到基片4上時不會在焊接頭20上施加扭矩。
第一往復移動件12包括一個矩形框22，具有兩個沿著y方向的壁23和24，這兩個壁23和24由橫壁25和26連接。用於測量焊接頭20或晶片夾21的z向位置的位置測量系統的指定部分設置在焊接頭20(或晶片夾21)上以及橫壁25上。該位置測量系統優選地包括金屬或玻璃尺以及讀取頭。導向件16(圖2)沿著第二定子13布置平行於往復移動件12的壁23和24。
圖2表示經圖1中由符號E表示的平面的貼片系統的截面圖。第二定子13包括兩個獨立的定子部分27和28，它們沿y方向延伸，即它們成形有沿y方向的一定的充分長度，從而第二往復移動件14可以沿z方向上下移動而與其y方向位置無關。往復移動件12(圖1)的壁23和24由集成於定子部分27和28或者安裝在基座29上的導向件16沿y方向引導。用於相對於z方向引導第二往復移動件14的第二導向件17固定於壁23和24，從而第一往復移動件12沿y方向帶動第二往復移動件14。定子部分27和28具有沿y方向延伸的磁體19，磁體之間成形有氣隙。第二往復移動件14的第二線圈體伸入該氣隙內。在該實施例中，第二線性電機10是三相電磁電機。每個線圈體18具有三個線圈30，其中這三個電相中的每一個分配到一個線圈。
圖3是沿圖2的線I-I的截面圖，表示定子部分27和基片臺2。優選地，定子部分27中的磁體19沿y方向僅僅延伸第二往復移動件14(圖2)沿z方向運動所必須的的距離。第二往復移動件14沿z方向的運動範圍分成兩個區域Z1和Z2。在區域Z1，磁體19僅僅延伸相當短的距離Y1。在區域Z2，磁體19延伸過定子部分27的整個長度L。距離Y1表示除基片臺2外的距離，即焊接頭20(圖2)或晶片夾21(圖2)必須從基片臺2的支撐面3的高度下降到晶片臺5的高度的這一距離。
圖4表示從對稱面31(圖2)看時第一往復移動件12的壁23。用於引導第二往復移動件14的導向件17固定於壁23並且能夠使得第二往復移動件14沿z方向移動。
基本上，基於圖1到3所述的實施例相對於沿y方向的對稱面31(圖2)對稱成形。這種對稱設計的優點在於焊接頭20由設置在焊點的兩側的兩個導向件17引導，從而無論當從晶片臺拾取半導體晶片時還是當將半導體晶片安裝到基片上時，焊接頭20都不會在導向件17上施加扭矩。但是，也可以不按照這種對稱來設計貼片系統。在這種方案中，例如往復移動件12，而不是框22(圖1)，僅僅包含一個壁23，並且第二線性電機10僅僅包含一個支撐部分，即定子部分27，其中導向件16和17的數量也相應減少。
在又一個實施例中，用於引導往復移動件12的第一導向件16並非固定設置，而是可以移動以便沿x方向、即基片的傳送方向通過驅動裝置在通常為±0.5毫米的範圍內進行微小校正運動。不過定子11和13還是剛性設置的。成形在定子11的磁體之間的氣隙的沿x方向的寬度確定為使得在校正運動時，設置在往復移動件12上的線圈體15在任何時候都不會接觸定子11的磁體。或者，如圖1所示的線性電機9相對於其傳動軸線轉動90°安裝，從而線圈體15水平對齊並且線圈體15的線圈成形為所產生的驅動力與導向件16的x方向位置無關。成形在第二線性電機10的定子13的磁體19之間的氣隙的寬度確定為使得在校正運動時設置在往復移動件14上的線圈體18同樣地不會接觸定子13的磁體19。因為隨著氣隙寬度的增加第二線性電機10的效率降低，因此導向件16沿x方向的運動範圍保持得儘可能小但是要必要的大。
因為這兩個線性電機9和10(圖1)必須能夠實現較大的運動範圍，因此它們優選地是三相電動機。但是，也可以使用其他類型的線性電機，只要它們能夠實現必要的運動範圍。
許多不同的方法是已知的並且還有許多有關用於從晶片臺5拾取半導體晶片以及用於將所拾取的半導體晶片安裝到基片4上的焊接頭20和晶片夾21的設計。作為選擇的例子，這裡提及所謂的超程的方法，其中在拾取半導體晶片以及安裝半導體晶片時焊接頭20下降直到晶片夾21相對於焊接頭20偏轉，從而產生預定的拾取力或焊接力。從中國專利申請02154772.6中可以獲知一種焊接頭20，其中晶片夾21相對於焊接頭20的偏轉氣動控制。可以有兩種操作模式來控制晶片夾21的偏轉。在第一種操作模式中，控制晶片夾21的偏轉或者由其得到的值。在第二種操作模式中，控制壓力差，產生將由晶片夾21施加的拾取或焊接力。根據本發明的貼片系統1可以用到所有這些不同的已知焊接頭中。
儘管表示和說明了本發明的實施例應用，但是對於本領域技術人員來說，在本說明的啟發下可以做出更多的修改，而不脫離本發明的概念。因此本發明並不局限於所附權利要求及其等同物內。
權利要求
1.一種用於安裝半導體的裝置，包括一個用於支撐基片(4)的基片臺(2)；一個用於提供半導體晶片(6)的晶片臺(5)，其中晶片臺(5)的一部分位於基片臺(2)下面；以及一個貼片系統(1)，用於拾取由晶片臺(5)提供的半導體晶片(6)以及將半導體晶片(6)安裝到基片(4)上，該貼片系統(1)包括第一往復移動件(12)；第二往復移動件(14)，承載有帶有晶片夾(21)的焊接頭(20)；第一導向件(16)，用於引導第一往復移動件(12)沿第一方向的移動；第二導向件(17)，用於引導第二往復移動件(14)沿第二方向的移動，該第二導向件(17)安裝在第一往復移動件(12)上；第一線性電機(9)，它包括剛性設置的第一定子(11)和連接於第一往復移動件(12)的第一線圈；和第二線性電機(10)，它包括剛性設置的第二定子(13)和連接於第二往復移動件(14)的第二線圈。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，第一導向件(16)集成於第二線性電機(10)的定子(13)。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其特徵在於，第二線性電機(10)的定子(13)具有兩個裝設有磁體(19)的定子部分(27、28)。
全文摘要
一種用於安裝半導體的裝置包含一個焊接臺，其中該焊接臺包括一個用於提供半導體晶片(6)的晶片臺(5)；一個基片臺(2)；以及一個具有帶有晶片夾(21)的焊接頭(20)的貼片系統(1)。晶片臺(5)的一部分位於基片臺(2)下面。貼片系統(1)具有一個第一線性電機(9)，它包括一個剛性設置的定子(11)和一個可以由第一導向件(16)引導沿第一方向移動的往復移動件(12)；以及第二線性電機(10)，它包括一個剛性設置的定子(13)和一個可以沿第二方向移動的往復移動件(14)。第一線性電機(9)的往復移動件(12)具有第二導向件(17)，該第二導向件(17)引導第二線性電機(10)的往復移動件(14)。帶有晶片夾(21)的焊接頭(20)設置在第二線性電機(10)的往復移動件(14)上。
文檔編號H01L21/00GK1574259SQ20041004850
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月7日 優先權日2003年6月6日
發明者迪特爾·菲舍 申請人:Esec貿易公司