一種適於頂針快速更換的晶片剝離裝置製造方法

2023-05-28 12:16:11 2

一種適於頂針快速更換的晶片剝離裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種適於頂針快速更換的晶片剝離裝置，包括頂針頭機構、傳動機構、頂起驅動機構、Z向升降機構和二自由度位置調整機構，其中頂針頭機構配合安裝在傳動機構上，並可實現頂針的快速更換；傳動機構安裝在頂起驅動機構上，用於傳遞頂針頂起驅動力同時實現頂針罩內腔的真空度；頂起驅動機構安裝在Z向升降機構上，用於提供頂針頂起剝離晶片的驅動力，並對頂針的頂起高度進行反饋控制；Z向升降機構則安裝在二自由度位置調整機構上並由其執行X、Y向的位置調整之後，再將安裝於自身其他組件一同調整上升到工作位置。通過本實用新型，可通過頂針頭機構的插拔實現頂針的快捷更換，同時便於對頂針的頂起高度進行自主精確控制。
【專利說明】一種適於頂針快速更換的晶片剝離裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型屬於半導體晶片封裝設備【技術領域】，更具體地，涉及一種適於頂針快速更換的晶片剝離裝置。

【背景技術】
[0002]隨著電路集成技術的不斷發展，對電子器件的封裝工藝提出了越來越高的要求。在電子封裝工藝中，晶片的剝離拾取過程是一個重要的工藝步驟，特別對於晶片從晶圓藍膜到拾取頭的首次轉移，是保證後續工藝過程正常進行的關鍵保證。而為了順利實現晶片與晶圓藍膜的分離，在電子封裝工藝中不可避免地需要使用到晶片剝離裝置。
[0003]剝離裝置按晶片剝離時的作用方式分為頂起剝離式和真空剝離式，其中頂針頂起剝離是目前即10封裝設備中採用較多的晶片剝離方式。然而，現有的各類剝離裝置在頂針長期工作後易出現磨損現象，導致頂針高度產生變化而致使晶片剝離不充分而不能被拾取，因而難以滿足降低更換率和快速更換等方面的實際需求。
[0004]例如，實用新型人早期提交的⑶102074458八中公開了一種晶片剝離裝置，其中通過採用頂針夾持與運動部件以及旋轉驅動部件來實現整體升降和晶片剝離，然而進一步的研究表明，上述機構的控制精度和可靠性方面有待提高，特別是在更換頂針時手續繁瑣，需要擰開壓緊螺母，取下頂針外罩，鬆開頂針夾持件的鎖緊螺釘，取出頂針等多個步驟，而且難以精確控制頂針的頂起高度:^^,(^1020744584^⑶203631491 口中的頂針頂起方式都採用凸輪機構，這種方式使得頂針的頂起動作相對固定，在頂針輕微磨損頂起高度產生變化後即很難滿足要求:(^102074458八和⑶103311159八在頂針頂起過程中，對頂針的頂起高度並無反饋過程，因而無法對頂針的頂起高度進行準確控制。
實用新型內容
[0005]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供了一種適於頂針快速更換的晶片剝離裝置，其中通過對其關鍵組件如頂針頭、傳動機構、頂起驅動機構和2向升降機構等部件的自身結構及其相互設置方式進行改進，相應能夠在短時間內即完成對頂針的更換，並適於自主對頂針的頂起高度執行準確控制，同時具備結構緊湊、便於操控、動作精度聞和可罪性強等優點。
[0006]為實現上述目的，按照本實用新型，提供了一種適於頂針快速更換的晶片剝離裝置，該裝置包括頂針頭機構、頂起驅動機構、傳動機構、2向升降機構和二自由度位置調整機構，其特徵在於:
[0007]所述頂針頭機構包括頂針罩、直線軸承、頂針夾持軸、頂針夾持座、頂針和彈性元件，其中直線軸承貫穿安裝在頂針罩中，頂針夾持軸從上側整體套設在該直線軸承的內圈中可相對於其作軸向移動，並且該頂針夾持軸的內部沿其軸向方向加工有臺階座；頂針夾持座呈與頂針夾持軸相吻合的卡座結構，其下端固定安裝於該頂針夾持軸，並同樣處於所述直線軸向的內圈中；頂針沿著豎直方向固定安裝在頂針夾持座的上端，與頂針罩頂壁的氣孔相對準；彈性元件則設置在頂針夾持座的上端面與頂針罩的頂壁之間，由此當頂針頂起工作後給所述頂針夾持軸提供反彈力；此外，在頂針罩的側壁內部開有與頂針罩內腔相連通的氣道，並在下部的側壁表面上加工有環形槽；
[0008]所述頂起驅動機構包括安裝基板、音圈電機和光柵尺，其中音圈電機設置在安裝基板上，並在其輸出端橫向安裝有導向板；光柵尺貼裝在所述導向板的一側，並經由光柵尺讀頭對導向板的移動實時予以檢測；
[0009]所述傳動機構包括導杆基座、傳動基座、導杆、型孔用擋圈和真空氣管接頭，其中導杆基座處於下部與所述導向板相聯接，並在導向板的驅動下隨其一同移動；傳動基座處於上部配合安放在所述安裝基板上，它的內部同樣用於容納安裝所述直線軸承；導杆的下端固定安裝於所述導杆基座，它的上端則可相對移動地套設在所述直線軸承的內圈中，並與所述頂針夾持軸發生接觸 ? 型孔用擋圈設置在傳動基座的頂部用於與所述環形槽相配合，由此將整個頂針頭機構可拆卸地安裝於傳動機構；真空氣管接頭設置在傳動基座的頂部側面，並與所述頂針頭機構的氣道相連通，由此對頂針罩頂壁的所述氣孔產生吸附作用；
[0010]所述2向升降機構整體安裝在所述二自由度位置調整機構上，並在其驅動下實現X向和V向方向上的位置調整；該2向升降機構還通過連接塊與所述安裝基板相連，由此用於將頂起驅動機構及設置其上的傳動機構和頂針頭機構沿著豎直方向一同調整到工作位置，使頂針頭機構靠近藍膜，為頂起晶片做好準備。
[0011]作為進一步優選地，所述2向升降機構包括支撐架、驅動電機、升降軸和絲杆螺母，其中驅動電機橫向安裝在支撐架外部，並在其輸出軸上設置有電機錐齒輪；升降軸沿著豎直方向設置在支撐架的內部，它的下端安裝有與所述電機錐齒輪相嚙合的升降軸錐齒輪，由此將驅動電機輸出軸的旋轉運動轉換成升降軸的旋轉運動；此外，升降軸的上端與所述絲杆螺母相配合聯接，由此將升降軸的旋轉運動轉換成絲杆螺母的上下運動，進而帶動與該絲杆螺母相連的所述連接塊一同沿著豎直方向來回移動。
[0012]作為進一步優選地，所述頂針夾持座在倒置後同樣呈與所述頂針夾持軸相吻合的卡座結構，由此通過調節頂針在該頂針夾持座上的伸出長度來實現頂針更換前後的高度一致性。
[0013]作為進一步優選地，所述頂針夾持軸的底部呈弧面，並與所述導杆頂部之間為圓弧面點接觸。
[0014]作為進一步優選地，在所述導杆與傳動基座之間設置有第一密封圈，並在傳動基座頂部位於所述真空氣管接頭的上下兩側設置有第二密封圈，由此確保對頂針罩頂部氣孔的吸附作用。
[0015]作為進一步優選地，在所述傳動基座的頂部加工有螺紋孔，並在與該螺紋孔同一水平高度的內側開有孔用擋圈槽，然後在該孔用擋圈槽兩側各自設置環形的矩形截面密封槽。
[0016]總體而言，通過本實用新型所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術特徵:
[0017]1、通過對頂針頭機構、傳動機構和頂起驅動機構這些關鍵元件的構造及其設置方式進行改進，能夠沿著直線軸承將驅動力精準予以傳遞以將頂針頂起至所需位置，同時藉助於彈性元件的反彈力實現頂針夾持軸與導杆的可靠接觸；
[0018]2、通過頂針罩的環形槽與傳動機構的型孔用擋圈之間的配合安裝，便於執行頂針頭結構的快速更換，顯著改善操作效率；此外，通過對頂針夾持座與頂針夾持軸之間的結構配合設計，在更換過程中還適於自主對頂針的頂起高度執行準確控制；
[0019]3、由於頂針頭機構可通過頂針罩的氣道以及傳動機構中的真空氣管結構、第一密封元件和第二密封元件等共同構成密封空間，氣流能夠在該相對較小的密封空間內快速對頂針罩頂部的氣孔產生吸附作用，由此在短時間內即可建立真空，提高晶片剝離的操控性；
[0020]4、通過在頂起驅動機構上增加光柵尺和光柵尺讀數頭並對其設置方式進行改進，能夠為音圈電機實時提供位置反饋控制，由此進一步提高控制精度；此外，通過採用錐齒輪傳動和絲杆螺母傳動的方式來設計2向升降機構，能夠在較小的安裝空間內實現對頂針頭的2向移動，同時具備動作精度高、可靠性強等優點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是按照本實用新型優選實施例所構建的晶片剝離裝置的整體結構示意圖；
[0022]圖2是圖1中所示頂針頭機構的結構剖視圖；
[0023]圖3是用於顯示圖2中所示頂針頭機構用於調整頂針高度時的結構示意圖；
[0024]圖4是圖1中所示傳動機構的結構示意圖；
[0025]圖5是圖1中所示頂起驅動機構拆去安裝蓋板後的結構示意圖；
[0026]圖6是圖1中所示2向升降結構的整體結構示意圖；
[0027]圖7是圖1中所示2向升降結構的結構分解示意圖；
[0028]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:
[0029]1-頂針頭機構2-傳動機構3-頂起驅動機構4-2向升降機構5-二自由度位置調整機構10-頂針11-彈性元件12-頂針夾持座13-直線軸承14-頂針夾持軸15-頂針罩16-環形槽17-孔用擋圈18-氣道19-氣孔20-導杆基座21-導杆22-傳動基座23-第一密封圈24-真空氣管接頭25-第二密封圈264型孔用擋圈30-音圈電機31-導向板32-傳感器擋片33-極限位傳感器34-光柵尺讀頭35-光柵尺讀頭安裝基座36-光柵尺37-導軌擋塊38-安裝基板39-安裝蓋板40-電機41-升降機構支撐架42-軸承43-升降軸44-絲杆螺母45-連接塊46-軸承外圈擋塊47-升降軸錐齒輪48-電機錐齒輪49-滑塊導軌

【具體實施方式】
[0030]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
[0031]圖1是按照本實用新型優選實施例所構建的晶片剝離裝置的整體結構示意圖。如圖1中所示，該晶片剝離裝置主要包括頂針頭機構1、頂起驅動機構3、傳動機構2、2向升降機構4和二自由度位置調整機構5等組件，其中頂針頭機構1配合安裝在傳動機構2上，作為頂針更換的基本單元來實現頂針的快速更換功能；傳動機構2安裝在頂起驅動機構3上，用於傳遞頂針頂起驅動力，同時與頂針頭結構1相配合實現頂針罩內腔的真空度；頂起驅動機構3整體安裝在2向升降機構4上，基本功能在於為頂針提供頂起剝離晶片的驅動力，並對頂針的頂起高度執行反饋控制；2向升降機構4則安裝在二自由度位置調整機構5上並由其執行X、I向的位置調整之後，再將安裝於自身的頂起驅動機構及其他組件一同調整上升到工作位置，使頂針頭機構靠近藍膜，為頂起晶片做好準備。
[0032]下面將參照圖2-圖7逐一具體說明按照本實用新型的上述各個組件。
[0033]首先，參照圖2，顯示了按照本實用新型優選實施例所構建的頂針頭機構的結構剖視狀態。如圖2中所示，該頂針頭機構1包括頂針10、彈性元件11、頂針夾持座12、直線軸承13、頂針夾持軸14、頂針罩15、孔用擋圈17等元件，其中頂針罩15內部呈中空的殼體結構，並在它的側壁內部開有與其內腔相連通的氣道18，並在下部的側壁表面上加工有環形槽16，該環形槽16能與傳動機構5中的型孔用擋圈26配合，由此方便頂針頭機構1進行插拔，實現頂針10的快速更換。在頂針罩15中，貫穿安裝有直線軸承13，並通過孔用擋圈17對其執行軸向固定；頂針夾持軸14從上側整體套設到該直線軸承13的內圈中，並可相對於直線軸承13作軸向移動，此外，該頂針夾持軸14的內部沿其軸向方向加工有臺階座，用於卡合安裝頂針夾持座12 ；頂針夾持座12呈與頂針夾持軸14相吻合的卡座結構，其下端通過螺紋嚙合方式固定安裝於該頂針夾持軸，並同樣處於所述直線軸承13的內圈中，以此方式，如圖3中示範性所示地，相應可以採用頂針夾持座12倒置在頂針夾持軸14的方式，由此以簡單易控的方式調節頂針10伸出高度，同時精確實現頂針10更換前後的高度一致性。頂針10譬如通過緊定螺釘沿著豎直方向固定安裝在頂針夾持座12的上端，並與頂針罩15頂壁的氣孔19相對準；頂針夾持座12的上端面與頂針罩15的頂壁之間則設置有彈性元件11，由此當頂針頂起工作後能夠給所述頂針夾持軸14提供反彈力，進而保證頂針夾持軸14與後面提及的導杆21之間的可靠接觸。
[0034]參見圖4，顯示了按照本實用新型優選實施例的傳動機構的主體結構。如圖4中所示，該傳動機構包括導杆基座20、導杆21、傳動基座22、真空氣管接頭24以及0型孔用擋圈26等元件，其中導杆基座20處於下部與頂起驅動機構3的導向板31相聯接，並在導向板的驅動下隨其一同移動；傳動基座22處於上部譬如通過圓柱配合的方式安放安裝基板38上，它的內部同樣用於容納安裝所述直線軸承13 ；導杆21的下端固定安裝於導杆基座20，它的上端則可同樣相對移動地套設在直線軸承13的內圈中，並與頂針夾持軸14發生接觸；0型孔用擋圈26設置在傳動基座22的頂部用於與所述環形槽16相配合，由此將整個頂針頭機構1可拆卸地安裝於傳動機構2 ；真空氣管接頭24設置在傳動基座22的頂部側面，並與頂針頭機構1的氣道18相連通，由此對頂針罩15頂壁的氣孔19產生吸附作用。此外，還可以在導杆21和傳動基座22中間設置第一密封圈23，並在傳動基座22頂部位於真空氣管接頭24的上下兩側設置第二密封圈25，這樣頂針頭機構1中的氣道18、傳動機構2的真空氣管接頭24、兩側的第二密封圈25以及導杆處的第一密封圈23等能夠共同形成密封空間，氣流通過真空氣管接頭24和氣道18快速對頂針罩15頂部的氣孔19產生吸附作用，並且建立真空時間短。
[0035]參見圖5，顯示了按照本實用新型優選實施例的頂起驅動機構拆去安裝蓋板後的主體結構。如圖5中具體所示地，該頂起驅動機構主要包括安裝基板38、音圈電機30和光柵尺36等，其中音圈電機30設置在安裝基板38上，並在其輸出端橫向安裝有導向板31 ；光柵尺36貼裝在該導向板31的一側，並經由光柵尺讀頭34對導向板的移動實時予以檢測，相應能夠執行對音圈電機的驅動反饋及控制。更具體地，該頂起驅動機構還可以包括傳感器擋片32、極限位傳感器33、光柵尺讀頭安裝基座35、導軌擋塊37和安裝蓋板39等元件，例如在安裝基板38內壁安裝有滑塊導軌49，導軌擋塊37各自安裝在兩側導軌下方防止滑塊下落；一對極限位傳感器33安裝在安裝基板38左側等。
[0036]參見圖6和圖7，本實用新型中還對2向升降機構4的具體結構作了進一步的研究和改進。除了常規的可實現2向移動的功能結構之外，按照本實用新型優選實施例的2向升降機構4可包括驅動電機40、升降機構支撐架41、軸承42、升降軸43、絲杆螺母44、連接塊45、軸承外圈擋塊46、升降軸錐齒輪47、電機錐齒輪48等；其中驅動電機40安裝在升降機構支撐架41外部，電機錐齒輪48安裝在電機輸出軸上，升降軸錐齒輪47通過緊定螺釘安裝在升降軸43上，通過錐齒輪對的配合，將電機40輸出軸的旋轉運動轉換成升降軸43的旋轉運動；升降軸43上部與絲杆螺母44相配合，滑塊導軌349與絲杆螺母45相連接，對絲杆螺母45起導向作用，使得升降軸43的旋轉運動轉換成絲杆螺母44的上下運動；連接塊45安裝在絲杆螺母44正面，實現與頂起驅動機構3的連接；升降軸43的中部和升降機構支撐架41之間安放有軸承42，該軸承42下端的外圈與軸承外圈擋塊46相接觸，軸承外圈擋塊46固定安裝在升降機構支撐架41內；升降軸43的頂部和升降機構支撐架41之間安放有軸承42，軸承42上端有軸用擋圈安裝在升降軸43上，對軸承42進行位置限制。
[0037]下面將具體解釋按照本實用新型的上述晶片剝離裝置的工作過程。
[0038]首先，在剝離操作之前，2向升降機構4處於下降位置，可以通過調節二自由度位置調整機構5的X、V向自由度，使得頂針10中心與晶圓上晶片中心位置對準；
[0039]接著，2向升降機構4的電機40開啟，帶動頂針頭機構1上升到合適的工作位置。開始執行剝離操作時，音圈電機30會帶動導杆21上下運動，由於導杆21與頂針夾持軸14的可靠接觸，使頂針10頂起剝離晶片，完成晶片剝離過程。在頂針10頂起過程中，光柵尺讀頭34對光柵尺36進行讀數，並依據讀數對音圈電機30加以控制，實現對頂針10頂起高度的反饋控制。
[0040]此外，當頂針10過度磨損需要更換時，使裝置處於工作前狀態，直接手動拔掉頂針頭機構1，並插換上新的頂針頭機構1，最終實現頂針10的快速更換。在被更換的頂針頭機構1中，為保證更換前後頂針10伸出的高度一致，可採用頂針夾持座12倒置在頂針夾持軸14上的方式對頂針10的伸出高度進行調節緊固。
[0041]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種適於頂針快速更換的晶片剝離裝置，該裝置包括頂針頭機構、頂起驅動機構、傳動機構、Z向升降機構和二自由度位置調整機構，其特徵在於: 所述頂針頭機構(I)包括頂針罩(15)、直線軸承(13)、頂針夾持軸(14)、頂針夾持座(12)、頂針(10)和彈性元件(11)，其中直線軸承(13)貫穿安裝在頂針罩(15)中，頂針夾持軸(14)從上側整體套設在該直線軸承(13)的內圈中可相對於其作軸向移動，並且該頂針夾持軸的內部沿其軸向方向加工有臺階座；頂針夾持座(12)呈與頂針夾持軸(14)相吻合的卡座結構，其下端固定安裝於該頂針夾持軸，並同樣處於所述直線軸承(13)的內圈中；頂針(10)沿著豎直方向固定安裝在頂針夾持座(12)的上端，與頂針罩(15)頂壁的氣孔(19)相對準；彈性元件(11)則設置在頂針夾持座(12)的上端面與頂針罩(15)的頂壁之間，由此當頂針頂起工作後給所述頂針夾持軸(14)提供反彈力；此外，在頂針罩(15)的側壁內部開有與頂針罩內腔相連通的氣道(18)，並在下部的側壁表面上加工有環形槽(16)； 所述頂起驅動機構(3)包括安裝基板(38)、音圈電機(30)和光柵尺(36)，其中音圈電機(30)設置在安裝基板(38)上，並在其輸出端橫向安裝有導向板(31);光柵尺(36)貼裝在所述導向板(31)的一側，並經由光柵尺讀頭(34)對導向板的移動實時予以檢測； 所述傳動機構(2)包括導杆基座(20)、傳動基座(22)、導杆(21)、C型孔用擋圈(26)和真空氣管接頭(24)，其中導杆基座(20)處於下部與所述導向板(31)相聯接，並在導向板的驅動下隨其一同移動；傳動基座(22)處於上部安放在所述安裝基板(38)上，它的內部同樣用於容納安裝所述直線軸承(13);導杆(21)的下端固定安裝於所述導杆基座(20)，它的上端則可相對移動地套設在所述直線軸承(13)的內圈中，並與所述頂針夾持軸(14)發生接觸；C型孔用擋圈(26)設置在傳動基座(22)的頂部用於與所述環形槽(16)相配合，由此將整個頂針頭機構(I)可拆卸地安裝於傳動機構(2);真空氣管接頭(24)設置在傳動基座(22)的頂部側面，並與所述頂針頭機構(I)的氣道(18)相連通，由此對頂針罩(15)頂壁的所述氣孔(19)產生吸附作用； 所述Z向升降機構(4)整體安裝在所述二自由度位置調整機構(5)上，並在其驅動下實現X向和Y向方向上的位置調整；該Z向升降機構(4)還通過連接塊(45)與所述安裝基板(38)相連，由此用於將頂起驅動機構(3)及設置其上的傳動機構(2)和頂針頭機構(I)沿著豎直方向一同調整到工作位置，使頂針頭機構靠近藍膜，為頂起晶片做好準備。
2.如權利要求1所述的晶片剝離裝置，其特徵在於，所述Z向升降機構(4)包括支撐架(41)、驅動電機(40)、升降軸(43)和絲杆螺母(44)，其中驅動電機(40)橫向安裝在支撐架(41)外部，並在其輸出軸上設置有電機錐齒輪(48);升降軸(43)沿著豎直方向設置在支撐架(41)的內部，它的下端安裝有與所述電機錐齒輪(48)相嚙合的升降軸錐齒輪(47)，由此將驅動電機輸出軸的旋轉運動轉換成升降軸的旋轉運動；此外，升降軸(43)的上端與所述絲杆螺母(44)相配合聯接，由此將升降軸的旋轉運動轉換成絲杆螺母的上下運動，進而帶動與該絲杆螺母相連的所述連接塊(45) —同沿著豎直方向來回移動。
3.如權利要求1或2所述的晶片剝離裝置，其特徵在於，所述頂針夾持座(12)在倒置後同樣呈與所述頂針夾持軸(14)相吻合的卡座結構，由此通過調節頂針(10)在該頂針夾持座上的伸出長度來實現頂針更換前後的高度一致性。
4.如權利要求1或2所述的晶片剝離裝置，其特徵在於，所述頂針夾持軸(14)的底部呈弧面，並與所述導杆(21)頂部之間為圓弧面點接觸。
5.如權利要求1或2所述的晶片剝離裝置，其特徵在於，在所述導杆(21)與傳動基座(22)之間設置有第一密封圈(23)，並在傳動基座(22)頂部位於所述真空氣管接頭(24)的上下兩側設置有第二密封圈(25)，由此確保對頂針罩(15)頂部氣孔(19)的吸附作用。
【文檔編號】H01L21/67GK204130501SQ201420536463
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】陳建魁, 尹周平, 葉曉濱, 吳沛然 申請人:華中科技大學