超聲波振動連結晶片安裝器的製作方法

2023-07-11 20:47:26

專利名稱：：超聲波振動連結晶片安裝器的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種晶片安裝器，用來將半導體元件的晶片或諸如此類的(輕而堅實的產品)如裸露的晶片在一基片(如一接線板)上定位，並用超聲波振動將此晶片連結於該基片。從美國專利USP5427301中可知，當要將一散裝的裸露晶片型半導體元件裝於一接線板上以進行如老化測試時，或當要將一經老化測試後證明是合格的裸露晶片型半導體元件裝到一接線板上以在一引線框架內組裝時，利用超聲波振動將它安裝於一接線板。上述超聲波振動連結晶片安裝器有一問題，即當從一貨板臺經過一預對準臺將一晶片將要安裝在一基片的晶片安裝位置上以便在一安裝臺上安裝時，拾取裝置和超聲波振動連接裝置的運動和位置控制將不可避免地變得複雜起來，因為相對於在晶片供給裝置的貨板臺、預對準裝置的預對準臺和安裝裝置的安裝臺中的安裝位置關係，該拾取裝置和超聲波振動連接裝置之間不是間隔開的。因此，本發明目的在於，提供一種超聲波振動連結晶片安裝器，它能通過將拾取裝置和超聲波振動連結裝置的位置控制在一向前運動極限位置和一向後運動極限位置，經過一預對準臺從一貨板臺在一安裝臺上，將一晶片安裝在一基片上的晶片安裝裝置並能利用超聲波振動將該晶片連結於該基片以作組裝。按照本發明的第一方面，提供一種超聲波振動連結晶片安裝器，它包括一晶片供給裝置，它有一貨板臺，在該貨板臺上一待裝配的晶片安裝在一指定的位置；一預對準裝置，它有一用於大致為晶片定位的預對準臺；一裝配裝置，用於控制一安裝臺的位置，使一在安裝臺上的基片的晶片裝配位置對準於一預定裝配位置，晶片供給裝置、預對準裝置和裝配裝置以等間距排成一排；一晶片攜帶裝置，它設在晶片供給裝置、預對準裝置和裝配裝置的上方，並具有一活動臺，該活動臺的位置是受控制的，使它沿一方向在兩個位置之間前後移動，在該方向上設置有晶片供給裝置、預對準裝置和裝配裝置；一拾取裝置，它具有一用於從貨板臺拾取晶片並將晶片放在預對準臺上的垂直移動的拾取臂；一超聲波振動連結裝置，它具有一拾取功能並能垂直移動，用於依靠一連接於一用於產生超聲波振動的換能器的共振器的連結工作部拾取晶片並將該晶片放在安裝臺上，拾取裝置和超聲波振動連結裝置連接於晶片攜帶裝置的活動臺，它兩的間距和預對準裝置與晶片供給裝置之間的間距，以及預對準裝置與裝配裝置之間的間距相等；以及一測量裝置，用於監測待裝配的並由共振器的連結工作部分拾取的晶片和在裝配臺上的基片，並將一用於使晶片對準於基片的晶片裝配位置的輸出信號發給裝配裝置。由於依靠活動臺在兩個位置之間往復移動，晶片能被從晶片供給裝置送到預對準裝置，並又被送到裝配裝置，最終被精確地定位在一基片的預定位置並用超聲波振動將它連結，所以，能獲得一種非常可靠的產品。按照本發明的第二方面，提供了一種超聲波振動連結晶片安裝器，其中，晶片供給裝置有一裝置，該裝置用來控制貨板臺的位置，使貨板臺上的多個晶片中的一個能被安放在一預定的拾取位置。由於在貨板臺上能安放大量的晶片，故能改善工作效率。按照本發明的第三方面，提供了一種超聲波振動連結晶片安裝器，其中，測量裝置包括一照相機，該照相機從側面進入位於沿垂直方向彼此面對的超聲波振動連結裝置與裝配裝置之間的間隔區，並攝取晶片和基片的像以獲得晶片與基片的晶片裝配位置之間的定位關係。由於利用一簡單的結構就能精確地測得晶片與基片之間的定位關係，因而能將晶片精確地定位。按照本發明的第四方面，提供了一種超聲波振動連結晶片安裝器，它包括一晶片供給裝置，用來控制一貨板臺的位置，使在貨板臺上的大量晶片中的一個待裝配的晶片放在一預定的拾取位置；一預對準裝置，它有一用於大致為晶片定位的預對準臺；一裝配裝置，用於控制一安裝臺的位置，使一在安裝臺上的基片的晶片裝配位置對準於一預定裝配位置，晶片供給裝置、預對準裝置和裝配裝置以等間距排成一排；一晶片攜帶裝置，它設在晶片供給裝置、預對準裝置和裝配裝置的上方，並具有一活動臺，該活動臺的位置是受控制的，使它沿一方向在兩個位置之間前後移動，在該方向上設置有晶片供給裝置、預對準裝置和裝配裝置；一拾取裝置，它具有一用於從貨板臺拾取晶片並將晶片放在預對準臺上的可垂直移動的拾取臂；一超聲波振動連結裝置，它能垂直移動並具有一拾取功能，用於依靠一連接於一用於產生超聲波振動的換能器的共振器的連結工作部拾取晶片並將該晶片放在安裝臺上，拾取裝置和超聲波振動連結裝置連接於晶片攜帶裝置的活動臺，它兩的間距和預對準裝置與晶片供給裝置之間的間距，以及預對準裝置與裝配裝置之間的間距相等；以及一測量裝置，當該裝置從側面進入位於沿垂直方向彼此面對的超聲波振動連結裝置與裝配裝置之間的間隔區時，攝取待裝配的並由共振器的連結工作部分拾取的晶片和在裝配臺上的基片的像，並發出使基片的晶片及其裝配位置對準裝配裝置的輸出信號。由於拾取裝置和超聲波振動裝置連接於晶片相等裝置的活動臺，並且它兩之間有一預定的間隔，拾取裝置的拾取臂和超聲波振動連結裝置的具有一噴嘴功能的連結工作部分重複地移向並停止在向前移動極限位置和向後移動極限位置(該兩位置之間有一預定的間距)，拾取臂將晶片從貨板臺送到預對準臺，連結工作部分將晶片從預對準臺送到安裝臺上的基片的裝配位置，並通過超聲波振動將它裝配於基片上。在結合附圖的詳細說明，將會使本發明的上述和其他的目的、特點和優點更清楚。圖1是本發明一實施例的側視圖；圖2是按本發明實施例的一喇叭的、其中部分被剖開的側視圖；圖3是表示本發明實施例的第一步驟的側視圖；圖4是表示本發明實施例的第二步驟的側視圖；圖5是表示本發明實施例的第三步驟的側視圖；圖6是表示本發明實施例的第四步驟的側視圖；以及圖7是表示本發明實施例的第五步驟的側視圖。圖1至7表示出本發明的一最佳實施例。從圖1可看出在一超聲波振動連結晶片安裝器的一設備底座1上呈一排地設置有一晶片供給裝置2、一預對準裝置3和一裝配裝置4。晶片供給裝置2包括一安裝在設備底座1上的x-y驅動裝置2a和一連接於x-y驅動裝置2a的貨板臺(pallettable)2b。x-y驅動裝置2a使貨板臺2b沿x和y方向，即一平行於設備底座1的平面的縱向和橫向移動，用以控制貨板臺2b的位置，這樣，可將儲存在一安裝在貨板臺2b上的託板2c的大量晶片10中的一個晶片10定位於一預定的拾取位置。預對準裝置3包括一具有一未圖示出的不平的表面的預對準臺3a，用來將待裝配的晶片10大致安放於該表面上。裝配裝置4包括一安裝在設備底座1上的x-y-θ驅動裝置4a和一連接於該x-y-θ驅動裝置4a的裝配臺4b。x-y-θ驅動裝置4a使裝配臺4b沿著x和y方向，即一平行於設備底座1的平面的縱向和橫向，以及θ方向，即按照從一後面要描述的測量裝置8的一輸出的相對於設備底座1的一仰角(eleuationangle)移動，用以控制安裝臺4b的位置，這樣，使用於將晶片安裝在安裝臺4b上的、基片11的晶片安裝位置對準於一預定的安裝位置。在設置底座1上安裝有一晶片攜帶裝置5。該晶片攜帶裝置5包括一水平軌道5c，該軌道安置在晶片供給裝置2、預對準裝置3和裝配裝置4的上方，並由多根豎立在設備底座1上的立柱5a和5b所支撐；該晶片攜帶裝置5還包括一能前後移動的連接於一水平軌道的活動臺5d。有一如一電動機的未圖示出的啟動器控制著活動臺5d的位置，使它可在一向前的極端位置和一向後的極端位置之間前後移動。在該活動臺5d上安裝有一拾取裝置6和一超聲波振動連結裝置7，該兩裝置排成一排且有一預定的間隔。這一預定間隔的大小設置得使當活動臺5d停在如圖1，4，6和7所示的向後的極端位置時，一拾取裝置6的一拾取臂6b的頂端面朝一在預對準臺3a上的預對準位置，而超聲波振動連接裝置7的共振器7i的一連結工作部分7p沿垂直方向面朝裝配臺4b上的一裝配位置；當活動臺5d停在其左方向前的極端位置(如圖3、5所示)時，拾取裝置6的拾取臂6b的頂端面對一在貨板臺2b上的拾取位置，而超聲波振動連結裝置7的連結工作部分7b則沿垂直方向面對預對準臺3a上的一預對準位置。拾取裝置6包括一安裝在活動臺5b上的裝置底座部分6a和一從裝置底座部分6a向下延伸的拾取臂6b。圖中未表示出的、結合於裝置底座部分6a的啟動器驅使拾取臂6b沿垂直方向在如圖1所示的其向上移動的極端位置與圖3和4中所示的其向下移動的極限位置之間移動。該拾取臂6b的向下移動的極限位置是一受控制的位置，在此位置上，拾取臂6b的頂端能吸住在貨板臺2b上的晶片10，該被拾取臂6b吸住的晶片被裝到預對準臺3a上。儘管通常可用一電動機或氣缸作為啟動器，而希望的是使拾取臂6b應這樣地沿垂直方向移動，即當使用電動機時可由一螺栓—螺母裝置和一導向裝置防止拾取臂轉動；當使用氣缸時，提供一緩衝裝置以防止對晶片10的衝擊。該實施例的拾取臂6b有一噴咀的功能。換言之，拾取臂6b形成如一管道，並且其後端經過一未圖示的閥門連接於一未圖示出的如一真空泵的抽吸作用發生源。當該未圖示的閥門從一通氣側轉到一抽吸側時，依靠該抽吸作用發生源的抽吸作用，拾取臂6b從其端部的一開孔抽吸外界空氣，因此，就吸住了晶片10。反之，當閥門從抽吸側轉到通氣側時，拾取臂6b內充滿了空氣，從而釋放掉原被吸住的晶片10。超聲波振動連接裝置7包括一安裝在活動臺5d上的固定的底座7a；一安裝在固定底座7a上的如伺服電動機的電動機7b；一與電動機7b的輸出軸相連的螺栓—螺母裝置7c；一在其上形成為螺栓—螺母裝置7c的一螺母的提升底座7d；一連接於提升底座7d的氣缸7e；一連接於氣缸7e的一活塞的保持器7f和一連接於保持器7f的共振器7e。當電動機7b正常運轉時，螺栓—螺母裝置7c的螺杆正常旋轉，通過嚙合於螺杆的螺母使提升底座7d向下移動。當電動機7b反轉時，螺栓—螺母裝置7c的螺杆反轉，依靠螺母使提升底座7d向上移動。提升底座7d可滑動地固定於豎直安裝在固定底座7a的下表面上的右側和左側導向柱7g上，並且只能垂直移動而不能轉動。一導向軸7h的下端儲存在右側和左側導向立柱7g中，並使它能垂直移動。該導向軸7h的下端與保持器7f相連，並依靠氣缸7e的膨脹和收縮以及提升底座7d的垂直移動產生垂直方向的移動，使保持器7f平行於設備底座1。共振器7i包括一喇叭7j和兩個同軸連接於喇叭7j的兩端的助力器(booster)7k和7m。助力器7k和7m連接於保持器7f，使它兩由從保持器7f的右和左側向下延伸的臂部所支撐。與助力器7k共軸連接的有一換能器7n，它是一個如一將機械能轉變為電能的壓電或磁節流(magnetorestrictive)元件的能量轉換器，用以依靠從一未圖示出的超聲波發生器供給的能量並通過一未圖示出的無頭螺杆和嚙合孔，輸出和產生具有一預定頻率的垂直超聲波振動。如圖2所示的這一實施例的喇叭7j的長度等於與來自換能器7n的超聲波振動共振的共振頻率的波長，它有一在中央最大振幅點f3向外凸出的連結工作部分7p。該連接工作部分7p有一端部表面，該表面形成得使具有一比晶片10大的平面區，並有一噴咀功能。換言之，噴咀7j有一與一軟管相連的通道7q。該通道7q是由一垂直孔7q-1、一水平孔7q-2和一垂直孔7q-3組成，其中的垂直孔7q-1從連結工作部7p的端部表面的中心經過連接工作部7p的內部延伸到喇叭7j的中心，水平孔7q-2從喇叭7j的另一端部表面的中心在最大振幅點f5延伸到垂直孔7q-1，而垂直孔7q-3從喇叭7j的外周表面在最小振幅點f4延伸到水平孔7q-2無頭螺釘7r固定於喇叭7j的端部表面，水平孔7q-2是朝著該端部表面開口的。無頭螺釘7r復蓋住水平孔7q-2的該開口部，並連接於與喇叭7j同軸的助力器7m。有一軟管咀7s固定於垂直孔7q-3的開口中，軟管7t的一端固連在從喇叭7j凸出的軟管咀7s，這樣，軟管7t的內部空腔通過內部通過軟管咀7s的孔連結於通道7q。軟管7t的另一端連接於如一第一未圖示的閥門的真空泵的未圖示出的抽吸發生源。當這一未圖示的閥門從一通氣側轉向一抽吸側時，連接工作部分7p依靠吸氣發生源的抽吸作用從其端部的一開口抽吸外界空氣，從而吸住晶片10。反之，當該閥門從抽吸側轉向通氣側時，通道7q內充滿了空氣，從而就釋放原被吸住的晶片10。一用來連接同喇叭7j同軸線的助力器7k的無頭螺釘7u固定於喇叭7j的另一端部表面在最大振幅點f1。無頭螺釘7r和7u螺接於喇叭7j上形成的螺紋孔中。回過來看圖1，在安裝臺4b上方並在它的右側的、與預對準臺3a和安裝臺4b相對的一側之外，設置有一用來使晶片10和基片11對準的測量裝置8。該測量裝置8包括一雙視野(bi-field)光學透鏡8a、一用來檢測被吸到喇叭7j待被測量的晶片和在裝配臺4b上的基片11的像的CCD照像機8b，以及一用來將雙視野光學透鏡8a移至一測量位置的啟動器8c，其中的晶片10與基片11的兩個像經過雙視野光學透鏡8a沿垂直方向彼此間隔開，並將此兩個像轉換成電信號。現在參閱圖3至7描述這一實施例的操作。在第一步驟時，當晶片攜帶裝置5的活動臺5d從圖1所示的向後移動的極限位置移向左側並停在圖3中所示的向前移動的極限位置時，拾取臂6b下降，並依靠軸吸作用從貨板臺2b上拾起待裝配的晶片10-1並將其上提。在第二步驟時，當活動臺5d從向前移動的如圖3所示的極限位置移向右方並停在如圖4中所示的向後移動極限位置時，拾取臂6b下降，通過充空氣將晶片10-1放到預對準臺3a上後並上提。當晶片10-1被放在預對準臺3a上時，晶片10-1大致定位在預對準臺3a的不平坦的表面上。在第三步驟，當活動臺5d再次移向左側並停在圖5中所示的向前移動極限位置時，超聲波振動連結裝置7的喇叭7j就下降，依靠抽吸作用從預對準臺3a上拾起晶片10-1後並上提。在拾取晶片10-1的同時，拾取臂6b下降，依靠抽吸作用從貨板臺2b上拾取下一個待裝配的晶片10-2後再上提(與步驟1的運動情況相同)。在第四步驟，當活動臺5d再次移向右側並停在如圖6中所示的向後移動極限位置時，雙視野光學照相機8a從一圖中用虛線表示的位置進入在被吸在超聲波振動連結裝置7的連結工作位置7p上的晶片10-1與在如用實線表示的活動臺4b的基片11之間的空間，並測量晶片10-1與基片11之間的間距。根據這個測量結果，安裝臺4b移向x，y和θ方向，用以依據晶片10-1修正基片11的位置，這樣，基片11的晶片裝配位置精確地對準於晶片10-1。當經過修正後完成了基片11的晶片裝配位置與晶片10-1之間沿垂直方向的對準工作後，雙視野光學照相機8a就由圖中實線所示的位置返回到用虛線表示的原始位置。在第五步驟(如圖7所示)，超聲波振動連結裝置7的共振器7i下降。當共振器7i將晶片10-1壓貼於基片11的同時，換能器7n振蕩超聲波振動。共振器7i與這個超聲波振動發生共振，由共振產生的超聲波振動施加於基片11與晶片10-1之間的介面，使晶片10-1在裝配位置連結於基片11。依靠超聲波振動連結裝置7的氣缸7e的下降和通過電動機7b使螺栓—螺母裝置7c下降，進行晶片10-1對基片11的加壓貼合工作。加壓力是由氣缸7e的輸出控制的。在裝配和連結晶片10-1的同時，拾取臂6b下降，將下一個待裝配的晶片10-2定位和放置在預對準臺3a上後並上提(運動情況與步驟2的相同)。此後，重複進行從圖5所示的第三步到圖7所示的第五步這一循環動作，用以精確地將諸晶片定位在安裝臺4b上的基片的諸裝配位置上(就每個晶片10而言其裝配位置是變化的)，通過一個接一個地對在預對準臺3a上的來自貨板臺2b的各待裝配的晶片10的預對準來將諸晶片和基片裝配並連接好。按照這一實施例的結構，由於拾取裝置6和超聲波振動連結裝置7連接於晶片攜帶裝置5的活動臺5d(它們之間有一預定的間隔)，當活動臺5d停在向後移動的極限位置時，拾取臂6b面對預對準臺3a上的預對準位置，而連接工作部分7p則沿垂直方向面對裝配臺4b上的裝配位置。而當活動臺5d停在向前移動的極限位置時，拾取臂6b面對貨板臺2b上的拾取位置，連接工作部分7p沿垂直方向面對預對準臺3a的預對準裝置。簡言之，拾取裝置6的拾取臂6b和具有超聲波振動連結裝置7的噴咀功能的連結工作部分7p重複地移向並停在向前移動極限位置和向後移動極限位置(它倆之間有一預定間隔)，拾取臂6b從貨板臺2b將晶片10放在預對準臺3a上，連接工作部分7b將晶片10安放在安裝臺4b上晶片11上面的為由預對準臺3a送來的晶片10所預定的位置上，並利用超聲波振動將其粘連在基片11上。權利要求1.一種超聲波振動連結晶片安裝器，它包括一晶片供給裝置，它有一貨板臺，在該貨板臺上一待裝配的晶片安裝在一指定的位置；一預對準裝置，它有一用於大致為晶片定位的預對準臺；一裝配裝置，用於控制一安裝臺的位置，使一在安裝臺上的基片的晶片裝配位置對準於一預定裝配位置，晶片供給裝置、預對準裝置和裝配裝置以等間距排成一排；一晶片攜帶裝置，它設在晶片供給裝置、預對準裝置和裝配裝置的上方，並具有一活動臺，該活動臺的位置是受控制的，使它沿一方向在兩個位置之間前後移動，在該方向上設置有晶片供給裝置、預對準裝置和裝配裝置；一拾取裝置，它具有一用於從貨板臺拾取晶片並將晶片放在預對準臺上的可垂直移動的拾取臂；一超聲波振動連結裝置，它具有一拾取功能並可垂直移動，用於依靠一連接於一用於產生超聲波振動的換能器的共振器的連結工作部拾取晶片並將該晶片放在安裝臺上，拾取裝置和超聲波振動連結裝置連接於晶片攜帶裝置的活動臺，它兩的間距和預對準裝置與晶片供給裝置之間的間距，以及預對準裝置與裝配裝置之間的間距相等；以及一測量裝置，用於監測待裝配的並由共振器的連結工作部分拾取的晶片和在安裝臺上的基片，並將一使晶片對準於基片的晶片裝配位置的輸出信號發給裝配裝置。2.如權利要求1所述的超聲波振動連結晶片安裝器，其特徵在於，晶片供給裝置有一裝置，該裝置用來控制貨板臺的位置，使貨板臺上的多個晶片中的一個能被安在一預定的拾取位置。3.如權利要求1所述的超聲波振動連結晶片安裝器，其特徵在於，測量裝置包括一照相機，該照相機從側面進入位於沿垂直方向彼此面對的超聲波振動連結裝置與裝配裝置之間的間隔區，用以攝取晶片和安裝晶片用的基片的像以獲得晶片與基片的晶片裝配位置之間的定位關係。4.一種超聲波振動連結晶片安裝器，它包括一晶片供給裝置，用來控制一貨板臺的位置，使在貨板臺上的大量晶片中的一個待裝配的晶片放在一預定的拾取位置；一預對準裝置，它有一用於大致為晶片定位的預對準臺；一裝配裝置，用於控制一安裝臺的位置，使一在安裝臺上的基片的晶片裝配位置對準於一預定裝配位置，晶片供給裝置、預對準裝置和裝配裝置以等間距排成一排；一晶片攜帶裝置，它設在晶片供給裝置、預對準裝置和裝配裝置的上方，並具有一活動臺，該活動臺的位置是受控制的，使它沿一方向在兩個位置之間前後移動，在該方向上設置有晶片供給裝置、預對準裝置和裝配裝置；一拾取裝置，它具有一用於從貨板臺拾取晶片並將晶片放在預對準臺上的可垂直移動的拾取臂；一超聲波振動連結裝置，它可垂直移動並具有一拾取功能，用於依靠一連接於一用於產生超聲波振動的換能器的共振器的連結工作部拾取晶片並將該晶片放在裝配臺上，拾取裝置和超聲波振動連結裝置連接於晶片攜帶裝置的活動臺，它兩的間距和預對準裝置與晶片供給裝置之間的間距，以及預對準裝置與裝配裝置之間的間距相等；以及一測量裝置，當該裝置從側面進入位於沿垂直方向彼此面對的超聲波振動連結裝置與裝配裝置之間的間隔區時，攝取待裝配的並由共振器的連結工作部分拾取的晶片和在安裝臺上的基片的像，並將使晶片對準於基片的晶片裝配位置的輸出信號發給裝配裝置。全文摘要一種超聲波振動連結晶片安裝器包括一設置在成一排的一晶片供給裝置、一預對準裝置和一裝配裝置之上的晶片攜帶裝置,該晶片攜帶裝置具有一沿一與這些裝置的設置方向平行的方向可前後移動的活動臺;該晶片安裝器還包括一與活動臺相連用於將晶片從晶片供給裝置送到預對準裝置的拾取裝置,以及一連接於活動臺用於將晶片從預對準裝置送到裝配裝置的超聲波振動連結裝置,這樣,依靠活動臺的往復移動一個接一個地將諸晶片從晶片供給裝置送到預對準裝置,又送到裝配裝置。文檔編號H05K13/04GK1174404SQ9711453公開日1998年2月25日申請日期1997年7月7日優先權日1996年7月5日發明者佐藤茂,勝見貢,中居誠也申請人:株式會社厄泰克斯