將粘合劑加到基片上的設備和方法

2023-09-21 00:07:35 2

專利名稱：將粘合劑加到基片上的設備和方法
技術領域：
本發明涉及將粘合劑加到基片上的設備和方法。
背景技術：
為了安裝半導體晶片，常常使用環氧基粘合劑以便將半導體晶片連接到基片。必須將粘合劑加到基片上，以便在布置半導體晶片時，在晶片的整個表面上出現儘可能同樣分布的沒有空氣空隙的粘合層。理想地，粘合層超過半導體晶片的邊緣水平地延伸，而且還完整地包圍半導體晶片的稜角。此外，禁止粘合劑接觸到具有電子電路的半導體晶片的表面。為了實現這個目標，根據晶片規格、粘合劑類型及其他參量，使用在從單斜交叉直到多分支線形布置範圍內變化的不同「帶有花紋」的應用圖案。
基本上，已知兩種方法用於應用這樣的帶有花紋的圖案。關於第一種方法，例如從歐洲專利申請EP 928 637可知，藉助於形成有大量出口的分發噴嘴進行應用。在基片的上方預定的高度布置噴嘴的出口。藉助於壓力噴射必要數量的粘合劑。在此期間，所噴射的數量的粘合劑的形狀取決於噴嘴和基片之間的距離。關於第二種方法，例如從歐洲專利申請EP 901 155可知，藉助於固定到書寫頭的單個噴嘴進行應用。利用對應於希望的粘合劑圖案的已編程的運動，在基片上方引導書寫頭，並在此期間「繪製」粘合劑圖案。
將粘合劑加到基片上是一個需要技巧的過程。必須以最大的精度觀測的重要參量是噴嘴到基片的距離。在生產過程開始之前，必須測量基片位置的高度。這在降低高度可調的噴嘴直到其接觸到基片位置為止的期間進行。檢測這個接觸並將其保存為基片高度。這種測量方法有幾個缺點——噴嘴常常將粘合劑留在基片上；——因為機械地檢測接觸，所以測量慢；——對於在彼此的頂部安裝多個半導體晶片的應用(所謂的「層疊壓模」應用)，必須確定每個半導體晶片的表面的高度，其中，在該表面上將要放置下一個半導體晶片。這裡存在一個很大的風險在測量期間損壞半導體晶片。
本發明的目的是開發一種測量方法，其不再具有列舉的這些缺點。

發明內容
用於將粘合劑加到基片上的設備包含具有書寫噴嘴的書寫頭和攝像機。書寫頭在兩個水平方向x和y上是可移動的，並且沿著由坐標x和y張成的平面上的預定路徑移動以在基片上書寫粘合劑圖案。藉助於位置測量與控制電路非常精確地控制指示為z高度的書寫頭的位置，以便能夠在基片上方預定的距離Δz0處引導書寫噴嘴的尖端。為了在基片上正確的位置處施加粘合劑圖案，在應用粘合劑之前，攝像機測量基片的位置。根據本發明，設備配備了三角測量系統，藉助於該系統，能夠確定關於基準高度HR的基片的實際z高度，並且配備有具有確定書寫頭關於基準高度HR的z位置的裝置。三角測量系統包含發射雷射束的雷射器，其中，所述雷射束具有和水平面的預定的角度，而且該系統還使用在任何情況下都存在的用於確定基片上的雷射束的撞擊點的位置的攝像機。在校準過程期間，確定基準表面上的雷射束的撞擊點，並從該點計算基準表面的z高度，而且確定書寫頭的z位置，其中，在該位置處，書寫頭的書寫噴嘴接觸到基準表面。在生產期間，確定雷射束在基片上的撞擊點的位置，並從該點計算基片的z高度，然後根據測量的基片的z高度調整書寫頭的z位置，以便將書寫噴嘴的尖端移動至基片上方預定的距離Δz0處。
根據本發明的將粘合劑加到基片上的方法包括校準過程，在該過程中，通過藉助於三角測量系統確定基準表面相對於基準高度HR的z高度，並且通過確定書寫頭的z位置，其中，在該位置處，書寫噴嘴接觸到基準表面，來找出書寫頭相對於基準高度HR的z位置；以及將粘合劑加到基片上的生產過程，在該過程中，首先，藉助於三角測量系統，確定作為常量值H1的基片相對於基準高度HR的z高度，或者確定作為兩個水平方向x和y的函數H1(x，y)的基片相對於基準高度HR的z高度，然後，在沿著預定路徑移動書寫頭施加粘合劑期間，將書寫頭的z位置分別控制到z高度z＝H1+Δz0或z(x，y)＝H1(x，y)+Δz0，其中，參量Δz0具有預定的值。
藉助於校準裝置對書寫頭相對於基準高度HR的z位置進行校準。校準裝置包含藉助於三角測量系統在第一步中確定了z高度的基準表面。在第二步中確定書寫頭的z位置，其中，在該位置處，書寫噴嘴接觸到基準表面。
在第一實施例中，校準裝置的基準表面在z方向上是偏轉的。相對於校準裝置定位雷射器和攝像機，以便雷射束落到基準表面上並且撞擊點位於攝像機的視野範圍之內。然後在z方向上降低書寫頭直到書寫噴嘴接觸到並偏轉基準表面為止。一旦書寫噴嘴偏轉基準表面，雷射束的撞擊點的位置轉移。攝像機檢測到撞擊點的轉移的開始，並且在書寫噴嘴接觸到基準表面的瞬間，及時地從位置測量與控制電路的位置數據確定書寫頭的z位置。
在第二實施例中，校準裝置包含從側面傾斜地照射書寫噴嘴的光源，以便書寫噴嘴的陰影落到校準裝置的校準表面上。在降低書寫頭期間，書寫噴嘴的陰影移動。在書寫噴嘴的尖端接觸到基準表面的同時，陰影的末端和書寫噴嘴的尖端相重合。使用攝像機監視陰影的移動，並且從該移動以及從位置測量與控制電路的位置數據，確定書寫頭的z位置，其中，在該位置處，書寫噴嘴接觸到或即將接觸到基準表面。如果從光源發射的光落到基準表面上的角度已知，那麼就能夠確定書寫頭的z位置，其中，在該位置處，書寫噴嘴即將接觸到基準表面，而不必降低書寫頭直到書寫噴嘴有效地接觸到基準表面。優選地書寫噴嘴裝備有附件，然後分析附件的陰影的移動。
在生產期間實現粘合劑的應用，在此期間，確定基片上的雷射束的撞擊點的位置，並計算基片的z高度H1。例如能夠在單一地點測量基片的z高度。然後在粘合劑的施加期間書寫頭取z位置z＝H1+Δz0，其中參量Δz0具有預定的值。參量Δz0典型地等於10微米。作為選擇，能夠在至少3個地點測量基片的晶片安裝區的z高度，並由此計算作為兩個水平坐標軸x和y的函數的z高度H1(x，y)，且在施加粘合劑時在z位置z(x，y)＝H1(x，y)+Δz0處引導書寫頭。
書寫頭在x和y方向上進行移動。因為不可避免的機械公差，所以書寫頭和安置基片的加工臺之間的距離會變化。因此，優選藉助於進一步的校準過程確定校正函數，該校正函數描述了書寫頭的z位置的變化，是坐標u1到un的函數，其中坐標u1到un對應於書寫頭的全部自由度並從而具有書寫頭的位置特徵。然後當施加粘合劑時，書寫頭佔據z位置z』(x，y)＝z(x，y)+Δz(u1，u2，…，un)。自然地，坐標u1到un中的一個等於坐標x，而坐標u1到un中的另一個等於坐標y。因此能夠可選擇地用(x，y，{u})來表達坐標u1到un，其中{u}指定具有書寫頭位置特徵的附加坐標。如果在水平方向上書寫頭的自由度的個數為2，則{u}＝{0}(數學上稱為空集)，因為坐標x和y足夠描述書寫頭的位置。然後當施加粘合劑時，書寫頭佔據z位置z』(x，y)＝z(x，y)+Δz(x，y，{u})。


把附圖包括進來構成本說明書的一部分，其和具體實施方式
一起，顯示了本發明的一個或多個實施例，用於解釋本發明的原理和實施情況。圖並未按比例繪製。在附圖中
圖1顯示了用於將粘合劑加到基片上的設備；圖2顯示了幾何關係的形式；圖3顯示了安裝攝像機和雷射器的梭子，圖4顯示了用於書寫頭的驅動系統；圖5顯示了校準裝置；圖6顯示了另一個校準裝置。
具體實施例方式
圖1顯示了用於將粘合劑加到基片上2的設備的側視圖，其中，所述設備用作被稱之為晶片焊接機的半導體安裝設備上的分發站。笛卡兒坐標系的坐標軸由x、y和z指定，其中兩個坐標軸x和y在水平面上延伸。另外，x軸指定用於傳送基片2的傳送裝置1的傳送方向。每個基片2具有按照有規律的間隔布置的預定數目的晶片安裝地點3、3』。可選擇地，傳送裝置1使基片2能夠沿著y軸移動。傳送裝置1首先在傳送方向x上將基片2傳送到分發站，在那裡粘合劑被施加到當前的晶片安裝地點3』，然後傳送到粘合站，在那裡半導體晶片被放置到晶片安裝地點之上。例如從EP 330 831可知這樣的傳送裝置1。分發站包含具有書寫噴嘴5的書寫頭4。驅動系統使書寫頭4能夠沿3個方向x、y和z移動。例如從EP 901 155可知合適的驅動系統還具有用於書寫頭4的z高度的精確控制的位置測量與控制電路6。優選地，在書寫頭4上可拆卸地安裝書寫噴嘴5。書寫噴嘴5具有縱向形狀其包括具有鑽孔9的縱向體7，其中，所述鑽孔9沿著主體7的縱向軸8延伸，並在尖端處開口於單一出口10。半導體安裝設備還包含攝像機11，用於測量施加粘合劑的晶片安裝地點3』的位置和方向。攝像機11的光軸12平行於z軸延伸。因此攝像機11的光軸12垂直於晶片安裝地點3』延伸。隨著攝像機11的正確調焦，整個晶片安裝地點3』位於攝像機11的銳度平面上。在書寫頭4上布置書寫噴嘴5，以便其縱向軸8和z軸或攝像機11的光軸12形成預定的角度φ。角度φ典型地位於30°到60°的範圍之內。用這種方法，僅有書寫噴嘴5的尖端被置於攝像機11的光軸12的區域。書寫噴嘴5的一部分仍然被置於攝像機11的視野中。使書寫噴嘴5的長度形成所需的尺寸，以便書寫頭4被置於攝像機11的視野之外，或至多佔據攝像機11的視野或攝像機11發送的圖像的邊緣區域。書寫噴嘴5連接到粘合劑貯液器，而泵13控制粘合劑從書寫噴嘴5流出。泵13能夠如例中所示集成到書寫頭4中，或者固定布置在半導體安裝設備上。
根據本發明，分發站裝備有具有雷射器14的三角測量系統和用於確定書寫頭4相對於基準高度HR的z位置的校準裝置15。如能夠在圖2中可見，雷射器14發射被指引向基片2的雷射束16，其以相對於水平面預定的角度ψ傾斜地撞擊在基片2上。角度ψ優選地位於30°到60°的範圍之內。典型地，其大約等於45°。當基片2的表面的高度H1改變時，那麼基片2上的雷射束16的撞擊點P的位置也改變。使用攝像機11確定撞擊點P的位置，並從位置變化Δw計算基片2的表面的高度H1。從下式得到基片2的表面的高度H1H1＝HR+Δw×tan(ψ)(1)這裡指定w坐標軸，其被定義為雷射束16在xy平面上的方向，亦即雷射束16在xy平面上的投影方向，wR當撞擊點P被置於基準高度HR時，雷射束16的撞擊點P的位置，w1當基片2的表面被置於將要被測量的高度H1時，雷射束16的撞擊點P的位置，並且Δw＝w1-wR從攝像機11發送的圖像得到以象素坐標表達的位置pR和p1。因此藉助於校準測量，必須確定換算因數k，以便能夠將攝像機11的以象素坐標計算的差Δp＝p1-pR換算成絕對移動差ΔwΔw＝k×Δp(2)並且得到H1＝HR+k×Δp×tan(ψ)(3)當固定布置攝像機11和雷射器14時，那麼撞擊點P的位置僅僅取決於將要測量的高度H1，而且根據公式(3)利用攝像機11發送的象素坐標能夠計算高度H1。然而在許多情況下不可避免地雷射器14和/或攝像機11在x和/或y方向上是可移動的。在這些情況下，使用坐標(u，v)的全局系統，並始終將雷射器14和攝像機11的校準的位置以及雷射束16的撞擊點P的測量位置w1和wR分別換算成全局坐標(u1，v1)或(uR，vR)而且由此計算高度H1是有利的。
下面，解釋將雷射器14集成到分發站的優選可能性。
對於攝像機11在y方向上可移動的分發站，優選地布置雷射器14以便其和攝像機11一起在y方向上可移動。圖3顯示了這樣的例子的平面圖。在梭子17上布置攝像機11和雷射器14，其中，所述梭子17在y方向上可移動。優選地，梭子17上的雷射器14的位置在預定的範圍B之內是可調的，以便必要的話能夠改變方向w。另外，用這個例子展示了書寫頭4的坐標(xS，yS)的第一局部系統、攝像機11的坐標(xK，yK)的第二局部系統和坐標(u，v)的全局系統。書寫頭4的位置測量控制系統控制書寫頭4關於局部坐標(xS，yS)的位置，攝像機11的位置測量控制系統控制攝像機11的光軸12關於局部坐標(xK，yK)的位置。書寫頭4的全局坐標由下式給出(uS，vS)＝(uS0，vS0)+(xS，yS)，攝像機11的光軸12的全局坐標由下式給出(uK，vK)＝(uK0，vK0)+(xK，yK).
圖4顯示了使書寫頭4沿著3個坐標軸x、y和z移動的驅動系統。該驅動系統包含固定布置的第一導向裝置18，在其上具有在x方向上可移動的第一梭子19；布置在第一梭子19上的第二導向裝置20，在其上具有在y方向上可移動的第二梭子21；和布置在第二梭子21上的第三導向裝置22，在其上具有書寫頭4；以及3個電機，用於在x方向上驅動第一梭子19、在y方向上驅動第二梭子21和在z方向上驅動書寫頭4。
如果雷射器14和攝像頭11沒有固定地也沒有可移動地布置在一起，則第一可能性存在於將雷射器14固定到書寫頭4上，以便雷射器14跟隨書寫頭4在z、y和z方向上的所有移動。第二可能性存在於將雷射器14固定到第二梭子21，以便雷射器14僅跟隨書寫頭4在x和y方向上而沒有在z方向上的移動。進一步的可能性存在於結合圖3和圖4中顯示的解決辦法，亦即，不是固定布置圖4中顯示的導向裝置18，而是將其固定到圖3中顯示的梭子17，並將雷射器14安裝到梭子21。用這種解決辦法，書寫頭4和攝像機11一起並相對於攝像機11在全局方向v上可移動。
在使用所有這3種設計可能性時都優選地固定雷射器14以便其能夠在雷射束16的軸上旋轉，以便能夠關於基片2改變雷射的偏光方向，而且方向w是可調的，以便基片2上的雷射的任何衍射效應都能夠被最小化。尤其對於具有存儲元件的半導體晶片，其中，所述存儲元件具有平行於半導體晶片的邊緣延伸的大量結構，當方向w沿著半導體晶片的對角線延伸時，能夠是有利的。
已知的位置測量控制電路控制書寫頭4的z位置(因此也是書寫噴嘴5的z高度)，其中，所述位置測量控制電路能夠以足夠將粘合劑加到基片2上的位於微米範圍之內的精確性控制書寫頭4的z位置。為了能夠關於基片2的表面調整固定到書寫頭4的書寫噴嘴5的尖端的z高度，仍然必須確定書寫頭4的z位置和基準高度HR之間的關係，亦即，必須確定書寫頭4的z位置zR，其中，在該位置處，書寫噴嘴5的尖端被置於基準高度HR之上。
能夠用不同的方法實現這種確定。在第一實施例中，使用雷射器14、攝像機11和具有基準表面30的校準裝置15，其中，當書寫噴嘴5接觸到所述基準表面30時，所述基準表面30就傾斜。例如傾斜杆23的表面能夠用作傾斜的基準表面30，如基於圖5更加詳細說明的那樣。校準裝置15包含具有停止裝置25、傾斜杆23和彈簧26的基座24。傾斜杆23的一端支撐在基座24上。彈簧26將傾斜杆23的另一端壓向基座24的停止裝置25。傾斜杆23的這個位置規定基準表面30的z高度HF。藉助於攝像機11測量傾斜杆23上的雷射束16的撞擊點P的位置，並從該位置計算類似於公式(3)的z高度HFHF＝HR+k×Δp×tan(ψ)(4)這裡Δp表示，沿著雷射束16在xy平面上的投影，當撞擊點P在基準表面HR上時雷射束16的撞擊點P的位置和基準表面30上的雷射束16的撞擊點P的位置之間的攝像機11的以象素坐標表達的距離。
然後在z方向上降低書寫頭4。在書寫噴嘴5的尖端接觸到傾斜杆23並逆著彈簧26的力使其傾斜的同時，傾斜杆23上的撞擊點P的位置轉移。在攝像機11檢測到撞擊點P的位置的轉移開始時，現在確定書寫頭4的z高度zS。z高度zS等於高度HFzS＝HF。
圖6顯示了第二實施例，其中，從側面示意性地顯示的校準裝置15包含光源27，其從側面傾斜地以角度θ用光束28照射書寫噴嘴5，以便書寫噴嘴5的陰影29落到校準裝置15的基準表面30上。從基準表面30上的雷射束的撞擊點的測量的位置，如前述實施例那樣，確定基準表面30的高度HF。在降低書寫頭4期間，陰影29逼近書寫噴嘴5。在書寫噴嘴5接觸到基準表面30的同時，陰影29的末端和書寫噴嘴5的尖端相重合。攝像機11監視陰影29的移動，從該移動並從位置測量控制電路的位置數據，確定書寫頭4的z位置zS，其中，在該位置處，書寫噴嘴5接觸到或即將接觸到基準表面30。如果角度θ已知，其中，在該角度下，從光源27發射的光束28落到基準表面30上，則從陰影29的移動和位置測量控制電路的位置數據，能夠無接觸地確定書寫頭4的z位置zS，亦即，不必降低書寫頭4直到書寫噴嘴5事實上接觸到基準表面30為止。
在生產期間，根據下面的步驟進行粘合劑的應用
——確定粘合劑將要施加到的基片2的晶片安裝表面的高度H1，——用書寫頭4逼近位置z＝H1+Δz0，其中Δz0對應於書寫噴嘴5的尖端離基片2的表面的距離，以及——沿著預定的路徑移動書寫頭4，以施加粘合劑。
當粘合劑即將施加到的晶片安裝表面超過一定的尺寸時，那麼在至少3個地點確定表面的高度，並由此計算作為兩個坐標軸x和y的函數的高度H1(x，y)，是有利的。然後在沿著路徑移動期間，根據其實際位置(x，y)控制書寫頭4的z位置z(x，y)＝H1(x，y)+Δz0當在x方向上和在y方向上移動書寫頭4時，因為只有通過巨大的努力才能夠得到對加工區的導向裝置18和20的純機械平面，所以書寫頭4離加工支撐的距離會改變。因為這個原因，在校準過程中，書寫頭4的z高度的偏差Δz(x，y)被確定為地點(x，y)的函數。當雷射器14固定到用於書寫頭4的驅動系統的第二梭子21，以便雷射14器僅在x方向上和y方向上而不能在z方向上跟隨書寫頭4移動時，那麼例如用雷射器14能夠確定函數Δz(x，y)。然後在生產期間作為校正函數使用偏差Δz(x，y)，以便消除系統導致的偏差，其中，在此期間，在z位置z(x，y)＝H1+Δz(x，y)+Δz0或z(x，y)＝H1(x，y)+Δz(x，y)+Δz0上引導書寫頭。
根據本發明的用於將粘合劑加到基片上的設備並不限於半導體晶片組件的領域。使用同樣的設備，用於其他部件的基片，例如光學部件、諸如電阻器和電容器的無源電氣部件等，也都能夠用粘合劑塗上。
雖然已顯示並說明了本發明的實施例和應用，但是對於那些受益於上述公開的本領域技術人員而言明顯的是，在不脫離本發明的範圍的情況下，許多比上述更多的修改也是可能的。因此，除了所附的權利要求及其等同物的精神之外，本發明並不受限制。
權利要求
1.一種設備，用於將粘合劑加到基片(2)上，該設備包含書寫頭(4)，其包含書寫噴嘴(5)；位置測量控制電路(6)，用於沿著指定為z高度的方向控制書寫頭(4)的位置；攝像機(11)；雷射器(14)，其雷射束和攝像機(11)形成三角測量系統，用於確定基片(2)關於基準高度的z高度；以及用於確定書寫頭(4)的z位置的裝置，在該位置處，書寫噴嘴(5)接觸到基準高度。
2.如權利要求1所述的設備，其中所述裝置包含在z方向上可傾斜的基準表面(30)。
3.如權利要求1所述的設備，其中所述裝置包含基準表面(30)和光源(27)，所述光源照射書寫噴嘴(5)，以便書寫噴嘴(5)的陰影(29)落到基準表面(30)上。
4.一種方法，用於藉助於固定到書寫頭(4)的書寫噴嘴(5)將粘合劑加到基片(2)上，其中，藉助於位置檢測控制電路(6)沿著指定為z高度的方向控制書寫頭(4)的z位置，並且沿著由坐標x和y張成的平面上的路徑移動書寫頭(4)，該方法包含校準過程，用於確定書寫頭(4)關於基準高度的z位置，其包含以下的步驟藉助於三角測量系統確定基準表面(30)關於基準高度的z高度，以及確定書寫頭(4)的z高度，其中，在該高度處，書寫噴嘴(5)接觸到基準表面，並且該方法進一步包含通過以下的步驟將粘合劑加到基片(2)上藉助於三角測量系統確定基片(2)關於基準高度的z高度H1(x，y)，以及根據書寫頭(4)的實際位置(x，y)，在粘合劑的施加期間，將書寫頭(4)的z位置控制到值z(x，y)＝H1(x，y)+Δz0，其中量Δz0指定預定的值。
5.如權利要求4所述的方法，其中在粘合劑施加期間，將書寫頭(4)的z位置控制到值z(x，y)+Δz(x，y，{u})，其中，函數Δz(x，y，{u})是校正函數，{u}或者等於{0}，或者表示具有書寫頭(4)的位置特徵的附加坐標。
6.如權利要求4所述的方法，其中用定值H1逼近基片(2)的z高度H1(x，y)。
7.如權利要求5所述的方法，其中用定值H1逼近基片(2)的z高度H1(x，y)。
全文摘要
用於將粘合劑加到基片(2)上的設備包括具有書寫噴嘴(5)的書寫頭(4)和攝像機(11)。能夠在兩個水平方向上移動書寫頭(4)以便其能夠在基片(2)上書寫粘合劑圖案。藉助於位置測量控制電路(6)十分精確地控制指定為z高度的書寫頭(4)的位置，以便能夠在基片(2)的上方預定的距離Δz
文檔編號B05C11/10GK1714943SQ200510082329
公開日2006年1月4日 申請日期2005年6月30日 優先權日2004年6月30日
發明者多米尼克·哈特曼, 史蒂芬·朔爾策 申請人:優利訊國際貿易有限責任公司