专利名称：平移式芯片倒装装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种平移式芯片倒装装置，该装置实现了仅通过小行程平移运动完成芯片的高速拾取、翻转和放置，适用于LED和集成电路芯片倒装键合机以及其它有高速精密倒装操作需要的机电设备。
背景技术：
芯片倒装键合机是将裸芯片拾取后上下翻转然后把裸芯片上的凸点与封装基板上的焊盘对位连接的半导体器件关键生产设备。芯片倒装键合エ艺由于其特有的电气连接路径短、引脚数量大和散热面积大等优势，在高频、多引脚、大功率集成电路的封装中得到了越来越多的应用。在以蓝宝石为衬底的高亮度、大功率LED封装中，芯片倒装エ艺将LED 芯片透明的蓝宝石衬底向上放置，便于LED芯片产生的光透出；同时芯片与基板之间较大的接触面积便于芯片的散热。芯片倒装エ艺作为高亮度、大功率LED通光性和散热性优良的封装解决方案正在得到大量的应用。芯片倒装键合机的芯片倒装装置完成裸芯片的拾取、上下翻转和放置，是芯片倒装键合机的关键部件。现有的芯片倒装装置采用拾片臂拾取凸点向上的芯片后绕水平转轴将芯片由下向上翻转180度其后由放片臂从拾片臂拾取凸点向下的芯片后以芯片凸点与封装基板焊盘各自对位的方式将芯片粘接到封装基板上的方式，不仅芯片的180度长行程翻转降低了设备生产效率，拾片臂同时平移和旋转的复杂结构降低了定位精度，而且拾片臂和放片臂同时都在芯片承载蓝膜和封装基板的上方操作，蓝膜和基板的工作台无法紧凑叠加，导致芯片倒装装置的平移运动行程较长和设备占地面积较大，降低了设备生产效率也増加了设备的使用成本。现有的基于拾片臂拾取芯片后进行180度上下翻转然后放片臂从拾片臂拾取芯片后将芯片与封装基板对位粘接的芯片倒装装置方案无法满足芯片倒装键合机日益提高的对速度和精度以及使用成本的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种平移式芯片倒装装置，解决现有芯片倒装装置的速度和精度不足的问题；还解决芯片倒装装置占地面积大、使用成本高的问题。本发明的技术方案
这种平移式芯片倒装装置包括在一台线性电机驱动下沿竖直方向升降的拾片机构和在两台直线电机驱动下分别沿竖直方向升降和水平面内纵向移动的放片机构，芯片蓝膜以芯片向下的方式倒悬于拾片和放片机构之上，封装基板位于拾片和放片机构下方，其特征在于
拾片升降电机是线性电机，它的定子固定在拾片机构基座上，它的动子固定在拾片升降电机连接件上，拾片升降电机连接件通过滑块和导轨固定在拾片机构基座上，拾片臂的一端固定在拾片升降电机连接件上，分别固定在拾片升降电机连接件和拾片机构基座上的光栅尺和读数头提供拾片臂的位置信息，拾片升降电机通过拾片升降电机连接件驱动拾片臂作升降运动，拾片臂末端的吸嘴向上从倒悬的芯片蓝膜上拾取凸点向下的芯片之后拾片臂下降；放片升降电机是线性电机，它的定子固定在放片机构基座上，它的动子固定在放片升降电机连接件上，放片升降电机连接件通过滑块和导轨固定在放片机构基座上；放片纵向电机是线性电机，它的定子固定在放片机构基座上，它的动子固定在放片纵向电机连接件上，放片纵向电机连接件通过竖向转接滑块和导轨固定在正交转接板上；正交转接板通过纵向转接滑块和导轨固定在放片升降电机连接件上，放片臂的一端固定在正交转接板上，分别固定在放片升降电机连接件和放片机构基座上的光栅尺和读数头提供放片臂的竖直位置信息，分别固定在放片纵向电机连接件和放片机构基座上的光栅尺和读数头提供放片臂的纵向位置信息；放片升降电机通过放片升降电机连接件、纵向转接滑块和导轨、正交转接板驱动放片臂作升降运动，放片纵向电机通过放片纵向电机连接件、竖向转接滑块和导轨、正交转接板驱动放片臂作水平面内的纵向运动，正交转接板及固定于其上的纵向转接滑块和导轨及竖向转接滑块和导轨实现了竖直和水平纵向两个正交运动的解耦，放片臂在放片升降电机和放片纵向电机的驱动下同时沿竖直和水平纵向运动；放片臂首先通过水平纵向运动到达拾片臂的正上方然后下降，使用其末端的吸嘴从拾片臂拾取凸点向下的芯片，然后上升并水平纵向移动一段很小但足以避开拾片臂的距离后下降，以芯片凸点与封 装基板焊盘各自对位的方式将芯片粘接到封装基板上。上述芯片蓝膜与封装基板的工作台完全上下叠加放置。上述拾片机构基座和放片机构基座可以固定不动而芯片蓝膜工作台和封装基板工作台分别由电机驱动在水平面内作纵、横向运动以达到下ー拾片和放片位置；也可以芯片蓝膜工作台和封装基板工作台固定不动而拾片机构基座和放片机构基座分别由电机驱动在水平面内作纵、横向运动以达到下ー拾片和放片位置，这种情况下放片纵向电机及相应的解耦机构可以省去。上述拾片机构和放片机构固定不动而芯片蓝膜工作台和封装基板工作台作水平纵、横向运动时，拾片机构和放片机构之间水平面内的横向距离可以通过拾片机构基座下的精密螺纹滑台手动调节并锁定。上述封装基板可以是金属引线框架、印刷线路板、卷轴式载带和晶圆等多种形式。本发明取消了现有芯片倒装装置的180度长行程翻转运动，缩短了处理时间并且简化了拾片臂的结构，从而同时提高了装置的速度和精度。本发明采用芯片蓝膜与封装基板的工作台完全上下叠加的紧凑布局，縮小了芯片倒装装置的占地面积，因而降低了装置的使用成本；上下叠加的芯片蓝膜与封装基板的工作台相互尽量靠近，能够缩短拾片机构和放片机构平移运动的行程，进ー步提高装置的速度。
图I是本发明的总装三维示意 图2是本发明的拾片机构结构 图3是本发明的放片机构结构图。I-拾片机构、2-放片机构、3-封装基板工作台、4-芯片蓝膜、5-封装基板、6-拾片升降电机定子、7-拾片升降电机动子、8-拾片竖向导轨、9-拾片竖向滑块、10-拾片机构基座、11-拾片升降电机连接件、12-拾片升降光栅尺、13-拾片升降读数头、14-拾片吸嘴、15-拾片臂、16-放片升降电机定子、17-放片升降电机动子、18-放片升降电机连接件、19-放片竖向导轨、20-放片竖向滑块、21-放片升降光栅尺、22-放片升降读数头、23-放片纵向读数头、24-放片纵向光栅尺、25-放片机构基座、26-纵向转接滑块、27-正交转接板、28-竖向转接导轨、29-纵向转接导轨、30-竖向转接滑块、31-放片纵向电机连接件、32-放片吸嘴、33-放片臂、34-放片纵向电机动子、35-放片纵向电机定子。
具体实施例方式具体实施方式
參见图1、2、3。本发明的结构包括拾片机构I和放片机构2，芯片蓝膜4以芯片向下的方式倒悬于拾片机构I和放片机构2之上,封装基板5和封装基板工作台3位于拾片机构I和放片机构2下方；拾片升降电机定子6固定在拾片机构基座10上，拾片升降电机动子7固定在拾片升降电机连接件11上，拾片竖向滑块9固定在拾片升降电机连接件11上，与拾片竖向滑块9配合的拾片竖向导轨8固定在拾片机构基座10上，拾片竖向滑块9和拾片竖向导轨8为相互连接的拾片升降电机动子7和拾片升降电机连接件11 的升降运动提供导向和支承，拾片臂15的一端固定在拾片升降电机连接件11上，分别固定在拾片升降电机连接件11和拾片机构基座10上的拾片升降光栅尺12和拾片升降读数头13提供拾片臂15的位置信息，拾片升降电机(定子6和动子7)通过拾片升降电机连接件11驱动拾片臂15作升降运动，拾片臂15末端的拾片吸嘴14向上从倒悬的芯片蓝膜4上拾取凸点向下的芯片之后拾片臂15下降；放片升降电机定子16固定在放片机构基座25上，放片升降电机动子17固定在放片升降电机连接件18上，放片竖向滑块20固定在放片升降电机连接件18上，与放片竖向滑块20配合的放片竖向导轨19固定在放片机构基座25上，放片竖向滑块20和放片竖向导轨19为相互连接的放片升降电机动子17、放片升降电机连接件18和正交转接板27的升降运动提供导向和支承；放片纵向电机定子35固定在放片机构基座25上，放片纵向电机动子34固定在放片纵向电机连接件31上，竖向转接滑块30固定在放片纵向电机连接件31上，与竖向转接滑块30配合的竖向转接导轨28固定在正交转接板27上；纵向转接滑块26固定在正交转接板27上，与纵向转接滑块26配合的纵向转接导轨29固定在放片升降电机连接件18上，纵向转接滑块26和纵向转接导轨29为相互连接的放片纵向电机动子34、放片纵向电机连接件31和正交转接板27的纵向运动提供导向和支承，放片臂33的一端固定在正交转接板27上，分别固定在放片升降电机连接件18和放片机构基座25上的放片升降光栅尺21和放片升降读数头22提供放片臂33的竖直位置信息，分别固定在放片纵向电机连接件31和放片机构基座25上的放片纵向光栅尺24和放片纵向读数头23提供放片臂33的纵向位置信息；放片升降电机(定子16和动子17)通过放片升降电机连接件18、纵向转接滑块26和纵向转接导轨29、正交转接板27驱动放片臂33作升降运动，放片纵向电机(定子35和动子34)通过放片纵向电机连接件31、竖向转接滑块30和竖向转接导轨28、正交转接板27驱动放片臂33作水平面内的纵向运动，正交转接板27及固定于其上的纵向转接滑块26和纵向转接导轨29及竖向转接滑块30和竖向转接导轨28实现了竖直和水平纵向两个正交运动的解耦，放片臂33在放片升降电机(定子16和动子17)和放片纵向电机(定子35和动子34)的驱动下同时沿竖直和水平纵向运动；放片臂33首先通过水平纵向运动到达拾片臂15的正上方然后下降，使用其末端的放片吸嘴32从拾片臂15拾取凸点向下的芯片，然后上升并水平纵向移动一段很小但足以避开拾片臂15的距离后下降，以芯片凸点与封装基板5的焊盘各自对位的方式将芯片粘接到封装基板5上。芯片蓝膜4与封装基板工作台3完全上下叠加放置。拾片机构基座10和放片机构基座25可以固定不动而芯片蓝膜4的工作台(为简洁起见图中未显示芯片蓝膜工作台细节)和封装基板工作台3分别由电机驱动在水平面内作纵、横向运动以达到下ー拾片和放片位置；也可以芯片蓝膜4的工作台和封装基板工作台3固定不动而拾片机构基座10和放片机构基座25分别由电机驱动在水平面内作纵、横向运动以达到下ー拾片和放片位置，这种情况下放片纵向电机(定子35和动子34)及相应的解耦机构(放片纵向电机连接件31、竖向转接滑块30和竖向转接导轨28、正交转接板27、纵向转接滑块26和纵向转接导轨29、放片纵向光栅尺24和放片纵向读数头23等)可以省去(放片臂33的一端直接固定在放片升降电机连接件18上)。拾片机构I和放片机构2固定不动而芯片蓝膜4的工作台和封装基板工作台3作水平纵、横向运动时，拾片机构I和放片机构2之间水平面内的横向距离可以通过拾片机构 基座10下的精密螺纹滑台手动调节并锁定(图中未显示)。封装基板5可以是金属引线框架、印刷线路板、卷轴式载带和晶圆等多种形式。
权利要求
1.一种平移式芯片倒装装置，包括在一台线性电机驱动下沿竖直方向升降的拾片机构和在两台直线电机驱动下分别沿竖直方向升降和水平面内纵向移动的放片机构，芯片蓝膜以芯片向下的方式倒悬于拾片和放片机构之上，封装基板位于拾片和放片机构下方，其特征在于 拾片升降电机是线性电机，它的定子固定在拾片机构基座上，它的动子固定在拾片升降电机连接件上，拾片升降电机连接件通过滑块和导轨固定在拾片机构基座上，拾片臂的一端固定在拾片升降电机连接件上，分别固定在拾片升降电机连接件和拾片机构基座上的光栅尺和读数头提供拾片臂的位置信息，拾片升降电机通过拾片升降电机连接件驱动拾片臂作升降运动，拾片臂末端的吸嘴向上从倒悬的芯片蓝膜上拾取凸点向下的芯片之后拾片臂下降；放片升降电机是线性电机，它的定子固定在放片机构基座上，它的动子固定在放片升降电机连接件上，放片升降电机连接件通过滑块和导轨固定在放片机构基座上；放片纵向电机是线性电机，它的定子固定在放片机构基座上，它的动子固定在放片纵向电机连接件上，放片纵向电机连接件通过竖向转接滑块和导轨固定在正交转接板上；正交转接板通过纵向转接滑块和导轨固定在放片升降电机连接件上，放片臂的一端固定在正交转接板上，分别固定在放片升降电机连接件和放片机构基座上的光栅尺和读数头提供放片臂的竖直位置信息，分别固定在放片纵向电机连接件和放片机构基座上的光栅尺和读数头提供放片臂的纵向位置信息；放片升降电机通过放片升降电机连接件、纵向转接滑块和导轨、正交转接板驱动放片臂作升降运动，放片纵向电机通过放片纵向电机连接件、竖向转接滑块和导轨、正交转接板驱动放片臂作水平面内的纵向运动，正交转接板及固定于其上的纵向转接滑块和导轨及竖向转接滑块和导轨实现了竖直和水平纵向两个正交运动的解耦，放片臂在放片升降电机和放片纵向电机的驱动下同时沿竖直和水平纵向运动；放片臂首先通过水平纵向运动到达拾片臂的正上方然后下降，使用其末端的吸嘴从拾片臂拾取凸点向下的芯片，然后上升并水平纵向移动一段很小但足以避开拾片臂的距离后下降，以芯片凸点与封装基板焊盘各自对位的方式将芯片粘接到封装基板上。
2.根据权利要求I所述的平移式芯片倒装装置，其特征在于上述芯片蓝膜与封装基 板的工作台完全上下叠加放置。
3.根据权利要求I所述的平移式芯片倒装装置，其特征在于上述拾片机构基座和放片机构基座可以固定不动而芯片蓝膜工作台和封装基板工作台分别由电机驱动在水平面内作纵、横向运动以达到下ー拾片和放片位置；也可以芯片蓝膜工作台和封装基板工作台固定不动而拾片机构基座和放片机构基座分别由电机驱动在水平面内作纵、横向运动以达到下ー拾片和放片位置，这种情况下放片纵向电机及相应的解耦机构可以省去。
4.根据权利要求I所述的平移式芯片倒装装置，其特征在于上述拾片机构和放片机构固定不动而芯片蓝膜工作台和封装基板工作台作水平纵、横向运动时，拾片机构和放片机构之间水平面内的横向距离可以通过拾片机构基座下的精密螺纹滑台手动调节并锁定。
5.根据权利要求I所述的平移式芯片倒装装置，其特征在于上述封装基板可以是金属引线框架、印刷线路板、卷轴式载带和晶圆等多种形式。
全文摘要
一种平移式芯片倒装装置，包括在一台线性电机驱动下沿竖直方向升降的拾片机构和在两台直线电机驱动下分别沿竖直方向升降和水平面内纵向移动的放片机构，芯片蓝膜以芯片向下的方式倒悬于拾片和放片机构之上，封装基板位于拾片和放片机构下方；拾片机构向上从芯片蓝膜上拾取凸点向下的芯片，放片机构向下从拾片机构拾取芯片后以芯片凸点与封装基板焊盘各自对位的方式向下将芯片粘接到封装基板上。该装置实现了仅通过小行程平移运动完成高速芯片拾取、翻转和放置，提高了芯片倒装操作的速度和精度，缩小了装置的占地面积从而降低了使用成本。适用于LED和集成电路芯片倒装键合机以及其它有高速精密倒装操作需要的机电设备。
文档编号H01L21/683GK102655193SQ20121014572
公开日2012年9月5日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年3月11日
发明者何田, 姜凯, 韩笑 申请人:无锡派图半导体设备有限公司