一种键合头装置及芯片封装装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种键合头装置及芯片封装装置。
【背景技术】
[0002]随着全球电子信息技术的迅速发展，集成电路芯片不断向高密度、高性能和轻薄短小的方向发展，传统的引线键合技术已经不能够满足现需的要求，而倒装芯片技术的发展为高密度封装带来了希望。倒装芯片(Flip chip)技术是半导体芯片以凸点阵列结构与基板直接键合互连的一种封装工艺方法，与传统的引线键合技术相比具有许多明显的优点，包括:优越的电学及热学性能，高I/O引脚数，封装尺寸小等，因而在近年来正成为高端器件及高密度封装领域中经常采用的封装形式。
[0003]倒装芯片工艺中的键合头是芯片封装的关键部件，键合头的设计直接影响到芯片封装的可靠性和精度。键合头在键合的过程中需要具有调整芯片角度的功能，以便使芯片与基板对准和定位。因此，一般设计的键合头都具有一个旋转电机，从而带动键合头旋转，调节芯片的角度。现有技术中的键合头装置，具有一个旋转电机，但是该键合头中的旋转电机是安装在整个装置的上方，这样就会造成了键合头的Z向尺寸过大，以至于键合头运动时需要更大的空间，从而也增加了整个倒装设备的尺寸。因此，为了减小整个装置的总尺寸，对各个部件的尺寸优化具有重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种键合头装置及芯片封装装置，克服现有技术中键合头装置高度尺寸过大的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明的实施例提供了一种键合头装置，包括本体，该本体包括:
[0006]气缸，所述气缸的内部形成一中空的腔体，其中所述气缸上开设有真空连接孔；
[0007]活塞，置于所述腔体内；
[0008]花键轴，中空结构，与所述活塞的中心位于同一轴线上，所述花键轴的第一端与所述活塞连接，通过所述活塞在所述腔体内沿轴向方向的移动，带动所述花键轴移动；
[0009]真空吸杆，中空结构，与所述花键轴的第二端固定连接；其中所述真空吸杆的中空结构和所述花键轴的中空结构相连通，且连通至所述真空连接孔；
[0010]与所述花键轴同轴设置的中空电机，其中所述花键轴从所述中空电机的轴心中穿过，且所述中空电机设置于所述活塞与所述真空吸杆之间；
[0011]与所述花键轴同轴设置的花键套，所述花键轴与所述花键套啮合连接，且所述花键套设置于所述中空电机与所述活塞之间，所述花键套与所述中空电机固定连接；通过所述中空电机带动所述花键套绕所述花键轴的轴心转动，所述花键轴跟随所述花键套一起转动。
[0012]其中，所述键合头装置还包括:一通气孔，凸出设置于所述气缸的顶部的外表面，并与所述腔体连通；所述通气孔进入所述腔体内的气体，对所述活塞施加一沿所述气缸轴向的压力。
[0013]其中，所述花键轴和所述真空吸杆之间固定一吸杆轴联器；所述花键轴的下端穿入所述吸杆轴联器上开设的安装孔中，并通过螺栓锁紧实现与所述吸杆轴联器的锁紧。
[0014]其中，所述吸杆轴联器的一端面设置多个圆柱槽，所述圆柱槽内设置有磁柱；所述真空吸杆包括同轴设置的安装部和插入部，所述插入部通过所述安装孔插入所述花键轴内，所述安装部与所述吸杆联轴器的端面贴合，并与所述磁柱相互吸附。
[0015]其中，所述花键套与所述中空电机直接固定连接。
[0016]其中，所述键合头装置还包括:
[0017]直线滑块，沿直线轨道运动；
[0018]连接支架，将所述本体与所述直线滑块固定。
[0019]其中，所述花键套包括与所述花键轴接触的内层和用于固定所述花键套的外层，所述内层和外层之间夹有一层滚珠结构。
[0020]其中，所述真空孔凸出于所述气缸的表面。
[0021]为了解决上述技术问题，本发明的实施例还提供了一种芯片封装装置，包括如上所述的键合头装置。
[0022]其中，所述芯片封装装置还包括:三条直线轨道，一条所述直线轨道垂直设置，两条所述直线轨道水平设置，水平设置的两条所述直线轨道互相垂直；
[0023]三个驱动电机，分别驱动直线滑块沿三条所述直线轨道滑动。
[0024]本发明的上述技术方案的有益效果如下:
[0025]本发明实施例的键合头装置，用于固晶或倒装芯片等封装设备中的芯片拾取和放置工艺。该装置采用合理的设计，利用中空电机的特殊结构，可以使花键轴和真空吸杆直接从电机中间穿过，与传统设计的键合头装置(伺服电机安装于气缸上方)相比，可以有效地减少键合头的高度尺寸，从而减小键合头的运动空间，并且该装置工作精度高、效率高。该装置采用柔性操作，还可以避免对芯片造成的损坏。
【附图说明】
[0026]图1表示本发明实施例中键合头装置的装置本体的剖视图；
[0027]图2表示本发明实施例中键合头装置吸附芯片的工况示意图；
[0028]图3表示本发明实施例中键合头装置的吸杆联轴器的示意图；
[0029]图4表示本发明实施例中键合头装置的外观机构示意图。
[0030]附图标记说明:
[0031]100-本体，1-气缸，2-活塞，3-通气孔，4-真空连接孔，5_花键轴，6_花键套，61-内层，62-外层，63-滚珠结构，7-中空电机，8-吸杆轴联器，81-安装孔，82-圆柱槽，83-磁柱，9-真空吸杆，91-安装部，92-插入部，10-芯片，11-连接支架，12-直线滑块。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
[0033]本发明实施例的键合头装置，通过合理布置旋转电机的位置，有效地降低了键合头的Z向高度，并且该装置工作精度高、效率高。该装置采用柔性操作，还可以避免对芯片造成的损坏。
[0034]如图1所示，本发明的实施例提供了一种键合头装置，包括本体100，该本体100包括:气缸1，气缸I的内部形成一中空的腔体，其中气缸I上开设有真空连接孔4 ;活塞2，置于腔体内；花键轴5，中空结构，与活塞2的中心位于同一轴线上，花键轴5的第一端与活塞2连接，通过活塞2在腔体内沿轴向方向的移动，带动花键轴5移动；真空吸杆9，中空结构，与花键轴5的第二端固定连接；其中真空吸杆9的中空结构和花键轴5的中空结构相连通，且连通至真空连接孔4 ;与花键轴5同轴设置的中空电机7，其中花键轴5从中空电机7的轴心中穿过，且中空电机7设置于活塞2与真空吸杆9之间；与花键轴5同轴设置的花键套6，花键轴5与花键套6啮合连接，且花键套6设置于中空电机7与活塞2之间，花键套6与中空电机7固定连接；通过中空电机7带动花键套6绕花键轴5的轴心转动，花键轴5跟随花键套6—起转动。
[0035]具体来说，本发明的目的是针对现有键合头存在的高度尺寸过大的问题，提出了一种键合头装置，可以用于固晶或倒装芯片等封装设备中的芯片10拾取和放置工艺。该装置合理布置旋转电机的位置，其中花键轴5从中空电机7的轴心中穿过，花键轴5穿过花键套6、中空电机7与真空吸杆9固定。当活塞2推动花键轴5，花键轴5带动真空吸杆9可以沿竖直方向运动。真空吸杆9的中空结构和花键轴5的中空结构相连通，且连通至气缸I上开设真空连接孔4，真空连接孔4设置有一凸出于气缸外表面的接头，当外接的设备对真空连接孔4抽气的时候，真空吸杆9可以产生对芯片10的吸力，实现对芯片10的吸取。中空电机7主要用于调节芯片10的角度，以便实现芯片10与基板的准确定位与键合。中空电机7与花键套6直接相连，带动花键套6旋转，从而带动花键轴5和真空吸杆9转动，最终实现芯片10角度的调节。中空电机7的中空结构，有效地降低了键合装置的Z向高度。
[0036]进一步来说，本发明实施例的键合头装置还包括:一通气孔3，凸出设置于气缸I的顶部的外表面，并与腔体连通；通气孔3进入腔体内的气体，对活塞2施加一沿气缸I轴向的压力，使得活塞2带动花键轴5沿竖直方向运动。气缸I与活塞2用来提供气动压力，即键合头装置键合时所需的操作力。通过通气孔3向气缸I内通入气体，气体推动活塞2运动，可以提供装置所需的操作力。
[0037]其中，花键套6包括与花键轴5接触的内层61和用于固定花键套6的外层62，内层61和外层62之间夹有一层滚珠结构63。设有滚珠结构63的花键套6用于保证精确的直线运动。因为在键合头装置的操作过程中，