一种竖直倒装键合设备的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于芯片贴装设备相关领域，更具体地，涉及一种竖直倒装键合设备。
【背景技术】
[0002]随着信息产业的迅猛发展，电子产品的应用越来越广泛，其需求量也日益增加。如芯片之类的微小电子元器件作为电子产品的最小单位，是电子产品制造和应用的基础。目前，电子元器件由传统PCB通孔插装到贴装转变，组装技术革命迅速升温。SMD正在成为当前和未来国际上一打科技潮流，为电子封装领域带来了新的发展势头。
[0003]为了对譬如SMD之类的芯片实现贴装的高效率和可靠性，对贴片相关设备提出了更好的要求:首先，贴片机能准确地从存储芯片处吸取芯片，并能准确贴放到相应位置;此夕卜，贴片机还需保证高效率的吸取贴片动作，降低生产成本，增大生产效率。
[0004]现有技术中已经提出了一些用于芯片倒装键合的贴装设备，如CN104409373A提出的一种用于bump晶元的贴片机，CN104752283A提出了一种芯片倒装装置等。然而，进一步的研究表明，这类现有的贴装设备在贴装效率和精度方面仍难于满足现有工况的需求，并存在结构组成复杂、成本高昂，操作不便等缺陷。相应地，本领域亟需针对上述技术问题寻求更为完善的解决方案，以满足目前日益提高的工艺要求。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种竖直倒装键合设备，其中通过结合芯片贴装的工艺特点进行针对性设计，对其整体构造重新进行布局设计，同时对其关键组件如贴料组件、供料组件、吸嘴组件等的具体结构及其设置方式进行研究和改进，相应与现有设备相比能够显著提高贴装的效率，同时具备结构紧凑、稳定可靠、精度和自动化程度高等特点，因而尤其适用于SMD之类芯片的倒装键合的大批量工业化规模生产场合。
[0006]为实现上述目的，按照本发明，提供了一种竖直倒装键合设备，其特征在于，该竖直倒装键合设备包括供料组件、贴料组件以及双轴驱动组件，其中:
[0007]所述供料组件包括晶元盘、顶针单元、X向平动模块和Y向平动模块，其中该晶元盘呈倒置方式设立，并承载有待键合的多个芯片;该顶针单元通过所包含的顶针沿着Z轴方向直线运动，用于将所述晶元盘上的芯片向下戳离;该X向平动模块和Y向平动模块配合用于执行所述晶元盘沿着X轴和Y轴方向的直线移动，由此实现晶元盘及芯片的双自由度运动；
[0008]所述贴料组件相对设置在所述晶元盘的下方，并包括转盘组件及配套的齿轮拨动机构，其中该转盘组件包括其轴线与X轴方向相平行的转盘、设置在所述转盘内部的凸轮机构，以及沿着所述转盘的周向方向间隔分布且各自沿着转盘径向方向向外突出的多个吸嘴组件;其中所述转盘配置有直驱电机执行旋转;所述凸轮机构同样配置有凸轮驱动电机执行旋转，进而驱动与此凸轮机构的凸轮外壁相接触的所述吸嘴组件执行伸缩运动;所述吸嘴组件通过与之相连的旋转接头获得气路传输与分配，由此将从所述晶元盘戳离的芯片予以吸附转移，然后贴装至基板;此外，该齿轮拨动机构设置在所述转盘的相邻一侧，并用于执行各个所述吸嘴组件沿其自身轴线的旋转运动；
[0009]所述双轴驱动组件包括X轴驱动单元、Y轴驱动单元及其配套的滑轨，并用于使上述供料组件、贴料组件作为整体一同实现在X轴和Y轴方向上的双自由度运动。
[0010]作为进一步优选地，上述竖直倒装键合设备优选还包括视觉识别组件，该视觉识别组件包括第一相机、第二相机、第三相机和第四相机，其中该第一相机用于对芯片被所述吸嘴组件执行吸附转移过程中的位置执行实时感测;该第二相机用于对所述吸嘴组件中的吸嘴与芯片之间的对接位置执行实时感测;该第三相机用于对芯片在贴装前后的姿态执行实时感测;该第四相机则用于对芯片在贴装区域的位置执行实时感测。
[0011]作为进一步优选地，对于所述吸嘴组件而言，其优选包括吸嘴、吸嘴内轴和吸嘴外轴，其中该吸嘴密封安装在所述吸嘴内轴上，并用于执行芯片的真空吸附转移;该吸嘴内轴嵌合安装在所述吸嘴外轴的内部，并沿着轴线方向具备移动行程;该吸嘴外轴的轴端设置有钢珠滚轮，由此通过此钢珠滚轮与所述凸轮机构的凸轮外壁相滚动接触，进而实现整个吸嘴组件的伸缩运动。
[0012]作为进一步优选地，所述齿轮拨动机构包括不完全齿轮，其中当所述转盘上的吸嘴随着此转盘一同旋转时，该不完全齿轮的光面正对着所述吸嘴内轴;而当所述转盘上的吸嘴运动到吸附工位时，该不完全齿轮发生旋转，并通过安装在所述吸嘴内轴上的调整齿轮来对其旋转角度相应进行调节。
[0013]作为进一步优选地，在所述吸嘴内轴与所述吸嘴外轴相接触的内侧区域，还加工有短槽且在该短槽内设有滚珠，由此使得当吸嘴内轴与吸嘴外轴能够彼此带动一同旋转。
[0014]作为进一步优选地，在所述吸嘴外轴邻近所述钢珠滚轮的一侧，还固定安装有扭簧柱，该扭簧柱的另外一端插入所述转盘中，由此各个吸嘴发生旋转时，所述扭簧柱产生扭力可以使得吸嘴予以复位。
[0015]作为进一步优选地，所述贴料组件优选包括有两个所述转盘组件及一个所述齿轮拨动机构，其中这两个转盘组件的结构相同，它们沿着Z轴方向并列分布并且两者所包括的所述吸嘴组件处于同一平面之内。
[0016]总体而言，按照本发明的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优占.V.
[0017]1、通过结合芯片倒装键合的工艺特征进行针对性设计，相应对本发明中的贴装设备的整体构造重新进行布局设计，并可实现多吸嘴高精度贴装，与现有设备相比显著提高了生产效率；
[0018]2、通过对其关键组件的特定组成结构及其设置方式进行研究改进，尤其是采用倒置晶元转移单元、两转盘旋转对接等手段，能够在实现高效率芯片转移的同时，还确保高定位精度和操作便利性;此外，还对各个吸嘴组件的具体组成结构进行了相应设计；
[0019]3、按照本发明的贴装设备整体结构紧凑、布局巧妙且操作稳定可靠，而且各个模块单元之间相互联系，共同协作，因而尤其适用于芯片倒装键合贴装的大批量规模化生产场合。
【附图说明】
[0020]图1是按照本发明优选实施方式所构建的竖直倒装键合设备的整体结构示意图；
[0021]图2是图1中所示供料组件的结构示意图；
[0022]图3是按照本发明优选实施例的双转盘式贴料组件的结构示意图；
[0023]图4是对图3中所示转盘组件更为具体的结构示意图；
[0024]图5是按照本发明优选实施例的吸嘴组件的结构示意图；
[0025]图6是按照本发明的优选实施例的视觉识别组件的布置示意图；
[0026]图7是图1中所示双轴驱动组件及支撑组件的结构示意图；
[0027]图8是用于显示按照本发明的竖直倒装键合设备用于贴装一个芯片的工艺动作流程不意图。
【具体实施方式】
[0028]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029]图1是按照本发明优选实施方式所构建的竖直倒装键合设备的整体结构示意图。如图1中所示，该倒装键合设备主要包括供料组件30、贴料组件40以及双轴驱动组件10，此外还可包括作为以上各组件安装基础的支撑组件20等，下面将对这些关键组件逐一进行解释说明。
[0030]参见图2，所述供料组件30包括晶元盘33、顶针单元34、X向平动模块31和Y向平动模块32，其中该晶元盘33譬如呈倒置方式设立，并承载有待键合的多个芯片;该顶针单元34通过所包含的顶针沿着Z轴方向直线运动，用于将所述晶元盘上的芯片向下戳离；该X向平动模块31和Y向平动模块32配合用于执行所述晶元盘沿着X轴和Y轴方向的直线移动，由此实现晶元盘及芯片的双自由度运动;此外，还可以包括用于X轴和Y轴方向自由度导线的滑轨35、用于固定晶元盘及其平动模块的固定件36等，其中晶元盘可在固定件35上手动调整女装角度。
[0031]参见图3和图4，作为本发明的关键改进之一，所述贴料组件40相对设置在所述晶元盘33的下方，并包括转盘组件41及配套的齿轮拨动机构44，其中对于图3所示的一种优选实施例而言，其包括有两个沿着Z轴方向对齐排布的转盘组件，以及一个共用的齿轮拨动机构，相应通过这两个转盘组件之间的旋转及对接，实现芯片的逐次吸附转移操作。更具体地，各个转盘组件的结构相同，并包括其轴线与X轴方向相平行的转盘411、设置在转盘411内部的凸轮机构416，以及沿着所述转盘411的周向方向间隔分布且各自沿着转盘径向方向向外突出的多个吸嘴组件50;其中所述转盘411配置有直驱电机415执行旋转;所述凸轮机构416同样配置有凸轮驱动电机417执行旋转，进而驱动与此凸轮机构的凸轮外壁相接触的所述吸嘴组件执行伸缩运动;所述吸嘴组件50通过与之相连的旋转接头获得气路传输与分配，由此将从所述晶元盘戳离的芯片予以吸附转移，然后贴装至基板;此外，该齿轮拨动机构44设置在所述转盘411的相邻一侧，并用于执行各个所述吸嘴组件沿其自身轴线的旋转运动。
[0032]对照图3更具体地进行说明，该贴料组件包括两个对齐排布的转盘组件41，第一安装板42、第二安装板43，以及齿轮拨动机构44ο两个转盘组件安装在第一安装板、第二安装板的情况一致，易保证两个转盘上的所有吸嘴所在的工作平面具有较好的对齐条件，使得两个转盘的吸嘴能较好的对接。其中，转盘组件41包括有转盘411，转盘411上固定有均布的两个或以上的吸嘴组件50，转盘411譬如通过安装法兰414连接到直驱电机415上，直驱电机415实现转盘411的旋转;转盘411还优选与实现多气路控制的过孔式气路旋转接头412的转子连接，过孔式气路旋转接头412的定子通过止动片413固定到第二安装板43上，此外，转盘组件41还包括实现吸嘴组件50沿着其轴向方向伸缩凸轮机构416以及驱动凸轮旋转的凸轮驱动电机417，直驱电机415和凸轮驱动电机