专利名称：用于对准芯片焊接机的焊接头的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对准芯片焊接机的焊接头的方法。
背景技术：
芯片焊接机是一种用于将半导体芯片焊接到载体材料上，特别是焊接到引线框上的机器。例如，美国专利No.5212880就描述了这样一种机器。为了容易地进行后续引线的焊接，必须以在几微米的规定容差范围内以平行平面形式将半导体芯片焊接到承载材料上的方式设置芯片焊接机的焊接头的空间位置。在技术术语中，将半导体芯片的偏斜(inclination)称为倾斜(tilt)。为了消除偏斜，在焊接头上设置了两个调节螺丝，这两个调节螺丝使该焊接头在两个正交轴上转动。焊接头含有用于容纳半导体芯片并使半导体芯片相对于焊接头升高和降低的夹具。该夹具有不同的设计样式，其中具有橡胶喷嘴被称为“橡胶工具(rubber tool)”的夹具最为通用。在每次更换橡胶喷嘴后，必须重新调节焊接头，因为橡胶喷嘴不可能以所需精度制造。当今，用于测量半导体芯片的偏斜的方法已知有下面3种a)在焊接头上安装标尺。使焊接头在操作支座上方下降，直到在标尺与操作支座之间仅存在最小间隙。操作员观察该间隙，并操纵焊接头的调节螺丝，直到该间隙的高度均匀。利用这种方法，测量的不是半导体芯片的偏斜，而是测量的安装到焊接头上而非安装到橡胶喷嘴上的调节标尺的偏斜。此外，可实现的精度取决于操作员。
b)在焊接了半导体芯片后，利用显微镜确定偏斜。该方法耗时。
c)利用第ZL 98123675.8号中国专利描述的方法和传感器调节焊接头。该方法很难适应小尺寸的半导体芯片。
本发明的目的是开发一种利用其以简单方式调节焊接芯片焊接机的焊接头的方法、发明内容为了完成上述任务，本发明建议了一种相对于基准面确定半导体芯片下面的至少3个点的高度并利用该高度计算偏斜的方法。在半导体芯片下降直至接触喷嘴时确定该高度。利用该方法，优选确定半导体芯片的4个角的高度。
附图引入本说明书，作为本说明书的一部分，它示出本发明的一个或者多个实施例，而且它与详细说明一起用于解释本发明的原理和实现过程。附图未按比例示出。
附图包括图1示出芯片焊接机的示意性平面图；图2示出芯片焊接机的焊接头和用于调节焊接头的辅助装置的示意性侧视图；图3示出用于说明根据测量值确定偏斜度的示意图；以及图4示出用于说明评估传感器的输出信号的不同可能性的示意图。
具体实施例方式
图1示出用于将半导体芯片1放置到基底2上的芯片焊接机的示意性平面图。笛卡儿坐标系的3个坐标轴分别被表示为x、y和z，其中z轴对应于垂直方向。芯片焊接机包括用于在x方向，可选地也可以在y方向，输送基底的输送系统3。例如，欧洲专利申请EP 330831描述了一种适当的输送系统3。优选地将半导体芯片1放置在晶片台4上。具有焊接头的取放系统5顺序从晶片台4取出半导体芯片1，将该半导体芯片1输送到基底2，并将它放置到基底2上。
为了以平行平面方式将半导体芯片1焊接到基底2上，在开始组装之前，要调节芯片焊接机的焊接头。利用该调节过程，相对于两个平行移动轴，设置焊接头，以在平行于水平面的平面上输送取出的半导体芯片。
根据图2说明本发明原理。图2示出芯片焊接机的焊接头6的示意性侧视图。焊接头6包括夹具7，可以将该夹具7沿预定轴线8相对于焊接头6偏转，即，向焊接头6移动，而且它可以绕预定轴线8转动。在该例中，为夹具7配备橡胶喷嘴9。为了取出并吸持半导体芯片1，为夹具7设置真空装置。取放系统5(参考图1)使焊接头6在晶片台4(参考图1)与基底2(参考图1)上的焊接位置之间沿x和y方向前后移动。在从晶片台上取出半导体芯片1和将该半导体芯片1放置到基底2上时，夹具7沿预定轴线8相对于焊接头6被偏转，其中夹具7的偏转或者克服弹性力或者克服压缩空气产生的力。焊接头6含有用于测量夹具7的偏转的传感器10。传感器10优选为感应传感器，该感应传感器包括安装在夹具7上的金属板11和安装在焊接头6上的线圈12。焊接头6可以绕互相正交的轴线13和14转动，以消除取出的半导体芯片1的任何偏斜。利用最好具有分度尺的调节螺丝15和16，使焊接头6绕轴线13和14转动，其中转动一个分刻度对应于例如转动0.1°的角度。
利用该实施例，为了测量焊接头6相对于工作台17的z高度，还设置了测量系统。
在生产过程中，基底2放置在工作台17上的焊接位置。为了调节焊接头6，具有凸出探针18的平台19被放置或临时固定到工作台17上。根据下面说明的处理步骤调节焊接头6。
a)焊接头取出半导体芯片1。
b)取放系统5将焊接头移动到坐标(x1，y1)表示的探针18之上半导体芯片1所处的第一位置。优选地以匀速降低焊接头6，其中传感器10的输出信号受到监测。因为开始并没有力作用到半导体芯片1上进而没有力作用到夹具7上，所以夹具7处于静止位置，即，相对于焊接头6位于底限位置。在图2所示的例子中，金属板11静止在焊接头6的阻止面上的底限位置，夹具7随着焊接头6向下运动。因此，传感器10的输出信号是不变的。半导体芯片1的下面一接触探针18，夹具7的z高度不再变化，而焊接头6的z高度继续降低。因此，夹具7相对于焊接头6发生偏转。这样，半导体芯片1的下面一接触探针18，传感器10的输出信号就发生改变。传感器10的输出信号的变化一超过预定阈值，就使焊接头6停止降低，然后，再使焊接头6升高。现在，根据传感器10的输出信号的过程，确定在半导体芯片1接触探针18时焊接头6的高度z1(x1，y1)。
c)至少在具有坐标(x2，y2)和(x3，y3)的另外两个位置，执行步骤b，然后，确定相应值z2(x2，y2)和z3(x3，y3)。值z2(x2，y2)和z3(x3，y3)也与降低焊接头6后，半导体芯片1接触探针1 8时焊接头6的高度对应。
d)根据z1(x1，y1)、z2(x2，y2)和z3(x3，y3)，确定夹角α和β，夹角α表示焊接头6相对于其理想位置绕轴线13转动的夹角，而夹角β则表示焊接头6相对于其理想位置绕轴线14转动的夹角。优选以调节螺丝的分刻度为单位表示夹角α和β。
e)操作员使两个调节螺丝15和16转动在步骤d确定的夹角α和β。
焊接头6到工作台17的距离可以取决于坐标x和y。这种依赖性取决于芯片焊接机的刻度检定。如果焊接头6到工作台17的距离在局部发生变化，则必须在在步骤d计算夹角α和β之前，相应校正测量高度z1(x1，y1)、z2(x2，y2)和z3(x3，y3)。
理想的是，现在以平行平面方式，使半导体芯片1对准工作台17，因此可以选择性地重复步骤b到e直到测量结果显示已经确实消除了半导体芯片1的偏斜。
有利的是，可以根据半导体芯片1的尺寸选择坐标(x1，y1)、(x2，y2)和(x3，y3)，以便探针18始终接触半导体芯片1下面角上的区域。
图3示出位于偏斜位置的半导体芯片1和3个确定的高度z1(x1，y1)、z2(x2,y2)和z3(x3，y3)以及要确定的夹角α和β。如果y2＝y1，而x3＝x2，则由下面的等式获得α和βα=arctan(z(x2,y2)-z(x1,y1)x2-x1)---(1)]]>β=arctan(z(x3,y3)-z(x2,y2)y3-y2)---(2)]]>为了确定夹角α和β，两个测量高度之间的差值总是决定性的。为此原因，所以即使确定的高度z1、z2和z3显示系统误差，仍无关紧要。根据等式(1)和(2)中的减法，可以以不同的等效方式确定焊接头6降低后，在半导体芯片1接触探针18时，焊接头6的高度z(x，y)。从图4可以获得下面描述的用于确定高度z(x，y)的3种方法。图4示出了传感器10相关于焊接头6的高度z的输出信号U(z)。
a)确定高度zA(x，y)，该高度为焊接头6降低过程中传感器10的输出信号U达到预定绝对值UA时，焊接头6获取的高度。
b)确定高度zB(x，y)，该高度为焊接头6降低过程中传感器10的输出信号U相对于开始降低时的值，即，对应于夹具7的静止位置的值增加预定值UD时，焊接头6获取的高度。
c)夹具7从静止位置开始的偏转要克服夹具7与焊接头6之间的摩擦力。这意味着，在静止位置区域内，输出信号U(z)是非线性的。利用校准测量过程，可以确定输出信号U(z)的形式，以便根据与焊接头6下降过程中半导体芯片1接触探针18时焊接头6的有效高度对应的输出信号的测量过程，确定高度zC(x，y)。
在这种情况下，指令“根据传感器(10)的输出信号，确定在半导体芯片(1)接触探针(18)时，焊接头(6)获取的高度z1(x1，y1)’’意味着根据上述方法之一或其它等效方法，确定高度z1(x1，y1)，即，它可以是z1(x1，y1)＝zA或者z1(x1，y1)＝zB或者z1(x1，y1)＝zC。
根据此处引用其全部内容作为参考的中国专利申请CN1423316，得知一种具有夹具的焊接头，其中，焊接头并不能在z方向升高和降低，只有夹具可以在z方向上运动。利用压缩空气使夹具运动。本发明也可应用于这种不是使焊接头降低而是使夹具降低的情况。在开始降低时，感应传感器的输出信号就会发生变化，因为夹具相对于焊接头的偏转发生了变化。现在，以探针接触半导体芯片而使夹具的降低运动被停止的位置来确定高度z(x，y)。在理想情况下，该高度当传感器的输出信号为常量值时达到。
尽管优选利用要安装的半导体芯片之一来调节焊接头，但是可以取出例如由塑料或金属制成的板而不是半导体芯片来进行调节。
为了确定半导体芯片的偏斜，确定3个高度就足够了。如果确定4个高度，例如，半导体芯片4个角的高度，则可以将测量误差限制到最小。
到目前为止，本发明已经以芯片焊接机为例进行了描述，在该芯片焊接机中，焊接头6(图2)在x方向和y方向运动以将半导体芯片1的每个角定位在探针18上。如果在技术方面焊接头6的可能行进不足以进行这些运动，当然也可以移动探针18而不移动焊接头6，因为可以手动移动具有凸出探针18的台19，或者将台19安装到xy工作台上，以便在x和y方向，以高精度使台19在工作台17上移动。
此外，需要知道半导体芯片1相对于探针18的尖端的位置。通常，芯片焊接机具有两个摄像机，第一台摄像机用于确定放置在晶片台4上的半导体芯片1相对于轴线8的位置，而第二台摄像机设置在焊接位置的上方，用于确定基底2相对于轴线8的位置。因此，利用第二台摄像机确定探针18尖端的位置。因此，根据所有的必要信息，一方面能够以高精度选择并接近最佳坐标(x1，y1)、(x2，y2)和(x3，y3)，另一方面能够确保在降低焊接头时，半导体芯片1碰撞探针18，而且知道半导体芯片1的边缘相对于3个坐标(x1，y1)、(x2，y2)和(x3，y3)的位置，因此可以正确计算两个夹角α和β。
尽管对本发明的实施例和应用进行了说明和描述，但是从该公开受益的本技术领域内的熟练技术人员明白，在此处描述的本发明原理范围内，可以有比上述修改更多的修改。因此，只有所附权利要求及其等效物的实质内容限制本发明。
权利要求
1.一种用于调节芯片焊接机的焊接头的方法，其中所述芯片焊接机包括焊接头(6)，所述焊接头(6)带有可以相对于它沿预定方向偏转的夹具(7)，该方法包括下面的步骤a)利用焊接头(6)的夹具(7)取出半导体芯片(1)或板；b)使焊接头(6)移动到使半导体芯片1位于探针(18)的上方并由坐标(x1，y1)表示的位置；c)降低焊接头(6)，其中夹具(7)相对于焊接头(6)位于底限位置，并监测传感器(10)的输出信号，该输出信号取决于夹具(7)相对于焊接头(6)的偏转程度；d)根据传感器(10)的输出信号，确定在半导体芯片(1)接触探针(18)时，焊接头(6)所处的高度z1(x1，y1)；e)对由坐标(x2，y2)和(x3，y3)表示的至少两个其它位置，重复步骤b至d，以确定与位置(x2，y2)和(x3，y3)相对应的高度值z2(x2，y2)和z3(x3，y3)，该位置(x2，y2)和(x3，y3)为降低焊接头(6)的过程中半导体芯片(1)接触探针(18)时焊接头(6)所处的位置；f)根据值z1(x1，y1)、z2(x2，y2)和z3(x3，y3)，确定两个夹角α和β，其中夹角α表示焊接头(6)相对于其理想位置绕第一轴转动的角度，而夹角β表示焊接头(6)相对于其理想位置绕第二轴转动的角度；g)根据在步骤f确定的夹角α和β，调节焊接头(6)。
2.一种用于调节芯片焊接机的焊接头的方法，其中芯片焊接机包括焊接头(6)，所述焊接头(6)带有可以相对于它沿预定方向偏转的夹具(7)，该方法包括下面的步骤a)利用焊接头(6)的夹具(7)取出半导体芯片(1)或板；b)使焊接头(6)移动到使半导体芯片1位于探针(18)的上方且由坐标(x1，y1)表示的位置；c)使夹具(7)降低，并监测传感器(10)的输出信号，该输出信号取决于夹具(7)相对于焊接头(6)的偏转程度；d)根据传感器(10)的输出信号，确定在半导体芯片(1)接触探针(18)时，夹具(7)所处的高度z1(x1，y1)；e)对由坐标(x2，y2)和(x3，y3)表示的至少两个其它位置，重复步骤b至d，并确定与位置(x2，y2)和(x3，y3)对应的高度值z2(x2，y2)和z3(x3，y3)，该位置(x2，y2)和(x3，y3)为降低夹具(7)的过程中半导体芯片(1)接触探针(18)时夹具(7)所处的位置；f)根据值z1(x1，y1)、z2(x2，y2)和z3(x3，y3)，确定两个夹角α和β，其中夹角α表示半导体芯片(1)相对于其理想位置绕第一轴转动的角度，而夹角β表示半导体芯片(1)相对于其理想位置绕第二轴转动的角度；g)根据在步骤f确定的夹角α和β，调节焊接头(6)。
全文摘要
为了消除夹具取出的半导体芯片的偏斜，相对于基准面确定半导体芯片下面上的至少3个点的高度，并据此计算偏斜度。所述至少3个点的高度要在降低半导体芯片直至半导体芯片接触探针时进行确定。
文档编号B23K1/00GK1700432SQ20041001185
公开日2005年11月23日 申请日期2004年9月22日 优先权日2003年9月22日
发明者斯特凡·贝勒 申请人:优利讯国际贸易有限责任公司