一种全自动植球装置及其应用的制作方法

本发明属于半导体高端封装设备领域，尤其是涉及一种全自动植球装置及其应用，属于先进封装工艺过程中植球设备。

背景技术：

晶圆级植球机是一种高端半导体封装设备，用于将锡球精准放置于已经印刷助焊剂的晶圆上，目前晶圆级植球机使用的锡球球径一般在75μm～300μm范围内，植球时需要大量的锡球，供球是其关键技术之一。

晶圆级植球设备基本采用治具供球、自动植球机构供球、人工手动植球等方式，目前晶圆植球机主要采用自动植球机构供球、人工手动植球方式。

治具供球方面，授权公告号CN201529822U、授权公告号CN2691767Y、授权公告号CN2691766Y的中国专利公开了制作一个与基板或晶圆大小相同的治具，治具上制作与需要植球位置相对应的针或孔，利用真空在震动的供料槽或摆动供料槽将微球吸到治具上，再通过精确的定位系统将微球植入晶圆。此种方式治具制作复杂昂贵、动作机构复杂，需要图像识别系统、精确定位系统、高性能检测系统等，硬件质量要求较高，价格极其昂贵。

自动植球机构供球方面，公开号：CN1984535A、授权公告号CN101604618B、授权公告号CN202796892U的中国专利公开了针对自动毛刷植球或弹性压头式植球，供球机构随植球头一起运动，机构设计复杂、治具更换麻烦，焊锡球可能残留在植球机构中，不易清理，可能出现混球现象。

人工手动植球方面，授权公告号CN203774257U授权公告号CN203617255U的中国专利公开了采用手工操作，此种方式需要专业操作人员操作，不易把握锡球的需求量，有时会出现浪费锡球的现象，在工厂大批量生产情况下，植球质量可能受人工操作的影响。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提升效率、结构简单的全自动植球装置及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种全自动植球装置，包括供球机构、植球网板及六轴机械手，

所述的供球机构包括供球盒、供球管、供球气缸及直线模组，所述的供球盒架设在直线模组上，与供球管连通，所述的供球气缸开闭动作使供球盒中的焊锡球通过供球管均匀分布在植球网板的一侧，

所述的植球网板上加工与晶圆PAD点相对应、用于锡球漏入的网孔，

所述的六轴机械手固定在植球网板旁侧，通过植球刮板沿设定路径将供球机构供应的焊锡球通过植球网板植到晶圆上。

所述的供球气缸控制供球管在Z向的自由度。

所述的直线模组控制供球管在X向的自由度。

所述的供球机构还包括检测供球盒中焊锡球数量的锡球余量检测传感器。

所述的供球盒可拆卸式连接在直线模组上。

所述的植球网板上设有多个检测焊锡球植入量的激光传感器。

一种全自动植球装置的应用，采用以下步骤：

(a)晶圆经由晶圆搬送机构传送到植球网板下方，对位调整后上升吸附住植球网板，六轴机械手处于待机避让位置；

(b)供球管初始为弯曲状态，电磁阀控制供球气缸动作，驱动供球盒沿Z向上升，供球管由弯曲状态被拉直，供球盒中的焊锡球在自身重力的作用下经由供球管落入植球网板的前侧，直线模组驱动供球盒和供球管来回动作，使焊锡球均匀地分布在植球网板的前侧；

(c)焊锡球供给完成后，电磁阀控制供球气缸沿Z向下降到初始位置，供球管弯折，焊锡球无法从供球管中流出，以停止供应焊锡球，供球机构停在避让待机位置；

(d)六轴机械手带动植球刮板移动到植球初始位置，将供球机构供应的焊锡球按照规划的动作路径进行植球。

步骤(a)中所述的晶圆PAD点和植球网板的网孔一一对应。

所述的植球网板上设有检测焊锡球植入量的激光传感器，当植球网板上的某区域焊锡球量过低，激光传感器触发供球机构执行焊锡球补充供应动作。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本供球方式配合六自由度机械手进行自动植球，可以通过程序控制锡球的分布及供给量，可实现不间断供球，提升设备效率。

(2)本供球方式结构设计简单，控制方便，可以省去自动植球机构供球方式复杂庞大的机构，使设备易于维护。

(3)本供球方式可以实现一个品种的焊锡球对应一个供球盒，供球盒更换快捷方便，避免更换晶圆品种时出现混球现象。供球盒无需特殊加工，属于采购品，可以满足多品种的晶圆植球需求。

(4)供球盒储球量大，可以减少球盒补球的频率，特别是工厂生产12Inch及以上的晶圆，耗球量巨大，一片晶圆需要植百万颗焊锡球。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为供球机构的结构示意图；

图4为供球机构关闭时的结构示意图；

图5为供球机构开启时的结构示意图；

图6为供球时的结构示意图。

图中，1-供球管、2-供球气缸、3-焊锡球余量检测传感器、4-供球盒、5-植球网板、6-植球刮板、7-六轴机械手、8-直线模组、9-晶圆位置、10-伺服电机、11-焊锡球区域、12-激光传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种全自动植球装置，其结构如图1-2所示，该装置包括供球机构、植球网板5及六轴机械手7。供球机构的结构如图3所示，包括供球盒4、供球管1、供球气缸2、锡球余量检测传感器3、直线模组8，通过供球气缸2控制供球管1在Z向的自由度，直线模组8通过伺服电机10控制供球管1在X向的自由度。供球盒4可拆卸式连接在直线模组8上，与供球管1连通，供球气缸2开闭动作使供球盒4中的焊锡球通过供球管1均匀分布在植球网板5的一侧，锡球余量检测传感器3检测供球盒4中焊锡球数量。植球网板5上加工与晶圆位置9相对应、用于锡球漏入的网孔，植球网板5上设有多个检测焊锡球植入量的激光传感器12。六轴机械手7固定在植球网板5旁侧，通过植球刮板6沿设定路径模仿人工手动植球的方式，将供球机构供应的焊锡球通过植球网板5植到晶圆上。

本装置在应用时，晶圆经由晶圆搬送机构传送到植球网板5下方的指定位置，由相机对晶圆和网板进行对位调整之后，晶圆搬送平台Z向机构上升使晶圆至植球位，吸附住植球网板5，晶圆PAD点和植球网板5的网孔一一对应。六轴机械手7此时处于待机避让位置，直线模组8和供球气缸2可以分别实现X和Z向的自由度，通过供球气缸2控制供应焊锡球，通过直线模组实现焊锡球在植球网板5上的均匀分布。具体实施过程如下：如图4所示供球气缸2处于初始状态时，供球管1呈弯曲状态，供球盒4中的焊锡球无法从供球管1中流出。如图5所示，当电磁阀控制供球气缸2动作，驱动供球盒4沿Z向上升，供球管1由弯曲状态被拉直，供球盒3中的焊锡球在自身重力的作用下经由供球管1落入植球网板5的前侧，同时直线模组8驱动供球盒4和供球管1以恒定的速度来回动作，使焊锡球均匀地分布在植球网板5的前侧，焊锡球供给一定量之后，电磁阀控制供球气缸2沿Z向下降到初始位置，供球管1弯折，焊锡球无法从供球管1中流出，以停止供应焊锡球，供球机构停在避让待机位置。接着六轴机械手7带动植球刮板6移动到植球初始位置，将供球机构供应的焊锡球按照规划的动作路径进行植球。如图6所示，由于晶圆呈圆形，在植球刮板6运动方向不同位置消耗焊锡球的量不同，设有多个激光传感器12检测植球网板5上的焊锡球量，当网板上的焊锡球区域11中的焊锡球量低于一定值时，激光传感器12触发，供球机构执行焊锡球供应动作，供球机构在植球网板5的前侧补充焊锡球，从而保证植球网板5上锡球量的充沛。焊锡球余量检测传感器3对供球盒4中的焊锡球余量进行检测，当焊锡球少于一定的量时，系统报警提示加入焊锡球。供球盒可以实现一个品种的焊锡球对应一个供球盒，晶圆品种进行更换时，可以方便地从供球盒夹持机构拆卸供球盒4以切换焊锡球的品种，有效防止出现混球现象。