专利名称：带有前后移动的芯片夹的半导体安装装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及带有芯片夹的半导体安装装置，该芯片夹通过一手柄机构可以在第一位置和第二位置之间前后移动，以从第一位置的芯片架上提起芯片并将该芯片放到第二位置的托垫上。被称为“抓放”装置的这样一种装置用作半导体安装中称为“管芯键合机”的安装机中的一个组件。它用来将一个接一个放在晶片架上的晶片中大量相同的芯片一个接一个地安装到例如金属引线框的托垫上。为配合每一个抓放动作，放有芯片架的晶片台使得在上述第一位置可得到下一个芯片，并且为了到达第二位置处的新的托垫位置，托垫也上升。为了提起和随后放置芯片，芯片夹或与整个装置一起或本身相对于该装置可以以已知方式被抬起和降下。
对此类型的安装装置要求极高。为进一步处理所安装的芯片(引线键合机中集成电路的接触)，芯片必须精确地放置在托垫上，并需要借助芯片夹相当准确地到达第二位置，这之前也需要精确地传送到用于提起芯片的第一位置。另一方面，需要速度高而周期短的连续移动，这就使移动部件的加速度和惯性相当高。
到如今，不同的手柄机构被用来实现芯片夹的交替运动，它们有时包括导引槽(例如，众所周知的马氏传送装置)。这种导引槽因为伴随而生的显著的剪切力，这对于实现精确移动是不利的。用众所周知的另一种机构，芯片夹被安置在前后旋转的手柄上，也就是说，它允许一种对应于手柄摆动位移的曲线形状的运动，芯片夹必须总是停在终端位置，该处很有可能振动。所以，就精度和速度而论，用已知的装置满足实际的要求是困难的。
本发明的目的是克服在引言中描述的现有技术的该类型半导体安装装置存在的缺点。抓放机构首先必须保证芯片夹在两个终端的精确定位，但是同时也要尽可能地快速前后移动，这就是所谓的短周期。
这个目的是按照以下的特征来解决的。据此，本装置指向两终端位置的手柄机构配备有第一旋转手柄，安装于等距离安装在第一和第二位置间的轴上，并在两个终端间以交替的旋转方向驱动。第二旋转手柄安装在第一旋转手柄的末端，随着第一旋转手柄的旋转方向按相反方向以某一传动比驱动，在它的末端连接着芯片夹。上述传动比和两个旋转手柄的长度以特定方式相互匹配，即在第一旋转手柄的两个终端，两个旋转手柄彼此处于同一延伸位置，同时芯片夹已到达一个或另一个位置之上。
匹配条件分别如下n=360°/Φ；h1/h2=n-1；h1+h2=S，其中n=传动比Φ=第一旋转手柄在两终端的旋转角h1=第一旋转手柄的长度h2=第二旋转手柄的长度S=第一旋转手柄的旋转轴和第一或第二位置的间距可以预见(同时参考下述的具体例子)，具有不同的匹配转动角、传动比和手柄比例的不同的实施例是可行的。对于本发明的目的，用此类型的手柄机构的首要的条件是在每个运动周期的终点，在旋转手柄的伸展方向上，芯片夹总是到达它的终端(即第一或第二位置)。也就是说，垂直于手柄轴的方向移动的器件消失在终点位置。加速的芯片夹的惯性沿着手柄的伸展方向，并且对于伸展位置的稳定性起了一定的作用。最终，第一转动手柄在伸展位置(必须停在其转动角度的最后)的稍稍过摆就会减弱芯片夹到达终点位置的有效性。该手柄机构的这种先进的运动学和动力学属性赋予了根据本发明的安装装置高度而长期的位置稳定精度，同时允许较短的循环周期。
当转动角Φ=180°，传动比n=2，手柄比例h1/h2=1时，可得到本发明相当简单和先进的实施例。具有这些参数的手柄机构就是所谓的直线机构，它的意思是它移动的物体-本例中是芯片夹-在直线上移动。
由以上描述可知，根据本发明所设计的装置，原则上也可以使用其它参数(即使n的值不是整数)。本发明权利要求1所定义的装置的进一步装配在从属权利要求书中描述。
通过参考附图，本发明将在下面作详细的描述，
图1是本发明中半导体安装装置的第一实施例侧面视图的简化图。
图2是图1所示装置的平面图(晶片和托垫被略去)，图3和4是图1和图2所示装置的时序图，图5显示更进一步的实施例的平面图，和图6显示限定器。
根据图1和图2，半导体安装装置是被称为“管芯键合机”的安装机构的组件，因众所周知而未显示其细节。其目的是重复以下操作，通过芯片夹20在第一位置A从芯片架32上提起半导体芯片30，在芯片夹移动位置后，将芯片放在第二位置B的托垫38上(“抓放”)。装有晶片35的芯片的芯片架32(一般为粘附性薄片)被放置在可替换的晶片台34上，晶片台34在位置A可以取到下一片芯片30。托垫38，例如金属引线框，位于称为分度器的位移装置36上，为了使托垫位于灵活的位置，该装置36逐步推动托垫以便在位置B接取随后的芯片。晶片台和分度器是大家熟悉的组件，且它们不是本发明的主题，未进一步详细显示(在图2中完全忽略)。对于将芯片30托起然后又放下的芯片夹20(所谓的键合头的组件)可以相对于抓放装置而上下移动，如图1中的箭头所示，但是装置也可以被装配成整体垂直移动(见图1)。
图1和图2所示的抓放装置包括第一转动手柄10，位于轴4。轴4位于位置A和B(轴承3，图2)之间的中央固定住，也就是说，手柄10的转动轴与A和B的距离相同，都是S。第二转动手柄12通过轴13安装在第一转动手柄的末端。第二转动手柄的末端通过轴16连接到滑块18。这样使芯片夹20和滑块沿A和B之间的线性导轨19移动。
静止的转动致动器，例如，由电机1和齿轮带机构2组成(只在图2中显示)，使第一转动手柄10通过轴4转动，其转动方向可以改变。手柄10在两个终点位置Ea和Eb之间转动了角度Φ,Ea和Eb分别面向第一位置A和第二位置B。在图1中，用虚线示出了转动手柄和芯片夹的末端位置和用实线示出了过渡位置(手柄10的转动角度为φ1)。第一转动手柄10的终点位置Ea和Eb由电机1合适的驱动力来确定和维持。
第二转动手柄12并不是被动地由第一转动手柄10带动，而是根据预先设置的相对于第一手柄10的传动比而转动，其方向与第一手柄10的方转动向相反。根据所示的例子，其驱动是通过环绕在与轴4同轴的固定齿轮5和固定在轴14上的齿轮7上的齿轮带6来产生的(也可以用安装在手柄12上与齿轮5和7咬合的过渡齿轮代替齿轮带6)。本例中，两个手柄10和12(转动角为φ1和φ2)的转动以特定的方式耦合在一起。
在给定的转动角Φ为180°的情况下，手柄10和12间的传动比等于2，即，手柄上的每个位置，手柄12相对于手柄10的转角φ2总等于手柄10的转角φ1的2倍。重要的还有手柄10和12有相同的长度h1和h2，其和h1+h2等于距离S。本例中传动比n和手柄长度h1,h2，按照以上所说的比例，与转动角度Φ=180°相匹配。其结果为，在第一转动手柄10的每一终点位置Ea和Eb，两个转动手柄10和12在相互的伸展位置，而芯片夹20或者位于A上，或者位于B上。
图1和图2所示的手柄机构具有直线机构的属性，即第二转动手柄12(轴16)的末端以直线G移动。这意味着滑块18没有向线性导轨19施加剪切力或力矩。该导轨和在滑块18与手柄12之间的铰链其实只是起保持芯片夹改变位置过程中定位的功能(当在手柄12和芯片夹20之间有刚性连接时，后者与被运输的芯片30一起分别转180°-相对于芯片架32和托垫38的平面)。从图1可以容易看出，由于两个转动手柄位于纵轴上的伸展位置，也就是说轴4,14和16在一条直线G上，芯片夹以高的精度地到达位置A或B上。这种伸展位置的排列方式具有较高的刚性，本例中，满足将芯片30从芯片架上精确地提取和精确地安装在托垫上的基本要求。
图3示出了在A到B或B到A的运动周期中，第二转动手柄(轴16)的末端的路程s，速度v和加速度a对时间t的特性曲线，理想的情况是转角φ1随时间t线性变化。显然，使用图1和2所示的手柄机构，所有3个值s,v和a根据调和函数变化。但是交替运动时，驱动的突然开始和停止，如图3中假设的情况，是不实际的。图4所示的是实际情况中，当在末端区域“软”启动和终止驱动时，s,v和a的相应特征曲线。
根据图1和图2的实施例，在垂直面上发生手柄10和手柄12的转动，即与芯片架32和托垫38相垂直。所以，其它实施例也是可行的，其中手柄的转动轴是垂直的，手柄在平行于芯片架和托垫所在平面的对应的水平面上移动。然后芯片夹刚性地连接到第二转动手柄的末端，基本上就无需纵向导轨了(对应于图1和图2中的线性导轨19)，对于位于芯片座上的芯片架的定向，必须要考虑到在沿A到B路径的平面上芯片要旋转180°。具有这些变化的实施例也能够为芯片夹(和第二转动手柄)的垂直和水平位置提供终点止动力。
图5示出了根据本发明半导体安装装置的又一实例的平面视图。转动手柄10′和12′配备为可以水平转动。比较图1和图2的例子，改变了相应的参数。这种装配中，转动角Φ′为120°。相应的传动比n=3，手柄长度比h1/h2=2，不同长度的手柄的和h1+h2仍然等于第一转动手柄10′的轴4′与位置A或B之间的距离S。
第一转动手柄10′的轴4′安装在位于A和B之间的中心法线M上，使得在手柄10′的末端位置Ea和Eb以及相对于手柄10′的伸展位置中的第二转动手柄12′面对位置A或B。芯片夹20′，刚性地连接到第二转动手柄12′的末端，然后便定位于位置A和B上。手柄10′的交替旋转驱动(未示出)可构型为图2中类似的方式。但如所述，其转动角只有120°。终点位置Ea和Eb再次由驱动电机的合适控制来确定。环绕在固定齿轮5′和齿轮7′上的齿轮带6′又在第二转动手柄12′在相反方向上提供耦合力。上述的齿轮7′通过轴14′连接到手柄12′，其齿轮数是齿轮5′的1/3，所以手柄12′的转动角φ2相对于手柄10′总是手柄10′的转动角φ1的三倍。
每一芯片30沿由A至B的路程要转过120°。所以晶片35必须经过定向，使芯片的各边线平行或垂直于Ea，并且晶片台34也必须如图5箭头所示定向。
因为这种变化，以上所说的参数也满足两个转动手柄在终点位置Ea和Eb扩展后位置的标准。这种情况中，芯片夹20′在A和B之间并不是以直线运动，而是沿曲线T运动。A,B上的终点位置Ea和Eb与该路径T相切，即在这种情况下，当芯片夹到达A或B时，与Ea和Eb成直角位置的移动元件消失。所以上述构造与以前描述的例子具有相似的优点。
具有两个转动手柄10′和12′的抓放装置的结构更能允许使用限定器来引导芯片夹20在终点位置Ea和Eb的运动，所以能有效地阻止转动手柄12′及芯片夹20在突然停止时的摆动。图6显示了即将到达终点Eb之前位置的转动手柄12′。转动手柄12′有T形头41，它有两个端面41a和41b。芯片夹20的中心沿虚线42运动。终端端面41a和41b分别沿曲线43a和43b移动。抓放装置的限定器44横向安装于芯片夹20的运动方向。相应地，限定器44的端面44a和44b分别适用于曲线43a和43b，所以转动手柄12′的端面41a和41b沿着限定器44的端面44a和44b滑动。
根据图1和图2的实施例，限定器可以替代线性导轨19。带有两个转动手柄的抓放装置，对比于只有一个转动手柄的抓放装置，其优点特别在于，对芯片夹20在终点位置Ea或Eb上的止动可以通过使用限定器来改善，而且在转动过程中，由于手柄长度更短，离心力更小，还减小了驱动功率的消耗。
权利要求
1．带有芯片夹(20)的半导体安装装置，为了从第一位置的芯片架(32)上提起芯片(30)并将该芯片安放到第二位置的托垫(38)上，该芯片夹(20)可以通过一手柄机构在第一位置(A)和第二位置(B)之间前后移动，其特征在于安置在轴(4)上的第一转动手柄(10)，在两个终点位置(Ea,Eb)之间以交替的转动方向驱动，其中，所述轴(4)等距离安装于第一位置(A)和第二位置(B)之间，转动手柄(10)指向位置(A)或另一位置(B)；末端连接于芯片夹(20)的第二转动手柄(12)，安置于第一转动手柄(10)的末端并以相对于其转动的预定传动比(n)在与其转动方向相反的方向驱动；其中所说的传动比(n)和两个转动手柄(10,12)的长度(h1,h2)互相匹配，以便在第一转动手柄(10)的两个终点位置(Ea,Eb)上，两个转动手柄(10,12)位于相对于彼此的伸展位置中，芯片夹(20)到达位置(A)或另一位置(B)上。
2．根据权利要求1的半导体安装装置，其特征在于两个转动手柄(10,12)在与托垫(38)相垂直的平面上转动。
3．根据权利要求1或2的半导体安装装置，其特征在于第一转动手柄(10)在两个终点位置(Ea,Eb)间的转动角(Φ)等于180°，两个转动手柄(10,12)间的传动比(n)等于2，两个转动手柄(10,12)的长度比(h1,h2)等于1。
4．根据权利要求2的半导体安装装置，其特征在于在第二转动手柄(12)的末端，连接着滑块(18)，它可以载着芯片夹(20)沿着导轨部件(19)移动。
5．根据权利要求1的半导体安装装置，其特征在于两个转动手柄(10′,12′)在与托垫(38)平行的平面上转动。
6．根据权利要求5的半导体安装装置，其特征在于第一转动手柄(10′)在两个终点位置(Ea,Eb)间的转动角(Φ)等于120°，两个转动手柄(10′,12′)间的传动比(n)等于3，两个转动手柄(10′,12′)的长度比(h1,h2)等于2。
7．根据权利要求5的半导体安装装置，其特征在于芯片夹(20′)刚性地连接于第二转动手柄(12′)的末端。
8．根据权利要求5的半导体安装装置，其特征在于在终点位置(Ea,Eb)，第二转动手柄(12′)的限定器44横向安装于芯片夹20的运动方向。
9．根据权利要求1,2,5或6的半导体安装装置，其特征在于第二转动手柄(12)安置于轴(14)上，通过轴(14)安置有齿轮(7)，第二转动手柄(12)是由固定在驱动轴(4)并与其同轴的齿轮(5)驱动的，轴(4)通过齿轮带(6)或过渡齿轮安装在第一转动手柄(10)上。
全文摘要
抓放装置,具有以交替旋转方向驱动的第一旋转手柄,驱动轴安装于第一和第二位置的中点。终点位置确定了旋转角,旋转手柄总是面向第一或第二位置。第二转动手柄安装于第一手柄末端,以相反方向驱动,并具有固定的传动比。芯片夹连接于第二转动手柄的末端。传动比和两手柄的长度相互匹配,以使在两个终端位置的两个手柄位于彼此相对的伸展方向和芯片夹位于第二位置上。手柄的旋转平面能垂直于或平行于芯片架和/或其上安装芯片的托垫的平面。
文档编号F16H21/16GK1220487SQ98123078
公开日1999年6月23日 申请日期1998年12月7日 优先权日1997年12月7日
发明者塞缪尔·欣德勒 申请人:Esec公司