用于QFN‑BGA半导体芯片的分选检测工艺及其设备的制作方法

本发明涉及半导体芯片的封装领域，尤其涉及用于qfn-bga半导体芯片的分选检测工艺及其设备。

背景技术：

半导体芯片广泛应用于电脑，手机，家电，汽车，航空航天等领域，是电子产品的基础核心部件，其封装形式有很多种，包括dip，sop，sot，tssop，qfn，bga,soc等。按照其安装方式来分，主要分为有引脚和无引脚两种类型。有引脚的芯片，如dip，sop，sot类为早期的芯片类型，也成为传统封装类型，他们的分离加工是用一种切筋成形设备，将产品从引线框架上一个一个剥离下来，并把引脚弯成相应的管脚形状，这种成型设备已经在半导体封测厂商内普遍使用。近年来，随着半导体芯片的体积越来越缩小，芯片面积和封装面积的比例被逐步提高，如bga封装的芯片面积和封装面积比超过1：1.14。半导体的芯片在设计上也发生了变化，无引脚的封装形式如qfn，bga逐渐成为了主流。采用bga技术封装的内存，可以使内存在体积不变的情况下内存容量提高两到三倍，bga与tsop相比，具有更小的体积，更好的散热性能和电性能。bga封装技术使每平方英寸的存储量有了很大提升，采用bga封装技术的内存产品在相同容量下，体积只有tsop封装的三分之一；另外，与传统tsop封装方式相比，bga封装方式有更加快速和有效的散热途径。

bga，qfn类产品的封装工艺是用一个可以同时放置多排芯片的基板，在经过芯片固晶和焊线的前道工艺后，进入塑封工艺整体封装。再将塑封后的基板放到切割设备上把器件切成单颗的形状。切割后分离测试较为普遍的做法是先由一种专门的剥离设备将产品一个个从蓝膜上取到专用的托盘上面，然后人工搬运到专门分选测试的设备上将合格产品和不合格产品分拣出来和归类。这种方式的缺点是生产效率低，增加了封装厂对设备的投入，也增加了塑封后道封装工艺的步骤。

中国实用新型专利申请号cn200920035432.0公开了半导体芯片自动分选机，具有底板，所述的底板上安装有芯片供料台、芯片测试台、芯片分bin台和取料单元，所述的芯片供料台与芯片测试台之间、芯片测试台与芯片分bin台之间通过取料单元进行芯片的移送。但料片的上料、芯片的剥离仍需要手工操作，自动化程度不彻底，仍存在误操作的可能，生产效率有待进一步提升。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是现有的用于qfn-bga半导体芯片的分选检测设备自动化程度不高，生产效率有待提升，为此提供一种用于qfn-bga半导体芯片的分选检测工艺及其设备。

本发明的技术方案是：用于qfn-bga半导体芯片的分选检测设备，它包括上料模组、工作台模组、顶针模组、吸头模组、阵列台模组、视觉模组和收料模组，装有料片的料盒在上料模组上装载，料片通过物料传输模组实现在上料模组和工作台模组之间的移送，通过顶针模组和吸头模组实现料片在工作台模组、视觉模组之间的移送、剥离和检测，通过吸头模组实现芯片在视觉模组与收料模组之间的移送和分选。

上述方案中所述上料模组包括上料平台和料片升降机，所述上料平台包括至少一层用于承载料盒的料盒平台，所述料片升降机包括位于上料平台侧面通过丝杠滑块机构活动连接有可沿z轴移动的料片定位平台，所述料片定位平台一侧通过直线滑台机构活动连接有可沿y轴移动的取料机械手，所述料片定位平台靠近上料平台一侧连接有料片夹紧机构；

所述工作台模组包括通过第一丝杠滑块模组活动连接有可沿y轴移动的料片装载平台，所述料片装载平台上安置有与料片装载平台同心的可水平旋转的环形旋转盘；

所述顶针模组包括位于环形旋转盘下方的顶针安装座，所述顶针安装座底部活动连接有可使顶针安装座沿x轴移动的第二丝杆滑块模组，所述顶针安装座上适配有由凸轮电机驱动旋转的凸轮机构，所述凸轮机构顶部适配有顶针外套，所述顶针外套内置有与凸轮机构联动可沿z轴移动的顶杆，所述顶杆的顶部固接有顶杆触头；

所述吸头模组包括用于将芯片从料片剥离的剥离吸头组件和用于将阵列台模组上的的芯片放到收料托盘里的分选吸头组件，所述剥离吸头组件/分选吸头组件包括多个个并列分布的吸嘴，所述吸嘴通过连接件固接有齿条，相邻两个齿条与位于其中的由电机驱动的齿轮啮合以实现吸嘴可沿z轴方向移动，所述剥离吸头组件/分选吸头组件集成在吸头安装座上，所述吸头安装座通过吸头模组基座固接有与吸嘴联动的真空阀组；

所述阵列台模组包括滑动配合在第三丝杆滑块模组上的一个或两个阵列台基座，所述第三丝杆滑块模组通过同步带与电机传动连接以实现阵列台可沿y轴方向移动，所述阵列台基座顶部可拆卸式连接有阵列台顶板，所述阵列台顶板上均匀分布有放置芯片的凹槽；

所述视觉模组包括用于定位待剥离料片位置的定位视觉模组、用于检测芯片正面缺陷的正面检测视觉模组和用于检测芯片背面缺陷的反面检测视觉模组；

所述收料模组包括并列分布的存放有若干堆叠托盘的合格料仓、不合格料仓和空托盘料仓，所述合格料仓、不合格料仓和空托盘料仓底部分别通过升降机构来控制托盘的升降，所述合格料仓和不合格料仓的顶部周边设有若干可托起托盘的支撑爪，所述支撑爪通过连杆与气缸联动；

所述物料传输模组包括直线电机，所述直线电机通过动子分别连接有上料抓手、剥离吸头安装梁和分选吸头安装梁，所述剥离吸头安装梁和分选吸头安装梁的另一端固接有与直线电机平行的辅助支撑导轨，所述剥离吸头安装梁和分选吸头安装梁上分别滑动配合有剥离吸头组件和分选吸头组件，所述剥离吸头组件和分选吸头组件将分别在剥离吸头安装梁和分选吸头安装梁上沿y轴移动，所述剥离吸头安装梁上还连接有下料抓手，所述分选吸头安装梁上还连接有空托盘抓手。

上述方案的改进是所述料片装载平台上沿环形旋转盘外缘周向分布有若干旋转盘支撑轴承，所述旋转盘支撑轴承的外缘与环形旋转盘的外缘凹凸配合以实现对环形旋转盘的轴向和纵向的定位。

上述方案中所述环形旋转盘的内缘均匀分布有若干由气缸驱动的固定卡爪，所述料片装载平台上还安置有通过同步带驱动环形旋转盘旋转的旋转电机。

上述方案的更进一步改进是所述顶杆底部套接有复位弹簧，所述第二丝杆滑块模组外壁固接有确定顶针安装座沿x轴移动原点位置的第一传感器，所述顶针安装座上固接有确定顶杆沿z轴移动原点位置的第二传感器。

上述方案的又一改进是所述齿条通过连接件固接有带有直线轴承的对齿条起导向作用的导向轴。

上述方案的再进一步改进是所述吸头模组基座上固接有确定齿条沿沿z轴移动原点位置的第三传感器。

上述方案的又进一步改进是所述所述凹槽内开设有外接真空用于吸附芯片的气孔。

上述方案的又进一步改进是所述第三丝杆滑块模组外固接有确定阵列台基座沿沿y轴移动原点位置的第四传感器。

用于qfn-bga半导体芯片的分选检测设备的分选检测工艺，它包括以下步骤：将装有料片的料盒放入上料平台，料片定位平台移动至与料盒平台齐平，取料机械手移动从料盒中取出料片，料片夹紧机构将料片夹紧；上料抓手移动将料片由上料平台运输至环形旋转盘上，定位视觉模组将该料片位置传递给顶针模组和剥离吸头模组，顶针模组将料片中的某一芯片顶出与料片分离，剥离吸头模组将该芯片吸附并运输至阵列台上的凹槽内；阵列台基座移动至正面视觉检测模组下方做芯片的正面检测，正面检测完毕后，分选吸头模组将该芯片吸附运行至反面检测视觉模组上面做芯片的反面视觉检测；根据检测结果分选吸头模组将芯片放入合格料仓或不合格料仓内的托盘上；当料片上的芯片取完后，下料抓手将空料盘取出放回料盒平台，当合格料仓或不合格料仓的托盘装满芯片后支撑爪松开，托盘落入升降机构上，升降机构将托盘运输至底层，空托盘抓手从空托盘料仓中取出空托盘放入合格料仓或不合格料仓内，支撑爪将空托盘托起，以此完成一个工作循环。

本发明的有益效果是将装载料片、剥离芯片、检测芯片、分选芯片全部自动化，提高了qfn，bga类半导体芯片的分选测试效率，可以同时具备从料片上剥离芯片的功能，以及对芯片的正面和反面外观缺陷做检查，并分类装盘，功能性强；采用多头吸头同时作业，双阵列台交替接受芯片检测，分选效率高；上料模组采用双层结构，可以同时存放两个料盒。收料机构料仓可以存储多层托盘，允许设备长时间无人作业，自动化程度高。

附图说明

图1是本发明的用于qfn-bga半导体芯片的分选检测设备总装图；

图2是本发明中的上料模组装配图；

图3是本发明中的工作台模组装配图；

图4是本发明中的顶针模组装配图；

图5是本发明中的顶针模组剖面图；

图6是本发明中的吸头模组装配图；

图7是本发明中的吸头模组内部结构图；

图8是本发明中的阵列台模组装配图；

图9是本发明中的视觉模组示意图；

图10是本发明中的收料模组装配图；

图11是本发明中的物料传输模组装配图；

图中，1、上料模组，2、工作台模组，3、顶针模组，4、吸头模组，5、阵列台模组，6、视觉模组，7、收料模组，8、上料平台，9、料片升降机，10、料盒平台，11、料片定位平台，12、直线滑台机构，13、取料机械手，14、料片夹紧机构，15、第一丝杠滑块模组，16、料片装载平台，17、环形旋转盘，18、顶针安装座，19、第二丝杆滑块模组，20、凸轮电机，21、凸轮机构，22、顶针外套，23、顶杆，24、顶杆触头，25、吸嘴，26、齿条，27、齿轮，28、吸头安装座，29、吸头模组基座，30、真空阀组，31、第三丝杆滑块模组，32、阵列台基座，33、同步带，34、阵列台顶板，35、凹槽，36、定位视觉模组，37、正面检测视觉模组，38、反面检测视觉模组，39、合格料仓，40、不合格料仓，41、空托盘料仓，42、升降机构，43、支撑爪，44、连杆，45、直线电机，46、上料抓手，47、剥离吸头安装梁，48、分选吸头安装梁，49、辅助支撑导轨，50、下料抓手，51、空托盘抓手，52、旋转盘支撑轴承，53、固定卡爪，54、旋转电机，55、复位弹簧，56、第一传感器，57、第二传感器，58、导向轴，59、第三传感器，60、第四传感器,61、物料传输模组，62、剥离吸头组件，63、分选吸头组件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，用于qfn-bga半导体芯片的分选检测设备，它包括上料模组1、工作台模组2、顶针模组3、吸头模组4、阵列台模组5、视觉模组6和收料模组7，装有料片的料盒在上料模组上装载，料片通过物料传输模组61实现在上料模组和工作台模组之间的移送，通过顶针模组和吸头模组实现料片在工作台模组、视觉模组之间的移送、剥离和检测，通过吸头模组实现芯片在视觉模组与收料模组之间的移送和分选。

具体的，如图2所示，上料模组可以包括上料平台8和料片升降机9，所述上料平台包括至少一层用于承载料盒的料盒平台10，优选料盒平台为两层，当然也可以设置更多层，所述料片升降机包括位于上料平台侧面通过丝杠滑块机构活动连接有可沿z轴移动的料片定位平台11，所述料片定位平台一侧通过直线滑台机构12活动连接有可沿y轴移动的取料机械手13，所述料片定位平台靠近上料平台一侧连接有料片夹紧机构14，直线滑台机构可以是同步带型直线滑台或是滚珠丝杆型直线滑台；

如图3所示，工作台模组可以包括通过第一丝杠滑块模组15活动连接有可沿y轴移动的料片装载平台16，所述料片装载平台上安置有与料片装载平台同心的可水平旋转的环形旋转盘17，优选的，为了对旋转盘进行纵向和轴向的定位，料片装载平台上沿环形旋转盘外缘周向分布有若干旋转盘支撑轴承52，所述旋转盘支撑轴承的外缘与环形旋转盘的外缘凹凸配合以实现对环形旋转盘的轴向和纵向的定位，旋转盘支撑轴承可以有3个，在环形旋转盘外缘周向均匀分布，当然也可以有4个或更多，但最好是不少于3个，以实现对环形旋转盘的稳定支撑。其凹凸配合方式可以是环形旋转盘的外缘为凸形锥形截面，旋转盘支撑轴承的外缘为凹型锥形截面，当然也可以相反。还可以在环形旋转盘的内缘均匀分布有若干由气缸驱动的固定卡爪53，所述料片装载平台上还安置有通过同步带驱动环形旋转盘旋转的旋转电机54，固定卡爪可有6个，在环形旋转盘的内缘周向均匀分布，当然也可以有4个或8个，优选为4个，可以使打开爪夹的力均匀。固定卡爪将料片紧紧夹持住，当旋转电机带动环形旋转盘旋转时料片不会被甩出而影响操作的正常进行。

如图4-5所示，顶针模组可以包括位于环形旋转盘下方的顶针安装座18，所述顶针安装座底部活动连接有可使顶针安装座沿x轴移动的第二丝杆滑块模组19，所述顶针安装座上适配有由凸轮电机20驱动旋转的凸轮机构21，所述凸轮机构顶部适配有顶针外套22，所述顶针外套内置有与凸轮机构联动可沿z轴移动的顶杆23，所述顶杆的顶部固接有顶杆触头24。凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。通过凸轮电机带动凸轮回转使得凸轮将顶杆顶起，使得顶杆触头与料片上的某一芯片接触并将其剥离。为了使该操作可重复进行，顶杆底部可以套接有复位弹簧55，该复位弹簧的一端适配在顶杆与顶针外套之间，另一端向顶杆底部延伸，当顶杆顶起时复位弹簧受压产生形变，当芯片被剥离后复位弹簧回复原状，等待下一次的剥离操作。为了确定顶针安装座沿x轴移动的原点位置，第二丝杆滑块模组外壁固接有第一传感器，该第一传感器的位置即为顶针安装座沿x轴移动的原点位置，同理顶针安装座上固接有确定顶杆沿z轴移动原点位置的第二传感器57。

如图6-7所示，吸头模组可以包括用于将芯片从料片剥离的剥离吸头组件62和用于将阵列台模组上的的芯片放到收料托盘里的分选吸头组件63，所述剥离吸头组件/分选吸头组件包括多个并列分布的吸嘴25，所述吸嘴通过连接件固接有齿条26，相邻两个齿条与位于其中的由电机驱动的齿轮27啮合以实现吸嘴可沿z轴方向移动，所述剥离吸头组件/分选吸头组件集成在吸头安装座28上，所述吸头安装座通过吸头模组基座29固接有与吸嘴联动的真空阀组30。吸嘴可以是如图所示的8个并列分布，也可以是2个、3个、4个、5个、6个或10个等等。通过电机驱动齿条与齿轮啮合，齿条沿着z轴移动，进而带动吸嘴沿着z轴移动，每两根齿条与一个齿轮配对，分别对称布置在齿轮的两侧，这样齿条数就是偶数个。当然也可以一根齿条与一个齿轮配对，这样齿条数可以是任意个；优选的，为了保证齿条移动的直线度，齿条通过连接件固接有带有直线轴承的对齿条起导向作用的导向轴58，该导向轴的伸展方向与齿条相同，即沿z轴后方向。为了给吸嘴沿z轴的移动确定一个基点，吸头模组基座上固接有确定齿条沿沿z轴移动原点位置的第三传感器59。

如图8所示，阵列台模组可以包括滑动配合在第三丝杆滑块模组31上的一个或两个阵列台基座32，优选是两个阵列台基座，这样可以交替来接收从蓝膜上剥离的待测芯片。所述第三丝杆滑块模组通过同步带33与电机传动连接以实现阵列台可沿y轴方向移动，从芯片接收的位置运动到正面检测视觉模组下面，所述阵列台基座顶部可拆卸式连接有阵列台顶板34，所述阵列台顶板上均匀分布有放置芯片的凹槽35。优选的，为了便于快速更换阵列台顶板，阵列台基座与阵列台的连接方式可以是卡扣连接、搭扣连接等等。凹槽的分布与吸嘴的分布相适配，凹槽内最好开设有外接真空用于吸附芯片的气孔，可以在运输过程中防止芯片脱落。

如图9所示，视觉模组可以包括用于定位待剥离料片位置的定位视觉模组36、用于检测芯片正面缺陷的正面检测视觉模组37和用于检测芯片背面缺陷的反面检测视觉模组38；定位视觉模组用于精确定位工作台上待剥离料盘的位置，便于吸头可以准确吸取单个芯片。正面检测视觉模组用于检测芯片正面的缺陷，如划痕，引脚位置，芯片尺寸等特征。反面检测视觉模组主要用于检测芯片反面的字符是否正确，如字符印反，重影，字符错误等缺陷。视觉模组典型的组成包括相机，镜头，光源和微调机构，可采用现有技术中所熟知的结构。

如图10所述，收料模组可包括并列分布的存放有若干堆叠托盘的合格料仓39、不合格料仓40和空托盘料仓41，所述合格料仓、不合格料仓和空托盘料仓底部分别通过升降机构42来控制托盘的升降，所述合格料仓和不合格料仓的顶部周边设有若干可托起托盘的支撑爪43，所述支撑爪通过连杆44与气缸联动；料仓里的托盘是堆叠在里面的，此实施例里的料仓最多可以存放30个托盘。合格料仓和不合格料仓的结构里，最上面一个托盘是由图10中的支撑爪托住，支撑爪典型的数量为4个，每边有两个。支撑爪187连接在连杆189上面，通过气缸188来松开和闭合。支撑爪松开后，上面的托盘落到升降机构上，由升降机构带动托盘落到料仓底部，然后由空托盘抓手从空托盘料仓里取一个新的托盘放在上面。

如图11所示，物料传输模组可包括直线电机45，该直线电机具有3个动子，所述直线电机通过动子分别连接有上料抓手46、剥离吸头安装梁47和分选吸头安装梁48，所述剥离吸头安装梁和分选吸头安装梁的另一端固接有与直线电机平行的辅助支撑导轨49，所述剥离吸头安装梁和分选吸头安装梁上分别滑动配合有剥离吸头模组和分选吸头模组，所述剥离吸头组件和分选吸头组件将分别在剥离吸头安装梁和分选吸头安装梁上沿y轴移动，所述剥离吸头安装梁上还连接有下料抓手50，所述分选吸头安装梁上还连接有空托盘抓手51。上料抓手固定在直线电机的第一动子上，从上料升降机上抓取料片装载到工作台模组的旋转盘上。下料抓手安装在剥离吸头安装梁上，从工作台模组的旋转盘上卸载已经取完芯片的空料带，再放回料盒平台。空托盘抓手安装在分选吸头安装梁上，是从空托盘料仓取出新的托盘放到合格料仓或者不合格料仓里面。剥离吸头组件、分选吸头组件在x方向上的运动分别由第二动子和第三动子驱动，上述三个抓手的构造可以参见已有技术的成熟结构。

用于qfn-bga半导体芯片的分选检测设备的分选检测工艺，它包括以下步骤：将装有料片的料盒放入上料平台，料片定位平台移动至与某一料盒平台齐平，取料机械手移动从料盒中取出料片，料片夹紧机构将料片夹紧；上料抓手移动将料片由上料平台运输至环形旋转盘上，定位视觉模组将该料片位置传递给顶针模组和剥离吸头模组，顶针模组通过凸轮机构将顶杆向上顶起，顶杆触头将料片中的某一芯片顶出与料片分离，剥离吸头组件启动真空阀组，电机驱动吸嘴下移将该芯片吸附并运输至阵列台上的凹槽内；阵列台基座移动至正面视觉检测模组下方做芯片的正面检测，正面检测完毕后，分选吸头组件启动真空阀组，电机驱动吸嘴下移将该芯片吸附运行至反面检测视觉模组上面做芯片的反面视觉检测；根据检测结果分选吸头模组启动真空阀组，电机驱动吸嘴下移将芯片放入合格料仓或不合格料仓内的托盘上；当料片上的芯片取完后，下料抓手将空料带取出放回料盒平台，当合格料仓或不合格料仓的托盘装满芯片后支撑爪松开，托盘落入升降机构上，升降机构将托盘运输至底层，空托盘抓手从空托盘料仓中取出空托盘放入合格料仓或不合格料仓内，支撑爪将空托盘托起，以此完成一个工作循环。整个分选检测过程全部自动完成，当上料平台的上下料盒中的料全部检测完毕，或者是收料仓的托盘已经放满时，机器停止并报警提示操作员来取料和放置新的料盒。