CN108155124A - 一种芯片贴装装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种芯片贴装装置及方法，该装置包括：晶圆台，晶圆台能够在其所在的平面内移动；与晶圆台平行相对设置且能在其所在平面内移动的基料台；设于晶圆台与基料台间的旋转拾放机构，旋转拾放机构设有可活动键合部，键合部能从晶圆台拾取芯片并将其贴装在贴装位置；设于晶圆台与基料台间的视觉机构与旋转拾放机构配合能识别芯片位置和贴装位置。标定芯片贴装装置相应零部件位置；将芯片置于贴装装置的相应位置，获取芯片位置数据并校准；拾取芯片并获取拾取后芯片的位置和角度数据；获取芯片在基料上待贴装位置和角度数据，结合拾取后芯片的位置和角度数据计算芯片偏差并校正，将芯片贴装在贴装位置。该装置及方法贴装效率和精确度高。
Description
技术领域
本发明涉及半导体封装领域，特别涉及一种芯片贴装装置及方法。
背景技术
随着集成电路先进封装技术的飞速发展，高速高精密装片工艺对封装设备要求越来越高。先进封装技术把半导体封装和组装技术融为一体以降低产品价格、改进性能、提高密度以及减小产品尺寸，这使得高速高精密芯片半导体封装的市场需求正迅速增长。芯片键合工艺主要包含芯片到芯片，芯片到基板以及芯片到面板的封装技术，在进行芯片到面板的芯片贴装工艺时，为保证贴装质量与精度，面板需上升至贴装要求的温度后再进行贴装工艺。
芯片键合机决定着芯片键合工艺的精度、效率和可靠性，是先进封装工艺的关键设备，芯片键合机是一种高速高精度设备，随着半导体生产效率进一步提高，为降低生产成本，晶圆尺寸及键合基料正朝更大尺寸的方向发展，从晶圆上拾取芯片到基材键合位的距离不断增加，且一般基材对准相机安装在运动的键合头上，很大程度上降低了键合效率和精度，难以满足芯片封装的高效率高精度要求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种芯片贴装装置。
本发明还提供一种芯片贴装方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
根据本发明实施例的芯片贴装装置，包括：
晶圆台，所述晶圆台能够在其所在的平面内移动；
基料台，所述基料台与所述晶圆台平行相对设置，所述基料台能够在其所在的平面内移动；
旋转拾放机构，所述旋转拾放机构设置于所述晶圆台与所述基料台之间，所述旋转拾放机构上设有可活动的键合部，所述键合部能够从所述晶圆台上拾取芯片并将所述芯片贴装在所述基料台上的基料贴装位置；
视觉机构，所述视觉机构设置于所述晶圆台与所述基料台之间，所述视觉机构与所述旋转拾放机构配合，能够识别所述芯片的位置和所述基料台上的所述基料贴装位置。
进一步地，所述基料台包括：
真空吸附板，所述真空吸附板上设有与吸附真空***相连通的真空孔以吸附所述基料台上的所述基料；
加热板，所述加热板与所述真空吸附板相连且位于所述真空吸附板下侧，所述加热板上设有加热管以能够为所述基料加热。
进一步地，所述基料台还包括：
隔热板，所述隔热板与所述加热板相连且位于所述加热板下侧；
散热板，所述散热板与所述隔热板相连且位于所述隔热板下侧，所述散热板上设有用于通入高压风的通风孔；
隔热垫，所述隔热垫与所述散热板相连且位于所述散热板下侧。
进一步地，所述旋转拾放机构包括：
旋转盘，所述旋转盘与驱动机构相连且在所述驱动机构的带动下能够沿其轴向转动，所述键合部形成为至少两对且沿所述旋转盘的周向对称分布的可活动的键合机构，所述键合机构形成有沿所述旋转盘的径向延伸的孔道，所述孔道能够与真空***相连；
当旋转所述旋转盘时，所述键合机构能够运动到所述晶圆台上的所述芯片位置并通过所述键合机构的活动拾取所述芯片，当所述键合机构带着所述芯片运动到所述基料台上的所述基料贴装位置所述键合机构能够释放所述芯片并将其贴装。
进一步地，所述旋转拾放机构还包括：
旋转轴，所述旋转轴一端与所述旋转盘相连；
轴承和轴承座，所述轴承座与所述装置机架相连，所述轴承安装在所述轴承座上，所述旋转轴的另一端穿过所述轴承与所述驱动机构相连。
进一步地，所述芯片贴装装置还包括：
水平相机，所述水平相机与所述轴承座相连，转动所述旋转盘时，所述键合机构转到与所述水平相机相应位置时所述水平相机能够得到所述键合机构上的芯片位置图像。
进一步地，所述视觉机构包括：
芯片调整相机，所述芯片调整相机设在所述旋转盘的一侧与所述旋转盘相配合，所述芯片调整相机能够得到所述晶圆台的位置信息，当所述键合机构拾取所述芯片时所述芯片调整相机能够得到所述芯片的位置信息；
基料相机，所述基料相机设在所述芯片调整相机正下方，所述基料相机能够得到所述芯片在所述基料台上的所述基料贴装位置。
进一步地，所述芯片调整相机包括：芯片反射镜和芯片镜头，所述芯片反射镜安装在芯片反射镜底座上，所述芯片镜头与所述芯片反射镜底座相连，所述芯片反射镜能够将所述晶圆台及所述键合机构上拾取的所述芯片的位置信息反射至所述芯片镜头；
所述基料相机包括：基料反射镜和基料镜头，所述基料反射镜安装在基料反射镜底座上，所述基料镜头与所述基料反射镜底座相连，所述基料反射镜能够将所述芯片在所述基料台上的所述基料贴装位置反射至所述基料镜头。
进一步地，所述视觉机构还包括：
平移台，所述平移台设在所述装置机架上，所述芯片调整相机和所述基料相机分别设在所述平移台上。
进一步地，所述视觉机构还包括：
两个相机夹持座和两个相机固定座，所述相机固定座与所述平移台相连，所述相机夹持座分别与相应的所述相机固定座相连，所述芯片调整相机和所述基料相机分别夹持在相应的所述相机夹持座上。
进一步地，所述芯片贴装装置还包括：
顶起机构，所述顶起机构设在所述晶圆台的上方且能够活动以顶起所述晶圆台上的所述芯片。
进一步地，所述芯片贴装装置还包括：
视觉检测机构，所述视觉检测机构包括两个对准相机，两个所述对准相机分别设置在所述顶起机构与所述旋转拾放机构之间与所述晶圆台平行的平面上，转动所述旋转盘时所述键合机构的轴线能够与两个所述对准相机镜头的轴线互相垂直。
进一步地，所述芯片贴装装置还包括：
点胶机构，所述点胶机构包括至少两个能够活动的点胶头，所述点胶头分别设置在所述基料台的两端以能够向所述基料台上的所述基料贴装位置点胶。
根据本发明实施例的芯片贴装方法，包括以下步骤：
S1、标定芯片贴装装置相应零部件的位置；
S2、将所述芯片放置于所述贴装装置的相应位置，获取所述芯片的位置数据并对所述芯片的位置进行校准；
S3、拾取所述芯片并获取拾取后所述芯片的位置和角度数据；
S4、获取所述芯片在基料上待贴装的位置和角度数据，根据拾取后所述芯片和所述芯片在基料上待贴装的位置和角度数据计算所述芯片和所述芯片在基料上待贴装的位置和角度的差值，根据所述差值校正所述芯片在基料上待贴装的位置和角度数据，获取所述芯片在基料上待贴装位置的精确坐标数据，将所述芯片贴装在所述基料上的待贴装位置。
进一步地，在所述步骤S4中，所述芯片贴装前对所述基料加热并在所述基料上的待贴装位置点胶。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
根据本发明实施例的芯片贴装装置，能够实现芯片的高速高精度贴装，缩短芯片传输行程，提高芯片贴装效率和芯片贴装精度，可适应多种尺寸基材的芯片贴装，扩大了装置对芯片贴装基料的适应范围，可实现点胶、视觉对准以及基料预加热，可靠性高，且该装置结构简单，易于实现。根据本发明实施例的芯片贴装方法，能够高效高精度地贴装芯片，提高芯片贴装的效率和精度。
附图说明
图1为本发明一个实施例的芯片贴装装置的主视图；
图2为本发明一个实施例的芯片贴装装置的左视图；
图3为本发明一个实施例的芯片贴装装置的视觉机构位置校正示意图；
图4为本发明一个实施例的芯片贴装装置的水平相机的安装示意图；
图5为本发明一个实施例的芯片贴装装置的视觉机构的结构示意图图；
图6为本发明一个实施例的芯片贴装装置的结构示意图；
图7为本发明一个实施例的芯片贴装装置的基料台的结构示意图；
图8为本发明一个实施例的芯片贴装方法的流程示意图。
附图标记：
芯片贴装装置100；基料200；
晶圆台10；
基料台20；真空吸附板21；真空孔22；
加热板23；隔热板24；散热板25；隔热垫26；
旋转拾放机构30；旋转盘31；
键合机构32；旋转轴33；轴承座34；
视觉机构40；芯片调整相机41；基料相机42；
相机夹持座43；芯片镜头44；芯片反射镜底座45；
相机固定座46；基料镜头47；基料反射镜底座48；平移台49；
水平相机50；水平相机镜头夹持座51；水平相机连接板52；
转接板53；水平相机镜头54；反射镜连接座55；反射镜底座56；
视觉检测机构60；对准相机61；
点胶头70；
顶起机构80。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图具体描述根据本发明实施例的芯片贴装装置100。
如图1至图7所示，根据本发明实施例的芯片贴装装置100包括晶圆台10、基料台20、旋转拾放机构30和视觉机构40。
具体而言，晶圆台10能够在其所在的平面内移动，基料台20与晶圆台10平行相对设置，基料台20能够在其所在的平面内移动，旋转拾放机构30设置于晶圆台10与基料台20之间，旋转拾放机构30上设有可活动的键合部，键合部能够从晶圆台10上拾取芯片并将芯片贴装在基料台20上的基料贴装位置，视觉机构40设置于晶圆台10与基料台20之间，视觉机构40与旋转拾放机构30配合，能够识别芯片的位置和基料台20上的基料贴装位置。
也就是说，根据本发明实施例的芯片贴装装置100主要由晶圆台10、基料台20、旋转拾放机构30和视觉机构40构成，其中，晶圆台10能够在其所在的平面内移动，也即是晶圆台10可以进行X、Y向移动，晶圆台10正面朝下，晶圆台10可以与驱动装置连接在一起，通过驱动装置驱动晶圆台10移动，可以将带有蓝膜和芯片的晶片环装入晶圆台10中，通过电吹风加热和扩膜，使蓝膜绷紧在晶圆台10上。
基料台20与晶圆台10平行相对设置，基料台20与晶圆台10相对的一面可以放置基料，基料可以为基板、面板、晶圆和玻璃板，基料台20能够在其所在的平面内移动，基料台20至少可以有X、Y向运动，也可具有旋转功能，旋转拾放机构30可以设置于晶圆台10与基料台20之间，旋转拾放机构30上可以设有可活动的键合部，键合部能够从晶圆台10上拾取芯片，键合部可以通过真空吸附的方式拾取晶圆台10上的芯片，并将拾取的芯片贴装在基料台20上的基料贴装位置，缩短芯片的移动路程，提高芯片的贴装效率。视觉机构40可以设置于晶圆台10与基料台20之间，视觉机构40可以得到晶圆台10上的位置信息，视觉机构40可以与旋转拾放机构30配合，视觉机构40能够识别拾取的芯片的位置和基料台20上的基料贴装位置，拾放芯片时视觉机构40可以对其拍照，通过与模板匹配，得到芯片拾取过程中的芯片位置和角度偏差，通过视觉机构40可以识别晶圆台10和基料台20上的芯片和装片位置的运动偏差，在下一次拾片和放片前进行补偿，提高芯片的贴装精度。
由此，根据本发明实施例的芯片贴装装置100，能够缩短芯片传输行程，提高芯片贴装效率和芯片贴装精度，可适应多种尺寸基材的芯片贴装，可靠性高，且该装置结构简单，易于实现。
在本发明的一个实施例中，如图7所示，基料台20可以包括真空吸附板21和加热板23，其中，真空吸附板21上可以设有与吸附真空***相连通的真空孔22以吸附基料台20上的基料200，真空吸附易于控制，不会对基料200造成污染或损坏，加热板23可以与真空吸附板21相连在一起，加热板23可以位于真空吸附板21下侧，加热板23上可以设有加热管以能够为基料200进行加热，在芯片贴装前可以先对基料台20上的基料200进行预热，在加热板23上可以设有安装孔，可以将加热管安装在安装孔中，上料机构可以通过带传输与机械手真空吸附相结合的方式将基料200运送至基料台20上表面，基料台20可以通过真空吸附基料200并对其预加热。
在本发明的一些实施例中，基料台20还可以包括隔热板24、散热板25和隔热垫26，其中，隔热板24可以与加热板23相连，隔热板24可以位于加热板23下侧，可以选取隔热性能良好的隔热材质，散热板25与隔热板24相连且位于隔热板24的下侧，散热板25上可以设有用于通入高压风的通风孔，利于快速散热，隔热垫26可以与散热板25相连且位于散热板25下侧，隔热垫26可以与运动机构相连在一起，隔热垫26可以实现基料台20与直线运动机构的隔热作用，避免直线运动机构在高温下工作产生热变形从而影响运行精度，保证芯片高效高精度贴装。
在本发明的另一些实施例中，旋转拾放机构30可以包括旋转盘31，旋转盘31可以与驱动机构相连，且在驱动机构的带动下旋转盘31能够沿其轴向转动，键合部可以形成为沿旋转盘31的周向对称分布的可活动的键合机构32，键合机构32至少两对，可以为四个，键合机构32可以沿其长度方向伸缩移动，也可以沿其轴线旋转，以便于拾取晶圆台10上的芯片，当拾取的芯片位置和角度出现偏差时，可以通过旋转校正芯片的位置和角度，以便芯片能够精确地贴装，键合机构32可以形成有沿旋转盘31的径向延伸的孔道，孔道能够与真空***相连，通过真空的吸附来实现芯片的拾取，可以在键合机构32的孔道的吸附端设有吸嘴，通过吸嘴吸附晶圆台10上的芯片。
当旋转旋转盘31时，键合机构32能够运动到晶圆台10上的芯片位置，并通过键合机构32在其长度方向上的伸缩移动来拾取晶圆台10上的芯片，旋转旋转盘31，当键合机构32带着芯片运动到基料台20上的基料贴装位置时键合机构32能够释放芯片并将其贴装在基料台20上的基料贴装位置。
由视觉机构40检测芯片拾取中心位置，旋转盘31作旋转运动驱动键合机构32顺时针转动至芯片拾取位置，键合机构32可以沿Z向负方向运动，键合机构32上的吸嘴可以释放真空完成拾取芯片动作，旋转盘31可以顺时针旋转90度，键合机构32相邻位置处下一个键合机构32开始拾取芯片，同时，视觉机构40可以识别检测芯片的贴装位置，根据计算出的芯片和贴装位置偏差和角度偏差，利用该差值即可校正它们的偏差，获取芯片贴装位置的精确坐标数据，键合机构32带动芯片旋转完成芯片角度偏差的校正，基料台20通过X、Y向移动将芯片在基料上的贴放位置与键合机构32上芯片的中心位置对准，键合机构32将芯片准确贴至基料贴装位置上，完成芯片贴装，按照上述方法，重复进行芯片贴装，直至装片完一张基料后，可以通过下料机构将基料放入基料盒中，如此往复。
根据本发明的一些具体实施例，旋转拾放机构30还可以包括旋转轴33、轴承和轴承座34，其中，旋转轴33的一端可以与旋转盘31相连，轴承座34可以与装置机架相连在一起，轴承可以安装在轴承座34上，旋转轴33的另一端可以穿过轴承与驱动机构相连在一起，通过驱动机构驱动旋转轴33转动，从而带动旋转盘31的转动，芯片被拾取后能够缩短芯片的行程，只需要通过旋转盘31的旋转即可将芯片从晶圆台10上拾取、移动和贴装在基料上，键合机构32有四个时，当第一个键合机构32拾取芯片后在旋转盘31的带动下转动，第二个键合机构32开始继续拾取芯片，当第一个键合机构32带着芯片转动到基料上的贴装位置时，第三个键合机构32开始拾取芯片，能够提高芯片的贴装效率。
根据本发明的另一些实施例，芯片贴装装置100还可以包括水平相机50，水平相机50可以与轴承座34相连在一起，转动旋转盘31，当键合机构32转到与水平相机50相应位置时，水平相机50能够对键合机构32上拾取的芯片进行拍照，可以得到键合机构32上拾取的芯片的位置图像。水平相机50可以通过水平相机镜头夹持座51固定于水平相机连接板52之上，水平相机连接板52可以与转接板53相连，转接板53可以再通过另一个转接板53固定于轴承座34之上，水平相机镜头54可以通过反射镜连接座55与反射镜底座56相连，反射镜底座56可以内置反射镜将键合机构32的吸嘴图像及芯片图像反射至水平相机镜头54处，进而实现对键合机构32吸嘴位置一致性的校准及拾取芯片位置信息的采集。
水平相机50可以识别、检测、记录键合机构32上芯片的角度及位置信息，旋转盘31旋转，视觉机构40可以识别检测芯片的贴装位置，可以将水平相机50和视觉机构40获得的芯片及芯片贴放位置信息进行处理，可计算出芯片和芯片贴装位置和角度偏差，利用该差值即可校正它们的偏差，获取芯片贴装位置的精确坐标数据，键合机构32可以带动芯片旋转完成芯片角度偏差的校正，基料台20可以通过X、Y向移动将芯片在基料上贴放位置与键合机构32上芯片的中心位置对准，键合机构32将芯片准确贴至基料贴装位置上，完成芯片键合。
在本发明的一些实施例中，视觉机构40可以包括芯片调整相机41和基料相机42，其中，芯片调整相机41可以设在旋转盘31的一侧与旋转盘31相配合，芯片调整相机41能够得到晶圆台10的位置信息，能够对晶圆台10进行拍照，通过对拍照获取晶圆台10或晶圆台10上面的其他部件信息，当键合机构32拾取芯片时芯片调整相机41能够得到芯片的位置信息，通过芯片调整相机41识别芯片在晶圆台10上的位置，计算芯片的位置坐标数据，移动调整晶圆台10带动芯片运动至键合机构32的吸嘴位置上方，通过键合机构32的伸缩移动拾取芯片。基料相机42可以设在芯片调整相机41得正下方，芯片调整相机41与基料相机42可以位于旋转拾放机构30的轴向位置，基料相机42能够得到芯片在基料台20上的基料贴装位置，基料相机42检测基料台20上的芯片贴装位置，可以沿X、Y向移动基料台20，将芯片贴装位置与基料相机42的视场中心对准。
在本发明的另一些实施例中，芯片调整相机41可以包括芯片反射镜和芯片镜头44，其中，芯片反射镜可以安装在芯片反射镜底座45上，使得芯片反射镜稳固，芯片镜头44可以与芯片反射镜底座45相连，芯片镜头44可以通过芯片反射镜连接座与芯片反射镜底座45相连，芯片反射镜底座45可以面朝上，可以将芯片反射镜内置在芯片反射镜底座45上，芯片反射镜和芯片镜头44可以相对应设置，以使芯片反射镜能够将晶圆台10、键合机构32上拾取的芯片的位置信息反射至芯片镜头44，使得芯片调整相机41可以获取晶圆台10和芯片的位置信息。
基料相机42可以包括基料反射镜和基料镜头47，其中，基料反射镜可以安装在基料反射镜底座48上，基料反射镜底座48可以安装在芯片反射镜底座45下部，基料镜头47可以与基料反射镜底座48相连，基料镜头47可以通过基料反射镜连接座与基料反射镜底座48相连，基料反射镜底座48可以面朝下，可以将基料反射镜内置在基料反射镜底座48上，基料反射镜和基料镜头47可以相对应设置，使得基料反射镜能够将芯片在基料台20上的基料贴装位置反射至基料镜头47，使得基料相机42可以获得芯片在基料台20上的基料贴装位置，基料相机42检测基料台20上的芯片贴装位置，如果芯片与基料贴装位置存在偏差，可以沿X、Y向移动基料台20，将芯片贴装位置与基料相机42的视场中心对准，使得芯片能够精准地贴装在基料台20上的芯片贴装位置，提高芯片的贴装精度。
根据本发明的一些具体实施例，视觉机构40还可以包括平移台49，平移台49可以设在装置机架上，芯片调整相机41和基料相机42可以分别设在平移台49上的合适位置。
根据本发明的另一些具体实施例，视觉机构40还可以包括两个相机夹持座43和两个相机固定座46，其中，相机固定座46可以与平移台49相连在一起，相机固定座46可以通过转接板与平移台49相连，相机夹持座43可以分别与相应的相机固定座46相连在一起，芯片调整相机41和基料相机42可以分别夹持在相应的相机夹持座43上。
根据本发明的一些实施例，芯片贴装装置100还可以包括顶起机构80，顶起机构80可以设在晶圆台10的上方，顶起机构80可以在X、Y向移动，也可以在Z向移动，顶起机构80可以顶起晶圆台10上的芯片，将芯片从蓝膜上顶起，粘性脱开，芯片顶起机构80可以沿Z向正方向运动将芯片在蓝膜上顶起一定高度。
根据本发明的另一些实施例，芯片贴装装置100还可以包括视觉检测机构60，视觉检测机构60可以包括两个对准相机61，两个对准相机61可以分别设置在顶起机构80与旋转拾放机构30之间与晶圆台10平行的平面内，转动旋转盘31时键合机构32的轴线能够与两个对准相机61镜头的轴线互相垂直。
为实现高精度芯片拾取与贴放，获取高精度芯片位置坐标数据，可以通过视觉检测机构60对装置各零部件位置进行标定，标定过程可以如下：顶起机构80具有X、Y向运动自由度视觉检测机构60的其中一个对准相机61可以与另一个对准相机61呈90度水平布置，通过两个方向进行视觉检测，可以键合机构32的中心线为参考位置，调整芯片顶起机构80的X向、Y向位置，实现芯片顶起机构80与键合机构32中心线对准，可以以芯片顶起机构80的中心位置为参考位置，校正芯片调整相机41的位置，实现芯片调整相机41视场中心与芯片顶起机构80对准，芯片调整相机41采集芯片的位置信息，晶圆台10进行X、Y向移动，调整芯片中心与芯片调整相机41视场中心对准。
在本发明一些实施例的具体实施过程中，芯片贴装装置100还可以包括点胶机构，点胶机构可以包括至少两个能够自由活动的点胶头70，点胶头70可以分别设置在基料台20的两端，以能够向基料台20上的基料贴装位置点胶，点胶头70可垂直于基料台20，也可以与基料台20呈一定倾斜角度地安装在基料台20上。
利用芯片贴装装置100进行贴装芯片的过程中，首先进行芯片拾放前的主要零部件位置信息标定，具体标定过程如上述所述，采用两个方向布置的对准相机61将顶起机构80与键合机构32对准，校正视觉机构40与顶起机构80的位置，利用水平相机50检测键合机构32的旋转一致性；将带有蓝膜和芯片的晶片环装入晶圆台10上，可以通过电吹风加热和扩膜，使蓝膜绷紧在晶圆台10上；可以通过上料机构将基料200运送至基料台20上方，基料台20通过真空吸附基料200并对其加热，点胶装置中的点胶头70可以在基料200上方芯片贴装位置处均匀点胶；晶圆台10面朝下放置，顶起机构80顶起蓝膜将芯片粘性脱开，键合机构32的吸嘴和可以顶针配合通过真空释放拾取芯片后，由旋转盘31旋转一定角度至芯片贴装位置，比如旋转180度，键合机构32带动吸嘴向下运动，将芯片贴装至基料上的芯片贴装位置，芯片贴装的同时，旋转盘31上的另一个键合机构32的吸嘴完成芯片拾取动作，以此往复循环，芯片拾取与贴装同时进行，完成芯片贴装任务。
可以通过视觉检测机构60，使键合机构32的吸嘴中心和顶针中心在一条直线上，可以通过芯片调整相机41识别芯片在晶圆台10中的位置，计算芯片位置坐标数据，然后调整晶圆台10带动芯片运动至键合机构32的吸嘴位置上方，通过水平相机50识别芯片拾取后的位置和角度数据信息，基料相机42可以识别芯片在基料200上的贴放位置，将水平相机50和基料相机42获得的位置和角度信息进行处理，可计算出芯片和芯片贴放位置、角度的差值，利用该差值即可校正它们的偏差，可以通过移动基料台20调节偏差，使得芯片在基料上的贴装位置与键合机构32上芯片的中心位置对准。按照上述方法，重复进行芯片的贴装键合，直至装片完一张基料后，通过基料上料机构和基料下料机构将贴装完成的基料放入基料盒中，利用点胶机构可以对基料进行点胶，可一边点胶一边装片，也可将基料全部点胶后进行装片。
根据本发明实施例的芯片贴装装置100，能够实现芯片的高速高精度贴装，缩短芯片传输行程，提高芯片贴装效率和精度，可适应多种尺寸基材的芯片贴装，扩大了装置对芯片贴装基料的适应范围，可实现点胶、视觉对准以及基料预加热，可靠性高，且该装置结构简单，易于实现。
如图8所示，本发明的一个实施例提供一种芯片贴装方法。
根据本发明实施例的芯片贴装方法，包括以下步骤：
步骤S1，标定芯片贴装装置相应零部件的位置。
在该步骤中，可以通过标定装置事先标定与芯片的放置、拾取等相关的零部件的位置，比如顶起机构、键合机构等，使得相关的零部件位于设定的坐标位置，以确保芯片贴装的精度，可以通过在零部件处设置检测相机来获取各个部件的位置信息，如果零部件的位置坐标与设定出现偏差可以调节相关零部件进行校正，以确保贴装前装置中个零部件之间的位置关系精确。
步骤S2，将芯片放置于贴装装置的相应位置，获取芯片的位置数据并对芯片的位置进行校准。
在该步骤中，可以将芯片放置于贴装装置的相应位置，比如晶圆台上的合适位置，可以将带有蓝膜和芯片的晶片环装入晶圆台合适位置上，然后可以通过视觉机构获取晶圆台上芯片的位置数据，如果芯片的位置数据出现偏差可以通过移动晶圆台校正芯片的位置，使得芯片调节至合适位置，以便于芯片的拾取和贴装。
步骤S3，拾取芯片并获取拾取后芯片的位置和角度数据。
在该步骤中，可以通过可以在空间自由活动的拾取机构拾取芯片，比如可以通过真空吸附的方式拾取芯片，在拾取芯片后拾取机构带动芯片移动至贴装位置的过程中，可以通过检测装置获取芯片的位置和角度数据，比如，可以通过相机对芯片进行拍照处理，根据芯片的图像分析获取芯片的位置和角度数据，以便后续工序中校准芯片的存在的位置和角度偏差。
步骤S4，获取芯片在基料上待贴装的位置和角度数据，根据拾取后芯片和芯片在基料上待贴装的位置和角度数据计算芯片和芯片在基料上待贴装的位置和角度的差值，根据差值校正芯片在基料上待贴装的位置和角度数据，获取芯片在基料上待贴装位置的精确坐标数据，将芯片贴装在基料上的待贴装位置。
在该步骤中，可以通过检测机构获取芯片在基料上待贴装的位置和角度数据，结合在步骤S3中获取的拾取后芯片的位置和角度数据计算芯片和芯片在基料上待贴装的位置和角度的差值，根据差值校正芯片在基料上待贴装的位置和角度数据，可以根据偏差调节校准芯片在基料上的待贴装位置的坐标数据，可以根据整个控制***进行自动校准，使得芯片的位置和角度坐标数据和芯片在基料上的待贴装位置的坐标数据相一致，以便芯片能够精确地贴装在基料上的待贴装位置，提高芯片贴装精度。在芯片贴装前可以对基料进行加热，使得基料升到合适的温度，可以事先在基料上的待贴装位置点胶，也可以边点胶边贴装。
根据上述方法和过程，标定芯片贴装装置相应零部件的位置；将芯片放置于贴装装置的相应位置，获取芯片的位置数据并对芯片的位置进行校准；拾取芯片并获取拾取后芯片的位置和角度数据；获取芯片在基料上待贴装的位置和角度数据，根据拾取后芯片和芯片在基料上待贴装的位置和角度数据计算芯片和芯片在基料上待贴装的位置和角度的差值，根据差值校正芯片在基料上待贴装的位置和角度数据，获取芯片在基料上待贴装位置的精确坐标数据，将芯片贴装在基料上的待贴装位置。该方法能够使得芯片高效精准地贴装在基料上，提高贴装精度和效率。
下面结合本发明实施例的芯片贴装装置100通过一个具体的实施例来进一步对芯片贴装方法进行说明。
为实现高精度芯片拾取与贴放，获取高精度芯片位置坐标数据，可以通过视觉检测机构60对装置各零部件位置进行标定，比如，可以通过视觉检测机构60的对准相机61对顶起机构80、键合机构32、芯片调整相机41的位置坐标进行校准，使得顶起机构80、键合机构32、芯片调整相机41的位置与设定坐标数据相一致，标定过程可以如下：顶起机构80具有X、Y向运动自由度，视觉检测机构60的其中一个对准相机61可以与另一个对准相机61呈90度水平布置，通过两个方向进行视觉检测，可以以键合机构32的中心线为参考位置，调整芯片顶起机构80的X向、Y向位置，实现芯片顶起机构80与键合机构32中心线对准，可以以芯片顶起机构80的中心位置为参考位置，校正芯片调整相机41的位置，实现芯片调整相机41视场中心与芯片顶起机构80对准，芯片调整相机41采集芯片的位置信息，晶圆台10进行X、Y向移动，调整芯片中心与芯片调整相机41视场中心对准。旋转盘31作定角度旋转运动，驱动键合机构32依次旋转至水平相机50前方，检测各键合机构32定角度旋转后吸嘴中心不一致性偏差，记录各吸嘴中心偏差并在拾放芯片时进行位置补偿，以此来校准各键合机构32旋转拾放芯片时吸嘴中心到拾放位置的一致性。
将带有蓝膜和芯片的晶片环装入晶圆台10中，通过电吹风加热和扩膜，使蓝膜绷紧在晶圆台10上，通过校准视觉装置，使键合机构32的吸嘴中心和顶针中心在一条直线上，通过芯片调整相机41对芯片进行拍照，识别芯片在晶圆中的位置数据，计算芯片位置坐标数据，根据芯片位置坐标数据调整晶圆台10带动芯片运动至键合机构32的吸嘴位置上方，可以调整芯片顶起机构80与芯片位置相应，芯片顶起机构80顶起蓝膜将芯片粘性脱开。
晶圆台10面朝下放置，芯片顶起机构80顶起蓝膜将芯片粘性脱开，键合机构32吸嘴和顶针配合通过真空释放拾取芯片，当一个键合机构32拾取芯片后向基料运动时，下一个键合机构32继续旋转到晶圆台10处的芯片位置拾取芯片，使得键合机构32在贴装芯片的同时，其他的键合机构32可以同时拾取芯片，提高芯片的贴装效率。由旋转盘31旋转带动键合机构32吸嘴拾取的芯片运动至水平相机50处时，水平相机50对键合机构32吸嘴拾取的芯片进行拍照，通过对芯片图像的分析处理获取芯片的位置和角度数据，以便在后续工序中通过校准使得芯片的位置和角度数据与基料上芯片贴装位置的坐标数据一致，保证芯片贴装的精确度。
在旋转盘31旋转带动键合机构32吸嘴拾取的芯片运动至基料上方之前，可以通过基料相机42对基料上芯片的待贴装位置进行拍照，通过对芯片图像的分析获取芯片在基料上待贴装的位置和角度数据，再结合通过水平相机50对键合机构32吸嘴拾取的芯片进行拍照分析获取的芯片的位置和角度数据，计算拾取后的芯片的位置和角度、和芯片在基料上待贴装的位置和角度的差值，根据计算的差值在X、Y方向上调节基料台20，校准芯片在基料上待贴装的位置和角度数据，将基料上芯片的贴装位置与键合机构32吸嘴拾取的芯片位置角度相对应，以便键合机构32拾取的芯片运动至基料上时，能够精确地贴装在基料上的待贴装位置，提高芯片贴装的精确度，降低偏差。
当键合机构32拾取的芯片运动至基料上的贴装位置时，继续移动键合机构32使得芯片精准地贴装基料上的贴装位置，即可完成一个芯片的贴装，如此反复地拾取和贴装芯片，直至整个基料全部贴装，再把基料移下基料台20。在芯片的贴装过程中，可以通过上料机构将基料运送至基料台20上方，基料台20可以通过真空吸附基料并对其加热，利于芯片在合适的温度下贴装，保证贴装效果，可以通过点胶装置预先在基料上芯片贴装位置处均匀点胶，提高贴装效率。
通过上述过程和方法，能够精确地将芯片贴装在基料上的贴装位置，提高芯片的贴装精确度，同时也能提高贴装效率，降低贴装偏差。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种芯片贴装装置，其特征在于，包括：
晶圆台，所述晶圆台能够在其所在的平面内移动；
基料台，所述基料台与所述晶圆台平行相对设置，所述基料台能够在其所在的平面内移动；
旋转拾放机构，所述旋转拾放机构设置于所述晶圆台与所述基料台之间，所述旋转拾放机构上设有可活动的键合部，所述键合部能够从所述晶圆台上拾取芯片并将所述芯片贴装在所述基料台上的基料贴装位置；
视觉机构，所述视觉机构设置于所述晶圆台与所述基料台之间，所述视觉机构与所述旋转拾放机构配合，能够识别所述芯片的位置和所述基料台上的所述基料贴装位置。
2.根据权利要求1所述的芯片贴装装置，其特征在于，所述基料台包括：
真空吸附板，所述真空吸附板上设有与吸附真空***相连通的真空孔以吸附所述基料台上的所述基料；
加热板，所述加热板与所述真空吸附板相连且位于所述真空吸附板下侧，所述加热板上设有加热管以能够为所述基料加热。
3.根据权利要求2所述的芯片贴装装置，其特征在于，所述基料台还包括：
隔热板，所述隔热板与所述加热板相连且位于所述加热板下侧；
散热板，所述散热板与所述隔热板相连且位于所述隔热板下侧，所述散热板上设有用于通入高压风的通风孔；
隔热垫，所述隔热垫与所述散热板相连且位于所述散热板下侧。
4.根据权利要求1所述的芯片贴装装置，其特征在于，所述旋转拾放机构包括：
旋转盘，所述旋转盘与驱动机构相连且在所述驱动机构的带动下能够沿其轴向转动，所述键合部形成为至少两对且沿所述旋转盘的周向对称分布的可活动的键合机构，所述键合机构形成有沿所述旋转盘的径向延伸的孔道，所述孔道能够与真空***相连；
当旋转所述旋转盘时，所述键合机构能够运动到所述晶圆台上的所述芯片位置并通过所述键合机构的活动拾取所述芯片，当所述键合机构带着所述芯片运动到所述基料台上的所述基料贴装位置所述键合机构能够释放所述芯片并将其贴装。
5.根据权利要求4所述的芯片贴装装置，其特征在于，所述旋转拾放机构还包括：
旋转轴，所述旋转轴一端与所述旋转盘相连；
轴承和轴承座，所述轴承座与所述装置机架相连，所述轴承安装在所述轴承座上，所述旋转轴的另一端穿过所述轴承与所述驱动机构相连。
6.根据权利要求5所述的芯片贴装装置，其特征在于，还包括：
水平相机，所述水平相机与所述轴承座相连，转动所述旋转盘时，所述键合机构转到与所述水平相机相应位置时所述水平相机能够得到所述键合机构上的芯片位置图像。
7.根据权利要求4所述的芯片贴装装置，其特征在于，所述视觉机构包括：
芯片调整相机，所述芯片调整相机设在所述旋转盘的一侧与所述旋转盘相配合，所述芯片调整相机能够得到所述晶圆台的位置信息，当所述键合机构拾取所述芯片时所述芯片调整相机能够得到所述芯片的位置信息；
基料相机，所述基料相机设在所述芯片调整相机正下方，所述基料相机能够得到所述芯片在所述基料台上的所述基料贴装位置。
8.根据权利要求7所述的芯片贴装装置，其特征在于，所述芯片调整相机包括：芯片反射镜和芯片镜头，所述芯片反射镜安装在芯片反射镜底座上，所述芯片镜头与所述芯片反射镜底座相连，所述芯片反射镜能够将所述晶圆台及所述键合机构上拾取的所述芯片的位置信息反射至所述芯片镜头；
所述基料相机包括：基料反射镜和基料镜头，所述基料反射镜安装在基料反射镜底座上，所述基料镜头与所述基料反射镜底座相连，所述基料反射镜能够将所述芯片在所述基料台上的所述基料贴装位置反射至所述基料镜头。
9.根据权利要求4所述的芯片贴装装置，其特征在于，所述视觉机构还包括：
平移台，所述平移台设在所述装置机架上，所述芯片调整相机和所述基料相机分别设在所述平移台上。
10.根据权利要求9所述的芯片贴装装置，其特征在于，所述视觉机构还包括：
两个相机夹持座和两个相机固定座，所述相机固定座与所述平移台相连，所述相机夹持座分别与相应的所述相机固定座相连，所述芯片调整相机和所述基料相机分别夹持在相应的所述相机夹持座上。
11.根据权利要求4所述的芯片贴装装置，其特征在于，还包括：
顶起机构，所述顶起机构设在所述晶圆台的上方且能够活动以顶起所述晶圆台上的所述芯片。
12.根据权利要求11所述的芯片贴装装置，其特征在于，还包括：
视觉检测机构，所述视觉检测机构包括两个对准相机，两个所述对准相机分别设置在所述顶起机构与所述旋转拾放机构之间与所述晶圆台平行的平面上，转动所述旋转盘时所述键合机构的轴线能够与两个所述对准相机镜头的轴线互相垂直。
13.根据权利要求1所述的芯片贴装装置，其特征在于，还包括：
点胶机构，所述点胶机构包括至少两个能够活动的点胶头，所述点胶头分别设置在所述基料台的两端以能够向所述基料台上的所述基料贴装位置点胶。
14.一种芯片贴装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、标定芯片贴装装置相应零部件的位置；
S2、将所述芯片放置于所述贴装装置的相应位置，获取所述芯片的位置数据并对所述芯片的位置进行校准；
S3、拾取所述芯片并获取拾取后所述芯片的位置和角度数据；
S4、获取所述芯片在基料上待贴装的位置和角度数据，根据拾取后所述芯片和所述芯片在基料上待贴装的位置和角度数据计算所述芯片和所述芯片在基料上待贴装的位置和角度的差值，根据所述差值校正所述芯片在基料上待贴装的位置和角度数据，获取所述芯片在基料上待贴装位置的精确坐标数据，将所述芯片贴装在所述基料上的待贴装位置。
15.根据权利要求14所述的芯片贴装方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述芯片贴装前对所述基料加热并在所述基料上的待贴装位置点胶。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Guo Junwei Inventor after: Ye Lezhi Inventor after: Wang Junshuai Inventor after: Lang Ping Inventor after: Xu Pinlie Inventor after: Cui Jie Inventor after: Huo Jie Inventor after: Zhou Qizhou Inventor before: Ye Lezhi Inventor before: Wang Junshuai Inventor before: Lang Ping Inventor before: Xu Pinlie Inventor before: Cui Jie Inventor before: Huo Jie Inventor before: Zhou Qizhou |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180612 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |