CN116313993A - 一种供晶装置及实时矫正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供晶装置及实时矫正方法，供晶装置包括晶台机构和顶针机构，晶台机构包括晶圆台，晶圆盘和控制晶圆台在x、y方向上移动的轨道；顶针机构包括顶针座、顶针帽、顶针和弹性元件，顶针滑动于顶针座内，且弹性元件两端分别连接顶针和顶针座。本发明还提出了一种实时矫正方法，可以实现当芯片和顶针以及取晶吸嘴不同心时，实时矫正晶圆台位置，以防芯片不在顶针正中心引起顶起芯片时的侧翻问题。以此方式提高了固晶机固晶的准确度，从而提高固晶机的质量。

Description

一种供晶装置及实时矫正方法

技术领域

本发明涉及固晶设备技术领域，尤其是涉及一种供晶装置及实时矫正方法。

技术背景

随着技术的不断发展，半导体产品的制造工艺也在不断升级。我国半导体产业正在飞速发展，而封装技术则是影响半导体产业发展的非常重要的一个环节，固晶机是封装技术的一种重要设备。

影响固晶机封装贴片效率的因素有很多，其中提供芯片环节是固晶机中很重要的一个步骤，也是关乎固晶机精度的一个环节，稍微有一点偏差都可能导致一整个框架的产品不合格，浪费原料和时间精力。于是在供晶环节需要可以非常精细调节的供晶装置，且供晶装置需要提供良好的矫正能力，以保证芯片在被取出时有正确的角度和姿态，不会出现侧翻情况，并保证芯片被迅速的顶起，以提高固晶效率(CN202211447975.X)。目前的供晶装置是通过对晶圆盘整体拍照，并提前设置好芯片之间的间距，合格的芯片直接移动到预设位置进行取片，不会进行实时的检测和矫正，而是按照拍好的图像作为标准，晶台机构采取以芯片间的距离作为步距移动，而实际过程中晶台机构可能会因为移动距离出现偏差而导致累计误差，又或者因为晶圆胶膜在扩片时热胀冷缩造成芯片移动，这些因素可能会导致顶针芯片，和取晶的吸嘴同心度有偏差，从而将引起晶片侧翻，导致贴装精度不足。

发明内容

本发明针对以上指出的不足，提出了一种供晶装置，该供晶装置包括顶针机构和稳固的晶台机构，通过顶针和吸嘴配合，并通过实时的矫正方法，可以保证芯片，顶针，和吸嘴同心度偏差时及时纠正，贴片精度得到提升。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种供晶装置，包括视觉定位机构、顶针机构、晶台机构和控制器；视觉定位机构位于晶台机构上方，顶针机构位于晶台机构中，晶台机构围绕顶针机构旋转或者平移。

进一步地，所述顶针机构包括顶针座、顶针和弹性元件，所述顶针滑动于顶针座中，弹性元件两端分别连接顶针和顶针座。

进一步地，所述晶台机构包括晶圆盘、可拆卸的晶圆台、电机和控制晶圆台x、y方向上移动的轨道；所述x、y方向的轨道互相垂直，安装于晶圆台下方，晶圆盘位于晶圆台上方；晶圆台设有安装晶圆盘的凹槽；所述电机包括旋转电机和步进电机，晶圆台与电机连接，电机与控制器连接。

进一步地，所述晶圆盘上设有胶膜，胶膜下表面外周黏附于晶圆盘上，胶膜上表面设有晶圆。

进一步地，所述视觉定位机构包括相机、光源；相机固定于所述晶台机构的上方，相机的镜头正对晶台机构的晶圆盘，镜头平面和晶圆盘平面平行，光源安装于相机的一侧；

所述控制器为计算机，所述相机与控制器连接。

进一步地，所述弹性元件为弹簧、弹力绳或者弹片的至少一种。

进一步地，所述顶针机构包括凸轮、连杆、第一连接座、第二连接座和套筒，所述凸轮与电机动力输出端连接，所述凸轮位于第二连接座下方与连杆一端连接；所述连杆另一端依次穿过第二连接座和第一连接座的轴心，连杆的另一端连接顶针座；所述套筒围绕连杆外周固定于第一连接座上。

进一步地，所述顶针机构的电机、晶台机构的旋转电机和步进电机都与所述控制器连接。

进一步地，所述顶针机构还包括顶针帽，顶针帽旋紧固定于所述套筒内，顶针帽最上方留有顶针孔位。

实现所述的供晶装置的实时矫正方法，包括以下步骤：

视觉定位机构拍照获取晶圆盘的图像，并在晶圆盘中选取一点作为基点，作为预设基点坐标；

视觉定位机构实时拍摄生产图像，将生产图像中基点的实际位置坐标与预设基点坐标进行比较，若坐标不相同，则计算预设基点坐标与实际位置坐标的偏移量；

根据偏移量和相应部件的初始位置计算相应部件的实际位置，电机根据实际位置进行相应部的矫正。

与现有技术相比，本发明其有益效果在于：

1.在本供晶装置中，顶针座带动顶针上升下降，使得顶针接触芯片底部的胶膜，并通过一瞬间的加速刺穿胶膜，使得顶针可以接触芯片的下表面，此时负责吸取芯片的吸嘴也会同时到达芯片的上表面，吸嘴和顶针采取同步上抬的方式，由于顶针和顶针座之间有弹性元件，顶针会有向上和向下的弹力，顶针座固定，弹性元件得到收缩，从而顶针会对芯片有缓冲作用，不会由于压力过大而将芯片损毁。

2.当顶针、芯片和视觉定位机构镜头之间同心度有偏差时，实时矫正***会通过移动晶圆台，使之到达正确的位置，再进行取片操作，以防顶针顶起芯片的非中心位置而引起芯片的侧翻。也可以保证吸嘴可以正确的吸取芯片，而不是芯片的侧面由于受力不均匀导致芯片被刮花。且矫正***是取片过程中按照实际位置与预设位置的偏差作为依据，如果有偏差会立即纠正，降低了累计偏差的可能性，从而提高了固晶的质量。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面将对实施例或者现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，下面描述的图仅仅是发明的一些实施例，对于固晶机封装领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例供晶装置的结构图；

图2为本发明实施例供晶装置的***图；

图3为本发明实施例顶针结构图；

图4为本发明实施例顶针部分内部结构图；

图5为本发明实施例的取片顶片动作示意图；

图6为本发明实施例的实时矫正流程；

附图标记说明：

1.晶台机构；11.晶圆台；12.晶台y向轨道；13.晶台x向轨道；14.晶圆盘；15.晶圆；2.顶针机构；21.电机；22.顶针帽；23.顶针；24.顶针座；25.连杆；26.弹性元件；27.套筒；28.第一连接座；29.第二连接座；3.吸嘴；4.视觉定位机构；5.镜头；6.芯片。

具体实施方式

为使得本申请实施例的目的，技术方案和优点更加清楚，接下来将结合本发明的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实例。基于本发明中的实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本发明保护的范围。

如图1-图5所示，本申请实施例在第一方面提出了一种供晶装置，用于吸嘴3从晶圆15上取出芯片6，从而将芯片贴装在框架上，其包括晶台机构1、顶针机构2、控制器和视觉定位机构4，视觉定位机构4位于晶台机构1正上方，顶针机构2位于晶台机构1中间位置固定，晶台机构1可围绕顶针机构2旋转或者平移。视觉定位机构4主要起辅助定位作用，吸嘴3则主要是吸取顶针机构2顶出的芯片6；

顶针机构2包括顶顶针座24、顶针23和弹性元件26，所述顶针23滑动于顶针座24，弹性元件26两端连接顶针23和顶针座24。顶针23会在弹性元件26由于弹力的作用上移和下降，从而实现顶针23的顶出和下降。

晶台机构1包括晶圆台11、晶台y向轨道12、晶台x向轨道13、晶圆盘14和晶圆15。晶圆台11上可以放置可拆卸的晶圆盘14，晶圆盘14上贴有附着在胶膜上的晶圆15(所述晶圆盘上设有胶膜，胶膜下表面外周黏附于晶圆盘上，胶膜上表面设有晶圆，且晶圆已经过划片工艺成为单独的芯片，附着晶圆的胶膜贴在晶圆盘之上，并可进行更换)，通过在晶圆台11卡槽旋转安装晶圆盘14；晶圆盘14需要锁紧于晶圆台11上，以防止在晶圆台11频繁移动中造成晶圆盘14的移动，从而导致芯片位置有所偏差。晶台x向轨道和晶台y向轨道垂直安装，控制晶圆台11的移动，由于顶针机构2是固定的，所以需要晶圆台11不断的位移，实现不同区域的芯片6到达顶针23的正上方，完成芯片的供送。晶圆台11底部连接旋转电机，控制晶圆台11的旋转，由于不能保证芯片6每次都以正确的角度被吸取，所以需要通过调整晶圆台11的角度来间接调整芯片6的角度。

基于上，如图2和图5所示，在本供晶装置中，视觉定位机构4的镜头5首先会先获取局部晶圆15的图片，并分析图像信息，识别到一颗合规的芯片6，并将芯片6的位置信息发送给计算机即所述的控制器，计算机处理信息，并会将信息发送给晶台机构，此信息为晶台机构在x方向和y方向上需要移动的偏移值，以让芯片6可以到达顶针23的正上方。取片过程中，吸嘴3将会到达顶针23的正上方并与顶针23保持同心度一致，顶针座24会带动顶针23上升，使得顶针23接触芯片6的下表面，并顶起芯片6，此时附着在芯片6下方的胶膜会***，吸嘴3会上移，由于顶针23和顶针座24之间连接有弹性元件26，吸嘴4和顶针23同步上移，弹性元件26发生弹性形变，而顶针座24不动，弹性元件26有收缩的趋势，在顶针23顶起晶片6时，弹性元件的收缩保证顶针23与晶片6下表面之间的力不会过大，顶针23和吸嘴3同步上抬，与晶片6上表面之间不会有过大的力，同步上抬可以减缓顶针23对芯片6以及吸嘴3对芯片6的力的作用，以防用力过大使得芯片6炸裂损毁。

直至吸嘴3将待取芯片6取走，顶针23收缩到顶针帽22之下，以防晶圆盘14移动顶针23还在顶针帽22之上划破蓝膜。晶圆盘移动到下一个位置，顶针23继续重复之前动作，以此循环。

在一些优选的实施例中，所述吸嘴3是通过摇臂转塔式结构连接或者直驱式组件连接。不论是哪种方式连接，吸嘴3都与组件的固定部分之间可以弹性移动，可以保证顶针23在上移时，吸嘴3由于弹力作用同步上移，此方式可以通过已知结构来实现，此处不做赘述。

如图5所示，顶针23将芯片6顶起时，胶膜会***，会产生一个张力F1，张力F1作用于芯片6的下表面，方向垂直芯片6下表面向下，即F1的方向和顶针23向下的方向重合；同时吸嘴3接触芯片6上表面会对芯片6上表面有接触的压力F2，方向垂直于上表面向下，而顶针23上移时会由弹性元件26有向上的弹力F3，且沿着顶针23的方向向上，为了保证取片的稳定性，需要力的平衡，F3＝F1+F2；但在一般情况下，胶膜的张力远远小于F2，F3，可以忽略不记，因此需要F3＝F2；因此需要顶针23有弹性元件26，且吸嘴3与固定部分的连接也有弹性器件。以保证取片时，芯片6不会晃动，稳定被取出，如果只有顶针23一方面有弹性元件，而吸嘴3是固定，则只能通过位移来吸取芯片6，对芯片6的作用力过大，F2远远大于F3，芯片6直接被撞毁。

在一些实施例中，如图4所示的弹性元件26包括弹力绳，弹力片和弹簧的一种，其中弹簧和弹力绳可以提供稳定的弹力，而吸嘴3与固定部分的连接还可能会用到音圈电机21，通过电流控制吸嘴3的压力，从而达到与弹簧类似的作用。关于吸嘴3的连接件可以通过现有的技术实现，此处不便赘述。

在一些实施例中，如图3所示，顶针机构2还包括电机21、凸轮、连杆25、第一连接座28和第二连接座29，和套筒27，所述的电机21动力输出端连接凸轮，电机21转动，凸轮半径会按规律。所述连杆25的一端连接第一连接座28，所述连杆25的另一端连接顶针座24。所述的第一连接座28和第二连接座29同轴连接，套筒27围绕连杆25外周固定。

具体地，电机21在驱动凸轮转动，凸轮的旋转导致半径变化，引起连杆25在第一连接座28和第二连接座29内上下运动，连杆25上端连接的顶针座24，顶针座24内的弹性元件26由于连杆25带动而动作，从而实现顶针23上下移动。

在一些实施例中，如图3所示，顶针机构2还包括顶针帽22，套筒27，顶针帽22上有顶针23出入孔，顶针帽22平面与晶圆胶膜密切接触，需要非常平整的平面，从而保证顶针23上局部晶圆15附着的蓝膜平整，以防造成芯片6的侧翻，套筒27围绕连杆外周固定，顶针帽23可通过旋转锁紧在套筒27中，作为活动组件以实现顶针23的更换。

作为另一种实施例，还可采用磁性相斥的方式固定顶针23，在顶针座24上布置磁铁，并且在顶针23上也安装磁铁，通过布置两个磁铁的位置以及设计两个磁铁的形状，调节顶针23的姿势，使顶针23可以成功顶起芯片，且使得顶针23相对于顶针座24下移；通过磁性相斥的方式，可以方便在顶针座24上拆装顶针23。上述的方式或者结构可以通过现有的相关的技术进行实现，此处便不做赘述。

由于固晶机需要非常精确的将晶圆盘14上的芯片6吸取上来，并贴装到相应的芯片框架上，这对供晶装置的精确度有着很严格的要求。本发明公开了一种供晶装置及实时矫正方法，本实施例提供一种实时的矫正方法，如图6所示，包括以下步骤：

S1、摄像机构拍照，获取晶圆盘14的图像，并在晶圆盘14中选取一点作为基点，并记录其坐标，作为预设基点坐标；

S2、在实际生产过程中摄像机构不断地拍照，获取图像，并比较预设基点的实际位置和初始位置信息；若相同，则表示机台未发生明显偏移，可以不进行其他操作；若不相同，需要计算初始位置和实际位置的偏移量；

S3、根据偏移量，通过其他部件(顶针或者晶圆台或者芯片等)的初始位置可以计算其他部件的实际位置。

具体地：在s1步骤中，在摄像机构拍完照片，需要在图像上标定一坐标系，一般以图像中心作为原点，以原点生成xy轴坐标系。

在图像中记录预设基点的坐标，此预设基点是提前标志在晶圆盘14上的，可以标志在晶圆盘14的任意位置处，且基点不一定为某一点，也可以是一个特殊芯片，一个图案，或者带有一定形状的特殊标志，且基点可以不止一个。

可以理解的，预设基点设置在晶圆盘14上，而晶圆盘14相对晶台机构1是固定的，如果预设基点在图像中的实际位置和初始位置有偏差，则代表晶台机构1出现了偏差，如果继续按照实际坐标进行取片，会导致取片失败。

在一具体实施例中，晶圆盘14上设置有墨点芯片，可以根据墨点芯片作为预设基点，该墨点芯片可以被摄像机构识取到。预设基点如果是一个点，那么可以建立只有xy轴的二维坐标系；若预设基点是一个图案或者芯片，则可以建立除xy轴还有角度θ的三维坐标系，标定预设基点的初始坐标为(x，y，θ)，通过图案上的两个点坐标即可计算出角度。因此还可以通过该方式判断机台角度是否发生偏移，从而进行矫正，使得取片固晶更加准确。

进一步地，在步骤s2中，摄像机构会获取实际生产过程中的晶圆盘14图像，从而获取到预设基点，在实际生产过程中的预设基点坐标会有一个实际位置，比较该实际位置和初始位置，计算偏移量。可以理解在建立的坐标系不同，偏移量的计算方式也不同；

若建立的是二维坐标系，且预设基点坐标的初始位置是(x0，y0)，实际生产过程中，生产图像中基点的实际位置坐标是(x1，y1)，那么偏移量(X，Y)为：

X＝x1-x0；

Y＝y1-y0；

其中坐标有正有负，在坐标系中代表不同的方向，但是x作为偏移值，则表示相对于坐标轴所移动的距离，始终为正；若基点是一个图案，那么还需要根据图案上的两个点坐标，确定角度，所以计算的偏移量还包括角度。

步骤s2中，如果计算得出偏移量为0，即生产图像中基点的实际位置坐标与预设基点坐标相同，那么可以继续正常生产；

进一步地，步骤s3中，可以根据预设基点的位置偏移判断机台其他部件出现了偏移，例如，如果墨点芯片出现了偏移，那么位于顶针23上方的芯片6也出现偏移，且偏移量是一致的，由于一开始图像中确定了坐标系，顶针23上方的芯片6也有初始位置，根据生产图像中基点的实际位置坐标与预设基点坐标(初始位置)的偏移量，则可计算出该芯片6的实际位置，同理也可以确定晶圆台11的偏移量，只需要将晶圆台11移动偏移量所包括的数值，则可以恢复到正确的位置。

可以理解的，上述所提到的所有计算都是计算机进行的，包括摄像机构获取到的图像也上传至计算机进行处理，由计算机处理过后，再将具体的偏移值发送给连接的电机21，由电机21控制晶圆台11移动相应距离。从而实现矫正。

且在步骤s1之前，将相机中心、顶针23上方芯片6中心、顶针23中心调整成为三者同心度一致，由于生产过程中会因为机台可能存在的累计行程误差，所以需要在实际生产过程中进行检测，以免顶针23上方芯片6和相机，顶针23中心的同心度不一致，导致芯片6侧翻，顶片失败。实时矫正方法保证了在取片过程中只需要检查预设基点的实际位置和初始位置是否一致从而进行矫正，此方法在保证取片成功的同时，节约了时间，提高了效率。

应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。

应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在......上”“在......以上”和“在......之上”，以使得“在......上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上且其间具有中间特征或层的含义，并且“在......以上”或者“在......之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即直接处于某物上)的含义。

此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包括除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向(旋转90度或者处于其他取向上)，并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包括，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种供晶装置，其特征在于，包括视觉定位机构、顶针机构、晶台机构和控制器；视觉定位机构位于晶台机构上方，顶针机构位于晶台机构中，晶台机构围绕顶针机构旋转或者平移。

2.如权利要求1所述的供晶装置，其特征在于，所述顶针机构包括顶针座、顶针和弹性元件，所述顶针滑动于顶针座中，弹性元件两端分别连接顶针和顶针座。

3.如权利要求1所述的供晶装置，其特征在于，所述晶台机构包括晶圆盘、可拆卸的晶圆台、电机和控制晶圆台x、y方向上移动的轨道；所述x、y方向的轨道互相垂直，安装于晶圆台下方，晶圆盘位于晶圆台上方；晶圆台设有安装晶圆盘的凹槽；所述电机包括旋转电机和步进电机，晶圆台与电机连接，电机与控制器连接。

4.如权利要求3所述的供晶装置，其特征在于，所述晶圆盘上设有胶膜，胶膜下表面外周黏附于晶圆盘上，胶膜上表面设有晶圆。

5.如权利要求1所述的供晶装置，其特征在于，所述视觉定位机构包括相机、光源；相机固定于所述晶台机构的上方，相机的镜头正对晶台机构的晶圆盘，镜头平面和晶圆盘平面平行，光源安装于相机的一侧；

所述控制器为计算机，所述相机与控制器连接。

6.如权利要求2所述的供晶装置，其特征在于，所述弹性元件为弹簧、弹力绳或者弹片的至少一种。

7.如权利要求1所述的供晶装置，其特征在于，所述顶针机构包括凸轮、连杆、第一连接座、第二连接座和套筒，所述凸轮与电机动力输出端连接，所述凸轮位于第二连接座下方与连杆一端连接；所述连杆另一端依次穿过第二连接座和第一连接座的轴心，连杆的另一端连接顶针座；所述套筒围绕连杆外周固定于第一连接座上。

8.如权利要求1～7任一项所述的供晶装置，其特征在于，所述顶针机构的电机、晶台机构的旋转电机和步进电机都与所述控制器连接。

9.如权利要求8所述的供晶装置，其特征在于，所述顶针机构还包括顶针帽，顶针帽旋紧固定于所述套筒内，顶针帽最上方留有顶针孔位。

10.实现权利要求9所述的供晶装置的实时矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：

视觉定位机构拍照获取晶圆盘的图像，并在晶圆盘中选取一点作为基点，作为预设基点坐标；

视觉定位机构实时拍摄生产图像，将生产图像中基点的实际位置坐标与预设基点坐标进行比较，若坐标不相同，则计算预设基点坐标与实际位置坐标的偏移量；

根据偏移量和相应部件的初始位置计算相应部件的实际位置，电机根据实际位置进行相应部的矫正。

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