DE10109009A1 - Bonder - Google Patents
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Abstract
Die neuartige Erfindung bezieht sich auf einen Bonder für Bauelemente mit kleinen Abmessungen mit einer Transfereinrichtung zum Übertragen der Bauelemente von einer Pick-up- oder Aufnahmeposition an ein an der Bond-Position bereitstehendes Bauteil sowie zum lagegenauen Positionieren und Bonden auf diesem Bauteil.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Bonder gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
Bekannt sind Transfervorrichtungen oder Bonder insbesondere auch als sogenannte
Chip- oder Die-Bonder (DE 195 10 230 C2), mit denen erste Bauelemente,
beispielsweise Halbleiterchips an einer Aufnahmeposition von einem Pick-Up-Element
erfaßt und von diesem Pick-Up-Element an einer Bondposition auf einem dort
bereitstehenden Bauteil, beispielsweise auf einem zweiten Bauelement, einem Substrat
oder einer Baugruppe oder beispielsweise in einem Lead-Frame durch Bonden fixiert
werden. Speziell bei extrem kleinen Bauelementen ist bei diesem Transfer und Bonden
eine hohe Genauigkeit erforderlich, und zwar insbesondere hinsichtlich Lage und
Orientierung der ersten Bauelemente Ablegen und Bonden. Bei der bekannten
Vorrichtung weist die Transfereinrichtung einen Doppelarm auf, der in der Mitte um
eine vertikale Achse schwenkbar gelagert ist und beidendig jeweils ein Pick-Up-
Element besitzt, so daß bei jedem Schwenken des Armes um 180° ein von einem Pick-
Up-Element an der Aufnahmeposition aufgenommenes erstes Bauelement an die
Bondposition gelangt. Durch die Anbringung der Pick-Up-Elemente jeweils an einem
Teilarm des Doppelarmes ist die Möglichkeit geschaffen, die Bauelemente,
beispielsweise einen diese Bauelemente oder Chip aufweisenden Wafer an der
Aufnahmeposition an einem X-Y-Tisch vorzusehen und diesen gesteuert so zu
verfahren, daß die einzelnen Bauelemente nacheinander abgenommen werden. In
gleicher Weise ist es dann auch möglich, an der Bondposition ebenfalls einen X-Y-
Tisch vorzusehen, um vor dem eigentlichen Bonden ein Ausrichten in Achsrichtungen
senkrecht zur Schwenkachse (Z-Achse) des doppelarmigen Trägers zu ermöglichen.
Obwohl mit diesen bekannten Bonder beim Bonden sehr hohe Genauigkeiten
bezüglich Positionierung und Orientierung erreicht werden können, sind relativ lange
Wege für die Pick-Up-Elemente erforderlich, was die Leistung, d. h. die Anzahl der
verarbeiteten Bauelemente je Zeiteinheit beeinträchtigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bonder aufzuzeigen, der bei hoher Leistung eine
hohe Genauigkeit hinsichtlich der Positionierung und Orientierung von Bauelementen
beim Bonden gewährleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Bonder entsprechend dem Patentanspruch 1
ausgebildet.
Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Bonders besteht darin, daß die Pick-Up-
Elemente an der Aufnahmeposition und an der Bondposition nur jeweils extrem kleine
Bewegungshübe ausführen müssen, also erste Bauelemente in sehr kurzer Zeit an der
Aufnahmeposition an die Bauelementeaufnahmen des Transportelementes übergeben
und an der Bondposition von den Bauelementeaufnahmen zum Bonden abgenommen
werden können, die Leistung des Bonders beeinträchtigende lange Wege für die Pick-
Up-Elemente also vermieden sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Pick-Up-
Element, beispielsweise das an der Aufnahmeposition vorgesehene Pick-Up-Element
lediglich in einer Achsrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des
Transportelementes bewegbar, und zwar derart, daß mit diesem Pick-Up-Element
durch die zwischen zwei Bauelementeaufnahmen im Transportelement vorgesehene
Ausnehmung oder Öffnung hindurch das jeweilige erstes Bauelement erfaßt und
aufgenommen wird und dieses Bauelement dann auf die nächste, der Ausnehmung
benachbarte Bauelementeaufnahme abgelegt wird.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung
wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 in vereinfachter perspektivischer Teildarstellung eine Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung als Bonder zum hochgenauen Montieren von
kleinsten Bauelementen auf Baugruppen;
Fig. 2 die Vorrichtung der Fig. 1 in schematischer Darstellung und in Draufsicht;
Fig. 3 in vergrößerter Darstellung die Montage- oder Bondposition zusammen mit
einer an dieser Position angeordneten Baugruppe und einem auf die Baugruppe
aufgesetzten Bauelement;
Fig. 4 in schematischer, perspektivischer Darstellung die Aufnahmeposition der
Vorrichtung der Fig. 1;
Fig. 5 in schematischer, perspektivischer Darstellung die Bondposition der
Vorrichtung der Fig. 1;
Fig. 6 eine Darstellung ähnlich der Fig. 2 bei einer weiteren möglichen
Ausführungsform;
Fig. 7 in vereinfachter Darstellung und in Draufsicht ein in eine Baugruppe oder auf
ein Substrat aufgesetztes Bauelement;
Fig. 8 in einer Darstellung ähnlich Fig. 6 eine weitere mögliche Ausführungsform;
Fig. 9-11 in Darstellungen ähnlich Fig. 2 weitere Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Zur besseren Erläuterung sind in den Figuren jeweils die drei senkrecht zueinander
verlaufenden Raumachsen, nämlich die X-Achse, Y-Achse und Z-Achse
wiedergegeben.
Die in den Fig. 1-5 allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient zum
hochgenauen Positionieren und Bonden, d. h. zum hochgenauen Aufsetzen und
Verbinden von "ersten" Bauelementen 2 mit extrem kleinen Abmessungen auf bereits
teilgefertigten Baugruppen 3. Die Bauelemente 2 sind bei der dargestellten
Ausführungsform optische Bauelemente, die mehrere Funktionselemente aufweisen,
beispielsweise Prismen zum Umlenken eines Laserstrahles und Linsen für eine
Strahlkollimierung bzw. -Fokussierung.
Die Baugruppen 3 bestehen bei der dargestellten Ausführungsform aus einem Substrat
4 mit Leiterbahnen, Kontaktflächen usw., auf dem zusätzlich zu optischen
Bauelementen, beispielsweise als Spiegel wirkenden prismenartigen Bauelementen
usw., auch eine Laserdiode 6 vormontiert ist. Das Aufsetzen der Bauelemente 2 und
das Bonden dieser Bauelemente auf der jeweiligen Baugruppe 3 muß hochpräzise
erfolgen, um den gewünschten Verlauf für den Laserstrahl 6' zu erreichen.
Wie die Fig. 2 zeigt, besitzt die Vorrichtung 1 einen Drehteller 7, der mittels eines
hochgenauen Servomotors 8 (Fig. 1) um eine vertikale Vorrichtungsachse angetrieben
ist. Am Drehteller 7 sind über den Tellerumfang radial wegstehende stegartige
Haltearme 9 vorgesehen, die am Tellerumfang jeweils um den Winkelbetrag, der zwei
Drehschritten oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon entspricht, voneinander
beabstandet. Auf den Haltern 9 sind Aufnahmen bzw. Nester 10 gebildet, die in ihrer
Form den Bauelementen 2 angepaßt sind, und zwar derart, daß in jedem Nest 1 ein
Bauelement 2 in einer genau vorgegebenen Orientierung und Lage Platz findet.
Die Bauelemente 2 werden in gegurteter Form an einer Aufnahmeposition 11
zugeführt, d. h. sie befinden sich dort in einer genau definierten Lage und Orientierung
in Aufnahmen eines Gurtes 12. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Gurt
12 synchron mit der Bewegung des Drehtellers 7 radial zur vertikalen Achse (Z-Achse)
dieses Drehtellers zugeführt, und zwar derart, daß dort am Beginn jedes Arbeitstaktes
ein Bauelement 2 zur Aufnahme durch ein dortiges Aufnahme- oder Pick-Up-Element
13 zur Verfügung steht. Letzteres ist von einem Vakuumhalter bzw. einer Vakuum-
Pipette gebildet, die lediglich in vertikaler Richtung, d. h. in der Achsrichtung parallel
zur vertikalen Drehachse des Drehtellers 7 (Z-Achse) durch einen Antrieb 14 (Fig. 1)
zwischen drei Hubstellungen auf- und abbewegbar ist, nämlich zwischen
- - einer oberen Ausgangsstellung, in der sich das untere Ende des Pick-Up-Elementes 13 auf einem Niveau oberhalb der Ebene der Umlaufbahn der Nester 10 befindet,
- - einer unterste Hubstellung, in der sich das untere Ende des Pick-Up-Elementes 1 3 zur Aufnahme jeweils eines Bauelementes 2 auf einem Niveau unterhalb der Bewegungsebene der Nester 10 befindet, und
- - einer dazwischen liegenden Hubstellung, in der sich das untere Ende des Pick-Up- Elementes 13 zur Ablage eines Bauelementes 2 in ein Nest 10 etwa in der Bewegungsebene der Nester 10 befindet.
Die Anordnung ist weiterhin so getroffen, daß sich die Aufnahmeposition 11 unterhalb
der Bewegungsbahn der Halter 9 befindet. Das Pick-Up-Element ist mit seiner
vertikalen Mittelachse auf einem gedachten Kreisbogen um die Drehachse des
Drehtellers 7 angeordnet, der durch die Mitte der Nester 10 hindurchgeht.
Das Pick-Up-Element 13 befindet sich an der Aufnahmeposition 11 unmittelbar über
dem Gurt 12 und wird synchron mit der Drehbewegung des Drehtellers bewegt. In
jedem Arbeitstakt beginnend mit einer Stellung des Drehtellers 7, in der sich kein Nest
10 über der Aufnahmeposition 11 befindet, wird das Pick-Up-Element 13 zunächst in
die unterste Position zur Aufnahme des in dem Gurtes 12 bereitstehenden
Bauelementes 2 bewegt und anschließend zurück in die oberste Position, so daß dann
nach erfolgtem Drehschritt des Drehtellers 7 durch Absenken des Pick-Up-Elementes
13 das betreffende Bauelement 2 in das bereitstehende Nest 10 eingebracht werden
kann. Im Anschluß daran wird das Pick-Up-Element 13 wieder in die oberste Position
bewegt, aus der es in einem neuen Arbeitstakt nach einem weiteren Drehschritt des
Drehtellers 7 wieder zwischen zwei am Umfang des Drehtellers 7 aufeinander
folgende Halter 9 hindurch bis an ein neues, an der Aufnahmeposition 11
bereitstehendes Bauelementes 2 abgesenkt werden kann.
Durch die beschriebene Ausbildung und Arbeitsweise sind für das Pick-Up-Element 13
lediglich kurze Hübe in nur einer Achsrichtung, nämlich in der vertikalen Achse
notwendig, so daß in kurzer Zeit eine Vielzahl von Bauelementen 2 aus dem Gurt 12
in jeweils ein Nest 10 des Drehtellers 7 übertragen werden können.
Mit dem Drehteller 7, der durch den Antrieb 8 bei der für die Fig. 2 gewählten
Darstellung im Uhrzeigersinn (Pfeil A) angetrieben wird, gelangen die Bauelemente 2
an die Bondposition 15, an der jeweils eine Baugruppe 3 in einer genau vorgegebenen
Position und Orientierung bereitsteht. Die Baugruppen 3 sind bei der dargestellten
Ausführungsform in Aufnahmen 16 eines Transportbandes 17 angeordnet, welches
getaktet und mit hoher Genauigkeit in Richtung des Pfeiles B bewegt wird, und zwar
derart, daß dieses Transportband bzw. dessen horizontale Förderrichtung B an der
Bondposition 15 tangential zur kreisförmigen Bewegungsbahn der Halter 9 bzw.
Nester 10 verläuft. Ebenso wie die Aufnahmeposition 11 befindet sich auch die
Bondposition 15 in einer Ebene unterhalb der Ebene der Umlaufbahn der Halter 9 und
Nester 10. An der Bondposition 15 ist ein Pick-Up-Element 18 vorgesehen, welches
bei der dargestellten Ausführungsform als Zange ausgebildet ist und mit dem jedes an
der Bondposition 15 in einem Nest 10 bereitstehende Bauelement 2 aus diesem Nest
entnommen und hochpräzise auf der an der Bondposition 15 bereitstehenden
Baugruppe 3 an einer vorgegebenen Position und in einer vorgegebenen Orientierung
aufgesetzt und solange gehalten wird, bis das Verbinden (Bonden) des Bauelementes 2
mit der Baugruppe 3 in der jeweils gewählten Weise, beispielsweise durch Verkleben,
Verlöten oder Verschweißen unter Verwendung eines Laserstrahls usw. erfolgt ist.
Das Pick-Up-Element 18 ist hierfür an einem Pick-Up-Kopf 19 vorgesehen, der eine
gesteuerte Bewegung des Pick-Up-Elementes 18 nicht nur in der vertikalen Z-Achse,
sondern auch in der X-Achse und der Y-Achse sowie ggf. auch ein Drehen um die Z-
Achse ermöglicht.
- - In vertikaler Richtung (Z-Achse) ist das Pick-Up-Element 18 wiederum im wesentlichen zwischen drei Stellungen bewegbar, und zwar zwischen
- - einer oberen Ausgangsstellung, in der sich das Pick = Up-Element 18 oberhalb der Bewegungsbahn der Nester 10 befindet,
- - einer ersten, abgesenkten Stellung, in der das Pick-Up-Element 18 auf die Nester 10 zum Greifen eines Bauelementes 2 abgesenkt ist, sowie
- - einer dritten Stellung, in der das Pick-Up-Element zum Aufsetzen des Bauelementes 2 auf eine Baugruppe 3 bis auf die Ebene dieser Baugruppen 3 abgesenkt ist.
Im Detail erfolgt die Arbeitsweise so, daß dann, wenn sich ein Nest 10 an der
Bondposition 15 und unterhalb des in die Ausgangsstellung angehobenen Pick-Up-
Elementes 18 befindet, dieses abgesenkt wird, um zwar zum Greifen des Bauelementes
2. Im Anschluß daran wird das Pick-Up-Element 18 wieder angehoben und nach
erfolgtem Drehschritt des Drehtellers 7 auf die Baugruppe 3 abgesenkt, so daß dort
dann das Bauelement 2 in der erforderlichen Positionierung und Ausrichtung
aufgesetzt wird.
Das Entnehmen der Bauelemente 2 aus den Nestern 10 und das Absetzen dieser
Bauelemente auf die jeweilige Baugruppe 3 erfolgt wiederum im wesentlichen nur
durch Hübe des Pick-Up-Elementes 18 in vertikaler Richtung (Z-Achse). Lediglich zum
lagegenauen Ausrichten des jeweiligen Bauelementes 2 vor dem eigentlichen Bonden
erfolgt auch evtl. eine Bewegung des Bauelementes 2 in der X- und/oder Y-Achse
und/oder ein Drehen um die Z-Achse. Die Steuerung hierbei erfolgt durch ein Vision-
System 20, welches im wesentlichen aus wenigstens einer Videokamera und einer mit
dieser zusammenarbeitenden Bildverarbeitung besteht. Dieses Vision-System 20 ist,
wie in der Fig. 3 auch angedeutet, so ausgeführt, daß mit dem System beim Bonden
das von dem Pick-Up-Element 18 gehaltene Bauelement 2, aber auch die Baugruppe 3
erfaßt werden, so daß dann durch entsprechende Ansteuerung des Pick-Up-Kopfes 19
und damit des Pick-Up-Elementes 18 ein Ausrichten des Bauelementes 2 zu
vorgegebenen Markierungen, Kanten usw. an der Baugruppe 3 erfolgen kann
(beispielsweise Kante 21 der Fig. 3). Um die hohe Genauigkeit zu erreichen befindet
sich das Visionsystem mit seiner optischen Achse (Z-Achse) exakt oberhalb der
Bondposition 15 und erfaßt den Arbeitsbereich (Bondposition 15) beim Ablegen und
Bonden durch den Zwischenraum zwischen zwei Trägern 9. Wie dargestellt, ist das
Pick-Up-Element 18 so ausgebildet, daß es schräg aus dem Blickbereich des Vision-
Systems 20 herausgeführt ist und sich auch der Pick-Up-Kopf 19 außerhalb des
Bildbereiches dieses Systems befindet.
Jeder Arbeitstakt der Vorrichtung 1, bei dem an der Pick-Up bzw. Aufnahmeposition
11 Einbauelement 2 mit dem dortigen Pick-Up-Element 13 aus dem Gurt 12
entnommen und in ein Nest 10 eingesetzt wird und bei dem an der Bondposition 15
ein an dem dortigen Pick-Up-Element 18 gehaltenes Bauelement auf eine Baugruppe 3
aufgesetzt und dann für den nächstfolgenden Arbeitstakt ein weiteres Bauelement aus
einem Nest 10 entnommen wird, umfaßt also zwei Phasen und zwei Drehschritte des
Drehtellers 7, wobei in der ersten Phase an der Aufnahmeposition 11 das Aufnehmen
eines Bauelementes 2 aus dem Gurt 12 und gleichzeitig an der Bondposition 15 das
Aufbringen eines Bauelementes 2 auf eine Baugruppe 3 erfolgen und in der zweiten
Phase das Ablegen eines Bauelementes 2 in ein Nest 10 und an der Bondposition das
Entnehmen eines Bauelementes 2 für den nächstfolgenden Arbeitstakt. In jeder Phase
bewegen sich die Pick-Up-Elemente 13 und 18 jeweils aus ihrer oberen Stellung in
eine der unteren Stellungen und wieder zurück in die obere Stellung.
Grundsätzlich besteht natürlich die Möglichkeit, daß die vertikale Bewegung (Z-Achse)
auch des Pick-Up-Elementes 18 durch den Antrieb 14 bewirkt wird. Weiterhin besteht
die Möglichkeit ein Vision-System 22 beispielsweise für die Überwachung der
ordnungsgemäßen Arbeitsweise auch im Bereich der Aufnahmeposition 11 vorzusehen
sowie ein weiteres Vision-System 23 in Drehrichtung A des Drehtellers 7 nach der
Bondposition 15, um beispielsweise die Nester 10 zu überwachen und ein evtl. in
einem Nest 10 verbliebenes Bauelement 2 zu erfassen, und zwar zur Erzeugung einer
Fehlermeldung. Weiterhin kann das Vision-System 22 auch die Funktion des Vision-
Systems 20 übernehmen, wenn im Bereich des Vision-Systems 23 eine Bondposition
gebildet ist, und zwar bei einer anderen Anwendung der Vorrichtung 1.
Der Vorteil der Vorrichtung 1 besteht im wesentlichen darin, daß mit dieser
Vorrichtung 1 mit hoher Leistung die Bauelemente 2 hochpräzise auf den Baugruppen
3 positioniert und gebondet werden. Die hohe Leistung ergibt sich insbesondere
dadurch, daß für die Pick-Up-Elemente 13 und 18 im wesentlichen nur kurze Hübe in
vertikaler Richtung (Z-Achse) notwendig sind und für das Pick-Up-Element 18
zusätzlich lediglich zur Justage in µm-Bereich auch in Richtung der X-Achse sowie Y-
Achse beweglich und ggf. um die Z-Achse drehbar ist, und zwar jeweils um einen
geringen Betrag.
Die Baugruppen 3, die einem Magazin 24 entnommen werden, werden nach dem
Bonden der Bauelemente 2 mit dem Transporteur 17 der weiteren Verarbeitung bzw.
Montage zugeführt. An dem Transporteur 17 befinden sich verschiedenste
Überwachungs- und Meßelemente oder -postionen.
Die Fig. 6 zeigt in vereinfachter Darstellung nochmals die Bondposition 15a bei einer
weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Diese, in
der Fig. 6 allgemein mit 1a bezeichnete Vorrichtung entspricht in ihrer Ausbildung
der Vorrichtung 1, allerdings mit einer etwas anderen Ausbildung der Bondposition
15a. An dieser Position werden mit Hilfe des Pick-Up-Elementes 18 Bauelemente in
Form von Laserdioden 6 auf das Substrat 4 in einer genau vorgegebenen Position
aufgesetzt, und zwar wiederum überwacht durch das Vision-System 20 und orientiert
zu vorgegebenen Referenzpunkten bzw. Kanten 21 auf dem Substrat 4 (Fig. 7). Die
Besonderheit der Ausführung der Fig. 6 besteht darin, daß das Werkzeug bzw. Pick-
Up-Element 18 an einem Werkzeugträger 25 vorgesehen ist, der mit einem Drehlager
26 um die Z-Achse drehbar an einem Arm 27 befestigt ist. Der Arm 27, auf dem auch
ein Sensor 28 zur Messung der Bond-Kraft vorgesehen ist, ist mit einem X/Y-Antrieb
des ansonsten nicht dargestellten Pick-Up-Kopfes für die Bewegung in der X-Achse und
Y-Achse verbunden. Der Träger 25 ist mit einem nicht dargestellten Stellantrieb um die
Z-Achse drehbar. Der Sensor 28 ist beispielsweise ein solcher mit einem Dehnungs-
Meß-Streifen.
Im Träger 25 ist eine mittige Öffnung 29 vorgesehen, durch die das Vision-System 20
sowohl das Substrat 4 als auch das Bauelement, nämlich die Laserdiode 6 erfaßt,
insbesondere auch beim Justieren und Bonden. Das Bonden selbst, d. h. die Bond-
Verbindung zwischen der Laserdiode 6 und dem Substrat 4 erfolgt durch eutektisches
Bonden oder Löten, und zwar unter Verwendung eines Laserstrahls 30, mit dem das
Substrat 4 hierfür partiell erhitzt wird. Selbstverständlich sind auch hier wiederum
andere Verbindungen, beispielsweise Klebeverbindungen möglich.
Die Fig. 8 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform die Bondposition 15b einer
ansonsten nicht näher dargestellten Vorrichtung 1b, mit der Bauelemente in Form
spezieller optischer Elemente 31 auf Baugruppen 3b mit jeweils einer Laserdiode 6
und einem Abstandhalter 32 montiert werden, wobei der Abstandhalter 32 an einer
Fläche 33 als optischer Spiegel ausgebildet ist. Zum Ausrichten und Bonden des
Bauelementes 31, welches auch eine Linse 34 aufweist, die exakt im Strahlengang des
am Spiegel 33 in Richtung der Z-Achse reflektierten Laserstrahls 6' der Laserdiode 6
zentriert werden muß, weist die Bondposition 15b u. a. auch elektrische Kontakte 35
auf, über die die Laserdiode 6 an eine Spannungsquelle anschließbar ist. Mit Hilfe des
Vision-System 20, welches auch den mittels der Linse 34 kollimierten oder fokussierten
Laserstrahl 6' der Laserdiode 6 erfaßt wird das Bauelement 31 so positioniert, daß die
angestrebte optimale Fokussierung bzw. Kollimierung dieses Laserstrahls erreicht ist.
Anstelle des Pick-Up-Elementes 18 ist ein Pick-Up-Element 18b verwendet, welches als
Vakuumhalter ausgeführt ist und aus einem lichtdurchlässigen Material, beispielsweise
aus Glas besteht, so daß auf jeden Fall der durch die Linse 34 hindurchtretende
Laserstrahl 6' von dem Vision-System 20 erfaßt werden kann. Im Strahlengang dieses
Laserstrahls 6' ist bei der dargestellten Ausführungsform weiterhin ein halb
durchlässiger Spiegel 36 vorgesehen, über den ein äußerer Laserstrahl 36 eines seitlich
angeordneten Lasers auf den Abstandhalter 32 gerichtet werden kann, um durch
Erhitzen dieses Abstandhalters 32 eine eutektische Bondverbindung herzustellen oder
aber einen für diese Bondverbindung verwendeten Kleber auszuhärten usw.
Die Fig. 9 und 10 zeigen sehr schematisch eine Vorrichtung 1c, die sich von der
Vorrichtung 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß die Aufnahmeposition 11c
und die Bondposition 15c bezüglich der vertikalen Drehachse des Drehtellers 7
einander diametral gegenüberliegend vorgesehen sind, daß anstelle der in gegurteter
Form zugeführten Bauelemente 2 von einem Wafer 38 durch Abtrennen erhaltene
Chips 38 verarbeitet bzw. auf den an der Bondposition 15 vorbeibewegten Substraten
4 gebondet werden, und daß anstelle des Vision-Systems 20 das Vision-System 23 an
der Bondposition 15c das Absetzen der Chips 38 auf die Substrate 4 und das dortige
Bonden überwacht und das vorgesehene Pick-Up-Element in der erforderlichen Weise
steuert. Um die von dem Wafer 37 gebildeten Chips nacheinander abzuarbeiten, ist
der Wafer 37 an der Aufnahmeposition 11c auf einem X-Y-Tisch angeordnet, der durch
das dortige Vision-System 22 in der erforderlichen Weise derart gesteuert wird, daß
exakt immer ein Chip 38 mittig von dem Pick-Up-Element erfaßt wird.
Die Fig. 9 und 10 zeigen die oben erwähnten beiden Phasen eines Arbeitstaktes,
d. h. die Fig. 9 die Phase zum Aufnehmen eines Chips 38 an der Aufnahmeposition
11c und zum Absetzen eines Chips 38 auf ein Substrat 4 an der Bondposition 15c bzw.
die Fig. 10 das Ablegen eines Chips 38 an der Aufnahmeposition 11c in ein Nest 10
eines Halters 9 bzw. das Entnehmen eines Chips 38 aus einem Nest 10 an der
Bondposition 15c.
Während die Fig. 9 und 10 also einen Wafer/Substrat-Bonder zeigen, zeigt die Fig.
11 als weitere mögliche Ausführungsform eine Vorrichtung 1d, die ähnlich der
Vorrichtung 1c ausgebildet ist, allerdings als Wafer/Wafer-Bonder, bei dem die Chips
38 des Wafers 37 an der Aufnahmeposition 11d jeweils auf Chips 38 eines Wafers 40
an der Bondposition 15d lagegenau aufgesetzt und gebondet werden. Bei dieser
Ausführung befindet sich der Wafer 40 ebenfalls an einem X-Y-Tisch, der durch das
Vision-System 23 exakt gesteuert wird, wobei das an der Bondposition 15d
vorhandene Pick-Up-Element vorzugsweise ebenfalls eine Justagebewegung in der X-
Achse und Y-Achse ausführt, gegebenenfalls auch eine Justage-Drehbewegung um die
Z-Achse. Die Justage-Bewegungen sowie auch die Bewegungen des X-Y-Tisches für
den Wafer 40 sind durch das Vision-System 22 bzw. 23 gesteuert.
Die Erfindung wurde voranstehend an verschiedenen Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich
sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke verlassen wird.
so sind beispielsweise anstelle der beschriebenen Pick-Up-Elemente auch andere,
geeignete Werkzeuge verwendbar, die dann beispielsweise als Greifzangen, Vakuum-
Halter usw. ausgeführt sind.
Weiterhin können anstelle des in der Fig. 8 beschriebenen aktiven Justageverfahrens,
bei dem über das Vision-System 20 der Laserstrahl 6' der auf dem Substrat 4 bereits
montierten Laserdiode 6 überwacht wird, auch andere Maßnahmen für die aktive
Justage des Bauelementes 31 verwendet sein, beispielsweise optisch wirksame
Strukturen oder Flächen an dem Bauelement, die bei unterschiedlicher Positionierung
des Bauelementes 1 eine unterschiedliche Sicht des von dem Laserdiode 6 gelieferten
Laserstrahles usw. bewirken.
1
,
1
a,
1
b,
1
c,
1
d Vorrichtung
2
Bauelement
3
,
3
b Baugruppe
4
Substrat
5
Abstandhalter
6
Laserdiode
6
' Laserstrahl
7
Drehteller
8
Drehtellerschrittantrieb
9
Halter
10
Nest
11
,
11
c,
11
d Pick-Up- oder Aufnahmeposition
12
Gurt
13
Pick-Up-Element
14
Antrieb
15
,
15
a,
15
b,
15
c,
15
d Bondposition
16
Aufnahme für Baugruppen
17
Transporteur
18
,
18
a,
18
b Pick-Up-Element
19
Pick-Up-Kopf
20
Vision-System
21
Kante oder Bezugspunkt
22
,
23
Vision-System
24
Magazin
25
Werkzeugträger
26
Drehlager
27
Haltearm
28
Kraftsensor
29
Öffnung
30
Laserstrahl
31
Bauelement
32
Abstandhalter
33
Spiegelfläche
34
Linse
35
Kontakt
36
Laserstrahl
37
Wafer
38
Chip
39
Chip
40
Wafer
Claims (18)
1. Bonder für Bauelemente (2, 6, 31, 38) mit kleinen Abmessungen mit einer
Transfereinrichtung (7, 13, 18, 18a, 18b) zum Übertragen der Bauelemente (2) von
einer Pick-Up oder Aufnahmeposition (11, 11c, 11d)) an ein an einer Bond-Position
(15, 15a, 15b, 15c, 15d) bereitstehendes Bauteil (3, 3b, 4, 39) sowie zum
lagegenauen Positionieren und Bonden auf diesem Bauteil, dadurch
gekennzeichnet, daß die Transfereinrichtung von einem in einer Transportrichtung
(A) getaktet angetriebenen Transportelement (7) und mit in Transportrichtung (A)
aufeinanderfolgenden Aufnahmen (10) für die Bauelemente (2, 6, 31, 38) sowie von
Pick-Up-Elementen (13, 18, 18a, 18b) an der Aufnahmeposition (11, 11c, 11d) und
an der Bond-Position (15, 15a, 15b, 15c, 15d) gebildet ist, daß zwischen den
Aufnahmen (10) für die Bauelemente (2, 6, 31, 38) am Transportelement (7)
Öffnungen vorgesehen sind, und daß wenigstens ein Pick-Up-Element (13, 18, 18a,
18b) in einer Achsrichtung (Z-Achse) senkrecht zur Förderrichtung (A) zwischen
einer Ausgangsposition an einer Seite der Bewegungsbahn der Aufnahmen (10) für
die Bauelemente (2, 6, 31, 38) in die Aufnahmeposition (11, 11c, 11d) oder
Bondposition (15, 15a, 15b, 15c, 15d) an der gegenüberliegenden Seite der
Bewegungsbahn der Aufnahmen (10) für die Bauelemente (2, 6, 31, 38) sowie auch
an die Aufnahmen (10) für die Bauelemente (2, 6, 31, 38) heran bewegbar ist.
2. Bonder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Pick-
Up-Element (13) ausschließlich in der einen Achsrichtung (Z-Achse) bewegbar ist.
3. Bonder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine
Achsrichtung (Z-Achse) die vertikale Achse ist.
4. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Transportelement ein um eine Achse parallel zu der einen Achsrichtung (Z-
Achse) getaktet umlaufend angetriebener Drehteller (7) ist.
5. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Aufnahmen (10) für die Bauelemente (2, 6, 31, 38) an einem Rand des
Transportelementes (7) vorgesehen sind, und daß das Transportelement in
Transportrichtung (A) zwischen jeweils zwei Aufnahmen (9, 10) für die Bauelemente
(2, 6, 31, 38) eine Öffnung oder eine Ausnehmung aufweist.
6. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Aufnahmen (10) für die Bauelemente (2, 6, 31, 38) an über einen Rand des
Transportelementes (7) wegstehenden Vorsprüngen oder Haltern (9) gebildet sind.
7. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens ein Pick-Up-Element (18) durch einen Antrieb (18) für eine Feinjustage
in wenigstens einer weiteren Achsrichtung (X-Achse, Y-Achse), die senkrecht zu der
ersten Achsrichtung (Z-Achse) liegt, gesteuert bewegbar ist und/oder um die erste
Achsrichtung (Z-Achse) schwenkbar ist.
8. Bonder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine weitere
Achsrichtung (X-Achse, Y-Achse) eine horizontale Achse ist.
9. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
wenigstens ein Vision-System (20, 23) an der Bondposition (15, 15a, 15b, 15c, 15d)
zur Steuerung des dortigen Pick-Up-Elementes (18) und/oder einer Auflage für das
weitere Bauelement oder die weitere Baugruppe (3, 4, 39, 40).
10. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
wenigstens ein Vision-System (22) an der Aufnahmeposition (11, 11c, 11d) zur
Überwachung und/oder Steuerung des dortigen Pick-Up-Elementes (13) und/oder
einer Auflage oder Zuführung für die ersten Bauelemente (2, 6, 31, 38).
11. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Aufnahmeposition (11, 11c, 11d) jeweils unterhalb der Bewegungsbahn der
Bauelementeaufnahmen (10) vorgesehen ist.
12. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bondposition (15, 15a, 15b, 15c, 15d) unterhalb der Bewegungsbahn der
Bauelementeaufnahmen (10) vorgesehen ist.
13. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Pick-Up-Elemente (13, 18, 18a, 18b) Zangen oder Vakuumgreifer sind.
14. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Pick-Up-Elemente (13, 18, 18a, 18b) derart ausgebildet sind, daß das Vision-
System (20, 22, 23) sowohl das jeweilige Bauelement (2, 6, 31, 38) als auch das
Umfeld (12, 38) erfaßt, aus dem das Bauelement entnommen wird.
15. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Pick-Up-Elemente (13, 18, 18a, 18b) derart ausgebildet sind, daß das Vision-
System (20, 22, 23) sowohl das jeweilige Bauelement (2, 6, 31, 38) als auch das
Bauteil (3, 3b, 4, 39) erfaßt, auf dem das Bauelement (2, 6, 31, 38) abgelegt wird.
16. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Vision-System an der Bondposition (15, 15a, 15b, 15c 15d)
Orientierungselemente, beispielsweise Orientierungspunkte oder Kanten (21) erfaßt
und zu diesen Markierungen (21) das erste Bauelement (2, 6, 38) ausrichtet.
17. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
bei der Montage von optischen Bauelementen mit Hilfe des Vision-Systems (20)
eine aktive Ausrichtung des Bauelementes (31) in Bezug auf das Bauteil (3) dadurch
erfolgt, daß mit dem Vision-System (20) wenigstens ein von Bauteil (3) erzeugter
und in das Bauelement (31) eintretender Lichtstrahl (6') erfaßt wird.
18. Bonder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,, daß
das Bonden des jeweiligen Bauelementes (2, 6, 31, 38) auf dem Bauteil (3, 3b, 4,
39) durch Laser-Bonden, beispielsweise durch Laser-Löten oder -schweißen, oder
durch Kleben erfolgt.
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