TWI544567B - 使用成像設備以調整半導體元件的處理設備的裝置和方法 - Google Patents

Description

使用成像設備以調整半導體元件的處理設備的裝置和方法

本發明涉及一種通過使用成像設備以調整一個或多個處理半導體元件的處理設備(handling devices)的裝置和方法。

傳統的測試分選機(test handler)包含有轉檯和耦接於該轉檯的、用於固定半導體封裝件的拾取頭。在操作過程中，該轉檯在各種處理設備，如用於測試半導體封裝件的性能的測試模組的上方旋轉。具體地，固定有半導體封裝件的拾取頭移動至測試模組，以便於測試半導體封裝件。特別是，該測試模組必須相對於由各個拾取頭固定的半導體封裝件對齊定位，以便於獲得良好的加工穩定性、高的功能測試產能和低的封裝件損壞率。

目前，測試模組和半導體封裝件之間的對齊定位或位置調整是通過使用人工判斷而實現的。由於人工判斷是主觀的，且需要測試分選機的操作可被直視，所以如果半導體封裝件的尺寸很小那麼它變得困難或者甚至不可能。另外，由於缺少資料來用作為精確度的基礎，所以這種方法需要相當多的人工技能和勞動。

所以，本發明的目的是尋求消除用於對齊定位一個或多個處理半導體封裝件的處理設備的傳統方法的前述不足，並向普通公眾提供有用的選擇。

因此，本發明第一方面提供一種用於處理電子元件的裝置，該裝置包含有：i)旋轉設備和多個拾取頭，該多個拾取頭圍繞該旋轉設備環形設置，每個拾取頭***作來固定電子元件；ii)位置確定設備，其用於確定電子元件被各自的拾取頭固定時的佈置；iii)基準標記，其設置在指明由位置確定設備所確定的電子元件的佈置的位置處；iv)第一成像設備，其相對於基準標記設置；以及v)至少一個處理設備，其用於處理電子元件。具體地，第一成像設備***作來捕獲包含有基準標記和至少一個處理設備的至少一個圖像，以便於根據從第一成像設備所捕獲的至少一個圖像中所提取的、基準標記和至少一個處理設備之間的偏差，至少一個處理設備的位置可以被調整以相對於電子元件的佈置對齊定位該至少一個處理設備。

本發明第二方面提供一種調整用於處理電子元件的裝置的至少一個處理設備的位置的方法，該裝置包含有旋轉設備和多個拾取頭，該多個拾取頭圍繞該旋轉設備圓周設置，該方法包含有以下步驟：使用位置確定設備確定電子元件被各自的拾取頭固定時的佈置；使用第一成像設備捕獲包含有基準標記和至少一個處理設備的至少一個圖像，其中基準標記設置在指明由位置確定設備所確定的電子元件的佈置的位置處；以及根據從第一成像設備所捕獲的至少一個圖像中所提取的、基準標記和至少一個處理設備之間的偏差，調整該至少一個處理設備的位置以相對於電子元件的佈置對齊定位該至少一個處理設備。

1‧‧‧側面視覺系統

2‧‧‧基準標記

3‧‧‧光學設備

4‧‧‧轉檯

5‧‧‧拾取頭

6‧‧‧位置確定設備

8‧‧‧半導體封裝件

9‧‧‧拾取頭夾體

11‧‧‧接觸器

13‧‧‧馬達

14‧‧‧馬達

16‧‧‧馬達

60‧‧‧查看視覺系統

100‧‧‧測試分選機

102‧‧‧螺杆

104‧‧‧軌道

200‧‧‧基準標記

205‧‧‧視覺系統60的光學中心

210‧‧‧側面視覺系統1的光學中心

600‧‧‧精細***模組

現在僅僅通過示例的方式，結合附圖來描述本發明的較佳實 施例，其中：圖1a和圖1b所示為用於處理半導體元件的測試分選機的各自的側視和俯視示意圖，其包含有帶基準標記的光學設備和側面視覺系統；圖2a所示為圖1a和圖1b所示的測試分選機的配置的側面示意圖，其包含有查看視覺系統；圖2b表明了基準標記重新定位以相對於查看視覺系統的光學中心對齊定位，而圖2c表明了側面視覺系統重新定位以相對於圖2b所示的重新定位的基準標記對齊定位側面視覺系統的光學中心；圖3表明了正由拾取頭固定的半導體元件；圖4表明了測試分選機中的光學設備的重新定位，以便於重新定點陣圖2b所示的基準標記；圖5表明了測試分選機的另一種配置，其更詳細地包含有用於測試電子元件的接觸器(contactor)；圖6表明了在測試分選機中由側面視覺系統所捕獲的圖像，其包含有對齊定位後的基準標記和接觸器；圖7表明了接觸器和對齊後的基準標記對齊定位；圖8表明了圖5所示的測試分選機的又一配置，其中接觸器進行機動化控制；圖9表明了在電子元件由各自的拾取頭固定時用於設定電子元件佈置的精細***(precisor module)模組；圖10表明了可選的基準標記重新定位以相對於圖9所示的精細***模組對齊定位；以及 圖11表明了半導體元件相對於圖2a的測試分選機中的查看視覺系統的光學中心重新定位。

根據本發明較佳實施例所述，圖1a所示為用於處理半導體元件，如半導體封裝件(在圖3中附圖標記8顯示了其中之一，並由拾取頭夾體9所固定)的裝置(所示為測試分選機100)的側視示意圖。而測試分選機100的俯視示意圖表示在圖1b中。

測試分選機100包含有：i)旋轉設備(所示為轉檯4)；ii)多個圍繞轉檯4圓形環繞設置的拾取頭5，其中每個拾取頭5***作來固定半導體封裝件8；iii)位置確定設備6(如圖2c所示的查看視覺系統60)，用於確定半導體封裝件8的佈置；iv)至少一個處理設備，用於處理半導體封裝件8(如圖5所示的用於測試半導體元件的接觸器11)；v)通過一個或多個螺杆102安裝至轉檯4上的光學設備3，其中光學設備3包含有基準標記2；以及vi)側面視覺系統1，其相對於光學設備3設置。

光學設備3被配置來向側面視覺系統1傳送基準標記2的圖像和接觸器11的典型圖像。光學設備3可能是分光器、反光鏡或用於反射圖像的棱鏡，並在兩個相鄰的拾取頭5之間的一個位置處被安裝至轉檯4上，如圖1b所示。基準標記2是一個能夠被側面視覺系統1輕易地查看到的圖案。在這一個實例中，基準標記2是棋盤圖案(參閱，如圖2b和2c)，但是其它圖案也是可以使用的。較為合適地，在由側面視覺系統1所捕獲的圖像中，基準標記2的圖像被覆蓋(或重疊)在接觸器11的典型圖像上。具體地，側面視覺系統1包含有攝像機、光學器件和照明設備，以用於檢查基準標記2 的位置。側面視覺系統1可能安裝在支承板(bolster plate)上。

值得注意的是，接觸器11的典型圖像可能包括指示接觸器11的位置的任何圖像，並可能包含有接觸器11的一個或多個局部和/或源自接觸器11的標記。

現在將描述基準標記2用作為參考標記的使用，以進行一個或多個處理設備的位置調整。

圖2a所示為測試分選機100的側視示意圖，藉此由各個拾取頭5固定的半導體封裝件8的位置被查看視覺系統60捕獲，以通過影像處理進行後續的分析。具體而言，查看視覺系統60被重新定位以相對于半導體封裝件8由各個拾取頭5固定時的位置對齊定位其光學中心。但是，值得注意的是，查看視覺系統60的重新定位可能不是必要的，只要查看視覺系統60的光學中心和半導體封裝件8由各個拾取頭5固定時的佈置之間的平均偏差能夠得以確定。

接下來，當查看視覺系統60保持固定定位時，轉檯4旋轉以在查看視覺系統60上方設置光學設備3，如圖1b所示。側面視覺系統1以和轉檯4同步移動的方式移動，以便於側面視覺系統1和轉檯4之間的相對佈置保持相同。這可能通過將側面視覺系統1耦接至轉檯4而得以完成。可供選擇地，側面視覺系統1可能與轉檯4分開，並被安裝至與轉檯4同步移動的驅動器上。還另外，多個側面視覺系統1可能圍繞轉檯4設置。

然後，基準標記2的位置被查看視覺系統60捕獲以通過影像處理而被分析。較為合適地，基準標記2被重新定位以便於它和查看視覺系統60的光學中心205對齊定位，如圖2b所示。由於光學設備3通過螺杆102直 接安裝至轉檯4上，所以基準標記2的對齊定位或位置調整可以通過鬆開螺杆102和沿著各自的軌道104重新定位光學設備3而得以完成，螺杆102沿著該軌道104連接以將光學設備3鎖固至轉檯4上，如圖4所示。在此情形下，藉此查看視覺系統60的光學中心205相對于半導體封裝件8被各自拾取頭5固定時的位置而定位設置，在視覺系統60的光學中心205處基準標記2的重新定位意味著基準標記2的位置能夠用作為那些半導體封裝件8的位置參考。在基準標記2已經被對齊定位之後，然後它將會用作為通用的參考標記以調整接觸器11和所有其它處理設備的位置。

然而，再次值得注意的是，基準標記2的重新定位可能不是必要的，只要視覺系統60的光學中心205和基準標記2之間的偏差能夠得以確定。

其後，基準標記2的位置被查看視覺系統60捕獲並通過影像處理而被分析。較為合適地，側面視覺系統1被重新定位以便於它的光學中心210和基準標記2對齊定位，如圖2c所示，但是這種重新定位可以再次被省略，只要基準標記2和側面視覺系統1的光學中心210之間的偏差能夠得以確定。

現在將描述接觸器11的位置調整。

首先，如圖5所示，轉檯4被順序定位以在接觸器11的上方設置光學設備3。然後，側面視覺系統1捕獲包含有基準標記2和接觸器11的圖像，如圖6所示。具體地，基準標記2的圖像被傳送通過光學設備3至側面視覺系統1，而接觸器11的上表面的圖像被光學設備3反射至側面視覺系統1。其後，由側面視覺系統1所捕獲的圖像被分析，以提取基準標記2和接觸器 11之間的偏差。再次，如圖7所示，基於所提取的偏差，接觸器11的位置相對於基準標記2而得以調整。當基準標記2和接觸器11之間的偏差落入規定的標準範圍時，調整得以實現。這樣藉此保證了當半導體封裝件8在操作過程中被測試分選機100的拾取頭5固定時，半導體封裝件8和接觸器11被合適地對齊定位。在這個實例中，側面視覺系統1的光學中心210藉此相對于對齊後的基準標記2對齊定位，接觸器11在側面視覺系統1的光學中心210處的重新定位同樣也能實現接觸器11和半導體封裝件8的對齊定位。

可選地，如圖8所示，接觸器11可包含有馬達13、14、16以相對于半導體封裝件8的移動路徑提供切線上、徑向上和θ方向上的移動。在使用這種機動化的接觸器11的情形下，在基準標記2和機動化的接觸器11之間的偏差已經從側面視覺系統1所捕獲的一個或多個圖像中提取之後，主處理器能夠相應地發出相匹配的指令信號至馬達13、14、16，以補償該偏差，例如，根據基準標記2和機動化的接觸器11之間的距離-角度差異相對于半導體封裝件8調整接觸器11的位置以進行處理。

在測試分選機100的另一個配置中，位置確定設備6是一個精細***模組600，如圖9所示，代替查看視覺系統60的位置。精細***模組600是可操作的，並在操作過程中當半導體封裝件8被測試分選機100的各個拾取頭5固定時被配置來設定半導體封裝件8的佈置。較為合適地，首先，在拾取頭5處理拾取半導體封裝件8以前，精細***模組600相對於拾取頭5的位置對齊定位。其後，拾取頭5移動通過精細***模組600以便於由精細***模組600確定半導體封裝件8的佈置。然後，轉檯4旋轉以順序定位光學設備3至精細***模組600上方的位置。再次，側面視覺系統1以 和轉檯4同步移動的方式移動，以便於側面視覺系統1和轉檯4之間的相對佈置保持相同。

圖10表明了由側面視覺系統1所捕獲的圖像，其包含有可選的基準標記200和精細***模組600。然後，所捕獲的圖像被分析以提取基準標記200的位置和精細***模組600的位置之間的偏差。其後，根據所提取的偏差，光學設備3的位置得以調整，以致於通過調整光學設備3的位置，基準標記200被重新定位而與精細***模組6對齊定位，如圖10所示。以這種方式，重新定位後的基準標記200能夠再次用作為半導體封裝件8在其被各個拾取頭5固定時的位置參考。

有益地，和傳統的使用人工判斷的方法相比，測試分選機100能夠獲得一個或多個處理設備相對於用於處理的半導體封裝件8的佈置的對齊定位的更高的精確度。另外，側面視覺系統1提供了清晰的視覺，其使得提取對齊定位相關的和定量的測量結果的處理容易。而且，在處理設備上應用馬達13、14、16以相對于半導體封裝件8在其被拾取頭5固定時進行位置調整的情形下，自動對齊定位也是可能的。

值得注意的是，測試分選機100的不同實施例也可能落入本發明的範圍之內。例如，以上所述的對齊定位處理同樣適用於任何種類的處理半導體元件的處理設備的位置調整。術語“處理”應該理解為半導體元件的任何種類的測試或封裝。而且，查看視覺系統60能夠更進一步被使用來定向半導體封裝件8在其被測試分選機100的拾取頭5固定時的位置。具體地，每個拾取頭5可以包含有獨立的驅動器，該驅動器能夠圍繞垂直的Z軸進行旋轉動作而實現θ修正，以致于相對於查看視覺系統60的光學中心 205定向和對齊定位由拾取頭夾體9所固定的半導體封裝件8，如圖11所示。

1‧‧‧側面視覺系統

2‧‧‧基準標記

3‧‧‧光學設備

4‧‧‧轉檯

5‧‧‧拾取頭

6‧‧‧位置確定設備

100‧‧‧測試分選機

102‧‧‧螺杆

Claims (16)

1. 一種用於處理電子元件的裝置，該裝置包含有：旋轉設備和多個拾取頭，該多個拾取頭圍繞該旋轉設備環形設置，每個拾取頭***作來固定電子元件；位置確定設備，其用於確定電子元件被各自的拾取頭固定時的佈置；基準標記，當電子元件經由各自的拾取頭所夾持時，基準標記設置在指明由位置確定設備所確定的電子元件的佈置的位置處；第一成像設備，其相對於基準標記設置；以及至少一個處理設備，其用於處理電子元件，其中，第一成像設備***作來捕獲在一圖像中包含有基準標記和至少一個處理設備的至少一個圖像，以便當電子元件經由各自的拾取頭所夾持時，於根據從第一成像設備所捕獲的至少一個圖像中所提取的、基準標記和至少一個處理設備之間的偏差，至少一個處理設備的位置可以被調整以相對於電子元件的佈置對齊定位該至少一個處理設備。
2. 如請求項1所述的裝置，其中，該位置確定設備為第二成像設備，該第二成像設備***作來確定電子元件的佈置。
3. 如請求項2所述的裝置，其中，該基準標記是可移動的，以相對于該第二成像設備的光學中心對齊定位。
4. 如請求項3所述的裝置，其中，該第一成像設備是可移動的，以相對于對齊後的基準標記對齊定位該第一成像設備的光學中心。
5. 如請求項4所述的裝置，其中，該至少一個處理設備是可移動的，以相對于該第一成像設備的光學中心對齊定位。
6. 如請求項1所述的裝置，其中，該至少一個處理設備是機動化的，並可***作來相對於電子元件的佈置自動地對齊定位。
7. 如請求項1所述的裝置，其中，該位置確定設備是精細***模組，該精細***模組***作來設定電子元件被各自的拾取頭固定時的佈置。
8. 如請求項1所述的裝置，該裝置還進一步包含有：光學設備，其***作來傳送該基準標記和該至少一個處理設備的各自的圖像至第一成像設備。
9. 如請求項8所述的裝置，其中，該光學設備是選自以下組群的設備， 該組群包括：i)分光器；ii)反光鏡；和iii)棱鏡。
10. 一種調整用於處理電子元件的裝置的至少一個處理設備的位置的方法，該裝置包含有旋轉設備和多個拾取頭，該多個拾取頭圍繞該旋轉設備圓周設置，該方法包含有以下步驟：使用位置確定設備確定電子元件被各自的拾取頭固定時的佈置；使用第一成像設備捕獲包含有基準標記和至少一個處理設備的至少一個圖像，其中基準標記設置在指明由位置確定設備所確定的電子元件的佈置的位置處；以及根據從第一成像設備所捕獲的至少一個圖像中所提取的、基準標記和至少一個處理設備之間的偏差，調整該至少一個處理設備的位置以相對於電子元件的佈置對齊定位該至少一個處理設備。
11. 如請求項10所述的方法，其中，該位置確定設備為第二成像設備，該方法包含有以下步驟：捕獲電子元件的各個圖像以確定電子元件的佈置。
12. 如請求項11所述的方法，該方法還包含有以下步驟：定位第二成像設備，以便於第二成像設備的光學中心相對於電子元件的佈置對齊定位。
13. 如請求項12所述的方法，該方法還包含有以下步驟：定位該基準標記，以致於該基準標記相對于該第二成像設備的光學中心對齊定位。
14. 如請求項13所述的方法，該方法還包含有以下步驟：定位該第一成像設備，以致于該第一成像設備的光學中心相對于對齊後的基準標記對齊定位。
15. 如請求項14所述的方法，其中，調整該至少一個處理設備的位置的步驟包含有：相對于該第一成像設備的光學中心對齊定位該至少一個處理設備。
16. 如請求項10所述的方法，其中，該至少一個處理設備是機動化的，且調整該至少一個處理設備的位置的步驟是自動地完成的。