專利名稱：帶有前后移動的芯片夾的半導(dǎo)體安裝裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有芯片夾的半導(dǎo)體安裝裝置，該芯片夾通過一手柄機構(gòu)可以在第一位置和第二位置之間前后移動，以從第一位置的芯片架上提起芯片并將該芯片放到第二位置的托墊上。被稱為“抓放”裝置的這樣一種裝置用作半導(dǎo)體安裝中稱為“管芯鍵合機”的安裝機中的一個組件。它用來將一個接一個放在晶片架上的晶片中大量相同的芯片一個接一個地安裝到例如金屬引線框的托墊上。為配合每一個抓放動作，放有芯片架的晶片臺使得在上述第一位置可得到下一個芯片，并且為了到達第二位置處的新的托墊位置，托墊也上升。為了提起和隨后放置芯片，芯片夾或與整個裝置一起或本身相對于該裝置可以以已知方式被抬起和降下。
對此類型的安裝裝置要求極高。為進一步處理所安裝的芯片(引線鍵合機中集成電路的接觸)，芯片必須精確地放置在托墊上，并需要借助芯片夾相當準確地到達第二位置，這之前也需要精確地傳送到用于提起芯片的第一位置。另一方面，需要速度高而周期短的連續(xù)移動，這就使移動部件的加速度和慣性相當高。
到如今，不同的手柄機構(gòu)被用來實現(xiàn)芯片夾的交替運動，它們有時包括導(dǎo)引槽(例如，眾所周知的馬氏傳送裝置)。這種導(dǎo)引槽因為伴隨而生的顯著的剪切力，這對于實現(xiàn)精確移動是不利的。用眾所周知的另一種機構(gòu)，芯片夾被安置在前后旋轉(zhuǎn)的手柄上，也就是說，它允許一種對應(yīng)于手柄擺動位移的曲線形狀的運動，芯片夾必須總是停在終端位置，該處很有可能振動。所以，就精度和速度而論，用已知的裝置滿足實際的要求是困難的。
本發(fā)明的目的是克服在引言中描述的現(xiàn)有技術(shù)的該類型半導(dǎo)體安裝裝置存在的缺點。抓放機構(gòu)首先必須保證芯片夾在兩個終端的精確定位，但是同時也要盡可能地快速前后移動，這就是所謂的短周期。
這個目的是按照以下的特征來解決的。據(jù)此，本裝置指向兩終端位置的手柄機構(gòu)配備有第一旋轉(zhuǎn)手柄，安裝于等距離安裝在第一和第二位置間的軸上，并在兩個終端間以交替的旋轉(zhuǎn)方向驅(qū)動。第二旋轉(zhuǎn)手柄安裝在第一旋轉(zhuǎn)手柄的末端，隨著第一旋轉(zhuǎn)手柄的旋轉(zhuǎn)方向按相反方向以某一傳動比驅(qū)動，在它的末端連接著芯片夾。上述傳動比和兩個旋轉(zhuǎn)手柄的長度以特定方式相互匹配，即在第一旋轉(zhuǎn)手柄的兩個終端，兩個旋轉(zhuǎn)手柄彼此處于同一延伸位置，同時芯片夾已到達一個或另一個位置之上。
匹配條件分別如下n=360°/Φ；h1/h2=n-1；h1+h2=S，其中n=傳動比Φ=第一旋轉(zhuǎn)手柄在兩終端的旋轉(zhuǎn)角h1=第一旋轉(zhuǎn)手柄的長度h2=第二旋轉(zhuǎn)手柄的長度S=第一旋轉(zhuǎn)手柄的旋轉(zhuǎn)軸和第一或第二位置的間距可以預(yù)見(同時參考下述的具體例子)，具有不同的匹配轉(zhuǎn)動角、傳動比和手柄比例的不同的實施例是可行的。對于本發(fā)明的目的，用此類型的手柄機構(gòu)的首要的條件是在每個運動周期的終點，在旋轉(zhuǎn)手柄的伸展方向上，芯片夾總是到達它的終端(即第一或第二位置)。也就是說，垂直于手柄軸的方向移動的器件消失在終點位置。加速的芯片夾的慣性沿著手柄的伸展方向，并且對于伸展位置的穩(wěn)定性起了一定的作用。最終，第一轉(zhuǎn)動手柄在伸展位置(必須停在其轉(zhuǎn)動角度的最后)的稍稍過擺就會減弱芯片夾到達終點位置的有效性。該手柄機構(gòu)的這種先進的運動學(xué)和動力學(xué)屬性賦予了根據(jù)本發(fā)明的安裝裝置高度而長期的位置穩(wěn)定精度，同時允許較短的循環(huán)周期。
當轉(zhuǎn)動角Φ=180°，傳動比n=2，手柄比例h1/h2=1時，可得到本發(fā)明相當簡單和先進的實施例。具有這些參數(shù)的手柄機構(gòu)就是所謂的直線機構(gòu)，它的意思是它移動的物體-本例中是芯片夾-在直線上移動。
由以上描述可知，根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計的裝置，原則上也可以使用其它參數(shù)(即使n的值不是整數(shù))。本發(fā)明權(quán)利要求1所定義的裝置的進一步裝配在從屬權(quán)利要求書中描述。
通過參考附圖，本發(fā)明將在下面作詳細的描述，

圖1是本發(fā)明中半導(dǎo)體安裝裝置的第一實施例側(cè)面視圖的簡化圖。
圖2是圖1所示裝置的平面圖(晶片和托墊被略去)，圖3和4是圖1和圖2所示裝置的時序圖，圖5顯示更進一步的實施例的平面圖，和圖6顯示限定器。
根據(jù)圖1和圖2，半導(dǎo)體安裝裝置是被稱為“管芯鍵合機”的安裝機構(gòu)的組件，因眾所周知而未顯示其細節(jié)。其目的是重復(fù)以下操作，通過芯片夾20在第一位置A從芯片架32上提起半導(dǎo)體芯片30，在芯片夾移動位置后，將芯片放在第二位置B的托墊38上(“抓放”)。裝有晶片35的芯片的芯片架32(一般為粘附性薄片)被放置在可替換的晶片臺34上，晶片臺34在位置A可以取到下一片芯片30。托墊38，例如金屬引線框，位于稱為分度器的位移裝置36上，為了使托墊位于靈活的位置，該裝置36逐步推動托墊以便在位置B接取隨后的芯片。晶片臺和分度器是大家熟悉的組件，且它們不是本發(fā)明的主題，未進一步詳細顯示(在圖2中完全忽略)。對于將芯片30托起然后又放下的芯片夾20(所謂的鍵合頭的組件)可以相對于抓放裝置而上下移動，如圖1中的箭頭所示，但是裝置也可以被裝配成整體垂直移動(見圖1)。
圖1和圖2所示的抓放裝置包括第一轉(zhuǎn)動手柄10，位于軸4。軸4位于位置A和B(軸承3，圖2)之間的中央固定住，也就是說，手柄10的轉(zhuǎn)動軸與A和B的距離相同，都是S。第二轉(zhuǎn)動手柄12通過軸13安裝在第一轉(zhuǎn)動手柄的末端。第二轉(zhuǎn)動手柄的末端通過軸16連接到滑塊18。這樣使芯片夾20和滑塊沿A和B之間的線性導(dǎo)軌19移動。
靜止的轉(zhuǎn)動致動器，例如，由電機1和齒輪帶機構(gòu)2組成(只在圖2中顯示)，使第一轉(zhuǎn)動手柄10通過軸4轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動方向可以改變。手柄10在兩個終點位置Ea和Eb之間轉(zhuǎn)動了角度Φ,Ea和Eb分別面向第一位置A和第二位置B。在圖1中，用虛線示出了轉(zhuǎn)動手柄和芯片夾的末端位置和用實線示出了過渡位置(手柄10的轉(zhuǎn)動角度為φ1)。第一轉(zhuǎn)動手柄10的終點位置Ea和Eb由電機1合適的驅(qū)動力來確定和維持。
第二轉(zhuǎn)動手柄12并不是被動地由第一轉(zhuǎn)動手柄10帶動，而是根據(jù)預(yù)先設(shè)置的相對于第一手柄10的傳動比而轉(zhuǎn)動，其方向與第一手柄10的方轉(zhuǎn)動向相反。根據(jù)所示的例子，其驅(qū)動是通過環(huán)繞在與軸4同軸的固定齒輪5和固定在軸14上的齒輪7上的齒輪帶6來產(chǎn)生的(也可以用安裝在手柄12上與齒輪5和7咬合的過渡齒輪代替齒輪帶6)。本例中，兩個手柄10和12(轉(zhuǎn)動角為φ1和φ2)的轉(zhuǎn)動以特定的方式耦合在一起。
在給定的轉(zhuǎn)動角Φ為180°的情況下，手柄10和12間的傳動比等于2，即，手柄上的每個位置，手柄12相對于手柄10的轉(zhuǎn)角φ2總等于手柄10的轉(zhuǎn)角φ1的2倍。重要的還有手柄10和12有相同的長度h1和h2，其和h1+h2等于距離S。本例中傳動比n和手柄長度h1,h2，按照以上所說的比例，與轉(zhuǎn)動角度Φ=180°相匹配。其結(jié)果為，在第一轉(zhuǎn)動手柄10的每一終點位置Ea和Eb，兩個轉(zhuǎn)動手柄10和12在相互的伸展位置，而芯片夾20或者位于A上，或者位于B上。
圖1和圖2所示的手柄機構(gòu)具有直線機構(gòu)的屬性，即第二轉(zhuǎn)動手柄12(軸16)的末端以直線G移動。這意味著滑塊18沒有向線性導(dǎo)軌19施加剪切力或力矩。該導(dǎo)軌和在滑塊18與手柄12之間的鉸鏈其實只是起保持芯片夾改變位置過程中定位的功能(當在手柄12和芯片夾20之間有剛性連接時，后者與被運輸?shù)男酒?0一起分別轉(zhuǎn)180°-相對于芯片架32和托墊38的平面)。從圖1可以容易看出，由于兩個轉(zhuǎn)動手柄位于縱軸上的伸展位置，也就是說軸4,14和16在一條直線G上，芯片夾以高的精度地到達位置A或B上。這種伸展位置的排列方式具有較高的剛性，本例中，滿足將芯片30從芯片架上精確地提取和精確地安裝在托墊上的基本要求。
圖3示出了在A到B或B到A的運動周期中，第二轉(zhuǎn)動手柄(軸16)的末端的路程s，速度v和加速度a對時間t的特性曲線，理想的情況是轉(zhuǎn)角φ1隨時間t線性變化。顯然，使用圖1和2所示的手柄機構(gòu)，所有3個值s,v和a根據(jù)調(diào)和函數(shù)變化。但是交替運動時，驅(qū)動的突然開始和停止，如圖3中假設(shè)的情況，是不實際的。圖4所示的是實際情況中，當在末端區(qū)域“軟”啟動和終止驅(qū)動時，s,v和a的相應(yīng)特征曲線。
根據(jù)圖1和圖2的實施例，在垂直面上發(fā)生手柄10和手柄12的轉(zhuǎn)動，即與芯片架32和托墊38相垂直。所以，其它實施例也是可行的，其中手柄的轉(zhuǎn)動軸是垂直的，手柄在平行于芯片架和托墊所在平面的對應(yīng)的水平面上移動。然后芯片夾剛性地連接到第二轉(zhuǎn)動手柄的末端，基本上就無需縱向?qū)к壛?對應(yīng)于圖1和圖2中的線性導(dǎo)軌19)，對于位于芯片座上的芯片架的定向，必須要考慮到在沿A到B路徑的平面上芯片要旋轉(zhuǎn)180°。具有這些變化的實施例也能夠為芯片夾(和第二轉(zhuǎn)動手柄)的垂直和水平位置提供終點止動力。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體安裝裝置的又一實例的平面視圖。轉(zhuǎn)動手柄10′和12′配備為可以水平轉(zhuǎn)動。比較圖1和圖2的例子，改變了相應(yīng)的參數(shù)。這種裝配中，轉(zhuǎn)動角Φ′為120°。相應(yīng)的傳動比n=3，手柄長度比h1/h2=2，不同長度的手柄的和h1+h2仍然等于第一轉(zhuǎn)動手柄10′的軸4′與位置A或B之間的距離S。
第一轉(zhuǎn)動手柄10′的軸4′安裝在位于A和B之間的中心法線M上，使得在手柄10′的末端位置Ea和Eb以及相對于手柄10′的伸展位置中的第二轉(zhuǎn)動手柄12′面對位置A或B。芯片夾20′，剛性地連接到第二轉(zhuǎn)動手柄12′的末端，然后便定位于位置A和B上。手柄10′的交替旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(未示出)可構(gòu)型為圖2中類似的方式。但如所述，其轉(zhuǎn)動角只有120°。終點位置Ea和Eb再次由驅(qū)動電機的合適控制來確定。環(huán)繞在固定齒輪5′和齒輪7′上的齒輪帶6′又在第二轉(zhuǎn)動手柄12′在相反方向上提供耦合力。上述的齒輪7′通過軸14′連接到手柄12′，其齒輪數(shù)是齒輪5′的1/3，所以手柄12′的轉(zhuǎn)動角φ2相對于手柄10′總是手柄10′的轉(zhuǎn)動角φ1的三倍。
每一芯片30沿由A至B的路程要轉(zhuǎn)過120°。所以晶片35必須經(jīng)過定向，使芯片的各邊線平行或垂直于Ea，并且晶片臺34也必須如圖5箭頭所示定向。
因為這種變化，以上所說的參數(shù)也滿足兩個轉(zhuǎn)動手柄在終點位置Ea和Eb擴展后位置的標準。這種情況中，芯片夾20′在A和B之間并不是以直線運動，而是沿曲線T運動。A,B上的終點位置Ea和Eb與該路徑T相切，即在這種情況下，當芯片夾到達A或B時，與Ea和Eb成直角位置的移動元件消失。所以上述構(gòu)造與以前描述的例子具有相似的優(yōu)點。
具有兩個轉(zhuǎn)動手柄10′和12′的抓放裝置的結(jié)構(gòu)更能允許使用限定器來引導(dǎo)芯片夾20在終點位置Ea和Eb的運動，所以能有效地阻止轉(zhuǎn)動手柄12′及芯片夾20在突然停止時的擺動。圖6顯示了即將到達終點Eb之前位置的轉(zhuǎn)動手柄12′。轉(zhuǎn)動手柄12′有T形頭41，它有兩個端面41a和41b。芯片夾20的中心沿虛線42運動。終端端面41a和41b分別沿曲線43a和43b移動。抓放裝置的限定器44橫向安裝于芯片夾20的運動方向。相應(yīng)地，限定器44的端面44a和44b分別適用于曲線43a和43b，所以轉(zhuǎn)動手柄12′的端面41a和41b沿著限定器44的端面44a和44b滑動。
根據(jù)圖1和圖2的實施例，限定器可以替代線性導(dǎo)軌19。帶有兩個轉(zhuǎn)動手柄的抓放裝置，對比于只有一個轉(zhuǎn)動手柄的抓放裝置，其優(yōu)點特別在于，對芯片夾20在終點位置Ea或Eb上的止動可以通過使用限定器來改善，而且在轉(zhuǎn)動過程中，由于手柄長度更短，離心力更小，還減小了驅(qū)動功率的消耗。
權(quán)利要求
1．帶有芯片夾(20)的半導(dǎo)體安裝裝置，為了從第一位置的芯片架(32)上提起芯片(30)并將該芯片安放到第二位置的托墊(38)上，該芯片夾(20)可以通過一手柄機構(gòu)在第一位置(A)和第二位置(B)之間前后移動，其特征在于安置在軸(4)上的第一轉(zhuǎn)動手柄(10)，在兩個終點位置(Ea,Eb)之間以交替的轉(zhuǎn)動方向驅(qū)動，其中，所述軸(4)等距離安裝于第一位置(A)和第二位置(B)之間，轉(zhuǎn)動手柄(10)指向位置(A)或另一位置(B)；末端連接于芯片夾(20)的第二轉(zhuǎn)動手柄(12)，安置于第一轉(zhuǎn)動手柄(10)的末端并以相對于其轉(zhuǎn)動的預(yù)定傳動比(n)在與其轉(zhuǎn)動方向相反的方向驅(qū)動；其中所說的傳動比(n)和兩個轉(zhuǎn)動手柄(10,12)的長度(h1,h2)互相匹配，以便在第一轉(zhuǎn)動手柄(10)的兩個終點位置(Ea,Eb)上，兩個轉(zhuǎn)動手柄(10,12)位于相對于彼此的伸展位置中，芯片夾(20)到達位置(A)或另一位置(B)上。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體安裝裝置，其特征在于兩個轉(zhuǎn)動手柄(10,12)在與托墊(38)相垂直的平面上轉(zhuǎn)動。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體安裝裝置，其特征在于第一轉(zhuǎn)動手柄(10)在兩個終點位置(Ea,Eb)間的轉(zhuǎn)動角(Φ)等于180°，兩個轉(zhuǎn)動手柄(10,12)間的傳動比(n)等于2，兩個轉(zhuǎn)動手柄(10,12)的長度比(h1,h2)等于1。
4．根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體安裝裝置，其特征在于在第二轉(zhuǎn)動手柄(12)的末端，連接著滑塊(18)，它可以載著芯片夾(20)沿著導(dǎo)軌部件(19)移動。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體安裝裝置，其特征在于兩個轉(zhuǎn)動手柄(10′,12′)在與托墊(38)平行的平面上轉(zhuǎn)動。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的半導(dǎo)體安裝裝置，其特征在于第一轉(zhuǎn)動手柄(10′)在兩個終點位置(Ea,Eb)間的轉(zhuǎn)動角(Φ)等于120°，兩個轉(zhuǎn)動手柄(10′,12′)間的傳動比(n)等于3，兩個轉(zhuǎn)動手柄(10′,12′)的長度比(h1,h2)等于2。
7．根據(jù)權(quán)利要求5的半導(dǎo)體安裝裝置，其特征在于芯片夾(20′)剛性地連接于第二轉(zhuǎn)動手柄(12′)的末端。
8．根據(jù)權(quán)利要求5的半導(dǎo)體安裝裝置，其特征在于在終點位置(Ea,Eb)，第二轉(zhuǎn)動手柄(12′)的限定器44橫向安裝于芯片夾20的運動方向。
9．根據(jù)權(quán)利要求1,2,5或6的半導(dǎo)體安裝裝置，其特征在于第二轉(zhuǎn)動手柄(12)安置于軸(14)上，通過軸(14)安置有齒輪(7)，第二轉(zhuǎn)動手柄(12)是由固定在驅(qū)動軸(4)并與其同軸的齒輪(5)驅(qū)動的，軸(4)通過齒輪帶(6)或過渡齒輪安裝在第一轉(zhuǎn)動手柄(10)上。
全文摘要
抓放裝置,具有以交替旋轉(zhuǎn)方向驅(qū)動的第一旋轉(zhuǎn)手柄,驅(qū)動軸安裝于第一和第二位置的中點。終點位置確定了旋轉(zhuǎn)角,旋轉(zhuǎn)手柄總是面向第一或第二位置。第二轉(zhuǎn)動手柄安裝于第一手柄末端,以相反方向驅(qū)動,并具有固定的傳動比。芯片夾連接于第二轉(zhuǎn)動手柄的末端。傳動比和兩手柄的長度相互匹配,以使在兩個終端位置的兩個手柄位于彼此相對的伸展方向和芯片夾位于第二位置上。手柄的旋轉(zhuǎn)平面能垂直于或平行于芯片架和/或其上安裝芯片的托墊的平面。
文檔編號F16H21/16GK1220487SQ98123078
公開日1999年6月23日 申請日期1998年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月7日
發(fā)明者塞繆爾·欣德勒 申請人:Esec公司