專利名稱：對準鍵合機或拾放機的焊頭的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍵合機，特別是管芯鍵合機或拾放機，以及與這種允許其焊頭簡單對準的機器一起使用的設(shè)備。
管芯鍵合機是一種將半導體芯片固定或鍵合于載體上特別是引線框上的機器。為了確保在不發(fā)生任何問題的情況下進行隨后的引線鍵合，必須調(diào)整管芯鍵合機的焊頭的空間定位，以便半導體芯片以平面平行的方式在約10微米的規(guī)定容差范圍內(nèi)鍵合于載體上。
拾放機早已為人們熟知。例如它們用于將一半導體芯片鍵合到另一半導體芯片上。這種工藝已知為倒裝芯片或C4。拾放機還廣泛用于在印刷電路板上安裝各種各樣的電子元件。
本發(fā)明的目的是提供一種裝置，利用該裝置，鍵合機特別是管芯鍵合機或拾放機的焊頭可以以簡單方式對準。
本發(fā)明的具體和優(yōu)選方案見所附的獨立和從屬權(quán)利要求。從屬權(quán)利要求的特征可以與獨立權(quán)利要求的特征適當?shù)亟Y(jié)合，以及和這些權(quán)利要求所明顯表明的特征組合。
根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，提供了一種對準鍵合機特別是管芯鍵合機或拾放機的焊頭的方法。具有兩平面平行表面的對準板設(shè)于平面平行于鍵合表面延伸的支撐面上，在鍵合表面上，半導體芯片將鍵合于載體材料上。校準測量裝置，測量裝置的信號取決于對準板的位置。然后，由鍵合機的焊頭抓住對準板，并最好保持在測量裝置之上一小段距離。然后，將焊頭位置對準，直到來自測量裝置的信號等于校準后的信號為止。
本發(fā)明的第二實施例中，提供了一種實施上述方法的裝置。
對準板可以具有金屬化或鐵磁性的表面。測量裝置至少具有設(shè)置于大致平行于支撐面的平面中的三個線圈，最好是三個或四個線圈?？梢匝b配一個顯示器，以便至少顯示由三個或更多線圈提供的信號中兩個之間的差值。最好是，該裝置設(shè)計成在任一時刻，只有所說至少三個線圈中的一個產(chǎn)生有意義的信號。該裝置可以構(gòu)形成使線圈順序工作，即，以時分多路的方式工作。
為了更好地理解本發(fā)明，并展示如何實現(xiàn)本發(fā)明，下面結(jié)合附圖以實例進行說明。


圖1展示了帶有本發(fā)明的對準焊頭的裝置的管芯鍵合機。
圖2A和2B展示了本發(fā)明用于對準焊頭的裝置，其中線圈用作測量裝置。
圖3是展示線圈以時分多路方式工作的電路圖。
圖4是電壓圖；及圖5展示了用于對準焊頭的裝置，其中使用了本發(fā)明的光學測量裝置。
下面參照管芯鍵合機說明本發(fā)明。圖1示意性地展示了帶有鍵合面2的管芯鍵合機1，在鍵合面2上，半導體芯片將一個接一個地鍵合于引線框或任何其它載體材料上。半導體芯片也可以應(yīng)用于載體材料，即所謂的倒裝芯片。在管芯鍵合機1的焊頭3處通過為鍵合半導體芯片配備的真空抽氣將半導體芯片抓住，并將之安裝于引線框上進行半導體芯片的鍵合。焊頭3具有帶抽氣孔5的橡膠件4，以便半導體芯片能夠用抽氣孔5形成密封。
焊頭3可與用于不同尺寸半導體芯片的不同尺寸的橡膠件4配合。更換橡膠件4后，不得不重新調(diào)對準焊頭3。對準后，焊頭3必須將半導體芯片鍵合于載體材料上，以便半導體芯片表面邊緣上沒有點突于其表面上的任何其它點超過約10微米。管芯鍵合機1具有與鍵合面2平面平行對準的支撐面6。在支撐面6的正下方固定接于其上的是測量裝置7，該測量裝置7根據(jù)具有兩平面平行表面8和9的對準板10的目前位置提供信號。該信號由顯示器11可視地顯示出來。焊頭3可以借助兩個螺釘12和13或借助電驅(qū)動裝置繞兩個軸手控轉(zhuǎn)動，以便將要定位的半導體芯片可以在規(guī)定的容差范圍內(nèi)以平面平行于鍵合面2的方式鍵合。
焊頭3的對準按以下步驟進行a)在支撐面6上設(shè)置對準板10；b)校準測量裝置7；c)用焊頭3的橡膠件4抓住對準板10，并將對準板10自由保持于測量裝置7之上一小段距離；及d)人工或自動地調(diào)整焊頭3的位置，直到來自測量裝置7的信號等于步驟b)后的信號。
步驟a)后，對準板10位于平面平行于鍵合面2的預定參考位置。在步驟b)探測對準板10位于該位置時測量裝置7提供的信號。步驟c)后對準板10處于由焊頭3的目前位置及橡膠件4限定的傾斜位置。步驟d)期間，對準板10的傾斜位置移向參考位置，直到測量裝置7的信號表示焊頭3固定對準板10平面平行于鍵合面2。
測量裝置7的校準應(yīng)理解為測量和存儲由測量裝置7提供的信號，作為對準板10位于參考位置的參考信號，或理解為調(diào)節(jié)對準板10位于參考位置時的測量裝置7，以便其信號顯示預定值，例如值“0”。下面將用實例更詳細地說明該方法的步驟b)。
對準板10的合適材料例如有聚碳酸酯，其中至少表面9但最好是表面8和9是金屬化的。那么幾克重的對準板10落在不同尺寸的半導體芯片所覆差的范圍內(nèi)。
對準焊頭3的常規(guī)方法有以下缺點，即不能考慮橡膠件4。然而，由于橡膠件4的抽氣孔5不能以所需的精度制造和安裝于焊頭3上，所以橡膠件4本身是不希望的傾斜的根源。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于，還可以消除由焊頭3自身不能少的橡膠件4導致的半導體芯片傾斜。
通常的感應(yīng)測距是一種合適的測量技術(shù)，其中，在金屬或鐵磁物質(zhì)在其近磁場內(nèi)移動時，由交流電流激勵的線圈的歐姆電阻和/或電感改變。圖2A和2B分別是一個優(yōu)選實施例的平面圖和側(cè)視圖，其中電路板14用作測量裝置7，其至少具有三個線圈Sp1、Sp2和Sp3，但最好是有四個線圈Sp1、Sp2、Sp3和Sp4。線圈Sp1、Sp2、Sp3和Sp4位于笛卡兒xy坐標系的四個象限內(nèi)，相對于原點對稱。電路板14設(shè)置成平面平行，其與支撐面6的距離約為1毫米。線圈Sp1、Sp2、Sp3和Sp4是由電路板的路徑或軌跡形成的平面線圈。對準板10面對線圈Sp1、Sp2、Sp3和Sp4的表面9具有金屬化或鐵磁性的表面。參見圖3，線圈Sp1、Sp2、Sp3和Sp4提供根據(jù)相應(yīng)線圈Sp1、Sp2、Sp3和Sp4與對準線板10的距離z的信號S1、S2、S3和S4。線圈Sp1、Sp2、Sp3和Sp4的信號S1、S2、S3和S4應(yīng)分別理解為已電預處理過的信號。在焊頭3調(diào)整后，對準板10繞假想軸Y1順時針轉(zhuǎn)動時，線圈Sp2和Sp3的信號S2和S3分別減弱，而線圈Sp1和Sp4的信號S1和S4分別加強。因而，差值信號S2-S1和S3-S4也減弱。在焊頭3的另一次調(diào)整后，對準板10繞假想軸x1順時針轉(zhuǎn)動時，信號S1和S2減弱，而信號S3和S4加強。這種情況下，兩差值信號S2-S3和S1-S4減弱。在電路板14完全平坦時，所有線圈具有相同的特征S(z)，其中z表示垂直于xy平面的方向，在對準板10保持與電路板14平面平行時，兩個差值信號D1=S2-S1,D2=S2-S3剛好消失。
因電路板14不必取向成以需要的精度平面平行于支撐面6或鍵合面2(圖1)，由于不可避免地制造容差，及因線圈Sp1、Sp2、Sp3和Sp4一般有不同的各自的特征S1(z)、S2(z)、S3(z)和S4(z)，所以不得不至少進行一次校準程序。在此校準程序中，對準板10置于支撐面6上，然后，或者ⅰ)存儲差值信號D1cal=S2cal-S1cal和D2cal=S2cal-S3cal，或者ⅱ)平衡信號S1cal和S3cal直到它們的值為S2cal，即直到差值D1和D2消失，即，D1=0,D2=0為止。
在ⅰ)情況下，焊頭3的對準緊隨其后，根據(jù)步驟d)，通過調(diào)整焊頭3，即保持對準板10自由，直到差值信號D1和D2各自的值為D=D1cal和D2=D2cal。在ⅱ)情況下，通過調(diào)整焊頭3直到差值信號D1和D2消失，進行焊頭3的對準。例如，首先通過交替地在線圈Sp1和Sp2上施加振蕩器信號，并顯示差值信號D1=S2-S1，使電路工作，以便通過借助螺釘12調(diào)整焊頭3使差值信號D1消失。然后，在線圈Sp3和Sp2上交替地施加該信號，并顯示差值信號D2=S2-S3，以便可以通過螺釘13調(diào)整焊頭3使差值信號D2消失。
是否每次焊頭3對準時都要進行校準程序或偶爾進行校準程序，取決于測量裝置7關(guān)于例如溫度、濕度等的外界影響的穩(wěn)定性。
對于對準來說三個線圈Sp1、Sp2和Sp3已足夠。但為了冗余的緣故，包括第四個線圈Sp4也是有益的。由于鄰近設(shè)置的線圈Sp1、Sp2和Sp3會彼此影響，優(yōu)選的工作模式是，在任何時間，只有線圈Sp1、Sp2和Sp3中的一個產(chǎn)生有效的磁場。這種模式例如是時分多路過程。
圖3展示了以時分多路方式操作線圈Sp1、Sp2和Sp3的電路。線圈Sp1、Sp2和Sp3安排成平行路徑15-17。該電路包括振蕩器18、控制裝置19和差值形成器20，其輸出提供到顯示器11。路徑15-17的每一條在其輸入側(cè)具有一個開關(guān)21，在其輸出側(cè)具有一個開關(guān)22，這些開關(guān)可由控制裝置19驅(qū)動。開關(guān)21接振蕩器18。路徑15-17的每一條的輸出都提供到差值形成器20上，電阻器23和電容器24接在開關(guān)21之后，其中電容器24與相應(yīng)的線圈Sp1、Sp2或Sp3并聯(lián)。線圈和電容器的一個接點接地m，而與電阻器23連接的接點接到探測器25和隨后的取樣-保持模塊26。取樣-保持模塊26的輸出構(gòu)成該路徑的輸出。每個取樣-保持模塊26皆由控制裝置19控制，從而獲得和存儲一個新的值。關(guān)于探測器25，例如可以用峰值振幅探測器或同步探測器。差值形成器20例如可以是構(gòu)形成差分放大器的運算放大器，該運算放大器的反相輸入可提供有信號S1或信號S3，該運算放大器的非反相的輸入可提供有信號S2，這樣，差值信號D1=S2-S1或差值信號D2=S2-S3顯示于接于其后的顯示器11上。
開關(guān)21和22由控制裝置19周期性地開關(guān)，所以在任何時間只有路徑15-17中的一條處于工作狀態(tài)。圖4展示了焊頭3利用差值信號D1=S2-S1對準的情況，下列電壓U為作為時間t的函數(shù)的產(chǎn)物a)振蕩器18輸出端的電壓，b)帶有線圈Sp1的路徑15的開關(guān)21后的電壓，c)帶有線圈Sp2的路徑16的開關(guān)21后的電壓，d)路徑15的探測器25的輸入端的電壓，e)路徑16的探測器25的輸入端的電壓，f)路徑15的探測器25的輸出端的電壓，g)路徑16的探測器25的輸出端的電壓，h)路徑15的取樣-保持模塊26的輸出端的電壓，i)路徑16的取樣-保持模塊26的輸出端的電壓，及j)差值形成器20的輸出端的電壓。
還展示了控制裝置19控制取樣-保持模塊26以獲得新測量值的時間。振蕩器18加到平面線圈Sp1-Sp3的頻率在約1-10MHz之間，最好為4MHz。電容器24的電容應(yīng)該是匹配的，以便由電容器24和相應(yīng)線圈Sp1、Sp2或Sp3形成的諧振電路的諧振頻率與振蕩器的頻率大致相應(yīng)。振蕩器頻率最好選為使其值為諧振峰值的上升沿的一半，從線圈Sp1、Sp2或Sp3到振蕩器導出的信號的頻率較大。由振蕩器18產(chǎn)生的信號較好是一方波。還可以用具有合適輸出的微處理器代替振蕩器18。通過逐步降低振蕩器18產(chǎn)生的頻率，控制裝置19導出三條路徑15-17的開關(guān)21和22利用其打開和關(guān)閉且取樣-保持模塊26由其控制的頻率。
有利的是電路元件直接安裝在電路板14的下側(cè)，從而極大地增加對于來自外部影響干擾的容差。
圖5展示了一種光學系統(tǒng)用作測量裝置17的實施例。這種情況下，對準板10的表面9為一具良好光學反射性的表面，例如鏡面。此光學系統(tǒng)具有光源30、半透明鏡31、透鏡32和光電探測器33。光源30和光電探測器33位于透鏡32的焦點f或焦面上。因為透鏡32的緣故，點光源30發(fā)出的光34作為平面波35入射到對準板10的表面9上，并在此至少部分被半透明鏡31反射到光電探測器33上，透鏡32將反射的平行光36聚焦回到光電探測器33上。較好是用光敏元件的兩維陣列作為光電探測器33，例如CCD(電荷耦合器件)或PSD(光敏器件)。普通屏37可以用作顯示光敏元件提供的顯示信號的顯示器11。關(guān)于根據(jù)該方法的點b)光學系統(tǒng)的校準，改變y1和z方向的光電探測器的位置，直到對應(yīng)于反射光束36的光斑出現(xiàn)在屏37的中心。方向y1垂直于附圖的表面。關(guān)于根據(jù)該方法的點d)的對準，調(diào)整焊頭3，直到對應(yīng)于反射光束36的光斑出現(xiàn)在屏37的中心為止。
所述用于對準管芯鍵合機1的焊頭3的裝置可與管芯鍵合機1集成為一體，或作為附件提供，這樣便可將現(xiàn)有的管芯鍵合機翻新。在后一種情況下，在可以進行焊頭的對準之前，支撐面6必須取向成與鍵合面2平面平行。
應(yīng)該理解，盡管以上對本發(fā)明作了具體的說明，但在不背離本發(fā)明精神實質(zhì)和范圍的情況下，可以作出各種改形/附加和/或替換。
權(quán)利要求
1．用于將半導體芯片或電子元件安裝于載體的鍵合面上的鍵合機或拾放機，包括平行于鍵合面的支撐面；對準板；設(shè)計成根據(jù)所說對準板的位置至少產(chǎn)生一個信號的測量裝置；設(shè)計成抓住所說對準板，并將所說對準板自由保持在所說測量裝置之上一小段距離的焊頭；所說焊頭還設(shè)計成進行位置調(diào)整，直到由所說測量裝置產(chǎn)生的所說至少一個信號等于參考信號為止。
2．如權(quán)利要求1所述的鍵合機或拾放機，其中所說參考信號是由所說測量裝置產(chǎn)生的，并在所說對準板位于所說支撐面上時被存儲起來。
3．如權(quán)利要求1所述的鍵合機或拾放機，其中所說對準板具有金屬化或鐵磁性的表面，所說測量裝置至少具有設(shè)置在大致平行于所說支撐面的平面內(nèi)的三個線圈，所說線圈根據(jù)所說對準板的位置提供各信號，所說線圈的所說信號用于產(chǎn)生測量裝置的所說至少一個信號。
4．如權(quán)利要求2所述的鍵合機或拾放機，其中所說對準板具有金屬化或鐵磁性的表面，所說測量裝置至少具有設(shè)置在大致平行于所說支撐面的平面內(nèi)的三個線圈，所說線圈根據(jù)所說對準板的位置提供各信號，所說線圈的所說信號用于產(chǎn)生測量裝置的所說至少一個信號。
5．如權(quán)利要求3所述的鍵合機或拾放機，其中測量裝置的所說至少一個信號為所說至少三個線圈提供的兩信號間的差值。
6．如權(quán)利要求4所述的鍵合機或拾放機，其中測量裝置的所說至少一個信號為所說至少三個線圈提供的兩信號間的差值。
7．如權(quán)利要求3所述的鍵合機或拾放機，其中所說至少三個線圈以時分多路的方式工作。
8．如權(quán)利要求4所述的鍵合機或拾放機，其中所說至少三個線圈以時分多路的方式工作。
9．如權(quán)利要求5所述的鍵合機或拾放機，其中所說至少三個線圈以時分多路的方式工作。
10．如權(quán)利要求6所述的鍵合機或拾放機，其中所說至少三個線圈以時分多路的方式工作。
11．如權(quán)利要求1所述的鍵合機或拾放機，其中所說對準板具有光學反射面，所說的測量裝置是一光學系統(tǒng)，設(shè)置成用平行光束照明所說對準板。
12．如權(quán)利要求2所述的鍵合機或拾放機，其中所說對準板具有光學反射面，所說的測量裝置是一光學系統(tǒng)，設(shè)置成用平行光束照明所說對準板。
13．用于對準鍵合機或拾放機的焊頭的裝置，其中鍵合機或拾放機將半導體芯片或電子元件安裝于載體的鍵合面上，所說裝置包括構(gòu)形成平行于所說鍵合面的支撐面；對準板；設(shè)計成根據(jù)所說對準板的位置至少產(chǎn)生一個信號的測量裝置。
14．如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所說對準板具有金屬化或鐵磁性的表面，所說測量裝置至少具有設(shè)置在大致平行于所說支撐面的平面內(nèi)的三個線圈，所說線圈根據(jù)所說對準板的位置提供各信號，所說線圈的所說信號用于產(chǎn)生測量裝置的所說至少一個信號。
15．如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所說對準板具有光學反射面，所說的測量裝置是一光學系統(tǒng)，設(shè)置成用平行光束照明所說對準板。
16．對準鍵合機或拾放機的焊頭的方法，其中鍵合機或拾放機將半導體芯片或電子元件安裝于載體的鍵合面上，所說方法包括抓住對準板，并將所說對準板自由保持在測量裝置之上一小段距離；及調(diào)整所說焊頭的位置，直到由所說測量裝置產(chǎn)生的至少一個信號等于參考信號為止。
17．如權(quán)利要求16所述的方法，還包括以下步驟，將所說對準板設(shè)置于平行于所說鍵合面延伸的支撐面上，并存儲由所說測量裝置產(chǎn)生的信號，作為參考信號。
18．如權(quán)利要求16所述的方法，其中所說對準板具有金屬化或鐵磁性的表面，所說測量裝置至少具有設(shè)置在大致平行于所說支撐面的平面內(nèi)的三個線圈，所說線圈根據(jù)所說對準板的位置提供各信號，所說線圈的所說信號用于產(chǎn)生測量裝置的所說至少一個信號。
19．如權(quán)利要求17所述的方法，其中所說對準板具有金屬化或鐵磁性的表面，所說測量裝置至少具有設(shè)置在大致平行于所說支撐面的平面內(nèi)的三個線圈，所說線圈根據(jù)所說對準板的位置提供各信號，所說線圈的所說信號用于產(chǎn)生測量裝置的所說至少一個信號。
20．如權(quán)利要求16或17所述的方法，其中所說對準板具有光學反射面，所說的測量裝置是一光學系統(tǒng)，設(shè)置成用平行光束照明所說對準板。
全文摘要
對準鍵合機特別是管芯鍵合機(1)或拾放機的焊頭(3)的方法,包括:a)在支撐面(6)上設(shè)置具有兩平行表面(8,9)的對準板(10),支撐面平行于鍵合面(2),在鍵合面上,半導體芯片將鍵合于載體材料上;b)校準測量裝置(7),測量裝置的信號取決于對準板(10)的位置;c)用鍵合機的焊頭(3)抓住對準板(10),自由保持于測量裝置(7)之上一小段距離;d)對準焊頭(3),直到來自測量裝置(7)的信號等于步驟b)后的信號。還提供了適于實施該方法的裝置。
文檔編號H01L21/00GK1216858SQ9812367
公開日1999年5月19日 申請日期1998年10月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月30日
發(fā)明者托馬斯·根舍, 馬西阿斯·克里格, 約根·曼哈特, 阿勞斯·烏里奇 申請人:Esec公司