管芯附接系统以及将管芯附接到基板的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年9月3日提交的美国临时申请号62/726,387的权益，所述美国临时申请的内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于将管芯附接到基板的系统和方法，且更具体地，涉及在不从管芯供应源拾取管芯的情况下将管芯附接到基板的改进的系统和方法。

背景技术

关于将管芯安设在基板上(例如，将半导体管芯安设在基板上)，许多传统应用采用“拾取和安设”操作。在这样的操作中，管芯从半导体晶片或其它管芯供应源被“拾取”，且然后管芯被移动到目标基板(并被“安设”在目标基板上)。这样的操作还会采用“拾取”工具与“安设”工具之间的一道或多道转移。

一些管芯附接应用不使用拾取和安设操作。例如，管芯供应源(例如，包括多个管芯的晶片)可定位在焊接工具与基板之间。管芯供应源中所包括的管芯可被附接到膜等。在焊接工具、待附接的管芯和基板的安设位置之间对准之后——焊接工具将管芯压靠在基板的安设位置上。在管芯的下表面上(和/或在基板的安设位置上)的粘合剂设置成使得管芯当下固定于基板。这种焊接工具可包括用于与从管芯供应源到基板的转移相关地接触管芯的多个引脚(例如，可竖向致动的引脚)。

与这类应用(不使用拾取和安设操作的应用)相关地往往存在复杂之处。例如，由于多个元件(例如，焊接工具、待附接的管芯和基板的安设位置)的变化的对准，管芯附接操作的速度以及相关的UPH(即每小时处理的单位数)可能会受累及。

因此，将会期望的是，提供用于将管芯附接到基板的改进的系统和方法、尤其是与不使用拾取和安设操作的应用相关的系统和方法。

发明内容

根据本发明的示例性实施例，提供一种管芯附接系统。所述管芯附接系统包括：用于支撑基板的支撑结构；包括用于附接到基板的多个管芯的管芯供应源；用于将管芯从管芯供应源焊接到基板的焊接头，所述焊接头包括用于在从管芯供应源到基板的转移期间接触管芯的焊接工具；用于使焊接头沿着第一轴线移动的第一运动系统；以及用于使焊接工具沿着第一轴线移动的、与第一运动系统独立的第二运动系统。

根据本发明的另一示例性实施例，提供一种管芯附接系统。所述管芯附接系统包括：用于支撑基板的支撑结构；包括用于附接到基板的多个管芯的管芯供应源；用于将管芯从管芯供应源焊接到基板的焊接头，所述焊接头包括用于在从管芯供应源到基板的转移期间接触管芯的焊接工具；用于使管芯供应源沿着第一轴线移动的第一运动系统；以及用于使管芯供应源沿着第一轴线移动的、与第一运动系统独立的第二运动系统。

根据本发明的再一示例性实施例，提供一种将管芯附接到基板的方法。方法包括以下步骤：(a)操作用于使焊接头沿着第一轴线移动的第一运动系统，所述焊接头用于将管芯从管芯供应源焊接到基板，所述焊接头包括用于在从管芯供应源到基板的转移期间接触管芯的焊接工具；(b)操作用于使焊接工具沿着第一轴线移动的、与第一运动系统独立的第二运动系统；以及(c)通过焊接工具的操作，使管芯从管芯供应源转移到基板。

根据本发明的又一示例性实施例，提供另一种将管芯附接到基板的方法。方法包括以下步骤：(a)操作用于使管芯供应源沿着第一轴线移动的第一运动系统；(b)操作用于使管芯供应源沿着第一轴线移动的、与第一运动系统独立的第二运动系统；以及(c)通过焊接工具的操作，使管芯从管芯供应源转移到基板，所述焊接工具被包括作为焊接头的一部分，所述焊接工具用于在从管芯供应源到基板的转移期间接触管芯。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本发明。所要强调的是，根据一般惯例，附图的各种特征未按比例绘制。相反地，为了清楚起见，各种特征的尺寸被任意扩大或缩小。

图1A是根据本发明的示例性实施例的管芯附接系统的元件的框图俯视图；

图1B是图1A的管芯附接系统的元件的另一框图俯视图；

图1C是图1A的管芯附接系统的元件的框图侧视图；

图1D是根据本发明的示例性实施例的图1A的管芯附接系统的示例焊接工具的详细视图；

图2A-2E是框图侧视图，图示出根据本发明的示例性实施例的图1A的管芯附接系统的管芯附接操作；以及

图3A-3C是框图侧视图，图示出根据本发明的另一示例性实施例的图1A的管芯附接系统的管芯附接操作。

具体实施方式

如本文中使用的，术语“管芯”旨在指代包括(或配置为在之后的步骤中包括)半导体芯片或管芯的任何结构。示例性的“管芯”元件包括：包括裸LED半导体管芯的裸半导体管芯、基板(例如，引线框、PCB、载体、半导体芯片、半导体晶片、BGA基板、半导体元件等)上的半导体管芯、封装的半导体装置、覆晶芯片半导体装置、嵌入基板中的管芯等等其它。

根据本发明的某些示例性实施例，提供管芯附接系统，所述管芯附接系统包括用于支撑焊接头或管芯供应源的发明装置。这样的装置包括：(i)支撑短行程轴线的长行程部分；和(ii)支撑焊接头或管芯供应源的短行程部分。例如，在焊接序列期间，长行程轴线可相对于基板(配置为在管芯附接/焊接序列中接收管芯)以恒定速度行进。在焊接动作期间，短行程轴线相对于基板止动。在焊接动作之后，短行程轴线跟上长行程轴线并移动到下一焊接位置。

包括在本发明装置中的示例性元件包括以下组合：(1)短-长行程焊接头与相对慢的单轴线管芯供应源的组合，利用跳过源上的管芯的方法来防止较慢的供应源轴线限制焊接速率；(2)短-长行程焊接头与短-长行程管芯供应源的组合；以及(3)替代的、快速焊接装置(例如，激光、空气脉冲)与短-长行程管芯供应源的组合。当然，也考虑其它的装置(和相关的操作方法)。

本发明的方面涉及组合(与焊接头和管芯供应源中的任一者或两者相关的)长行程轴线和短行程轴线的优点。在应用于焊接头的某些示例中，运动轴线的短行程部分实现高焊接速率，而长行程部分使焊接头能够达到期望的行程。针对短行程的示例性运动范围包括：(i)小于1mm；(ii)小于3mm；或者任何期望的运动范围。

图1A图示出管芯附接系统100。管芯附接系统100包括用于支撑基板112的支撑结构110、包括配置为附接到基板112的多个管芯108a的管芯供应源108以及包括焊接工具104b的焊接头104，所述焊接工具用于在管芯108a从管芯供应源108转移到基板112期间接触管芯108a。管芯附接系统100还包括焊接头支撑件102和供应支撑件106。焊接头支撑件102和供应支撑件106各自安装在机器结构150上使得焊接头支撑件102和供应支撑件106可相对于机器结构150独立地移动。焊接头支撑件102支撑可移动的焊接头104。焊接头104包括用于与对准和/或检查操作结合使用的摄像机104a(和其它视觉系统部件)。管芯供应源108可移动地安装在供应支撑件106上。在图1A中(以及在图1B-1C中)所示的本发明的示例性实施例中，在管芯附接操作期间，管芯供应源108定位在焊接工具104b与由支撑结构110支撑的基板112之间。

图1B图示出定位在管芯108a之上的焊接头104(包括摄像机104a和焊接工具104b)，所述管芯108a进而定位在基板112之上。图1C是沿着线条A-A的图1B的截面图，并图示出带有摄像机104a和焊接工具104b的焊接头104定位在基板112之上。两个“已焊接的”管芯108a'已经在相应的焊接位置处焊接到基板112，并且焊接工具104b被示出为与在基板112上的第三相应焊接位置上方的另一管芯108a接合。

图1D图示出焊接工具104b的示例的框图。更具体地，焊接工具104b可包括用于接触与从管芯供应源108到基板112的转移相关的管芯108a的至少一个引脚104b1。此外，如图1D中所示，焊接工具104b可包括用于与从管芯供应源108到基板112的转移相关地接触管芯108a的多个引脚104b1。多个引脚104b1中的每一个相对于焊接工具104b的其余部分可以是可分离地或共同地可移动的(例如，沿着竖直轴线)，以将管芯108a转移到基板112。

当然，包括一个或多个引脚104b1的焊接工具104b(如图1D中所示)是焊接工具104b的示例。在本发明的其它实施例中，焊接工具104b可以未包括引脚104b1，但在没有引脚104b1的条件下也可以转移管芯108a。

根据本发明的某些示例性实施例，(i)焊接工具104b和(ii)管芯供应源108中的至少一者利用第一运动系统和第二运动系统而沿着轴线(例如，水平轴线或基本水平的轴线)移动。例如：图2A-2E图示出第一运动系统102'和第二运动系统104'(以下结合图2A-2E详述该第一运动系统和第二运动系统的操作)；以及图3A-3C图示出第一运动系统106'和第二运动系统108'(以下结合图3A-3C详述该第一运动系统和第二运动系统的操作)。将理解的是，如本文中所示和所述的管芯附接系统100可包括：(i)用于移动焊接工具104b的第一运动系统和第二运动系统(如在图2A-2E中)；(ii)用于移动管芯供应源108的第一运动系统和第二运动系统(如在图3A-3C中)；或者(i)和(ii)两者。

图2A图示出管芯附接系统100(之前已结合图1A-1C进行了描述)的侧剖视图，但现下焊接头104包括第一可移动载体114和第二可移动载体116。第一可移动载体114定位在焊接头支撑件102和第二可移动载体116之间。第二可移动载体116定位在第一可移动载体114和焊接工具104b之间。第一运动系统102'提供用于第一可移动载体114相对于焊接头支撑件102的沿着第一轴线(图2A中的x轴线，但也考虑另外的直线轴线，例如y轴线)的直线运动。第二运动系统104'提供用于第二可移动载体116相对于第一可移动载体114的沿着第一轴线的直线运动。图2A中还示出配置用于使管芯供应源108相对于供应支撑件106移动的运动系统106'。运动系统102'、104'和106'中的每一个包括处在它们相邻的部件之间的元件(为简化起见，未具体示出)。例如，运动系统102'包括用于提供第一可移动载体114相对于焊接头支撑件102之间的运动的运动系统元件(例如，马达、滑动件、滚珠螺杆、轴承等)。

示例性的第一运动系统102'被包括在管芯附接系统100的用于载运焊接头104的门架系统中。管芯108a定位在基板112上的焊接位置112a上方，并且将焊接到基板112上的焊接位置112a。基本上，焊接头104将沿着双头箭头的竖直(例如，z轴线)方向移动，同时进而将管芯108a焊接到焊接位置112a。

图2B图示出焊接头104沿着焊接头支撑件102随着第一运动系统102'的移动，同时焊接工具104b焊接最左侧的管芯108a并将最左侧的管芯108a焊接到最左侧的焊接位置112a。随着焊接头104向图2B中的右侧移动，焊接工具104b利用第二运动系统104'相对于第一可移动载体114向左移动而保持在最左侧的焊接位置112a上方，并且将最左侧的管芯108a焊接到最左侧的焊接位置112a。

图2C图示出利用第一运动系统102'使焊接头104沿着焊接头支撑件102进一步向右移动，同时焊接工具104b通过利用第二运动系统104'相对于第一可移动载体114进一步向左移动而保持在最左侧的焊接位置112a上方，伴随地焊接工具104b向上移动到其在第二可移动载体116内的预焊接位置。

图2D图示出利用第一运动系统102'使焊接头104沿着焊接头支撑件102继续向右移动，同时焊接工具104b现下利用第二运动系统104'相对于第一可移动载体114向右移动，以便现在将焊接工具104b定位在预期进行下一焊接的下一焊接位置112a上方。管芯供应源108(例如晶片，比如LED晶片或其它LED管芯源)利用第三运动系统106'相对于供应支撑件106向左移动。

图2E图示出管芯供应源108利用运动系统106'相对于基板112向右移动使得余下的最左侧的管芯108a现下处在下一焊接位置112a上方且在焊接工具104b下方。继续类似于图2A-2E的过程来将最左侧的管芯108a焊接到下一焊接位置112a，且然后重置以将接下来的下一余下最左侧的管芯108a(或其它管芯108a，根据需要)焊接到接下来的下一焊接位置112a。

图3A图示出本发明的另外的实施例，其中设有用于焊接头104(包括可移动载体)的单个运动系统102'。在图3A(以及图3B-3C)中，供应支撑件106(用于支撑管芯供应源108)包括支撑件118、第一运动系统106'、可移动载体120(用于载运管芯供应源108，所述管芯供应源可以是晶片、比如LED晶片或其它LED管芯源)、以及第二运动系统108'的至少一部分。焊接工具104b(示出为焊接头104下方的竖直虚线)位于最左侧的焊接管芯108a和最左侧的焊接位置112a上方。

第一运动系统106'提供用于可移动载体120相对于支撑件118的沿着第一轴线(图3A中的x轴线，但也考虑另外的直线轴线，例如y轴线)的直线运动。第二运动系统108'提供用于管芯供应源118相对于可移动载体120沿着第一轴线的直线运动。运动系统102'、106'和108'中的每一个包括处在它们相邻的部件之间的元件(为简化起见，未具体显示)。例如运动系统106'包括用于提供可移动载体120和支撑件118之间的运动的运动系统元件(例如，马达、滑动件、滚珠螺杆、轴承等)。

图3B图示出如下时候的最左侧的焊接管芯108a到最左侧的焊接位置112a的焊接，即移动载体120向右移动并且管芯供应源108相对于可移动载体120向左移动并且在最左侧的焊接管芯108a与最左侧的焊接位置112a之间形成焊接时相对于焊接工具保持静止的时候。

图3C图示出第一次焊接后并且焊接头104向右移动来将焊接工具定位在下一焊接位置112a之上，同时第四可移动载体120向右移动，伴随地管芯供应源108也向右移动来使焊接工具在下一焊接位置112a之上的、管芯供应源108上现下最左侧的焊接管芯108a之上对准。对于下一焊接，继续类似于图3A-3C的过程。

如各附图中所示，双头箭头旨在表示相关元件的运动(或通过运动系统的潜在运动)。

本发明的示例性实施例倾向于带来显著更高的焊接速率，而且没有精确度损失。

尽管未明示地示出在附图中，但本发明设想了其中焊接头和管芯供应源中的每一个都包括多个运动系统的实施例。例如，本发明范围内的管芯附接接系统可包括用于移动焊接工具的第一运动系统和第二运动系统(比如在图2A-2E中)、以及用于移动管芯供应源的第一运动系统和第二运动系统(比如在图3A-3C中)。

尽管本发明主要相对于没有“拾取”操作的管芯附接操作来描述，但是本发明不限于此。本发明在半导体焊接产业包括管芯附接机(有时称为管芯焊接机)或其它封装机(例如，覆晶芯片机/操作、高级封装操作等)中具有广泛的应用性。

尽管已相对于本发明的示例性实施例描述和图示了本发明，但是本领域技术人员应理解的是，可在其中和其上进行上述和各种其它改变、省略和添加，而不脱离本发明的精神和范围。更确切地说，可在权利要求书的范围及等同范围内对细节作出各种修改而不脱离本发明。