一种板上芯片封装键合自动生产线的制作方法
【专利摘要】一种板上芯片封装键合自动生产线，属于半导体后封装【技术领域】，为节省人力资源而发明。其包含最少两台键合机（50）、键合前处理设备、键合后处理设备、有机械手和运输带参与构成的输送装置、以及传感器和控制器；其特征是：所有键合机（50）同向沿一直线排列；于所有键合机的对应位置，键合前运输带（10）和键合后运输带（90）并排分别设置且均平行于该直线；每台键合机配套一个机械手（45），其作业区域涵盖该台键合机的键合工位（501）、键合前运输带（10）和键合后运输带（90）。
【专利说明】一种板上芯片封装键合自动生产线
【技术领域】
[0001]本发明涉及将半导体的(裸)芯片(Chip or Die)键合(Bonding)至印刷电路板[Chip On Board Bonding(COB)]的自动生产线；属半导体后封装【技术领域】。
【背景技术】
[0002]板上芯片封装键合(Chip On Board Bonding)的生产工艺依次经过以下工序:
[0003]印刷电路板(PCB)键合位清洁(通常通过擦拭达成，业内称“擦板”，下称“擦板”)、往键合位点粘接胶(通常为厌氧胶，或称“厌氧胶”)然后往键合位粘贴芯片(业内称“固晶”，下称“固晶”，其中“晶”所指为芯片)、烘干粘接胶、键合(Bonding，即焊线)、BOI (BindingOptic Inspection，键合光学检测)、通电检测、以封装胶覆盖芯片(业内称“滴胶”，下称“滴胶”)、烘烤固化封装胶；然后再进行产品检测(全检或抽样检查)和包装。
[0004]本文的“工件”，是指在工序中某一时刻被作业或输送的对象。比如在擦板工序，不包含芯片的一个线路板是该时刻的工件；而在键合工序，其“工件”则包含一个线路板和其上安装的芯片。
[0005]本文的“工位”，是指工件的某一停留位置，并且在该位置工件被施加工序中的某一作业。“工序名”+ “工位”的组合词，是指相应工序时刻的工件停留位置；比如擦板工位、键合工位，等。
[0006]现在，即使是知名的工厂，也还是单机、单工序、一机一技工操作。其存在人工成本高、工效低、成品率低、能耗大、易发生工人烫伤的缺陷。
[0007]由于键合工序的作业时间远大于其它各个工序的作业时间(相差几倍到几十倍。前述工序中烘干粘接胶和烘烤固化封装胶，工件在隧道炉中被输送的同时被烘干，在比较各工序作业时间时被忽略。)，所以在一条上述工序所对应的人工流水线上，往往有几十台键合机。
【发明内容】
[0008]本发明公开一种板上芯片封装键合自动生产线，以降低对技术工人的需求，也兼有提升工效和成品率的效果。
[0009]在研发该板上芯片封装键合自动生产线的过程中，我们设想过分别如图1和图2的两种布局:
[0010]其中图1布局以一个机械手从紧临键合机的上一工位取得工件，然后依次给多个键合机安放工件；以另一个机械手依次从多个键合机卸载工件，并且传递到下一工位；
[0011]其中图2布局以同一个机械手依次给多个键合机安放工件；也以该机械手依次从多个键合机卸载工件，并且传递到下一工位。
[0012]图1布局和图2布局都需要臂展很大的机械手，这本身会带来场地、时间和安全方面的问题；再者，无论该机械手的臂展有多大，其作业区域内可容纳的键合机的数量总是有限的。[0013]我们构思和试验了如图3所示的布局，其基本构成是:
[0014]一种板上芯片封装键合自动生产线，其包含最少两台键合机、键合前处理设备、键合后处理设备、有机械手和运输带参与构成的输送装置、以及传感器和控制器；其特征是:所有键合机同向沿一直线排列；于所有键合机的对应位置，键合前运输带和键合后运输带并排分别设置且均平行于该直线；每台键合机配套一个机械手，其作业区域涵盖该台键合机的键合工位、键合前运输带和键合后运输带。
[0015]当某台键合机处于待工状态、并且其面前区域的键合前运输带上有工件时，键合前运输带运载工件到针对该键合机的设定位置然后停顿，对应的键合工位工件装卸机械手将该工件移动到该键合机的键合工位，键合机的工件夹具夹紧工件，该键合机进行键合作业；
[0016]当某台键合机处于工作状态、并且其面前区域的键合前运输带上有工件时，运输带继续运转，将工件往后运送到相邻的键合机的面前区域。
[0017]当某台键合机的键合工位有已经键合完成的工件，键合机的工件夹具释放工件，与之配套的键合工位工件装卸机械手将该工件移动到其面前区域的键合后运输带，键合机回复到待工状态。
[0018]键合后运输带持续运转，或者控制为通常不运转、检测到运载有工件时才运转；两者均可。
[0019]本发明的有益效果:显而易见的，本发明可以减少所需要的技工数量，提高工效；同时，由于在多环节减少了手工的参与，减少了人为差错的发生机会，因此具有更高的成品率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下面结合附图详细介绍本发明的实施例:
[0021]图1是板上芯片封装键合自动生产线构成示意图之一。
[0022]图2是板上芯片封装键合自动生产线构成示意图之二。
[0023]图3是本发明一种板上芯片封装键合自动生产线的构成示意图。
[0024]图4是图3所示一种板上芯片封装键合自动生产线的实施例1的构成示意图。
[0025]图5是实施例1的立体示意图。
[0026]图6?图11是自动拾板、擦板、固晶在线一体机(或称一体机)的示意图；其中，
[0027]图6是一体机的整机示意图；
[0028]图7，该图于图6状态隐藏部分遮挡并且切断一体机，主要表示工件运输带；
[0029]图8是图7的局部放大图；
[0030]图9是工件运输带锁定夹的示意图。图中略去了一体机的其余构件；
[0031]图10是拾板机械手的示意图；
[0032]图11是擦板机构之擦板头的示意图。
[0033]图12是在线粘接胶固化炉122的示意图。图示为一个有两个机架的在线粘接胶固化炉，为表示其第二机架段隧道的端部(图中圆圈部分)，该两个机架相互有错开。
[0034]图13?图17是键合机在线配套装置的示意图；其中:
[0035]图13是键合机在线配套装置的示意图；[0036]图14是键合工位装卸机械手45的运动机构示意简图；
[0037]图15是键合工位装卸机械手抓爪的示意图；
[0038]图16是键合机夹具自动开关器的示意图；
[0039]图17是键合前运输带机前节段105和键合后运输带机前节段905的示意图。
[0040]图18是在线追随B0I921的示意图。同时也作为在线追随悬挂工作台60的示意图。
[0041]图19是在线追随测试机922的示意图。
[0042]图20是在线追随滴胶机923的示意图。
[0043]图21是在线封装固化炉(或称“封装炉”)的示意图。其中圆圈部分表示其隧道的断面结构。
[0044]图中标记说明:
[0045]1000 工件；
[0046]50键合机，501键合工位；
[0047]10键合前运输带；90键合后运输带；40机械手；
[0048]105键合前运输带机前节段，1050键合前运输带机前节段同步轮；
[0049]905键合后运输带机前节段，9050键合后运输带机前节段同步轮；
[0050]10905 (键合前、键合后)运输带机前节段共用安装架。
[0051]121自动拾板、擦板、固晶在线一体机(或称“一体机”)；其中:1210 —体机机架；1211线路板仓盒；1212 —体机工件运输带(或称“运输带”)，12120运输带同步轮，12121运输带同步带，12122运输带上工件锁定夹(或称“锁定夹”)，121220锁定夹气缸，121221锁定夹弹簧；1213拾板机械手，12130拾板机械手底座，12131拾板机械手步进电机，12132拾板机械手转轴，12133拾板机械手摆臂，12134拾板机械手气缸，12135拾板机械手吸盘；1214擦板机构，12149擦板头，121490擦板头电机，121498纤维棒下料机构(“纤维棒”系擦板消耗料)，121499纤维棒夹具；1215固晶机构；1216控制箱；
[0052]122在线粘接胶固化炉；其中:1220粘接胶固化炉机架，1221粘接胶固化炉罩体，12221前导轮，12229后导轮，12222铁氟龙(Teflon)网状运输带，1223粘接胶固化炉控制
装置；
[0053]123在线掰板机；
[0054]45键合工位工件装卸机械手；其中:450摆轴，451平行摆臂，454滑块，459滑杆，4560抓爪气缸，4561定抓爪，4562动抓爪；
[0055]461键合机在线配套装置控制屏，462键合机在线配套装置控制箱；
[0056]47键合机夹具自动开关器；其中:470基座，471手动旋转调节座，4719压杆铰连臂，472压杆，473压杆气缸；
[0057]60在线追随悬挂工作台；其中:601第一条X向导轨，602第二条X向导轨，603Y向导轨，604 Θ转轴，605摄像头，606分类踢脚机构；
[0058]921 在线追随 BOI (Binding Optic Inspection,键合光学检测)；
[0059]922在线追随测试机；其中:9221测试针床；
[0060]923在线追随滴胶机；其中:9239滴胶装置；
[0061]924在线封装固化炉；其中:9241罩体，92410罩体内层，92419罩体外层，9242底 托，9243近红外线发热管，9249在线封装固化炉触摸屏。
【具体实施方式】
[0062]如图3?21所示，一种板上芯片封装键合自动生产线，其包含最少两台键合机50、键合前处理设备、键合后处理设备、有机械手和运输带参与构成的输送装置、以及传感器和控制器；其特征是:所有键合机50同向沿一直线排列；于所有键合机的对应位置，键合前运输带10和键合后运输带90并排分别设置且均平行于该直线；每台键合机配套一个机械手45，其作业区域涵盖该台键合机的键合工位501、键合前运输带10和键合后运输带90。
[0063]如图4?21所示，在实施例，键合前处理设备包含自动拾板、擦板、固晶在线一体机121，在线粘接胶固化炉122，在线掰板机123 (是可以选用的设备);键合后处理设备包含在线追随B0I921 (Binding Optic Inspection,键合光学检测),在线追随测试机922,在线追随滴胶机923，在线封装固化炉924。
[0064]以下按工序详述该自动生产线:
[0065]自动拾板、擦板、固晶在线一体机(见图6?图11)
[0066]自动拾板、擦板、固晶在线一体机121包含:
[0067]一体机机架1210、与一体机机架定位设置的线路板仓盒1211 (仓盒内放置有线路板)，也包含擦板机构1214、包含点粘接胶机构和粘贴芯片机构的固晶机构1215，以及(包含控制箱1216的)控制装置；其特征是:有一条一体机工件运输带1212，其涵盖擦板机构对应的擦板工位、点粘接胶机构和粘贴芯片机构对应的固晶工位；有一个拾板机械手1213，其作业区域涵盖线路板仓盒1211的最少局部、和一体机工件运输带1212的局部。
[0068]如图6?9所示，一体机工件运输带1212具有如下结构:运输带同步轮12120传动连接于步进电机；运输带同步带12121对应于待运输工件1000的两侧位置，配合安装于运输带同步轮12120 ;对应于擦板工位和固晶工位，一体机机架1210上设置有运输带上工件锁定夹12122 (以备于擦板工序或固晶工序进行时锁定被作业的工件1000)。
[0069]如图8、图9所示，运输带上工件锁定夹12122的中部铰连于一体机机架，其外侧(图9左侧)安装于锁定夹气缸121220的伸缩杆，锁定夹弹簧121221位于工件锁定夹12122的下方被压缩安装在工件锁定夹12122和一体机机架之间。当锁定夹气缸121220的伸缩杆伸出，运输带上工件锁定夹12122锁定工件；当锁定夹气缸121220的伸缩杆缩进，则运输带上工件锁定夹12122释放工件。
[0070]如图所示，线路板仓盒1211安装于机架。在实施例，有两个线路板仓盒。
[0071]如图6、图10所示，拾板机械手1213具有如下结构:拾板机械手底座12130固连于机架，拾板机械手转轴12132安装于拾板机械手底座12130、并且传动连接于拾板机械手步进电机12131 ;拾板机械手摆臂12133固装于拾板机械手转轴12132的上端部，拾板机械手气缸12134竖立设置固装于拾板机械手摆臂12133的摆端，拾板机械手吸盘12135固装于拾板机械手气缸12134的伸缩杆。如图所示，拾板机械手摆臂12133的臂长可调。
[0072]拾板机械手的工作过程:拾板机械手摆臂12133摆动到拾板机械手吸盘12135位于线路板仓盒1211上方，拾板机械手吸盘12135下降，吸住一个线路板(工件1000)，然后拾板机械手吸盘12135上升，拾板机械手摆臂12133摆动到拾板机械手吸盘12135位于一体机工件运输带1212上方，拾板机械手吸盘12135下降，释放线路板(工件1000)到一体机工件运输带1212，然后拾板机械手吸盘12135上升；如此循环。
[0073]擦板机构1214、包含点胶机构和粘贴芯片机构的固晶机构1215均沿用现有技术，不作赘述。
[0074]自动拾板、擦板、固晶在线一体机121的工作过程:在控制装置的控制之下，拾板机械手1213逐个的将工件1000放置到一体机工件运输带1212上，一体机工件运输带1212运载工件1000到达擦板工位，停顿，工件被锁定然后被擦板作业，然后工件被释放，一体机工件运输带1212运载工件1000到达固晶工位，停顿，工件被锁定然后被固晶作业。
[0075]在线粘接胶固化炉(见图12)
[0076]在线粘接胶固化炉是可以选用的设备。在生产线的研发中，往往先试验分段式的自动生产线，在另设的粘接胶固化炉进行相应的工序。
[0077]在线粘接胶固化炉122包含:
[0078]粘接胶固化炉机架1220 ;起支撑作用；
[0079]粘接胶固化炉罩体1221 ;其与机架固装(一侧铰连，另侧在需要时可掀盖)，和后述的铝板构成隧道；粘接胶固化炉罩体为双层不锈钢结构。起隔热、遮光作用；
[0080]热源；结构为与机架固装的内含发热管的铝板；在隧道内沿隧道分段布设，分段控制发热管功率；采用底热加温方式；分为四个独立控制的温区，可按所选用的粘接胶的固化要求设定温度-时间工艺曲线；
[0081]在线粘接胶固化炉运输带安装在机架；包含前导轮12221、后导轮12229、动力轮与铁氟龙网状运输带12222，其网状运输带的运载区域贯穿隧道，位于热源的上方；另含有弹性张紧，压紧两组作压带用压轮结构；动力则采用步进电机和减速箱作驱动；
[0082]粘接胶固化炉控制装置1223 ;作整炉的温度、速度监控。由传感器、处理器、步进电机驱动器、软件、触摸屏组成。
[0083]在线粘接胶固化炉122的工作过程:
[0084]每片线路板进入防损伤的铁氟龙网状运输带后，由传感器、处理器及软件组成的监控系统便按需控制每一独立温区温度，按进板供应量及需要调节运输带输送速度及间距(可根据需要选择设为连续输送式或步进输送式)，如此本在线粘接胶固化炉可确保温度均匀的按粘接胶(厌氧胶或银浆)固化曲线要求固化。因本在线粘接胶固化炉采用底热加温方式及网状运输带，热能直接传输至单片的线路板底上，因而固化速度快。本在线粘接胶固化炉发热管放置底部及上有铝板，故无可见光产生，因此避免晶片上的数据受光源影响而受损。本在线粘接胶固化炉的运输带是步进法行走、独立温区控制，故可将线路板储存在炉内备用，箱体满载后自动知会前工序停止输送；本在线粘接胶固化炉亦可与下一工序沟通，自动按下一工序产能的快慢调节运输带运行速度及间距，故此可以调节产量。固化好后的线路板输往下一工序。
[0085]运输带采用铁佛龙网带，传动机构含运输带自动张紧及主动轮自动压力控制，以免运输带打滑及松弛。
[0086]在线掰板机
[0087]在线掰板机123是可以选用的设备，因有些印刷电路板产品面积较小，为省原料或工时，会将数板拼在一起，在键合工序前按一个工件进行作业，然后通过在线掰板机123掰断为印刷电路板产品的I倍或少于之前倍数面积，成为后续工序的2个或多个工件。[0088]在线掰板机123其结构包含输送机构、压紧掰断机构和含有传感器、处理器、软件的控制装置。输送机构包含托轨(工件在其上表面滑动)、两侧对应设置的摩擦运输带(夹紧工件的左右侧面)；压紧掰断机构包含一摆臂，其位于工件路径的上方，摆轴位于工件路径的一侧，摆臂上其前侧(工件由前向后运动，以此定前后)安装有弹性压盘(由弹簧结构参与而达成弹性)，摆臂上其后侧固装有刀具；当线路板到达该工位后，摆臂下压，即在将线路板的预设断裂线(此处或有成排的细孔)的前侧压紧线路板，向下掰动其后侧，从而掰断线路板；然后摆臂向上抬起。
[0089]在线掰板机123的工作过程:先自动检测输入印刷电路板的形状和大小，按需由前置传感器、处理器、软件及步进法行走运输带将抵位的印刷电路板输往掰板机，如满负荷则知会前工序停止输送。掰板机按要求掰板，其后将分开的印刷电路板由运输带送往下一工序(键合)；或整片拼板亦可直接通过在线掰板机123 (不经掰断)进入下一工序。
[0090]键合机
[0091]键合机50，可沿用现有技术。
[0092]键合机在线配套装置(见图13?17)
[0093]在实施例，配套每一台键合机50，有一个键合前运输带机前节段105 (所谓“运输带**节段”，是指该段运输带由专设的步进电机驱动，其运转速度不一定和其余节段的运输带同步；“运输带机前节段”，是指键合机面前的运输带节段。)、一个键合后运输带机前节段905、和一个键合工位装卸机械手45、一个键合机夹具自动开关器。即:
[0094]配套每一台键合机50，有一个键合机在线配套装置，其涉及键合机的控制装置、键合工位501和键合机工件夹具操纵杆；其包含控制装置；其特征是:设置有键合机夹具自动开关器47 ;有一个键合工位工件装卸机械手45、一个键合前运输带机前节段105、和一个键合后运输带机前节段905 ;键合前运输带机前节段105和键合后运输带机前节段905相互平行；键合工位工件装卸机械手45的作业区域涵盖该台键合机的键合工位501、键合前运输带机前节段105和键合后运输带机前节段905。
[0095]如图13?15所示，键合工位工件装卸机械手45具有如下结构:其包含一组平行摆臂451 ;该平行摆臂451的两个摆轴450位于同一水平面且平行于工件行进方向；平行摆臂的摆动端铰连一连杆；连杆上固装滑轨；滑轨上有滑块454 ;滑块454下方固装一水平滑道，水平滑道的下方一侧固装有定抓爪4561 ;水平滑道内安装有滑杆459，滑杆459的一端下方固装有动抓爪4562 (和前述“定抓爪4561”相互配对构成抓爪，用以抓取或者释放工件1000);本段前述摆轴450的驱动装置为步进电机，滑块454的驱动装置为步进电机和同步带，滑杆459的驱动装置为抓爪气缸4560。如图14所示，本段前述机构整体作为滑块安装在与机架固装的滑轨上，停机后可以调整其前后(垂直于图14图面，平行于工件在运输带的行进方向)位置，以适应不同大小(尤其是工件在运输带的行进方向的长度)的工件1000。该键合工位工件装卸机械手45具有工件移动速度快、工件移动轨迹可调的优点。
[0096]如图16所示，键合机夹具自动开关器47具有如下结构:基座470固装于机架，基座470上安装手动旋转调节座471，手动旋转调节座471上延伸出压杆铰连臂4719，压杆472的中部铰连于压杆铰连臂4719，压杆472的一端下方设置压杆气缸473。
[0097]手动旋转上述手动旋转调节座471至压杆472的另一端位于键合机工件夹具操纵杆(图中未示出)于其所属键合机处于待机时刻的位置上方(然后锁定)，压杆气缸473上顶时，键合机工件夹具开启，进行工件的放置或者取出操作；然后压杆气缸473回复常态，键合机工件夹具自行闭锁。
[0098]如图4所示，在组成生产线时，不少于两台键合机50同向并排排列，使在后的键合前运输带机前节段105位于在前的键合前运输带机前节段105的直线延伸线上，也使在后的键合后运输带机前节段905位于在前的键合后运输带机前节段905的直线延伸线上。
[0099]当某台键合机50处于待工状态、并且其对应的(与之配套的)键合前运输带机前节段105上有工件时，键合前运输带机前节段105运载工件到设定位置然后停顿，对应的键合工位工件装卸机械手45将该工件1000移动到该键合机的键合工位501，键合机的工件夹具夹紧工件，该键合机进行键合作业；
[0100]当某台键合机处于工作状态、并且其键合前运输带机前节段105上有工件1000时，运输带继续运转，将工件送往在后相邻的键合前运输带机前节段105。
[0101]当某台键合机的键合工位有已经键合完成的工件，键合机的工件夹具释放工件，与之配套的键合工位工件装卸机械手45将该工件移动到对应的键合后运输带机前节段905，键合机回复到待工状态。
[0102]键合后运输带机前节段905持续运转，或者控制为通常不运转、检测到运载有工件1000时才运转；两者均可。
[0103]在线追随悬挂工作台(如图18所示)
[0104]后述在线追随B0I921、在线追随测试机922和在线追随滴胶机923之中分别包含一个在线追随悬挂工作台。
[0105]一种在线追随悬挂工作台，其包含:
[0106]包含传感器、处理器和软件的控制装置；
[0107]—条由步进电机驱动的数控运输带90，其所载运的一个工件构成被追随的目标工件；其特征是具有以下结构:
[0108]第一条X向导轨601 (X向平行于工件行进方向)，其上有Xl滑块；第二条X向导轨602固装于Xl滑块，其上有X2滑块；Y向导轨603 (Y向在水平面垂直于X向)固装于X2滑块，其上有Y滑块；Y滑块上安装轴线铅垂的0转轴604，0转轴下部固装功能装置安装夹；其具有X、Y、0共三个行程区间；
[0109]前述Xl滑块、X2滑块、Y滑块分别(通过步进带)传动连接于一个步进电机的转轴；0转轴604传动连接于一个步进电机的转轴；
[0110]摄像头605 (其既作为在线追随悬挂工作台的构件，也可作为安装于该工作台的“功能装置”)，其与功能装置安装夹固装。
[0111]相对于待追随的行进中的目标工件，Xl滑块的移动实现X向的初略追随；X2滑块的移动实现X向的精确追随，滑块的移动实现Y向的精确追随；0转轴的转动实现相位角的精确追随；并且Xl滑块和X2滑块的叠加速度其峰值较大，足以追随目标工件的行进速度。
[0112]其工作程序是:在前置的传感器检测到目标工件在位后，处理器协同视觉系统及运输带90，使悬挂工作台的摄像头605在X方向上快速到达与目标工件相同位置，然后与运输带90同速；然后摄像头605会自动触发照像，经处理器处理后，再把目标工件的偏离坐标通知工作台执行X、Y、0三方向的坐标平移、旋转，以微调至精准的位置上，并且维持与运输带90同速，直至所附加的功能装置完成工作，然后工作台会自动返回起始点。
[0113]在线追随BOI (如如图5、图18所示)
[0114]图18也作为在线追随B0I921的示意图。其功能装置是摄像头605自身。它是一个在线追随BOI (Binding Optic Inspection，键合光学检测)装置。在线追随B0I921，该装置通过对待检产品进行拍照，然后和电脑中的合格品照片进行比对，并且借由气动的分类踢脚机构606 (—个由气缸带动的推杆)从待检产品剔除坏品(坏品经过分流器分流出运输带)。其结构包含前述的在线追随悬挂工作台60、分类踢脚机构606和摄像头605。
[0115]在线追随测试机(如图5、图19所示)
[0116]图19是在线追随测试机922的示意图。其功能装置是测试针床9221。它是一个在线追随测试机。在线追随测试机922，该装置通过测试针床9221上的导电探针接触电路板待检产品对待检产品进行通电检测，然后和电脑中的合格品检测数据进行比对，并且借由气动的分类踢脚机构606 (—个由气缸带动的推杆)从待检产品剔除坏品(坏品经过分流器分流出运输带)。其结构包含前述的在线追随悬挂工作台60、分类踢脚机构606、固装于在线追随悬挂工作台之功能装置安装夹的摄像头605，并且，有Z向滑道(Z向垂直于水平面)固设于其在线追随悬挂工作台之Θ转轴604下部(位于其侧向延伸体内)，Z向滑道内部有Z滑杆(可由气缸驱动)，Z滑杆下部固装有测试针床9221。其具有Χ、Υ、θ、Ζ共四个行程区间。
[0117]在线追随滴胶机(如图5、图20所示)
[0118]图20是在线追随滴胶机923的示意图。其功能装置是滴胶装置9239。它是一个在线追随滴胶机。在线追随滴胶机923，该装置往键合于线路板的芯片滴封装胶。其结构包含前述的在线追随悬挂工作台60、摄像头605 (固装于在线追随悬挂工作台之功能装置安装夹)，并且，有Z向滑道(Ζ向垂直于水平面)固设于其在线追随悬挂工作台之Θ转轴604下部(位于其侧向延伸体内)，Z向滑道内部有Z滑杆(可由气缸驱动)，Z滑杆下部固装有(已属公开的)滴胶装置9239。其具有Χ、Υ、Θ、Ζ共四个行程区间。如图所示，在线追随滴胶机923安装于在线封装固化炉924的机架上。
[0119]在线封装固化炉(如图5、图21所示)
[0120]在线封装固化炉是可以选用的设备。在生产线的研发中，往往先试验分段式的自动生产线，在另设的封装固化炉进行相应的工序。
[0121]键合后处理设备包含在线封装固化炉924，其结构包含:
[0122]机架；起支撑作用；
[0123]罩体9241 ;罩体外层92419是不锈钢，罩体内层92410是反光铝材，其与机架固装(一侧铰连，另侧在需要时可掀盖)，参与构成隧道；隧道内壁以反光铝制成内壳(即罩体内层)及底托9242 ;起隔热、光反射作用；
[0124]热源；隧道内固设4?60条(实施例为24条)(波长0.76微米的)近红外线发热管9243，通过炉内的多个反射面，使近红外作三维多角度的多重反射，全面均匀使封装好的产品胶体内外同时产生分子间共振，内外一致达到固化的效果；隧道内沿工件的行进路径分为四个独立控制的温区(130C。?180C。);
[0125]不锈钢网状运输带；安装在机架；包含前导轮、后导轮、动力轮(构成行走机构)与网状运输带组，其网状运输带的运载区域贯穿隧道；动力则采用步进电机和减速箱作驱动；
[0126]控制装置；作整炉的温度、速度监控。由传感器、处理器、步进电机驱动器、软件、触摸屏9249组成。
[0127]本在线封装固化炉工作程序:
[0128]每片线路板进入运输带后，由传感器、处理器及软件组成的监控系统便按需控制每一独立温区温度，按进板供应量及需要调节运输带输送速度。四个温区内的二十四条发热管发出特定波长(波长0.76微米)的近红外线，通过炉内的多个反射面，使近红外作三维多角度的多重反射，全面均匀使封装好的产品的胶体内外同时产生分子间共振，内外一致达到固化的效果。因在固化的过程中是整体一致，比用普通的煽炉通过空气导热的收缩率更少，故对线与晶片及线与线路板的应力影响更少；另外因胶体与线路板之间的澎涨系数更一致，故此应力拉断率比空气传导的电煽炉更低。本在线封装固化炉可以在十四分钟内对已滴好胶的线路板作连续烘干处理(可在约14分钟时间内对单组分环氧基固封胶进行热固化催干，而旧法为150分钟。)。本在线封装固化炉的控温单元采用处理器及软件可作高频脉冲输出至每秒达100次，加上发热管的热惰性，炉内的温度可满足设定的恒温，不存在有闪烁和热冲击。程序并设定了超温、欠温、超速、欠速等锁定保护，电路，功率亦定有充分的宽余量，故此遂道炉平时恒温时仅用约十八千瓦，在同产能情况下电能消耗比现常用的电煽炉可节省电费达二分之一。因定有充分的宽余量在烧毁了百分之五十的发热管的情况下，本在线封装固化炉仍然能正常工作，保正用户廿四小时的正常生产。因是单片线路板进出，把进出炉变得简单而安全兼且节省人手。
[0129]实施例1自动生产线的工作程序:
[0130]1.拾板、擦板、固晶，系借助自动拾板、擦板、固晶在线一体机121完成。
[0131]其工作程序是先通过自动拾板、擦板、固晶在线一体机121的自动拾印刷电路板机构将放置在(一个或多个)印刷电路板储存仓里的印刷电路板拾取后，再放置在一条以步进法(St印ping)行走的数控导轨运输带上，由分布前、中、后位置数个传感器、处理器及软件合作计算及决定，按需要将印刷电路板自动地送往擦板位置。
[0132]其后由自动拾板、擦板、固晶在线一体机121的擦板机构自动在该印刷电路板上按需要擦板的位置上擦板，另有吹吸尘机构则收取擦板所落下的灰尘，以免汚染印刷电路板及车间。然后同上法，由数控导轨运输带按需要将印刷电路板自动送往粘贴芯片的位置上。
[0133]然后由自动拾板、擦板、固晶在线一体机121的点厌氧胶、粘贴芯片系统内的粘贴芯片机构在该印刷电路板上已擦好板的位置上点厌氧胶。再按需先拾起相应的芯片放在相应的位置上，如此类推直至按要求贴满止。贴晶后的印刷电路板会由数控导轨自动按需输往与其相连接数控粘接胶固化炉。
[0134]2.粘接胶固化，系在线箱体粘接胶固化炉122内进行。
[0135]在线粘接胶固化炉122采用铁氟龙(Teflon)的网状运输带，不会刮伤工件；其隧道内由于没有可见光和/或紫外光，不会影响晶片内的设置，因可见光及紫外光可以影响晶片内的设置；发热管在铝板底部加热至隧道内温度90C°?130C°范围内，因是单片印刷电路板加热及运输带有网孔(旧法将印刷电路板重叠装入遮光盒体再进行加热以固化粘接胶)，热传输快，可在短时间内(由旧法的90分钟减至6分钟)，对粘接胶(厌氧胶)进行热固化催干。本装置的智能部分由分布前、中、后位置数个传感器、处理器、软件及步进法行走运输带组成。本机构会与下一工序沟通，自动按下一工序产能的快慢调节运输带运行速度及间距，故可将印刷电路板储存在炉内，箱体满载后自动知会前工序停止输送。固化好后的印刷电路板输往下一工序。
[0136]3.掰开印刷电路板，系借助在线掰板机123进行。
[0137]当工艺设计键合工序前的工件面积等于键合工序后的工件面积时，在线掰板机123的压紧掰断机构不工作，工件依序直接通过在线掰板机123 (工件不被掰断)，进入下一工序。
[0138]当工艺设计键合工序前的工件面积大于键合工序后的工件面积时，在线掰板机123的压紧掰断机构工作，工件依序被掰断成为2个或多个面积较小的工件，面积较小的工件再逐个的进入下一工序。
[0139]4.键合，系由键合机50、键合机在线配套装置配合进行。
[0140]系统由前置传感器收到工件抵位(键合前运输带键合机机前节段105)信息后，由处理器计算本台键合机是否正在生产，如是则数控运输带继续运行，将工件送往下一键合机正前；如非则运输带运载工件到键合机正前的设定位置短暂停止，再启动键合工位装卸机械手45拾取印刷电路板，并送至键合机夹具上，机械手会由收到的信息自动微调到应该放好的位置上；同一时间键合机夹具自动开关器会将键合机夹具打开，待放好印刷电路板后该自动开关器会关闭夹具，并启动键合机。收到键合机工序已完成的信息后，自动开关器会将键合机夹具打开，再由机械手将已键合好的印刷电路板放于键合后运输带键合机机前节段905上送往后续工序。
[0141]当某台键合机处于待工状态、并且其正对位置的键合前运输带机前节段105上有工件时，与之配套的键合工位装卸机械手45将该工件移动到该键合机的键合工位51，键合机的工件夹具夹紧工件，该键合机进行键合作业；
[0142]当某台键合机的键合工位有已经键合完成的工件，键合机的工件夹具释放工件，与之配套的键合工位装卸机械手45将该工件移动到键合后运输带机前节段905上，键合机回复到待工状态。
[0143]5.在线追随光学检测，系由在线追随B0I921在线进行。
[0144]在线追随B0I921在检测到已键合好的印刷电路板在位后，便开始智能追踪键合好的芯片，边追随边在Χ、y、Θ三个行程区间自动调校摄像头位置，调校好位置后便开始扫描。扫描后的资料送至处理器分析。如产品不良则由分类踢脚机构606将不良产品扫至一旁，再经过分流器分流出运输带。完成后在线追随Β0Ι921会自动返回起始点。
[0145]6.在线通电测试，系由在线追随测试机922在线完成。
[0146]在线追随测试机922在检测到已键合好的印刷电路板在位后，在线追随测试机922便开始智能追踪键合好的芯片，边追随边在X、Y、Θ三个行程区间自动调校针床位置，调校好位置后针床9221下降，导电探针和线路板实现电连接，便开始接触式功能测试。将测试后的资料送至处理器分析，然后针床9221上升。如产品不良则由分类踢脚机构606将不良产品扫至一旁，再经过分流器分流出运输带。完成后在线追随测试机922会自动返回起始点。
[0147]7.在线追随滴胶，系借助在线追随滴胶机923完成。[0148]在线追随滴胶机923在检测到已键合好的印刷电路板在位后，在线追随滴胶机923便开始智能追踪键合好的芯片，边追随边在X、Y、0三个行程区间自动调校滴胶机构9239位置，调校好位置后滴胶机构9239下降，然后滴胶。滴好胶的印刷电路板便由运输带送进在线封装固化炉924内。完成后在线追随滴胶机923会自动返回起始点。
[0149]8.封装胶固化，系借助在线封装固化炉924完成。
[0150]如图1所示，一种在线追随悬挂工作台，其包含:
[0151]包含传感器、处理器和软件的控制装置；
[0152]一条由步进电机驱动的数控运输带90，其所载运的一个工件构成被追随的目标工件；其特征是具有以下结构:
[0153]第一条X向导轨601 (X向平行于工件行进方向)，其上有Xl滑块；第二条X向导轨602固装于Xl滑块，其上有X2滑块；Y向导轨603 (Y向在水平面垂直于X向)固装于X2滑块，其上有Y滑块；Y滑块上安装轴线铅垂的0转轴604，0转轴下部固装功能装置安装夹；其具有X、Y、0共三个行程区间；
[0154]前述Xl滑块、X2滑块、Y滑块分别(通过步进带)传动连接于一个步进电机的转轴；0转轴604传动连接于一个步进电机的转轴；
[0155]摄像头605 (其既作为在线追随悬挂工作台的构件，也可作为安装于该工作台的“功能装置”)，其与功能装置安装夹固装。
[0156]相对于待追随的行进中的目标工件，Xl滑块的移动实现X向的初略追随；X2滑块的移动实现X向的精确追随，滑块的移动实现Y向的精确追随；0转轴的转动实现相位角的精确追随；并且Xl滑块和X2滑块的叠加速度其峰值较大，足以追随目标工件的行进速度。
[0157]其工作程序是:在前置的传感器检测到目标工件在位后，处理器协同视觉系统及运输带90，使悬挂工作台的摄像头605在X方向上快速到达与目标工件相同位置，然后与运输带90同速；然后摄像头605会自动触发照像，经处理器处理后，再把目标工件的偏离坐标通知工作台执行X、Y、0三方向的坐标平移、旋转，以微调至精准的位置上，并且维持与运输带90同速，直至所附加的功能装置完成工作，然后工作台会自动返回起始点。
[0158]图1也作为实施例附加功能装置的应用实例之一的示意图。其功能装置是摄像头605自身。它是一个在线追随BOI (Binding Optic Inspection，键合光学检测)装置。在线追随B0I921，该装置通过对待检产品进行拍照，然后和电脑中的合格品照片进行比对，并且借由气动的分类踢脚机构606 (—个由气缸带动的推杆)从待检产品剔除坏品(坏品经过分流器分流出运输带)。其结构包含前述的在线追随悬挂工作台60、分类踢脚机构606和摄像头605。
[0159]图2是实施例附加功能装置的应用实例之二的示意图。其功能装置是测试针床9221。它是一个在线追随测试机。在线追随测试机922，该装置通过测试针床9221上的导电探针接触电路板待检产品对待检产品进行通电检测，然后和电脑中的合格品检测数据进行比对，并且借由气动的分类踢脚机构606 (—个由气缸带动的推杆)从待检产品剔除坏品(坏品经过分流器分流出运输带)。其结构包含前述的在线追随悬挂工作台60、分类踢脚机构606、固装于在线追随悬挂工作台之功能装置安装夹的摄像头605，并且，有Z向滑道(Z向垂直于水平面)固设于其在线追随悬挂工作台之0转轴604下部(位于其侧向延伸体内)，Z向滑道内部有Z滑杆(可由气缸驱动)，Z滑杆下部固装有测试针床9221。其具有X、Y、Θ、Z共四个行程区间。
[0160] 图3是实施例附加功能装置的应用实例之三的示意图。其功能装置是滴胶装置9239。它是一个在线追随滴胶机。在线追随滴胶机923，该装置往键合于线路板的芯片滴封装胶。其结构包含前述的在线追随悬挂工作台60、摄像头605(固装于在线追随悬挂工作台之功能装置安装夹)，并且，有Z向滑道(Z向垂直于水平面)固设于其在线追随悬挂工作台之Θ转轴604下部(位于其侧向延伸体内)，Z向滑道内部有Z滑杆(可由气缸驱动)，Z滑杆下部固装有(已属公开的)滴胶装置9239。其具有Χ、Υ、Θ、Ζ共四个行程区间。如图所示，在线追随滴胶机923安装于在线封装固化炉924的机架上。
【权利要求】
1.一种板上芯片封装键合自动生产线，其包含最少两台键合机(50)、键合前处理设备、键合后处理设备、有机械手和运输带参与构成的输送装置、以及传感器和控制器；其特征是:所有键合机(50)同向沿一直线排列；于所有键合机的对应位置，键合前运输带(10)和键合后运输带(90)并排分别设置且均平行于该直线；每台键合机配套一个机械手(45)，其作业区域涵盖该台键合机的键合工位(501)、键合前运输带(10 )和键合后运输带(90 )。
2.根据权利要求1所述的一种板上芯片封装键合自动生产线，其特征在于:配套每一台键合机(50 )，有一个键合机在线配套装置，其涉及键合机的控制装置、键合工位(501)和键合机工件夹具操纵杆；其包含控制装置；设置有键合机夹具自动开关器(47);有一个键合工位工件装卸机械手(45)、一个键合前运输带机前节段(105)、和一个键合后运输带机前节段(905);键合前运输带机前节段(105)和键合后运输带机前节段(905)相互平行；键合工位工件装卸机械手(45)的作业区域涵盖该台键合机的键合工位(501)、键合前运输带机前节段(105 )和键合后运输带机前节段(905 )。
3.根据权利要求2所述的一种板上芯片封装键合自动生产线，其特征在于键合工位工件装卸机械手(45)具有如下结构:其包含一组平行摆臂(451);该平行摆臂(451)的两个摆轴(450)位于同一水平面且平行于工件行进方向；平行摆臂的摆动端铰连一连杆；连杆上固装滑轨；滑轨上有滑块(454);滑块(454)下方固装一水平滑道，水平滑道的下方一侧固装有定抓爪(4561);水平滑道内安装有滑杆(459)，滑杆459的一端下方固装有动抓爪(4562);本段前述摆轴(450)的驱动装置为步进电机，滑块(454)的驱动装置为步进电机和同步带，滑杆(459)的驱动装置为抓爪气缸(4560)。
4.根据权利要求1、2、3之任一所述的一种板上芯片封装键合自动生产线，其特征在于:包含最少一个在线追随悬挂工作台(60)，其包含: 其包含: 包含传感器、处理器和软件的控制装置； 一条由步进电机驱动的数控运输带(90)，其所载运的一个工件构成被追随的目标工件；其特征是具有以下结构: 第一条X向导轨(601)，其上有Xl滑块；第二条X向导轨(602)固装于Xl滑块，其上有X2滑块；Y向导轨(603)固装于X2滑块，其上有Y滑块；Y滑块上安装轴线铅垂的0转轴(604)，0转轴下部固装功能装置安装夹；其具有X、Y、0共三个行程区间； 前述Xl滑块、X2滑块、Y滑块分别传动连接于一个步进电机的转轴；0转轴(604)传动连接于一个步进电机的转轴； 摄像头(605)，其与功能装置安装夹固装。
5.根据权利要求1~3之任一所述的一种板上芯片封装键合自动生产线,其特征在于:键合后处理设备包含在线封装固化炉(924)，其结构包含: 机架； 罩体(9241);罩体外层(92419)是不锈钢，罩体内层(92410)是反光铝材，其与机架固装，参与构成隧道；隧道内壁以反光铝制成内壳及底托(9242)； 热源；隧道内 设4~60条近红外线发热管(9243);隧道内沿工件的行进路径分为四个独立控制的温区； 不锈钢网状运输带；安装在机架；包含前导轮、后导轮、动力轮与网状运输带组，其网状运输带的运载区域贯穿隧道；动力则采用步进电机和减速箱作驱动； 控制装置。
【文档编号】H05K3/34GK103779244SQ201410028407
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】彭捷, 谢创 申请人:谢创, 彭捷