具备浮动定位功能的芯片移载装置及芯片浮动定位方法与流程

1.本发明涉及一种具备浮动定位功能的芯片移载装置及芯片浮动定位方法，尤指一种适用于针对薄型芯片的定位方法和使用该方法的移载装置。


背景技术：

2.对于尚未封装的芯片(晶粒)的定位一直以来都是半导体制造设备或测试设备制造商的重要难题之一，因为封装前的芯片相当薄，重量又轻，而且当有不当受力的情况时，又容易破损而报销，故不论是取放过程或移载过程都相当容易受到外部环境的影响而定位失效。
3.更进一步说明，请一并参阅图1，其是现有薄型芯片取放过程的示意图。其中，以将芯片c放置于芯片插槽sc为例进行说明，当取放装置p将芯片c移载到芯片插槽sc上方时，取放装置p不会将芯片c直接压入芯片插槽sc内，因为一旦芯片c和芯片插槽sc的位置有所偏移时，这样取放装置p的下压力很容易造成芯片c的压毁。因此，取放装置p会当芯片c位于芯片插槽sc上方且距离特定高度h时就解除吸力，让芯片c自然落入芯片插槽sc内。
4.但是，因为芯片c重量极轻，且体积也相当薄，而在落下的过程中，芯片c下方的空气流速慢，所以压力比较大；而且，当空气通过芯片c的外端缘时会产生漩涡，而漩涡生成后会使该处的气压降低。再者，由于漩涡在芯片c的四侧端面交替产生，因此导致芯片c四侧端缘处的压力不一致，如此将造成芯片c在落下的过程中容易产生偏摆，而难以完全落入芯片插槽sc内。
5.然而，现有技术为了解决上述问题多半从芯片插槽sc的设计着手，也就是将芯片插槽sc的四边端缘设有倒角cf，让芯片c在落下的过程中芯片c的四侧端面可以顺着芯片插槽sc的倒角cf滑入。不过，在偏移量较大的情况下，例如芯片c的四侧端面超出芯片插槽sc的倒角cf时，仍然无法通过倒角cf的辅助，来使芯片c完整地落入芯片插槽sc内。
6.除此之外，请一并参阅图1b，其是现有薄型芯片c因偏摆而一端因摩擦力卡设于倒角cf上的示意图；因为倒角cf和芯片c都属于刚体，二者之间具有摩擦力，再加上芯片c1本身重量相当轻，本身重量难以直接克服该摩擦力。因此，即便芯片c的一端恰好落在倒角cf上，也有很大的机率因为二者之间所存在的摩擦力，导致芯片c卡在倒角cf上，无法顺利滑入槽内。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的是提供一种具备浮动定位功能的芯片移载装置及芯片浮动定位方法，从而能使芯片在移载过程前、过程中、甚至在移载过程后，都能相当完整地且稳固地放置入芯片置放槽内。
8.为达成上述目的，本发明的一种具备浮动定位功能的芯片移载装置，其自第一位置移载至少一个芯片至第二位置，该芯片移载装置主要包括芯片承载台、气压切换阀以及控制单元；其中，芯片承载台的上表面包括至少一个芯片置放槽，而每一个芯片置放槽开设
至少一个通气孔；另外，气压切换阀包括第一入口端及出口端，而第一入口端连通至正气压源，出口端连通至芯片承载台的至少一个通气孔；控制单元电性连接至气压切换阀，并控制气压切换阀以使至少一个通气孔连通至正气压源。其中，当至少一个芯片被放置到至少一个芯片置放槽时，控制单元控制气压切换阀使至少一个通气孔连通至正气压源，而正气压源通过至少一个通气孔流出的气流吹向至少一个芯片下表面，使至少一个芯片形成气浮。
9.承上所述，本发明使芯片置放槽连通至正气压源，即通过在芯片置放槽内朝芯片的下表面吹送气体，致而使芯片受气流影响产生持续的浮动现象；一旦取消吹气气流时，芯片即可完整地落入芯片置放槽内。据此，本发明利用气流朝芯片吹送，使芯片在芯片置放槽产生气浮现象，来缩小芯片偏置的误差位移量，一旦取消吹送的气流，芯片即可完整地落入芯片放置槽内，达成定位功能。
10.进一步说明，在本发明中，气压切换阀还包括第二入口端，其连通至负气压源；而控制单元可先控制气压切换阀使至少一个通气孔连通至正气压源后，再控制气压切换阀使至少一个通气孔连通至负气压源。换言之，本发明可先进行浮动定位，待定位完成后，再利用负压来真空吸附芯片，使芯片牢牢地固定于芯片置放槽内。
11.再者，当至少一个芯片被放置到至少一个芯片置放槽，而芯片承载台位于第一位置时，控制单元可先控制气压切换阀使至少一个通气孔先连通至正气压源后，而控制单元可再控制气压切换阀使至少一个通气孔连通至负气压源并持续到芯片承载台移动至第二位置。换言之，本发明可于芯片在被移载之前即完成定位，并以负压源吸附芯片而固定完成后，再对芯片进行移载。据此，还可确保芯片的移载过程中，芯片将不至于再次脱出。
12.另一方面，在本发明中，气压切换阀可还包括第三入口端，其可连通至外部大气压；当至少一个芯片被放置到至少一个芯片置放槽，而芯片承载台位该第一位置时，控制单元可控制气压切换阀使至少一个通气孔先后连通至正气压源、负气压源及外部大气压后，芯片承载台移动至第二位置。换句话说，本发明也可于芯片在被移载之前即完成定位，且在移载过程中并不强制施加负压，即芯片置放槽内呈大气压，让芯片靠自身重力而固定于芯片置放槽内。据此，在芯片置放槽的移载路径上和第二位置处皆无须另外设置正压及负压的连通管路或接头，让整体设备更为精简，装配及维护成本可大幅降低。
13.较佳的是，本发明可还包括压力感测单元，其可电性连接至控制单元；其中，当控制单元控制气压切换阀使至少一个通气孔连通至负气压源时，控制单元可控制压力感测单元侦测芯片置放槽内的气体压力，一旦气体压力高于预定值时，控制单元可发送警示信息或控制气压切换阀使至少一个通气孔再次连通至正气压源。也就是，当通以负压吸附芯片时，本发明可另外通过压力感测单元来侦测芯片置放槽内的气体压力，并据以判断芯片是否已经定位完成；因若未完成定位，则会产生大量漏气的情况，而导致芯片置放槽内的气体压力升高，控制单元可借此发出警示信息或再次进行浮动定位。
14.再且，本发明的芯片承载台的至少一个通气孔可呈漏斗状；每一个芯片置放槽可包括芯片槽部及容气槽部，而容气槽部的水平截面积可小于芯片槽部的水平截面积，且容气槽部可位于芯片槽部的下方，至少一个通气孔可位于容气槽部的底面。另外，芯片槽部朝芯片承载台的上表面可呈渐扩状，而容气槽部朝芯片槽部也可呈渐扩状，且容气槽部与芯片槽部间可包括台阶部；其中，台阶部放置芯片，而开口呈现渐扩状的芯片槽部可辅助芯片定位。
15.为达成上述目的，本发明的一种芯片浮动定位方法，包括步骤如后：首先，提供芯片至芯片置放槽，而芯片置放槽的底面开设至少一个通气孔，其连通至气压切换阀的出口端，且气压切换阀还包括连通至正气压源的第一入口端；接着，气压切换阀受控切换而使至少一个通气孔连通至正气压源，而正气压源通过至少一个通气孔流出的气流吹向至少一个芯片下表面，使至少一个芯片形成气浮。
16.承上所述，根据本发明所提供的芯片浮动定位方法，先以芯片置放槽底面的通气孔连通至正气压源，以提供气流朝芯片下表面吹送，让芯片受气流影响产生浮动现象，一但取消该气流，芯片便可顺利地且完整地落入芯片置放槽。借此，本发明所提供的方法可确保芯片完整地定位于芯片置放槽内。
17.而且，在本发明所提供的芯片浮动定位方法也可更进一步确保于芯片的移载过程中芯片不至于脱出芯片放置槽，即芯片放置槽由第一位置移动至第二位置，而在移动的过程中可持续对芯片放置槽施加负压，以使芯片更稳固地容纳于芯片置放槽内；另一方面，也可在第一位置完成定位后，不在施加负压，以简化设备的复杂度，降低成本。
18.此外，于本发明所提供的方法中，当芯片置放槽连通至负气压源时，还通过压力感测单元来侦测芯片置放槽内的气体压力，一旦芯片未完成定位时，将发生空气大量流入芯片置放槽的情况，导致气体压力高于预定值时，可使该至少一个通气孔再次连通至正气压源，即再次进行浮动定位。当然，并不以再次浮动定位为限，也可直接发送警示信息。
附图说明
19.图1a是现有薄型芯片取放过程的示意图。
20.图1b是现有薄型芯片因偏摆而一端因摩擦力卡设于倒角上的示意图。
21.图2是本发明第一实施例的系统架构图。
22.图3是本发明第一实施例的移载示意图。
23.图4a是本发明的芯片承载台的立体图。
24.图4b是本发明的芯片置放槽的局部剖视图。
25.图4c是本发明的芯片置放槽的局部剖视图，其显示了槽内因气流所产生的芯片浮动现象。
26.图5a是本发明的芯片置放槽的另一实施方式的立体图。
27.图5b是本发明的芯片置放槽的另一实施方式的局部剖视图。
28.图6是本发明第二实施例的系统架构图。
具体实施方式
29.本发明具备浮动定位功能的芯片移载装置及芯片浮动定位方法在本实施例中被详细描述之前，要特别注意的是，以下的说明中，类似的组件将以相同的组件符号来表示。再者，本发明的附图仅作为示意说明，其未必按比例绘制，且所有细节也未必全部呈现于附图中。
30.请同时参阅图2及图3，图2是本发明第一实施例的系统架构图，图3是本发明第一实施例的移载示意图。如图中所示，本实施例的芯片移载装置主要包括芯片承载台2、气压切换阀3及控制单元4，其中，本实施例的芯片承载台2可为芯片检测设备中用于移载芯片的
承载梭(shuttle)，如图3所示，其可以移动于第一位置p1和第2位置p2之间；而第一位置p1是装载芯片的位置，即通过取放(pick&place)装置d
p
将待测的芯片c从芯片承载盘(图中未示)搬移到芯片承载台2。另外，第二位置p2是测试位置，也就是上方的测试头th下压接触待测的芯片c并进行测试的位置。
31.再者，请再一并参阅图4a及图4b，图4a是本发明的芯片承载台的立体图，图4b是本发明的芯片承载台的局部剖视图；本实施例的芯片承载台2的上表面20包括复数个芯片置放槽21，且每一个芯片置放槽21开设通气孔210。在本实施例中，每一个芯片置放槽21包括芯片槽部211及容气槽部212，容气槽部212位于芯片槽部211的下方，而通气孔210位于容气槽部212的底面；又，容气槽部212的水平截面积小于芯片槽部211的水平截面积，故二者之间的断差形成台阶部213，借此可以放置并支撑芯片c。
32.此外，本实施例的芯片槽部211朝芯片承载台2的上表面20呈渐扩状，而容气槽部212则朝芯片槽部211呈渐扩状；也就是说，容气槽部212和芯片槽部211朝上方的开口都是呈渐扩状。其中，容气槽部212和芯片槽部211具备渐扩状开口的用意在于方便引导气流，使吹气气流得以均匀地朝四侧边散逸，此外芯片槽部211的渐扩状开口还可辅助定位以导正芯片c落入芯片槽部211。
33.再者，本实施例的气压切换阀3为电磁阀，其包括第一入口端31、第二入口端32及出口端33，而第一入口端31连通至正气压源p
pos
，第二入口端32连通至负气压源p
neg
，出口端32则连通至芯片承载台2的通气孔210。另外，本实施例的控制单元4可为独立的可程序化逻辑控制器(programmable controller，plc)，也可为整个测试设备的主控制器，其电性连接至气压切换阀3，并控制气压切换阀3以使通气孔210连通至正气压源p
pos
或负气压源p
neg
。换言之，控制单元4可控制气压切换阀3来切换出口端33连通至第一入口端31或第二入口端32以进行吹气或吸气。
34.以下详述本实施例的运作方法，首先，当芯片承载台2位于第一位置p1时，取放装置d
p
将待测的芯片c从芯片承载盘(图中未示)搬移到芯片承载台2上并对应于芯片置放槽21放下芯片c；接着，控制单元4先控制气压切换阀3使通气孔210连通至正气压源p
pos
，故气流将自通气孔210朝上喷出而吹向芯片c，进而使芯片c产生气浮微动的效果，请见图4c，图4c是本发明的芯片置放槽的局部剖视图，其显示了槽内因气流所产生的芯片浮动现象。
35.特别说明，本实施例的吹气气流让芯片c产生浮动效果，除了能帮助芯片c置中之外，如图4c所示，由于吹气气流不断地由芯片c四侧端缘处流出，而气流本身恰好形成绝佳的润滑流体，可以消除芯片c和芯片槽部211的渐扩状开口(倒角)之间所存在的刚体表面摩擦力，进而让芯片c可以顺利地且完整地滑落进入芯片槽部211。本实施例的待移载芯片c以cmos芯片为例，吹气的气压只要介于2kpa至4kpa之间即可，其中cmos芯片的尺寸为7.3mm
×
6.5mm。
36.再者，于吹气持续数秒后，该控制单元4再控制气压切换阀3使通气孔210连通至负气压源p
neg
，进而使芯片置放槽21的容气槽部212内产生负压，以吸附芯片c。换言之，在浮动定位步骤之后，一旦取消吹气，芯片c已可完整地落入芯片置放槽21的芯片槽部211内，接着通过负气压源p
neg
产生吸力，使芯片c牢牢地固定于芯片置放槽21。最后，芯片承载台2受控移动至第二位置p2，然而在整个移载过程中，负气压源p
neg
始终连通至通气孔210，故芯片置放槽21始终吸附芯片c，以确保芯片c的移载过程中，芯片c将不至于再次脱出。
37.请一并参考图5a及图5b，图5a是本发明的芯片置放槽21的另一实施方式的立体图，图5b是本发明的芯片置放槽21的另一实施方式的局部剖视图；如图中所示，本实施方式的芯片置放槽21与前述实施方式主要差异在于通气孔210的形式，本实施方式的通气孔210呈漏斗状，其主要目的在于漏斗状通气孔210的出口处气体压力增大、流速降低，故可提供更为均匀、平顺的吹气效果，避免芯片c浮动定位过程摆动过大。
38.请参阅图6，其是本发明第二实施例的系统架构图；第二实施例与前述第一实施例主要差异在于，第二实施例还包括压力感测单元5，其电性连接至该控制单元4，并用于感测芯片置放槽21内的气体压力。另外，本实施例的气压切换阀3还包括第三入口端30，其连通至外部大气压p
atm
。
39.以下详述第二实施例的运作方法，首先，当芯片承载台2位于第一位置p1时，而芯片c对应于芯片置放槽21时被放下；接着，控制单元4同样先控制气压切换阀3使通气孔210连通至正气压源p
pos
，以吹气使芯片c产生浮动定位的效果。再者，控制单元4同样再控制气压切换阀3使通气孔210连通至负气压源p
neg
，以使芯片c牢牢地固定于芯片置放槽21的芯片槽部211内。接着，控制单元4同样再控制气压切换阀3使通气孔210连通至外部大气压p
atm
，并使芯片承载台2移动至该第二位置p2。
40.换句话说，在第二实施例中，芯片c在被移载之前即完成定位，且在移载过程中并不强制施加负压；据此，在芯片置放槽211的移载路径上和第二位置p2处皆无须另外设置正压及负压的连通管路或接头，让整体设备更为精简，装配及维护成本可大幅降低。
41.除此之外，第二实施例在芯片置放槽21内又特别设置压力感测单元5，其主要是当控制单元4控制气压切换阀3使通气孔210连通至该负气压源p
neg
时，该控制单元4同时控制压力感测单元5侦测芯片置放槽21内的气体压力，且通过控制单元4判断，一旦该气体压力高于预定值时，即表示芯片c并未完整地置放于芯片置放槽21的芯片槽部211内，故芯片c与芯片置放槽211间留有气隙空间而导致大量空气流入芯片置放槽211内，进而使朝内气体压力升高，即表示未完成定位。此时，控制单元4将控制气压切换阀3使通气孔210再次连通至正气压源p
pos
，也就是再次进行浮动定位；不过，在本发明的其他实施例中，并不以再次浮动定位为限，也可通过控制单元4发送警示信息，例如声光信息或显示屏幕上的警示信息。
42.简而言之，在本发明的第二实施例中，当通以负压吸附芯片c时，可另外通过压力感测单元5来侦测芯片置放槽21内的气体压力，并据以判断芯片c是否已经定位完成；因若未完成定位，则会产生大量漏气的情况，而导致芯片置放槽21内的气体压力升高，控制单元4可借此发出警示信息或再次进行浮动定位。
43.上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
44.符号说明
45.2:芯片承载台
46.3:气压切换阀
47.4:控制单元
48.5:压力感测单元
49.20:上表面
50.21:芯片置放槽
51.30:第三入口端
52.31:第一入口端
53.32:第二入口端
54.33:出口端
55.210:通气孔
56.211:芯片槽部
57.212:容气槽部
58.213:台阶部
59.c:芯片
60.d
p
:取放装置
61.p1:第一位置
62.p2:第二位置
63.p
atm
:外部大气压
64.p
pos
:正气压源
65.p
neg
:负气压源
66.th:测试头。