EP2005808B1

Method and device for placing electronic components, especially semiconductor chips, on a substrate

Abstract

An apparatus for the placement of a semiconductor chip on a substrate is provided. The apparatus includes: (a) a supply station adapted to include a semiconductor wafer in a substantially horizontal position, the semiconductor wafer including the semiconductor chip; (b) a placement station positioned entirely above the supply station, the placement station being adapted to support the substrate; and (c) a transport apparatus entirely above the supply station, the transport apparatus moving the semiconductor chip from the semiconductor wafer to the substrate, the transport apparatus including (1) a pivoting pick-up tool that removes the semiconductor chip from the semiconductor wafer, the pivoting pick-up tool being arranged on a rotary arm, the rotary arm rotates about a horizontal axis to raise the semiconductor chip to a transfer position entirely above the semiconductor wafer through an ascending curved movement, (2) a placement tool that moves the semiconductor chip to the placement station and bonds the semiconductor chip on the substrate at the placement station, and (3) at least one pivoting transfer tool that transfers the semiconductor chip from the pivoting pick-up tool to the placement tool, each of the at least one pivoting transfer tool being arranged on a respective rotary arm to rotate about a respective horizontal axis to raise the semiconductor chip along a respective ascending curved movement.

EP2005808B1, drawing sheet 1
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Expired 12 April 2026, 0.5 years ago.

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28 claims: 17 independent, 11 dependent

  1. 1
    Verfahren zum Ablegen elektronischer Bauteile (1) insbesondere Halbleiterchips, auf einem Substrat (2) an einer Ablagestation (3), wobei das miL einer Auflageseite (4) an einer Vorratsstation (5) aufliegende Bauteil mit einem Primärwerkzeug (6) an einer von der Auflageseite abgewandten Strukturseite (17) erfasst, aufgenommen und durch eine Drehbewegung über die Ebene (47) der Vorratsstation transportiert wird und wobei das Bauteil von wenigstens einem Sekundärwerkzeug (8) in einer über der Ebene (47) der Vorratsstation liegenden Bereitstellungsebene (7) übernommen, über das Substrat transportiert und dort abgesetzt wird, wobei der Weg des Bauteils zwischen der Ebene (47) der Vorratsstation und der Bereitstellungsebene (7) in wenigstens zwei getrennten, aufsteigenden Kurvenbewegungen zurückgelegt wird, und wobei das Primärwerkzeug (6) das Bauteil in einer Übergabeposition wenigstens einem Schwenkwerkzeug (41, 42) übergibt.
  2. 2
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärwerkzeug (6) das Bauteil (1) einem Zwischenschwenkwerkzeug (41) übergibt, welches das Bauteil an der Auflageseite (4) erfasst und nach einer Schwenkbewegung einem Endschwenkwerkzeug (42) übergibt, welches das Bauteil wiederum an der Strukturseite (17) erfasst und in die Bereitstellungsebene (7) schwenkt, wo es dem Sekundärwerkzeug (8) übergeben wird, wobei es zuletzt mit der Strukturseite (17) auf das Substrat (2) abgesetzt wird.
  3. 3
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärwerkzeug (6) das Bauteil (1) direkt einem Endschwenkwerkzeug (42) übergibt, welches das Bauteil an der Auflageseite (4) erfasst und in die Bereitstellungsebene (7) schwenkt, wo es dem Sekundärwerkzeug (8) übergeben wird, wobei es zuletzt wieder mit der gleichen Auflageseite (4) auf das Substrat (2) abgesetzt wird.
  4. 4
    Verfahren nach Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile in einem ersten Betriebsmodus über das Zwischenschwenkwerkzeug (41) und in einem zweiten Betriebsmodus direkt dem Endschwenkwerkzeug (42) übergeben werden, wobei die Schwenkbewegung des Primärwerkzeugs (6) im ersten bzw. im zweiten Betriebsmodus ausgehend von der Aufnahme an der Vorratsstation vorzugsweise auf separaten Bewegungsabschnitten verläuft.
  5. 5
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenbewegungen Teilkreisbogenbewegungen sind von denen vorzugsweise zwei aufeinander folgende gegensinnig gekrümmt verlaufen.
  6. 6
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Sekundärwerkzeugs (8) von der Übernahme des Bauteils bis über das Substrat linear verläuft.
  7. 7
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport des Bauteils (1) von der Vorratsstation (5) bis auf das Substrat (2) im Wesentlichen auf einer etwa vertikalen Transportebene verläuft.
  8. 8
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Istlage des Bauteils auf der Vorratsstation (5) vor der Aufnahme mit einer ersten Bilderkennungseinrichtung (10) ermittelt wird und/oder dass die Istlage des Bauteils in der Bereitstellungsebene (7) vor dem Transport zum Substrat mit einer zweiten Bilderkennungseinrichtung (11a,11b) ermittelt wird, und/oder dass die Istlage des Substrats (2) mit einer dritten Bilderkennungseinrichtung (12) ermittelt wird, wobei Abweichungen zwischen den ermittelten Istwerten und einer vorbestimmten Solllage des Bauteils korrigiert werden.
  9. 9
    Verfahren nach Anspruch 4 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Istlage des Bauteils in der Bereitstellungsebene (7) durch die zweite Bilderkennungseinrichtung (11a,11b) im ersten Betriebsmodus von unten nach oben gegen das am Sekundärwerkzeug (8) gehaltene Bauteil und im zweiten Betriebsmodus von oben nach unten gegen das am Endschwenkwerkzeug (42) gehaltene Bauteil erfolgt.
  10. 10
    Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Istlage mit je einer der Bilderkennungseinrichtungen immer dann erfolgt, wenn das Primärwerkzeug (6) bzw. das Sekundärwerkzeug (8) bzw. das Endschwenkwerkzeug (42) das Bildfeld der zu ermittelnden Istlage freigibt.
  11. 11
    Vorrichtung zum Ablegen von elektronischen Bauteilen (1), insbesondere Halbleiterchips, auf einem Substrat (2) an einer Ablagestation (3) wobei das mit einer Auflageseite (4) an einer Vorratsstation (5) aufliegende Bauteil mit einem Primärwerkzeug (6) an einer von der Auflageseite abgewandten Strukturseite (17) aufnehmbar ist und mit dem das Bauteil über die Ebene (47) der Vorratsstation transportierbar ist, wobei das Bauteil von wenigstens einem Sekundärwerkzeug (8) in einer über der Ebene (47) der Vorratsstation liegenden Bereitstellungsebene (7) übernehmbar, über das Substrat (2) transportierbar und dort absetzbar ist, wobei ferner im Wirkbereich des Primärwerkzeugs (6) wenigstens ein Schwenkwerkzeug (41,42) angeordnet ist, an das ein Bauteil in einer Übergabeposition vom Primärwerkzeug (6) übergebbar ist, und wobei der Weg des Bauteils zwischen der Ebene (47) der Vorratsstation und der Bereitstcllungsebenc (7) in weinigstens zwei getrennten, aufsteigenden Kurvenbewegungen zurücklegbar ist.
  12. 12
    Vorrichtung nach Anspruch (11), dadurch gekennzeichnet, dass im Wirkbereich des Primärwerkzeugs (6) ein Zwischenschwenkwerkzeug (41) und im Wirkbereich des Zwischenschwenkwerkzeugs ein Endschwenkwerkzeug (42) angeordnet ist und dass ein vom Primärwerkzeug (6) an der Strukturseite (17) erfasstes und angehobenes Bauteil durch das Zwischenschwenkwerkzeug an der Auflageseite (4) erfassbar und an das Endschwenkwerkzeug übergebar ist, wobei es von letzterem wieder an der Strukturseite (17) erfassbar und in die Bereitstellungsebene (7) schwenkbar ist, so dass es vom Sekundärwerkzeug (8) erfassbar und zuletzt mit der Strukturseite (17) auf das Substrat (2) absetzbar ist.
  13. 13
    Vorrichtung nach Anspruch (11), dadurch gekennzeichnet, dass im Wirkbereich des Primärwerkzeugs (6) ein Endschwenkwerkzeug (42) angeordnet ist und dass ein vom Primärwerkzeug (6) an der Strukturseite (17) erfasstes und angehobenes Bauteil (1) durch das Endschwenkwerkzeug an der Auflageseite (4) erfassbar und in die Bereitstellungsebene (7) schwenkbar ist, sodass es vom Sekundärwerkzeug (8) erfassbar und zuletzt wieder mit der gleichen Auflageseite (4) auf das Substrat (2) absetzbar ist.
  14. 14
    Vorrichtung nach Anspruch 12 und Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Zwischenschwenkwerkzeug (41) als auch das Endschwenkwerkzeug (42) im Wirkbereich des Primärwerkzeugs (6) angeordnet sind, wobei das Bauteil (1) alternativ in einem ersten Betriebsmodus über das Zwischenschwenkwerkzeug und in einem zweiten Betriebsmodus direkt über das Endschwenkwerkzeug auf die Bereitstellungsebene (7) transportierbar ist.
  15. 15
    Vorrichtung nach Anspruch (14), dadurch gekennzeichnet, dass das Primärwerkzeug (6) im ersten Betriebsmodus in einem ersten Bewegungsabschnitt von der Aufnahmeposition an der Vorratsstation bis zur Übergabeposition an das Zwischenschwenkwerkzeug (41) und im zweiten Betriebsmodus in einem benachbarten zweiten Bewegungsabschnitt von der Aufnahmeposition an der Vorratsstation bis zur Übergabeposition an das Endschwenkwerkzeug (42) schwenkbar ist.
  16. 16
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärwerkzeug (6) und das wenigstens eine Schwenkwerkzeug (41,42) derart schwenkbar sind, dass ein erfasstes Bauteil eine aus Kreisbogenabschnitten zusammengesetzte Kurvenbewegung ausführt.
  17. 17
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärwerkzeug (8) an einem linear verschiebbaren Schlitten (15) angeordnet ist.
  18. 18
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärwerkzeug (6), das wenigstens eine Schwenkwerkzeug (41,41) und das Sekundärwerkzeug (8) im Wesentlichen auf einer gemeinsamen, etwa vertikalen Transportebene bewegbar sind.
  19. 19
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der Istlage des Bauteils auf der Vorratsstation (5) vor der Aufnahme eine erste Bilderkennungseinrichtung (10) vorgesehen ist, und/oder dass für die Ermittlung der Istlage des Bauteils in der Bereitstellungsebene (7) vor dem Transport zum Substrat eine zweite Bilderkennungseinrichtung (11a,11b) vorgesehen ist, und/oder dass für die Ermittlung der Istlage des Substrats (2) eine dritte Bilderkennungseinrichtung (12) vorgesehen ist, wobei Abweichungen zwischen den ermittelten Istwerten und einer vorbestimmten Solllage des Bauteils korrigierbar sind.
  20. 20
    Vorrichtung nach Anspruch 14 und nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der Istlage des Bauteils in der Bereitstellungsebene (7) die zweite Bilderkennungseinrichtung (11a,11b) für den ersten Betriebsmodus unterhalb der Bereitstellungsebene von unten nach oben gerichtet und für den zweiten Betriebsmodus oberhalb der Bereitstellungsebene von oben nach unten gerichtet angeordnet ist.
  21. 21
    Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass je eine zweite Bilderkennungseinrichtung (11a, 11b) unterhalb und oberhalb der Bereitstellungsebene angeordnet ist, welche in Abhängigkeit vom Betriebsmodus alternativ aktivierbar sind.
  22. 22
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderkennungseinrichtungen derart positioniert sind, dass das Bildfeld der zu ermittelnden Istlage in wenigstens einer Betriebslage des Primärwerkzeugs (6), des wenigstens einen Schwenkwerkzeugs (41,42) und/oder des Sekundärwerkzeugs (8) vollständig erfassbar ist.
  23. 23
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 oder 21 und Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bilderkennungseinrichtung (10) derart angeordnet ist, dass die Erfassung des ihr zugeordneten Bildfeldes von innerhalb des Schwenkbereichs des Primärwerkzeugs (6) erfolgt und dass die zweite Bilderkennungseinrichtung (11a) für den zweiten Betriebsmodus derart angeordnet ist, dass die Erfassung des ihr zugeordneten Bildfeldes von innerhalb des Schwenkbereichs des Endschwenkwerkszeugs (42) erfolgt.
  24. 24
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Bilderkennungseinrichtung bzw. deren optische Achsen im Bereich der Ausgangsöffnung auf zueinander versetzten vertikalen Achsen angeordnet sind.
  25. 25
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Bilderkennungseinrichtung (12) an einem linear verschiebbaren Schlitten (16) angeordnet ist.
  26. 26
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagestation (3) als Zuführsystem für den vorzugsweise linearen Durchlauf einer Mehrzahl von Substraten ausgebildet ist.
  27. 27
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Vorratsstation (5) eine Waferkassette (27) mit mehreren Wafern angeordnet ist, welche zum Laden von Wafern auf die Vorratsstation in verschiedene Ladepositionen bewegbar ist, in denen die Vorratsstation mit einem Wafer aus der Waferkassette beladbar und entladbar ist und dass die Waferkassette in eine Ruheposition bewegbar ist, in welcher die Vorrats station zum Abarbeiten eines geladenen Wafers wenigstens teilweise in der horizontalen Arbeitsebene über die Waferkassette verschiebbar ist.
  28. 28
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass im Wirkbereich des Primärwerkzeugs (6) und/oder des wenigstens einen Schwenkwerkzeugs (41,42) eine oder mehrere Zwischenablagestationen (40a, 40b) angeordnet sind, an denen ein Bauteil vor der Übergabe an das Sekundärwerkzeug (8) vorübergehend ablegbar ist.
Independent claims28