AT414078B - Verfahren und einrichtung zum befestigen von elektronischen schaltungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Befestigen von elektronischen Schaltungen, beispielsweise Chips, auf einem Substrat oder einer Leiterplatte, od. dgl. mit einem Kleber, wobei die Verklebungsstelle in der Substratebene und anschließend gegebenenfalls in der z-Achse vermessen wird und danach ein mit Kleber für mindestens eine Verklebung versehener Klebestellenbenetzer über die Verklebungsstelle auf dem Substrat verfahren und zur Kleberübergabe abgesenkt wird und der Chip auf der mit Kleber benetzten Verklebungsstelle angeordnet wird.

Es ist an sich bekannt beim Befestigen von elektronischen Schaltungen, also von Chips, auf einem Substrat, nachfolgend genannt Bondprozess, zuerst über ein Stempelwerkzeug oder über eine Einrichtung den Kleber auf die Klebestelle aufzubringen und anschließend den Chip mit einer Saugnadel auf den Kleber aufzulegen. Eine im Mittel konstante Fügespaltdicke wird erreicht, indem ein bestimmter Überfahrweg und der Einfederweg der Saugnadel in die Saugnadelhalterung gewählt werden. Das eigentliche Bonden des Chips erfolgt dann durch Druck. Der Nachteil dieser Methode ist, dass Chip- oder Substratdickenschwankungen in den Bondprozess mit eingehen und eine starke Streuung der Fügespaltdicke verursacht.

In einem weiteren, bekannten Bondprozess wird der Chip mit einer Saugnadel auf die Kleberoberfläche aufgelegt. Durch das Gewicht der Saugnadel und des Chips sinkt der Chip nach unten und verteilt die Klebermasse im Spalt zwischen Chip und Substrat. Nach einer bestimmten Zeit wird das Vakuum, mit der die Saugnadel den Chip hält, gelöst und die Saugnadel fährt nach oben. Diesen Prozess nennt man zeitliches Bonden des Chips. Der Nachteil dieser Methode ist, dass hier die Klebereigenschaften in den Bondprozess mit eingehen und die zeitliche Änderung der Kleberviskosität, verursacht durch die Topfzeit eines Klebers, sowie ein nicht konstanter Kleberauftrag Schwankungen in der Fügespaltdicke verursachen.

Aus der US 4 857 133 A ist ein Verfahren bekannt, mit der die oben genannten Schwierigkeiten umgangen werden können. Nach diesem Verfahren wird zuerst der Chip, der von einem x-y-z-Positionierungssystem mit einem Bondkopf gehalten wird, auf die Bondposition eines Elektronikgehäuses aufgelegt und die z-Position des Bondkopfes ausgelesen. Der Chip wird von der Klebestelle wieder angehoben und verfahren, um den Kleber aufzubringen. Abschließend kann der Chip auf die vermessene Höhe des Substrates plus die gewünschte Fügespaltdicke abgelegt werden.

Ferner ist aus der JP 7-249897 A ein Verfahren bekannt, bei dem der Chip mit einer Saugnadel transportiert wird und auf Grund einer optischen Vermessung von Chipunterfläche zu den über die Chipunterfläche ragenden Kontakten die Klebermenge für die Chipverklebung bestimmt wird.

Weiters sind nach dem Stand der Technik auch optische Methoden nach dem Triangulationsmessverfahren, beispielsweise aus der JP 8-051297 A2 und DE 199 51 053 A1, oder der Einsatz von Drucksensoren zur Vermessung der Substrathöhe, bekannt. Der Nachteil all dieser genannten Methoden ist, dass die einzelnen Prozessschritte, diese sind das Vermessen der Substrat- bzw. der Chipdicke, der Kleberauftrag auf die Bondposition und das abschließende Bonden des Chips, nur seriell durchgeführt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das einerseits die Nachteile der bekannten Verfahren weitgehenst vermeidet und das anderseits eine rationelle, qualitativ hochwertige Massenproduktion erlaubt.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Vermessen der Verklebungsstelle in der Höhe bzw. in der z-Achse gleichzeitig zur Vermessung der Verklebungsstelle in der Substratebene und/oder gleichzeitig zum Aufbringen des Klebers erfolgt, dass die 3

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Position der Höhe bzw. der z-Achse erfasst und in einem Rechner abgelegt wird und dass mittels einer Saugnadel ein Chip über der mit Kleber benetzten Verklebungsstelle positioniert wird und der Chip auf eine zur Verklebung entsprechende, vom Rechner vorgegebene Höhe abgesenkt wird, wobei diese Höhe der gespeicherten Position der Verklebungsstelle bzw. der gespeicherten Position der z-Achse plus der definierten Fügespaltdicke entspricht. Mit dieser Erfindung ist es erstmals möglich, eine Parallelisierung von Prozessschritten zu erreichen. Damit ist eine schnellere und rationellere und dadurch wirtschaftlichere Fertigung möglich.

Wie bereits erwähnt, muss zur Erreichung einer hochwertigen Qualität die Verklebungsstelle in der Substratebene in allen drei Dimensionen vermessen werden. Die Vermessung der Höhe bzw. der z-Achse kann dabei auf verschiedene Arten erfolgen. Kern der Erfindung ist es, dass dieser Verfahrensschritt gleichzeitig zu einem weiteren Verfahrensschritt durchgeführt wird. Weiters ist es für das erfindungsgemäße Verfahren bedeutend, dass diese Position erfasst und in einem Rechner abgelegt wird. Der mittels einer Saugnadel positionierbare Chip wird dann auf die entsprechende Höhe abgesenkt, die der erfassten z-Position plus den definierten Fügespaltdicken entspricht.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung erfolgt das Vermessen der Verklebungsstelle sowohl in der Substratebene als auch in der z-Achse über mindestens ein optisches Messsystem und/oder das Vermessen in der z-Achse über den mit Kleber für die Kleberübergabe versehenen Klebestellenbenetzer beim Auftreffen bzw. beim Berühren der Oberfläche des Substrates über einen mit ihm gekoppelten Sensor.

Erfolgt die Höhenvermessung über ein optisches Messsystem, so ergeben sich weitere Möglichkeiten. So kann die Feststellung der z-Position bereits im Zuge der Vermessung der Klebestelle in der x, y-Ebene des Substrats erfolgen. In einem derartigen Fall kann die Höhe der Verklebungsstelle am Substrat, parallel zur Vermessung der x, y-Koordinaten, über eine zusätzliche Höhenmesseinrichtung, beispielsweise ein Lasermesssystem, bestimmt werden. Prinzipiell könnte aber die Vermessung in allen drei Dimensionen über eine Kamera erfolgen, wobei die Höhenbestimmung über die Fokussierung, also die Schärfe, der erfassten Substratstruktur erfolgt.

Eine andere Möglichkeit der Höhenerfassung wäre beim Bonden von Halbleiterchips auf ein Substrat. Bei diesem Verfahren wird mit einem Stempelwerkzeug bzw. Klebestellenbenetzer, das von einem x-y-z-Positionierungssystem mit einem Bondkopf gehalten wird, gleichzeitig mit dem Aufträgen des Klebers auf das Bondbad die Substratdicke gemessen und erfasst. Anschließend wird mit einer Saugnadel, die vom gleichen oder einem zweiten x-y-z-Positionierungssystem gehalten wird, der Chip vom Wafer oder einer Chipablage aufgenommen und über die Bondposition gebracht. Beim folgenden Bondprozess kann nun der Chip auf die gemessene Höhe plus die geforderte Fügespaltdicke, die dem mit Kleber ausgefüllten Spalt zwischen Substrat und Chip entspricht, abgelegt und so für alle gebondeten Chips eine definierte, konstante und reproduzierbare Fügespaltdicke erreicht werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt nach dem Auftreffen des Klebestellenbenetzers auf dem Substrat die Kleberübergabe unter definiertem Druck und definierter Zeit. Dadurch werden Klebeverbindungen geschaffen, die qualitativ hoch stehend in einer ganz engen Bandbreite liegen und die auch eine Reproduzierbarkeit zulassen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der Absenk- und/oder der Rückstellvorgang des Klebestellenbenetzers und/oder der Saugnadel zur bzw. von der Verklebungsstelle mit mindestens zwei verschiedenen Geschwindigkeiten durchgeführt. Dadurch kann, beispielsweise mit einem Absenken der Absenkgeschwindigkeit, die Messgenauigkeit erhöht werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Absenk- und/oder der Rückstellvorgang des Klebestellenbenetzers und/oder der Saugnadel in z-Richtung zur bzw. von der 4

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Verklebungsstelle für die Erfassung der z-Position, die der Substratoberfläche entspricht, in mindestens zwei Positioniervorgängen durchgeführt. Dadurch wird eine gute Kleberbenetzung der Verklebungsstelie gewährleistet.

Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird zur exakten Bestimmung der z-Position, die der Substratoberfläche entspricht, beim zweiten Positioniervorgang, insbesondere beim Rückstellvorgang des Klebestellenbenetzers, der Klebestellenbenetzer auf eine, aus dem ersten Positioniervorgang erfasste und im Rechner gespeicherte, z-Position positioniert, wobei dieser Wert bewusst geringfügig über- oder unterschritten wird und mit langsamer Geschwindigkeit auf den exakten Wert positioniert wird. Wie bereits erwähnt, wird dadurch die Messgenauigkeit erhöht, da mit der Feinsuche die Ungenauigkeiten der Grobsuche kompensiert werden.

Nach einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird zur Berechnung der exakten z-Position im Rechner die Schwankung der Chipdicke berücksichtigt. Um eine definierte und konstante Fügespaltdicke für alle gebondeten Chips erreichen zu können, muss auch die Schwankung der Chipdicke vermessen werden.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird von jedem Wafer bzw. jeder neuen Charge mindestens ein Chip, insbesondere hinsichtlich der Dicken, vermessen und diese Messgröße in den Rechner eingegeben. Die Variation der Chipdicke eines Wafers oder einer Charge ist vernachlässigbar gering. Bei einem Wechsel des Wafers kann es aber zu Variationen von ±10pm und mehr kommen. Es ist daher ausreichend, die Chipdicke bei jedem Waferwechsel neu zu vermessen und in den Bauteildaten der Softwarebibliothek des Bonders zu korrigieren.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung erfolgt die Vermessung des Chips auf einer definierten Auflage, vorzugsweise mit einer den Klebestellenbenetzer einschließenden Messmethode. Die Vermessung des Chips erfolgt in der Maschine, in dem der erste Chip eines jeden neuen Wafers mit der Saugnadel, die in einer Saugnadelhalterung am Bondkopf befestigt ist, aufgenommen wird und auf einer Auflage, mit einer definierten Höhe, in der Maschine abgelegt wird. Die Messung erfolgt analog zur Messung der Substratdicke mit dem Klebestellenbenetzer. Notwendigerweise muss für diese Messung auch die Saugnadelhalterung mit einem z-Positionsmessstößel ausgestattet sein. Die Chipdicke des neuen Wafers oder der neuen Charge ergibt sich aus der Differenz des gemessenen z-Wertes zur gespeicherten Höhe der Auflage.

Es können zuerst alle Verklebungsstellen eines Substrates, bei gleichzeitiger Höhenbestimmung, benetzt und anschließend die Chips auf die im Rechner gespeicherten Höhen plus der definierten Fügespaltdicke abgelegt werden. Fertigungstechnisch bringt diese Wahl der Verfahrensschritte große Vorteile, vor allem in Hinblick auf die Fertigungszeit.

Bei einer Alternative werden zuerst alle Verklebungsstellen eines Substrates, bei gleichzeitiger Höhenbestimmung, in der Substratebene vermessen, anschließend wird der Kleber auf die Verklebungsstellen aufgebracht und die Chips auf die im Rechner gespeicherten Höhen plus der definierten Fügespaltdicke abgelegt. Entsprechend dem gewählten Verfahrensablauf sind auch hier Rationalisierungen erreichbar.

Nach einer noch anderen Ausgestaltung der Erfindung verändert das Substrat nach der Höhenbestimmung der Verklebungsstellen seine Position, wobei die z-Positionen dieser Positionen definiert sind. Auch mit einem derartigen Verfahrensablauf können zeitmäßig Einsparungen erreicht werden. Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch durch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein optisches Messsystem und ein Positioniersystem mit mindestens drei Bewegungsfreiheiten, nämlich in x, 5

AT 414 078 B y und z-Richtung vorgesehen sind, in dem mindestens eine in z-Richtung bewegliche Werkzeughalterung, vorzugsweise mit einer weiteren Bewegungsfreiheit, nämlich mit Drehen, gelagert ist und in dieser Werkzeughalterung ein Werkzeug, insbesondere ein Klebestellenbenetzer bzw. eine Dispenseinrichtung, ein Stempelwerkzeug oder eine Saugnadel, fixierbar ist, wobei 5 gegebenenfalls das Werkzeug in Bezug auf seine Bewegung in z-Richtung mit einem Sensor gekoppelt ist. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung, die vorteilhaftenweise einfach im Aufbau ist, ist es erstmals möglich, den Produktionsprozess rationell und daher wirtschaftlich durchzuführen. Weiters ist es vorteilhaft, dass die einzelnen Komponenten für diese erfindungsgemäße Einrichtung nicht neu zu entwickeln bzw. zu konstruieren sind, sondern aus dem Standardprog-io ramm ausgewählt werden können. So kann eine Saugnadel gewählt werden, die mit geringem Druck der Abblasluft arbeitet. Dies hat auf weitere Komponenten positive Auswirkungen.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist der Klebestellenbenetzer als Stempelwerkzeug oder als Klebstoffspender bzw. Dispenseinrichtung ausgeführt. Entsprechend dem ge-15 wählten Prozessablauf kann das optimale Werkzeug eingesetzt werden. Dadurch ergibt sich bei der Einrichtung eine gewisse, vorteilhafte Universalität.

Mindestens ein Messsystem und mindestens ein Positioniersystem können mit mindestens einem Rechner verbunden sein. Dadurch kann der erfindungsgemäße Fertigungsprozess in 20 einfachster Art und Weise durchgeführt werden.

Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind zwei Positioniersysteme vorgesehen, wobei in einem der Klebestellenbenetzer und im anderen die Saugnadel vorgesehen ist und die beiden Positioniersysteme mit einem Rechner verbunden sind und gegebenenfalls parallel 25 arbeiten. Durch diese Parallelisierung wird eine hohe Wirtschaftlichkeit im Prozessablauf erreicht.

Gemäß einer besonderen Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist zur Kopplung zwischen Sensor und Werkzeug ein am Werkzeug angeordneter Positionsmessstößel vorgese-30 hen. Diese einfache konstruktive Maßnahme gewährleistet eine sichere Messfunktion.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor ein optischer Sensor, beispielsweise eine Lichtschranke. Durch die Funktionssicherheit der optischen Einrichtungen ist ein störungsfreier Prozessablauf gewährleistet. 35

Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausbildung weist der Sensor eine Sender- und Empfängereinheit auf, wobei der Sender ein Analogsignal aussendet, das sich beim Ansprechen des Sensors ändert. Mit dieser einfachen Art der Messwerterfassung ist vorteilhaftenweise eine gewisse Robustheit der Einrichtung gegeben. 40

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Analogsignal über eine Servokontrolleinheit der z-Achse erfassbar, wobei dessen Auslesung periodisch mit einem bestimmten Samplingrate erfolgt und bei einer Änderung des Analogsignals diese entsprechende z-Position im Rechner speicherbar ist. Dadurch wird ein Messfehler, der durch die endliche Samplingrate des Servo-45 Controllers für die z-Achse der Positioniereinheit verursacht werden könnte, vermieden.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor ein Drucksensor. Natürlich kann auch ein druckempfindlicher Sensor seinen wirtschaftlichen Einsatz finden. so Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das optische Messsystem mindestens eine Tiefenschärfe-Kamera. Die Kamera muss bei Höhenschwankungen des Substrates die Schärfe der Abbildung und damit den Fokus nachstellen.

Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das optische Messsystem mindes-55 tens ein Laser-Messsystem, mit dem die Höhe der Verklebungsstelle bestimmbar ist. In der 6

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Mikroskopie sind derartige Geräte bereits im Einsatz.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird das optische Messsystem in die Optik der Kamera, die zur Vermessung der Verklebungsstelle in der Substratebene dient, integriert. Natürlich bringt eine derartige Integration eine weitere Vereinfachung der Einrichtung.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Klebestellenbenetzer einen den Kleber übergebenden Kleberkopf auf, der kreuzförmig ausgebildet ist. Dadurch hat der Kleber genügend Platz sich auf der Verklebungsstelle zu verteilen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Klebestellenbenetzer zur Übergabe des Klebers einen hohlen, nadelförmigen Kleberkopf auf, der eine geschlitzte, insbesondere kreuzförmig geschlitzte, Öffnung aufweist. Auch bei dieser Ausbildung der Dispensereinrichtung tritt der oben aufgezeigte Effekt ein.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Befestigen von elektronischen Schaltungen auf einem Substrat,

Fig. 2 ein allgemeiner Verfahrensablauf zum Befestigen von elektronischen Schaltungen in Diagrammform und

Fig. 3 und 4 alternative Verfahrensabläufe im Detail in Diagrammform.

Einführend sei festgehalten, dass in der beschriebenen Ausführungsform gleiche Teile bzw. Zustände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile bzw. Zustände mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können.

Gemäß der Fig. 1 ist eine Einrichtung zum Befestigen von elektronischen Schaltungen, beispielsweise Chips auf einem Substrat oder einer Leiterplatte od. dgl. dargestellt, wobei die Befestigung mittels eines Klebers erfolgt. Die Verklebungsstelle 8 in der Substratebene 9, also auf der Oberfläche des Substrates, wird sowohl in der x, y-Ebene als auch in der z-Achse vermessen. Die Position der Höhe bzw. der z-Achse wird erfasst und in einem - nicht dargestellten Rechner - abgelegt.

Der Vorgang der Erfassung der z-Position erfolgt gleichzeitig mit einem weiteren Verfahrensschritt beim Befestigen der elektronischen Schaltung. So gibt es verschiedene Möglichkeiten die Erfassung der z-Position mit einem anderen Verfahrensschritt zu parallelisieren.

So kann die Erfassung der z-Position mit optischen Vermessungsmethoden erfolgen, wobei die z-Position parallel zur optischen Vermessung der Verklebungsstelle in x, y-Ebene erfasst wird. Für diesen Fall sind mehrere Möglichkeiten denkbar, wobei zwei als Beispiele aufgezeigt werden:

Es könnte die Höhenmessung über eine zusätzliche Höhenmesseinrichtung, beispielsweise über ein zusätzliches Lasermesssystem, das am Bondkopf angeordnet ist, erfolgen.

Eine andere Möglichkeit wäre, die Höhenbestimmung, also die Erfassung der z-Position, über eine Fokussierung einer Kamera, gegebenenfalls über eine Tiefenschärfe-Kamera, durchzuführen. Da die x, y-Bestimmung der Verklebungsstelle 8 über die Strukturerkennung am Substrat erfolgt, muss die Kamera bei Höhenschwankungen des Substrates die Schärfe der Abbildung 7

AT 414 078 B und damit den Fokus nachstellen. Über diese Justierung kann die Bestimmung der z-Position erfolgen.

Die erfasste z-Position wird im Rechner abgelegt. Ebenso wird die Verklebungsstelle mit Kleber 5 benetzt. Der Klebestellenbenetzer 1 weist einen den Kleber übergebenden Kleberkopf auf, der beispielsweise kreuzförmig ausgebildet ist. Die Kleberübergabe erfolgt unter definierten Druck und definierter Zeit. Mittels einer Saugnadel wird ein Chip über der mit Kleber benetzten Verklebungsstelle positioniert und der Chip auf eine zur Verklebung entsprechende, vom Rechner vorgegebene, Höhe abgesenkt. Diese Höhe entspricht der gespeicherten Position der z-Achse io plus die definierte Fügespaltdicke.

Eine weitere Möglichkeit der Parallelisierung von Verfahrensschritten wird nachstehend beschrieben: 15 Die Stempeleinrichtung zum Aufträgen des Klebers setzt sich zusammen aus dem Klebestellenbenetzer 1, der auch eine Dispenseinrichtung sein kann, der Werkzeughalterung 2, und dem Werkzeughalter 3. Der Klebestellenbenetzer 1 ist fix über eine Schraube in der Werkzeughalterung 2 befestigt, diese ist wiederum über eine vorgespannte Feder 4 im Werkzeughalter 3 gelagert, sodass das Werkzeug beim Eintauchen in das Kleberreservoir bzw. beim Kleberauf-20 trag auf das Substrat bei Berührung in sich einfedern kann. Die Stempeleinrichtung ist an einem so genannten Bondkopf 5, welcher eine Drehbewegung um die vertikale Achse erlaubt, und dieser wiederum an einer x-y-z-Positioniereinrichtung befestigt. An der Werkzeughalterung 2 befindet sich ein z-Positionsmessstößel 6, der bis in den Bondkopf 5 hinauf reicht. Am Ende des z-Positionsmessstößel 6 befindet sich ein optischer Sensor 7, der sich aus einem Licht-25 schranken mit Sender- und Empfängereinheit zusammensetzt. Der optische Sensor 7 gibt bei Änderung ein Analogsignal aus, welches sich ändert, wenn der Klebestellenbenetzer 1 durch Berührung mit dem Substrat in den Werkzeughalter 3 einfedert und den z-Positionsmessstößel 6 nach oben in den Lichtschranken bewegt. Das Analogsignal wird periodisch mit einer bestimmten Samplingrate durch die Servocontrollereinheit der z-Achse ausgelesen. Bei einer 30 Änderung des Signals wird die Position der z-Achse ausgelesen.

Zum Aufträgen des Klebers auf die Verklebungsstelle 8 des Substrates, wird der Klebestellenbenetzer 1 zuerst in ein Kleberreservoir getaucht. Anschließend wird der benetzte Klebestellenbenetzer 1 von der x-y-z-Positioniereinheit über die Bondposition bewegt. Das folgende Bewe-35 gungsprofil des Stempeltools ist in Fig. 2 dargestellt.

Gemäß der Fig. 2 ist das vertikale Bewegungsprofil des Bondkopfes 5 bzw. des Klebestellenbenetzers 1 beim Kleberauftrag bzw. Vermessen der Substratdicke, dargestellt. 40 Gemäß der Fig. 2 wird beim Absenken des Klebestellenbenetzers 1, bei einer bestimmten Position 10 über der durchschnittlichen Substrathöhe, die Absenkgeschwindigkeit reduziert um die Messgenauigkeit mit der die Höhe der Substratoberfläche bestimmt wird, zu erhöhen. Beim Auftreffen des Klebestellenbenetzers 1 auf das Substrat löst der optische Sensor 7 aus und der Servocontroller liest die Position der z-Achse der Positioniereinheit aus. Der Wert wird als lokale 45 0-Ebene in der Softwarebibliothek der Maschinensteuerung, also im Rechner, gespeichert. Nach dem Auslösen des Sensors 7 fährt der Bondkopf 5 noch um den eingestellten Uberfahrweg 11 nach unten. Nach dem eingestellten Stempeldelay 12, welches nötig ist um eine gute Kleberbenetzung des Bondpads zu gewährleisten, fährt der Bondkopf 5 über den Langsamfahrweg 13 nach oben. 50

Zum anschließenden Bonden des Chips wechselt der Bondkopf 5 automatisch Werkzeughalter 3 und Werkzeug, in diesem Fall den Klebestellenbenetzer 1, gegen eine Saugnadeleinheit um ein Chip durch Ansaugen vom Wafer oder einer Chipablage abnehmen zu können. Der Chip wird über die benetzte Verklebungsstelle 8 positioniert und auf die gemessene Höhe plus die 55 geforderte Fügespalt- und eingerechnete Chipdicke abgesenkt. Durch den Federdruck wird die 8

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Klebermasse gleichmäßig zwischen Chip und Substrat verteilt und die Kleberdicke auf die geforderte Fügespaltdicke zusammengepresst. Nach dem Abwarten des Bonddelays wird das Vakuum abgeschaltet, und der Bondkopf 5 mit Saugnadel fährt nach oben. Mit dieser Methode können alle gebondeten Chips eines Substrates auf die geforderte Fügespaltdicke abgelegt 5 werden. Es ist auch möglich, zuerst alle Bondpositionen gleichzeitig zur Höhenbestimmung mit Kleber zu benetzen und erst anschließend die Chips auf die Bondpositionen aufzulegen. Die unterschiedlichen Längen von Klebestellenbenetzer 1 und Saugnadel sind gespeichert und werden automatisch berücksichtigt. io Um einen Messfehler, der durch die endliche Samplingrate des Servocontrollers für die z-Achse der Positioniereinheit verursacht wird, weitestgehend zu vermeiden, ist es notwendig, die Bestimmung der Substratdicke in eine Grobsuche über einen größeren Bereich der z-Bewegung des Klebestellenbenetzers 1 und in eine Feinsuche über einen eingeschränkten z-Bereich um das Messergebnis der Grobsuche zu unterteilen. Bei der Feinsuche wird der Bondkopf 5 mit 15 einer geringeren Geschwindigkeit als bei der Grobsuche bewegt. Da die Feinsuche in einem kleineren, eingeschränkten Intervall erfolgen kann, wird dadurch die Zykluszeit nur unwesentlich erhöht. Nach dieser Methode kann der Stempelprozess mit Messung nach zwei unterschiedlichen Schemen ablaufen. 20 Gemäß der Fig. 3 ist das vertikale Bewegungsprofil des Klebestellenbenetzers 1 beim Kleberauftrag, wobei die Bestimmung der Substratdicke in eine Grob- und eine Feinsuche unterteilt ist. Die Feinsuche startet bei einem bestimmten Wert oberhalb der zuerst grob gemessenen Substratdicken. 25 Schema 1 gemäß Fig. 3: 30 35 40 1) Bei einer bestimmten Position über der theoretischen Substratposition wird die Grobsuche 15 gestartet. Diese Position muss außerhalb dem Bereich der Substratdickenschwankung liegen, um eine vorzeitige Berührung des Klebestellenbenetzers 1 mit dem Substrat zu verhindern. 2) Wenn der optische Sensor 7 auslöst, wird der beim Stempelprozess eingestellte Überfahrweg 16 nach unten verfahren. 3) Das eingestellte Stempeldelay 17 wird abgewartet. 4) Der Klebestellenbenetzer 1 wird bis knapp über die gemessene Oberfläche gefahren 18 um mit der Feinsuche 19 die Ungenauigkeiten der Positionsfindung der Grobsuche zu kompensieren. 5) Die Feinsuche 19 wird gestartet, der Klebestellenbenetzer 1 und somit der Bondkopf 5 fährt mit reduzierter Geschwindigkeit nach unten bis der optische Sensor 7 auslöst. Die Geschwindigkeit der Schlittenbewegung wird bestimmt durch die Samplingrate des Servocontrollers und der gewünschten Messgenauigkeit. 6) Nach dem Auslösen des optischen Sensors 7 wird noch der Langsamfahrweg 20 nach dem Stempeln abgearbeitet.

Gemäß der Fig. 4 ist das vertikale Bewegungsprofil des Klebestellenbenetzers 1 beim Kleber-45 auftrag, wobei die Bestimmung der Substratdicke in eine Grob- und eine Feinsuche unterteilt ist. Die Feinsuche startet in diesem Fall bei einem bestimmten Wert unterhalb der zuerst grob gemessenen Substratdicken.

Schema 2 gemäß Fig. 4: 50

Zur Optimierung der Zykluszeit kann die Feinsuche 19 bereits unterhalb der gemessenen Substratoberfläche ausgelöst werden. Während der Feinsuche 19 wird wieder die Geschwindigkeit der Aufwärtsbewegung des Klebestellenbenetzers 1 und somit die Geschwindigkeit des Bondkopf 5, verringert, bis der optische Sensor 7 auslöst. 55

Claims (21)

1. 9 AT 414 078 B Statt dem optischen Sensor 7 kann auch ein, im Werkzeughalter 3 integrierter, Drucksensor eingesetzt werden, der entweder auf eine Belastung des Klebestellenbenetzers 1 bzw. auf eine Entlastung der Werkzeughalterung 2 beim Aufsetzten des Werkzeuges auf das Substrat auslöst. 5 In der bisherigen Beschreibung wurde die Chipdickenschwankung außer Acht gelassen. Um eine definierte und konstante Fügespaltdicke für alle gebondeten Chips erreichen zu können, muss aber auch die Schwankung der Chipdicke vermessen werden. Die Variation der Chipdicke eines Wafers oder einer Charge ist vemachlässigbar gering. Bei Waferwechsel kann es aber zu io Variationen von ±10pm und mehr kommen. Es ist daher ausreichend, die Chipdicke bei jedem Waferwechsel neu zu vermessen und in den Bauteildaten der Softwarebibliothek des Bonders zu korrigieren. Die Vermessung des Chips erfolgt in der Maschine, in dem der erste Chip eines jeden neuen Wafers, mit der Saugnadel, die in einer Saugnadelhalterung am Bondkopf befestigt ist, aufgenommen wird, und auf einer Zwischenablage, mit einer definierten Höhe, in der 15 Maschine abgelegt wird. Die Messung erfolgt analog zu Bestimmung der Substratdicke mit dem Stempeltool. Notwendigerweise muss für diese Messung auch die Saugnadelhalterung mit einem z-Positionsmessstößel ausgestattet sein. Die Chipdicke des neuen Wafers oder der neuen Charge ergibt sich aus der Differenz des gemessenen z-Wertes zur gespeicherten Höhe der Zwischenablage. 20 Abschließend sei der Ordnung halber darauf hingewiesen, dass in der Zeichnung einzelne Bauteile und Baugruppen zum besseren Verständnis der Erfindung unproportional und maßstäblich verzerrt dargestellt sind. 25 Patentansprüche: 1. Verfahren zum Befestigen von elektronischen Schaltungen, beispielsweise Chips, auf einem Substrat oder einer Leiterplatte, od. dgl. mit einem Kleber, wobei die Verklebungs- 30 stelle in der Substratebene und anschließend gegebenenfalls in der z-Achse vermessen wird und danach ein mit Kleber für mindestens eine Verklebung versehener Klebestellenbenetzer über die Verklebungsstelle auf dem Substrat verfahren und zur Kleberübergabe abgesenkt wird und der Chip auf der mit Kleber benetzten Verklebungsstelle angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Vermessen der Verklebungsstelle (8) in der Höhe 35 bzw. in der z-Achse gleichzeitig zur Vermessung der Verklebungsstelle (8) in der Substrat ebene (9) und/oder gleichzeitig zum Aufbringen des Klebers erfolgt, dass die Position der Höhe bzw. der z-Achse erfasst und in einem Rechner abgelegt wird und dass mittels einer Saugnadel ein Chip über der mit Kleber benetzten Verklebungsstelle (8) positioniert wird und der Chip auf eine zur Verklebung entsprechende, vom Rechner vorgegebene Höhe 40 abgesenkt wird, wobei diese Höhe der gespeicherten Position der Verklebungsstelle (8) bzw. der gespeicherten Position der z-Achse plus der definierten Fügespaltdicke entspricht.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vermessen der Verkle-45 bungsstelle (8) sowohl in der Substratebene (9) als auch in der z-Achse über mindestens ein optisches Messsystem und/oder das Vermessen in der z-Achse über den mit Kleber für die Kleberübergabe versehenen Klebestellenbenetzer (1) beim Auftreffen bzw. beim Berühren der Oberfläche des Substrates über einen mit ihm gekoppelten Sensor (7) erfolgt. so 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auftreffen des Klebestellenbenetzers (1) auf dem Substrat die Kleberübergabe unter definiertem Druck und definierter Zeit erfolgt.
3. 4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass 55 der Absenk- und/oder der Rückstellvorgang des Klebestellenbenetzers (1) und/oder der 10 AT 414 078 B Saugnadel zur bzw. von der Verklebungsstelle (8) mit mindestens zwei verschiedenen Geschwindigkeiten durchgeführt wird.
4. 5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass 5 der Absenk- und/oder der Rückstellvorgang des Klebestellenbenetzers (1) und/oder der Saugnadel in z-Richtung zur bzw. von der Verklebungsstelle (8) für die Erfassung der z-Position, die der Substratoberfläche entspricht, in mindestens zwei Positioniervorgängen durchgeführt wird. io 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur exakten Bestimmung der z-Position, die der Substratoberfläche entspricht, beim zweiten Positioniervorgang, insbesondere beim Rückstellvorgang des Klebestellenbenetzers (1), der Klebestellenbenetzer (1) auf eine, aus dem ersten Positioniervorgang erfasste und im Rechner gespeicherte, z-Position positioniert wird, wobei dieser Wert bewusst geringfügig über- oder unterschrit- 15 ten wird und mit langsamer Geschwindigkeit auf den exakten Wert positioniert wird.
5. 7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der exakten z-Position im Rechner die Schwankung der Chipdicke berücksichtigt wird. 20
6. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass von jedem Wafer bzw. jeder neuen Charge mindestens ein Chip, insbesondere hinsichtlich der Dicken, vermessen wird und diese Messgröße in den Rechner eingegeben wird.
7. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessung des Chips auf einer definierten Auflage, vorzugsweise mit einer den Klebestellenbenetzer (1) einschließenden Messmethode, erfolgt.
8. 10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass 30 das Substrat nach der Höhenbestimmung der Verklebungsstellen (8) seine Position verän dert, wobei die z-Positionen dieser Positionen definiert sind.
9. 11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein optisches Messsystem und ein Positio- 35 niersystem mit mindestens drei Bewegungsfreiheiten, nämlich in x, y und z-Richtung vor gesehen sind, in dem mindestens eine in z-Richtung bewegliche Werkzeughalterung (2), vorzugsweise mit einer weiteren Bewegungsfreiheit, nämlich mit Drehen, gelagert ist und in dieser Werkzeughalterung (2) ein Werkzeug, insbesondere ein Klebestellenbenetzer (1) bzw. eine Dispenseinrichtung, ein Stempelwerkzeug oder eine Saugnadel, fixierbar ist, wo- 40 bei gegebenenfalls das Werkzeug in Bezug auf seine Bewegung in z-Richtung mit einem Sensor (7) gekoppelt ist.
10. 12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebestellenbenetzer (1) als Stempelwerkzeug oder als Klebstoffspender bzw. Dispenseinrichtung ausgeführt ist. 45
11. 13. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Positioniersysteme vorgesehen sind, wobei in einem der Klebestellenbenetzer (1) und im anderen die Saugnadel vorgesehen ist und die beiden Positioniersysteme mit einem Rechner verbunden sind und gegebenenfalls parallel arbeiten. 50
12. 14. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kopplung zwischen Sensor (7) und Werkzeug ein am Werkzeug angeordneter Positionsmessstößel (6) vorgesehen ist.
13. 15. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, 1 1 AT 414 078 B dass der Sensor (7) ein optischer Sensor, beispielsweise eine Lichtschranke, ist.
14. 16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (20) eine Sender- und Empfängereinheit aufweist, wobei der Sender ein Analogsignal aussendet, das 5 sich beim Ansprechen des Sensors ändert.
15. 17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Analogsignal über eine Servokontrolleinheit der z-Achse erfassbar ist, wobei dessen Auslesung periodisch mit einer bestimmten Samplingrate erfolgt und bei einer Änderung des Analogsignals diese io entsprechende z-Position im Rechner speicherbar ist.
16. 18. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) ein Drucksensor ist.
17. 19. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Messsystem mindestens eine Tiefenschärfe-Kamera umfasst.
18. 20. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Messsystem mindestens ein Laser-Messsystem umfasst, mit dem die 20 Höhe der Verklebungsstelle (8) bestimmbar ist.
19. 21. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Messsystem in die Optik der Kamera, die zur Vermessung der Verklebungsstelle (8) in der Substratebene (9) dient, integriert wird. 25
20. 22. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebestellenbenetzer (1) einen den Kleber übergebenden Kleberkopf aufweist, der kreuzförmig ausgebildet ist.
21. 23. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebestellenbenetzer (1) zur Übergabe des Klebers einen hohlen, nadelförmigen Kleberkopf aufweist, der eine geschlitzte, insbesondere kreuzförmig geschlitzte, Öffnung aufweist. 35 Hiezu 2 BSatt Zeichnungen 40 45 50 55