CH711536B1 - Method for mounting bumped semiconductor chips on substrate sites of a substrate. - Google Patents

Method for mounting bumped semiconductor chips on substrate sites of a substrate. Download PDF

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CH711536B1 CH01404/15A CH14042015A CH711536B1 CH 711536 B1 CH711536 B1 CH 711536B1 CH 01404/15 A CH01404/15 A CH 01404/15A CH 14042015 A CH14042015 A CH 14042015A CH 711536 B1 CH711536 B1 CH 711536B1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Montage von mit Bumps (1) versehenen Halbleiterchips (2) als Flipchips (3) auf Substratplätzen eines Substrats (11). Das Verfahren umfasst das Platzieren eines Flipchips (3) in einer ortsfest angeordneten Kavität (18), wo die Bumps (1) mit Flussmittel benetzt werden und mittels einer Kamera (14) die Lage des Flipchips (3) ermittelt wird. Das Verfahren umfasst weiter das Verwenden eines Transportkopfs (8) und eines Bondkopfs (10), die eine schnelle und hochgenaue Montage ermöglichen.The invention relates to a method for mounting semiconductor chips (2) provided with bumps (1) as flip chips (3) on substrate locations of a substrate (11). The method comprises placing a flip chip (3) in a fixedly arranged cavity (18), where the bumps (1) are wetted with flux and the position of the flip chip (3) is determined by means of a camera (14). The method further includes using a transport head (8) and a bondhead (10) that enable fast and highly accurate assembly.

Description

Beschreibungdescription

Technisches Gebiet [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Montage von mit Bumps versehenen Halbleiterchips als Flipchip auf Substratplätzen eines Substrats.TECHNICAL FIELD The invention relates to a method for the assembly of semiconductor chips provided with bumps as a flip chip on substrate locations of a substrate.

Kurze Beschreibung der Erfindung [0002] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Montage von Halbleiterchips als Flipchip auf einem Substrat zu entwickeln, das einerseits eine extrem hohe Platzierungsgenauigkeit und andererseits einen möglichst hohen Durchsatz ermöglicht.BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION The object of the invention is to develop a method for mounting semiconductor chips as a flip chip on a substrate, which enables extremely high placement accuracy on the one hand and the highest possible throughput on the other hand.

[0003] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The stated object is achieved according to the invention by the features of claim 1. Advantageous embodiments result from the dependent claims.

[0004] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren sind schematisch und nicht massstäblich gezeichnet.The invention is explained below using an exemplary embodiment and with reference to the drawing. The figures are schematic and are not drawn to scale.

Beschreibung der Figuren [0005]Description of the Figures

Fig. 1 zeigt schematisch und in seitlicher Ansicht eine Vorrichtung für die Montage von mit Bumps versehenen Halbleiterchips als Flipchip,1 shows schematically and in side view a device for the assembly of bumped semiconductor chips as a flip chip,

Fig. 2 zeigt einen Kameraträger in Aufsicht, undFig. 2 shows a camera carrier in supervision, and

Fig. 3 zeigt ein Pixelkoordinatensystem und ein Maschinenkoordinatensystem.3 shows a pixel coordinate system and a machine coordinate system.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung [0006] Die Fig. 1 zeigt schematisch und in seitlicher Ansicht eine Vorrichtung für die Montage von mit Bumps 1 versehenen Halbleiterchips 2 als Flipchip 3, die für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eingerichtet ist. Die Vorrichtung umfasst einen Wafertisch 4 für die Bereitstellung der Halbleiterchips 2, eine Flipvorrichtung 5 mit einem Pickup-Kopf 6, ein erstes Transportsystem 7 mit einem Transportkopf 8, ein zweites Transportsystem 9 mit einem Bondkopf 10, ein (nicht dargestelltes) Transportsystem für die Zuführung und Bereitstellung von Substraten 11 auf einer Auflage 12, eine Einrichtung 13 für die Benetzung der Halbleiterchips mit Flussmittel, eine erste Kamera 14 und eine zweite KameraDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION FIG. 1 shows schematically and in a side view a device for the assembly of semiconductor chips 2 provided with bumps 1 as a flip chip 3, which is set up for carrying out the method according to the invention. The device comprises a wafer table 4 for the provision of the semiconductor chips 2, a flip device 5 with a pickup head 6, a first transport system 7 with a transport head 8, a second transport system 9 with a bond head 10, and a transport system (not shown) for the feed and provision of substrates 11 on a support 12, a device 13 for wetting the semiconductor chips with flux, a first camera 14 and a second camera

15. Die Einrichtung 13 umfasst einen Kameraträger 16, eine Platte 17 mit einer Kavität 18, deren Boden durchsichtig ist, und einen nach unten offenen Flussmittelbehälter 19. Die Position des Bondkopfs 10 wird durch Maschinenkoordinaten beschrieben. Die Vorrichtung wird von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung gesteuert.15. The device 13 comprises a camera carrier 16, a plate 17 with a cavity 18, the bottom of which is transparent, and a flux container 19 open at the bottom. The position of the bonding head 10 is described by machine coordinates. The device is controlled by a control device, not shown.

[0007] Das erste Transportsystem 7 ist eingerichtet, den Transportkopf 8 in zumindest zwei Raumrichtungen zu bewegen. Das zweite Transportsystem 9 ist eingerichtet, den Bondkopf 10 in drei Raumrichtungen zu bewegen.The first transport system 7 is set up to move the transport head 8 in at least two spatial directions. The second transport system 9 is set up to move the bonding head 10 in three spatial directions.

[0008] Bei einer anderen, ebenfalls für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Vorrichtung sind der Wafertisch 4 und die Flipvorrichtung 5 mit dem Pick-up-Kopf 6 nicht vorhanden, sondern durch ein Zuführgerät (auch «Feeder» genannt) ersetzt, das die Halbleiterchips 2 direkt als Flipchips 3 bereitstellt. Bei einer solchen Vorrichtung stellt das in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 4 dargestellte Element das Zuführgerät dar.In another, also suitable for carrying out the inventive method, the wafer table 4 and the flip device 5 with the pick-up head 6 are not available, but replaced by a feeder (also called "feeder"), which the Provides semiconductor chips 2 directly as flip chips 3. In such a device, the element shown in FIG. 1 with the reference numeral 4 represents the feeding device.

[0009] Der Kameraträger 16 ist ortsfest an der Vorrichtung angeordnet und umfasst einen Boden 20, auf dem die erste Kamera 14 befestigt ist, und wenigstens zwei Seitenwände 21. Die Platte 17 ist lösbar auf dem Kameraträger 16 gelagert. Die Fig. 2 zeigt den Kameraträger 16 in Aufsicht. Der Kameraträger 16 umfasst eine erste optische Markierung 22 und, fakultativ, mindestens eine weitere optische Markierung 23. Der Kameraträger 16 ist mechanisch steif ausgebildet, derart, dass die erste Kamera 14 und die optische(n) Markierung(en) 22 und gegebenenfalls 23 in einem starren geometrischen Bezug zueinander stehen, sodass die Lage und Orientierung des den Bildern der ersten Kamera 14 zugeordneten Pixelkoordinatensystems in einem festen, d.h. hier als unveränderlich angenommenen, Bezug zu der Lage der optische(n) Markierung(en) 22 und gegebenenfalls 23 sind.The camera carrier 16 is arranged stationary on the device and comprises a bottom 20 on which the first camera 14 is fastened, and at least two side walls 21. The plate 17 is detachably mounted on the camera carrier 16. 2 shows the camera carrier 16 in supervision. The camera carrier 16 comprises a first optical marking 22 and, optionally, at least one further optical marking 23. The camera carrier 16 is mechanically rigid, such that the first camera 14 and the optical marking (s) 22 and optionally 23 in have a rigid geometric relationship to one another, so that the position and orientation of the pixel coordinate system assigned to the images of the first camera 14 are in a fixed, ie here assumed to be unchangeable, referring to the position of the optical marking (s) 22 and possibly 23.

[0010] Die optische(n) Markierung(en) 22 und gegebenenfalls 23 sind bevorzugt in einer senkrecht zur Oberfläche der Auflage 12 für die Substrate 11 verlaufenden Richtung in einer Höhe angeordnet, die im Wesentlichen gleich ist wie die Höhe der Substratplätze. Dies bietet den Vorteil, dass sich der Bondkopf 10 im Wesentlichen auf der gleichen Höhe befindet, wenn die zweite Kamera 15 ein Bild der optische(n) Markierung(en) 22 und gegebenenfalls 23 oder ein Bild der Substratplätze bzw. ein Bild von Substratmarkierungen eines Substrats aufnimmt. D.h. der Bondkopf 10 muss nicht auf unterschiedliche Höhen angehoben werden, um die zu fotografierenden Objekte in die Schärfenebene der zweiten Kamera 15 zu bringen.The optical marker (s) 22 and optionally 23 are preferably arranged in a direction perpendicular to the surface of the support 12 for the substrates 11 at a height which is substantially the same as the height of the substrate locations. This offers the advantage that the bondhead 10 is essentially at the same height when the second camera 15 has an image of the optical mark (s) 22 and possibly 23 or an image of the substrate locations or an image of substrate markings Records substrate. That the bondhead 10 does not have to be raised to different heights in order to bring the objects to be photographed into the plane of focus of the second camera 15.

[0011] Aus dem von der ersten Kamera 14 aufgenommen Bild des Flipchips 3 werden Pixelkoordinaten des Flipchips 3 ermittelt und mithilfe von ersten Geometriedaten in Maschinenkoordinaten des Bondkopfs 10 umgerechnet. Die erstenPixel coordinates of the flipchip 3 are determined from the image of the flipchip 3 recorded by the first camera 14 and converted into machine coordinates of the bondhead 10 with the aid of first geometry data. The first

CH 711 536 B1CH 711 536 B1

Geometriedaten umfassen die Position der ersten optischen Markierung 22 und einen Vektor A mit festen Werten (u, v), der Richtung und Abstand von der ersten optischen Markierung 22 zu einem Bezugspunkt des Pixelkoordinatensystems der ersten Kamera 14 bezeichnet. Die ersten Geometriedaten umfassen weiter einen festen Winkel ψ, der die Verdrehung zwischen dem Pixelkoordinatensystem der ersten Kamera 14 und dem Maschinenkoordinatensystem des Bondkopfs 10 beschreibt. Falls mehr als nur eine optische Markierung vorhanden ist, dann umfassen die ersten Geometriedaten die Position jeder weiteren optischen Markierung und einen zugeordneten Vektor mit festen Werten, der Richtung und Abstand von der weiteren optischen Markierung zu dem Bezugspunkt des Pixelkoordinatensystems der ersten Kamera 14 bezeichnet.Geometry data include the position of the first optical marking 22 and a vector A with fixed values (u, v), which denotes the direction and distance from the first optical marking 22 to a reference point of the pixel coordinate system of the first camera 14. The first geometry data further comprise a fixed angle ψ, which describes the rotation between the pixel coordinate system of the first camera 14 and the machine coordinate system of the bondhead 10. If there is more than one optical marking, then the first geometry data comprise the position of each further optical marking and an assigned vector with fixed values, which denotes the direction and distance from the further optical marking to the reference point of the pixel coordinate system of the first camera 14.

[0012] Die Fig. 3 zeigt schematisch das Maschinenkoordinatensystem MS des Bondkopfs 10, das Pixelkoordinatensystem PS der ersten Kamera 14, die erste optische Markierung 22, den Vektor A und den Winkel ψ. Die Werte (u, v) des Vektors A sind Zahlen im Maschinenkoordinatensystem MS.3 schematically shows the machine coordinate system MS of the bondhead 10, the pixel coordinate system PS of the first camera 14, the first optical marking 22, the vector A and the angle ψ. The values (u, v) of the vector A are numbers in the machine coordinate system MS.

[0013] Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird, wie nachfolgend noch im Detail erläutert wird, der Flipchip 3 in der Kavität 18 abgesetzt, wobei seine Bumps 1 in das Flussmittel eintauchen, mit der ersten Kamera 14 ein Bild aufgenommen, und nach Ablauf einer Benetzungszeit der Flipchip 3 aus der Kavität 18 entnommen und auf dem Substrat 11 montiert. Die Kavität 18 befindet sich während dieser Phase an einem festen Platz oberhalb der ersten Kamera 14 und das Blickfeld der ersten Kamera 14 ist auf den Boden der Kavität 18 gerichtet, sodass in ihrem Bild die Unterseite des Flipchips 3 mit den Bumps 1 erscheint.In the method according to the invention, as will be explained in detail below, the flip chip 3 is placed in the cavity 18, its bumps 1 being immersed in the flux, an image taken with the first camera 14, and after a wetting time has elapsed Flipchip 3 removed from the cavity 18 and mounted on the substrate 11. During this phase, the cavity 18 is located at a fixed location above the first camera 14 and the field of vision of the first camera 14 is directed toward the bottom of the cavity 18, so that the underside of the flip chip 3 with the bumps 1 appears in its image.

[0014] Bei einer ersten Ausführungsform ist der Flussmittelbehälter 19 ortsfest angeordnet. In diesem Fall umfasst die Einrichtung 13 einen Antrieb für eine Hin-und-her-Bewegung der Platte 17. Zum Füllen der Kavität 18 mit Flussmittel wird die Platte 17 so weit bewegt, dass sich die Kavität 18 unterhalb des Flussmittelbehälters 19 oder auf der gegenüberliegenden Seite des Flussmittelbehälters 19 befindet, und dann wieder zurückbewegt, sodass sich die Kavität 18 an dem genannten Platz oberhalb der ersten Kamera 14 befindet.In a first embodiment, the flux container 19 is arranged stationary. In this case, the device 13 comprises a drive for a back and forth movement of the plate 17. To fill the cavity 18 with flux, the plate 17 is moved so far that the cavity 18 is below the flux container 19 or on the opposite one Side of the flux container 19, and then moved back again, so that the cavity 18 is located at the above location above the first camera 14.

[0015] Bei einer zweiten Ausführungsform ist die Platte 17 ortsfest angeordnet, wobei sich die Kavität 18 oberhalb der ersten Kamera 14 befindet. In diesem Fall umfasst die Einrichtung 13 einen Antrieb für die Bewegung des Flussmittelbehälters 19 von der einen Seite der Kavität 18 auf die gegenüberliegende Seite der Kavität 18. Dabei gleitet der Flussmittelbehälter 19 auf der Platte 17 und füllt die Kavität 18 mit Flussmittel.In a second embodiment, the plate 17 is arranged in a stationary manner, the cavity 18 being located above the first camera 14. In this case, the device 13 comprises a drive for moving the flux container 19 from one side of the cavity 18 to the opposite side of the cavity 18. The flux container 19 slides on the plate 17 and fills the cavity 18 with flux.

[0016] Die zweite Kamera 15 ist am Bondkopf 10 befestigt. Die optische Achse der Kamera 15 verläuft parallel zur Greifachse des Bondkopfs 10. Die zweite Kamera 15 ist mechanisch derart am Bondkopf 10 befestigt, dass die Orientierung des den Bildern der zweiten Kamera 15 zugeordneten Pixelkoordinatensystems in einem festen geometrischen Bezug zu der Greifachse des Bondkopfs 10 steht. Die Pixelkoordinaten des Substratplatzes, die anhand mindestens eines von der zweiten Kamera 15 aufgenommen Bildes des Substratplatzes oder von Markierungen auf dem Substrat ermittelt werden, werden mithilfe von zweiten Geometriedaten in Maschinenkoordinaten des Bondkopfs 10 umgerechnet.The second camera 15 is attached to the bond head 10. The optical axis of the camera 15 runs parallel to the gripping axis of the bonding head 10. The second camera 15 is mechanically attached to the bonding head 10 in such a way that the orientation of the pixel coordinate system associated with the images of the second camera 15 has a fixed geometric reference to the gripping axis of the bonding head 10 , The pixel coordinates of the substrate location, which are determined on the basis of at least one image of the substrate location recorded by the second camera 15 or of markings on the substrate, are converted into machine coordinates of the bondhead 10 with the aid of second geometry data.

[0017] Die zweiten Geometriedaten umfassen einen Vektor B mit Werten (x, y), der Richtung und Abstand von einem Bezugspunkt des Pixelkoordinatensystems der zweiten Kamera 15 zu einem Bezugspunkt des Maschinenkoordinatensystems des Bondkopfs 10 bezeichnet. Die zweiten Geometriedaten umfassen weiter einen Winkel φ, der die Verdrehung dieser beiden Koordinatensysteme beschreibt.The second geometry data include a vector B with values (x, y), the direction and distance from a reference point of the pixel coordinate system of the second camera 15 to a reference point of the machine coordinate system of the bondhead 10. The second geometry data further comprise an angle φ, which describes the rotation of these two coordinate systems.

[0018] Die ersten und zweiten Geometriedaten umfassen des Weiteren Skalierungsfaktoren, die die Umrechnung von Werten im Pixelkoordinatensystem der jeweiligen Kamera in Werte im Maschinenkoordinatensystem des Bondkopfs 10 ermöglichen. Die ersten und zweiten Geometriedaten werden in einer Kalibrierungsphase bestimmt, die vor der Montagephase durchgeführt wird. Die Kalibrierungsphase kann zu verschiedenen Zeitpunkten durchgeführt werden, um die Langzeitstabilität der Vorrichtung und des Verfahrens zu erhöhen.The first and second geometry data further include scaling factors that enable the conversion of values in the pixel coordinate system of the respective camera into values in the machine coordinate system of the bondhead 10. The first and second geometry data are determined in a calibration phase that is carried out before the assembly phase. The calibration phase can be carried out at different times in order to increase the long-term stability of the device and the method.

[0019] Die beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung sind geeignet, das erfindungsgemässe Verfahren für die Montage der Halbleiterchips als Flipchip auf dem Substrat durchzuführen. Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst dabei einerseits die oben genannte Kalibrierungsphase, in der die ersten und zweiten Geometriedaten bestimmt werden, und die Montagephase, in der für jeden Halbleiterchip folgende Schritte durchgeführt werden:The described embodiments of the device are suitable for carrying out the method according to the invention for mounting the semiconductor chips as a flip chip on the substrate. The method according to the invention comprises the calibration phase mentioned above, in which the first and second geometry data are determined, and the assembly phase, in which the following steps are carried out for each semiconductor chip:

entweder: mit dem Wafertisch 4 Bereitstellen des Halbleiterchips 2 an einem vorbestimmten Ort;either: with the wafer table 4 providing the semiconductor chip 2 at a predetermined location;

mit dem Pick-up-Kopf 6 der Flipvorrichtung 5 Entnehmen des bereitgestellten Halbleiterchips 2 und Drehen des Halbleiterchips 2 um 180°, um den Halbleiterchip 2 als Flipchip 3 bereitzustellen;with the pick-up head 6 of the flip device 5, removing the semiconductor chip 2 provided and rotating the semiconductor chip 2 by 180 ° in order to provide the semiconductor chip 2 as a flip chip 3;

oder: mit einem Zuführgerät Bereitstellen des Halbleiterchips 2 als Flipchip;or: providing the semiconductor chip 2 as a flip chip with a feed device;

mit dem Transportkopf 8 Übernehmen des Flipchips 3 von dem Pick-up-Kopf 6 bzw. dem Zuführgerät;with the transport head 8 taking over the flip chip 3 from the pick-up head 6 or the feed device;

Füllen der in der Platte 17 angeordneten und mit dem durchsichtigen Boden ausgebildeten Kavität 18 mit Flussmittel, wobei die Platte 17 entweder stationär angeordnet ist oder nach dem Füllen der Kavität 18 bewegt wird, sodass sich die Kavität 18 in beiden Fällen oberhalb der ersten Kamera 14 befindet;Filling the cavity 18 arranged in the plate 17 and formed with the transparent bottom with flux, the plate 17 either being arranged stationary or being moved after the cavity 18 has been filled, so that the cavity 18 is above the first camera 14 in both cases ;

CH 711 536 B1CH 711 536 B1

Absetzen des Flipchips 3 in der Kavität 18, wobei die Bumps 1 dem Boden der Kavität 18 zugewandt sind;Depositing the flipchip 3 in the cavity 18, the bumps 1 facing the bottom of the cavity 18;

mit der ersten Kamera 14 Aufnehmen eines Bildes des Flipchips 3 und Bestimmen einer Ist-Lage des Flipchips 3 in Bezug auf ein Maschinenkoordinatensystem des Bondkopfs 10 anhand des Bildes und der ersten Geometriedaten;with the first camera 14 taking an image of the flip chip 3 and determining an actual position of the flip chip 3 with respect to a machine coordinate system of the bonding head 10 on the basis of the image and the first geometry data;

mit dem Bondkopf 10 Entnehmen des Flipchips 3 aus der Kavität 18;with the bonding head 10 removing the flip chip 3 from the cavity 18;

Bestimmen einer Ist-Lage des Substratplatzes in Bezug auf das Maschinenkoordinatensystem des Bondkopfs 10 entweder durch:Determining an actual position of the substrate location in relation to the machine coordinate system of the bondhead 10 either by:

Bewegen des Bondkopfs 10 an eine Position über dem Substratplatz, in der der Substratplatz im Blickfeld der zweiten Kamera 15 ist, mit der zweiten Kamera 15 Aufnehmen mindestens eines Bildes, undMoving the bondhead 10 to a position above the substrate location, in which the substrate location is in the field of view of the second camera 15, with the second camera 15 taking at least one image, and

Berechnen der Ist-Lage des Substratplatzes anhand der Lage des Substratplatzes in dem mindestens einen Bild und der zweiten Geometriedaten;Calculating the actual position of the substrate space based on the position of the substrate space in the at least one image and the second geometry data;

oder durch:or by:

Berechnen der Ist-Lage des Substratplatzes mithilfe von Ist-Lagen von wenigstens zwei Substratmarkierungen, wobei die Ist-Lage von jeder der wenigstens zwei Substratmarkierungen jeweils nach dem Zuführen eines neuen Substrats 11 zu der Auflage 12 bestimmt wird durch:Calculating the actual position of the substrate space using actual positions of at least two substrate markings, the actual position of each of the at least two substrate markings being determined in each case after a new substrate 11 has been fed to the support 12 by:

Bewegen des Bondkopfs 10 an eine Position über dem Substrat 11, in der die Substratmarkierung im Blickfeld der zweiten Kamera 15 ist, mit der zweiten Kamera 15 Aufnehmen eines Bildes, undMoving the bondhead 10 to a position above the substrate 11, in which the substrate marking is in the field of view of the second camera 15, with the second camera 15 taking an image, and

Bestimmen der Ist-Lage der Substratmarkierung anhand des Bildes und der zweiten Geometriedaten; undDetermining the actual position of the substrate marking on the basis of the image and the second geometry data; and

Berechnen der von dem Bondkopf 10 anzufahrenden Position aufgrund der ermittelten Ist-Lage des Flipchips 3 und der ermittelten Ist-Lage des Substratplatzes; undCalculating the position to be approached by the bondhead 10 on the basis of the determined actual position of the flip chip 3 and the determined actual position of the substrate space; and

Bewegen des Bondkopfs 10 an die berechnete Position und Absetzen des Flipchips 3 auf dem Substratplatz.Moving the bondhead 10 to the calculated position and placing the flipchip 3 on the substrate location.

[0020] Die Ausrüstung der Vorrichtung mit dem Transportkopf 8, der den Flipchip 3 von dem Pick-up-Kopf 6 oder dem Zuführgerät übernimmt und in der Kavität 18 platziert, und mit dem Bondkopf 10, der den Flipchip 3 aus der Kavität 18 entnimmt und auf dem Substrat 11 platziert, ermöglicht eine Erhöhung des Durchsatzes der Vorrichtung, weil der Transportkopf 8 und der Bondkopf 10 weitgehend gleichzeitig, d.h. parallel, arbeiten können. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, die Bewegungen des Transportkopfs 8 und des Bondkopfs 10 derart zu steuern, dass die beiden Köpfe zumindest teilweise gleichzeitig in Bewegung sind, ohne miteinander zusammenzustossen. Im Hinblick auf einen möglichst hohen Durchsatz der Vorrichtung ist die Steuereinrichtung insbesondere programmiert, den Ablauf der einzelnen Schritte des Verfahrens derart zu steuern, dass der Transportkopf 8 den nachfolgenden Flipchip 3 so schnell, wie dies aufgrund der Dauer der einzelnen Prozessschritte möglich ist, in der Kavität 18 absetzt, nachdem der Bondkopf 10 den als nächstes zu montierenden Flipchip 3 aus der Kavität 18 entnommen hat.The equipment of the device with the transport head 8, which takes over the flip chip 3 from the pick-up head 6 or the feeder and placed in the cavity 18, and with the bonding head 10, which takes the flip chip 3 out of the cavity 18 and placed on the substrate 11 enables an increase in the throughput of the device, because the transport head 8 and the bonding head 10 largely simultaneously, ie can work in parallel. The control device is set up to control the movements of the transport head 8 and of the bonding head 10 in such a way that the two heads are at least partially in motion simultaneously without colliding with one another. With regard to the highest possible throughput of the device, the control device is programmed in particular to control the sequence of the individual steps of the method in such a way that the transport head 8 moves the subsequent flip chip 3 as quickly as is possible due to the duration of the individual process steps Cavity 18 settles after the bondhead 10 has removed the flipchip 3 to be mounted next from the cavity 18.

[0021] Die Fig. 1 zeigt die Vorrichtung zu einem Zeitpunkt, bei dem der Pick-up-Kopf 6 der Flipvorrichtung 5 einen Halbleiterchip 2 vom Wafertisch 4 entnommen hat, ein Flipchip 3 in der Kavität 18 platziert ist, und der Bondkopf 10 einen mit Flussmittel benetzten Flipchip 3 zum Substrat 11 transportiert.1 shows the device at a time at which the pick-up head 6 of the flip device 5 has removed a semiconductor chip 2 from the wafer table 4, a flip chip 3 is placed in the cavity 18, and the bond head 10 one flip chip 3 wetted with flux is transported to substrate 11.

[0022] Das von der ersten Kamera 14 aufgenommene Bild des Flipchips 3 kann auch verwendet werden, um neben der Ermittlung der Ist-Lage des Flipchips 3 zu prüfen, ob alle Bumps 1 vorhanden und/oder richtig benetzt sind. Zudem kann die erste Kamera 14 ein Bild nach dem andern des Flipchips 3 aufnehmen, die Bildverarbeitungssoftware das Bild auswerten und überprüfen, ob alle Bumps 1 richtig benetzt sind, und sobald dies der Fall ist, eine Meldung abgeben, dass der Bondkopf 10 den Flipchip 3 sofort aus der Kavität 18 entnimmt und auf dem Substratplatz platziert.The image of the flip chip 3 recorded by the first camera 14 can also be used to check, in addition to determining the actual position of the flip chip 3, whether all the bumps 1 are present and / or are properly wetted. In addition, the first camera 14 can record one image after the other of the flip chip 3, the image processing software can evaluate the image and check whether all the bumps 1 are properly wetted, and as soon as this is the case, can issue a message that the bondhead 10 has the flip chip 3 immediately removed from the cavity 18 and placed on the substrate space.

[0023] Wenn der Blickwinkel der zweiten Kamera 15 relativ klein ist, sodass nicht der ganze Substratplatz im Bild Platz findet, dann wird der Bondkopf 10 mit Vorteil an verschiedene Positionen gefahren und an jeder Position ein Bild aufgenommen, das einen Teil des Substratplatzes enthält. Die Lage und Orientierung des Substratplatzes werden dann anhand dieser Bilder bestimmt.If the viewing angle of the second camera 15 is relatively small, so that there is not enough space for the entire substrate space in the image, then the bonding head 10 is advantageously moved to different positions and an image is recorded at each position which contains a part of the substrate space. The position and orientation of the substrate space are then determined on the basis of these images.

[0024] Bei einem ersten Produktionsmodus wird also die Lage des Substratplatzes, auf dem der Flipchip zu platzieren ist, anhand mindestens eines Bildes des Substratplatzes ermittelt. Bei einem zweiten Produktionsmodus wird jeweils nach dem Zuführen eines neuen Substrats anhand von Substratmarkierungen einmalig dessen Lage bestimmt und dann die einzelnen Zielpositionen der Flipchips mithilfe von geometrischen Materialdaten berechnet. Ein solcher AnwendungsfallIn a first production mode, the position of the substrate location on which the flip chip is to be placed is determined on the basis of at least one image of the substrate location. In a second production mode, once a new substrate has been fed in, the position of the substrate marks is determined once and the individual target positions of the flip chips are then calculated using geometric material data. Such an application

CH 711 536 B1 ist das «wafer level packaging» (WLP), bei dem das Substrat ein mit Kunststoff übergossener Wafer ist. Der Wafer enthält keine Positionsmarkierungen der einzelnen Substratplätze, sondern Substratmarkierungen, die in der Nähe des Randes des Wafers angebracht sind.CH 711 536 B1 is “wafer level packaging” (WLP), in which the substrate is a plastic-coated wafer. The wafer does not contain any position markings of the individual substrate locations, but rather substrate markings which are attached near the edge of the wafer.

[0025] Um beispielsweise durch Temperaturänderungen bedingte Positionierungsfehler des Flipchips 3 auf dem Substratplatz auszuschliessen, wird die Position der ersten optischen Markierung 22 in der Kalibrierungsphase bestimmt und an einem oder mehreren vorbestimmten Zeitpunkten aktualisiert durch:In order, for example, to exclude positioning errors of the flip chip 3 on the substrate space caused by temperature changes, the position of the first optical marking 22 is determined in the calibration phase and updated at one or more predetermined times by:

Bewegen des Bondkopfs 10 an eine Position, in der die erste optische Markierung 22 im Blickfeld der zweiten Kamera 15 ist;Moving the bondhead 10 to a position in which the first optical marking 22 is in the field of view of the second camera 15;

mit der zweiten Kamera 15 Aufnehmen eines Bildes;taking a picture with the second camera 15;

Bestimmen der Position der ersten optischen Markierung 22 anhand des Bildes und der zweiten Geometriedaten; undDetermining the position of the first optical marker 22 based on the image and the second geometry data; and

Speichern der ermittelten Position als neue Position der ersten optischen Markierung 22.Saving the determined position as the new position of the first optical marking 22.

[0026] Die Erfindung macht somit von der Erkenntnis Gebrauch, dass eine oder mehrerer optische Markierungen, die auf dem Kameraträger 16 aufgebracht ist/sind, auf dem die erste Kamera 14 befestigt ist, ausreichen, um den Einfluss von Änderungen zwischen dem Pixelkoordinatensystem der ersten Kamera 14, dem Pixelkoordinatensystem der zweiten Kamera 15 und dem Maschinenkoordinatensystem des Bondkopfs 10 auf die Positionierung des Flipchips 3 auf dem Substratplatz auf ein durch die heutigen Anforderungen gegebenes Mass zu reduzieren.The invention thus makes use of the knowledge that one or more optical markings which are / are applied to the camera carrier 16 on which the first camera 14 is attached are sufficient to take the influence of changes between the pixel coordinate system of the first into account Camera 14, the pixel coordinate system of the second camera 15 and the machine coordinate system of the bondhead 10 to reduce the positioning of the flip chip 3 on the substrate space to a level given by the requirements of today.

[0027] Falls eine oder mehrere weitere optische Markierungen vorhanden sind, beispielsweise die optische Markierung 23, dann wird die Position der weiteren optischen Markierung(en) in gleicher Weise in der Kalibrierungsphase bestimmt und an den genannten Zeitpunkten aktualisiert.If one or more further optical markings are present, for example the optical marking 23, then the position of the further optical marking (s) is determined in the same way in the calibration phase and updated at the times mentioned.

[0028] Mit Vorteil sind zwei Pick-und-Place-Systeme vorhanden, die je eine Flipvorrichtung 5 mit einem Pick-up-Kopf 6, ein erstes Transportsystem 7 mit einem Transportkopf 8, ein zweites Transportsystem 9 mit einem Bondkopf 10, eine Einrichtung 13 für die Benetzung eines Flipchips mit Flussmittel, sowie eine erste Kamera 14 und eine zweite Kamera 15 umfassen, die abwechslungsweise einen Halbleiterchip 2 von dem Wafertisch 4 holen und abwechslungsweise als Flipchip 3 auf dem auf der Auflage 12 bereitgestellten Substrat 11 montieren.Advantageously, there are two pick-and-place systems, each with a flip device 5 with a pick-up head 6, a first transport system 7 with a transport head 8, a second transport system 9 with a bond head 10, a device 13 for wetting a flip chip with flux, as well as a first camera 14 and a second camera 15, which alternately fetch a semiconductor chip 2 from the wafer table 4 and mount it alternately as a flip chip 3 on the substrate 11 provided on the support 12.

[0029] Das erfindungsgemässe Verfahren bietet folgende Vorteile:The method according to the invention offers the following advantages:

- Das Absetzen des Flipchips in der Kavität am gleichen Ort wie das Entnehmen des Flipchips aus der Kavität gewährleistet, dass die Verteilung des Flussmittels in der Kavität nicht durch Bewegungen der Kavität von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort verändert wird und dass sich der Flipchip in der Kavität nicht verschiebt, was sich ungünstig auf die Benetzung der Bumps des Flipchips auswirken oder zu einer Reduzierung des Durchsatzes der Vorrichtung führen könnte.- Placing the flip chip in the cavity at the same location as removing the flip chip from the cavity ensures that the distribution of the flux in the cavity is not changed by movements of the cavity from a first location to a second location and that the flip chip changes in the cavity does not shift, which could have an adverse effect on the wetting of the bumps of the flip chip or lead to a reduction in the throughput of the device.

- Die Dauer, während der die Bumps des Flipchips in das Flussmittel eingetaucht sind, ist unabhängig von den anderen Prozessschritten einstellbar. Dies ist wichtig, um einerseits eine optimale Benetzung der Bumps des Flipchips und andererseits einen möglichst hohen Durchsatz zu erreichen.- The duration during which the bumps of the flip chip are immersed in the flux can be set independently of the other process steps. This is important in order to achieve optimal wetting of the bumps of the flip chip and the highest possible throughput.

- Die Ausrüstung mit Transportkopf und Bondkopf und das gleichzeitige, parallele Arbeiten von Transportkopf und Bondkopf erhöht den Durchsatz der Vorrichtung.- The equipment with transport head and bond head and the simultaneous, parallel operation of transport head and bond head increases the throughput of the device.

Claims (4)

Patentansprücheclaims 1. Verfahren für die Montage von mit Bumps (1) versehenen Halbleiterchips (2) auf Substratplätzen eines Substrats (11), bei dem in einer Kalibrierungsphase erste und zweite Geometriedaten bestimmt werden und bei dem in einer Montagephase für jeden Halbleiterchip (2) folgende Schritte durchgeführt werden:1. A method for the assembly of bumps (1) provided with semiconductor chips (2) on substrate locations of a substrate (11), in which first and second geometry data are determined in a calibration phase and in the following steps in an assembly phase for each semiconductor chip (2) be performed: entweder: mit einem Wafertisch (4) Bereitstellen des Halbleiterchips (2) an einem vorbestimmten Ort;either: with a wafer table (4) providing the semiconductor chip (2) at a predetermined location; mit einem Pick-up-Kopf (6) einer Flipvorrichtung (5) Entnehmen des bereitgestellten Halbleiterchips (2) und Drehen des Halbleiterchips (2) um 180°, um den Halbleiterchip (2) als Flipchip (3) bereitzustellen;with a pick-up head (6) of a flip device (5) removing the semiconductor chip (2) provided and rotating the semiconductor chip (2) through 180 ° in order to provide the semiconductor chip (2) as a flip chip (3); oder: mit einem Zuführgerät Bereitstellen des Halbleiterchips (2) als Flipchip (3);or: providing the semiconductor chip (2) as a flip chip (3) with a feed device; mit einem Transportkopf (8) Übernehmen des Flipchips (3) von dem Pick-up-Kopf (6) bzw. dem Zuführgerät;with a transport head (8) taking over the flip chip (3) from the pick-up head (6) or the feed device; Füllen einer in einer Platte (17) angeordneten und mit einem durchsichtigen Boden ausgebildeten Kavität (18) mit Flussmittel, wobei die Platte (17) entweder stationär angeordnet ist oder nach dem Füllen der Kavität (18) bewegt wird, sodass sich die Kavität (18) in beiden Fällen oberhalb einer ersten Kamera (14) befindet, die ortsfest angeordnet ist; Absetzen des Flipchips (3) in der Kavität (18), wobei die Bumps (1) dem Boden der Kavität (18) zugewandt sind;Filling a cavity (18) arranged in a plate (17) and formed with a transparent bottom with flux, the plate (17) either being arranged stationary or being moved after the cavity (18) has been filled, so that the cavity (18 ) in both cases above a first camera (14) which is arranged in a fixed position; Depositing the flip chip (3) in the cavity (18), the bumps (1) facing the bottom of the cavity (18); mit der ersten Kamera (14) Aufnehmen eines Bildes des Flipchips (3) und Bestimmen einer Ist-Lage des Flipchips (3) in Bezug auf ein Maschinenkoordinatensystem eines Bondkopfs (10) anhand des Bildes und der ersten Geometriedaten;with the first camera (14) recording an image of the flip chip (3) and determining an actual position of the flip chip (3) with respect to a machine coordinate system of a bonding head (10) on the basis of the image and the first geometry data; mit dem Bondkopf (10) Entnehmen des Flipchips (3) aus der Kavität (18);with the bonding head (10) removing the flip chip (3) from the cavity (18); CH 711 536 B1CH 711 536 B1 Bestimmen einer Ist-Lage des Substratplatzes in Bezug auf das Maschinenkoordinatensystem des Bondkopfs (10) mithilfe einer zweiten Kamera (15), die am Bondkopf (10) befestigt ist, entweder durch:Determining an actual position of the substrate location in relation to the machine coordinate system of the bondhead (10) with the aid of a second camera (15) which is attached to the bondhead (10), either by: Bewegen des Bondkopfs (10) an eine Position über dem Substratplatz, in der der Substratplatz im Blickfeld der zweiten Kamera (15) ist, mit der zweiten Kamera (15) Aufnehmen mindestens eines Bildes, und Berechnen der Ist-Lage des Substratplatzes anhand der Lage des Substratplatzes in dem mindestens einen Bild und der zweiten Geometriedaten;Moving the bonding head (10) to a position above the substrate location in which the substrate location is in the field of view of the second camera (15) with the second camera (15) taking at least one image and calculating the actual position of the substrate location based on the location the substrate location in the at least one image and the second geometry data; oder durch:or by: Berechnen der Ist-Lage des Substratplatzes mithilfe von Ist-Lagen von wenigstens zwei Substratmarkierungen, wobei die Ist-Lage von jeder der wenigstens zwei Substratmarkierungen jeweils nach dem Zuführen eines neuen Substrats (11) zu der Auflage (12) bestimmt wird durch:Calculating the actual position of the substrate space using actual positions of at least two substrate markings, the actual position of each of the at least two substrate markings being determined in each case after a new substrate (11) has been fed to the support (12) by: Bewegen des Bondkopfs (10) an eine Position über dem Substrat, in der die Substratmarkierung im Blickfeld der zweiten Kamera (15) ist, mit der zweiten Kamera (15) Aufnehmen eines Bildes, undMoving the bondhead (10) to a position above the substrate in which the substrate marking is in the field of view of the second camera (15) with the second camera (15) taking an image, and Bestimmen der Ist-Lage der Substratmarkierung anhand des Bildes und der zweiten Geometriedaten; und Berechnen einer anzufahrenden Position des Bondkopfs (10) aufgrund der ermittelten Ist-Lage des Flipchips (3) und der Ist-Lage des Substratplatzes; undDetermining the actual position of the substrate marking on the basis of the image and the second geometry data; and calculating a position of the bondhead (10) to be approached on the basis of the determined actual position of the flipchip (3) and the actual position of the substrate space; and Bewegen des Bondkopfs (10) an die berechnete Position und Absetzen des Flipchips (3) auf dem Substratplatz, wobei der Transportkopf (8) und der Bondkopf (10) zumindest teilweise gleichzeitig in Bewegung sind.Moving the bonding head (10) to the calculated position and placing the flip chip (3) on the substrate location, the transport head (8) and the bonding head (10) being at least partially in motion at the same time. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die ersten Geometriedaten eine Position einer ersten optischen Markierung (22) und einen ersten festen Vektor umfassen, der Richtung und Abstand von der ersten optischen Markierung (22) zu einem Bezugspunkt eines Pixelkoordinatensystems der ersten Kamera (14) bezeichnet, und bei dem an wenigstens einem vorbestimmten Zeitpunkt die Position der ersten optischen Markierung (22) aktualisiert wird durch: Bewegen des Bondkopfs (10) an eine Position, in der die erste optische Markierung (22) im Blickfeld der zweiten Kamera (15) ist;2. The method of claim 1, wherein the first geometry data comprises a position of a first optical marker (22) and a first fixed vector, the direction and distance from the first optical marker (22) to a reference point of a pixel coordinate system of the first camera (14 ), and at which the position of the first optical marking (22) is updated at least at a predetermined time by: moving the bonding head (10) to a position in which the first optical marking (22) is in the field of view of the second camera (15 ) is; mit der zweiten Kamera (15) Aufnehmen eines Bildes;taking a picture with the second camera (15); Bestimmen der Position der ersten optischen Markierung (22) anhand des Bildes und der zweiten Geometriedaten; undDetermining the position of the first optical marking (22) on the basis of the image and the second geometry data; and Speichern der ermittelten Position als neue Position der ersten optischen Markierung (22).Saving the determined position as the new position of the first optical marking (22). 3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die ersten Geometriedaten eine Position von mindestens einer weiteren optischen Markierung (23) und einen weiteren festen Vektor umfassen, der Richtung und Abstand von der weiteren optischen Markierung zu dem Bezugspunkt des Pixelkoordinatensystems der ersten Kamera (14) bezeichnet, und bei dem an dem genannten Zeitpunkt die Position der weiteren optischen Markierung (23) aktualisiert wird durch: Bewegen des Bondkopfs (10) an eine Position, in der die weitere optische Markierung (23) im Blickfeld der zweiten Kamera (15) ist;3. The method according to claim 2, wherein the first geometry data comprise a position of at least one further optical marking (23) and a further fixed vector, the direction and distance from the further optical marking to the reference point of the pixel coordinate system of the first camera (14) , and at which the position of the further optical marking (23) is updated by moving the bonding head (10) to a position in which the further optical marking (23) is in the field of view of the second camera (15) ; mit der zweiten Kamera (15) Aufnehmen eines Bildes;taking a picture with the second camera (15); Bestimmen der Position der weiteren optischen Markierung (23) anhand des Bildes und der zweiten Geometriedaten; undDetermining the position of the further optical marking (23) on the basis of the image and the second geometry data; and Speichern der ermittelten Position als neue Position der weiteren optischen Markierung (23).Saving the determined position as the new position of the further optical marking (23). 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die optische(n) Markierung(en) durch die Platte (17) abgedeckt ist/sind, wenn sich die Kavität (18) der Platte (17) in der Position oberhalb der ersten Kamera (14) befindet, das Verfahren weiter umfassend Bewegen der Platte (17) in eine Position, in der die optische(n) Markierung(en) (22, 23) frei liegt/liegen, bevor die Position(en) der optische(n) Markierung(en) (22, 23) aktualisiert wird/werden.4. The method according to claim 2 or 3, wherein the optical marking (s) is / are covered by the plate (17) when the cavity (18) of the plate (17) is in the position above the first camera (14), the method further comprises moving the plate (17) into a position in which the optical mark (s) (22, 23) is / are exposed before the position (s) of the optical (n ) Mark (s) (22, 23) will be updated. CH 711 536 B1CH 711 536 B1 Tf7TF7 CH 711 536 B1CH 711 536 B1
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