CN101924050B - 用于提供大键合力的晶粒键合机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶粒键合机，其包含有：键合头，其包含有夹体，以用于拾取晶粒和在键合位置处键合晶粒；第一马达，其通过转轴和夹体相连，以在朝向和背离键合位置的驱动方向上驱动夹体；第二马达，其和键合头相连，以在平行于第一马达的驱动方向的方向上驱动键合头；旋转马达，其有效地和夹体相连，以围绕平行于第一马达的驱动方向的旋转轴线转动夹体；其中，该转轴可滑动地连接到旋转马达上，以便于当转轴被第一马达驱动而移动时，该转轴可相对于旋转马达滑动。

Description

用于提供大键合力的晶粒键合机
技术领域
本发明涉及用于电子器件的晶粒键合机(die bonder)，尤其涉及一种用于针对晶粒键合产生大键合力的晶粒键合机。 
背景技术
在半导体晶粒或芯片的生产过程中，很多半导体晶粒被一起构造在单个的晶圆上。然后将该晶圆切割以分离成单独的晶粒。其次，通过应用晶粒键合工序，这些半导体晶粒中的每个应该各自被装配在一支撑表面上以进行进一步的处理。其后，在晶粒和外围器件之间产生了电气连接，并且然后将该晶粒使用塑性混合料灌封以保护它们不受环境的干扰。 
在所述的晶粒键合工序所应用的现有晶粒键合机中，每个单独的晶粒通常使用键合臂从晶圆上被拾取，然后传送到衬底以完成晶粒在衬底上的安装。通常，晶粒键合机包含有晶粒键合头，该晶粒键合头具有空气喷嘴以产生吸附力而从固定有晶粒的晶圆平台处拾取半导体晶粒。其后，将晶粒传送并键合在衬底上。 
为了将晶粒正确且准确地放置在衬底上，使用视觉系统完成视觉定位以捕获在晶圆平台和衬底上晶粒的图像。键合头和空气喷嘴的定位将会根据所捕获的晶粒图像进行，为此目的其参考晶粒上的定位图案或者基准标记。在拾取晶粒之后，该键合头使用所捕获的晶粒图像沿着θ轴线来执行旋转补偿。然后，在向下移动以完成键合以前，键合头旋转和将晶粒与衬底的方位对齐定位。在键合力驱动机构直接向晶粒施加压缩力的同时，键合头的向下移动通过z轴移动马达得以实施。该压缩键合力必须足够大以便于将晶粒压至衬底。 
图1所示为包含有预载压缩弹簧102以进行晶粒键合的传统晶粒 键合机100的侧视示意图。该晶粒键合机100的键合头101装配在键合头支架103上，其进一步通过z轴移动平台106可滑动地支撑。在通过预载压缩弹簧102协助键合期间，键合头101将大的键合力施加在晶粒108上。另外，存在一个旋转马达104，其用于旋转键合头101以进行旋转或θ移动补偿。 
当z轴移动平台106向下移动时，在晶粒108接触衬底110之后，它使得压缩弹簧102压缩并增大了作用在晶粒108上的键合力。在垂直方向上大的z轴内驱式(drive-in)移动得以产生，其引起了晶粒键合机100的X-Y放置的漂移。而且，键合头支架103和z轴移动平台106包含有线性轨道，该线性轨道在键合期间遭受大的向上的力。这种向上的力穿过键合头支架103和z轴移动平台106，当使用大的键合力完成键合时其引起键合头101上的放置漂移并引起晶粒偏置(dietilting)。这个操作因此可能引起z轴移动平台106的摇摆(roll)、倾斜(pitch)和偏移(yaw)，以及使得晶粒键合机100的结构发生结构上的形变。所有这些偏差可能作用来影响键合头101的放置精度。因此，这种键合头结构既不能实现很高的放置精度，又不能满足关于晶粒108非倾侧式的严格需要。 
另一种现有的晶粒键合机100’参见图2，图2所示为包含有用来提供键合力的气压缸(pneumatic cylinder)112的传统的晶粒键合机的侧视示意图。键合头101’装配在以气压缸112形式存在的键合力马达上，该气压缸通过球面触点114和z轴移动平台106相耦接。在装配于支撑结构118上的气压缸112的帮助下，大的键合力得以被施加。该大的键合力装载直接通过支撑结构118得以保持，而键合力的主要线路绕开了键合头支架103和z轴移动平台106。所以键合头支架103和z轴移动平台106的形变得以避免。由于键合头支架103和z轴移动平台106的形变引起的晶粒偏置同样也得以避免。而由于z轴移动平台106的摇摆、倾斜和偏移所引起的放置错误同样也得以减少，因为不再存在通过z轴移动平台106所导致的z轴内驱式移动。但是，在这种结构中，由于键合头101’是固定地耦接于气动式键合力驱动机构上，键合头 101’没有展现出θ移动，其仅仅是一个线性驱动器。因此，在被拾取的晶粒108被键合以前，没有进行旋转或θ补偿。 
开发一种键合头，其能够在减少放置错误的情形下产生大的键合力，并提供旋转或θ补偿以修正晶粒的任何旋转偏差，这是令人期望的。 
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种键合头，其和前述的现有技术相比，在实现更加精确的晶粒键合的同时产生了大的键合力。 
于是，本发明提供一种晶粒键合机，其包含有：键合头支架；键合头，安装在键合头支架上，该键合头包含有夹体，以用于拾取晶粒和在键合位置处键合晶粒；第一马达，其通过转轴和夹体相连，以在朝向和背离键合位置的驱动方向上驱动夹体；第二马达，其和键合头支架相连，以在平行于第一马达的驱动方向的方向上驱动键合头；旋转马达，其和夹体相连，以围绕平行于第一马达的驱动方向的旋转轴线转动夹体；其中，该第一马达被用来使键合头从键合头支架上移动分离，通过驱动转轴相对键合头支架的滑动，来提供使晶粒键合到键合位置的键合力。 
参阅后附的描述本发明实施例的附图，随后来详细描述本发明是很方便的。附图和相关的描述不能理解成是对本发明的限制，本发明的特点限定在权利要求书中。 
附图说明
根据本发明较佳实施例所述的具体实施方式，结合附图很容易理解本发明，其中： 
图1所示为包含有预载压缩弹簧的一种传统晶粒键合机的侧视示意图。 
图2所示为包含有气压缸的另一种传统晶粒键合机的侧视示意图。 
图3所示为根据本发明较佳实施例所述的包含有键合头的晶粒键合机的侧视示意图，该键合头产生大的键合力。 
具体实施方式
在此本发明较佳实施例将结合附图进行描述。 
图3所示为根据本发明较佳实施例所述的包含有键合头12的晶粒键合机10的侧视示意图，该键合头产生大的键合力。键合头12包含有：夹体30；第一马达或键合力马达14，其较佳地为线性马达。键合力马达14通常包括键合力马达动子(forcer)16和键合力马达定子18。键合力马达动子16通过键合力退耦转轴34连接到夹体30上，以在z轴上驱动夹体30朝向和背离衬底28。夹体30使用真空或使用夹子(gripper)拾取晶粒26，并将晶粒26键合到键合位置，其可能在衬底28上。键合头12的键合力马达14产生大的键合力以将晶粒26键合到衬底28上。 
第二马达，如z马达19驱动键合头12沿着z轴移动。其是通过键合头支架27连接到键合头12上。当z马达19驱动耦接到键合头支架27上的z滑座(slider)25相对于z轴移动平台24移动时，这种驱动动作同样也驱动键合力马达14连同键合头12一起移动。 
键合头12还包含有旋转马达32，其连接到夹体30上并通过旋转马达32的马达转子35围绕平行于z轴的旋转轴转动夹体30和键合头12。在被拾取的晶粒26被键合到衬底28以前，这使得晶粒26相对于衬底28的角度方位的调整和补偿成为可能。旋转马达32通过键合力退耦转轴34和键合力马达14分离，该键合力退耦转轴34设置在键合力马达14的力施加路径(force application path)中。键合力马达14和z马达19均装配在支撑结构36上。 
晶粒键合机10还包含有下检查光学设备20和上检查光学设备22，以用于将晶粒和衬底28对齐定位的目的。在操作中，从下检查光学设备20中所拍摄的晶粒26的图像被捕获以便于得以确定晶粒26相对于衬底28的相对位置。晶粒26通过往复式输送机(shuttle conveyor)(图 中未示)被传送到和在键合头12下方进行晶粒拾取。在水平面上的X-Y补偿通过被X-Y平台驱动的另一个往复式输送机(图中未示)得以完成。 
在下检查光学设备20的帮助下，在键合头12拾取晶粒26和将夹体30对齐定位于晶粒26以前，θ补偿同样也可以得以进行。通过位于马达转子35上的轴承(bearing)33，键合力退耦转轴34可相对于旋转马达32滑动，以在其被键合力马达14驱动时在z轴上重新定位自身。该X-Y和θ补偿确保晶粒26被夹体30固定时该晶粒和夹体30准确地对齐定位。往复式输送机向外移动，晶粒26的图像被上检查光学设备22所捕获，以便于得以确定晶粒26相对于衬底28的位置。然后，使用视觉定位系统(图中未示)根据衬底28的方位，键合头12旋转，并对齐定位晶粒26，该视觉定位系统在执行完成键合以前观察衬底。 
z马达19通过z滑座25向下驱动键合头12，并且一旦晶粒16接触衬底28和接收到来自触地传感器(touch-down sensor)的反馈信号，那么z马达19停止运转。键合力退耦转轴34被触发以轻微地向上移动键合头12。和键合头12的旋转中心共轴设置的键合力马达14通过键合力退耦转轴34和夹体30直接施加大的压缩力到晶粒26上。较合适地，仅仅只有键合力马达14而非z马达19在晶粒26上产生z轴内驱式移动，以施加向下的键合力而将晶粒26键合在衬底28的键合位置处。装配在键合头支架27上的键合头12通过键合力退耦转轴34和这个z轴驱动移动分离，该键合力退耦转轴34可相对于键合头12滑动移动。以这种方式，在晶粒26接触衬底28之后，晶粒26朝向衬底28的大的内驱式移动所导致的键合负载没有被传递到键合头支架27。因此，没有负载直接从键合头12通向键合头支架27和z轴移动平台24，从而它们从z轴驱动移动中分离。这样避免了键合头支架27和z轴移动平台24的形变，以致于基于结构形变所引起的放置错误得以避免。由于在晶粒26接触衬底28之后不存在内驱式移动，所以基于Z轴移动平台24的摇摆、倾斜和偏移所引起的放置错误同样也得以避免。 
值得欣赏的是，根据本发明较佳实施例所述的晶粒键合机10在满 足晶粒非倾侧式和旋转偏差补偿的需要的同时，实现了具有精确度的大键合力的晶粒键合。使用来自键合力马达14的力，通过键合力退耦转轴34和夹体30，压缩负载直接作用在晶粒26上。而且，键合力马达14可以提供向上的拉力以抵消夹体30和键合力退耦转轴34的重量，而实现具有总体较低键合力和较少冲击力的键合。 
因此，由于使用键合力退耦转轴34而实现键合力马达14和z马达19、旋转马达32分离，所以在晶粒键合期间使用大键合力时，基于键合头支架27和z轴移动平台24的结构形变而引起的键合头12的放置错误得以减少。θ补偿同样也得以实现以修正任何的晶粒偏差。由于没有负载(load)通过键合头支架27和z轴移动平台24，它们已经自键合力马达14分离，所以基于z轴内驱式移动和晶粒倾斜所引起的放置漂移同样也得以避免。 
此处描述的本发明在所具体描述的内容基础上很容易产生变化、修正和/或补充，可以理解的是所有这些变化、修正和/或补充都包括在本发明的上述描述的精神和范围内。 

Claims (5)

1.一种晶粒键合机，其包含有：
键合头支架；
键合头安装在键合头支架上，该键合头包含有夹体，以用于拾取晶粒和在键合位置处键合晶粒；
第一马达，其通过转轴和夹体相连，以在朝向和背离键合位置的驱动方向上驱动夹体；
第二马达，其和键合头支架相连，以在平行于第一马达的驱动方向的方向上驱动键合头；以及
旋转马达，其和夹体相连，以围绕平行于第一马达的驱动方向的旋转轴线转动夹体；
其中，该第一马达被用来使键合头从键合头支架上移动分离，通过驱动转轴相对键合头支架的滑动，来提供使晶粒键合到键合位置的键合力。
2.如权利要求1所述的晶粒键合机，其中，该第一马达是线性马达。
3.如权利要求1所述的晶粒键合机，该晶粒键合机还包含有：
滑座，其和键合头支架相耦接，并被第二马达沿着平行于第一马达的驱动方向在驱动方向上驱动来滑动，以用于驱动键合头。
4.如权利要求1所述的晶粒键合机，其中，操作第一马达驱动夹体朝键合位置移动，来施加键合力，以在键合位置处键合晶粒。
5.如权利要求1所述的晶粒键合机，其中，该转轴以轴承的方式滑动地耦接到旋转马达的转子上。
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