CN102569103B - 包含有双头滴涂器的晶粒键合机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于在衬底上完成晶粒键合的粘合剂滴注，该衬底包含有沿着第一轴线对齐的成排的键合焊盘和沿着第二轴线对齐的成列的键合焊盘，第二轴线横截于第一轴线，该键合焊盘上设置有目标滴涂位置，该方法包含有以下步骤：提供包含有第一喷嘴的第一滴注头和包含有第二喷嘴的第二滴注头；沿着第一轴线将衬底进给至设置有第一滴注头和第二滴注头的位置；通过将光学系统沿着第二轴线相对于衬底移动的方式，使用光学系统完成衬底的列向区域的图案识别，该衬底的列向区域包含有连续的一列或多列键合焊盘；其后驱动第一喷嘴和第二喷嘴，以从第一喷嘴和第二喷嘴处同时滴注粘合剂至位于衬底的相同列向区域的目标滴注位置。

Description

包含有双头滴涂器的晶粒键合机
技术领域
本发明涉及一种用于电子器件的晶粒键合机，特别是涉及包含有双滴注头的晶粒键合机，以同时将一个或多个粘合剂(adhesives)滴注在衬底上。
背景技术
在半导体晶粒或芯片的生产过程中，大量半导体晶粒被一起形成于单独的晶圆上。然后将晶圆切割分离成各个晶粒。其次将这些半导体晶粒中的每一个被单独地装配在支持表面上，以通过利用晶粒键合工序进一步处理。其后，在晶粒和外围器件之间形成电气连接，以后使用塑性混合料将晶粒灌封以保护它们避免环境的干扰。
在现有的晶粒键合机中，晶粒键合工序包含有下面的步骤：使用键合臂从晶圆处拾取单个的晶粒。然后将晶粒传送到键合位置以在衬底上进行键合，衬底具有滴注在那里的粘合剂以将晶粒装配在衬底上。单头的滴涂系统通常被利用来将粘合剂材料滴注在衬底上。为了提高工序的产能，带有双头的滴注系统可能被使用。
图1是包含有用于滴注环氧树脂之类的粘合剂的双头滴注系统的传统晶粒键合机100的主视图。该双头滴注系统包含有装配在单独的XYZ移动平台上的第一环氧树脂滴注头102和第二环氧树脂滴注头104。第一滴注头102和第二滴注头104每个装配有光学系统，以在滴注环氧树脂以前对衬底位置进行图案识别。这两个滴注头102、104被分隔开来，并在两个单独的工作平台或传送机构上独立地移动，以从第一滴注喷嘴105和第二滴注喷嘴107处滴注粘合剂。每个工作平台包含有一系列可能排列成列的真空孔洞106，以提供真空吸附而将衬底牢牢地固定在砧块（anvil block）上。图2所示为具有相互相邻排列整齐的两列真空孔洞106的砧块108的俯视示意图。
图3表明了使用真空吸附通过真空孔洞106固定在图2中的砧块108上的衬底或引线框110的俯视示意图，该真空孔洞106位于砧块108上。第一滴注头102和第二滴注头104的位置与这两列真空孔洞106的布置相匹配。这两列真空孔洞106相应地隔开一段间隙112，该间隙112取决于引线框110上隔开两列晶粒焊盘116的列向间距114。通常，列向间距114从2mm至70mm之间变化。可实现的最小的间隙112由第一滴注头102和第二滴注头104的几何布置所限制。
同样地，第一滴注头102和第二滴注头104的布置被引线框110的配置形式所限定。为了适应列向间距114的整个变化范围以及为了容纳不同尺寸的引线框110，带有X方向上的长行程轨道和长砧块108的滴注平台被需要。因此，需要来容纳多个滴注头和联合的工作平台的空间很大，以及当存在空间局限时其将会成为严重的限制。而且，确保长砧块108保持完全平整以便于避免真空泄漏，这是困难的。就这点而言，由于真空泄漏的担忧，所以不带螺钉的结构是不可能的。因此，和上述现有技术相比，提供一种能够占用较小占地面积的双头滴注系统是令人期望的。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种晶粒键合机，其具有至少两个滴注头，以将一种或多种粘合剂滴注在衬底上，和上述现有技术相比，这种晶粒键合机能够占用较少的空间。
于是，本发明第一方面提供一种用于在衬底上完成晶粒键合的滴注粘合剂的方法，该衬底包含有沿着第一轴线对齐的成排的键合焊盘和沿着第二轴线对齐的成列的键合焊盘，第二轴线横截于第一轴线，该键合焊盘上设置有目标滴涂位置，该方法包含有以下步骤：提供包含有第一喷嘴的第一滴注头和包含有第二喷嘴的第二滴注头；沿着第一轴线将衬底进给至设置有第一滴注头和第二滴注头的位置；通过将光学系统沿着第二轴线相对于衬底移动的方式，使用光学系统完成衬底的列向区域的图案识别，该衬底的列向区域包含有连续的一列或多列键合焊盘；其后驱动第一喷嘴和第二喷嘴，以从第一喷嘴和第二喷嘴处同时滴注粘合剂至位于衬底的相同列向区域的目标滴注位置，该列向区域已经完成了图案识别。
本发明第二方面提供一种用于在衬底上完成晶粒键合的滴注粘合剂的方法，该衬底包含有沿着第一轴线对齐的成排的键合焊盘和沿着第二轴线对齐的成列的键合焊盘，第二轴线横截于第一轴线，该键合焊盘上设置有目标滴涂位置，该方法包含有以下步骤：提供包含有第一喷嘴的第一滴注头和包含有第二喷嘴的第二滴注头；沿着第一轴线将衬底进给至设置有第一滴注头和第二滴注头的位置；驱动第一喷嘴和第二喷嘴，以从第一喷嘴和第二喷嘴处同时滴注粘合剂至衬底的第一列向区域上，该第一列向区域包含有位于键合焊盘上连续的一列或多列的目标滴注位置；其后驱动第一喷嘴和第二喷嘴，以从第一喷嘴和第二喷嘴处同时滴注粘合剂至衬底的第二列向区域上，该第二列向区域包含有位于键合焊盘上、和第一列向区域相邻的连续的一列或多列的目标滴注位置。
本发明第三方面提供一种用于在衬底上完成晶粒键合的晶粒键合机的粘合剂滴涂器，该衬底包含有沿着第一轴线对齐的成排的键合焊盘和沿着第二轴线对齐的成列的键合焊盘，第二轴线横截于第一轴线，该键合焊盘上设置有目标滴涂位置，该粘合剂滴涂器包含有：第一滴注头和第二滴注头，第一滴注头包含有第一喷嘴，第二滴注头包含有第二喷嘴；传送机构，其用于沿着第一轴线将衬底进给至设置有第一滴注头和第二滴注头的位置；光学系统，其被操作来通过光学系统和衬底之间沿着第二轴线相对移动的方式完成衬底的列向区域的图案识别，该列向区域包含有连续的一列或多列键合焊盘；其中，第一喷嘴和第二喷嘴被配置和被操作来同时滴注粘合剂至位于衬底的相同列向区域的目标滴注位置，在该列向区域上已经由光学系统完成了图案识别。
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
通过参考根据本发明较佳实施例具体实施方式的详细介绍，并参考附图很容易理解本发明，其中。
 图1是包含有用于滴注环氧树脂之类的粘合剂的双头滴注系统的传统晶粒键合机的主视图。
图2所示为具有相互相邻整齐排列的两列真空孔洞的砧块的俯视示意图。
图3表明了使用真空吸附被提供来通过真空孔洞固定在图2中的砧块上的引线框的俯视示意图，该真空孔洞位于砧块上。
图4是根据本发明较佳实施例所述的包含有双头滴注系统的晶粒键合机的立体示意图。
图5是图4中晶粒键合机的主视图。
图6是配置有单列真空孔洞以支撑引线框进行环氧树脂滴注的砧块的俯视示意图。
图7表明了使用通过位于砧块上的单列真空孔洞所提供的真空吸附而在砧块上固定的引线框的俯视示意图。
图8A至图8I是引线框的俯视示意图，其表明引线框模式识别和单列键合焊盘的粘合剂滴注的顺序步骤。
图9A至图9C是引线框的俯视示意图，其表明多列键合焊盘的粘合剂滴注的顺序步骤。
具体实施方式
图4是根据本发明较佳实施例所述的包含有双头滴注系统的晶粒键合机10的立体示意图。该双头滴注系统包含有滴注粘合剂如环氧树脂以在衬底上完成晶粒键合的第一滴注头12和第二滴注头14。一个滴注头12被装配在第一定位平台，如XYZ平台16上，而另一个滴注头14被装配在第二定位平台，如XYZ平台17上。
第一滴注头12和第二滴注头14也可以被装配在通用的X平台上以致于第一XY平台16和第二XY平台17共享单独的X引导路径，并沿着X轴作为单独的模块操作。藉此，在第一滴注头12和第二滴注头14之间沿着X轴保持有固定的分隔距离。另外可供选择的是，第一XY平台16和第二XY平台17可以是单独的模块，并完全独立地操作。
滴注系统还包括单独的光学系统18，其被装配在或者第一XYZ平台16或者第二XYZ平台17上。可供选择的是，光学系统18可以被装配在可独立于第一XYZ平台16和第二XYZ平台17移动的移动平台上。当不需要用于校准的图案识别时，光学系统18可以完全从滴注系统处被删去。
在第一滴注头12和第二滴注头14的一端分别是第一喷嘴20和第二喷嘴22。第一滴注头12和第二滴注头14被倾斜以便于第一喷嘴20和第二喷嘴22每个均相对于衬底平面以斜角的方式被倾斜。斜置后的第一喷嘴20和第二喷嘴22允许它们自身在大约为12mm宽的重叠的滴注区域A（参见图6）中沿着同一个环氧树脂滴注路径被定位对准。第一喷嘴20和第二喷嘴22被操作来在这个重叠的滴注区域A之内同时滴注粘合剂。所以，仅仅一个工作平台被需要来滴注粘合剂，而工作平台的位置是不受引线框24的列向间距的影响。
工作平台在X方向上的轨道同样也得以显著地减少，仅仅相对短的支撑表面如砧块被需要来支撑可能以引线框24的形式存在的衬底。所以，能够使用的滴注系统越小，其所要求的机器占地面积越小。另外，可供选择的是，使用单独工作平台的双滴注同样也可以通过以类似的方式将两个单头滴注系统级联而实现。
图5是图4中晶粒键合机的主视图。第一滴注头12和第二滴注头14被操作来在重叠的滴注区域A中（参见图6）沿着引线框24的相同的列向区域（columnar section）滴注粘合剂或者环氧树脂，该列向区域包含有位于键合焊盘25上的一个或多个目标滴注位置，该键合焊盘25包含于引线框24中。在这个实例中，该列向区域包含有位于引线框24上的单列键合焊盘，引线框24支撑于砧块26上。每个键合焊盘25可以包含有多个目标滴注位置。图6是配置有仅仅单列真空孔洞以在环氧树脂滴注期间通过真空吸附固定引线框24的砧块26的俯视示意图，该真空孔洞被设置在砧块26上。在滴注期间，当滴注头12和14在位于同一列键合焊盘25中的目标滴注位置上滴注的时候，仅仅一列位于砧块26上的真空孔洞28被需要。
图7表明了使用通过位于砧块26上的单列真空孔洞28提供的真空吸附而在砧块26上固定的引线框24的俯视示意图。衬底或引线框24具有在键合焊盘25上沿着X轴对齐排列的成行的目标滴注位置，和在键合焊盘25上沿着横截于X轴的Y轴对齐排列的成列的目标滴注位置。引线框24沿着X轴被馈送至砧块26，第一滴注头12和第二滴注头14定位在此，以及在引线框24已经被固定在砧块26之后在此处完成粘合剂的滴注。
该砧块26比上述的传统的晶粒键合机100一起使用的砧块相对较短，因为其没有必要来适应引线框24的列向间距以便于随着多列真空孔洞28对齐多列键合焊盘25。在不需要任何螺钉的情形下，和现有技术相比，砧块26的更简单的结构能够得以实现。工作平台在Ｘ方向上的轨道在不影响产能的情况下也能够得以减少。
图8A至图8I是引线框24的俯视示意图，其表明引线框24的图案识别和单列键合焊盘25的粘合剂滴注的顺序步骤。相邻于正被监测扫描的被选定的一列键合焊盘25的第一滴注头12处于待命模式。光学系统18完成引线框24的预滴注图案识别。在朝向操作者的方向上从该列键合焊盘25的后部到前部，使用光学系统18开始图案识别。如图8A和图8B所示，第二滴注头14和光学系统18一起沿着朝向引线框24前部的图案识别路径通道移动。
如图8C所示，在光学系统18于引线框24中部的上方完成观察和前进之后，第一滴注头12在键合焊盘25上方靠近引线框24的所述中部移动。如图8D所示，在光学系统18朝向前部继续引线框24的预滴注图案识别的同时，第一滴涂头12从引线框24的中部在键合焊盘25的目标滴注位置上开始滴注环氧树脂，并在引线框24的大体一半处朝向其后部继续。如图8E所示，一旦光学系统18完成了该列键合焊盘25的预滴注图案识别，第二滴注头14从前部朝向后部开始滴注至位于包含在另一半引线框24中的剩余键合焊盘25上的目标滴注位置。
其后，在第一滴注头12已经完成在引线框24的后半部的环氧树脂滴注之后，第一滴注头12移离该列键合焊盘25，如图8F所示，并朝向该列键合焊盘25的中部移动以重新获得待命位置。与此同时，第二滴注头14朝向键合焊盘中部完成该列键合焊盘25剩余部分的环氧树脂的滴注。在光学系统18移动回复到引线框24的后部的同时，引线框24被相应地定位，以设置定位相邻列的键合焊盘而便于图案识别和环氧树脂滴注，为开始另一个图案识别周期做好准备。第二滴注头14同样也和光学系统18一起朝向引线框的后部移动，如图8H和图8I所示。通常，第一滴注头12和第二滴注头14重新获得如图8A所示的相同位置，以在下一列键合焊盘25上进行新一轮图案识别和粘合剂滴注。
图9A至图9C是引线框24的俯视示意图，其表明在多列键合焊盘25上的多个目标滴注位置的粘合剂滴注的顺序步骤。在这个可选的较佳实施例中，第一滴注头12和第二滴注头14同时滴注粘合剂的列向区域包含有连续的多列键合焊盘25。在图9A中，在包含有连续的多列键合焊盘的键合路径32的图案识别已经完成之后，第一滴注头12或第二滴注头14沿着多列键合焊盘25的中间行开始滴注环氧树脂穿过几列目标滴注位置。如图9B所示，一旦图案识别已经完成，另一个滴注头被设置来从后排的键合焊盘滴注环氧树脂。第一滴注头12和第二滴注头14同时操作。一个滴注头12主要在引线框24的第一半部操作，而另一个滴注头14主要在引线框24的第二半部操作。它们分别逐行地将环氧树脂滴注至多列键合焊盘，而不是如图8A至图8I所示的滴注在单列键合焊盘上。接下来是重复的图案识别和环氧树脂滴注的顺序步骤，多列键合焊盘能够更加迅速地接受滴注的环氧树脂，以极大地提高产能。第一滴注头12和第二滴注头14相对于引线框24从前排键合焊盘到后排键合焊盘的移动路径横跨连续的几列键合焊盘，如图9C所示，其也表明了滴注的最终结果。
值得欣赏的是，根据本发明较佳实施例所述的包含有双滴注系统的晶粒键合机10实现了增强产能下的粘合剂滴注。用于同时使用第一滴注头12和第二滴注头14滴注粘合剂的重叠区域需要较短的X轨道通路、单排的真空孔洞28和一个光学系统18。所以，在仅仅带有一个工作平台和一个简单而又短小的砧块的结构设计的情形下，减小了的机器占地面积能够得以被利用。总的加工成本同样也得以减少。
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 (19)

1.一种用于在衬底上完成晶粒键合的滴注粘合剂的方法，该衬底包含有沿着第一轴线对齐的成排的键合焊盘和沿着第二轴线对齐的成列的键合焊盘，第二轴线横截于第一轴线，该键合焊盘上设置有目标滴涂位置，该方法包含有以下步骤：
提供包含有第一喷嘴的第一滴注头和包含有第二喷嘴的第二滴注头；
沿着第一轴线将衬底进给至设置有第一滴注头和第二滴注头的位置；
通过将光学系统沿着第二轴线相对于衬底移动的方式，使用光学系统完成衬底的列向区域的图案识别，该衬底的列向区域包含有单列键合焊盘，该单列键合焊盘沿着第二轴线设置；
在第二轴线移动第一喷嘴，在第一轴线移动第二喷嘴，以便沿着单列键合焊盘定位该第一喷嘴和第二喷嘴；其后
驱动第一喷嘴和第二喷嘴沿着第二轴线，以从第一喷嘴和第二喷嘴处同时滴注粘合剂至位于该单列键合焊盘的目标滴注位置，该列向区域已经完成了图案识别。
2.如权利要求1所述的滴注粘合剂的方法，其中，第一喷嘴和第二喷嘴在滴注粘合剂至相邻列的键合焊盘上以前，将粘合剂同时滴注在位于单列键合焊盘的多排目标滴注位置上。
3.如权利要求2所述的滴注粘合剂的方法，其中，第一喷嘴和第二喷嘴在仅仅沿着第二轴线移动而不沿着第一轴线移动的同时，将粘合剂同时滴注在位于单列键合焊盘的目标滴注位置上。
4.如权利要求1所述的滴注粘合剂的方法，其中，第一滴注头和第二滴注头被装配在通用定位平台上，以便于沿着第一轴线驱动第一滴注头和第二滴注头，在第一喷嘴和第二喷嘴沿着第二轴线被驱动来滴注粘合剂的同时，该通用定位平台沿着第一轴线在第一滴注头和第二滴注头之间保持固定的分隔距离。
5.如权利要求1所述的滴注粘合剂的方法，其中，该光学系统被安装在定位平台上，该定位平台上装配有第一滴注头。
6.如权利要求1所述的滴注粘合剂的方法，其中，第一喷嘴以斜角的方式相对于衬底平面倾斜。
7.如权利要求6所述的滴注粘合剂的方法，其中，第二喷嘴也以斜角的方式相对于衬底平面倾斜。
8.如权利要求1所述的滴注粘合剂的方法，其中，当第一喷嘴和第二喷嘴在同时滴注粘合剂的时候，第一喷嘴被操作来滴注粘合剂的滴注区域和第二喷嘴被操作来滴注粘合剂的滴注区域相重叠。
9.如权利要求1所述的滴注粘合剂的方法，该方法还包含有以下步骤：
在粘合剂滴注期间，通过提供带有单列真空孔洞的支撑表面，使用真空吸附将衬底固定在支持表面上，该单列真空孔洞提供在支撑表面上。
10.如权利要求1所述的滴注粘合剂的方法，其中，图案识别和粘合剂滴注的步骤还包含有以下步骤：
通过从该键合焊盘的列向区域的一端到另一端扫描该键合焊盘的列向区域，使用光学系统完成图案识别；
使用第一喷嘴开始滴注粘合剂至位于该列向区域大体一半处的目标滴注位置，在该列向区域大体一半上光学系统已经完成图案识别；其后
在整个列向区域上的图案识别已经完成之后，使用第二喷嘴开始滴注粘合剂至位于该列向区域的、没有从第一喷嘴处接收粘合剂的剩余键合焊盘中的目标滴注位置。
11.如权利要求10所述的滴注粘合剂的方法，该方法还包含有以下步骤：
在等待由第二喷嘴完成滴注至该列向区域中剩余的目标滴注位置的同时，在第一喷嘴已经滴注粘合剂至位于该键合焊盘的列向区域大体一半的目标滴注位置之后，移动第一喷嘴至待命位置。
12.一种用于在衬底上完成晶粒键合的滴注粘合剂的方法，该衬底包含有沿着第一轴线对齐的成排的键合焊盘和沿着第二轴线对齐的成列的键合焊盘，第二轴线横截于第一轴线，该键合焊盘上设置有目标滴涂位置，该方法包含有以下步骤：
提供包含有第一喷嘴的第一滴注头和包含有第二喷嘴的第二滴注头；
沿着第一轴线将衬底进给至设置有第一滴注头和第二滴注头的位置；
在第二轴线移动第一喷嘴，在第一轴线移动第二喷嘴，以便沿着单列键合焊盘定位该第一喷嘴和第二喷嘴；
驱动第一喷嘴和第二喷嘴沿着第二轴线，以从第一喷嘴和第二喷嘴处同时滴注粘合剂至衬底的第一列向区域上，该第一列向区域包含第一单列键合焊盘，该第一单列键合焊盘沿着第二轴线设置；其后
驱动第一喷嘴和第二喷嘴沿着第二轴线，以从第一喷嘴和第二喷嘴处同时滴注粘合剂至衬底的第二列向区域上，该第二列向区域包含有位于键合焊盘上、和第一单列键合焊盘相邻的连续的一列的目标滴注位置。
13.如权利要求12所述的滴注粘合剂的方法，该方法还包含有以下步骤：
在使用第一喷嘴和第二喷嘴同时在列向区域上滴注粘合剂以前，通过将光学系统沿着第二轴线相对于衬底移动的方式，使用光学系统完成每个列向区域的图案识别。
14.一种用于在衬底上完成晶粒键合的晶粒键合机的粘合剂滴涂器，该衬底包含有沿着第一轴线对齐的成排的键合焊盘和沿着第二轴线对齐的成列的键合焊盘，第二轴线横截于第一轴线，该键合焊盘上设置有目标滴涂位置，该粘合剂滴涂器包含有：
第一滴注头和第二滴注头，第一滴注头包含有第一喷嘴，第二滴注头包含有第二喷嘴；
传送机构，其用于沿着第一轴线将衬底进给至设置有第一滴注头和第二滴注头的位置；
光学系统，其被操作来通过光学系统和衬底之间沿着第二轴线相对移动的方式完成衬底的列向区域的图案识别，该列向区域包含有单列键合焊盘，该单列键合焊盘沿着第二轴线设置；以及
其中第一喷嘴在第二轴线移动，第二喷嘴在第一轴线移动，如此以致该第一喷嘴及第二喷嘴沿着单列键合焊盘被定位；以及其中，第一喷嘴和第二喷嘴被配置和被操作来同时滴注粘合剂至位于单列键合焊盘的目标滴注位置，在该单列键合焊盘上已经由光学系统完成了图案识别。
15.如权利要求14所述的粘合剂滴涂器，其中，第一滴注头和第二滴注头被装配在通用定位平台上，该通用定位平台被操作来沿着第一轴线驱动第一滴注头和第二滴注头，在第一喷嘴和第二喷嘴沿着第二轴线被驱动来在目标滴注位置滴注粘合剂的同时，该通用定位平台沿着第一轴线在第一滴注头和第二滴注头之间保持固定的分隔距离。
16.如权利要求14所述的粘合剂滴涂器，其中，该光学系统被安装在定位平台上，该定位平台上装配有第一滴注头。
17.如权利要求14所述的粘合剂滴涂器，该粘合剂滴涂器还包含有：
支撑表面，在该支撑表面上提供有单列真空孔洞，该单列真空孔洞被操作来在粘合剂滴注期间使用真空吸附将衬底固定在支撑表面上。
18.如权利要求14所述的粘合剂滴涂器，其中，第一喷嘴以与垂直线成一角度的方式倾斜。
19.如权利要求18所述的粘合剂滴涂器，其中，第二喷嘴也以与垂直线成一角度的方式倾斜。
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