CN102598242A - 用于拾取贴装机器的贴装平台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于拾取贴装机器的贴装平台，该贴装平台包括：贴装工作台组件，包括用于支撑基板的贴装工作台；用于在基板处提供清洁环境的覆盖件，该覆盖件包括位于覆盖件的第一面中的第一开口，通过第一开口可对基板的限定区域执行贴装操作；其中所述贴装工作台和所述覆盖件安装成相对移动，以允许所述开口到达基板上方的选定相对位置。

Description

用于拾取贴装机器的贴装平台
本发明涉及一种用于拾取贴装机器的贴装平台，所述拾取贴装机器尤其但不排他地应用于三维集成电路（3D IC）的制造。
众所周知，拾取贴装机器用于将各种电子器件放置在诸如印刷电路板的基板上。在传统的后端制造装置中，例如，由于拾取贴装机器的移动机构产生的颗粒污染不认为是问题。仅在污染颗粒阻塞在接合焊盘周围的极端情形中，可能会损坏接合线的焊接或者倒装芯片互连件的焊接。
在制造晶粒-晶片（die-to-wafer）和晶粒-晶粒（die-to-die）类型的3DIC时，必须形成晶粒的叠层，该叠层足够精确地定位以允许通过穿透硅通孔（TSV）技术在叠层中的晶粒之间相互电连接。TSV通过具有1-2微米的尺寸的凸块连接。因此，要求在晶粒之间具有大约1微米的间隔距离。如果晶粒表面被大于间隔距离的颗粒污染，那么晶粒不能定位成使得TSV进行电连接并造成非功能性叠层。这种污染对功能性叠层的产量具有不相称的影响，因为叠层中的任一个晶粒的污染都可能导致非功能性层。
本发明的一个目的是提供一种能够满足制造3D IC时提高清洁等级要求的拾取贴装机器。
根据第一方面，本发明可提供一种用于拾取贴装机器的贴装平台，该贴装平台包括：
贴装工作台组件，包括用于支撑基板的贴装工作台；
用于在基板处提供清洁环境的覆盖件，该覆盖件在覆盖件的第一面中包括第一开口，通过该第一开口可对基板的限定区域执行贴装操作；
其中，贴装工作台和覆盖件安装成相对移动，以允许开口实现基板上方的选定相对位置。
根据本发明的第一方面，覆盖件允许执行贴装操作，同时将基板与尤其由于拾取/贴装头的移动机构而产生的污染物隔离。
优选地，贴装平台还包括可操作成维持通过第一开口向外流动的第一气流的清洁气体源装置。
第一气流阻止尤其由于拾取/贴装头的移动机构产生的污染物通过基板上的第一开口的侵入。
优选地，清洁气体源装置可操作成维持横扫基板的表面的第二气流。
第二气流使得存在于基板上或基板上的器件（例如，集成电路承载晶粒或晶片）上的污染物横扫过基板的边缘。
在一个实施方式中，覆盖件包括板。在一个优选的实施方式中，覆盖件包括外壳。
优选地，外壳的第一面为顶面，并且外壳还包括位于外壳的下部第二面中的第二开口，清洁气体源装置可操作为维持越过基板的外周且朝向第二开口的第三气流。
第三气流使得来自基板或器件的污染物被朝向第二开口引导，污染物从第二开口处离开外壳。第三气流阻止由于贴装工作台组件和/或外壳的移动机构产生污染物侵入到外壳中。
根据第二方面，本发明可提供一种利用拾取贴装机器制造三维集成电路的方法，包括：
用具有小开口的保护覆盖件覆盖目标晶片；以及
通过相对地移动目标晶片和覆盖件以便实现小开口位于下一目标叠层上方的相对位置而在目标晶片上执行晶粒堆叠操作；
将下一晶粒贴装在下一目标叠层上。
根据第一方面和第二方面，本发明还具有在目标晶片处需要充分清洁环境以制造其他微型组件的应用，包括倒装芯片以及诸如透镜探测器组件和MEMS封顶的机械组件。
本发明的其他方面和优选特征在下面的描述中进行阐述并且限定在所附权利要求中。
在下文中参照附图描述本发明的示例性实施方式，附图中：
图1示意性示出了第一拾取贴装机器的布局；
图2示出了图1中所示的贴装平台的视图；
图3示出了图2中所示的贴装平台的一部分的视图，其示出了清洁空气在微型环境外壳内的流动；
图4示意性示出了第二拾取贴装机器的布局；
图5(a)、5(b)、5(c)示出了用于第二拾取贴装机器的处理顺序；
图6示意性示出了第三拾取贴装机器的布局；以及
图7(a)、7(b)、7(c)示出了用于第三拾取贴装机器的处理顺序；以及
图8示意性示出了第四拾取贴装机器的布局。
图1中示出了总体上以10表示的第一拾取贴装机器或微型装配机。
机器10包括拾取平台12，该拾取平台包括拾取晶片14形式的基板。拾取晶片14包含晶粒5的阵列以便用于3D IC的制造中。拾取平台12保持拾取晶片14，使得晶粒5出现在水平方位中以准备拾取。
机器10还包括贴装平台20。贴装平台20包括贴装工作台组件22，该贴装工作台组件包括：贴装工作台24，其支撑处于水平方位的目标晶片25形式的基板；以及移动机构（未示出），用于使贴装工作台24沿着所指出的X轴线和Z轴线并且沿着未标示的Y轴线（垂直于纸面）移动。当形成叠层时，目标晶片25容纳晶粒的叠层7。
贴装平台20还包括外壳26，该外壳环绕贴装工作台24、目标晶片25和正在形成的叠层7，并且形成局部的微型环境，在该微型环境内保持比拾取贴装机器的其它地方更高等级的清洁度。微型环境外壳26包括形成在顶面26b中的顶部开口26a，通过该顶部开口可执行如下所述的在目标晶片25上的贴装操作，以及底部开口26c，通过该底部开口，贴装工作台组件22的未示出的移动机构联接到贴装工作台24。微型环境外壳26保持在固定位置，并且贴装工作台组件22的移动机构允许沿X平面和Y平面调整贴装工作台24的位置，使得能够在目标晶片25上方的任何位置对准开口26a。此外，贴装工作台组件22的移动机构允许沿Z方向调整贴装平台24的位置，从而允许将全部堆叠的晶片25从微型环境外壳26移除并且取代。
在其他实施方式中，不需要固定微型环境外壳26，并且其可以安装成相对于贴装工作台24移动。
参照图2，贴装平台20还包括清洁空气源28，该清洁空气源将极其清洁的干燥空气通过形成在其顶面26b中的喷嘴28a的阵列喷射到微型环境外壳26中。参照图3，清洁空气源28形成从外壳26的内部通过开口26向外流动的第一空气流31。清洁空气源28还形成横扫目标晶片25的表面的第二空气流32。清洁空气源还形成越过目标晶片25和贴装工作台24的外周边缘向下朝向底部开口26c流动的第三空气流33。
参照图1，机器10还包括可在拾取平台12与贴装平台14之间移动的传送机械手40。机械手40承载具有喷嘴44的拾取/贴装头42，以便拾取并贴装晶粒5。
在操作中，机械手40位于拾取晶片14上方。为了开始当前的拾取和贴装循环，通过拾取/贴装头42经由晶粒顶面而拾取以8表示的特定晶粒。然后机械手40开始沿着传送路径将晶粒8移动到目标晶片25处的以9表示的目标叠层。当机械手40沿着传送路径前进时，贴装工作台24被操纵，使得目标叠层9与开口26a对准。当到达贴装平台20时，拾取/贴装头42通过开口26a执行贴装操作，将晶粒8堆叠在目标叠层9上。第一空气流31提供防止尤其是由于机械手40的移动机构而产生的颗粒污染物经由开口26a进入微型环境外壳26中的帘幕或障碍。第二气流32使得设法找到进入微型环境外壳26的通路的颗粒污染物被从叠层7的暴露表面清扫开，从而允许执行精确的堆叠操作并且在叠层中的晶粒之间进行相互电连接。第三空气流33将第二空气流32中夹带的任何颗粒污染物朝向底部开口26c运送并运送到微型环境外部。第三空气流33也提供防止尤其是由于贴装工作台组件22的移动机构而产生的颗粒污染物经由底部开口26c进入微型环境外壳26的帘幕或障碍。
应该理解的是，在贴装平台20处提供外壳26使得能够在晶粒叠层的暴露表面周围局部地建立高度清洁的微型环境，从而允许实现精确地堆叠操作，并且使晶粒叠层与由于拾取/贴装头42的移动机构、拾取/贴装头42的喷嘴、清洁空气源28或拾取贴装机器10的其他各种移动机构而产生的颗粒污染物隔离。
当后续涉及与图1至图3中所示的第一拾取贴装机器相关而描述的部件类似的部件时，使用相同的参考标记。
图4中示出了第二拾取贴装机器10。第二拾取贴装机器与第一拾取贴装机器的不同之处在于还设有被构造成执行直接清洁的激光器形式的清洁单元45以及包括多个可调节镜50a、50b的光学组件50。
现在参照图5(a)、图5(b)和图5(c)来阐述第二拾取贴装机器的操作。拾取/贴装头42拾取晶粒8并且开始沿着传送路径朝向贴装平台20移动。沿着传送路径的中途，如图5(a)所示，由清洁单元45的激光直接清洁晶粒8的底面。接着，如图5(b)所示，机械手40将晶粒沿着传送路径移动到目标叠层9和开口26a上方的位置。同时，清洁单元45对下一拾取贴装循环中计划待拾取的晶粒的顶面执行直接激光清洁。最后，拾取贴装头42通过开口26a执行贴装操作将晶粒8堆叠在目标叠层9上并且沿着传送路径返回到拾取平台12。沿着传送路径的中途，如图5(c)中所示，清洁单元45执行对喷嘴44的直接激光清洁。
应该理解的是，在每个拾取贴装循环中，在贴装操作之前，对喷嘴44进行预清洁（图5(c)），并且对传送的晶粒8的顶面（图5(b)）和底面（图5(a)）进行清洁，以确保晶粒处于清洁状态，便于进入微型环境外壳26并且贴装。
图6中示出了第三拾取贴装机器10。第三拾取贴装机器与第一拾取贴装机器的不同之处在于还设有被构造成执行冲击波（shockwave）清洁的激光器形式的清洁单元45以及包括多个可调节镜50a和透镜50c的光学组件。
现在参照图7(a)、图7(b)和图7(c)来阐述第二拾取贴装机器的操作。拾取/贴装头42拾取晶粒8并且开始沿着传送路径朝向贴装平台20移动。沿着传送路径的中途，如图7(a)所示，由清洁单元45的激光对晶粒8的底面进行冲击波清洁。接着，如图7(b)所示，机械手40将晶粒沿着传送路径移动到目标叠层9和开口26a上方的位置。同时，清洁单元45对下一拾取贴装循环中计划待拾取的晶粒的顶面执行冲击波激光清洁。最后，拾取贴装头42通过开口26a执行贴装操作将晶粒8堆叠在目标叠层9上并且沿着传送路径返回到拾取平台12。沿着传送路径的中途，如图7(c)中所示，清洁单元45执行对喷嘴44的冲击波激光清洁。
应该理解的是，在每个拾取贴装循环中，在贴装操作之前，对喷嘴44进行预清洁（图7(c)），并且对传送的晶粒8的顶面（图7(b)）和底面（图7(a)）进行清洁，以确保晶粒处于清洁状态，便于进入微型环境外壳26并且贴装。
图8中示出了第四拾取贴装机器。第四拾取贴装机器与第一拾取贴装机器的不同之处在于，取代外壳形式的覆盖件，该覆盖件包括保护盖板27，并且不同之处还在于其不包括清洁空气源。第四拾取贴装机器进行必要的变更而工作，如同具有板27的第一拾取贴装机器，允许执行贴装操作，同时将目标晶片25与尤其由于拾取/贴装头42的移动机构而产生的污染物隔离。在第四拾取贴装机器的变型中，可以设置清洁空气源，以产生第一和/或第二空气流31、32。类似地，还可以设置清洁单元45。
在其他实施方式中，可以使用多个清洁空气源28，以形成第一、第二和第三空气流31、32、33。
在其他实施方式中，清洁单元45可通过纳米喷雾/海洋喷雾、超音波清洁、高压清洁、湿式激光清洁/蒸汽式激光清洁、液体射流、通过超音波喷嘴的清洁、刷洗、激光消融、擦洗（PVA+UPW）、CO2雪、风刀/空气射流或者其组合来清洁。如果使用湿式清洁技术，则在贴装之前必须先干燥晶粒8。适当的干燥技术包括光（可见IR光）、激光（可见IR光）、微波技术、风刀、热空气或者其组合。

Claims (18)

1.一种用于拾取贴装机器的贴装平台，所述贴装平台包括：
贴装工作台组件，所述贴装工作台组件包括用于支撑基板的贴装工作台；
覆盖件，所述覆盖件布置为保护所述基板处的清洁环境不受来自所述贴装平台的其他部件的污染，所述覆盖件包括位于所述覆盖件的第一面中的第一开口，通过所述第一开口能够对所述基板的限定区域处执行贴装操作；
其中，所述贴装工作台和所述覆盖件安装成相对移动，以允许所述开口实现所述基板上方的选定相对位置。
2.根据权利要求1所述的贴装平台，其中，所述覆盖件包括板。
3.根据权利要求1所述的贴装平台，其中，所述覆盖件包括外壳。
4.根据任一前述权利要求所述的贴装平台，还包括可操作为维持通过所述第一开口向外流动的第一气流的清洁气体源装置。
5.根据任一前述权利要求所述的贴装平台，其中，所述清洁气体源装置可操作为维持横扫所述基板的表面的第二气流。
6.根据权利要求4或5所述的贴装平台，当引用权利要求3时，其中，所述外壳的第一面为顶面，并且所述外壳还包括位于所述外壳的下部第二面中的第二开口，所述清洁气体源装置可操作为维持越过所述基板的外周且朝向所述第二开口的第三气流。
7.根据任一前述权利要求所述的贴装平台，其中，所述污染来自拾取/贴装头的移动机构、所述拾取/贴装头的喷嘴、或者清洁空气源中一个或多个。
8.一种拾取贴装机器，包括拾取平台、根据任一前述权利要求所述的贴装平台、以及用于将部件从所述拾取平台沿着传送路径传送到所述贴装平台的拾取/贴装头。
9.根据权利要求8所述的机器，可操作为在制造三维集成电路或其他微型组件时拾取和贴装晶粒或其他微型组件部件。
10.一种利用拾取贴装机器制造三维集成电路或其他微型组件的方法，所述方法包括：
用具有相对于目标晶片的面积较小的开口的保护覆盖件覆盖所述目标晶片；以及
通过相对地移动所述目标晶片和所述覆盖件以便实现所述开口直接位于下一目标上方的相对位置而在所述目标晶片上执行贴装操作；
将下一晶粒或其他微型组件部件贴装在所述下一目标处。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述覆盖件包括板。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述覆盖件包括外壳。
13.根据权利要求11或12所述的方法，包括形成通过所述开口向外流动的第一气流。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，还包括形成横扫晶粒叠层或其他微型组件的顶面的第二气流。
15.根据权利要求13或14所述的方法，当引用权利要求12时，其中，所述开口位于所述外壳的顶面中，并且所述外壳还包括位于所述外壳的下部面中的另一开口，所述方法还包括形成越过所述目标晶片的外周朝向所述另一开口的第三气流。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，还包括在所述贴装操作之前清洁晶粒或其他微型组件部件的表面。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，在拾取所述晶粒之后且在堆叠所述晶粒之前清洁所述晶粒的第一面。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，在拾取所述晶粒之前清洁所述晶粒的第二面。
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