CN102800613A - 半导体封装制造过程中用于传送半导体元件到衬底的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在半导体封装制造过程中将半导体元件212传送至衬底206a、206b、500a、500b、500c上的装置200，该装置200包含有：平台216，以及多个安装在平台216上的传送模块202a、202b，该多个传送模块202a、202b中的每个均包含有：支撑设备204a、204b，用于支撑衬底206a、206b、500a、500b、500c；和传送设备208a、208b，用于将半导体元件212传送至衬底206a、206b、500a、500b、500c上；其中，该支撑设备204a、204b的高度被相互地拉平，以在该多个传送模块202a、202b之间传输衬底206a、206b、500a、500b、500c。

Description

半导体封装制造过程中用于传送半导体元件到衬底的装置

技术领域

本发明涉及一种在半导体封装制造过程中用于传送半导体元件到衬底上的装置，该装置特别地，并非唯一地适合于在晶粒键合过程中从晶圆平台处传送半导体晶粒至引线框。

背景技术

晶粒贴装机器被普遍地使用于半导体封装制造中，以用于将半导体元件准确地传送至半导体衬底上。例如，晶粒键合机具有晶粒传送头，以在拾取放置操作中从晶圆平台处传送半导体晶粒至引线框上。然而，在通过具有单一键合头的晶粒键合机所实现的晶粒键合处理的产能方面存在限制，正常量化为‘每小时产量’（UPH）。

提高这种晶粒键合机的UPH的一种方法是构造级联晶粒键合机的系统。图1所示为通过两个晶粒键合机102、104连接在一起所构造的系统100。该系统100包含有：用于放置容纳切割后半导体晶粒107的晶圆的晶圆平台106、108，用于沿着X方向传输引线框109、111的支撑设备110、112以及具有各自的晶粒传送头118、120的晶粒传送设备114、116，该晶粒传送头用于将半导体晶粒107从晶圆平台106、108处沿着垂直于X方向的Y方向传送至引线框109、111的键合位置处。传输设备122被进一步地布置在两个晶粒键合机102、104之间，以将引线框109、111从最左侧晶粒键合机102的卸载区域传送至最右侧晶粒键合机104的装载区域。

如果具有更大宽度的其他的支撑设备110、112被使用来支撑相应的具有更大引线框宽度的引线框时，那么由晶粒传送头118、120从晶圆平台106、108处沿着Y方向传送至引线框最外侧端缘的距离将会增加。这相应地减少了系统100的UPH。

另外，构造包含有两个单独的通过介于中间的传输设备122相连的晶粒键合机102、104的系统100通常需要大的占地面积。所以，在工厂里，这种系统100的构造占用了有价值的空间。

而且，级联晶粒键合机102、104的系统100意味着其具有的设备多达两倍于单独的晶粒键合机。所以，系统100中任一种设备发生故障的可能性将会高于单独的晶粒键合机。因为在系统100内部，晶粒键合机102、104以顺序的方式执行晶粒键合，所以任一种晶粒键合机102、104发生故障总会引起整个系统100的操作停止，进而影响其UPH。

所以，本发明的目的是改进包含有级联晶粒键合机102、104的这种系统100的上述任一种局限。

发明内容

因此，本发明一方面提供一种用于在半导体封装制造过程中将半导体元件传送至衬底上的装置，该装置包含有：平台，以及多个安装（affixed）在平台上的传送模块，该多个传送模块中的每个均包含有：支撑设备，用于支撑衬底；和传送设备，用于将半导体元件传送至衬底上；其中，该支撑设备的高度被相互地拉平（mutually levelled），以在该多个传送模块之间传输衬底。

本说明书内容中的术语“安装（affixed）”此处意思是该多个传送模块紧紧附着于该平台上，其中，该多个传送模块的部分或者全部可移动地紧紧附着于该平台上。

由于该装置的支撑设备的高度被相互地拉平，所以当操作该要求保护的装置的实施例时，确保该支撑设备被设置在同一高度的步骤可以是不必要的。这样有利于节约宝贵的时间。相比之下，在包含有级联晶粒键合机102、104的系统100中必须采用这个步骤，以保证衬底将会在相邻的晶粒键合机102、104之间将被合适地传输。所以，包含有准确测量晶粒键合机102、104的各种步骤被需要，以保证它们各自的支撑设备110、112的高度被相互地拉平以便于传输引线框109、111。这总是要浪费时间和使得晶粒键合处理变得复杂。

本装置的一些可选特征描述在从属权利要求中。

例如，多个传送模块可以沿着衬底将被传输的方向设置在各自支撑设备的相对两侧。以这种方式，传送设备可以被配置来将半导体元件传送至位于各自的衬底相对于该传送设备比较靠近的部分。这些各自的衬底比较靠近的部分是沿着衬底将被传输的方向。由于传送设备所经过的距离被缩短，所以本发明所述装置的实施例中的UPH产量能够得到有益的改善。另外，该多个传送模块中的至少一个可以相对于平台移动，以沿着横切于衬底将被传输方向的方向上以相互补偿的方式设置各自的支撑设备。非常有益地，当使用带有较窄引线框宽度的引线框时，本发明所述装置的实施例中的UPH产量也同样可以被改善。

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

现在仅仅通过示例的方式，并参考附图描述本发明较佳实施例，其中。

图1所示为传统的级联晶粒键合机的系统。

图2所示为具有两个传送模块的本发明较佳实施例的立体示意图。

图3所示为图2中的较佳实施例的平面示意图。

图4所示为通用引线框的平面示意图。

图5所示为从图2和图3中所示的较佳实施例所经历的晶粒键合操作示意图。

图6所示为从图2和图3中所示的另一种配置形式的较佳实施例的立体示意图，其中传送模块以相互补偿（mutual offset）的方式被布置。

图7所示为图6中的较佳实施例的平面示意图。

图8所示为从图6和图7中所示的较佳实施例所经历的晶粒键合操作示意图。

具体实施方式

图2为包含有两个晶粒传送模块202a、202b的晶粒键合机200的立体示意图，晶粒传送模块202a、202b具有：i）用于在X方向上传送衬底如引线框206a、206b的支撑设备204a、204b；ii）相对于各个支撑设备204a、204b布置的晶粒传送设备208a、208b；iii）用于放置半导体晶粒212的晶圆平台210a、210b；iv）确保拾取和放置操作的准确度的拾取和键合光学系统（图中未示）。

特别地，晶粒传送设备208a、208b包括晶粒传送头214a、214b，其被配置来从各自的晶圆平台210a、210b处拾取半导体晶粒212并将其在垂直于X方向的Y方向上传送至各自引线框206a、206b的键合位置。晶粒传送头214a、214b被设置在支撑设备204a、204b沿着X方向的对立侧面上，以提高晶粒键合机200的UPH（更多细节被列明如下）。

另外，晶粒键合机200包含有平台216，传送装置202a、202b被安装（affixed）在该平台上。特别是，当晶粒传送模块202a、202b安装在平台216上时，支撑设备204a、204b的高度被相互拉平（levelled）以确保晶粒键合期间引线框206a、206b在晶粒传送模块202a、202b之间被传送。图2表明了平台216作为一个带有不同轨道218a、218b的完整的单件水平平台（one-piece level platform），晶粒传送设备208a、208b沿着轨道218a、218b可被调节地移动。轨道218a、218b如图2所示的布置仅仅为了解释说明。值得注意的是，这些轨道218a、218b设置在晶粒传送模块202a、202b的底部，因此从视图上看是隐藏的。

晶粒键合机200更进一步包括用于调节晶粒传送模块202a、202b的相对布置的移动设备。该移动设备的一个示例表明在图2中，其再一次仅仅为了解释说明，该移动设备包含有安装在晶粒传送模块202a、202b上的滚轴（rollers）220a、220b和设置在平台216上的轨道218a、218b。特别地，滚轴220a、220b安装在平台216的各自的轨道218a、218b上以调节晶粒传送模块202a、202b的相对布置。值得注意的是，滚轴220a、220b设置在晶粒传送模块202a、202b的底部，因此从视图上看是隐藏的。由于轨道218a、218b分别沿着X方向和Y方向布置，所以晶粒传送模块202a、202b能够被配置来在相应的X方向和Y方向上移动。

在X方向上的调整对于以卷筒（reel）形式的长引线框可能是必要的，其从一个晶粒传送设备208a横跨至另一个晶粒传送设备208b。这种调整确保各个晶粒传送设备208a、208b中的键合位置之间的距离等于引线框上相邻键合盘之间的多个列向间距（column pitch）。

晶粒传送模块202a沿着X方向在顺向充分的距离变化范围之内可调节地移动，而晶粒传送模块202b沿着Y方向在顺向充分的距离变化范围之内可调节地移动，以便于该装置在适应不同的加工设计方面增加更大的多用性。

图3所示为晶粒键合机200的平面示意图。较合适地，晶粒键合机200在一个完整的底架内容置有两个传送模块202a、202b。与需要两个独立的晶粒键合机102、104和中间的传输设备122的传统系统101相反，所以，该晶粒键合机200需要较小的占地面积。

而且，传统系统101的每个晶粒键合机102、104包含有单独的定位单元，以用于每当相应的多列的引线框109、111的键合位置已被半导体晶粒107占用时而传送各自的支撑设备110、112一段引线框109、111的列向间距。相比之下，该晶粒键合机200的两个晶粒传送模块202a、202b可能使用一个单独的定位单元，以在各列键合位置的键合期间用于传送两个支撑设备204a、204b一段引线框206a、206b的列向间距。由于晶粒键合机200需要比传统系统100更少的设备，所以晶粒键合机200的任何一种设备出现故障的可能性和传统系统100相比更低。在其整个使用寿命期间，这有利地转换成比传统系统100更高的晶粒键合机200的UPH量。

图4所示为引线框206a的平面示意图，该引线框具有不同键合位置400以沿着引线框宽度402方向形成列向的键合位置400。不同列的键合位置400沿着引线框长度404方向设置，相邻列之间的间距被定义为引线框的“列向间距”406。

图2和图3的晶粒键合机200的操作现在将参考图5进行解释。每个晶粒传送头214a、214b负责来将半导体晶粒212从各自的晶圆平台210a、210b传送至位于各自下半个引线框206a、206b的、更靠近于相应晶粒传送头214a、214b的引线框206a、206b的键合位置。参考图5，由于晶粒传送头214a相邻于支撑设备204a的下部设置，所以它被配置来将半导体晶粒212从晶圆平台210a传送至位于引线框206a下半部的键合位置。由于晶粒传送头214b相邻于支撑设备204b的上部设置，所以它被配置来将半导体晶粒212从晶圆平台210b传送至位于引线框206b上半部的键合位置。

通过配置晶粒传送头214a、214b来传送半导体晶粒至位于各自引线框206a、206b的相对于相应晶粒传送头214a、214b更近的部分，每个晶粒传送头214a、214b能够避免从晶圆平台210a、210b传送至位于引线框206a、206b最远部分的键合位置处的距离。所以，通过晶粒传送头214a、214b所传送的距离能够得以被缩短。这有助于提高晶粒键合机200的UPH。

图6所示为晶粒键合机200的另一种配置的立体示意图。在这个配置中，晶粒传送模块202b已经相对于另一个晶粒传送模块202a在正交于引线框传送的X方向的Y方向上移动，以便于各个支撑设备204a、204b以在Y方向上相互补偿（mutual offset）的方式得以布置。更具体地，晶粒传送模块202b随同轨道218b在Y方向上一起移动，直到支撑设备204a、204b在X方向上定义出重叠的通道（overlapping path），该通道的通道宽度和正被处理的较窄的引线框500a、500b、500c的宽度相匹配。

图7所示为图6中这种配置形式的晶粒键合机200的平面示意图，其表明了沿着Y方向上位于支撑设备204a、204b之间的相互补偿700。

图6和图7中表明的这种配置形式的晶粒键合机200的操作现在将参考图8进行解释。

类似于参考图5所解释的晶粒键合机的操作，晶粒键合期间当支撑设备204a、204b在X方向上移动时，每个晶粒传送头214a、214b负责将半导体晶粒212从各自的晶圆平台210a、210b传送至位于各自引线框500b、500c的相对于晶粒传送头214a、214b更近的部分的键合位置。由于晶粒传送头214a相邻于支撑设备204a的下部设置，所以它被配置来将半导体晶粒212从晶圆平台210a传送至位于引线框500b下半部的键合位置。对于晶粒传送头214b，由于其相邻于支撑设备204b的上部设置，所以它被配置来将半导体晶粒212从晶圆平台210b传送至位于引线框500c上半部的键合位置。

通过配置晶粒传送头214a、214b来传送半导体晶粒至位于引线框500b、500c上相对于晶粒传送头214a、214b更近的部分，晶粒传送头214a、214b避免了从晶圆平台210a、210b传送至位于各自引线框500a、500b最远部分的键合位置处更远的距离。

在没有能力可调节地移动晶粒传送模块202b以便于支撑设备204a、204b确定出重叠的通道，该通道的通道宽度和将被处理的较窄的引线框500a、500b、500c的宽度相匹配的情形下，晶粒传送头214b将会设置在如图7所示的位置E处。接下来，对于晶粒键合机202的每次拾取放置操作，晶粒传送头214b必须移动通过一段附加的距离800，其与支撑设备204a、204b之间沿着Y方向上的相互补偿700相匹配。

通过调整各个支撑设备204a、204b的相对布置，对于晶粒键合机200所完成的每次拾取放置步骤，晶粒传送头214a、214b所移动的距离因为补偿间距700而能够被缩短。所以，可以看出，调整晶粒传送模块202a、202b的相对布置以确定其支撑设备204a、205b之间的补偿偏差700的能力意味着：晶粒键合机200可以被适应来和带有较窄引线框宽度的引线框一起使用，以提高晶粒键合机200的UPH产量。

当然，值得注意的是，作为由支撑设备204a、204b所确定的重叠的通道也可以具有比 较窄的引线框500a、500b、500c的宽度更大的宽度。

更加值得欣赏的是，在不离开本发明的范围和实质的情形下，本发明较佳实施例的其他变化形式也是可能的。例如，取代沿着X方向可活动调节的晶粒传送模块202a，在正交的Y方向上延伸的轨道反而可以提供在平台216上，以便于晶粒传送模块202a也可以沿着Y方向可调整地移动而以在Y方向上相互补偿的方式设置各个支撑设备204a、204b。同样，在本发明较佳实施例涉及用于传送半导体晶粒至引线框的晶粒键合机的同时，本发明实施例也可以用于在表面装配技术应用方面将电子元件装配在印刷电路板（PCB）上。

Claims (9)

1.一种用于在半导体封装制造过程中将半导体元件传送至衬底上的装置，该装置包含有：

平台，以及

多个安装在平台上的传送模块，该多个传送模块中的每个均包含有：

支撑设备，用于支撑衬底；和

传送设备，用于将半导体元件传送至衬底上；

其中，该支撑设备的高度被相互拉平，以在该多个传送模块之间传输衬底。

2.如权利要求1所述的装置，其中，该传送设备设置在各自支撑设备沿着衬底将被传输的方向的相对两侧。

3.如权利要求2所述的装置，其中，该传送设备被用于将半导体元件传送至位于各自的衬底比较靠近于该传送设备的部分，该各自的衬底的部分沿着平行于衬底将被传输的方向的分界线被分开。

4.如权利要求1所述的装置，其中，该多个传送模块中的至少一个被安装在平台上，以便于它相对于该平台移动，而在横切于衬底将被传输方向的方向上以相互补偿的方式设置该支撑设备。

5.如权利要求4所述的装置，其中，该多个传送模块中的至少一个沿着横切于衬底将被传输方向的方向移动。

6.如权利要求4所述的装置，其中，该多个传送模块中的至少一个还在衬底将被传输的方向上移动。

7.如权利要求4所述的装置，该装置还包含有：

移动设备，用于调整该多个传送模块的相互补偿。

8.如权利要求7所述的装置，其中，该移动设备包含有：

轨道，其设置在该平台上；以及

多个轮子，其安装在传送模块中的至少一个传送模块上，以沿着轨道移动该传送模块。

9.如上述任一项权利要求所述的装置，该装置包含有：

单独的定位单元，其用于可控地传输支撑设备上的衬底。

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