CN104183527A - 工件键合系统 - Google Patents

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CN104183527A CN201310203708.2A CN201310203708A CN104183527A CN 104183527 A CN104183527 A CN 104183527A CN 201310203708 A CN201310203708 A CN 201310203708A CN 104183527 A CN104183527 A CN 104183527A
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郎平
周启舟
郝术壮
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Abstract

本发明提供一种工件键合系统，涉及半导体加工制造技术领域。该工件键合系统，用于完成半导体工件的键合加工工作。所述工件键合系统，包括工件提供装置、工件传输装置和工件处理装置。所述工件提供装置，用于从工件承载装置中获取待加工工件，并将待加工工件传送给所述工件传输装置；所述工件传输装置，用于连接工件提供装置和工件处理装置，从所述工件提供装置获取待加工工件，并将待加工工件传送给工件处理装置；所述工件处理装置，用于从工件传输装置获取待加工工件，并完成工件的键合工作。工件传输装置还可以用于在传输工件的过程中，对工件进行各种预处理操作。本发明的技术方案能够减少工件传递和预处理的时间消耗，提高工件键合整体效率。

Description

工件键合系统
技术领域
本发明涉及半导体加工制造技术领域，特别是指一种工件键合系统。
背景技术
芯片键合是半导体器件封装过程不可或缺的关键工艺步骤，粘附在蓝膜上的经过划切的裸芯片必须经过键合、塑封等一系列处理才能形成可用的半导体器件。不同的半导体器件及其对应的芯片可能需要不同的芯片键合工艺。例如，一些芯片需要共晶键合而另一些需要固晶键合；一些芯片需要将芯片从蓝膜上取下后翻转然后键合而另一些芯片不需要翻转；一些芯片将要键合到引线框架或基板上而另一些芯片将要键合到晶圆上；一些芯片键合前需要加热而另一些芯片键合则在室温下进行；一些芯片键合前需要蘸取抗氧化剂而另一些芯片键合前需要在基板上涂敷导电胶……。但是，无论哪种芯片键合工艺，半导体器件在现代社会的大量应用都要求芯片键合设备必须以很高的效率和精度，稳定可靠地完成芯片键合操作。
各家制造芯片键合设备的供应商投入了很多努力来不断提高芯片键合设备的效率和可靠性。例如，为了在可靠完成翻转、预对准、加热等芯片预处理操作的基础上提高整机效率，一些设备设置多个独立的预处理操作工位并行处理，代价是设备尺寸变大而且预处理配置灵活性不高。又例如，当需要将蓝膜上的芯片取下键合到晶圆上时，由于晶圆尺寸越来越大（如300毫米），使得设备键合头需要在每个芯片键合周期内从蓝膜取片位置运动到距离几百毫米以外的键合位置再返回，这给设备的效率、运动控制的可靠性等提出了很高的要求；一些设备商设计两个头或更多头来克服这一问题，但设备成本大幅提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工件键合系统，对工件采用传送的方式，另外在传送过程中还可以对工件进行各种预处理操作，能够在总体上减少工件传递和预处理的时间消耗，提高工件键合整体效率。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，提供一种包括台板以及设置在台板上的工件提供装置、工件传输装置和工件处理装置的工件键合系统，其中，
所述台板，用于支撑和固定整个工件键合系统的各组成部分；
所述工件提供装置，用于从工件承载装置中获取待加工工件，并将待加工工件传送给所述工件传输装置；
所述工件传输装置，用于连接工件提供装置和工件处理装置，从所述工件提供装置获取待加工工件，并将待加工工件传送给工件处理装置；
所述工件处理装置，用于从工件传输装置获取待加工工件，并完成工件的键合工作。
进一步地，上述方案中，所述工件传输装置还用于在传输工件的过程中，对工件进行预处理操作。
进一步地，上述方案中，所述工件提供装置包括：
固定在所述台板上的晶片台机构；
固定在所述台板上的拾片头机构；
以及晶片台侧下看镜头；
其中，所述晶片台机构用于支撑和固定工件承载装置，在晶片台侧下看镜头的配合下，将固定在晶片台机构上的工件中心运动到晶片台侧下看镜头的中心；所述拾片头机构将所述工件从工件承载装置上拾起，并将工件放置在工件传输装置上；
在工件承载装置为蓝膜时，所述工件提供装置还包括固定在所述台板上的顶针机构，所述顶针机构用于将工件从蓝膜上顶起，以便所述拾片头机构拾起待加工工件；
在工件需要经过翻转后进行键合加工时，所述工件提供装置还包括固定在所述台板上的翻转机构，所述翻转机构用于将所述工件从工件承载装置上拾起并翻转，再由所述拾片头机构将所述工件从所述翻转机构中拾起，将工件放置在工件传输装置上；
所述工件提供装置还包括设置在台板上的晶片台上看镜头，在所述拾片头机构将所述工件从所述晶片台机构或所述翻转机构上拾起后，所述晶片台上看镜头用于对工件进行位置校正，以便将工件准确地放置在工件传输装置上。
进一步地，上述方案中，所述工件传输装置包括：
设置在所述台板上，用于接受工件提供装置提供的工件，并将所述工件传送到所述工件处理装置的传动组件；
设置在所述支撑组件上、用于为所述传动组件提供传送动力的动力组件；
设置在所述传动组件侧，用于对所述工件进行预处理的预处理组件。
进一步地，上述方案中，所述工件处理装置包括：
固定在所述台板上的工作台机构；
固定在所述台板上的键合头支撑座；
固定在所述键合头支撑座上的工作台上看镜头、键合头机构和工作台下看镜头；
其中，所述键合头机构用于将工件从工件传输装置中拾起，并在所述工作台上看镜头和所述工作台下看镜头的配合下，对工件进行位置校正后进行键合处理。
进一步地，上述方案中，所述工件提供装置还包括：
用于带动顶针机构Y向运动的顶针机构Y向运动装置；
所述翻转机构包括：
翻转臂；
用于驱动所述翻转臂的翻转电机；
用于带动翻转机构Z向运动的翻转机构Z向运动装置；
用于带动翻转机构Y向运动的翻转机构Y向运动装置；
所述拾片头机构包括：
拾片头；
用于带动拾片头Z向运动的拾片头Z向运动装置；
用于带动拾片头X向运动的拾片头X向运动装置。
进一步地，上述方案中，所述预处理组件包括：
固定在所述台板上的预处理机构支撑座；
固定在所述预处理机构支撑座上的预处理机构。
进一步地，上述方案中，所述工作台机构包括：
晶圆夹持机构和设置在所述晶圆夹持机构上的晶圆；或
引线框架夹持机构和设置在所述引线框架夹持机构上的引线框架；或
基板夹持机构和设置在所述基板夹持机构上的基板。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，对工件采用传送的方式，能够减少工件的传递时间，提高工件键合效率。另外在传送过程中还可以对工件进行预处理，进一步节省工件的生产时间，提高工件的生产效率，从而最终能够降低工件的生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例工件键合系统的结构示意图；
图2为本发明实施例工件提供装置的结构示意图；
图3为本发明实施例工件处理装置的结构示意图；
图4为本发明具体实施例晶圆位于晶圆吸盘上的示意图；
图5为本发明实施例芯片位于晶圆吸盘上的示意图；
图6为本发明实施例顶针机构的示意图；
图7为本发明实施例翻转机构的示意图；
图8为本发明实施例工件提供装置的另一结构示意图；
图9为本发明实施例工件处理装置的另一结构示意图。
附图说明
1工作台机构    2工作台侧上看镜头   3键合头机构
4预处理机构    5预处理机构支撑座   6顶针机构
7晶片台机构    8翻转机构            9台板
10翻转机构支撑座  11晶片台侧下看镜头   12拾片头机构
13晶片台侧上看镜头  14拾片头支撑座    15工作台下看镜头
16键合头支承座    17晶圆            18晶圆吸盘
19芯片            20顶针机构Y向运动装置 21翻转臂
22翻转电机        23翻转机构Z向运动装置
24翻转机构Y向运动装置   25拾片头     26托盘
27拾片头Z向运动装置     28拾片头X向运动装置  29键合头
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明的实施例针对现有技术中芯片键合设备的效率比较低的问题，提供一种工件键合系统，对工件采用传送的方式，另外在传送过程中还可以对工件进行预处理，能够减少工件传递和预处理的时间消耗，提高工件键合效率。
本发明实施例提供了一种工件键合系统，包括台板、设置在台板上的工件提供装置、工件传输装置和工件处理装置，其中，
所述台板，用于支撑和固定整个工件键合系统的各组成部分；
所述工件提供装置，用于从工件承载装置中获取待加工工件，并将待加工工件传送给所述工件传输装置；
所述工件传输装置，用于连接工件提供装置和工件处理装置，从所述工件提供装置获取待加工工件，并将待加工工件传送给工件处理装置；
所述工件处理装置，用于从工件传输装置获取待加工工件，并完成工件的键合工作。
进一步地，上述方案中，所述工件传输装置还用于在传输工件的过程中，对工件进行预处理操作。
进一步地，上述方案中，所述工件提供装置包括：
固定在所述台板上的晶片台机构；
固定在所述台板上的拾片头机构；
以及晶片台侧下看镜头；
其中，所述晶片台机构用于支撑和固定工件承载装置，在晶片台侧下看镜头的配合下，将固定在晶片台机构上的工件中心运动到晶片台侧下看镜头的中心；所述拾片头机构将所述工件从工件承载装置上拾起，并将工件放置在工件传输装置上；
在工件承载装置为蓝膜时，所述工件提供装置还包括固定在所述台板上的顶针机构，所述顶针机构用于将工件从蓝膜上顶起，以便所述拾片头机构拾起待加工工件；
在工件需要经过翻转后进行键合加工时，所述工件提供装置还包括固定在所述台板上的翻转机构，所述翻转机构用于将所述工件从工件承载装置上拾起并翻转，再由所述拾片头机构将所述工件从所述翻转机构中拾起，将工件放置在工件传输装置上；
所述工件提供装置还包括设置在台板上的晶片台上看镜头，在所述拾片头机构将所述工件从所述晶片台机构或所述翻转机构上拾起后，所述晶片台上看镜头用于对工件进行位置校正，以便将工件准确地放置在工件传输装置上。
进一步地，上述方案中，所述工件传输装置包括：
设置在所述台板上，用于接受工件提供装置提供的工件，并将所述工件传送到所述工件处理装置的传动组件；
设置在所述支撑组件上、用于为所述传动组件提供传送动力的动力组件；
设置在所述传动组件侧，用于对所述工件进行预处理的预处理组件。
进一步地，上述方案中，所述工件处理装置包括：
固定在所述台板上的工作台机构；
固定在所述台板上的键合头支撑座；
固定在所述键合头支撑座上的工作台上看镜头、键合头机构和工作台下看镜头；
其中，所述键合头机构用于将工件从工件传输装置中拾起，并在所述工作台上看镜头和所述工作台下看镜头的配合下，对工件进行位置校正后进行键合处理。
进一步地，上述方案中，所述工件提供装置还包括：
用于带动顶针机构Y向运动的顶针机构Y向运动装置；
所述翻转机构包括：
翻转臂；
用于驱动所述翻转臂的翻转电机；
用于带动翻转机构Z向运动的翻转机构Z向运动装置；
用于带动翻转机构Y向运动的翻转机构Y向运动装置；
所述拾片头机构包括：
拾片头；
用于带动拾片头Z向运动的拾片头Z向运动装置；
用于带动拾片头X向运动的拾片头X向运动装置。
进一步地，上述方案中，所述预处理组件包括：
固定在所述台板上的预处理机构支撑座；
固定在所述预处理机构支撑座上的预处理机构。
进一步地，上述方案中，所述工作台机构包括：
晶圆夹持机构和设置在所述晶圆夹持机构上的晶圆；或
引线框架夹持机构和设置在所述引线框架夹持机构上的引线框架；或
基板夹持机构和设置在所述基板夹持机构上的基板。
本发明实施例的工件键合系统，对工件采用传送的方式，能够减少工件的传递时间，提高工件键合效率。另外在传送过程中还可以对工件进行预处理，进一步节省工件的生产时间，提高工件的生产效率，从而最终能够降低工件的生产成本。
下面以工件为芯片、将芯片键合到晶圆的工艺需求为例，结合图1～图7及具体的实施例对本发明作进一步详述：
如图1～图7所示，本发明的工件键合系统中，工作台机构1和晶片台机构7用螺钉固定在台板9上；预处理机构支撑座5用螺钉固定在台板9上，预处理机构4用螺钉固定在预处理机构支撑座5上；顶针机构6用螺钉固定在台板9上；翻转机构支撑座10用螺钉固定在台板9上，翻转机构8和晶片台侧下看镜头11用螺钉固定在翻转机构支撑座10上；拾片头支撑座14用螺钉固定在台板9上，拾片头机构12和晶片台侧上看镜头13用螺钉固定在拾片头支撑座14上；键合头支撑座16用螺钉固定在台板9上，工作台上看镜头2、键合头机构3和工作台下看镜头15用螺钉固定在键合头支撑座16上。
进一步地，本发明的工件键合系统还包括：用于带动顶针机构6Y向运动的顶针机构Y向运动装置20。
进一步地，翻转机构包括：
翻转臂21；
用于驱动翻转臂21的翻转电机22；
用于带动翻转机构8Z向运动的翻转机构Z向运动装置23；
用于带动翻转机构8Y向运动的翻转机构Y向运动装置24；
拾片头机构包括：
拾片头25；
用于带动拾片头25Z向运动的拾片头Z向运动装置27；
用于带动拾片头25X向运动的拾片头X向运动装置28。
键合头机构3上设置有键合头29。
本实施例工件键合系统的工作过程为：安装在工作台机构1晶圆吸盘18上的晶圆17，通过工作台下看镜头15的识别定位运动到工作台下看镜头15的中心；晶片台机构7通过晶片台侧下看镜头11将固定在晶片台上的芯片19中心运动到晶片台侧下看镜头11的中心；顶针机构6将芯片19从蓝膜上顶起，翻转机构8在翻转机构Z向运动装置23的带动下将该芯片19从晶片台7上拾起，翻转机构8中的翻转臂21在翻转电机22的驱动下绕X轴旋转180°；拾片头机构11中的拾片头25在拾片头Z向驱动装置27的带动下做Z向运动将芯片19从翻转机构8中的翻转臂21上拾起；拾片头机构11在拾片头X向驱动装置28的带动下沿-X方向运动，通过晶片台侧上看镜头13对芯片位置进行校正，然后将芯片放置在预处理机构4的托盘26上；预处理机构4将芯片19一步一步运送到工作台机构1附近；键合头机构3中的键合头29从预处理机构4中的托盘26中将芯片19拾起，然后沿-X方向运动，通过工作台侧上看镜头2的对芯片19位置进行校正，然后将芯片19粘贴在安装在工作台上的晶圆17上，实现将芯片19键合到晶圆17上。
本实施例中，预处理机构4可以包括设置在导轨外侧的一个或多个带有预处理装置的工位，如加热工位（带有加热装置）、点胶工位（带有点胶装置）、位置对准工位（带有位置对准装置）和静电消除工位（带有静电消除装置）等，在预处理机构4将芯片19从晶片台机构7运送到工作台机构1的过程中，预处理机构4可以对芯片19进行加热、点胶、位置对准、消除静电等预处理。为方便各预处理装置的稳定设置，加热装置、点胶装置、位置对准装置和静电消除装置可以固定在台板9上。
进一步地，本实施例的工件键合系统还可以去除翻转功能：翻转机构8在翻转机构Y向运动机构24的带动下沿其+Y向运动，远离拾片位置；同时顶针机构6在顶针机构Y向运动装置20的带动下沿-Y方向运动到翻转机构和拾片头机构进行芯片交接的位置；将晶片台侧下看镜头11也沿-Y方向将位置调整到与顶针机构6同心，这样拾片头25就可直接从晶片台机构7上将芯片19拾起放入预处理机构4的托盘26中，从而取消了工件键合系统的翻转功能。
进一步地，还可以将晶圆吸盘18替换为引线框架或基板夹持机构，这样即可实现将芯片键合到引线框架和基板的工艺。
本发明实施例中，将从蓝膜上拾取芯片的机构（即工件提供装置）和完成芯片键合的机构（即工件处理装置）分开设计为独立的机构，并在两个独立机构之间设计工件传输装置将芯片从芯片拾取机构传送至芯片键合机构，从而使芯片拾取机构和芯片键合机构均只需要很短的运动行程，大大提高了整机效率和运动控制的可靠性。同时，工件传输装置还包括有预处理组件，可以并行可靠地完成点胶、加热等预处理操作，并且这些操作可以根据具体工艺需求灵活配置。另外，针对不同芯片键合工艺可能需要或不需要翻转芯片的要求，本发明提出了一种可去除的翻转机构设计方法，并且有无翻转对系统整体效率没有影响。综上所述，本发明的工件键合系统可以满足多种芯片键合工艺在效率、可靠性、灵活性等方面的要求，是一种高效率、多功能的工件键合系统。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干变形、改进和润饰，这些变形、改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种工件键合系统，包括台板以及设置在台板上的工件提供装置、工件传输装置和工件处理装置，其特征在于，
所述台板，用于支撑和固定整个工件键合系统的各组成部分；
所述工件提供装置，用于从工件承载装置中获取待加工工件，并将待加工工件传送给所述工件传输装置；
所述工件传输装置，用于连接工件提供装置和工件处理装置，从所述工件提供装置获取待加工工件，并将待加工工件传送给工件处理装置；
所述工件处理装置，用于从工件传输装置获取待加工工件，并完成工件的键合工作。
2.根据权利要求1所述工件键合系统，其特征在于，所述工件传输装置还用于在传输工件的过程中，对工件进行预处理操作。
3.根据权利要求1所述的工件键合系统，其特征在于，所述工件提供装置包括：
固定在所述台板上的晶片台机构；
固定在所述台板上的拾片头机构；
以及晶片台侧下看镜头；
其中，所述晶片台机构用于支撑和固定工件承载装置，在晶片台侧下看镜头的配合下，将固定在晶片台机构上的工件中心运动到晶片台侧下看镜头的中心；所述拾片头机构将所述工件从工件承载装置上拾起，并将工件放置在工件传输装置上；
在工件承载装置为蓝膜时，所述工件提供装置还包括固定在所述台板上的顶针机构，所述顶针机构用于将工件从蓝膜上顶起，以便所述拾片头机构拾起待加工工件；
在工件需要经过翻转后进行键合加工时，所述工件提供装置还包括固定在所述台板上的翻转机构，所述翻转机构用于将所述工件从工件承载装置上拾起并翻转，再由所述拾片头机构将所述工件从所述翻转机构中拾起，将工件放置在工件传输装置上；
所述工件提供装置还包括设置在台板上的晶片台上看镜头，在所述拾片头机构将所述工件从所述晶片台机构或所述翻转机构上拾起后，所述晶片台上看镜头用于对工件进行位置校正，以便将工件准确地放置在工件传输装置上。
4.根据权利要求1所述的工件键合系统，其特征在于，所述工件传输装置包括：
设置在所述台板上，用于接受工件提供装置提供的工件，并将所述工件传送到所述工件处理装置的传动组件；
设置在所述支撑组件上、用于为所述传动组件提供传送动力的动力组件；
设置在所述传动组件侧，用于对所述工件进行预处理的预处理组件。
5.根据权利要求1所述的工件键合系统，其特征在于，所述工件处理装置包括：
固定在所述台板上的工作台机构；
固定在所述台板上的键合头支撑座；
固定在所述键合头支撑座上的工作台上看镜头、键合头机构和工作台下看镜头；
其中，所述键合头机构用于将工件从工件传输装置中拾起，并在所述工作台上看镜头和所述工作台下看镜头的配合下，对工件进行位置校正后进行键合处理。
6.根据权利要求3所述的工件键合系统，其特征在于，所述工件提供装置还包括：
用于带动顶针机构Y向运动的顶针机构Y向运动装置；
所述翻转机构包括：
翻转臂；
用于驱动所述翻转臂的翻转电机；
用于带动翻转机构Z向运动的翻转机构Z向运动装置；
用于带动翻转机构Y向运动的翻转机构Y向运动装置；
所述拾片头机构包括：
拾片头；
用于带动拾片头Z向运动的拾片头Z向运动装置；
用于带动拾片头X向运动的拾片头X向运动装置。
7.根据权利要求4所述的工件键合系统，其特征在于，所述预处理组件包括：
固定在所述台板上的预处理机构支撑座；
固定在所述预处理机构支撑座上的预处理机构。
8.根据权利要求5所述的工件键合系统，其特征在于，所述工作台机构包括：
晶圆夹持机构和设置在所述晶圆夹持机构上的晶圆；或
引线框架夹持机构和设置在所述引线框架夹持机构上的引线框架；或
基板夹持机构和设置在所述基板夹持机构上的基板。
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