CN107134419B - 倒装芯片键合装置及其键合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种倒装芯片键合装置及其键合方法，其中，倒装芯片键合装置包括：第一基台、第二基台、第三基台、第一机械手、转接载板、基准板和控制系统；第一基台用于承载芯片，第一机械手用于拾取和传输芯片；第二基台用于承载转接载板，转接载板用于临时承载芯片；基准板固定设置于第二基台的上方，用于转接载板的对位；第三基台用于承载基底，基底用于与芯片键合；第一基台、第二基台、第三基台和第一机械手由控制系统统一控制，均能够实现多自由度运动。在本发明提供的倒装芯片键合装置及其键合方法中，通过采用转接载板逐个吸附芯片，而后将转接载板上的芯片一次性键合到基底上，实现芯片的批量键合，提高了倒装芯片键合工艺的效率。

Description

倒装芯片键合装置及其键合方法
技术领域
本发明涉及芯片封装技术领域，特别涉及一种倒装芯片键合装置及其键合方法。
背景技术
随着科学技术的发展，电子产品日益朝着轻、薄以及小型化方向发展。由于倒装芯片键合技术具有缩小芯片封装面积以及缩短信号传输路径等诸多优点，因此已经广泛应用于芯片封装领域。
请参考图1，其为现有技术的倒装芯片键合装置进行芯片键合的示意图。如图1所示，现有的倒装芯片键合工艺主要包括以下步骤：首先，提供准备键合的芯片2和基底4，所述芯片2具有器件面3；接着，将所述芯片2以器件面3向上的方式放置在承载台1上；然后，利用第一机械手5抓取所述芯片2并进行翻转；之后，通过所述第一机械手5将所述芯片2交接给第二机械手6，在所述第二机械手6将所述芯片2移动到基底4的上方后，通过CCD图像传感器7将所述芯片2的对位标记与所述基底4的对位标记进行对准；最后，通过所述第二机械手6将所述芯片2下压完成键合。
在上述倒装芯片键合工艺过程中，利用倒装芯片键合装置(flip chip bondingdevice)将芯片2倒置，并将所述芯片2直接键合到基底4上，使得所述芯片2与基底4形成互连结构。然而，由于现有的倒装芯片键合装置一次下压(约30秒)只能键合一颗芯片，整个工艺流程是串行完成的，因此产率非常低，难以满足量产需求。
基此，如何改善现有技术中倒装芯片键合装置的产率低，难以满足量产需求的问题已经成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种倒装芯片键合装置及其键合方法，以解决现有的倒装芯片键合装置的产率低，难以满足量产需求的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种倒装芯片键合装置，所述倒装芯片键合装置包括：
所述第一基台用于承载芯片，第一机械手用于拾取和传输所述芯片；
所述第二基台用于承载所述转接载板，所述转接载板用于临时放置所述芯片；
所述基准板设置于所述第二基台的上方，用于对所述芯片在所述转接载板上的放置位置进行对位；
所述第三基台用于承载基底，所述基底用于与放置在所述转接载板上的芯片键合；
所述第一基台、第二基台、第三基台和第一机械手由所述控制系统统一控制，均能够实现多自由度运动。
优选的，在所述的倒装芯片键合装置中，所述芯片上设置有芯片标记，所述基底上设置有基底标记，所述转接载板上设置有载板标记，所述基准板上设置有基准板标记。
优选的，在所述的倒装芯片键合装置中，所述载板标记的形状与所述基底标记的形状彼此不同，所述基准板标记的形状与所述载板标记的形状彼此不同。
优选的，在所述的倒装芯片键合装置中，还包括一对准系统，所述对准系统根据所述控制系统的指令对所述芯片标记、基底标记、载板标记和基准板标记进行位置测量，实现所述芯片与所述转接载板以及所述转接载板与基底的对准。
优选的，在所述的倒装芯片键合装置中，所述对准系统包括：第一双面对准装置、第二双面对准装置和单面对准装置；
所述第一双面对准装置与所述第一机械手固定连接，用于同时测量所述载板标记和基准板标记的位置；
所述第二双面对准装置位于所述第三基台的下方，用于同时测量所述基底标记和载板标记的位置；
所述单面对准装置固定设置于所述基准板的下方，用于测量所述芯片标记的位置。
优选的，在所述的倒装芯片键合装置中，所述第一双面对准装置包括光源系统、照明光学系统、分光棱镜、转向棱镜和成像光学系统，用于形成第一对准光路和第二对准光路；
其中，所述第一对准光路由所述光源系统发射的宽带光源，经过所述照明光学系统，通过所述分光棱镜偏转至所述转向棱镜，通过所述转向棱镜偏转至所述载板标记，经所述载板标记反射，通过所述转向棱镜再次偏转后，经过所述分光棱镜，传递至所述成像光学系统形成；
其中，所述第二对准光路由所述光源系统发射的宽带光源，经过所述照明光学系统，通过所述分光棱镜，经过反射镜反射至所述转向棱镜，通过所述转向棱镜偏转至所述基准板标记，经所述基准板标记反射，通过所述转向棱镜再次偏转后，经过所述反射镜反射，及分光棱镜偏转，传递至所述成像光学系统形成。
优选的，在所述的倒装芯片键合装置中，所述照明光学系统包括设置在第一对准光路和/或第二对准光路上的一个或者多个照明镜组、快门及光阑。
优选的，在所述的倒装芯片键合装置中，所述第二双面对准装置与所述第一双面对准装置的结构相同。
优选的，在所述的倒装芯片键合装置中，所述第一机械手包括：实现水平向运动的第一运动机构、实现Z向运动的第二运动机构，用于连接所述第一运动机构和第二运动机构的连接件，以及用于吸附芯片的透明吸盘；其中，所述透明吸盘安装于所述第二运动机构中远离所述第一运动机构的一侧。
优选的，在所述的倒装芯片键合装置中，还包括：顶针机构，所述顶针机构与所述第一基台连接，用于顶起芯片，以便于所述第一机械手拾取所述芯片。
优选的，在所述的倒装芯片键合装置中，还包括：载片库、基片库、第二机械手和第三机械手；所述载片库靠近所述第一基台，用于放置载片；所述基片库靠近所述第三基台，用于放置所述芯片与基底键合完毕的基片；所述第二机械手通过控制系统实现对所述载片的抓取与传输，所述第三机械手通过控制系统实现对基片的抓取与传输。
优选的，在所述的倒装芯片键合装置中，所述转接载板的外形尺寸小于或等于所述基底的外形尺寸。
本发明还提供了一种倒装芯片键合方法，所述倒装芯片键合方法包括：
提供一载片，所述载片上排布有一组芯片，通过第一基台将所述芯片移动到预定拾取位置，利用顶针机构顶起所述芯片的同时通过第一机械手拾取所述芯片；
移动所述第一机械手，使得所述芯片的芯片标记位于单面对准装置的焦面位置，同时使得基准板的基准板标记位于第一双面对准装置的上焦面位置；
通过第二基台调整所述转接载板的位置，使得所述转接载板的载板标记位于所述第一双面对准装置的下焦面位置；
通过所述单面对准装置测量所述芯片的芯片标记的位置，同时通过所述第一双面对准装置分别测量所述载板标记和所述基准板标记的位置；
根据所述单面对准装置和第一双面对准装置的测量数据调整所述第二基台的姿态，进而将所述转接载板调整到的临时承载位置；
通过所述第一机械手将芯片下压到所述转接载板上；
重复上述步骤，将所述载片上的芯片逐个放置到所述转接载板上，直至整片转接载板临时承载完毕；
提供一基底；以及
将放置在所述转接载板上的芯片一次性键合到所述基底上。
优选的，在所述的倒装芯片键合方法中，将临时放置在所述转接载板上的芯片一次性键合到所述基底上的过程包括：
调整第二双面对准装置的位置，使得所述基底的基底标记位于所述第二双面对准装置的上焦面位置；
通过第二基台将所述转接载板移动到所述第二双面对准装置的下方，使得所述转接载板的载板标记位于所述第二双面对准装置的下焦面位置；
通过所述第二双面对准装置同时测量所述基底标记和载板标记的位置；
根据所述第二双面对准装置的测量结果调整所述第二基台的姿态，进而将所述转接载板调整到键合位置；
移开所述第二双面对准装置，通过所述第二基台将所述转接载板上的芯片一次性键合到基底上；
将所述转接载板与所述芯片分离，并通过所述第二基台将所述转接载板移回临时承载位置。
重复上述步骤，直至所述转接载板上的芯片全部键合至基底上。
优选的，在所述的倒装芯片键合方法中，在将所述载片上的芯片逐个放置到所述转接载板上之前，提供一载片之后，还包括：利用第二机械手从载片库抓取载片，并将所述载片放置到所述第一基台上。
优选的，在所述的倒装芯片键合方法中，在将临时键合到所述转接载板上的芯片一次性键合到所述基底上之后，还包括：通过第三机械手抓取基片，并将所述基片放置到基片库中。
在本发明提供的倒装芯片键合装置及其键合方法中，通过采用转接载板逐个吸附芯片，而后将转接载板上的芯片一次性键合到基底上，实现了芯片的批量键合，有效地提高了倒装芯片键合工艺的效率。
附图说明
图1是现有技术的倒装芯片键合装置进行芯片键合的结构示意图；
图2是本发明实施例一的倒装芯片键合装置的结构示意图；
图3是本发明实施例一的第一机械手的结构示意图；
图4是本发明实施例一的第一双面对准装置的结构示意图；
图5是本发明实施例一的第一对准标记和第二对准标记的结构示意图；
图6是本发明实施例一的倒装芯片键合方法的流程图；
图7是本发明实施例二的倒装芯片键合装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的倒装芯片键合装置及其键合方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
【实施例一】
请参考图2，其为本发明实施例一的倒装芯片键合装置的结构示意图。如图2所示，所述倒装芯片键合装置1000包括：第一基台110、第二基台200、第三基台420、第一机械手160、转接载板170、基准板190和控制系统500；所述第一基台110用于承载芯片140，第一机械手160用于拾取和传输所述芯片140；所述第二基台200用于承载所述转接载板170，所述转接载板170用于临时放置所述芯片140；所述基准板190设置于所述第二基台200的上方，用于对所述芯片在所述转接载板170的放置位置进行对位；所述第三基台420用于承载基底430，所述基底430用于与放置在所述转接载板170上的芯片140键合；所述第一基台110、第二基台200、第三基台420和第一机械手160由所述控制系统500统一控制，均能够实现多自由度运动。
具体的，所述倒装芯片键合装置1000包括分离区域100、对准区域300和键合区域400，所述分离区域100用于实现芯片的分离，所述对准区域100用于实现芯片与转接载板的对准和临时放置，所述键合区域400用于实现芯片与基底的最终键合。其中，所述第一基台110设置于所述分离区域100中，所述基准板190设置于所述对准区域300中且位置固定，所述第三基台420设置于所述键合区域400中。
所述第一基台110在所述分离区域100中移动，所述第一机械手160能够在分离区域100与对准区域300之间来回移动，所述第二基台200能够在对准区域300与键合区域400之间来回移动，所述转接载板170固定安装于所述第二基台200上，所述第二基台200能够带动所述转接载板170在对准区域300与键合区域400之间来回移动。
请继续参考图2，所述转接载板170上排布有吸附单元(图中未示出)，所述吸附单元用于吸附所述芯片140，使得所述芯片140与转接载板170实现临时放置。具体吸附的方式在此不做限定，可以是真空吸附、静电吸附或其他方式，只要能够有效地吸附芯片140即可。
本实施例中，所述转接载片170的尺寸可根据实际芯片的尺寸需求进行调整。优选的，所述转接载板170的尺寸小于或等于所述基底430的尺寸，如此能够提高工艺适应性。
所述倒装芯片键合装置1000的工作过程主要包括芯片分离、芯片与转接载板的临时放置以及芯片与基底的最终键合。其中，芯片分离是通过第一机械手160实现的。
请参考图3，其为本发明实施例一的第一机械手的结构示意图。如图3所示，所述第一机械手160包括：实现水平向运动的第一运动机构161、实现Z向运动的第二运动机构163，用于连接所述第一运动机构161和第二运动机构163的连接件162，以及用于吸附芯片的透明吸盘164；其中，所述透明吸盘164安装于所述第二运动机构163中远离所述第一运动机构161的一侧。
请继续参考图2，所述倒装芯片键合装置1000还包括顶针机构(Z-pin)120，所述顶针机构(Z-pin)120与所述第一基台110连接，用于顶起芯片140，以便于所述第一机械手160拾取所述芯片140。
进行芯片分离时，所述第一机械手160移动到芯片140正上方，所述顶针机构(Z-pin)120将芯片140顶起，所述第一机械手160的透明吸盘164拾取芯片140。芯片分离之后，所述第一机械手160利用第一运动机构161和第二运动机构163的多自由度运动将所述芯片140移动到对准区域300。
在芯片与转接载板临时放置之前，需要进行芯片140与转接载板170的对位。在芯片与基底最终键合之前，需要进行转接载板170与基底430的对位。为了实现精确对位，每个芯片140的器件面上设置有芯片标记R1，所述基底430上设置有基底标记R2，所述转接载板170上设置有载板标记R3，所述基准板190上设置有基准板标记R4。
相应的，所述倒装芯片键合装置1000还包括对准系统，所述对准系统根据所述控制系统500的指令对所述芯片标记R1、基底标记R2、载板标记R3和基准板标记R4进行位置测量，从而实现所述芯片140与所述转接载板170以及所述转接载板170与基底430的精确对位。
请继续参考图2，所述对准系统包括第一双面对准装置210、单面对准装置211和第二双面对准装置212，所述第一双面对准装置210与所述第一机械手160固定连接，所述第一机械手160能够带动第一双面对准装置210在分离区域100和对准区域300来回移动，所述单面对准装置211固定安装于所述基准板190的下方，所述第二双面对准装置212活动设置于所述键合区域400中。
如图2所示，所述芯片140与转接载板170进行对位时，所述转接载板170的载板标记R3位于与所述第一双面对准装置210的下焦面位置，所述基准板190的基准板标记R4位于所述第一双面对准装置210的上焦面位置，所述芯片140的芯片标记R1位于所述单面对准装置211的焦面位置，所述第一双面对准装置210同时测量所述载板标记R3和基准板标记R4的位置，所述单面对准装置211测量所述芯片标记R1的位置。
所述载板标记R3与转接载板170的位置关系、所述基准板标记R4与单面对准装置211的位置关系都要求离线标定。因此，获得所述芯片标记R1与基准板标记R4的位置关系之后，就能够得到所述载板标记R3与芯片标记R1的位置关系，从而获得所述芯片140与转接载板170临时放置时的位置偏差。根据所述位置偏差调整所述转接载板170的位置，能够实现所述芯片140与转接载板170的精确对位，从而保证临时放置的工艺精度。
如图2所示，所述转接载板170与基底430进行对位时，所述基底430的基底标记R2位于所述第二双面对准装置212的上焦面位置，所述转接载板170的载板标记R3位于所述第二双面对准装置212的下焦面位置，所述第二双面对准装置212同时测量所述基底标记R2和载板标记R3的位置。
本实施例中，所述第三基台420的位置是固定的。在本发明的其他实施例中，所述第三基台420可以是可活动的，即可通过调整所述第三基台420的位置使得所述基底标记R2位于所述第二双面对准装置212的上焦面位置。
请参考图4，其为本发明实施例一的第一双面对准装置的结构示意图。如图4所示，所述第一双面对准装置210包括：光源系统、照明光学系统、分光棱镜、转向棱镜和成像光学系统，用于形成第一对准光路和第二对准光路；其中，所述第一对准光路由所述光源系统发射的宽带光源11，经过所述照明光学系统，通过所述分光棱镜15偏转至所述转向棱镜18，通过所述转向棱镜18偏转至所述载板标记R3，经所述载板标记R3反射，通过所述转向棱镜18再次偏转后，经过所述分光棱镜15，传递至所述成像光学系统形成；所述第二对准光路由所述光源系统发射的宽带光源11，经过所述照明光学系统，通过所述分光棱镜15，经过反射镜16反射至所述转向棱镜18，通过所述转向棱镜18偏转至所述基准板标记R4，经所述基准板标记R4反射，通过所述转向棱镜18再次偏转后，经过所述反射镜16反射，及分光棱镜15偏转，传递至所述成像光学系统形成。
其中，所述照明光学系统包括设置在第一对准光路和/或第二对准光路上的一个或者多个照明镜组、快门及光阑。
请继续参考图4，当第一快门17和第二快门20打开时，宽带光源11提供的第一光束依次经过第一照明镜12、第一光阑13和第二照明镜14，经过分光棱镜15分光，通过第二快门20，经过转向棱镜18的转向，照射到第一对准标记26上，所述第一对准标记26的反射像依次经过转向棱镜18、第二快门20、分光棱镜15、第一成像镜21、第二光阑22、第二成像镜23，所成的像被图像探测组件17探测及处理，得到第一对准位置。宽带光源11提供的第二光束依次经过第一照明镜12、第一光阑13和第二照明镜14，经过分光棱镜15分光，通过反射镜16将光束偏转，通过第一快门17，经过转向棱镜18的转向，照射到第二对准标记28上，所述第二对准标记28的反射像依次经过转向棱镜18、第一快门17、反射镜16、分光棱镜15、第一成像镜21、第二光阑22、第二成像镜23，所成的像被图像探测组件17探测及处理，得到第二对准位置。
本实施例中，所述第二双面对准装置212与所述第一双面对准装置210的结构相同，均具有两个焦面位置，能同时测量两个焦面位置的标记。
为了实现准确对位，所述第二双面对准装置212或所述第一双面对准装置210双面对准装置测量的第一对准标记26和第二对准标记28的形状要求彼此不同。请参考图5，其为本发明实施例一的第一对准标记和第二对准标记的结构示意图。如图5所示，所述第一对准标记26和第二对准标记28的形状分别是方形和十字形。
本实施例中，所述基底标记R2和基准板标记R4的形状与所述第一对准标记26相同，均为方形。所述芯片标记R1和载板标记R3的形状与所述第二对准标记28相同，均为十字形。
在其他实施例中，所述芯片标记R1、基底标记R2、载板标记R3和基准板标记R4还可以采用其他形状，在此不作限定。只要所述基底标记R2与所述载板标记R3的形状有所区别，所述基准板标记R4与所述载板标记R3的形状也有所区别，能够实现准确对位即可。
请继续参考图2，所述倒装芯片键合装置1000还包括载片库000、基片库030、第二机械手010和第三机械手040，所述载片库000用于放置载片130，所述基片库030用于放置所述芯片140与基底430键合完毕的基片，所述第二机械手010通过控制系统500实现对所述载片130的抓取与传输，所述第三机械手040通过控制系统500实现对所述基片的抓取与传输。
本实施例中，所述倒装芯片键合装置1000采用转接载板170，将芯片140逐个临时放置到转接载板170上，再将临时放置到转接载板170上的多个芯片140一次性键合到基底430上，实现了芯片140的批量键合，有效地提高了倒装芯片键合工艺的效率。同时，所述倒装芯片键合装置1000采用双面对准装置进行位置对准，提高了键合工艺的精度。
相应的，本实施例还提供了一种倒装芯片键合方法。请结合参考图2和图6，所述倒装芯片键合方法包括以下步骤：
步骤一：提供一载片130，所述载片130上排布有一组芯片140，通过第一基台110将所述芯片140移动到预定拾取位置，利用顶针机构120顶起所述芯片140的同时通过第一机械手160拾取所述芯片140；
步骤二：移动所述第一机械手160，使得所述芯片140的芯片标记R1位于单面对准装置211的焦面位置，同时使得基准板190的基准板标记位R4于第一双面对准装置210的上焦面位置；
步骤三：通过第二基台200调整所述转接载板170的位置，使得所述转接载板170的载板标记R3位于所述第一双面对准装置210的下焦面位置；
步骤四：通过所述单面对准装置211测量所述芯片标记R1的位置，同时通过所述第一双面对准装置210分别测量所述载板标记R3和所述基准板标记R4的位置；
步骤五：根据所述单面对准装置211和第一双面对准装置210的测量数据调整所述第二基台200的姿态，进而将所述转接载板170调整到的临时承载位置；
步骤六：通过所述第一机械手160将芯片140下压到所述转接载板170上；
步骤七：重复上述步骤，将所述载片130上的芯片140逐个放置到所述转接载板170上，直至整片转接载板170临时承载完毕；
临时放置步骤八：提供一基底430；
步骤九：将放置在所述转接载板170上的芯片140一次性键合到所述基底430上。
具体的，首先，提供一载片130，并将所述载片130放置在上述倒装芯片键合装置1000的载片库000中，所述载片130上排布有一组芯片140。
接着，利用第二机械手010从载片库000抓取载片130，并将所述载片130放置到第一基台110上。此时，预键合的芯片140以器件面朝上的方式放置到第一基台110上。
然后，将所述载片130上的芯片140逐个临时放置到转接载板170上。将所述载片130上的芯片140逐个临时放置到转接载板170上的具体过程包括：首先，通过第一基台110将所述芯片140移动到预定拾取位置，利用顶针机构(Z-pin)120顶起芯片140后，通过所述第一机械手160拾取芯片140，实现芯片分离；接着，移动第一机械手160的位置，使得所述芯片140的芯片标记R1位于所述单面对准装置211的焦面位置，所述基准板标记R4位于所述第一双面对准装置210的上焦面位置；然后，通过第二基台200调整所述转接载板170的位置，使得所述转接载板170的载板标记R3位于第一双面对准装置210的下焦面位置；之后，通过单面对准装置211测量芯片标记R1的位置，同时通过第一双面对准装置210分别测量载板标记R3和基准板标记R4的位置；此后，根据单面对准装置211和第一双面对准装置210的测量结果调整第二基台200的姿态，进而将转接载板170调整到临时放置位置(所述转接载板170在该临时放置位置与芯片140对准)；最后，通过第一机械手160将芯片140下压到所述转接载板170上；重复上述步骤，直至整片转接载板170临时放置完毕。
其中，所述转接载板170上临时放置的芯片140的尺寸、数量以及位置可根据实际工艺要求进行调整。
之后，提供一基底430，并将所述基底430固定在倒装芯片键合装置1000的第三基台420上。本实施例中，所述基底430的材料可以采用金属材料、半导体材料或有机材料。
最后，将放置在临时放置转接载板170上的芯片140一次性键合到基底430上。将临时放置到转接载板170上的芯片140一次性键合到基底430上的具体过程包括：首先，调整第二双面对准装置212的位置，使得所述基底430上的基底标记R2位于所述第二双面对准装置212的上焦面位置；接着，利用第二基台200将所述转接载板170移动到键合区域400的对准测量位置，使得所述载板标记R3位于所述第二双面对准装置212的下焦面位置(此时，所述芯片140的芯片标记R1朝向所述基底430)；然后，通过第二双面对准装置212同时测量所述基底标记R2和载板标记R3的位置；之后，根据所述第二双面对准装置212的测量结果调整第二基台200的姿态，进而将所述转接载板170调整到最终键合位置(所述转接载板170在该最终键合位置与基底430对准)；此后，移开所述第二双面对准装置212，通过第二基台200将转接载板170上的芯片140一次性键合到基底430上；最后，将转接载板170与芯片140分离，并通过第二基台200将转接载板170移回对准区域300。重复上述步骤，直至载片130上的芯片140全部键合至基底430上，形成基片。
之后，通过第三机械手040抓取基片，并将所述基片放置到基片库030中。
在所述倒装芯片键合方法中，通过所述第一双面对准装置210和单面对准装置211在临时放置之前测量所述芯片140与转接载板170的位置，完成所述芯片140与转接载板170的对位，通过第二双面对准装置212在最终键合之前测量所述转接载板170与基底430的位置，完成所述转接载板170与基底430的对位。临时放置过程和最终键合过程中，所述芯片140的器件面(正面)均朝上，进行键合时所述芯片140的器件面朝向所述基底430，键合完成后所述芯片140与所述基底430实现电连接。
本实施例中，临时放置和最终键合均采用双面对准装置进行位置对准，因此倒装芯片键合工艺的精度非常高。
【实施例二】
请参考图7，其为本发明实施例二的倒装芯片键合装置的结构示意图。如图7所示，所述倒装芯片键合装置2000包括：第一基台110、第二基台200、第三基台420、第一机械手160、转接载板170、基准板190和控制系统500；第一基台110、第二基台200、第三基台420、第一机械手160、转接载板170、基准板190和控制系统500；所述第一基台110用于承载芯片140，第一机械手160用于拾取和传输所述芯片140；所述第二基台200用于承载所述转接载板170，所述转接载板170用于临时放置所述芯片140；所述基准板190设置于所述第二基台200的上方，用于对所述芯片140在所述转接载板170上的放置位置进行对位；所述第三基台420用于承载基底430，所述基底430用于与放置在所述转接载板170上的芯片140键合；所述第一基台110、第二基台200、第三基台420和第一机械手160由所述控制系统500统一控制，均能够实现多自由度运动。
具体的，所述倒装芯片键合装置2000包括分离对准区域600和键合区域400，所述分离对准区域600用于实现芯片的分离和临时放置，所述接合区域400用于实现芯片与基底的最终键合。其中，所述第一基台110、第一机械手160和基准板190均设置于所述分离对准区域600中，且所述基准板190的位置固定，所述第三基台420设置于所述键合区域400中。
本实施例与实施例一的区别在于，所述第一基台110和第二基台200所述控制系统500的指令交替出现在所述第一机械手160的下方，在同一个区域中完成芯片分离、临时对准和临时放置，所述第一机械手160只需实现Z向运动。
具体的，进行芯片分离时，所述第一基台110位于所述第一机械手160的下方，所述第一基台110上放置有载片130，所述第一机械手160移动到芯片140的正上方并拾取芯片140。芯片分离之后，所述第一基台110带着载片130离开原来位置，所述第二基台200带着所述转接载板170移动到所述第一机械手160的下方，进行临时放置前的对准，对准之后进行临时放置。在此过程中，所述第一机械手160只沿着Z向运动。
综上，在本发明实施例提供的倒装芯片键合装置及其键合方法中，通过采用转接载板逐个吸附芯片，而后将转接载板上的芯片一次性键合到基底上，实现了芯片的批量键合，同时，采用双面对准装置进行位置对准，有效地提高了倒装芯片键合工艺的效率，提高了键合工艺的精度。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (14)

1.一种倒装芯片键合装置，其特征在于，包括：第一基台、第二基台、第三基台、第一机械手、转接载板、基准板和控制系统；
所述第一基台用于承载芯片，第一机械手用于拾取和传输所述芯片；
所述第二基台用于承载所述转接载板，所述转接载板用于临时放置所述芯片；
所述基准板设置于所述第二基台的上方，用于对所述芯片在所述转接载板上的放置位置进行对位；
所述第三基台用于承载基底，所述基底用于与放置在所述转接载板上的芯片键合；
所述第一基台、第二基台、第三基台和第一机械手由所述控制系统统一控制，均能够实现多自由度运动；
所述芯片上设置有芯片标记，所述基底上设置有基底标记，所述转接载板上设置有载板标记，所述基准板上设置有基准板标记；
还包括一对准系统，所述对准系统根据所述控制系统的指令对所述芯片标记、基底标记、载板标记和基准板标记进行位置测量，实现所述芯片与所述转接载板以及所述转接载板与基底的对准；
所述对准系统包括第一双面对准装置；
所述第一双面对准装置与所述第一机械手固定连接，用于同时测量所述载板标记和基准板标记的位置。
2.如权利要求1所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，所述载板标记的形状与所述基底标记的形状彼此不同，所述基准板标记的形状与所述载板标记的形状彼此不同。
3.如权利要求1或2所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，所述对准系统还包括：第二双面对准装置和单面对准装置；
所述第二双面对准装置位于所述第三基台的下方，用于同时测量所述基底标记和载板标记的位置；
所述单面对准装置固定设置于所述基准板的下方，用于测量所述芯片标记的位置。
4.如权利要求3所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，所述第一双面对准装置包括光源系统、照明光学系统、分光棱镜、转向棱镜和成像光学系统，用于形成第一对准光路和第二对准光路；
其中，所述第一对准光路由所述光源系统发射的宽带光源，经过所述照明光学系统，通过所述分光棱镜偏转至所述转向棱镜，通过所述转向棱镜偏转至所述载板标记，经所述载板标记反射，通过所述转向棱镜再次偏转后，经过所述分光棱镜，传递至所述成像光学系统形成；
其中，所述第二对准光路由所述光源系统发射的宽带光源，经过所述照明光学系统，通过所述分光棱镜，经过反射镜反射至所述转向棱镜，通过所述转向棱镜偏转至所述基准板标记，经所述基准板标记反射，通过所述转向棱镜再次偏转后，经过所述反射镜反射，及分光棱镜偏转，传递至所述成像光学系统形成。
5.如权利要求4所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，所述照明光学系统包括设置在第一对准光路和/或第二对准光路上的一个或者多个照明镜组、快门及光阑。
6.如权利要求4或5所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，所述第二双面对准装置与所述第一双面对准装置的结构相同。
7.如权利要求1所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，所述第一机械手包括：实现水平向运动的第一运动机构、实现Z向运动的第二运动机构，用于连接所述第一运动机构和第二运动机构的连接件，以及用于吸附芯片的透明吸盘；其中，所述透明吸盘安装于所述第二运动机构中远离所述第一运动机构的一侧。
8.如权利要求1所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，还包括：顶针机构，所述顶针机构与所述第一基台连接，用于顶起芯片，以便于所述第一机械手拾取所述芯片。
9.如权利要求1所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，还包括：载片库、基片库、第二机械手和第三机械手；所述载片库靠近所述第一基台，用于放置载片；所述基片库靠近所述第三基台，用于放置所述芯片与基底键合完毕的基片；所述第二机械手通过控制系统实现对所述载片的抓取与传输，所述第三机械手通过控制系统实现对基片的抓取与传输。
10.如权利要求1所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，所述转接载板的外形尺寸小于或等于所述基底的外形尺寸。
11.一种倒装芯片键合方法，其特征在于，包括：
提供一载片，所述载片上排布有一组芯片，通过第一基台将所述芯片移动到预定拾取位置，利用顶针机构顶起所述芯片的同时通过第一机械手拾取所述芯片；
移动所述第一机械手，使得所述芯片的芯片标记位于单面对准装置的焦面位置，同时使得基准板的基准板标记位于第一双面对准装置的上焦面位置；
通过第二基台调整转接载板的位置，使得所述转接载板的载板标记位于所述第一双面对准装置的下焦面位置；
通过所述单面对准装置测量所述芯片的芯片标记的位置，同时通过所述第一双面对准装置分别测量所述载板标记和所述基准板标记的位置；
根据所述单面对准装置和第一双面对准装置的测量数据调整所述第二基台的姿态，进而将所述转接载板调整到的临时承载位置；
通过所述第一机械手将芯片下压到所述转接载板上；
重复上述步骤，将所述载片上的芯片逐个放置到所述转接载板上，直至整片转接载板临时承载完毕；
提供一基底；以及
将放置在所述转接载板上的芯片一次性键合到所述基底上。
12.如权利要求11所述的倒装芯片键合方法，其特征在于，将临时放置在所述转接载板上的芯片一次性键合到所述基底上的过程包括：
调整第二双面对准装置的位置，使得所述基底的基底标记位于所述第二双面对准装置的上焦面位置；
通过第二基台将所述转接载板移动到所述第二双面对准装置的下方，使得所述转接载板的载板标记位于所述第二双面对准装置的下焦面位置；
通过所述第二双面对准装置同时测量所述基底标记和载板标记的位置；
根据所述第二双面对准装置的测量结果调整所述第二基台的姿态，进而将所述转接载板调整到键合位置；
移开所述第二双面对准装置，通过所述第二基台将所述转接载板上的芯片一次性键合到基底上；
将所述转接载板与所述芯片分离，并通过所述第二基台将所述转接载板移回临时承载位置；
重复上述步骤，直至所述转接载板上的芯片全部键合至基底上。
13.如权利要求11所述的倒装芯片键合方法，其特征在于，在将所述载片上的芯片逐个临时放置放置到所述转接载板上之前，提供一载片之后，还包括：利用第二机械手从载片库抓取载片，并将所述载片放置到所述第一基台上。
14.如权利要求11所述的倒装芯片键合方法，其特征在于，在将临时放置键合到所述转接载板上的芯片一次性键合到所述基底上之后，还包括：通过第三机械手抓取基片，并将所述基片放置到基片库中。
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