CN107768285A - 用于半导体芯片的拾取和转移及结合的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

多种实施方式提供了半导体芯片的拾取和转移的系统。该系统包括：旋转臂；两个拾取头，附接在旋转臂的各端部；以及相机系统，用于检查在垂直瞄准线配置中的芯片拾取位置；其中旋转臂的旋转轴线从瞄准线偏移。多种实施方式还提供了相应方法。

Description

用于半导体芯片的拾取和转移及结合的方法和系统
本申请为于2012年05月31日提交的、题为“用于半导体芯片的拾取和转移及结合的方法和系统”的第201280037146.2号中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明大致涉及用于半导体芯片的拾取和转移以及结合的方法和系统。
背景技术
用于半导体芯片的拾取和转移以及结合的方法和系统在半导体行业中广泛应用，尤其是在半导体工厂或铸造厂中。目前正在努力改进这种方法和系统的各个方面，包括着眼于改进与该方法和系统相关联的生产量、准确性、可靠性、和/或成本。
而且，正在努力改进所得的设备，尤其是芯片/衬底实体，包括在芯片与衬底之间的焊接接缝的可靠性、耐久性、尺寸、和/或电性能。
多个实施方式试图提供试图解决一个或多个上述改进努力的用于半导体芯片的拾取和转移以及结合的方法和系统。
发明内容
多种实施方式提供了半导体芯片的拾取和转移的系统，该系统包括：旋转臂；两个拾取头，附接在旋转臂的各端部；以及相机系统，用于检查在垂直瞄准线配置中的芯片拾取位置；其中旋转臂的旋转轴线从瞄准线偏移。
在实施方式中，拾取头相对于旋转臂的纵轴线成角。
在实施方式中，拾取头可去除地附接至旋转臂。
在实施方式中，系统还包括用于在拾取头的旋转过程中远离芯片拾取位置缩回拾取头的器具。
在实施方式中，用于缩回的器具包括用于在旋转臂的旋转过程中引导拾取头的凸轮。
在实施方式中，相机系统包括基本水平的相机以及用于实现垂直瞄准线配置的反射元件。
多种实施方式提供了用于半导体芯片的拾取和转移的方法，该方法包括以下步骤：提供旋转臂；提供附接在旋转臂的各端部的两个拾取头；提供用于检查在垂直瞄准线配置中的芯片拾取位置的相机系统；以及为了半导体芯片的拾取和转移旋转旋转臂，其中旋转臂的旋转轴线从瞄准线偏移。
多种实施方式提供了用于将半导体芯片结合至衬底上的装置，该装置包括：拾取尖端，用于半导体芯片；加热器，用于在结合之前加热拾取尖端，以便加热芯片；以及器具，用于朝向拾取尖端引导气态冷却流。
在实施方式中，拾取尖端附接在安装块上，并且加热器设置在安装块中。
在实施方式中，用于引导冷却流的器具包括安装至安装块的导管元件。
在实施方式中，导管元件通过隔热元件安装至安装块。
在实施方式中，导管元件配置成从安装块的3个侧面引导冷却流。
在实施方式中，导管元件配置成在沿安装块的一个侧面的向下方向上接收冷却流，并且包括用于使冷却流基本水平地朝向在安装于安装块底部的拾取尖端转向的转向部分。
在实施方式中，转向部分包括朝向拾取尖端向内延伸的突出部分。
多种实施方式提供了在半导体芯片与衬底之间形成焊点的方法，该方法包括以下步骤：熔化设置在芯片与衬底之间的焊料，芯片和衬底隔开第一距离；当焊料在熔融状态时，从衬底缩回芯片，使得芯片和衬底隔开第二距离；以及在芯片和衬底隔开第二距离时固化焊料。
在实施方式中，焊料设置在芯片上，并且在与衬底接触前熔化。
在实施方式中，半导体芯片预热至低于设置在芯片上的焊料熔化温度的第一温度。
在实施方式中，焊料的固化包括朝向焊料引导冷却流。
在实施方式中，在芯片和/或衬底加热器继续向芯片和/或衬底提供热量的同时，朝向焊料引导冷却流。
在实施方式中，选择第二距离使得所形成的焊点具有所希望的高度和/或形状。
在实施方式中，所希望的焊点形状包括沙漏形。
多种实施方式提供了在半导体芯片与衬底之间形成焊点的方法，该方法包括以下步骤：熔化设置在芯片与衬底之间的焊料；以及通过朝向焊料引导冷却流固化焊料。
在实施方式中，在芯片和/或衬底加热器继续向芯片和/或衬底提供热量的同时，朝向焊料引导冷却流。
多种实施方式提供了用于将半导体芯片置于衬底上的系统，该系统包括：底座；衬底保持器，在平行于底座的x-y平面中相对于底座可移动；以及结合头，基本上只沿固定垂直轴线相对于底座可移动，使得结合头相对于底座的x和y位置基本固定。
在实施方式中，结合头安装至基本上只沿固定垂直轴线相对于底座可移动的顶板。
在实施方式中，顶板联接至安装于底座的两个或更多垂直轴。
在实施方式中，结合头包括在平行于底座的平面中可旋转的拾取尖端。
在实施方式中，该系统还包括用于提供所述半导体芯片至所述结合头以便拾取的器具，其中用于提供半导体芯片的器具配置成移进移出结合头的固定x和y位置。
在实施方式中，用于向结合头提供半导体芯片的器具配置成在使用中在提供半导体芯片至结合头以便拾取之前加热半导体芯片。
在实施方式中，系统还包括用于检查半导体芯片在结合头上以及衬底在衬底保持器上的对准的器具，其中用于检查对准的器具配置成移进移出结合头的固定x和y位置。
在实施方式中，系统还包括用于冷却结合头上的半导体芯片的器具。
在实施方式中，用于冷却的器具包括用于将喷气吹在结合头的一部分上的器具。
多种实施方式提供了将半导体芯片置于衬底上的方法，该方法包括以下步骤：加热半导体芯片，半导体芯片在其上具有焊料，并且加热至高于焊料熔点的温度，以形成熔融焊料；将衬底加热至低于焊料熔点的温度；以及将半导体芯片置于衬底上，使得熔融焊料在半导体芯片与衬底之间形成焊点，从而将半导体芯片连接至衬底，并且导致半导体芯片和衬底达到高于焊料熔点的平衡温度。
在实施方式中，该方法还包括在将半导体芯片加热至高于焊料熔点的温度前将半导体芯片预热至低于焊料熔点的温度。
在实施方式中，该方法还包括将焊点冷却至低于焊料熔点以固化焊料。
在实施方式中，该方法还包括在放置步骤与冷却步骤之间等待预先确定的时段。
在实施方式中，该方法还包括在放置步骤前使用真空将衬底保持就位。
在实施方式中，该方法还包括在放置步骤后拉开半导体芯片和衬底，从而以预先确定的形状形成焊点。
在实施方式中，预先确定的形状是沙漏形。
多种实施方式提供了用于对半导体芯片进行焊剂处理以便结合的系统，该系统包括：旋转焊剂板，具有袋；器具，用于将焊剂材料分配至袋中；器具，用于弄平袋中的焊剂材料；其中该系统配置成在使用中在从用于分配的器具至用于弄平焊剂材料的器具的方向上分度袋。
在实施方式中，用于分配焊剂材料的器具包括安装至用于旋转焊剂板的轴向支承件的分配导管，其中分配导管的出口的径向位置与袋的径向位置对准。
在实施方式中，用于弄平焊剂材料的器具包括安装至用于旋转焊剂板的轴向支承件的擦拭器元件，其中擦拭器元件的擦拭边缘的径向位置与袋的径向位置对准。
在实施方式中，擦拭边缘与旋转焊剂板的表面相齐。
在实施方式中，擦拭器元件通过分配导管安装至轴向支承件。
多种实施方式提供了选择性地对衬底进行焊剂处理的系统，该系统包括：焊剂板，具有图案化的凹处；器具，用于将焊剂材料至凹处中；器具，用于弄平凹处中的焊剂材料；以及冲压衬垫，用于将凹处中的焊剂材料转移至衬底上，从而将焊剂材料施加至在衬底表面上的选择性位置。
在实施方式中，冲压衬垫配置成在使用中沿其纵轴线与凹处对准，从而从焊剂板拾取焊剂材料。
在实施方式中，用于将焊剂材料分配至凹处中的器具包括焊剂材料容器，并且其中焊剂板配置成在使用中在焊剂材料容器的下面移动，从而将焊剂材料接收至凹处中。
在实施方式中，用于弄平凹处内焊剂材料的器具包括设置在焊剂材料容器上的擦拭器元件，并且其中焊剂板配置成在使用中从焊剂材料容器的下面移动，从而导致擦拭器元件弄平凹处中的焊剂材料。
在实施方式中，该系统还包括相机，该相机配置成在使用中使得能够对转移至冲压衬垫的焊剂材料图案进行检查。
多种实施方式提供了选择性地对衬底进行焊剂处理方法，该方法包括以下步骤：提供焊剂板，该焊剂板具有在其上设置的焊剂材料的图案；使用冲压衬垫元件拾取焊剂材料，使得焊剂材料的图案转移至冲压衬垫元件；以及将有图案的焊剂材料从冲压衬垫元件转移至衬底。
在实施方式中，焊剂板包括用于保持焊剂材料图案的凹处。
在实施方式中，在焊剂材料的拾取过程中，凹处与冲压衬垫的纵轴线对准。
在实施方式中，该方法还包括将焊剂板设置在焊剂材料容器下面，并且将焊剂材料提供至凹处中。
在实施方式中，该方法还包括从焊剂材料容器下面去除焊剂板以及弄平凹处中的焊剂材料。
在实施方式中，设置在焊剂材料容器上的擦拭器元件用于在从焊剂材料容器下面移动焊剂板的过程中弄平凹处中的焊剂材料。
在实施方式中，该方法还包括使用相机检查转移至冲压衬垫元件的焊剂材料图案。
附图说明
仅通过示例的方式，并且结合附图，对于本领域的普通技术人员，本发明的实施方式从以下书面描述将更好理解且显而易见，在附图中：
图1示出根据示例实施方式的用于半导体包装的高速精确装配的系统的概观立体示意图。
图2示出图1系统的系统布局的不同立体示意图。
图3示出示出图1系统的系统布局的不同立体示意图。
图4示出根据示例实施方式的偏移倒装装置的示意图。
图5示出根据示例实施方式的精确结合模块的示意图。
图6示出根据示例实施方式的预热器的示意图。
图7示出根据示例实施方式的衬底XY台的示意图。
图8示出根据示例实施方式的衬底高度探针的示意图。
图9示出根据示例实施方式的对准相机的示意图。
图10示出的根据示例实施方式的结合头的示意图。
图11示出根据示例实施方式的管芯组结构的示意图。
图12示出根据实施方式的精确结合模块过程的操作。
图13示出在图12的精确结合模块操作过程中半导体芯片和衬底的温度曲线。
图14中的a)至c)示出根据示例实施方式的说明在半导体芯片与衬底之间形成焊点的方法的示意图。
图15示出根据示例实施方式的选择性焊剂单元的示意图。
图16示出在一个示例实施方式中的选择性焊剂操作过程中的步骤顺序。
图17示出根据示例实施方式的旋转焊剂板的示意图。
具体实施方式
通过参照以下对本发明某些实施方式的详细描述，本发明可以更容易理解。虽然以下对半导体包装装配系统的描述将采用具体附图来示出本发明的原理，但是很明显，本发明的原理不受这些细节的限制。
本发明提供了设备，该设备能够用精确的方式以高生产量处理半导体芯片，其中该过程包括倒装、拾取半导体芯片以及将半导体芯片放置在衬底上的机械运动。在实施方式中，半导体芯片是倒装芯片。图1至图3示出根据示例实施方式的用于半导体包装的高速精确装配的设备100的不同立体图的示意图。该设备的数个功能由包括偏移倒装装置模块202、精确结合模块206和选择性焊剂模块302的数个模块执行。取决于应用配置，如下文中更详细描述的那样，精确结合模块206中的芯片预热连同选择性焊剂模块302进行使用。
图4的a)、b)和c)示出该设备的示例性实施方式，为了测量半导体芯片尺寸以及转移至将在后面的过程中置于衬底上的预热器403，偏移倒装装置模块400从待转移至转移头402的切割的晶片拾取半导体芯片。偏移倒装装置模块400还包括用于测量半导体芯片垂直位置(即，高度)的芯片高度探针405。如图4的a)所示可看出，个体半导体芯片用管芯排出器(未示出)从安装在胶带(未示出)上的切割的晶片404从下面向上排出，从而将芯片推/弹出胶带(未示出)，而胶带(未示出)由真空或机械器具压制。然后拾取头406通过拾取头406A与管芯排出器(未示出)之间的同步运动从切割的晶片拾取芯片。拾取头406A、B可以是本领域公知的任何器具，诸如真空吸盘，真空吸盘用空气压力拾取芯片，并且随后通过释放压力转移芯片。为了有效率地喷射和拾取芯片，芯片必须处于与管芯排出器(未示出)的中心对准的预先确定位置。该芯片的定位采用观看芯片的视觉对准系统(未示出)实现。
拾取头406A、B安装在拾取和倒装臂408上。拾取和倒装臂408以这样一种方法设置，使得其如箭头410所指示的执行旋转绕旋转点412旋转，从而将所拾取的芯片倒装180度。拾取和倒装臂408具有两个相对的拾取头406A和406B，拾取头406A和406B允许同时拾取和放置已经从切割的晶片弹出的两个半导体芯片。第一拾取头406A拾取芯片，同时第二拾取头406B将先前拾取的、现在倒装的芯片放置至转移头402上。在该位置，拾取和倒装臂40与垂直轴线成角，并且拾取头406A、B不在同一垂直轴线上。
如图4的b)所示，在拾取之前，当拾取和倒装臂408从拾取和放置位置(比较图4的a))摆动至垂直位置从而为视觉系统(未示出)中的相机414清除视野时，偏移倒装装置模块400能够为芯片执行视觉检查。视觉系统定位/检查正确的管芯位置，以向芯片对准系统(未示出)提供信息，从而在由拾取头406拾取之前，执行芯片对管芯排出器(未示出)的对准。除了拾取和倒装臂408绕旋转点412旋转之外，由凸轮416引起，拾取头406A还在附图的平面中行进。这导致用拾取头406A、B控制拾取和倒装臂408在偏移倒装装置模块400的底部的Z运动，从而防止在旋转过程中接触切割的晶片404。
图4的c)示出偏移倒装装置模块400的进一步操作，其中拾取和倒装臂408已经旋转至与图4的a)中位置相对的位置。换言之，在图4的c)中，拾取和倒装臂408已经从图4的a)中所示的位置摆动了180度。
芯片将从拾取头406A、B转移至转移头402，拾取和倒装臂408的定位如图4的a)中所示，然后转移头402将转移将在精确结合模块206(图1-3)处理的芯片。
上述示例实施方式有利地提供了偏移倒装装置模块400形式的用于导体芯片的拾取和转移的系统，该系统包括旋转拾取和倒装臂408、附接在拾取和倒装臂408各端部的两个拾取头406A、B、以及包括用于检查垂直瞄准线配置中的芯片拾取位置的相机414的相机系统，其中拾取和倒装臂408的旋转轴线从瞄准线偏移。拾取头406A、B相对于拾取和倒装臂408的纵轴线成角，并且可去除地附接至拾取和倒装臂408。
在该示例实施方式中偏移倒装装置模块400还包括用于在拾取头406A、B远离管芯拾取位置旋转的过程中缩回拾取头的器具，该器具为凸轮416形式，用于在拾取和倒装臂408的旋转过程中引导拾取头406A、B。为了实现垂直瞄准线配置，相机系统包括基本水平的相机414以及镜子418形式的反射元件。
该示例实施方式可以提供用于半导体芯片的拾取和转移的方法。在实施方式中，半导体芯片是倒装芯片。在实施方式中，该方法包括以下步骤：提供旋转臂；提供附接在旋转臂各端部的两个拾取头；提供用于检查在垂直瞄准线配置中的管芯拾取位置的相机系统；以及为半导体芯片的拾取和转移旋转旋转臂，其中旋转臂的旋转轴线从瞄准线偏移。
图5示出在示例性应用配置中的精确结合模块206，用于将包括诸如铜柱凸块的相互连接件的半导体芯片结合至衬底。如图5中所示的精确结合模块206包括具有喷气冷却通道(在本视图中不可见)的结合头504、衬底XY台、对准相机508、管芯组结构1100、衬底高度探针1200和旋转预热器1502。
图6示出旋转预热器502。旋转预热器502接收来自转移头402的芯片并执行预热过程，在预热过程中，芯片经历从室温至优选低于焊料熔点的第一温度的逐渐加热，以优选地助于防止芯片上的热冲击。旋转预热器502包括分度机构(未示出)以驱动转台705，转台705携带芯片、加热器块704以及保持加热器块704和转台705之间间隙的器具。芯片被放置在转台705上并绕转台705分度，并且通过来自加热块704的辐射和对流加热，加热块704包括设置在转台705的芯片分度位置之上的几个加热器元件707。在示例实施方式中使用的旋转预热器502的细节已经在公开的第PCT/SG2007/000441号PCT申请中进行了描述，该申请的内容通过交叉引用并入本文。然后预热的芯片将由结合头504拾取。
图7示出衬底XY工作台506。该衬底台506包括具有内置加热元件(未示出)的真空吸盘/夹具以及电动XY载物台902。一个实施方式中的操作程序可如下：在整个结合过程中通过真空/夹具的方式牢牢压制衬底904；将衬底904加热至第二温度；使XY载物台902上的衬底904能够移动至各种结合位置，并且用于为了在对准过程中的偏移校正进行精细动作。
图8示出衬底高度探针1200。该衬底高度探针1200允许在衬底已由衬底XY台506(图5)牢牢保持后测量衬底高度。衬底高度探针1200包括探针元件1202、用于探针元件1202垂直位移的引导系统1204、以及联接至引导系统1204的精密测量量表和编码器1206。
图9示出对准相机508。对准相机508采用共线视觉对准相机1002、1004同时捕捉并处理芯片和衬底上基准点的图像，并且通过电缆1005、1007将数据提供至控制器(未示出)，从而计算XY坐标的相对偏移和西塔(theta)偏移。对准相机508包括一对相机1002和1004、顶部和底部环形灯1006、同轴灯1008、1009，其中芯片和衬底各使用相机1002和1004中的一个，顶部和底部环形灯1006对于具有突出特征(例如凸块)的芯片/衬底的图像会有效，同轴灯1008、1009对于具有平坦反射表面(例如晶片表面)的芯片/衬底的图像会有效。光学元件(未示出)设置在外壳1010中以建立从相机1002和1004至各自同轴镜头(例如1012)的光路。对准相机508可以由马达(未示出)在XYZ轴线上驱动。
结合头504在图10中示出，并且允许将芯片加热至第三温度，第三温度优选高于在凸块上的焊料的熔点，使得具有充足的能量用于焊点。结合头504可以安装在管芯组510上(图5)，并且与马达联接，用于在结合前的对准过程中旋转管芯。基于预热的管芯与预热的衬底之间的接触，芯片和衬底的结合温度达到平衡的第四温度，第四温度优选高于焊料的熔点。结合期之后，结合头504通过至结合工具803的尖端802上的集中和引导的压缩空气流暂时冷却结合工具803(否则会很热)使得能够固化熔融焊料。应理解的是，这可以优选地促进将结合温度更快地冷却至低于焊料熔点。而且，这可以优选地允许结合加热器805保持加热，从而使结合头504在芯片的拾取与结合之间保持基本恒定温度，这可以转而导致更快的处理时间和/或更稳定的操作条件。结合工具803优选由具有高热导率和低比热容性质的材料制成。用于运载喷气并将喷气集中至结合工具803的尖端802的冷却通道806由隔热板808从结合头504的体部隔开。
所述示例实施方式有利地提供了用于将半导体芯片结合至衬底上的装置，该装置为结合头504形式，包括用于芯片的拾取尖端802、加热器805、和用于朝向拾取尖端802引导气态冷却流的器具，其中加热器805用于为了在结合之前加热芯片而加热拾取尖端802，器具在本文中是安装至结合头504的主安装块810的喷气冷却通道806形式。拾取尖端802附接在安装块810上，而加热器805设置在安装块810中。冷却通道806通过隔热板808安装至安装块810。在该实施方式中，冷却通道806配置成从安装块810的三侧朝向拾取尖端802引导冷却流。冷却通道806配置成沿安装块810的一侧在向下方向上接收冷却空气流，并且具有转向部分，在本文中，该转向部分为朝向拾取尖端802向内延伸的突出部分812的形式，用于使冷却流基本水平地朝向安装在安装块810底部的拾取尖端802转向。
图11的a)和b)示出根据示例实施方式的管芯组结构1100。管芯组结构1100提供了用于在结合头504(图5)与XY台506(图5)之间传递高度的和持久的平行性的结构。管芯组结构1100包括管芯组顶板1102，管芯组顶板1102具有在球轴装配(例如1104、1106至底部管芯组板1108)中的过盈配合。该装配优选允许在垂直运动过程中的最大刚性和最小径向移动。电动致动器(未示出)使管芯组板1102、1108之间能够相对运动。测量系统(未示出)的存在允许对管芯组结构1100的两个板1102与1108之间的位移进行精确测量。在该实施方式中，为了允许在垂直运动过程中的最大刚性和最小径向移动，管芯组板1102、1108通过4个轴1110至1113进行联接。
图12的a)至e)示出了在一个应用配置中精确结合模块206中所发生活动的顺序。图13示出在该活动顺序过程中的相关联的温度曲线。当芯片首先从偏移倒装装置400(图4)到达精确结合模块206时，使用芯片高度探针511测量(测量位置512)芯片高度(图12的a))，并且将芯片分配至旋转预热器502(图12的b))上。旋转预热器502将芯片加热至温度1，然后将预热的芯片移交至结合头504(图12的c))，在结合头504上，将芯片进一步加热至高于焊料熔点的温度(温度2)。同样在图12的a)中所示的步骤中，衬底被分配至衬底XY台506上，并且由强力真空压制。该衬底将在衬底XY台506上加热至温度3。衬底的高度在加热后由衬底高度探针(未示出)进行测量。然后衬底XY台506移动至结合位置。
如图12的d)所示，对准相机508在衬底XY台506与结合头504之间移动，并且使用共线视觉来处理芯片和衬底上的基准标记，从而确定在结合头504上的模与衬底XY台506上的相关结合位置之间在XY和西塔(theta)方向上的相对偏移。然后对准相机508缩回(图12的e))。安装在管芯组510上的结合头504进行西塔校正，而XY台506进行X和Y轴上的校正。基于由控制器(未示出)计算的高度，管芯组510向下进行计算的垂直结合行程。在接触时，芯片和衬底的结合达到高于焊料熔点的平衡温度4。参照示出所述操作过程中芯片和衬底的温度曲线的图13，芯片和衬底在温度4保持足以使焊料结合发生的一段时间。然后，结合头504喷气冷却通道向结合工具的尖端吹空气，从而使芯片和衬底的连接温度(温度5)下降至低于焊料的熔点。然后，结合头504释放芯片，并且管芯组510缩回结合头504。
所述示例实施方式有利地提供了用于将半导体芯片置于衬底上的系统，该系统形式为管芯组510，管芯组510包括底座、衬底保持器、和结合头504，其中底座形式为底座板514，衬底保持器形式为可在平行于底座板514的x-y平面中相对于底座板514移动的XY台506，结合头504基本上仅可沿相对于底座板514的固定垂直轴线移动，使得结合头504相对于底座板514的x和y位置基本固定。结合头504安装至顶板516，顶板516基本上仅可沿相对于底座板514的固定垂直轴线移动。顶板56联接至安装于该底座板514的两个或更多垂直轴518、520。结合头包括可在平行于底座板514的平面中旋转的拾取尖端。管芯组510还包括为了拾取为结合头提供半导体芯片的器具，在本文中，该器具形式为预热器502，预热器502配置成在使用中移近和移出结合头504的固定x和y位置。管芯组510还包括用于检查在结合头上的半导体芯片以及在衬底保持器上的衬底的对准的器具，在本文中该器具形式为对准相机508，对准相机508配置成在使用中移进和移出结合头504的固定x和y位置。在实施方式中，半导体芯片为倒装芯片。
在一个示例实施方式中，结合行程计算基于芯片、衬底、参考高度、和加压，其中参考高度全部为机器测量，加压是用于克服从芯片和衬底的任何共面差异的值，并且该值还用于获得芯片与衬底之间所希望的平衡。在实施方式中，芯片高度使用芯片高度探针509测量。在实施方式中，衬底高度使用衬底高度探针1200测量。参考高度是衬底XY台506的表面与结合工具尖端802的表面之间的垂直距离(图10)。结合垂直行程通过计算参考高度与衬底和管芯高度之间的差异，然后加上加压值而获得。在到达结合行程后，其中液体状态焊料为结合进行接触，可以引入小回调行程，从而转移芯片远离衬底，以获得所希望的焊料形状以及所希望的高度，例如，沙漏形。然后，结合头喷气冷却通道向结合工具的尖端吹空气，从而使芯片和衬底的温度下降至焊料的熔点之下，从而使焊料固化以保持高度/形状形成。然后，结合头释放芯片，并且远离衬底完全缩回。
在实施方式中，在结合过程中，结合头504可以保持恒定温度，并且该温度可以高于焊料的熔点。在实施方式中，可以没有来自结合头504的加热或冷却。反而，可以通过以在结合头504与芯片之间联系的结合工具尖端802为目标的喷气流提供温度的瞬时下降，从而固化焊点。因此，该系统的大部分并不需要经历温度变化。
在实施方式中，预热器502提供逐渐升高的芯片温度，从而缩小芯片与结合头504之间的温差。这转而可以在结合头504拾取芯片时防止热冲击。
应理解的是，在不同的实施方式中，焊料可以通过各种不同的方法熔化，包括“熔化和接触”，即，管芯上的焊料在接触衬底之前是熔融的，在与衬底接触时，熔融焊料流回在衬底上的相应垫/凸块上；“接触和熔化”，即，管芯达到高于焊料熔点的温度，在与衬底接触时，来自管芯的热量熔化在在衬底上的相应垫/凸块上的焊料，或管芯在低于焊料熔点的温度，在接触衬底时，向管芯施加热量以熔化焊料。
参照图14的a)至c)，上述示例实施方式有利地提供了在管芯1700与衬底1702之间形成焊点的方法，该方法包括以下步骤：熔化设置在管芯1700与衬底1702之间的焊料1704，管芯1700与衬底1702隔开距离d1，当焊料1704处于熔融状态时从衬底1702缩回管芯1700，使得管芯1700与衬底1702隔开距离d2，并且当管芯1700与衬底1702隔开距离d2时固化焊料1704。焊料1704的固化包括朝向焊料1702引导冷却流。在该实施方式中，当管芯和/或衬底加热器(未示出)继续向管芯1700和/或衬底1702提供热量时，朝向焊料1704引导冷却流。距离d2被选择为，使得所形成的焊点1706具有所希望的高度和/或形状。所希望的形状可包含沙漏形。
同样参照图14的a)至c)，上述示例实施方式有利地提供了在管芯1700与衬底1704之间形成焊点的方法，该方法包括以下步骤：熔化设置在管芯1700与衬底1702之间的焊料1704，并且通过朝向焊料1704引导冷却流而固化焊料1704。在该实施方式中，当管芯和/或衬底加热器(未示出)继续向管芯1700和/或衬底1702提供热量时，朝向焊料1704引导冷却流。
本领域技术人员应理解，在不同实施方式中可应用各种焊料配置和技术。例如，可以在管芯和/或衬底上提供焊料凸块，并且该结合可涉及在精确结合模块206或在单独的回流炉内加热管芯和/或衬底。
图15示出选择性焊剂模块302。选择性焊剂模块302包括焊剂转移臂1302、焊剂相机1304、衬底保持器1306、焊剂板1308、焊剂板上的原图1310、冲压衬垫1312以及焊剂容器1314。该选择性焊剂模块302在图12的a)中所示的步骤中操作，从而在衬底1309的表面上的选择性位置实施焊剂。原图1310限定了衬底1309上待用焊剂处理的相应选择性位置。
图16的a)至d)示出一个示例实施方式中选择性焊剂操作过程中的步骤顺序。步骤1(图16的a))示出置于充满焊剂的原图1310之上的冲压衬垫1312。在步骤2(图16的b))中，冲压衬垫1312从焊剂板1308拾取焊剂，然后在步骤3中(图16的c))，基于来自俯视衬底相机1300(图15)的信息与衬底1309对齐。然后，在步骤4(图16的d))中，冲压衬垫1312将焊剂转移至衬底1309上，例如，转移至焊料凸块1402上。
上述示例实施方式有利地提供了选择性用焊剂处理衬底的方法，该方法包括以下步骤：提供具有焊剂材料图案的焊剂板1308，在本文中该图案为设置在焊剂板上的原图1310；使用冲压衬垫1312拾取焊剂材料，使得焊剂材料的图案转移至冲压衬垫1312；以及将有图案的焊剂材料从冲压衬垫1312转移至衬底1309。原图1310包括用于保持焊剂材料图案的凹处，例如1316。在焊剂材料的拾取过程中，凹处1316与冲压衬垫1312的纵轴线对齐。该方法还包括将焊剂板1308设置在焊剂材料容器1314的下面，并且将焊剂材料提供至凹处例如1316中。该方法还包括从焊剂材料容器1314的下面去除焊剂板1308，并且弄平凹处例如1316中的焊剂材料。在本文中形式为设置在焊剂材料容器1314上的径向擦拭器1318的擦拭器元件用于在从焊剂材料容器1314的下面去除焊剂板1308的过程中弄平凹处例如1316中的焊剂材料。该方法还包括使用相机1300检查转移至冲压衬垫1312的焊剂材料图案。
图17示出在替代配置中可代替旋转预热器的旋转焊剂板1502，设置从拾取和倒装臂408(图4)拾取管芯的芯片拾取和放置臂402(图4)将管芯分配在旋转焊剂板1502上，旋转焊剂板1502以固定间隔分度。芯片，例如1600，可以随旋转焊剂板1502的每个分度分配。旋转焊剂板1502设有多个袋，例如1504，袋1504具有预先确定的深度和面积，用于使用分配通道1506(图5)填充焊剂。擦拭器1508将袋例如1602中的焊剂弄平。因此，被分配至焊剂袋例如1504中的芯片，例如1600，将具有在凸块(未示出)上预先确定的焊剂高度。为了结合至衬底(未示出)，结合头504拾取焊剂芯片，例如1606。应注意的是，在该替代配置中，衬底与芯片之间的结合可以在没有芯片预加热的情况下，在精确结合模块中进行。
上述实施方式有利地提供了用焊剂处理用于结合的半导体芯片的系统，该系统包括具有袋例如1504的旋转焊剂板1502、用于将焊剂材料分配至袋例如1504中的器具、以及用于弄平袋例如1504的焊剂材料的器具，其中，用于将焊剂材料分配至袋例如1504中的器具在本文中形式为分配通道1506，用于弄平袋例如1504的焊剂材料的器具在本文中形式为擦拭器1508。旋转焊剂板1502配置成在使用中在从分配通道1506至擦拭器1508的方向上分度袋，例如1504。分配通道1506安装至用于旋转焊剂板1502的轴向支承件1510，其中分配通道的出口1512的径向位置与袋例如1504的径向位置对齐。将擦拭器1508安装至用于旋转焊剂板1502的轴向支承件1510，其中擦拭器1508的擦拭边缘1514的径向位置与袋例如1504的径向位置对齐。在该实施方式中，擦拭边缘1514与旋转焊剂板1502的表面相平，并且通过分配通道1506安装至轴向支承件1510。在实施方式中，半导体芯片是倒装芯片。
上述实施方式中的一些公开了管芯的使用。应理解的是，在实施方式中，管芯包括将成为半导体芯片的一个或多个集成电路。因此，在实施方式中，术语‘管芯’和‘半导体芯片’可互换。
本领域技术人员应理解的是，在未脱离广泛描述的本发明精神或范围的情况下，可对如具体实施方式中所示的本发明进行许多变化和/或修改。因此，本实施方式在各个方面均应视为是说明性的且非限制性的。

Claims (7)

1.用于半导体芯片的拾取和转移的系统，包括：
旋转臂；
两个拾取头，附接在所述旋转臂的各端部；以及
相机系统，用于检查在垂直瞄准线配置中的芯片拾取位置；
其中所述旋转臂的旋转轴线从所述瞄准线偏移。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述拾取头相对于所述旋转臂的纵轴线成角。
3.如权利要求1或2所述的系统，其中所述拾取头可去除地附接至所述旋转臂。
4.如权利要求3所述的系统，还包括用于在所述拾取头的旋转过程中远离所述芯片拾取位置缩回所述拾取头的器具。
5.如权利要求4所述的系统，其中用于缩回的器具包括用于在所述旋转臂的旋转过程中引导所述拾取头的凸轮。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述相机系统包括基本水平的相机以及用于实现所述垂直瞄准线配置的反射元件。
7.用于半导体芯片的拾取和转移的方法，所述方法包括以下步骤：
提供旋转臂；
提供附接在所述旋转臂的各端部的两个拾取头；
提供用于检查在所述垂直瞄准线配置中的芯片拾取位置的相机系统；以及
旋转所述旋转臂，用于所述半导体芯片的拾取和转移，其中所述旋转臂的旋转轴线从所述瞄准线偏移。
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