CN107895705A - 一种芯片倒置贴装设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种芯片倒置贴装设备，包括：芯片供给装置，用于提供待贴装的芯片；芯片拾取交接装置，包括可旋转的轴，以及与可旋转的轴连接且呈夹角的拾取端头，拾取端头直接从芯片供给装置处获得芯片，可旋转的轴旋转带动拾取端头的位置改变，从而调整芯片的位置并使得芯片适用于键合位；芯片键合装置，用于从芯片拾取交接装置处获得适用于键合位的芯片，并将芯片带动到指定键合位进行芯片键合；基材平台装置，用于提供作为芯片键合载体的基材。本发明能够缩短芯片拾取到键合位的距离，缩小整机的占地面积，提高整机效率、降低设备使用成本。

Description

一种芯片倒置贴装设备

技术领域

本发明涉及半导体器件封装技术领域，尤其涉及一种芯片倒置贴装设备。

背景技术

随着现代信息科技的不断发展，集成电路芯片正在日益朝向高密度、高性能的方向发展。使用TO、DIP、PLCC、QFP等传统封装和互连技术制造的芯片已经很难满足日益提高的芯片性能需求，由此，将半导体封装和组装技术融为一体的先进封装技术应运而生，用于降低产品价格、完善集成电路芯片性能、提高互连密度，减少器件封装尺寸。其中，芯片倒置贴装作为一种高密度芯片互连技术以及芯片粘接技术，将带有凸点的芯片从蓝膜上拾取后翻转，使得其带有焊点图形一侧背向芯片拾取装置的吸嘴侧，然后通过机器视觉识别对准，最后将芯片放置到基板上。芯片倒置贴装制造的芯片互连线较短，且I/O引出端分布整个芯片表面，使得封装后的器件更薄并具有更好的电性能、热性能，因此在PGA(Pin Grid ArrayPackage，插针网格阵列封装)、BGA(Ball Grid Array Package，球栅阵列封装)、CSP(ChipScale Package，芯片级封装)中获得了广泛的应用。

芯片倒置贴装是倒置封装工艺的关键设备，决定着芯片倒装工艺的精度、效率和可靠性。但是，芯片倒置贴装设备往往在高速运行时产生振动，对芯片贴装精度容易产生影响。另外，为进一步提高半导体生产效率，晶圆尺寸正朝更大、更薄的方向发展，从晶圆上拾取芯片到贴装位的距离不断增加，使得芯片倒置贴装效率大大降低。

在现有的芯片倒置贴装工艺与设备中，WO2003/058708公开了一种倒装芯片结合器，其从蓝膜上拾取芯片，通过翻转交接到键合头上，再通过键合头装片至引线框架上，其中翻转机构具有4个吸嘴，键合机构具有8个吸嘴，将翻转、拾取、蘸胶、键合等工艺并行处理，从而提高设备的装片效率，但是，该设备的结构复杂，过程多，实现难度大。CN200610171125.6公开了一种采用键合头摆动机构实现芯片传输的倒装芯片键合设备，该设备可以补偿单独部件移动的影响，但该设备采用摆动机构，降低了装片精度。CN201310173823.X公开了一种倒装芯片焊接设备，该设备采用两套键合机构来提高效率，但由于芯片拾取位和键合位的距离较远，且基板对准相机安装在运动的键合头上，导致效率和精度都较低。

为解决芯片拾取位和键合位距离远等问题，CN201610990344.0公开了一种使用摆臂机构作为芯片传输模块的倒装芯片键合设备，CN201310203708.2公开了一种带有芯片传输模块的倒装芯片键合设备；另外CN201510124424.3公开了一种倒装芯片键合设备，使用了两个芯片键合头，不仅解决了芯片拾取位和键合位距离远等问题，还提高了设备效率。但在上述文献中公开的设备体积较大、占地较多，大大提高了客户的使用成本。此外，上述专利中芯片在贴装工艺过程中的交接次数较多，使得芯片受损的风险大幅提高。

为此，亟需设计一种新式芯片倒置贴装设备，解决设备占地面积大、芯片在贴装工艺过程中交接次数多的问题。

发明内容

本发明提供的芯片倒置贴装设备，能够针对现有技术的不足，在保证倒置贴装效率和精度的基础上，解决芯片倒置贴装设备占地面积大、芯片在贴装工艺过程中交接次数多的问题。

本发明提供一种芯片倒置贴装设备，包括：

芯片供给装置，用于提供待贴装的芯片；

芯片拾取交接装置，包括可旋转的轴，以及与所述可旋转的轴连接且呈夹角的拾取端头，所述拾取端头直接从所述芯片供给装置处获得所述芯片，所述可旋转的轴旋转带动所述拾取端头的位置改变，从而调整所述芯片的位置并使得所述芯片适用于键合位；

芯片键合装置，用于从所述芯片拾取交接装置处获得所述适用于键合位的芯片，并将所述芯片带动到指定键合位进行芯片键合；

基材平台装置，用于提供作为芯片键合载体的基材。

可选地，上述芯片供给装置包括位于竖直平面的且具有用于支撑带晶圆蓝膜的中空机构。

可选地，上述芯片供给装置还包括位于所述中空机构一侧的包括顶针结构的芯片顶起机构。

可选地，上述芯片拾取交接装置的所述可旋转的轴位于X-Z平面且与X轴负向呈45度夹角，所述拾取端头与所述可旋转的轴呈45度夹角，其中X轴为从所述芯片供给装置指向所述芯片键合装置的水平方向，Z轴为从所述芯片倒置贴装设备所在水平面垂直向上的方向。

可选地，上述拾取端头顶端具有吸嘴，用于当所述芯片拾取交接装置内通入真空时吸取所述芯片。

可选地，上述拾取端头吸取所述芯片后，所述可旋转的轴旋转180度，使得所述芯片从所述芯片供给装置的竖直位置改变为水平位置。

可选地，上述键合装置的下端具有吸嘴，且能够沿前后、左右、上下方向进行平移，所述吸嘴用于当所述键合装置内通入真空时吸取所述芯片。

可选地，上述芯片倒置贴装设备还包括蘸胶机构，用于提供所述芯片键合装置获取所述芯片后，以及进行所述芯片键合之前的芯片蘸胶过程。

可选地，上述芯片倒置贴装设备还包括用于识别和计算所述芯片拾取交接装置获取所述芯片的相对位置的第一，用于识别和计算所述芯片键合装置运送所述芯片的相对位置的第二视觉系统，以及用于识别和计算所述基材的相对位置的第三视觉系统。

可选地，上述第二视觉系统的光轴中心、所述第三视觉系统的光轴中心、所述芯片键合装置的几何中心、所述芯片顶起机构的所述顶针结构的几何中心，以及所述芯片拾取交接装置的所述拾取端头的几何中心在水平面内在同一直线上；

上述芯片顶起装置的所述顶针结构的几何中心和所述芯片拾取交接装置的所述拾取端头的几何中心位于同一水平高度上，所述拾取端头的位置改变后，所述芯片拾取交接装置的所述拾取端头的几何中心位于所述芯片键合装置的竖直几何中心轴线上。

本发明提供的芯片倒置贴装设备，通过采用垂直放置的芯片供给机构和能够90°旋转芯片的拾取交接机构，不仅缩短了芯片拾取到键合位的距离，还缩小了整机的占地面积，从而提高整机效率、降低设备使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一个实施例的芯片倒置贴装设备的整体结构示意图；

图2为本发明一个实施例的芯片倒置贴装设备的局部结构示意图；

图3为本发明另一个实施例的芯片倒置贴装设备的整体结构示意图；

图4为本发明一个实施例的芯片倒置贴装设备的水平方向位置关系示意图；

图5为本发明一个实施例的芯片倒置贴装设备的竖直方向位置关系示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明一个实施例的芯片倒置贴装设备的整体结构示意图。如图所示，本发明实施例的芯片倒置贴装设备包括第一视觉系统108、第二视觉系统101、第三视觉系统102、蘸胶机构103、键合机构104、芯片供给机构105、芯片顶起机构106、拾取交接机构107、机架109、基材运动平台110、基材111。

其中，芯片供给机构105竖直放置，用于载入蓝膜，蓝膜上附着有待贴装的芯片。芯片顶起机构106为针形结构，位于芯片供给机构105的一侧，用于顶起芯片供给机构105供给的芯片，使得芯片脱离蓝膜。拾取交接机构107位于芯片供给机构105的另一侧，用于在芯片顶起机构106的对侧吸取芯片，对芯片的正确性进行确认后，转动并交接给键合机构104。键合机构104位于拾取交接机构107的上方，用于对芯片的正确性进行确认，并将芯片带动到基材运动平台110上的基材111的指定位置下压，进行芯片的键合。特别的，当倒置贴装工艺过程需要蘸胶时，键合机构104还会带动芯片到蘸胶机构103，由蘸胶机构103提供芯片表面的蘸胶。特别的，位于拾取交接机构107一侧的第一视觉系统108、位于基材111附近的第二视觉系统101和位于设备上方的第三视觉系统102用于完成贴装工艺中芯片定位、质量检查、标识点检测、系统标定等功能，包括但不限于由动/静摄像头、图像卡、程控光源组成。机架109则用于提供整个芯片倒置贴装设备的结构支撑。

具体的，在本实施例中，如图1所示规定机架109的长边方向为X轴方向，沿机架109的短边方向为Y轴方向，沿垂直于机架109表面向上的方向为Z轴方向。特别的，键合机构104能够沿X、Y、Z三个方向进行直线运动或者绕Z轴进行转动运动。芯片供给装置105能够进行Y、Z两个方向的直线运动和绕X轴的转动运动。芯片顶起机构106能够沿X方向进行移动。拾取交接机构107能够围绕其在X-Z平面上、且与X轴负方向夹约45度角的轴旋转实现芯片的90°旋转。基材运动平台110能够沿X、Y两个方向进行直线运动以及绕Z轴的转动运动。

优选的，键合机构104上可以安装吸嘴，并且通入真空用于吸入芯片。拾取交接机构107上可以安装两个及以上数量的吸嘴，也可通入真空用于吸入芯片。芯片顶起机构106的顶端为顶针装置。特别的，基材111可以包括但不限于是引线框架、基板、衬底晶圆、衬底平板等。典型的，基材111可以是衬底晶圆或衬底平板。

特别的，第二视觉系统101的光轴中心、第三视觉系统102的光轴中心、键合机构104的吸嘴中心、芯片顶起机构106的顶针装置中心和拾取交接机构107的两个吸嘴中心沿本实施例的芯片倒置贴装设备的X方向均在同一直线上。

图2示出了本发明一个实施例的芯片倒置贴装设备的局部结构示意图。如图所示，芯片供给机构105的一侧为芯片顶起机构106，特别的，芯片顶起机构106的顶部具有同轴的顶针装置。芯片供给机构105的另一侧为拾取交接机构107，拾取交接机构107固定在与第一视觉系统108共同的底座的斜面上，具有在X-Z平面内的、与X轴负方向夹45度的斜角的轴，拾取交接机构107能够沿该轴进行旋转。优选的，拾取交接机构107的顶部具有两个互为90度夹角的吸嘴，当其中一个吸嘴通入真空时，可以用于吸入芯片顶起机构106顶起的芯片，并通过沿拾取交接机构107在X-Z平面内的、与X轴负方向夹45度的斜角的轴的旋转作用，吸入芯片的吸嘴可以旋转到与原吸嘴呈90度的顶部位置。

键合机构104位于第一视觉系统108的上方，优选的，键合机构104可以沿X轴、Y轴、Z轴进行平移，并且可以围绕Z轴进行旋转。在工艺必要时，键合机构104可以将芯片交接到蘸胶机构103上进行蘸胶。

图3示出了本发明另一个实施例的芯片倒置贴装设备的整体结构示意图。如图3所示，本发明实施例的芯片倒置贴装设备包括第一视觉系统308、第二视觉系统301、第三视觉系统302、蘸胶机构303、键合机构304、芯片供给机构305、芯片顶起机构306、拾取交接机构307、机架309、基材运动平台310、基材311。

其中，芯片供给机构305竖直放置，用于载入蓝膜，蓝膜上附着有待贴装的芯片。芯片顶起机构306为针形结构，位于芯片供给机构305的一侧，用于顶起芯片供给机构305供给的芯片，使得芯片脱离蓝膜。拾取交接机构307位于芯片供给机构305的另一侧，用于在芯片顶起机构306的对侧吸取芯片，对芯片的正确性进行确认后，转动并交接给键合机构304。键合机构304位于拾取交接机构307的上方，用于对芯片的正确性进行确认，并将芯片带动到基材运动平台310上的基材311的指定位置下压，进行芯片的键合。特别的，当倒置贴装工艺过程需要蘸胶时，键合机构304还会带动芯片到蘸胶机构303，由蘸胶机构303提供芯片表面的蘸胶。特别的，位于拾取交接机构307一侧的第一视觉系统308、位于基材311附近的第二视觉系统301和位于设备上方的第三视觉系统302用于完成贴装工艺中芯片定位、质量检查、标识点检测、系统标定等功能，包括但不限于由动/静摄像头、图像卡、程控光源组成。机架309则用于提供整个芯片倒置贴装设备的结构支撑。

特别的，本实施例中的基材311可以包括但不限于是引线框架、基板、衬底晶圆、衬底平板等。典型的，本实施例中的基材311是引线框架或基板。

图4示出了本发明一个实施例的芯片倒置贴装设备的水平方向位置关系示意图。如图4所示，图1中的芯片倒置贴装设备中的第二视觉系统101的光轴中心、第三视觉系统102的光轴中心、键合机构104的吸嘴中心、芯片顶起机构106的顶针装置中心，以及拾取交接机构107的两个吸嘴中心在水平面内沿X方向均在同一直线上。

图5示出了本发明一个实施例的芯片倒置贴装设备的竖直方向位置关系示意图。如图所示，芯片顶起机构106的顶针装置中心和拾取交接机构107的一个处于水平位置的吸嘴的中心轴线位于同一水平直线上。拾取交接机构107的另一个处于垂直位置的吸嘴的中心轴线与键合机构104的吸嘴中心轴线位于同一竖直直线上。第三视觉系统102的中心位于基材运动平台110的法线处。

如图5所示，本发明的一个实施例需要倒置贴装的芯片5a，在整个芯片倒置贴装工艺过程中会在多个拾取运输装置带动下陆续经过并短暂停留在a、b、c、d四个轴线位置。特别的，当根据芯片倒置贴装工艺需求，需要对芯片5a进行蘸胶时，芯片5a还会经过并短暂停留在蘸胶机构103的e轴线位置。

具体的，在芯片倒置贴装工艺中，芯片5a在开始时附着在芯片供给装置105载入的蓝膜上，经过芯片顶起机构106顶起后，芯片5a脱离芯片供给装置105上的蓝膜，同时芯片拾取交接机构107的下吸嘴在交接等待位置吸取芯片。

芯片拾取交接机构107在其内部传感器确认正确吸取芯片后，芯片拾取交接机构107的吸嘴缩回一段距离，随后，芯片拾取交接机构107围绕其在X-Z平面内的、与X轴负方向呈45度夹角的轴旋转180度角。这样，芯片拾取交接机构107的带有芯片的下方吸嘴经过旋转后在位置上变为上方吸嘴，并且处于竖直位置，芯片5a处于水平位置，相比位于芯片供给装置105的蓝膜上的位置，完成了90度角的位置旋转。特别的，此刻芯片5a处于b轴线位置。

随后，键合机构104到达轴线位置b，开始在竖直方向上向下运行，与芯片拾取交接机构107此刻带有芯片5a的上方吸嘴交接芯片5a。键合机构104通过传感器确认吸取成功后，带动芯片5a运行到c轴线位置。c轴线位置的第二视觉系统101对芯片5a的竖直下方进行拍照识别和计算，计算出芯片5a的相对位置。此时，基材运动平台110带动基材111运行到指定位置，经过第三视觉系统102的识别和计算，计算出精确的基材111的相对位置。

芯片5a的相对位置和基材111的相对位置确定后，芯片5a和基材111相对位置之间的距离确定。然后，由键合机构104带动芯片5a运行上述距离到基材111的上方的d轴线位置处的指定位置。特别的，键合机构104可以带动芯片5a运行到或快运行到指定位置时，键合机构104即带动芯片5a向下运动。典型的，键合机构104可以带动芯片5a向下运动，在快接近基材111时，电机以力模式向下压，直至与基材111接触，并停留相应时间。此时，本发明实施例的芯片倒置贴装设备的芯片拾取键合过程完成。优选的，设备上各个机构恢复到初始状态。

可选的，当芯片倒置贴装设备工艺需要蘸胶过程时，键合机构104在e轴线位置处于蘸胶机构103中进行蘸胶后，再执行到c轴线位置和d轴线位置的动作。特别的，在e轴线位置进行蘸胶的过程包括：键合机构104在e轴线位置向下运行，当芯片5a与蘸胶装置103接触并确保完成蘸胶后，提起到原高度继续运行到c轴线位置和d轴线位置。

本发明实施例提供的芯片倒置贴装设备，通过采用垂直放置的芯片供给机构105和能够90°旋转芯片的拾取交接机构107，能够缩短芯片拾取到键合位的距离，从而缩小整机占地面积，提高效率、降低设备使用成本。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种芯片倒置贴装设备，包括：

芯片供给装置，用于提供待贴装的芯片；

芯片拾取交接装置，包括可旋转的轴，以及与所述可旋转的轴连接且呈夹角的拾取端头，所述拾取端头直接从所述芯片供给装置处获得所述芯片，所述可旋转的轴旋转带动所述拾取端头的位置改变，从而调整所述芯片的位置并使得所述芯片适用于键合位；

芯片键合装置，用于从所述芯片拾取交接装置处获得所述适用于键合位的芯片，并将所述芯片带动到指定键合位进行芯片键合；

基材平台装置，用于提供作为芯片键合载体的基材。

2.根据权利要求1所述的芯片倒置贴装设备，其特征在于，所述芯片供给装置包括位于竖直平面的且具有用于支撑带晶圆蓝膜的中空机构。

3.根据权利要求2所述的芯片倒置贴装设备，其特征在于，所述芯片供给装置还包括位于所述中空机构一侧的包括顶针结构的芯片顶起机构。

4.根据权利要求1所述的芯片倒置贴装设备，其特征在于，所述芯片拾取交接装置的所述可旋转的轴位于X-Z平面且与X轴负向呈45度夹角，所述拾取端头与所述可旋转的轴呈45度夹角，其中X轴为从所述芯片供给装置指向所述芯片键合装置的水平方向，Z轴为从所述芯片倒置贴装设备所在水平面垂直向上的方向。

5.根据权利要求4所述的芯片倒置贴装设备，其特征在于，所述拾取端头顶端具有吸嘴，用于当所述芯片拾取交接装置内通入真空时吸取所述芯片。

6.根据权利要求5所述的芯片倒置贴装设备，其特征在于，所述拾取端头吸取所述芯片后，所述可旋转的轴旋转180度，使得所述芯片从所述芯片供给装置的竖直位置改变为水平位置。

7.根据权利要求1所述的芯片倒置贴装设备，其特征在于，所述键合装置的下端具有吸嘴，且能够沿前后、左右、上下方向进行平移，所述吸嘴用于当所述键合装置内通入真空时吸取所述芯片。

8.根据权利要求1所述的芯片倒置贴装设备，其特征在于，所述芯片倒置贴装设备还包括蘸胶机构，用于提供所述芯片键合装置获取所述芯片后，以及进行所述芯片键合之前的芯片蘸胶过程。

9.根据权利要求3所述的芯片倒置贴装设备，其特征在于，所述芯片倒置贴装设备还包括用于识别和计算所述芯片拾取交接装置获取所述芯片的相对位置的第一，用于识别和计算所述芯片键合装置运送所述芯片的相对位置的第二视觉系统，以及用于识别和计算所述基材的相对位置的第三视觉系统。

10.根据权利要求9所述的芯片倒置贴装设备，其特征在于，

所述第二视觉系统的光轴中心、所述第三视觉系统的光轴中心、所述芯片键合装置的几何中心、所述芯片顶起机构的所述顶针结构的几何中心，以及所述芯片拾取交接装置的所述拾取端头的几何中心在水平面内在同一直线上；

所述芯片顶起装置的所述顶针结构的几何中心和所述芯片拾取交接装置的所述拾取端头的几何中心位于同一水平高度上，所述拾取端头的位置改变后，所述芯片拾取交接装置的所述拾取端头的几何中心位于所述芯片键合装置的竖直几何中心轴线上。