CN108172532B - 一种倒装芯片键合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种倒装芯片键合装置，包括：基料载台上设有至少两个用于键合芯片的键合位；至少两个晶片载台分别设在基料载台的外侧以承载芯片，每个晶片载台分别与键合位的位置相对应；每个传输装置分别设在晶片载台与基料载台之间以将晶片载台上的芯片转移至基料载台；每个键合头分别设在基料载台的上方且与键合位相对应，键合头用于承接传输装置转移的芯片并将芯片键合在键合位上。根据本发明实施例的倒装芯片键合装置，通过在基料载台的外侧设置至少两个晶片载台，传输装置将晶片载台上的芯片传至键合头，键合头将芯片键合在基料载台的键合位上，提高了键合装片的精度和效率，可以适应更大尺寸基材的键合。

Description

一种倒装芯片键合装置

技术领域

本发明涉及半导体封装领域领域，更具体地，涉及一种倒装芯片键合装置。

背景技术

先进封装技术把半导体封装和组装技术融为一体以降低产品价格、改进产品性能、提高产品密度以及减小产品尺寸，这使得倒装芯片半导体封装的市场需求迅速增长。倒装芯片封装是一种先进的芯片互连技术，倒装芯片具有高密度、高性能和轻薄短小的特点，在PGA、BGA和CSP中都得到了广泛的应用，这使得倒装芯片半导体封装的市场需求正迅速增长。倒装芯片互连过程中的自对准，优良的散热性，高生产率，这些优点使倒装芯片技术成为现代电子封装中最具吸引力的技术之一。

倒装芯片键合机决定着倒装芯片键合工艺的精度、效率和可靠性，是倒装芯片封装工艺的关键设备。随着半导体生产效率进一步提高，晶圆尺寸正朝更大的方向发展，从晶圆上拾取芯片到基材键合位的距离不断增加，使得键合效率大大降低。

现有的倒装芯片键合工艺与装置中，新加坡ASM公司的周辉星等人申请的国际专利WO2003/058708公开了一种倒装芯片结合器。该装置从蓝膜上拾取芯片，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，其翻转机构具有4个吸嘴，键合机构具有8个吸嘴，结合翻转、拾取、蘸胶、键合等处理工艺，从而提高设备的装片效率，但是该装置结构复杂，实现难度大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种倒装芯片键合装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明实施例的倒装芯片键合装置包括：

基料载台，所述基料载台上设有至少两个用于键合芯片的键合位；

至少两个晶片载台，至少两个所述晶片载台分别设在所述基料载台的外侧以承载芯片，每个所述晶片载台分别与所述键合位的位置相对应；

至少两个传输装置，每个所述传输装置分别设在所述晶片载台与所述基料载台之间以将所述晶片载台上的所述芯片转移至所述基料载台；

至少两个键合头，每个所述键合头分别设在所述基料载台的上方且与所述键合位相对应，所述键合头用于承接所述传输装置转移的所述芯片并将所述芯片键合在所述键合位上。

进一步地，所述键合位和所述键合头分别为两个，所述晶片载台为两个且分别设在所述基料载台的相对两侧，所述传输装置为两个且分别设在所述晶片载台和所述基料载台之间。

进一步地，所述倒装芯片键合装置还包括：

两个顶起机构，每个所述顶起机构分别设在所述晶片载台下方以用于将设在所述晶片载台上的所述芯片顶起；

两个翻转机构，每个所述翻转机构分别设在所述晶片载台上方，所述翻转机构与所述顶起机构配合以将所述顶起机构顶起的所述芯片进行翻转，所述传输装置与所述翻转机构配合以将所述翻转机构翻转的所述芯片转移至所述基料载台。

进一步地，所述传输装置包括：

拾片机构，所述拾片机构与所述翻转机构配合以拾取所述翻转机构上的所述芯片，所述拾片机构可活动以在水平方向上转移所述芯片；

传输机构，所述传输机构与所述拾片机构配合以将所述拾片机构上的所述芯片转移至所述键合头。

进一步地，所述拾片机构具有朝下设置的第一连接头，所述传输机构具有朝上设置的第二连接头，所述键合头朝下设置，所述第一连接头和所述键合头用于与所述芯片在翻转之后的上表面相连，所述第二连接头用于与所述芯片在翻转之后的下表面相连。

进一步地，所述第一连接头和第二连接头分别在水平方向上呈圆周运动或直线运动。

进一步地，所述倒装芯片键合装置还包括：

至少两个键合头运动机构，至少两个所述键合头运动机构分别设在所述基料载台上方，每个所述键合头分别可活动地设在对应的所述键合头运动机构上且由所述键合头运动机构驱动以将所述芯片贴装至所述键合位。

进一步地，所述倒装芯片键合装置还包括：

至少两个第一光学检测器，每个所述第一光学检测器分别位于所述晶片载台的上方以获取所述芯片的拾取位置信息；

至少两个第二光学检测器，每个所述第二光学检测器分别用于获取所述芯片在所述传输装置上的位置信息；

至少两个第三光学检测器，每个所述第三光学检测器分别用于获取所述芯片在基料上贴片的位置信息。

进一步地，所述第一光学检测器、所述第二光学检测器和所述第三光学检测器均为相机。

进一步地，所述倒装芯片键合装置还包括：运动机构，所述运动机构设在所述基料载台下方以调整所述基料载台在水平方向做直线运动或周向旋转运动。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

根据本发明实施例的倒装芯片键合装置，通过在基料载台的外侧设置至少两个晶片载台，传输装置将晶片载台上的芯片传至键合头，键合头将芯片键合在基料载台的键合位上，并分别通过第一光学检测器、第二光学检测器和第三光学检测器检测芯片输送和键合过程中的位置信息，提高了键合装片的精度和效率，可以适应更大尺寸基材的键合。

附图说明

图1根据本发明实施例中倒装芯片键合装置的主视图；

图2根据本发明实施例中倒装芯片键合装置的俯视图。

附图标记：

倒装芯片键合装置100；

基料载台10；键合位11；

晶片载台20；

传输装置30；拾片机构31；传输机构32；

键合头40；键合头运动机构41；

顶起机构50；

翻转机构60；

第一光学检测器70；第二光学检测器71；第三光学检测器72；

上料机构80；

下料机构90；

芯片1；基料2。

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的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图具体描述根据本发明实施例的倒装芯片键合装置100。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的倒装芯片键合装置100包括基料载台10、至少两个晶片载台20、至少两个传输装置30和至少两个键合头40。

具体而言，基料载台10上设有至少两个用于键合芯片1的键合位11，至少两个晶片载台20分别设在基料载台10的外侧以承载芯片1，每个晶片载台20分别与键合位11的位置相对应，每个传输装置30分别设在晶片载台20与基料载台10之间以将晶片载台20上的芯片1转移至基料载台10，每个键合头40分别设在基料载台10的上方且与键合位11相对应，键合头40用于承接传输装置30转移的芯片1并将芯片1键合在键合位11上。

换言之，倒装芯片键合装置100主要由基料载台10、至少两个晶片载台20、至少两个传输装置30和至少两个键合头40组成，其中，基料载台10用于承载基料2，基料载台10上设有至少两个键合位11，键合位11用于键合键合芯片1，基料载台10的外侧设置至少两个晶片载台20，晶片载台20用于承载芯片1，每个晶片载台20分别与键合位11的位置相对应，每个传输装置30分别设在晶片载台20与基料载台10之间，基料载台10的上方设有键合头40，键合头40分别与键合位11相对应，传输装置30可以将晶片载台20上的芯片1转移至键合头40，键合头40再将芯片1键合在键合位11上。

由此，根据本发明实施例的倒装芯片键合装置100，通过在基料载台10的外侧设置至少两个晶片载台20，传输装置30将晶片载台20上的芯片1传至键合头40，键合头40将芯片1键合在基料载台10的键合位11上，提高了键合装片的精度和效率。

根据本发明的一些具体实施例，如图1所示，键合位11和键合头40可以分别为两个，晶片载台20为两个且分别设在基料载台10的相对两侧，传输装置30为两个且分别设在晶片载台20和基料载台10之间，每个传输装置30分别将晶片载台20上的芯片1传至基料载台10上方的键合头40，其中，键合头40包括吸杆和吸头，吸杆通过气动或者电磁驱动沿着上下方向运动，吸头具有真空口以对芯片1进行吸附。

优选地，倒装芯片键合装置100还包括两个顶起机构50和两个翻转机构60。

具体地，每个顶起机构50分别设在晶片载台20下方以用于将设在晶片载台20上的芯片1顶起，每个翻转机构60分别设在晶片载台20上方，翻转机构60与顶起机构50配合以将顶起机构50顶起的芯片1进行翻转，传输装置30与翻转机构60配合以将翻转机构60翻转的芯片1转移至基料载台10。

换言之，如图1所示，晶片载台20设有顶起机构50和翻转机构60，顶起机构50可以将晶片载台20上的芯片1顶起，翻转机构60和顶起机构50配合并通过真空释放拾取芯片1，翻转机构60前端设有吸嘴以拾取顶起机构50顶起的芯片1，翻转机构60拾取芯片1之后翻转180°，并与传输装置30相互配合，翻转机构60将芯片1转移传输装置30，传输装置30拾取芯片1并将芯片1移至键合头40，键合头40将芯片1键合在基料载台10上。

根据本发明的一个实施例，传输装置30包括拾片机构31和传输机构32。

具体而言，拾片机构31与翻转机构60配合以拾取翻转机构60上的芯片1，拾片机构31可活动以在水平方向上转移芯片1，传输机构32与拾片机构31配合以将拾片机构31上的芯片1转移至键合头40。

也就是说，传输装置30主要由拾片机构31和传输机构32组成，其中，拾片机构31拾取翻转机构60上的芯片1并沿着水平方向将芯片1移至传输机构32，传输机构32拾取拾片机构31所拾取的芯片1并将芯片1移至键合头40，在芯片1各部分传输过程中均为柔性接触，可靠性强。

根据本发明的又一个实施例，拾片机构31具有朝下设置的第一连接头，第一连接头设在拾片机构31的上端，传输机构32具有朝上设置的第二连接头，第二键合头40设在传输结构的下端，键合头40朝下设置，第一连接头和键合头40用于与芯片1在翻转之后的上表面相连，第二连接头用于与芯片1在翻转之后的下表面相连，同时，第一连接头可以和第二连接头相配合。

可选地，第一连接头和第二连接头分别在水平方向上呈圆周运动或直线运动。

也就是说，拾片机构31和传输机构32可以为旋转运动结构，即第一连接头和第二连接头可以在传递芯片1的过程中可以旋转180°，拾片机构31和传输机构32可以为传输带机构结构，即第一连接头和第二连接头可以在传递芯片1的过程中沿着水平直线运动。

根据本发明的一个实施例，倒装芯片键合装置100还包括至少两个键合头运动机构41，至少两个键合头运动机构41分别设在基料载台10上方，每个键合头40分别可活动地设在对应的键合头运动机构41上且由键合头运动机构41驱动以将芯片1贴装至键合位11。

优选地，倒装芯片键合装置100还包括至少两个第一光学检测器70、至少两个第二光学检测器71和至少两个第三光学检测器72。

具体地，每个第一光学检测器70分别位于晶片载台20的上方以获取芯片1的拾取位置信息，每个第二光学检测器71分别用于获取芯片1在传输装置30上的位置信息，每个第三光学检测器72分别用于获取芯片1在基料2上贴片的位置信息，在本发明实施例中，第一光学检测器70、第二光学检测器71和第三光学检测器72分别为两个，采用六个光学检测器可实现芯片1在高速传输时，对键合芯片1的位置检测与反馈，大大提高了设备的装片效率与精度，适应更大尺寸基材的键合。

进一步地，第一光学检测器70、第二光学检测器71和第三光学检测器72均为相机。

根据本发明的一个实施例，倒装芯片键合装置100还包括运动机构，运动机构设在基料载台10下方以调整基料载台10在水平方向做直线运动或周向旋转运动，上料机构80和下料机构90分别设置在基料2台的前后两侧，由此，可以移动和调整基料2来切换装片位置。

进一步地，晶片载台20的下方也设有相应的运动机构，运动机构可以使晶片载台20在水平方向做直线运动或周向旋转运动，由此，可以实现对芯片1位置和角度的微调。

下面具体描述根据本发明实施例的倒装芯片键合装置100的工作过程。

上料机构80将待贴的基料2运送至基料载台10，通过两个第一光学检测器70分别识别两个晶片载台20上的芯片1，控制系统将晶片载台20上的芯片1中心调整至第一光学检测器70的中心，两个芯片1顶起机构50分别将两个晶片载台20蓝膜上的芯片1顶起一定高度，两个翻转机构60分别拾取两个顶起机构50所顶起的芯片1并翻转180°，两个翻转机构60将芯片1分别交接两个拾片机构31，两个拾片机构31分别向基料载台10一侧旋转摆动180°将芯片1交接两个键合头40，交接芯片1时，两个第二光学检测器71检测并记录拾片机构31上芯片1的位置和角度信息，键合头运动机构41驱动两个键合头40高速运动将芯片1贴装至两个键合位11，两个第三光学检测器72检测芯片1贴装前的位置和角度信息并与两个第二光学检测器71所获得的芯片1位置角度数据作差，补偿芯片1在传输过程中产生的位置偏差，获取芯片1高精度位置坐标数据，同时，两个第三光学检测器72分别获取芯片1贴装位坐标数据，如此往复进行芯片1键合，直至基料2完成贴装，由下料机构90将完成贴装的基料2运送至料盒。

总而言之，根据本发明实施例的倒装芯片键合装置100，通过在基料载台10的外侧设置至少两个晶片载台20，传输装置30将晶片载台20上的芯片1传至键合头40，键合头40将芯片1键合在基料载台10的键合位11上，并分别通过第一光学检测器70、第二光学检测器71和第三光学检测器72检测芯片1输送和键合过程中的位置信息，提高了键合装片的精度和效率，可以适应更大尺寸基材的键合。

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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种倒装芯片键合装置，其特征在于，包括：

基料载台，所述基料载台上设有至少两个用于键合芯片的键合位；

至少两个晶片载台，至少两个所述晶片载台分别设在所述基料载台的外侧以承载芯片，每个所述晶片载台分别与所述键合位的位置相对应；

至少两个传输装置，每个所述传输装置分别设在所述晶片载台与所述基料载台之间以将所述晶片载台上的所述芯片转移至所述基料载台；

至少两个键合头，每个所述键合头分别设在所述基料载台的上方且与所述键合位相对应，所述键合头用于承接所述传输装置转移的所述芯片并将所述芯片键合在所述键合位上；

至少两个第一光学检测器，每个所述第一光学检测器分别位于所述晶片载台的上方以获取所述芯片的拾取位置信息；

至少两个第二光学检测器，每个所述第二光学检测器分别用于获取所述芯片在所述传输装置上的位置信息；

至少两个第三光学检测器，每个所述第三光学检测器分别用于获取所述芯片在基料上贴片的位置信息；

通过对获取的在所述传输装置上的位置信息和在基料上贴片的位置信息作差，补偿芯片在传输过程中产生的位置偏差，获取芯片高精度位置坐标数据。

2.根据权利要求1所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，所述键合位和所述键合头分别为两个，所述晶片载台为两个且分别设在所述基料载台的相对两侧，所述传输装置为两个且分别设在所述晶片载台和所述基料载台之间。

3.根据权利要求1或2所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，还包括：

两个顶起机构，每个所述顶起机构分别设在所述晶片载台下方以用于将设在所述晶片载台上的所述芯片顶起；

两个翻转机构，每个所述翻转机构分别设在所述晶片载台上方，所述翻转机构与所述顶起机构配合以将所述顶起机构顶起的所述芯片进行翻转，所述传输装置与所述翻转机构配合以将所述翻转机构翻转的所述芯片转移至所述基料载台。

4.根据权利要求3所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，所述传输装置包括：

拾片机构，所述拾片机构与所述翻转机构配合以拾取所述翻转机构上的所述芯片，所述拾片机构可活动以在水平方向上转移所述芯片；

传输机构，所述传输机构与所述拾片机构配合以将所述拾片机构上的所述芯片转移至所述键合头。

5.根据权利要求4所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，所述拾片机构具有朝下设置的第一连接头，所述传输机构具有朝上设置的第二连接头，所述键合头朝下设置，所述第一连接头和所述键合头用于与所述芯片在翻转之后的上表面相连，所述第二连接头用于与所述芯片在翻转之后的下表面相连。

6.根据权利要求5所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，所述第一连接头和第二连接头分别在水平方向上呈圆周运动或直线运动。

7.根据权利要求1所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，还包括：

至少两个键合头运动机构，至少两个所述键合头运动机构分别设在所述基料载台上方，每个所述键合头分别可活动地设在对应的所述键合头运动机构上且由所述键合头运动机构驱动以将所述芯片贴装至所述键合位。

8.根据权利要求1所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，所述第一光学检测器、所述第二光学检测器和所述第三光学检测器均为相机。

9.根据权利要求1所述的倒装芯片键合装置，其特征在于，还包括：

运动机构，所述运动机构设在所述基料载台下方以调整所述基料载台在水平方向做直线运动或周向旋转运动。

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