CN109411397A - 半导体芯片封装键合模组及键合工艺 - Google Patents

Abstract

一种半导体芯片封装键合模组及键合工艺，其中，模组包括用于给键合部移送基板的基板转移装置、用于给键合部移送芯片的芯片转移装置和键合部，所述基板转移装置包括基板移送机构和与基板移送机构随动的基板吸嘴，芯片的芯片转移装置包括芯片移送机构和与芯片移送机构随动的芯片吸嘴，所述基板吸嘴为两个以上的适合于不同型号基板的基板吸嘴，且每个基板吸嘴各受一个独立的基板吸嘴驱动机构驱动；所述芯片吸嘴为两个以上的适合于不同型号芯片的芯片吸嘴，且每个芯片吸嘴各受一个独立的芯片吸嘴驱动机构驱动。本发明具有适用范围广，节省现有技术中的更换基板吸嘴时间，可提高效率的优点。

Description

半导体芯片封装键合模组及键合工艺

技术领域

本发明涉及一种半导体芯片封装键合模组及键合工艺。

背景技术

晶圆（Wafer）是生产集成电路所用的载体，由于其形状为圆形，故由此而得名，又被称为晶片或圆片。自1958年第一块集成电路诞生以来，硅工艺在集成电路的生产中占主导地位，硅晶圆是制造半导体芯片的基本材料。键合（Bonding）是将两个或多个材料（或结构）结合成为一体，是半导体制造过程中不可缺少的重要环节。晶圆直接键合（一般简称为“晶圆键合”或“直接键合”），可以使经过抛光的半导体晶圆在不使用粘结剂的情况下结合在一起，在集成电路制造、微机电系统（MEMS）封装和多功能芯片集成等领域具有广泛的应用。

现有的健合模组包括基板（一般为印刷线路板）转移机构、芯片（晶圆）转移机构和键合部三个部分，工作时，基板转移机构通过基板吸嘴先将基板移送到键合部，键合部对基板加热，然后，芯片转移机构通过芯片吸嘴将芯片转移到被加热后的在一定温度下施加一定的压力，将芯片与基板键合。

可是，现有的同一块基板需要多种不同型号的芯片，当键合机对同一种芯片健合完后，需要键合另一种型号的芯片时，往往需要更换到芯片吸嘴库找到相应的芯片吸嘴并更换，才可以继续工作，这个找芯片吸嘴的时间较长，一般需要3分钟左右，同样的，当需要更换不同型号的基板时，也需要到基板吸嘴库找到相应的基板吸嘴并更换，才可以继续工作，找基片吸嘴的时间较长，一般需要3分钟左右，再加上键合需要一定时间（一般是1-3分钟），这样使得键合机的工作速度很慢，其产生受到极大的限制。如何提高键合机的生产效率是本行业亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种生产效率高的更换吸嘴快的半导体芯片封装键合模组及键合工艺。

本发明的技术方案是：提供一种半导体芯片封装键合模组，包括用于给键合部移送基板的基板转移装置、用于给键合部移送芯片的芯片转移装置和键合部，所述基板转移装置包括基板移送机构和与基板移送机构随动的基板吸嘴，芯片的芯片转移装置包括芯片移送机构和与芯片移送机构随动的芯片吸嘴，所述基板吸嘴为两个以上的适合于不同型号基板的基板吸嘴，且每个基板吸嘴各受一个独立的基板吸嘴驱动机构驱动；所述芯片吸嘴为两个以上的适合于不同型号芯片的芯片吸嘴，且每个芯片吸嘴各受一个独立的芯片吸嘴驱动机构驱动。

作为对本发明的改进，所述基板转移装置还包括基板工作台，在所述基板工作台上设有基板夹具，所述基板工作台驱动所述基板夹具在XY平面内移动。

作为对本发明的改进，所述芯片转移装置还包括芯片工作台，在所述芯片工作台上设有芯片夹具，所述芯片工作台驱动所述芯片夹具在XY平面内移动。

作为对本发明的改进，所述基板转移装置和所述芯片转移装置设在框架上，所述框架设在安装板上，在所述框架设有第一导轨副和第二导轨副，所述第一导轨副驱动所述基板转移装置沿框架往复运动，所述第二导轨副驱动所述芯片转移装置沿框架往复运动。

作为对本发明的改进，所述键合部包括键合加热平台、夹紧结构和取料机构，所述夹紧结构将位于键合加热平台上的基板和芯片压紧，所述取料机构将健合完成的基板取出。

作为对本发明的改进，所述取料机构包括取料焊头、设在取料焊头上的取料吸嘴，以及位于取料焊头下方的用于放置键合后的基板的支架夹具，所述取料吸嘴将键合加热平台上的键合后的基板移动到支架夹具上。

作为对本发明的改进，所述基板转移装置还包括给基板定位的基板定位CCD。

作为对本发明的改进，所述基板转移装置还包括给基板校准的基板校准CCD。

作为对本发明的改进，所述芯片转移装置还包括给芯片定位的芯片定位CCD。

作为对本发明的改进，所述芯片转移装置还包括给芯片校准的芯片校准CCD。

本发明还提供一种键合工艺,包括如下步骤：

S1、将支架放到支架夹具（323）上，将基板放置到基板夹具（1）4上，将芯片放置到芯片夹具（24）；

S2、基板移送机构（11）通过基板吸嘴（12）将基板夹具（14）内的基板吸取放到基板校准平台17上，并通过上方的基板定位CCD（16）进行定位；

S3、基板通过基板校准CCD（18）和基板校准平台（17）进行校准；

S4、校准完成后由基板移送机构（11）通过基板吸嘴（12）将基板吸取放到键合平台（31），键合平台（31）通过加热装置对基板进行加热；

S5、与此同时，芯片移送机构（21）通过芯片吸嘴（22）将芯片吸取放入芯片校准平台（15），通过上方的芯片定位CCD（26）及芯片工作台（23）进行定位，芯片校准平台（15）通过X、Y、Φ马达及芯片校准CCD（24）对芯片进行校准；

S6、芯片校准完成后，再次通过芯片吸嘴（22）吸取放到键合平台31上的基板上，并通过上下马达对芯片施加一定的压力，以完成键合；

S7、键合完成后，由取料焊头（321）带动取料吸嘴（27）将键合好后的带有芯片的基板吸取，放置到支架夹具（323）内，第一次键合完成。

本发明具有下述优点：

1. 基板移送机构上装载有多个不同型号的基板吸嘴，每个基板吸嘴上下由独立的马达控制，以适应不同尺寸的基板大小，这样使得本发明具有适用范围广，节省现有技术中的更换基板吸嘴时间，提高效率；

2. 芯片移送机构上装载有多个不同型号的芯片吸嘴，每个芯片吸嘴上下由独立的马达控制，以适应不同尺寸的芯片大小，使得本发明适用范围广，节省现有技术中的更换芯片吸嘴时间，提高效率；

3.基板夹具可放置12种不同类型的基板，同时芯片夹具也可放置12种不同类型的芯片，可实现对单个基板需要不同的芯片键合的要求，使用范围广。

附图说明

图1是本发明中板的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体案例对本发明进行说明。

请参见图1，图1揭示的是一种半导体芯片封装键合模组，包括用于给键合部3移送基板的基板转移装置1、用于给键合部3移送芯片的芯片转移装置2和键合部3，所述基板转移装置1包括基板移送机构11和与基板移送机构11随动的基板吸嘴12，芯片的芯片转移装置2包括芯片移送机构21和与芯片移送机构21随动的芯片吸嘴22，所述基板吸嘴12为两个以上的适合于不同型号基板的基板吸嘴（本实施例中为4个基板吸嘴，实际上基板吸嘴可以为2个以上整数个，最好是不要超过10个），且每个基板吸嘴12各受一个独立的基板吸嘴驱动机构驱动（未画出，基板吸嘴驱动机构可以马达，也可以是气缸等直线驱动机构）；所述芯片吸嘴22为两个以上的适合于不同型号芯片的芯片吸嘴（本实施例中为4个芯片吸嘴，实际上芯片吸嘴可以为2个以上整数个，最好是不要超过10个），且每个芯片吸嘴22各受一个独立的芯片吸嘴驱动机构驱动（未画出，芯片吸嘴驱动机构可以马达，也可以是气缸等直线驱动机构）。

优选的，所述基板转移装置1还包括基板工作台13，在所述基板工作台13上设有基板夹具14，所述基板工作台13驱动所述基板夹具14在XY平面内移动。

优选的，所述芯片转移装置2还包括芯片工作台23，在所述芯片工作台23上设有芯片夹具24，所述芯片工作台23驱动所述芯片夹具24在XY平面内移动。

优选的，所述基板转移装置1和所述芯片转移装置2设在框架4上，所述框架4设在安装板5上，在所述框架4设有第一导轨副和第二导轨副，所述第一导轨副驱动所述基板转移装置1沿框架4往复运动，所述第二导轨副驱动所述芯片转移装置2沿框架4往复运动。

优选的，所述键合部3包括键合加热平台31、夹紧结构和取料机构32，所述夹紧结构将位于键合加热平台31上的基板和芯片压紧，所述取料机构32将健合完成的基板取出。

优选的，所述取料机构32包括取料焊头321、设在取料焊头321上的取料吸嘴322，以及位于取料焊头321下方的用于放置键合后的基板的支架夹具323，所述取料吸嘴322将键合加热平台31上的键合后的基板移动到支架夹具323上。

优选的，所述基板转移装置1还包括给基板定位的基板定位CCD14。

优选的，所述基板转移装置1还包括给基板校准的基板校准CCD15。

优选的，所述芯片转移装置2还包括给芯片定位的芯片定位CCD26。

优选的，所述芯片转移装置2还包括给芯片校准的芯片校准CCD25。

本发明的键合工艺：

首先由手工将支架放到支架夹具323上，将基板放置到基板夹具14上，将芯片放置到芯片夹具24，基板移送机构11带动基板吸嘴12通过上方的基板定位CCD16和基板工作台13将基板夹具14内的基板吸取放到基板校准平台17上；基板通过基板校准CCD18和基板校准平台17进行校准，校准完成后由基板移送机构11带动基板吸嘴12将基板吸取放到键合平台31；键合平台31通过加热装置对基板进行加热，同时芯片移送机构21带动芯片吸嘴22将通过上方的芯片定位CCD26及芯片工作台23将芯片吸取放入芯片校准平台15；芯片校准平台15通过X、Y、Φ马达及芯片校准CCD24对芯片进行校准；芯片校准完成后，再次通过芯片吸嘴22吸取放到键合平台31上的基板上，并通过上下马达（未画出）对芯片施加一定的压力，以达到键合的目的；键合完成后，由取料焊头321带动取料吸嘴27将键合好后的芯片吸取，放置到支架夹具323内，第一次键合完成。如要进行第二个芯片或更多芯片的键合，重复上述步骤即可。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体芯片封装键合模组，包括用于给键合部（3）移送基板的基板转移装置（1）、用于给键合部（3）移送芯片的芯片转移装置（2）和键合部（3），所述基板转移装置（1）包括基板移送机构（11）和与基板移送机构（11）随动的基板吸嘴（12），芯片的芯片转移装置（2）包括芯片移送机构（21）和与芯片移送机构（21）随动的芯片吸嘴（22），其特征在于：所述基板吸嘴（12）为两个以上的适合于不同型号基板的基板吸嘴，且每个基板吸嘴（12）各受一个独立的基板吸嘴驱动机构驱动；所述芯片吸嘴（22）为两个以上的适合于不同型号芯片的芯片吸嘴，且每个芯片吸嘴（22）各受一个独立的芯片吸嘴驱动机构驱动。

2.根据权利要求1所述的半导体芯片封装键合模组，其特征在于：所述基板转移装置（1）还包括基板工作台（13），在所述基板工作台（13）上设有基板夹具（14），所述基板工作台（13）驱动所述基板夹具（14）在XY平面内移动。

3.根据权利要求1或2所述的半导体芯片封装键合模组，其特征在于：所述芯片转移装置（2）还包括芯片工作台（23），在所述芯片工作台（23）上设有芯片夹具（24），所述芯片工作台（23）驱动所述芯片夹具（24）在XY平面内移动。

4.根据权利要求3所述的半导体芯片封装键合模组，其特征在于：所述基板转移装置（1）和所述芯片转移装置（2）设在框架（4）上，所述框架（4）设在安装板（5）上，在所述框架（4）设有第一导轨副和第二导轨副，所述第一导轨副驱动所述基板转移装置（1）沿框架（4）往复运动，所述第二导轨副驱动所述芯片转移装置（2）沿框架（4）往复运动。

5.根据权利要求1或2所述的半导体芯片封装键合模组，其特征在于：所述键合部（3）包括键合加热平台（31）、夹紧结构和取料机构（32），所述夹紧结构将位于键合加热平台（31）上的基板和芯片压紧，所述取料机构（32）将健合完成的基板取出。

6.根据权利要求5所述的半导体芯片封装键合模组，其特征在于：所述取料机构（32）包括取料焊头（321）、设在取料焊头（321）上的取料吸嘴（322），以及位于取料焊头（321）下方的用于放置键合后的基板的支架夹具（323），所述取料吸嘴（322）将键合加热平台（31）上的键合后的基板移动到支架夹具（323）上。

7.根据权利要求1或2所述的半导体芯片封装键合模组，其特征在于：所述基板转移装置（1）还包括给基板定位的基板定位CCD（16）。

8.根据权利要求1或2所述的半导体芯片封装键合模组，其特征在于：所述基板转移装置（1）还包括给基板校准的基板校准CCD（15）。

9.根据权利要求1或2所述的半导体芯片封装键合模组，其特征在于：所述芯片转移装置（2）还包括给芯片定位的芯片定位CCD（26）；所述芯片转移装置（2）还包括给芯片校准的芯片校准CCD（25）。

10.一种键合工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将支架放到支架夹具（323）上，将基板放置到基板夹具（1）4上，将芯片放置到芯片夹具（24）；

S2、基板移送机构（11）通过基板吸嘴（12）将基板夹具（14）内的基板吸取放到基板校准平台17上，并通过上方的基板定位CCD（16）进行定位；

S3、基板通过基板校准CCD（18）和基板校准平台（17）进行校准；

S4、校准完成后由基板移送机构（11）通过基板吸嘴（12）将基板吸取放到键合平台（31），键合平台（31）通过加热装置对基板进行加热；

S5、与此同时，芯片移送机构（21）通过芯片吸嘴（22）将芯片吸取放入芯片校准平台（15），通过上方的芯片定位CCD（26）及芯片工作台（23）进行定位，芯片校准平台（15）通过X、Y、Φ马达及芯片校准CCD（24）对芯片进行校准；

S6、芯片校准完成后，再次通过芯片吸嘴（22）吸取放到键合平台31上的基板上，并通过上下马达对芯片施加一定的压力，以完成键合；

S7、键合完成后，由取料焊头（321）带动取料吸嘴（27）将键合好后的带有芯片的基板吸取，放置到支架夹具（323）内，第一次键合完成。