CN110752173A - 一种用于芯片倒装的键合工艺设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于芯片倒装的键合工艺设备，解决了现有键合设备存在的仅对芯片吸盘与基板吸盘进行平行度检测和调整不能确保芯片基板两键合体之间的平行度符合设计要求的问题。本发明通过准直光路，将同一靶标图像，分别在芯片吸盘上的反光成像和在基板吸盘上的反光成像，通过比较两成像是否重合，来调整芯片吸盘的俯仰和偏摆度，来达到两吸盘的平行。本发明将光源组合在显微成像相机中，通过显微成像相机中照出的分别光线照射在芯片标记点和基板标记点，使两标记点反射成像在显微成像相机中，通过调整两标记点反射成像的重合，来实现芯片与基板的准确对位。

Description

一种用于芯片倒装的键合工艺设备

技术领域

本发明涉及一种大规模集成电路器件制造设备，特别涉及一种用于芯片倒装的键合工艺设备。

背景技术

芯片倒装焊接设备主要用于大规模集成电路器件制造的倒装焊接工艺，完成芯片与基板的直接互连键合，使封装具有更优越的高频、低延迟、低串扰的电路特性，能有效提高电路、部件或系统的组装互连的可靠性；倒装焊接设备主要有三部分组成：第一部分是设置在大理石基准平台上的电路基板放置台，电路基板放置台可沿X方向的位置调整、沿Y方向的位置调整、沿与X方向和Y方向所组成的平面垂直的θ轴旋转调整；第二部分是设置在大理石基准平台正上方的Z向升降臂机构，在Z向升降臂机构的下端设置有俯仰和偏摆平台，在俯仰和偏摆平台上设置有芯片吸盘，Z向升降臂机构的主要功能是通过下压实现芯片与基板的键合，在键合前，通过俯仰和偏摆的调整实现芯片吸盘与基板吸盘的调平；第三部分是光学系统，光学系统是设置在读出电路基板放置台与Z向升降臂机构之间的，该光学系统主要承担芯片与基板是否对位到位，以及芯片与基板键合的平行度检测；被键合的读出电路基板是放置在XYθ定位平台上的，被键合的芯片是吸附在俯仰和偏摆平台上的，通过调整控制XYθ定位平台的位置，使键合芯片与读出电路基板对位到位，通过调整俯仰和偏摆平台，使读出电路基板与被键合的芯片满足键合的平行度要求，当对位和平行度调整完毕后，Z向升降臂下压，将被键合的芯片与读出电路基板压接键合在一起，从而完成芯片的倒装键合工艺过程。

现有的键合工艺设备设置有光学系统，在光学系统中分别设置有显微系统和激光系统；通过光学系统中的激光系统，对被键合芯片的吸附吸盘与放置读出电路基板的吸盘的平行度进行测定，根据两吸盘的平行度测定结果，通过调整俯仰和偏摆平台，使两吸盘的平行度达到设计的键合平行度的要求；然后，将预键合芯片吸附到芯片吸附吸盘上，将读出电路基板放置到带有反射镜面的读出电路基板吸盘上，启动显微系统，将被吸附在芯片吸附吸盘上的芯片与吸附在基板吸盘上的读出电路基板进行对位，对位完成后，再将Z向升降臂下压，将芯片与读出电路基板通过压接，键合在一起；现有的光学系统，仅仅是完成了芯片吸附吸盘与读出电路基板吸盘的平行度检测和调整，而不是对对被键合的芯片与读出电路基板两键合体的平行度测定与调整，存在芯片与基板键合时，两键合体之间的平行度不能保证符合设计要求的问题，直接影响到了键合完成后电路板的工作性能；另外，现有设备的光学系统中的激光系统和显微系统是分别独立设置的，存在光学系统占用空间大的缺陷。

发明内容

本发明提供了一种用于芯片倒装的键合工艺设备，解决了现有键合设备存在的仅对芯片吸盘与基板吸盘进行平行度检测和调整不能确保芯片基板两键合体之间的平行度符合设计要求的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

一种用于芯片倒装的键合工艺设备，包括大理石基准平台，在大理石基准平台上设置有Y向移动导轨安装基座，在Y向移动导轨安装基座上安装有定位平台Y向移动平台导轨，在定位平台Y向移动平台导轨上设置由定位平台Y向移动滑块，在定位平台Y向移动滑块的顶端面上设置有定位平台X向移动导轨，在定位平台X向移动导轨上设置有定位平台X向移动滑块，定位平台X向移动滑块是通过其后侧端底面活动设置在定位平台X向移动导轨上的，在定位平台X向移动滑块的前侧端底面上设置有气浮支撑垫，气浮支撑垫活动设置在大理石基准平台的顶面上，在定位平台X向移动滑块的顶端面上分别设置有θ旋转平台和旋转驱动电机，在θ旋转平台的顶面上设置有读出电路基板放置台，在读出电路基板放置台上设置有带反射镜面的基板吸盘，在带反射镜面的基板吸盘上放置有读出电路基板，在读出电路基板上设置有基板平行度调整标记点；在θ旋转平台的正上方设置有Z向升降臂，在Z向升降臂的底端分别设置有俯仰偏摆调整电机和俯仰偏摆调整平台，在俯仰偏摆调整平台的下底面上固定设置有芯片吸附台，在芯片吸附台的下底面上吸附有带反射镜面的芯片吸盘，在带反射镜面的芯片吸盘的下底面吸附有芯片，在芯片的下底面上设置有芯片平行度调整标记点；在读出电路基板放置台与Z向升降臂之间活动设置有光学系统的XY方向移动平台，在光学系统XY方向移动平台上吊接有光学系统操作箱。

在光学系统操作箱中设置有对芯片吸附吸盘与读出电路基板吸盘进行调平的准直光路，该准直光路是由红色LED点光源、蓝色LED点光源、半透半反反射镜、准直物镜、反射镜、靶标图像生成板、滤光片、带反射镜面的基板吸盘、带反射镜面的芯片吸盘和准直成像相机组成的，红色LED点光源的光线照射靶标图像生成板所生成的图标是经过带反射镜面的芯片吸盘反射后，在准直成像相机中，生成有芯片吸盘位置状态图像A，蓝色LED点光源的光线照射靶标图像生成板所生成的图标是经过带反射镜面的基板吸盘反射后，在准直成像相机中，生成有基板吸盘位置状态图像B。

一种用于芯片倒装的键合方法，其特征在于以下步骤：在光学系统操作箱中设置有芯片与基板对位的显微光路，显微光路是由半透半反反射镜、准直物镜、反射镜、聚焦物镜、五角棱镜和带光源的显微成像相机组成的；带光源的显微成像相机中的光源光线照射到芯片上的标记点处的反射面上，反射后的光线，将芯片标记点图像C成像在显微成像相机中；与此同时，带光源的显微成像相机中的光源光线照射到基板上标记点处的反射面上，反射后的光线，将基板标记点图像D成像在显微成像相机中，若芯片标记点图像C与基板标记点图像D不重合，则调整读出电路基板放置台，直到芯片标记点图像C与基板标记点图像D重合为止，从而完成芯片与读出电路基板的对位工作。

本发明利用准直光路对芯片吸盘和基板吸盘进行平行度的检测及调整，光学系统结构简单，实现容易，所占空间小；显微对位精度高，提高了芯片与基板的键合质量。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的大理石基准平台21上的XYθ平台的结构示意图；

图3是本发明的光学系统操作平台的结构示意图；

图4是本发明的Z向升降臂机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种用于芯片倒装的键合工艺设备，包括大理石基准平台21，在大理石基准平台21上设置有Y向移动导轨安装基座9，在Y向移动导轨安装基座9上安装有定位平台Y向移动平台导轨8，在定位平台Y向移动平台导轨8上设置由定位平台Y向移动滑块7，在定位平台Y向移动滑块7的顶端面上设置有定位平台X向移动导轨6，在定位平台X向移动导轨6上设置有定位平台X向移动滑块22，定位平台X向移动滑块22是通过其后侧端底面活动设置在定位平台X向移动导轨6上的，在定位平台X向移动滑块22的前侧端底面上设置有气浮支撑垫10，气浮支撑垫10活动设置在大理石基准平台21的顶面上，在定位平台X向移动滑块22的顶端面上分别设置有θ旋转平台3和旋转驱动电机11，在θ旋转平台3的顶面上设置有读出电路基板放置台1，在读出电路基板放置台1上设置有带反射镜面的基板吸盘2，在带反射镜面的基板吸盘2上放置有读出电路基板4，在读出电路基板4上设置有基板平行度调整标记点5；在θ旋转平台3的正上方设置有Z向升降臂17，在Z向升降臂17的底端分别设置有俯仰偏摆调整电机18和俯仰偏摆调整平台12，在俯仰偏摆调整平台12的下底面上固定设置有芯片吸附台13，在芯片吸附台13的下底面上吸附有带反射镜面的芯片吸盘14，在带反射镜面的芯片吸盘14的下底面吸附有芯片15，在芯片15的下底面上设置有芯片平行度调整标记点16；在读出电路基板放置台1与Z向升降臂17之间活动设置有光学系统的XY方向移动平台19，在光学系统XY方向移动平台19上吊接有光学系统操作箱20。

在光学系统操作箱20中设置有对芯片吸附吸盘与读出电路基板吸盘进行调平的准直光路，该准直光路是由红色LED点光源、蓝色LED点光源、半透半反反射镜、准直物镜、反射镜、靶标图像生成板、滤光片、带反射镜面的基板吸盘2、带反射镜面的芯片吸盘14和准直成像相机组成的，红色LED点光源的光线照射靶标图像生成板所生成的图标是经过带反射镜面的芯片吸盘14反射后，在准直成像相机中，生成有芯片吸盘位置状态图像A，蓝色LED点光源的光线照射靶标图像生成板所生成的图标是经过带反射镜面的基板吸盘2反射后，在准直成像相机中，生成有基板吸盘位置状态图像B；本发明通过准直光路，将同一靶标图像，分别在芯片吸盘上的反光成像和在基板吸盘上的反光成像，通过比较两成像是否重合，来调整芯片吸盘的俯仰和偏摆度，来达到两吸盘的平行。

一种用于芯片倒装的键合方法，其特征在于以下步骤：在光学系统操作箱20中设置有芯片与基板对位的显微光路，显微光路是由半透半反反射镜、准直物镜、反射镜、聚焦物镜、五角棱镜和带光源的显微成像相机组成的；带光源的显微成像相机中的光源光线照射到芯片上的标记点处的反射面上，反射后的光线，将芯片标记点图像C成像在显微成像相机中；与此同时，带光源的显微成像相机中的光源光线照射到基板上标记点处的反射面上，反射后的光线，将基板标记点图像D成像在显微成像相机中，若芯片标记点图像C与基板标记点图像D不重合，则调整读出电路基板放置台1，直到芯片标记点图像C与基板标记点图像D重合为止，从而完成芯片与读出电路基板的对位工作；本发明将光源组合在显微成像相机中，通过显微成像相机中照出的分别光线照射在芯片标记点和基板标记点，使两标记点反射成像在显微成像相机中，通过调整两标记点反射成像的重合，来实现芯片与基板的准确对位。

Claims (2)

1.一种用于芯片倒装的键合工艺设备，包括大理石基准平台（21），在大理石基准平台（21）上设置有Y向移动导轨安装基座（9），在Y向移动导轨安装基座（9）上安装有定位平台Y向移动平台导轨（8），在定位平台Y向移动平台导轨（8）上设置由定位平台Y向移动滑块（7），在定位平台Y向移动滑块（7）的顶端面上设置有定位平台X向移动导轨（6），在定位平台X向移动导轨（6）上设置有定位平台X向移动滑块（22），其特征在于，定位平台X向移动滑块（22）是通过其后侧端底面活动设置在定位平台X向移动导轨（6）上的，在定位平台X向移动滑块（22）的前侧端底面上设置有气浮支撑垫（10），气浮支撑垫（10）活动设置在大理石基准平台（21）的顶面上，在定位平台X向移动滑块（22）的顶端面上分别设置有θ旋转平台（3）和旋转驱动电机（11），在θ旋转平台（3）的顶面上设置有读出电路基板放置台（1），在读出电路基板放置台（1）上设置有带反射镜面的基板吸盘（2），在带反射镜面的基板吸盘（2）上放置有读出电路基板（4），在读出电路基板（4）上设置有基板平行度调整标记点（5）；在θ旋转平台（3）的正上方设置有Z向升降臂（17），在Z向升降臂（17）的底端分别设置有俯仰偏摆调整电机（18）和俯仰偏摆调整平台（12），在俯仰偏摆调整平台（12）的下底面上固定设置有芯片吸附台（13），在芯片吸附台（13）的下底面上吸附有带反射镜面的芯片吸盘（14），在带反射镜面的芯片吸盘（14）的下底面吸附有芯片（15），在芯片（15）的下底面上设置有芯片平行度调整标记点（16）；在读出电路基板放置台（1）与Z向升降臂（17）之间活动设置有光学系统的XY方向移动平台（19），在光学系统XY方向移动平台（19）上吊接有光学系统操作箱（20）。

2.根据权利要求1所述的一种用于芯片倒装的键合工艺设备，其特征在于，在光学系统操作箱（20）中设置有对芯片吸附吸盘与读出电路基板吸盘进行调平的准直光路，该准直光路是由红色LED点光源、蓝色LED点光源、半透半反反射镜、准直物镜、反射镜、靶标图像生成板、滤光片、带反射镜面的基板吸盘（2）、带反射镜面的芯片吸盘（14）和准直成像相机组成的，红色LED点光源的光线照射靶标图像生成板所生成的图标是经过带反射镜面的芯片吸盘（14）反射后，在准直成像相机中，生成有芯片吸盘位置状态图像A，蓝色LED点光源的光线照射靶标图像生成板所生成的图标是经过带反射镜面的基板吸盘（2）反射后，在准直成像相机中，生成有基板吸盘位置状态图像B。

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