CN114267613A - 一种三维异质异构集成芯片微组装机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维异质异构集成芯片微组装机，包括：第一焊头机构，其包括第一Z轴移动器、第一旋转电机、连接块和第一焊头，连接块可转动的安装在第一旋转电机的转轴上，连接块两端设置有中心对称布置的第一焊头，第一焊头下方设置有晶圆台；第二焊头机构，其包括第二Z轴移动器、第二旋转电机、第一旋转架和第二焊头，第二旋转电机固定安装在第二Z轴移动器上，第一旋转架固定安装在第二旋转电机的输出端，第一旋转架上设置有周向等距布置的若干个旋臂；第三焊头机构设置在第二焊头机构一侧；工作台位置对应设置在第三焊头机构下方。本发明相较于现有技术，提高芯片和工作台上晶圆的键合精度，同时提高芯片组装效率以及加工质量。
Description
技术领域
本发明属于芯片微组装领域，尤其涉及一种三维异质异构集成芯片微组装机。
背景技术
随着半导体集成电路的集成度越来越高，芯片中晶体管的集成度逐渐达到上限，因此出现了3D集成电路(integrated circuit，IC)技术，3D集成电路(integratedcircuit，IC)被定义为一种系统级集成结构，3D集成电路通过键合工艺实现多个芯片之间的垂直互连，增加了芯片的空间，提高了晶体管的集成度，同时还能提高集成电路的工作速度，降低集成电路的功耗。
目前，键合工艺的总体流程为分别是清洗、等离子体活化或称电浆活化、键合、全自动虚拟量测；其中清洗主要是清洗芯片表面和背面的颗粒，以防后续键合时由于表面存在颗粒而产生气泡，而在芯片表面形成的水膜，便于形成范德华力将芯片和晶圆吸附在一起；等离子体活化或称电浆活化的作用是激活芯片表面性形成较为强健的范德华力，便于下一步芯片和晶圆能够较为容易的键合在一起；芯片键合主要是将芯片和晶圆键合在一起，运用顶端的顶针将上层的芯片的中心与下层的晶圆先接触形成键合波，中心形成的键合波逐渐向两边扩散，芯片和晶圆由于键合波的作用键合在一起；全自动虚拟量测是测量键合后芯片和晶圆的偏差，通过这四个模块的相互作用，将芯片和晶圆紧密的键合在一起。
现有的芯片微组装机中，芯片和工作台上晶圆的键合精度不高，影响芯片的加工质量。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种三维异质异构集成芯片微组装机，提高芯片和工作台上晶圆的键合精度，同时提高芯片组装效率以及加工质量。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种三维异质异构集成芯片微组装机，包括：
第一焊头机构，其包括第一Z轴移动器、第一旋转电机、连接块和第一焊头，第一旋转电机固定安装在第一Z轴移动器上，连接块可转动的安装在第一旋转电机的转轴上，连接块两端设置有中心对称布置的第一焊头，第一焊头下方设置有晶圆台，第一焊头机构上方设置有平行布置的第一视觉、第二视觉；
第二焊头机构，其包括第二Z轴移动器、第二旋转电机、第一旋转架和第二焊头，第二旋转电机固定安装在第二Z轴移动器上，第一旋转架固定安装在第二旋转电机的输出端，第一旋转架上设置有周向等距布置的若干个旋臂，第二焊头固定安装在旋臂上，第一旋转架一侧设置有第三视觉；
第三焊头机构，第三焊头机构设置在第二焊头机构一侧；
工作台，工作台位置对应设置在第三焊头机构下方。
作为上述技术方案的进一步描述：
第三焊头机构包括第一X轴移动器、第三旋转电机、第二旋转架、第三焊头、第四焊头和第三Z轴移动器，第三旋转电机固定安装在第一X轴移动器上，第二旋转架固定安装在第三旋转电机的输出端，第三焊头固定安装在第二旋转架上，第四焊头固定安装在第三Z轴移动器上，第四焊头下方设置有第四视觉。
作为上述技术方案的进一步描述：
第三焊头机构包括第二X轴移动器、第四Z轴移动器、第五焊头和校正台，第四Z轴移动器固定安装在第二X轴移动器上，第五焊头固定安装在第四Z轴移动器上，校正台一侧设置有第五视觉。
作为上述技术方案的进一步描述：
第三焊头机构一侧设置有第六视觉。
作为上述技术方案的进一步描述：
第五焊头下方设置有第七视觉。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明方案一中，将芯片和工作台上晶圆键合的第四焊头只进行Z轴方向移动，并且通过双向视觉识别焊头上芯片的位置和工作台上晶圆的位置，提高芯片键合精度。
2、本发明方案二中，第二焊头机构和第三焊头机构之间设置有校正台，校正台对芯片的位置进行粗校正，提高芯片键合精度。
3、本发明方案三中，第二焊头机构和第三焊头机构之间设置有校正台，且将芯片和工作台上晶圆键合的第五焊头下方设置有双向视觉，双向视觉识别焊头上芯片的位置和工作台上晶圆的位置，提高芯片键合精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
图1为一种三维异质异构集成芯片微组装机方案一的结构示意图。
图2为一种三维异质异构集成芯片微组装机方案二的结构示意图。
图3为一种三维异质异构集成芯片微组装机方案三的结构示意图。
图例说明：
1、第一焊头机构；11、第一Z轴移动器；12、第一旋转电机；13、连接块；14、第一焊头；15、第一视觉；16、第二视觉；2、第二焊头机构；21、第二Z轴移动器；22、第二旋转电机；23、第一旋转架；24、第二焊头；25、第三视觉；3、第三焊头机构；31a、第一X轴移动器；32a、第三旋转电机；33a、第二旋转架；34a、第三焊头；35a、第四焊头；36a、第三Z轴移动器；37a、第四视觉；31b、第二X轴移动器；32b、第四Z轴移动器；33b、第五焊头；34b、校正台；35b、第五视觉；36b、第六视觉；37b、第七视觉；4、工作台；5、晶圆台。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种三维异质异构集成芯片微组装机，包括：
第一焊头机构1，其包括第一Z轴移动器11、第一旋转电机12、连接块13和第一焊头14，第一旋转电机12固定安装在第一Z轴移动器11上，连接块13可转动的安装在第一旋转电机12的转轴上，连接块13两端设置有中心对称布置的第一焊头14，第一焊头14下方设置有晶圆台5，第一焊头机构1上方设置有平行布置的第一视觉15、第二视觉16；晶圆台5在水平面内可以沿X轴、Y轴、θ轴运动。
第二焊头机构2，其包括第二Z轴移动器21、第二旋转电机22、第一旋转架23和第二焊头24，第二旋转电机22固定安装在第二Z轴移动器21上，第一旋转架23固定安装在第二旋转电机22的输出端，第一旋转架23上设置有周向等距布置的若干个旋臂，第二焊头24固定安装在旋臂上，第一旋转架23一侧设置有第三视觉25；
第三焊头机构3，第三焊头机构3设置在第二焊头机构2一侧；
工作台4，工作台4位置对应设置在第三焊头机构3下方。工作台4在水平面内可以沿X轴、Y轴、θ轴运动。
第三焊头机构3包括第一X轴移动器31a、第三旋转电机32a、第二旋转架33a、第三焊头34a、第四焊头35a和第三Z轴移动器36a，第三旋转电机32a固定安装在第一X轴移动器31a上，第二旋转架33a固定安装在第三旋转电机32a的输出端，第三焊头34a固定安装在第二旋转架33a上，第四焊头35a固定安装在第三Z轴移动器36a上，第四焊头35a下方设置有第四视觉37a。第四视觉37a为双向视觉，可分别识别第四焊头35a上芯片的位置和工作台4上晶圆的位置，两者对准后第四视觉37a进行X轴移动避让(离开第四焊头35a下方)，然后第四焊头35a沿Z轴移动向下放置芯片。第四焊头35a上芯片的位置和工作台4上晶圆的位置同一视觉进行识别，可大幅提高芯片键合精度。
工作原理：第一焊头机构1中第一焊头14吸取晶圆台5上的芯片，然后第一旋转电机12在第一Z轴移动器11的作用下上行，并且第一旋转电机12使得连接块13转动，吸附有芯片的第一焊头14旋转180度(芯片位置对应设置在第二焊头机构2下方)，第一视觉15(位置固定)用于识别、定位晶圆台5上的芯片，第二视觉16(位置固定)识别、定位第一焊头14翻转后其上的芯片。第二焊头机构2中第二焊头24沿Z轴移动(下行)吸取第一焊头14上的芯片，第二焊头24吸附芯片后旋转180度，使得其(第二焊头24)上的芯片位于第三焊头机构3处，第三视觉25用于识别、定位第三机构3中焊头吸嘴的位置，便于其吸取第二焊头24上的芯片。
第三焊头机构3中第二旋转架33a的结构与第一旋转架23的结构相同，第三焊头机构3通过第一X轴移动器31a沿X轴移动，使得第二旋转架33a上的第三焊头34a对准第二焊头24，焊头吸嘴可沿θ轴转动(校正吸嘴角度)，从而调整芯片位置。第三焊头34a转动180度后，其上芯片移动至第四焊头35a下方，第四焊头35a吸取芯片并下行，使得芯片与工作台4上晶圆键合。
实施例二
请参阅图2，本发明提供一种技术方案：一种三维异质异构集成芯片微组装机，包括：
第一焊头机构1，其包括第一Z轴移动器11、第一旋转电机12、连接块13和第一焊头14，第一旋转电机12固定安装在第一Z轴移动器11上，连接块13可转动的安装在第一旋转电机12的转轴上，连接块13两端设置有中心对称布置的第一焊头14，第一焊头14下方设置有晶圆台5，第一焊头机构1上方设置有平行布置的第一视觉15、第二视觉16；晶圆台5在水平面内可以沿X轴、Y轴、θ轴运动。
第二焊头机构2，其包括第二Z轴移动器21、第二旋转电机22、第一旋转架23和第二焊头24，第二旋转电机22固定安装在第二Z轴移动器21上，第一旋转架23固定安装在第二旋转电机22的输出端，第一旋转架23上设置有周向等距布置的若干个旋臂，第二焊头24固定安装在旋臂上，第一旋转架23一侧设置有第三视觉25；
第三焊头机构3，第三焊头机构3设置在第二焊头机构2一侧；工作台4在水平面内可以沿X轴、Y轴、θ轴运动。
工作台4，工作台4位置对应设置在第三焊头机构3下方。
第三焊头机构3包括第二X轴移动器31b、第四Z轴移动器32b、第五焊头33b和校正台34b，第四Z轴移动器32b固定安装在第二X轴移动器31b上，第五焊头33b固定安装在第四Z轴移动器32b上，校正台34b一侧设置有第五视觉35b。校正台34b在水平面内可以沿X轴、Y轴、θ轴运动，对芯片的位置进行粗校正。
第三焊头机构3一侧设置有第六视觉36b。第六视觉36b设置在工作台4上方，位置固定不动，用于识别、定位工作台4上的晶圆位置。
工作原理：第一焊头机构1中第一焊头14吸取晶圆台5上的芯片，然后第一旋转电机12在第一Z轴移动器11的作用下上行，并且第一旋转电机12使得连接块13转动，吸附有芯片的第一焊头14旋转180度(芯片位置对应设置在第二焊头机构2下方)，第一视觉15(位置固定)用于识别、定位晶圆台5上的芯片，第二视觉16(位置固定)识别、定位第一焊头14翻转后其上的芯片。第二焊头机构2中第二焊头24沿Z轴移动(下行)吸取第一焊头14上的芯片，第二焊头24吸附芯片后旋转180度，使得其(第二焊头24)上的芯片位于第三焊头机构3处，第三视觉25用于识别、定位第三机构3中焊头吸嘴的位置，便于其吸取第二焊头24上的芯片。
第二焊头24将芯片放置在第三焊头机构3中的校正台34b上进行粗校正，第二焊头24通过第一旋转架23转走后，第五焊头33b通过第二X轴移动器31b移动至校正台34b上方，第五焊头33b下行，穿过第一旋转架23上旋臂之间的间隙并吸取芯片，之后第五焊头33b上行并沿X轴移动至第五视觉35b上方，第五视觉35b识别、定位第五焊头33b上的芯片位置(便于调整)，接着第五焊头33b移动至工作台4上方，之后第五焊头33b下行，使得芯片与工作台4上晶圆键合。
实施例三
请参阅图3，本发明提供一种技术方案：一种三维异质异构集成芯片微组装机，包括：
第一焊头机构1，其包括第一Z轴移动器11、第一旋转电机12、连接块13和第一焊头14，第一旋转电机12固定安装在第一Z轴移动器11上，连接块13可转动的安装在第一旋转电机12的转轴上，连接块13两端设置有中心对称布置的第一焊头14，第一焊头14下方设置有晶圆台5，第一焊头机构1上方设置有平行布置的第一视觉15、第二视觉16；晶圆台5在水平面内可以沿X轴、Y轴、θ轴运动。
第二焊头机构2，其包括第二Z轴移动器21、第二旋转电机22、第一旋转架23和第二焊头24，第二旋转电机22固定安装在第二Z轴移动器21上，第一旋转架23固定安装在第二旋转电机22的输出端，第一旋转架23上设置有周向等距布置的若干个旋臂，第二焊头24固定安装在旋臂上，第一旋转架23一侧设置有第三视觉25；
第三焊头机构3，第三焊头机构3设置在第二焊头机构2一侧；
工作台4，工作台4位置对应设置在第三焊头机构3下方。工作台4在水平面内可以沿X轴、Y轴、θ轴运动。
第三焊头机构3包括第二X轴移动器31b、第四Z轴移动器32b、第五焊头33b和校正台34b，第四Z轴移动器32b固定安装在第二X轴移动器31b上，第五焊头33b固定安装在第四Z轴移动器32b上，校正台34b一侧设置有第五视觉35b。
第五焊头33b下方设置有第七视觉37b。第七视觉37b设置在工作台4与第五焊头33b之间，第七视觉37b为双向视觉，可分别识别第五焊头33b上芯片的位置和工作台4上晶圆的位置，两者对准后第七视觉37b进行X轴移动避让(离开第五焊头33b下方)，然后第五焊头33b沿Z轴移动向下放置芯片，可大幅提高芯片键合精度(原理同方案一)。
工作原理：第一焊头机构1中第一焊头14吸取晶圆台5上的芯片，然后第一旋转电机12在第一Z轴移动器11的作用下上行，并且第一旋转电机12使得连接块13转动，吸附有芯片的第一焊头14旋转180度(芯片位置对应设置在第二焊头机构2下方)，第一视觉15(位置固定)用于识别、定位晶圆台5上的芯片，第二视觉16(位置固定)识别、定位第一焊头14翻转后其上的芯片。第二焊头机构2中第二焊头24沿Z轴移动(下行)吸取第一焊头14上的芯片，第二焊头24吸附芯片后旋转180度，使得其(第二焊头24)上的芯片位于第三焊头机构3处，第三视觉25用于识别、定位第三机构3中焊头吸嘴的位置，便于其吸取第二焊头24上的芯片。
第二焊头24将芯片放置在第三焊头机构3中的校正台34b上进行粗校正，第二焊头24通过第一旋转架23转走后，第五焊头33b通过第二X轴移动器31b移动至校正台34b上方，第五焊头33b下行，穿过第一旋转架23上旋臂之间的间隙并吸取芯片，之后第五焊头33b上行并沿X轴移动至第五视觉35b上方，第五视觉35b识别、定位第五焊头33b上的芯片位置(便于调整)，接着第五焊头33b移动至工作台4上方，之后第五焊头33b下行，使得芯片与工作台4上晶圆键合。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种三维异质异构集成芯片微组装机，其特征在于，包括：
第一焊头机构(1)，其包括第一Z轴移动器(11)、第一旋转电机(12)、连接块(13)和第一焊头(14)，所述第一旋转电机(12)固定安装在所述第一Z轴移动器(11)上，所述连接块(13)可转动的安装在所述第一旋转电机(12)的转轴上，所述连接块(13)两端设置有中心对称布置的所述第一焊头(14)，所述第一焊头(14)下方设置有晶圆台(5)，所述第一焊头机构(1)上方设置有平行布置的第一视觉(15)、第二视觉(16)；
第二焊头机构(2)，其包括第二Z轴移动器(21)、第二旋转电机(22)、第一旋转架(23)和第二焊头(24)，所述第二旋转电机(22)固定安装在所述第二Z轴移动器(21)上，所述第一旋转架(23)固定安装在所述第二旋转电机(22)的输出端，所述第一旋转架(23)上设置有周向等距布置的若干个旋臂，所述第二焊头(24)固定安装在所述旋臂上，所述第一旋转架(23)一侧设置有第三视觉(25)；
第三焊头机构(3)，所述第三焊头机构(3)设置在所述第二焊头机构(2)一侧；
工作台(4)，所述工作台(4)位置对应设置在所述第三焊头机构(3)下方。
2.根据权利要求1所述的一种三维异质异构集成芯片微组装机，其特征在于，所述第三焊头机构(3)包括第一X轴移动器(31a)、第三旋转电机(32a)、第二旋转架(33a)、第三焊头(34a)、第四焊头(35a)和第三Z轴移动器(36a)，所述第三旋转电机(32a)固定安装在所述第一X轴移动器(31a)上，所述第二旋转架(33a)固定安装在所述第三旋转电机(32a)的输出端，所述第三焊头(34a)固定安装在所述第二旋转架(33a)上，所述第四焊头(35a)固定安装在所述第三Z轴移动器(36a)上，所述第四焊头(35a)下方设置有第四视觉(37a)。
3.根据权利要求1所述的一种三维异质异构集成芯片微组装机，其特征在于，所述第三焊头机构(3)包括第二X轴移动器(31b)、第四Z轴移动器(32b)、第五焊头(33b)和校正台(34b)，所述第四Z轴移动器(32b)固定安装在所述第二X轴移动器(31b)上，所述第五焊头(33b)固定安装在所述第四Z轴移动器(32b)上，所述校正台(34b)一侧设置有第五视觉(35b)。
4.根据权利要求3所述的一种三维异质异构集成芯片微组装机，其特征在于，所述第三焊头机构(3)一侧设置有第六视觉(36b)。
5.根据权利要求3所述的一种三维异质异构集成芯片微组装机，其特征在于，所述第五焊头(33b)下方设置有第七视觉(37b)。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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