CN117497434B - 一种芯片倒装设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体封装技术领域，具体涉及一种芯片倒装设备及其方法，包括机架、芯片供给机构、晶片组件、两个翻转机构、拾取机构、两个运输机构、两个键合机构、两个蘸胶机构、工作台、基材上料机构、基材下料机构和视觉单元，本发明的一种芯片倒装设备具有两个键合机构，能实现在工作台上交替对芯片进行贴装，并且对芯片的拾取、运输、贴装分布在左右两侧，其中从蓝膜吸取芯片及向基材贴装芯片需左右两侧交替处于装载和拾取位置，以提高贴装效率，从而解决了现有芯片倒装设备下层X轴负载很大，上层Y轴位于X轴的滑块上导致刚性相对差，从而无法实现高加速度运动，造成效率降低的问题。

Description

一种芯片倒装设备及其方法

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种芯片倒装设备及其方法。

背景技术

近年来，摩尔定律放缓，芯片特征尺寸已接近物理极限，先进封装成为提升芯片性能，延续摩尔定律的重要途径；先进封装主要是指倒装（FlipChip），晶圆级封装（WLP），系统级封装（SiP），2.5D封装（Interposer，RDL等），3D封装（TSV），Chiplet等封装技术；贴片机是先进封装过程中是最关键、最核心的设备；其中倒装键合技术与BGA（Ball Grid Array）基板的结合在近年来得到了广泛应用；FCBGA封装需要贴装精度达到±5um，同时满足10K以上的作业效率。

全球市场高端领域的贴片机设备商主要有BESI、Hanmi、韩华、KS等，其中荷兰的BESI占据绝对领先的市场份额；但是它们处理的芯片尺寸最大为30mm或者40mm，无法处理50mm以上的大型芯片；而随着高端服务器、计算机、5G基站、Chiplet多芯片等大型电子设备的核心控制单元的发展，大型尺寸芯片的需求日益增加；BESI的EVO2200虽然可以处理最大50mm的芯片，但是效率很低；另外，它们都是采用动龙门的布局架构，但是这种架构方式的下层X轴负载很大，上层Y轴位于X轴的滑块上导致刚性相对差，从而无法实现高加速度运动，造成效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芯片倒装设备及其方法，旨在解决现有芯片倒装设备下层X轴负载很大，上层Y轴位于X轴的滑块上导致刚性相对差，从而无法实现高加速度运动，造成效率降低的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种芯片倒装设备，包括机架、芯片供给机构、晶片组件、两个翻转机构、拾取机构、两个运输机构、两个键合机构、两个蘸胶机构、工作台、基材上料机构、基材下料机构和视觉单元，所述芯片供给机构滑动设置在所述机架的侧面；所述晶片组件设置在所述机架靠近所述芯片供给机构的一侧；两个所述翻转机构设置在所述晶片组件的上方；所述拾取机构设置在两个所述翻转机构的一侧；两个所述运输机构垂直设置在所述拾取机构的两侧；两个所述蘸胶机构设置在两个所述运输机构的末端；两个所述键合机构滑动设置在所述机架上；所述工作台固定在所述机架上；所述基材上料机构设置在所述工作台的一侧；所述基材下料机构设置在所述工作台远离所述基材上料机构的一侧；所述视觉单元设置在所述机架中。

其中，所述视觉单元包括两个第一视觉系统和第二视觉系统，两个所述第一视觉系统设置在两个所述蘸胶机构的一侧；所述第二视觉系统设置在所述机架中。

其中，所述第一视觉系统包括驱动电机、移动座、镜头和相机，所述驱动电机设置在所述机架上；所述移动座设置在所述驱动电机的输出端；所述镜头固定在所述移动座上；所述相机固定在所述镜头的下方。

其中，所述晶片组件包括晶片台、旋转电机、主动轮、传输带和张紧轮，所述晶片台转动设置在所述机架上；所述旋转电机固定在所述机架上；所述主动轮固定在所述旋转电机的输出端上；所述张紧轮设置在所述机架上；所述传输带和所述晶片台契合，并和所述主动轮契合。

其中，所述晶片组件还包括顶针机构，所述顶针机构设置在所述晶片台中。

其中，所述一种芯片倒装设备还包括多个测量尺，多个所述测量尺分别设置在所述基材上料机构和所述基材下料机构中。

另一方面，一种芯片倒装方法，应用于所述的一种芯片倒装设备，包括：拉料手从芯片供给机构抓取晶圆放置在晶片台；翻转机构交替在蓝膜上拾取芯片；顶针机构顶起翻转机构下方芯片；翻转机构吸取芯片并向上翻转180°；拾取机构吸取芯片沿-X方向移动交接给运输机构；运输机构沿+Y方向运输至键合机构的下方；键合机构吸取芯片沿+X方向运动至蘸胶机构处进行蘸胶；蘸胶完成后键合机构移动至第一视觉系统上方进行识别；键合机构移动至工作台指定位置下压进行芯片贴装；键合机构在工作台上交替贴装；贴装完成及基材经基材下料机构运输出工作台。

本发明的一种芯片倒装设备及其方法，所述机架用于整个芯片倒置贴装设备的结构支撑，所述芯片供给机构用于提供蓝膜，蓝膜上附着有已切割完成待贴装的芯片，所述晶片组件位于所述芯片供给机构右侧，用来搭载所述芯片供给机构供给的蓝膜，两个所述翻转机构位于所述晶片组件上侧，用于吸取所述晶片组件上蓝膜被顶起的芯片，并绕X轴旋转180°，改变芯片方向后分别交接给两个所述拾取机构，所述拾取机构沿X方向运动将芯片交接给两个所述运输机构，所述运输机构沿Y方向运动至两个所述键合机构下方；两个所述键合机构吸取芯片后沿X、Z方向运动至两个所述蘸胶机构处进行芯片表面的蘸胶，并在视觉单元处对于芯片的正确性进行确认；确认正确后将芯片带动到承载基材的所述工作台上的指定位置下压，进行芯片的键合；所述基材上料机构能够将基材运输至所述工作台指定位置，在基材上芯片贴装完成后从所述工作台运输至所述基材下料机构；本发明的倒装设备具有两个所述键合机构交替对芯片进行贴装，对芯片的拾取、运输、贴装分布在左右两侧，其中从蓝膜吸取芯片及向基材贴装芯片需左右两侧交替处于装载和拾取位置，以提高贴装效率，从蓝膜吸取芯片时，左侧所述翻转机构拾取芯片后绕X轴向上旋转180°，此时右侧所述翻转机构向下旋转进行对蓝膜上芯片的拾取，左右两个所述翻转机构交替在蓝膜上拾取芯片，向基材贴装芯片，左侧所述键合机构进行装贴时右侧所述键合机构对芯片进行从运输及后拾取芯片并进行蘸胶，待左侧芯片装贴完成后右侧芯片也完成蘸胶运动至规定位置进行键合，两个键合机构交替贴装，极大的提高贴装效率，从而解决了现有芯片倒装设备下层X轴负载很大，上层Y轴位于X轴的滑块上导致刚性相对差，从而无法实现高加速度运动，造成效率降低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的第一实施例的一种芯片倒装设备的结构示意图。

图2是本发明的第一实施例的一种芯片倒装设备的图1细节A局部放大图。

图3是本发明的第一实施例的一种芯片倒装设备的图1细节B局部放大图。

图4是本发明的第一实施例的一种芯片倒装设备的图1细节C局部放大图。

图5是本发明的第一实施例的一种芯片倒装设备的俯视图。

1-芯片供给机构、2-晶片台、3-翻转机构、4-拾取机构、5-运输机构、6-蘸胶机构、7-键合机构、8-相机、9-工作台、10-基材上料机构、11-基材下料机构、12-机架、13-第二视觉系统、14-驱动电机、15-移动座、16-镜头、17-旋转电机、18-主动轮、19-传输带、20-张紧轮、21-顶针机构、22-测量尺。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，在本发明中：规定沿机架12长边方向为X轴方向，沿机架12短边为Y方向，沿垂直机架12表面向上方向为Z轴方向。

第一实施例，请参阅图1~图5，图1是本发明的第一实施例的一种芯片倒装设备的结构示意图；图2是本发明的第一实施例的一种芯片倒装设备的图1细节A局部放大图；图3是本发明的第一实施例的一种芯片倒装设备的图1细节B局部放大图；图4是本发明的第一实施例的一种芯片倒装设备的图1细节C局部放大图；图5是本发明的第一实施例的一种芯片倒装设备的俯视图。

本发明提供一种芯片倒装设备及其方法：包括机架12、芯片供给机构1、晶片组件、两个翻转机构3、拾取机构4、两个运输机构5、两个键合机构7、两个蘸胶机构6、工作台9、基材上料机构10、基材下料机构11、视觉单元和多个测量尺22，所述视觉单元包括两个第一视觉系统和第二视觉系统13，所述第一视觉系统包括驱动电机14、移动座15、镜头16和相机8，所述晶片组件包括晶片台2、旋转电机17、主动轮18、传输带19、张紧轮20和顶针机构21。

在本实施方式中，所述芯片供给机构1滑动设置在所述机架12的侧面；所述晶片组件设置在所述机架12靠近所述芯片供给机构1的一侧；两个所述翻转机构3设置在所述晶片组件的上方；所述拾取机构4设置在两个所述翻转机构3的一侧；两个所述运输机构5垂直设置在所述拾取机构4的两侧；两个所述蘸胶机构6设置在两个所述运输机构5的末端；两个所述键合机构7滑动设置在所述机架12上；所述工作台9固定在所述机架12上；所述基材上料机构10设置在所述工作台9的一侧；所述基材下料机构11设置在所述工作台9远离所述基材上料机构10的一侧；所述视觉单元设置在所述机架12中；所述机架12用于整个芯片倒置贴装设备的结构支撑，所述芯片供给机构1用于提供蓝膜，蓝膜上附着有已切割完成待贴装的芯片，所述晶片组件位于所述芯片供给机构1右侧，用来搭载所述芯片供给机构1供给的蓝膜，两个所述翻转机构3位于所述晶片组件上侧，用于吸取所述晶片组件上蓝膜被顶起的芯片，并绕X轴旋转180°，改变芯片方向后分别交接给两个所述拾取机构4，所述拾取机构4沿X方向运动将芯片交接给两个所述运输机构5，所述运输机构5沿Y方向运动至两个所述键合机构7下方；两个所述键合机构7吸取芯片后沿X、Z方向运动至两个所述蘸胶机构6处进行芯片表面的蘸胶，并在视觉单元处对于芯片的正确性进行确认；确认正确后将芯片带动到承载基材的所述工作台9上的指定位置下压，进行芯片的键合；所述基材上料机构10能够将基材运输至所述工作台9指定位置，在基材上芯片贴装完成后从所述工作台9运输至所述基材下料机构11；本发明的倒装设备具有两个所述键合机构7交替对芯片进行贴装，对芯片的拾取、运输、贴装分布在左右两侧，其中从蓝膜吸取芯片及向基材贴装芯片需左右两侧交替处于装载和拾取位置，以提高贴装效率，从蓝膜吸取芯片时，左侧所述翻转机构3拾取芯片后绕X轴向上旋转180°，此时右侧所述翻转机构3向下旋转进行对蓝膜上芯片的拾取，左右两个所述翻转机构3交替在蓝膜上拾取芯片，向基材贴装芯片，左侧所述键合机构7进行装贴时右侧所述键合机构7对芯片进行从运输及后拾取芯片并进行蘸胶，待左侧芯片装贴完成后右侧芯片也完成蘸胶运动至规定位置进行键合，两个键合机构7交替贴装，极大的提高贴装效率，从而解决了现有芯片倒装设备下层X轴负载很大，上层Y轴位于X轴的滑块上导致刚性相对差，从而无法实现高加速度运动，造成效率降低的问题。

其中，两个所述第一视觉系统设置在两个所述蘸胶机构6的一侧；所述第二视觉系统13设置在所述机架12中；所述第一视觉系统用于确认芯片蘸胶情况，所述第二视觉系统13具有多个检测各不同机构之间交接情况的摄像头，用于检测贴装工艺中芯片定位、质量检查、标识点等。

其次，所述驱动电机14设置在所述机架12上；所述移动座15设置在所述驱动电机14的输出端；所述镜头16固定在所述移动座15上；所述相机8固定在所述镜头16的下方；所述驱动电机14用于带动所述移动座15移动，进而带动所述相机8移动，便于多位置拍摄芯片，观察其蘸胶情况，所述镜头16用于保护所述相机8，避免蘸胶意外掉落时损坏相机8。

再次，所述晶片台2转动设置在所述机架12上；所述旋转电机17固定在所述机架12上；所述主动轮18固定在所述旋转电机17的输出端上；所述张紧轮20设置在所述机架12上；所述传输带19和所述晶片台2契合，并和所述主动轮18契合；所述旋转电机17驱动所述主动轮18转动，并在所述张紧轮20和所述传输带19的作用下带动所述晶片台2转动。

然后，所述顶针机构21设置在所述晶片台2中；所述顶针机构21用于顶起晶片台2蓝膜的芯片，使得芯片脱离蓝膜。

最后，多个所述测量尺22分别设置在所述基材上料机构10和所述基材下料机构11中；所述测量尺22用于测量芯片具体长度。

在使用过程中，所述机架12用于整个芯片倒置贴装设备的结构支撑，所述芯片供给机构1用于提供蓝膜，蓝膜上附着有已切割完成待贴装的芯片，所述晶片组件位于所述芯片供给机构1右侧，用来搭载所述芯片供给机构1供给的蓝膜，两个所述翻转机构3位于所述晶片组件上侧，用于吸取所述晶片组件上蓝膜被顶起的芯片，并绕X轴旋转180°，改变芯片方向后分别交接给两个所述拾取机构4，所述拾取机构4沿X方向运动将芯片交接给两个所述运输机构5，所述运输机构5沿Y方向运动至两个所述键合机构7下方；两个所述键合机构7吸取芯片后沿X、Z方向运动至两个所述蘸胶机构6处进行芯片表面的蘸胶，并在视觉单元处对于芯片的正确性进行确认；确认正确后将芯片带动到承载基材的所述工作台9上的指定位置下压，进行芯片的键合；所述基材上料机构10能够将基材运输至所述工作台9指定位置，在基材上芯片贴装完成后从所述工作台9运输至所述基材下料机构11；本发明的倒装设备具有两个所述键合机构7交替对芯片进行贴装，对芯片的拾取、运输、贴装分布在左右两侧，其中从蓝膜吸取芯片及向基材贴装芯片需左右两侧交替处于装载和拾取位置，以提高贴装效率，从蓝膜吸取芯片时，左侧所述翻转机构3拾取芯片后绕X轴向上旋转180°，此时右侧所述翻转机构3向下旋转进行对蓝膜上芯片的拾取，左右两个所述翻转机构3交替在蓝膜上拾取芯片，向基材贴装芯片，左侧所述键合机构7进行装贴时右侧所述键合机构7对芯片进行从运输及后拾取芯片并进行蘸胶，待左侧芯片装贴完成后右侧芯片也完成蘸胶运动至规定位置进行键合，两个键合机构7交替贴装，极大的提高贴装效率；本发明提供的设备使用范围广，可作业超大尺寸芯片，支持0.5mm-70mm尺寸芯片的高精度高效率装贴，贴片精度可达±5μm，效率可达10K以上，并可以根据芯片尺寸提前预设双相机8的位置，在作业过程中不需要移动识别双角，从而实现大芯片的高效率作业，所述晶片台2的芯片搬运至所述工作台9的基板的过程中，除了实现倒装的翻转系统外，增加了拾取模块和传输模块，所述键合机构7从传输模块上拾取芯片，以最短行程同一位置重复贴装，芯片的步距运动靠工作台9补偿，实现最大程度的高产率作业，从而解决了现有芯片倒装设备下层X轴负载很大，上层Y轴位于X轴的滑块上导致刚性相对差，从而无法实现高加速度运动，造成效率降低的问题。

第二实施例，在第一实施例的基础上，本发明的一种芯片倒装方法，应用于所述的一种芯片倒装设备，包括：拉料手从芯片供给机构1抓取晶圆放置在晶片台2；翻转机构3交替在蓝膜上拾取芯片；顶针机构21顶起翻转机构3下方芯片；翻转机构3吸取芯片并向上翻转180°；拾取机构4吸取芯片沿-X方向移动交接给运输机构5；运输机构5沿+Y方向运输至键合机构7的下方；键合机构7吸取芯片沿+X方向运动至蘸胶机构6处进行蘸胶；蘸胶完成后键合机构7移动至第一视觉系统上方进行识别；键合机构7移动至工作台9指定位置下压进行芯片贴装；键合机构7在工作台9上交替贴装；贴装完成及基材经基材下料机构11运输出工作台9，本发明提供的设备包括左右两套所述翻转机构3、运输机构5、键合机构7和蘸胶机构6，能够实现交替对芯片进行贴装，交替时，左右侧间隔一定时间，步骤均相同。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种芯片倒装设备，其特征在于，

包括机架、芯片供给机构、晶片组件、两个翻转机构、拾取机构、两个运输机构、两个键合机构、两个蘸胶机构、工作台、基材上料机构、基材下料机构和视觉单元，所述芯片供给机构滑动设置在所述机架的侧面；所述晶片组件设置在所述机架靠近所述芯片供给机构的一侧；两个所述翻转机构设置在所述晶片组件的上方；所述拾取机构设置在两个所述翻转机构的一侧；两个所述运输机构垂直设置在所述拾取机构的两侧；两个所述蘸胶机构设置在两个所述运输机构的末端；两个所述键合机构滑动设置在所述机架上；所述工作台固定在所述机架上；所述基材上料机构设置在所述工作台的一侧；所述基材下料机构设置在所述工作台远离所述基材上料机构的一侧；所述视觉单元设置在所述机架中；

所述视觉单元包括两个第一视觉系统和第二视觉系统，两个所述第一视觉系统设置在两个所述蘸胶机构的一侧；所述第二视觉系统设置在所述机架中；

所述第一视觉系统包括驱动电机、移动座、镜头和相机，所述驱动电机设置在所述机架上；所述移动座设置在所述驱动电机的输出端；所述镜头固定在所述移动座上；所述相机固定在所述镜头的下方；

所述第二视觉系统具有多个检测各不同机构之间交接情况的摄像头，用于检测贴装工艺中芯片定位、质量检查和标识点。

2.如权利要求1所述的一种芯片倒装设备，其特征在于，

所述晶片组件包括晶片台、旋转电机、主动轮、传输带和张紧轮，所述晶片台转动设置在所述机架上；所述旋转电机固定在所述机架上；所述主动轮固定在所述旋转电机的输出端上；所述张紧轮设置在所述机架上；所述传输带和所述晶片台契合，并和所述主动轮契合。

3.如权利要求2所述的一种芯片倒装设备，其特征在于，

所述晶片组件还包括顶针机构，所述顶针机构设置在所述晶片台中。

4.如权利要求3所述的一种芯片倒装设备，其特征在于，

所述一种芯片倒装设备还包括多个测量尺，多个所述测量尺分别设置在所述基材上料机构和所述基材下料机构中。

5.一种芯片倒装方法，应用于如权利要求1～4任一项所述的一种芯片倒装设备，其特征在于，

包括：拉料手从芯片供给机构抓取晶圆放置在晶片台；

翻转机构交替在蓝膜上拾取芯片；

顶针机构顶起翻转机构下方芯片；

翻转机构吸取芯片并向上翻转180°；

拾取机构吸取芯片沿-X方向移动交接给运输机构；

运输机构沿+Y方向运输至键合机构的下方；

键合机构吸取芯片沿+X方向运动至蘸胶机构处进行蘸胶；

蘸胶完成后键合机构移动至第一视觉系统上方进行识别；

键合机构移动至工作台指定位置下压进行芯片贴装；

键合机构在工作台上交替贴装；

贴装完成及基材经基材下料机构运输出工作台；

左右两套翻转机构、运输机构、键合机构和蘸胶机构，实现交替对芯片进行贴装，交替时，左右侧间隔一定时间，步骤均相同。