CN1439169A - 晶片粘接时用于经加热基板的机械夹持器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种装置，其中一个基板被机械性地夹持在芯片键合器的加热块上，以将加热过的基板在芯片键合过程前和过程中向下固定，因此避免基板的扭曲。实施例包含一个夹持器包括多个有弹簧的滚轮用来将基板在基板加热和芯片键合时将相对的外缘向下推到加热块上。该夹持器通过将基板平坦地推到加热块上来极小化基板的扭曲，并且让基板移动进入和离开芯片键合区域。

Description

晶片粘接时用于经加热基板的机械夹持器
技术领域
本发明涉及一种在半导体晶片粘接过程中夹持基板的设备。本发明对于薄叠层基板的芯片键合半导体元件有特别的应用性。
背景技术
一些传统的半导体元件细间距焊球网格阵列(FBGA)封装方式需要一个由嵌有金线的有机树脂，例如双马来酰亚胺三嗪(bismaleamidetriazine)(BT树脂)，所组成的非常平坦、坚固、多层薄层的基板。裸露的半导体元件，即是「晶粒」，在所谓「芯片键合」的过程中利用环氧树脂黏在基板上，例如在一个层叠晶粒的形式。电线在接线操作的过程中连接晶粒和基板，接着晶粒就被封包起来，例如用灌模的方式。焊球因此黏接到基板下面的接线垫，接着封装起来的元件就单独化、测试及上记号。
在芯片键合操作的过程中，先夹起一个晶粒，通常是用一个自动化的拣起及放置芯片键合夹头，接着用相对很小量的压力(例如：大约150至200克(grams))放置在基板上准确的位置。芯片键合操作需要基板加热到大约摄氏100至175度。加热通常是通过在芯片键合机床台的加热块在芯片键合前和芯片键合时进行。
不过，通常由大约5mm宽和约190mm长的长条形成的基板在升高的芯片键合温度时会倾向扭曲，以致于无法准确地将晶粒定位在基板上。这样不准确地定位晶粒会导致良率下降并增加生产成本。传统的芯片键合机用真空将基板吸附在床台和加热块，不过基板通常会在扭曲时离开在床台的真空孔。如此一来，利用真空来将基板吸附住就无法有效地可靠避免基板扭曲。
目前需要一个芯片键合设备在没有基板扭曲的情况下来组装薄基板封装，并藉此降低生产成本并增加产能。
发明内容
本发明的优点是提供一个可避免基板在芯片键合的过程前和过程中扭曲的芯片键合设备。
本发明额外的优点和其它特点一部份会在接下来的描述中阐明，而对于那些本领域技术人员在检视下面的描述或是在实现本发明时可以清楚地呈现。本发明的优点可以从所附的专利范围的描述中了解并获得。
根据本发明，利用一个夹持器将一个相当平坦的基板夹持在制造机器的床台可达成部分前述的和其它的优点，夹持器包含一个夹持体、很多个用来接触基板相对的两个外侧和当基板夹持在床台时带动基板沿着床台轴向前进的滚轮、和很多个有弹性的指，每个指连接到夹持体和其中一个滚轮，用来将滚轮压制在基板上以避免基板扭曲。
对于本领域技术人员可以从下列详细的描述看出进一步的优点，这些详细的描述只显示和描述本发明的最佳实施例，只是展示意图实施本发明的最佳模式。未来将可看出本发明可以有其它的和不同的实施例，而且在不偏离本发明下可在不同明显的方向上进行修改一些细节。因此，附图和说明原本都只是视为说明，而不局限于此。
附图说明
所附的图标都标有参考符号，其中有相同参考数字标示的单元表示类似的单元，而其中
图1A是根据本发明的实施例的一个设备的俯视图；
图1B是根据本发明的实施例的一个设备的侧视图。
具体实施方式
传统用来芯片键合到相当薄的层基板，如有机的FBGA基板的方法会在基板在芯片键合的过程前和过程中加热时扭曲，这会导致不准确的晶粒定位，因而增加完工元件的成本和降低制造良率。本发明发现并解决这些因传统封装组合技术所带来的问题。
根据本发明的方法，一个基板被机械性地夹持在芯片键合机的加热块上来将加热过的基板在芯片键合操作过程前和过程中向下固定，因而避免基板的扭曲。在本发明的一个实施例中，提供一个由很多个装有弹簧的滚轮形成的夹持器，滚轮可以在基板加热和芯片键合时将基板的两个相对的外侧推到加热块上。夹持器通过将基板平坦地推到加热块上来极小化基板的扭曲，而且让基板移动进出芯片键合的区域。
在图1A至1B显示一个根据本发明的实施例的芯片键合设备。芯片键合设备100包括一个用来支撑基板S，例如用于FBGA封装的包含有机树脂(如BT树脂)的薄层基板的床台105。基板S包括一个用来芯片键合的位置阵列，如图1A中以交错线表示的位置。床台105包括一个传统的加热块110，例如一个电阻加热器，用来以传导的方式将基板S加热到芯片键合的温度，例如从大约摄氏100度到大约摄氏175度。基板S用传统定位机构(未在图中示出)的定位夹持器155以箭头A的方向沿着床台轴向移动，从预先加热的床台输入部分105a，到半导体元件(未在图中示出)用芯片键合夹头黏接导线的芯片键合部分105b，再到半导体元件被黏住的输出部分105c。
芯片键合机100也包括一个用来将基板S夹持在床台105上以避免基板S被加热块110加热而扭曲的夹持器115。夹持器115包括一个夹持本体，如图1A和1B所示的两个分支120、125在基板S的上方延伸过基板S的宽度，而且一般包括金属如钢。分支120、125均固定地附着在床台105上，例如用螺栓B1。有弹性的指130、135，例如弹簧钢长条，通过螺栓B2连接在分支120、125。滚轮140，例如球承载滚轮，通过固定块145和螺栓B3连接在指130、135的尾端。当指130、135将滚轮140压靠在基板S上以避免基板S的扭曲时，滚轮140靠着基板S的边缘而且让基板S用定位夹150沿着床台的轴向移动。紧接着床台105输入部分105a的分支120载着两个滚轮140。紧接着床台105输出部分105c的分支较佳地载着四个滚轮140，以确定基板S在半导体元件黏接到上面后不会翘曲而接触到分支125。换句话说，分支125上的四个滚轮140在黏接好的半导体元件和夹持本体的分支125间维持一个间隙。
芯片键合机100也可以包括一个由床台105里的真空管线160和真空泵165组成的传统真空系统。夹持器115让基板S在加热块110上保持平坦不会扭曲，因此使得真空系统可以稳固地将基板S在芯片键合时固定在位置上。
本发明让半导体晶粒准确地放置在基板S上以进行芯片键合。准确的晶粒定位对层叠晶粒封装结构的组合有特别的好处，也就是一个较低的晶粒黏接在基板S上而一个较高的晶粒黏接在较低的晶粒上，接着导线就从晶粒上连接到基板。在之前的技术方法中，因为晶粒相对于基板不准确的定位，在其上表面相对的两边有接线垫的较高晶粒和较低的晶粒必须转向90度来叠起来。如此一来，导线必须连接在层叠晶粒的四边。因为基板里的导线必须要绕路以免彼此接触，所以就需要一个有四层导线的基板。本发明中准确的晶粒定位使得两个晶粒在彼此上端层叠时可以朝向同一方向，使得只需要在层叠晶粒的两边进行导线连接，而且可以使用较简单、较不昂贵的两层导线的基板。
本发明可以应用在生产不同形式需要避免加热基板导致扭曲的半导体封装。
本发明可以使用传统的材料、方法以及设备实行。因此，这些材料、设备和方法的细节并未在此详述。在之前的描述中，有提到很多特别的细节，例如特定的材料、结构、化学品、工艺等等，目的在提供对本发明深入的了解。不过，请了解实行本发明并不需要求助于特别提出的细节。在其它的例子里，众所皆知的制造结构并未详细描述，以免不必要地模糊本发明。
在本文中只有展示和描述本发明较佳的实施例以及很少可变通的例子。应了解本发明可以在其它不同的组合和环境下使用，以及以在此所阐明的发明观念的范围里做改变或变动。

Claims (19)

1.一种将相当平坦的基板夹持在加工机器的床台上的夹持器.该夹持器包括：
夹持器本体；
多个滚轮，用来接触着基板相对的两个外缘以及让基板夹持在该床台上时沿着床台长轴移动；以及
多个有弹性的指，每个指附着在夹持器本体和其中一个滚轮上，用来将滚轮压靠在基板上以避免基板的扭曲。
2.如权利要求1所述的夹持器，其中该床台包括加热器以加热基板，以及该指用来将滚轮压靠在基板上以避免基板在加热时扭曲。
3.如权利要求2所述的夹持器，其中该基板包括一种有机材料，而且该加热器是用来将基板加热到大约摄氏100度到大约摄氏175度。
4.如权利要求1所述的夹持器，其中该滚轮包括球形轴承。
5.如权利要求1所述的夹持器，其中该指由弹簧钢构成。
6.如权利要求1所述的夹持器，其中该夹持器本体包括多个分支，而且至少有两个指连接到各分支。
7.如权利要求6所述的夹持器，其中该夹持器本体是固定附着在该床台上，而且分支在基板的上方延伸过该基板的宽度。
8.如权利要求7所述的夹持器，其中该多个滚轮包括六个滚轮：以及其中两个滚轮是附着在该分支的其中第一支分支上，而四个滚轮是附着在第二支分支上。
9.如权利要求8所述的夹持器，其中该基板是从床台的输入部分移动到床台的输出部分，该第一支分支接近输入部分，而第二支分支靠近输出部分。
10.一种用来将半导体元件芯片键合在一个相当平坦的基板上的装置，该装置包括：
支撑该基板的床台；
在该床台上用来加热该基板的加热块；以及
将该基板夹持在该床台上以避免该基板被加热块加热时扭曲的夹持器。
11.如权利要求10所述的夹持器，其中该基板包括一种有机材料，以及该加热器是用来将基板加热到大约摄氏100度到大约摄氏175度。
12.如权利要求10所述的夹持器，进一步包括一个用来将该基板固定在该床台上的真空系统。
13.如权利要求10所述的夹持器，其中该夹持器包括：
一个夹持器本体；
多个滚轮，用来接触着基板相对的两个外缘以及让基板夹持在床台上时沿着床台长轴移动；以及
多个有弹性的指，每个指附着在夹持器本体和其中一个滚轮上，用来将滚轮压靠在该基板上以避免基板的扭曲。
14.如权利要求13所述的装置，其中该滚轮包括球状轴承。
15.如权利要求13所述的装置，其中该指由弹簧钢构成。
16.如权利要求13所述的装置，其中该夹持器本体包括多个分支，而且该等分支在基板的上方延伸过该基板的宽度。
17.如权利要求16所述的装置，其中每个分支至少连接着两个滚轮。
18.如权利要求16所述的装置，其中该床台包括输入部分、芯片键合部分和输出部分，该装置进一步包括在芯片键合部分用来将半导体元件黏接在基板上的芯片键合夹头；
其中该基板是从床台输入部分移动到床台芯片键合部分以黏接半导体元件，然后该基板在半导体元件已经黏接在基板上后从芯片键合部分移动到该床台的输出部分；
其中该夹持器本体的第一支分支是靠近输入部分，而该夹持器本体的第二支分支是靠近输出部分；以及
其中有多个滚轮的一部分附着在该夹持器本体的第二支分支上以在半导体元件和夹持器本体间维持一个间隙。
19.如权利要求18所述的装置，其中该两个滚轮是附着在分支的第一支上，而四个滚轮是附着在第二支分支上。
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