CN211045387U - 一种高精度Fan-out键合机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及芯片封装技术领域，本实用新型的技术方案为：一种高精度Fan‑out键合机，包括上机架底座，上机架底座上具有四个功能区域，最下层为晶圆物料传输区域，中层为芯片物料传输区域，上层为芯片键合区域，右侧为基板物料传输区域。采用本实用新型所述的键合机整机布局方案能够完美地适应FO和FC等先进封装工艺所涉及的各种工艺需求，同时能以较低成本实现高精度高产率的性能指标。结构紧凑，整机外形尺寸比同类设备小，节省了用户洁净房使用面积。在不降低产率的条件下，能够实现对完成键合的芯片做位置检测和周期性温度漂移补偿，为整机设备的稳定性与可靠性提供保障。

Description

一种高精度Fan-out键合机

技术领域

本实用新型涉及芯片封装技术领域，尤其涉及到一种高精度Fan-out 键合机。

背景技术

芯片键合机是一类将芯片从蓝膜上剥离拾取，经过传递，翻转，沾胶和检测等一系列运动过程，将芯片按照一定的精度要求贴合到载板上的设备。其中的各个模块之间的动作流程和配合方式，即整机的布局会直接影响到设备最终的产能，精度和物料传递的可靠性。

近年来，先进封装工艺在芯片封装市场中发展迅速，相对于传统封装工艺的市场占比也逐年升高。作为实现先进封装工艺的核心技术：先进封装设备也因此有着广阔的市场前景。

典型的先进封装工艺有Flip-Chip工艺和Fan-Out工艺。FC工艺发展至今，最先进的是C2工艺和TCB工艺。C2工艺的芯片背面球栅阵列间距为 60微米，键合精度要求误差小于6微米，产率要求达到10+kUPH。TCB工艺要求在线完成焊接过程，芯片的引脚间距小于40微米，要求设备的贴合精度达到3微米，需求的键合力最高达到250N，产率通常要求1500UPH。FO 工艺通过再布线层技术(ReDistribution Layer)实现了高密度的芯片内部电路互连，使得一次封装中嵌入多个无源组件，从而降低芯片整体成本。 FO工艺可分成RDLfirst/RDL last/face-up/face-down等不同工艺方式的组合。这些工艺方式都需要将芯片从进料的晶圆上取下，贴合在一个临时的载体(晶圆或者面板)上。由于临时的载体上没有局部定位标记，所以FO工艺区别于FC工艺，需求载体工作范围内的整体定位精度，而且更高密度的电气连接和更小的电气连接间距，使得定位精度要求达到了 3um。FO工艺设备在满足高贴合精度的同时，也要达到高输出产率要求 (10+kUPH)。

针对以上背景情况，诸如ASM、BESI和KNS等主流半导体设备供应商均推出各种类型高精度键合机以满足先进封装工艺的对芯片贴合精度和产率的要求。

在固晶设备中，键合头的主要作用是从已经准备好的缓存台上拾取芯片，然后经过视觉定位和检测之后，移动到载板处进行键合。于是键合头相对于载板便有了一个XY的运动。目前实现这样的XY运动有两种布局：第一种为动龙门方案；第二种为定龙门方案。

动龙门法是将键合头置于龙门运动台上，利用龙门运动台的XY运动带动键合头实现XY运动。这种方式使得载板在整个过程中静止不动。采用这种布局方法的典型半导体封装设备是BESI的8800FC该设备采用左右镜像双龙门结构，各自带着一个键合头，能够拾取芯片在XY平面内运动。每个动龙门结构均设置了键合上视相机和下视相机，可以兼容Face-up和 Face-down键合工艺。定龙门法是将XY两个方向的运动分配给键合头运动台和载板的运动台。采用这种布局方法的实例有K&S的APAMA设备。该设备也是左右双龙门和双头结构布局，每边都有一个定龙门结构带着键合头走Y方向运动，一个基板运动台带着基板走X方向运动，一个双光路键合相机实现双面视觉对准。

传统的动龙门和定龙门布局结构已经在外国品牌设备的键合模块中广泛采用。动龙门的布局的键合模块是实现大行程高精度键合头XY运动的首选方案。要实现这种布局，需要龙门运动驱控算法，控制底层的X轴跨度两端的电机协同出力，带动X轴负载快速平稳地运动。这种布局方案的缺点有：龙门运动控制算法、发热产生机械模块畸变的补偿算法、运动台的多维度Table Mapping等算法复杂性，导致这种能实现高精度的动龙门结构的开发难度和成本非常高。以及动龙门结构的底层X轴必然负载巨大，无法实现高加速度运动，造成产率的下降。

定龙门布局方案，采用上下两轴独立运动，完成载板上XY工作平面内的贴合。这种布局方式定龙门运动台带着芯片只能沿着Y轴运动，因此芯片的键合与键合之前所需的工艺流程(换手拾取、沾胶、定位)必须设置在一条直线上，芯片在载板上沿着一列依次贴合。每完成一列，载板的X 运动台切换新的一列继续工作。这种布局方案由于键合头运动台的行程必然很长，会成为高产率的瓶颈，而提升键合头运动台的产率有两种常用的方法：一是直接提升这个运动台的加速度，但是这样会由于电机反作用力产生振动影响定位精度和整定时间。二是增加键合头数目，使得一个周期可键合多个芯片，但是这个方法会提高键合运动台的负载，使得Y轴运动速度下降，同时会使得键合模块的测教标定工作流程复杂化，以及增加了吸头等工具物料的数量导致客户的管理成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高精度Fan-out键合机。

本实用新型的上述技术目的是用过以下技术方案实现的：

一种高精度Fan-out键合机，包括上机架底座，上机架底座上具有四个功能区域，最下层为晶圆物料传输区域，中层为芯片物料传输区域，上层为芯片键合区域，右侧为基板物料传输区域；

所述晶圆物料传输区域包括用于将晶圆运输至晶圆载台的晶圆载入出模组，所述晶圆载台下设有顶针模组；

所述芯片物料传输区域包括芯片拾取相机、左右双头芯片拾取头、左右双台芯片中继台和左右双翻转头模块，芯片中继台可在Z轴方向上进行移动，芯片拾取头将芯片拾取并转移至翻转头模块处，翻转头模块可对芯片进行翻转并且转移至芯片中继台上；

所述芯片键合区域包括左右双台键合运动台，所述键合运动台处设有键合相机和键合头，所述键合运动台带动所述键合相机和键合头进行Y轴方向的运动，芯片的行径路径上自芯片中继台之后还依次设有刮胶台和键合上视相机，键合头吸取位于芯片中继台处的芯片经过刮胶台进行粘胶，再经过键合上视相机进行视觉定位，然后键合头将芯片贴合至基板运动台的晶圆基板上。

本实用新型的进一步设置为：所述上机架底座与下机架刚性联结，所述下机架的支撑脚处安装高阻尼可调平减振地脚。

本实用新型的进一步设置为：所述上机架底座的外侧设置有晶圆盒升降台，所述晶圆盒升降台上设有晶圆盒，所述晶圆盒上放置有晶圆，所述上机架底座的上端左侧设有晶圆轨道，所述晶圆自晶圆轨道向右侧移动并通过晶圆载入出模组运输至晶圆载台处；所述顶针模组用于将晶圆上的芯片依次剥离顶出。

本实用新型的进一步设置为：所述芯片拾取相机位于左右两个芯片拾取头之间，所述芯片拾取相机用于对芯片拾取头的拾取工作进行定位。

本实用新型的进一步设置为：所述基板运动台具有两个，两个基板运动台均可在X轴方向进行移动，两个基板运动台均位于所述晶圆载台后侧；所述键合运动台为龙门Y轴滑台模组，所述基板运动台在所述键合运动台下方进行移动；所述键合相机位于所述键合头的后侧，所述键合头可在Z 轴方向进行移动。

本实用新型的进一步设置为：所述基板物料传输区域位于所述上机架底座的右侧，所述基板物料传输区域包括基板加载模块、晶圆搬运机械手以及纠偏台，所述晶圆搬运机械手将基板加载模块处的基板晶圆搬运转移至基板运动台上。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

采用本实用新型所述的键合机整机布局方案能够完美地适应FO和FC 等先进封装工艺所涉及的各种工艺需求，同时能以较低成本实现高精度高产率的性能指标。结构紧凑，整机外形尺寸比同类设备小，节省了用户洁净房使用面积。在不降低产率的条件下，能够实现对完成键合的芯片做位置检测和周期性温度漂移补偿，为整机设备的稳定性与可靠性提供保障。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的主视图。

图3是芯片物料传输区域和芯片键合区域的结构示意图。

图4是基板物料传输区域结构示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

其中：10-上机架底座；101-下机架；102-地脚；103-晶圆载台；104- 晶圆载入出模组；105-顶针模组；106-晶圆盒升降台；107-晶圆轨道；108- 芯片拾取相机；109-芯片拾取头；110-芯片中继台；111-翻转头模块；112- 键合运动台；113-键合相机；114-键合头；115-刮胶台；116-键合上视相机；117-基板运动台；118-基板加载模块；119-晶圆搬运机械手；120-纠偏台。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本实用新型。

如图1至图4所示，本实用新型提出的一种高精度Fan-out键合机，包括上机架底座10，上机架底座10上具有四个功能区域，最下层为晶圆物料传输区域，中层为芯片物料传输区域，上层为芯片键合区域，右侧为基板物料传输区域；

所述晶圆物料传输区域包括用于将晶圆运输至晶圆载台103的晶圆载入出模组104，所述晶圆载台103下设有顶针模组105；

所述芯片物料传输区域包括芯片拾取相机108、左右双头芯片拾取头 109、左右双台芯片中继台110和左右双翻转头模块111，芯片中继台110 可在Z轴方向上进行移动，芯片拾取头109将芯片拾取并转移至翻转头模块111处，翻转头模块111可对芯片进行翻转并且转移至芯片中继台110 上；

所述芯片键合区域包括左右双台键合运动台112，所述键合运动台112 处设有键合相机113和键合头114，所述键合运动台112带动所述键合相机113和键合头114进行Y轴方向的运动，芯片的行径路径上自芯片中继台 110之后还依次设有刮胶台115和键合上视相机116，键合头114吸取位于芯片中继台110处的芯片经过刮胶台115进行粘胶，再经过键合上视相机 116进行视觉定位，然后键合头114将芯片贴合至基板运动台117的晶圆基板上。

所述上机架底座10与下机架101刚性联结，所述下机架101的支撑脚处安装高阻尼可调平减振地脚102。

上述技术方案中，所述下机架101采用钢板焊接结构，在最大程度压缩高度空间的同时，保证了自身的强度和刚性；微振动是影像半导体设备精度及其稳定性的重要因素，在支撑脚处安装高阻尼可调平减振地脚可以提高设备的精度和稳定性。

所述上机架底座10的外侧设置有晶圆盒升降台106，所述晶圆盒升降台106上设有晶圆盒，所述晶圆盒上放置有晶圆，所述上机架底座10的上端左侧设有晶圆轨道107，所述晶圆自晶圆轨道107向右侧移动并通过晶圆载入出模组104运输至晶圆载台103处；所述顶针模组105用于将晶圆上的芯片依次剥离顶出。

上述技术方案中，晶圆从晶圆盒传输到晶圆载台上，然后顶针模组105 将晶圆上的芯片依次剥离顶出，向芯片物料传输区域供应芯片物料，最好将取完芯片的蓝膜环退回到晶圆盒中。

本实用新型的进一步设置为：所述芯片拾取相机108位于左右两个芯片拾取头109之间，所述芯片拾取相机108用于对芯片拾取头109的拾取工作进行定位；所述基板运动台117具有两个，两个基板运动台117均可在X轴方向进行移动，两个基板运动台117均位于所述晶圆载台103后侧；所述键合运动台112为龙门Y轴滑台模组，所述基板运动台117在所述键合运动台112下方进行移动；所述键合相机113位于所述键合头114的后侧，所述键合头114可在Z轴方向进行移动。

上述技术方案中，将芯片物料拾取并传输到左右两个翻转头模块111 上，连接了底层晶圆物料传输区域和顶层的芯片键合区域，实现了对两边的芯片键合区域的物料供应，并且可以在线切换是否使用翻转头，满足了翻面与不翻面的工艺快速和方便地切换需求；芯片键合区域包括了双台键合运动台，双头键合头，双台基板运动台，键合相机，双键合上视相机，双刮胶台，这个功能区域的作用是键合头吸取芯片，完成沾胶，视觉定位工艺动作后贴合到晶圆基板上，左右镜像双台键合运动台实现了高产率，同时定龙门结构的X轴和Y轴独立，简化了运动台的Table Mapping算法。为了实现芯片的高速传输，键合运动台Y轴采用了浮动定子结构，使得加速时推力的反力不直接作用在运动系统的底座上，减小了振动扰动，从而提升了键合运动台的加速度和速度。因此显著提高了整机设备的产率，达到了12kUPH的水平。

所述基板物料传输区域位于所述上机架底座10的右侧，所述基板物料传输区域包括基板加载模块118、晶圆搬运机械手119以及纠偏台120，所述晶圆搬运机械手119将基板加载模块118处的基板晶圆搬运转移至基板运动台117上。

上述技术方案中，这个功能区域的作用是给芯片键合区域供应基板晶圆物料，并且回收完成键合工艺的基板晶圆物料。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种高精度Fan-out键合机，包括上机架底座(10)，其特征在于：上机架底座(10)上具有四个功能区域，最下层为晶圆物料传输区域，中层为芯片物料传输区域，上层为芯片键合区域，右侧为基板物料传输区域；

所述晶圆物料传输区域包括用于将晶圆运输至晶圆载台(103)的晶圆载入出模组(104)，所述晶圆载台(103)下设有顶针模组(105)；

所述芯片物料传输区域包括芯片拾取相机(108)、左右双头芯片拾取头(109)、左右双台芯片中继台(110)和左右双翻转头模块(111)，芯片中继台(110)可在Z轴方向上进行移动，芯片拾取头(109)将芯片拾取并转移至翻转头模块(111)处，翻转头模块(111)可对芯片进行翻转并且转移至芯片中继台(110)上；

所述芯片键合区域包括左右双台键合运动台(112)，所述键合运动台(112)处设有键合相机(113)和键合头(114)，所述键合运动台(112)带动所述键合相机(113)和键合头(114)进行Y轴方向的运动，芯片的行径路径上自芯片中继台(110)之后还依次设有刮胶台(115)和键合上视相机(116)，键合头(114)吸取位于芯片中继台(110)处的芯片经过刮胶台(115)进行粘胶，再经过键合上视相机(116)进行视觉定位，然后键合头(114)将芯片贴合至基板运动台(117)的晶圆基板上。

2.根据权利要求1所述的一种高精度Fan-out键合机，其特征在于：所述上机架底座(10)与下机架(101)刚性联结，所述下机架(101)的支撑脚处安装高阻尼可调平减振地脚(102)。

3.根据权利要求1所述的一种高精度Fan-out键合机，其特征在于：所述上机架底座(10)的外侧设置有晶圆盒升降台(106)，所述晶圆盒升降台(106)上设有晶圆盒，所述晶圆盒上放置有晶圆，所述上机架底座(10) 的上端左侧设有晶圆轨道(107)，所述晶圆自晶圆轨道(107)向右侧移动并通过晶圆载入出模组(104)运输至晶圆载台(103)处；所述顶针模组(105)用于将晶圆上的芯片依次剥离顶出。

4.根据权利要求1所述的一种高精度Fan-out键合机，其特征在于：所述芯片拾取相机(108)位于左右两个芯片拾取头(109)之间，所述芯片拾取相机(108)用于对芯片拾取头(109)的拾取工作进行定位。

5.根据权利要求1所述的一种高精度Fan-out键合机，其特征在于：所述基板运动台(117)具有两个，两个基板运动台(117)均可在X轴方向进行移动，两个基板运动台(117)均位于所述晶圆载台(103)后侧；所述键合运动台(112)为龙门Y轴滑台模组，所述基板运动台(117)在所述键合运动台(112)下方进行移动；所述键合相机(113)位于所述键合头(114)的后侧，所述键合头(114)可在Z轴方向进行移动。

6.根据权利要求1所述的一种高精度Fan-out键合机，其特征在于：所述基板物料传输区域位于所述上机架底座(10)的右侧，所述基板物料传输区域包括基板加载模块(118)、晶圆搬运机械手(119)以及纠偏台(120)，所述晶圆搬运机械手(119)将基板加载模块(118)处的基板晶圆搬运转移至基板运动台(117)上。

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