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Die
Erfindung betrifft einen Mehrfach-Bondkopf für das Abnehmen von Chips von
einem Chipträger
und Bonden der Chips auf ein Substrat, wobei der Bondkopf mindestens
zwei getrennt voneinander in vertikaler Richtung bewegbare Saugeinheiten
aufweist, die jeweils endseitig eine Saugdüse zum Ansaugen der Chips aufweisen.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Chipbonden unter
Verwendung eines derartigen Mehrfach-Bondkopfs.
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Auf
dem Gebiet des Chipbondens ist es bekannt, Montagevorrichtungen
mit Bondköpfen
zu verwenden, die eine oder mehrere Saugdüsen aufweisen, um elektronische
Chips von einem Chipträger, beispielsweise
einer Klebefolie, abzunehmen, zu einem Substrat zu transportieren
und dort auf das Substrat abzusetzen, um die Chips mit dem Substrat
zu verbinden.
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Um
hohe Durchsätze
zu erzielen, ist es erwünscht,
diesen Vorgang auf möglichst
schnelle Weise durchzuführen.
Bei Bondverfahren, bei denen jeder Chip einzeln vom Chipträger abgenommen
und mittels des Bondkopfs zum Substrat transportiert wird, wird
jedoch relativ viel Zeit für
den Transport der Chips vom Chipträger zum Substrat benötigt.
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Es
sind daher bereits Mehrfach-Bondköpfe, d. h. Bondköpfe mit
mehreren Saugdüsen,
entwickelt worden, so dass mehrere Chips gleichzeitig vom Chipträger abgenommen
und zum Substrat transportiert werden können.
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Bei
bekannten Mehrfach-Bondköpfen
besteht jedoch das Problem, dass sie nicht für sehr kleine Chips geeignet
sind, die eine Kantenlänge
von beispielsweise 1 mm oder weniger aufweisen und die in enger
Nachbarschaft auf dem Chipträger
angeordnet sind. Dies liegt insbesondere daran, dass die Schlittenelemente,
Führungen
und Aktoren zur Vertikalbewegung der Saugdüsen nicht beliebig verkleinerbar
sind. Ein besonderes Problem tritt dann auf, wenn Chips, die in
enger Nachbarschaft auf kreisrunden Waferscheiben liegen, vom Randbereich
der Waferscheiben abgenommen werden sollen. In diesem Fall ist bei
Mehrfach-Bondköpfen, bei
denen die Saugdüsen
relativ weit auseinander liegen, der Randbereich relativ groß, in dem
ein oder mehrere der außenliegenden
Saugdüsen
nicht mehr auf einen Chip aufgesetzt werden können, so dass nur mehr ein
Teil der Saugdüsen
des Mehrfach-Bondkopfes einen Chip aufnehmen und zum Substrat transportieren
kann, während
der andere Teil der Saugdüsen unbesetzt
bleibt. Hierdurch wird die Effizienz der Vorrichtung beeinträchtigt.
Diese Problematik ist in 10 dargestellt,
die in der Draufsicht ein Viertel eines Chipträgers 12 in der Form
einer Waferscheibe mit einer Vielzahl von sehr kleinen, eng nebeneinander
liegenden Chips 11 zeigt. Befinden sich die einzelnen Saugdüsen 7a', 7b', 7c', 7d' eines Mehrfach-Bondkopfes relativ
weit auseinander, so ist die problematische Randzone a relativ groß, in der
wenigstens eine Saugdüse,
im gezeigten Ausführungsbeispiel
die Saugdüse 7b', nicht mehr
auf einen Chip 11 aufgesetzt werden kann und diese Saugdüse 7b' somit beim
folgenden Bondvorgang leer mittransportiert wird. Hierdurch ergibt
sich eine große
Anzahl von vom Mehrfach-Bondkopf zurückzulegenden Transportwegen
mit unvollkommener Belegung der Saugdüsen, bis sämtliche Chips 11 der
Randzone a abgenommen worden sind. Bei einem Mehrfach-Bondkopf,
bei dem die einzelnen Saugdüsen 7a, 7b, 7c, 7d sehr
eng nebeneinander und im gleichen Abstand wie die nebeneinander
liegenden Chips 11 angeordnet wären, wäre dagegen die problematische
Randzone b wesentlich kleiner und die Anzahl der Transportwege,
die für
das vollständige
Abnehmen der Chips 11 aus der Randzone b erforderlich ist,
wesentlich geringer. Mit bekannten Mehrfach-Bondköpfen ist
dies jedoch nicht möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrfach-Bondkopf der eingangs
genannten Art sowie ein Bondverfahren zu schaffen, mit dem der Bondvorgang
auf möglichst
schnelle Weise durchgeführt
werden kann und der bzw. das auch für sehr kleine Chips geeignet
ist, die in enger Nachbarschaft auf dem Chipträger angeordnet sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Mehrfach-Bondkopf
mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruches 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Mehrfach-Bondkopf
sind die Saugdüsen
zumindest über einen
Teil ihrer Länge
derart schräg
zueinander angeordnet, dass sie sich in Richtung zu ihren freien Enden
hin annähern.
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Durch
die schräge
Anordnung oder Ausgestaltung der Saugdü sen ist es möglich, dass
nur die Spitzen der Saugdüsen
ganz eng beieinander liegen, so dass sie auch sehr kleine, eng beieinander
auf dem Chipträger
angeordnete Chips ansaugen können,
während
die oberen Enden der Saugdüsen
weiter auseinanderliegen, so dass die übrigen Teile der Saugeinheiten
größere Abmessungen
aufweisen können,
ohne dass sie sich gegenseitig behindern. Von besonderem Vorteil
ist weiterhin, dass durch den erfindungsgemäßen Mehrfach-Bondkopf die problematische
Randzone von Waferscheiben wesentlich verkleinert werden kann, in
der nicht mehr alle Saugdüsen
des Mehrfach-Bondkopfes auf Chips aufgesetzt und mit diesen belegt
werden können.
Die Anzahl der Transportwege zwischen dem Chipträger einerseits und dem Substrat
andererseits, bei denen nicht alle Saugdüsen des Mehrfach-Bondkopfes
mit Chips belegt sind, lässt
sich hierdurch wesentlich verringern, wodurch die Effizienz der
Vorrichtung entsprechend gesteigert wird.
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Die
Saugdüsen
können über ihre
gesamte Länge
oder zumindest über
den überwiegenden
Teil ihrer Länge
geradlinig schräg
zur Vertikalen verlaufen. Alternativ ist es jedoch ohne weiteres
möglich, die
Saugdüsen
gekröpft
oder abgewinkelt auszubilden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform sind
die Saugdüsen
an zueinander parallelen Schlittenelementen befestigt, die in vertikaler
Richtung bewegbar sind. Hierdurch lässt sich der Mehrfach-Bondkopf
auf besonders kompakte Weise herstellen.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform
weisen die Saugdüsen
schräg
angeordnete Längsachsen
auf und sind in Richtung ihrer Längsachsen
relativ zu den Schlitten elementen verstellbar. Hierdurch sind die
Abstände
der Saugdüsenspitzen
auf besonders einfache Weise auf unterschiedliche Abstände der
Chips auf dem Chipträger anpassbar.
Werden die Saugdüsen
in einer weiter zurückgezogenen
Position an den zugeordneten Schlittenelementen befestigt, vergrößert sich
der Abstand zwischen den einzelnen Saugdüsenspitzen, während sich
dieser Abstand verringert, wenn die Saugdüsen weiter aus den Schlittenelementen
herausragen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform sind
die Schlittenelemente eng benachbart zueinander angeordnet und in
Führungen
vertikal bewegbar, die sich seitlich außerhalb der Schlittenelemente
befinden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn vier Saugeinheiten
vorgesehen sind, die um eine vertikale Mittelachse herum angeordnet
sind, wobei die Saugdüsen
schräg
zur Mittelachse hin orientiert sind. Hierdurch lässt sich eine besonders kompakte
Bauform verwirklichen, die zum Aufnehmen von sehr kleinen, eng beieinander
auf einem Chipträger
angeordneten Chips geeignet ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform sind
die Schlittenelemente mittels am Bondkopf vorgesehener pneumatischer
Aktoren in vertikaler Richtung bewegbar, die über Ventile, die auf den Bondkopf
in unmittelbarer Nachbarschaft der Aktoren angeordnet sind, mit
einer pneumatischen Überdruck- und/oder
Unterdruckquelle in Verbindung stehen. In gleicher Weise können die
Saugdüsen über Ventile, die
auf dem Bondkopf in der Nähe
der Saugdüsen angeordnet
sind, mit einer pneumatischen Unterdruckquelle in Verbindung stehen.
Das Anbringen der Ventile auf dem Bondkopf in unmittelbarer Nachbarschaft
der Aktoren bzw. Saugdüsen führt zu kurzen
Leitungen zwischen den Ventilen einerseits und den Aktoren bzw.
Saugdüsen
andererseits, wodurch ein sehr schneller Druckaufbau bzw. Druckabbau
erzielt werden kann, der das Bewegen der Saugeinheiten in vertikaler
Richtung bzw. das Ansaugen der Chips beschleunigt.
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Alternativ
ist es auch ohne weiteres möglich, die
Schlittenelemente auf andere Weise, beispielsweise mittels elektrischen
Aktoren, zu bewegen.
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Die
eingangs gestellte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum
Abnehmen von Chips von einem Chipträger und Bonden der Chips auf
ein Substrat mittels eines Mehrfach-Bondkopfs der vorstehend beschriebenen
Art gelöst,
das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
- – gleichzeitiges
Abnehmen einer Mehrzahl von in enger Nachbarschaft nebeneinander
angeordneten Chips vom Chipträger
mittels der Saugdüsen,
- – gleichzeitiges
Transportieren der Mehrzahl von Chips zum Substrat,
- – nacheinander
durchgeführtes
Ablegen der einzelnen Chips auf dem Substrat.
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Dadurch,
dass mehrere Chips gleichzeitig vom Chipträger abgenommen und zum Substrat transportiert
werden, verringern sich entsprechend die Transportzeiten, wodurch
der Bondvorgang beschleunigt werden kann. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren
eine Mehrzahl von in enger Nachbarschaft direkt nebeneinander angeordneter
Chips gleichzeitig vom Chipträger
abgenommen werden können,
kann die problematische Randzone von kreisrunden Waferscheiben wesentlich
verkleinert werden, in der nicht nur sämtliche Saugdüsen des Mehrfach-Bondkopfes
mit Chips belegt werden können.
Die Anzahl von Transportwegen zwischen dem Chipträger und
dem Substrat, in denen nicht sämtliche
Saugdüsen
mit einem Chip belegt sind, verringert sich entsprechend, wodurch
die Effizienz des Verfahrens entsprechend gesteigert werden kann.
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Beim
Präzisionsbonden,
bei dem die zu bondenden Chips über
mindestens eine, vorzugsweise von unten nach oben schauende Kamera
gefahren und dort vermessen werden, ist der Zeitgewinn noch größer, da
mehrere Chips gleichzeitig vermessen werden können.
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Dieser
Vorteil gilt auch beim Bonden von Flipchips, wo eine die Genauigkeit
steigernde Rückseitenvermessung
mittels Kameras üblich
ist. Zusätzlich
müssen
Flipchips meistens in eine dünne Schicht
aus hochviskoser Benetzungsflüssigkeit (Flussmittel)
getaucht werden ("dippen"), was mit dem erfindungsgemäßen Mehrfach-Bondkopf
ebenfalls beschleunigt werden kann, da mehrere Flipchips in der
Dippstation gleichzeitig in die Benetzungsflüssigkeit eingetaucht und aus
dieser entnommen werden können,
um gemeinsam zum Substrat transportiert zu werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es
zeigen:
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1:
eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Mehrfach-Bondkopfs
mit vier Saugeinheiten beim gleichzeitigen Abnehmen von vier Chips
von einem Chipträger,
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2:
eine schematische Seitenansicht des Mehrfach-Bondkopfs von 1 beim
seriellen Ablegen einzelner Chips auf ein Substrat,
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3:
eine schematische Ansicht des Mehrfach-Bondkopfs von 1 von unten,
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4:
eine der 3 entsprechende Ansicht von
unten, wobei die Saugdüsenspitzen
voneinander weiter entfernt sind,
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5:
eine räumliche
Darstellung des erfindungsgemäßen Mehrfach-Bondkopfs
mit vier Saugeinheiten, die sich alle in einer abgesenkten Position befinden,
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6:
einen Vertikalschnitt des Mehrfach-Bondkopfs von 5,
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7:
eine räumliche
Darstellung des Mehrfach-Bondkopfs
von 5, wobei sich lediglich eine Saugeinheit in der
abgesenkten Position befindet,
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8:
eine Seitenansicht des Mehrfach-Bondkopfs von 8,
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9:
einen Querschnitt durch den Mehrfach-Bondkopf von 8,
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10:
eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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11:
eine schematische Darstellung eines Viertels einer Waferscheibe
mit einer Vielzahl eng nebeneinander angeordneter Chips zur Verdeutlichung
der Randzonenproblematik.
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Die 1 bis 3 zeigen
in schematischer Weise einen Mehrfach-Bondkopf 1 mit ingesamt
vier Saugeinheiten 2, 3, 4, 5,
die jeweils ein Schlittenelement 6 und eine daran befestigte
Saugdüse 7 aufweisen.
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Die
Saugdüsen 7 stehen
nach unten über
die Schlittenelemente 6 vor und weisen schräg angeordnete
Längsachsen 8 auf,
so dass die Saugdüsen 7 in Richtung
zu ihren freien Enden hin aufeinander zulaufen. Die Saugdüsenspitzen
liegen daher näher beieinander
als der übrige
Teil der Saugdüsen 7.
Wie aus 3 ersichtlich, sind die vier
Saugeinheiten 2–5 um
eine nicht näher
dargestellte vertikale Mittelachse herum angeordnet, wobei die Saugdüsen 7 schräg zur Mittelachse
hin orientiert sind. Jede Saugdüse 7 erstreckt
sich somit schräg
zu zwei senkrecht zueinander angeordneten Vertikalebenen.
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Alternativ
zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel,
bei dem die Saugdüsen 7 bis
zu ihrer Spitze geradlinig schräg
verlaufen, ist es auch ohne weiteres möglich, die Saugdüsen abgewinkelt
oder gekröpft
auszubilden, wobei dann die unteren Endabschnitte der Saugdüsen wieder
zueinander parallel verlaufen.
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Jedes
Schlittenelement 6 ist an einer außenseitig angeordneten Führung 9 vertikal
verschiebbar geführt.
Die Verti kalverschiebung erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel über pneumatisch
angetriebene Aktoren 10, die in der Form von längenveränderbaren
Faltenbälgen
ausgebildet sind. Die Vertikalbewegung der Schlittenelemente 6 dient
zur schnellen, präzisen
Höhenverstellung
der Saugdüsen 7 beim
Aufnehmen und Ablegen der Chips 11, wobei die Saugdüsen 7 nur
eine relativ kleine Hubbewegung ausführen. Größere Hubbewegungen werden dagegen üblicherweise
durch ein vertikales Bewegen des gesamten Mehrfach-Bondkopfes 1 ausgeführt.
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Um
Chips 11 von einem Chipträger in der Form einer Klebefolie
abnehmen zu können,
werden, wie aus 1 ersichtlich, sämtliche
Saugeinheiten 2–5 gleichzeitig
mittels der Aktoren 10 nach unten gefahren, indem den Aktoren 10 Druckluft
zugeführt wird.
Die Abwärtsbewegung
der Saugeinheiten 2–5 wird
mittels eines Anschlags 13 begrenzt, an dem die Schlittenelemente 6 in
ihrer untersten Stellung anschlagen. In dieser Position befinden
sich die unteren Enden der Saugdüsen 7 mit
geringem Abstand genau oberhalb der abzunehmenden Chips 11.
Wird nun in den Saugdüsen 7 ein
Unterdruck aufgebaut und werden gleichzeitig Ausstoßnadeln 14 von
unten in bekannter Weise durch die Klebefolie hindurch gestochen
und die Chips 11 angehoben, werden die entsprechenden Chips 11 von
den zugeordneten Saugdüsen 7 angesaugt,
wie aus 1 ersichtlich.
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Die
vier angesaugten Chips 11 können nunmehr mittels des Mehrfach-Bondkopfs 1 gleichzeitig zu
einem Substrat 15 oder zu einzelnen Substratelementen gefahren
und dort an den gewünschten
Stellen einzeln nacheinander abgelegt werden, wie aus den 2 und 10 ersichtlich.
Hierzu ist der Mehrfach-Bondkopf 1 derart ausgebildet,
dass einzelne oder eine beliebige Gruppe von Saugeinheiten 2-5 soweit
durch Aufbringen eines Unterdrucks in den entsprechenden Aktoren 10 angehoben
werden können,
dass auf dem Substrat 15 bereits abgelegte Chips 11 nicht
berührt
werden, wenn die noch nicht abgelegten Chips 11 über diese
geführt
werden. Bei dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel wird
in einer Bondstelle I zunächst
die Saugeinheit 3 abgesenkt, bis der daran gehaltene Chip 11 auf
dem Substrat 15 aufliegt. Die übrigen Saugeinheiten 2, 4, 5 befinden
sich in einer angehobenen Stellung. Ist der Chip 11 der
Saugeinheit 3 abgelegt, wird der Unterdruck in der Saugeinheit 3 abgestellt,
die Saugeinheit 3 angehoben und der gesamte Mehrfach-Bondkopf 1 zur
nächsten
Bondstelle II gefahren. Dort wird die Saugeinheit 2 abgesenkt,
während
die übrigen Saugeinheiten 3–5 in
der angehobenen Stellung verharren. Nach dem Aufsetzen des Chips 11 auf
dem Substrat 15 wird der Unterdruck in der Saugeinheit 2 aufgehoben
und diese wieder angehoben. Anschließend wird der Mehrfach-Bondkopf 1 zur
Bondstelle III gefahren und die Saugeinheit 5 abgesenkt,
während die
Saugeinheiten 2–4 in
der angehobenen Stellung verharren. Nach dem Ablegen des Chips 11 wird
der Unterdruck in der Saugeinheit 5 abgestellt und diese wieder
angehoben. Anschließend
wird der Mehrfach-Bondkopf 1 zur Bondstelle IV verfahren.
Dort wird die Saugeinheit 4 abgesenkt und der Chip 11 auf das
Substrat 15 aufgesetzt, während die übrigen Saugeinheiten 2, 3, 5 in
der angehobenen Stellung verharren. Anschließend wird der Unterdruck in
der Saugeinheit 4 aufgehoben und diese wieder angehoben,
so dass sämtliche
Saugeinheiten 2–5 wieder
in der angehobenen Stellung sind. Der Mehrfach-Bondkopf 1 kann
dann wieder zur Chipabnahmestation, d.h. zum Chipträger 12,
zurückfahren,
um dort in der bereits beschriebenen Weise erneut gleichzeitig vier Chips 11 vom
Chipträger 12 abzunehmen.
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Aus
einem Vergleich der schematischen Darstellungen der 3 und 4 ist
erkennbar, dass der gegenseitige Abstand der Saugdüsenspitzen
verändert
werden kann, indem die Saugdüsen 7 mehr
oder weniger weit längs
ihrer Längsachsen 8 in die
dazugehörigen
Schlittenelemente 6 eingeschoben werden. 4 zeigt
dabei eine weiter eingeschobene Stellung der Saugdüsen 7,
in welcher der Abstand der Saugdüsenspitzen
größer ist
als in der Position von 3, in welcher die Saugdüsen 7 weiter
nach unten über
die Schlittenelemente 6 vorstehen. Auf diese Weise kann
die Position der Saugdüsenspitzen
sehr genau an die Position der Chips 11 auf dem Chipträger 12 angepasst
werden.
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Im
Folgenden wird anhand der 5 bis 9 eine
spezielle Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Mehrfach-Bondkopfs 1 näher erläutert. Der
Mehrfach-Bondkopf 1 weist einen oberen Konsolenblock 16 auf,
mit dessen Hilfe der Mehrfach-Bondkopf 1 an einem nicht
dargestellten Transportmechanismus befestigt werden kann. Von der Unterseite
des Konsolenblocks 16 erstrecken sich zwei Führungsplatten 17 vertikal
nach unten, die zueinander parallel und mit Abstand angeordnet sind. An
den einander zugewandten Innenseiten der Führungsplatten 17 sind
jeweils zwei Führungen 9 (siehe auch 3)
nebeneinander angeordnet, so dass an jeder Führungsplatte zwei Saugeinheiten 2, 4 bzw. 3, 5 vertikal
verschiebbar gehaltert sind. Die im Wesentlichen quaderförmigen Schlittenelemente 6 der
Saugeinheiten 2–5 sind
mit geringem Abstand zueinander angeordnet und bilden im gezeigten
Ausführungsbeispiel
in der Draufsicht eine quadratische Außenkontur.
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Wie
insbesondere aus den 6 und 9 ersichtlich,
sind die Saugeinheiten 2–5 durch Aktoren 10 in
vertikaler Richtung relativ zum Konsolenblock 16 und unabhängig voneinander
verschiebbar. Die Aktoren sind als pneumatisch betätigbare
Faltenbälge
ausgebildet, die an ihrem oberen Ende am Konsolenblock 16 und
am unteren Ende am zugeordneten Schlittenelement 6 befestigt
sind. Durch Zuführen von
Druckluft in einen Aktor 10 verlängert sich dieser und drückt die
zugeordnete Saugeinheit 2–5 nach unten. Durch
Aufbringen eines Unterdrucks im Aktor 10 kann sich dieser
dagegen verkürzen
und die zugeordnete Saugeinheit 2–5 nach oben in Richtung
Konsolenblock 16 ziehen.
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Zum
Betätigen
der Aktoren 10 stehen diese über nicht dargestellte Pneumatikleitungen
mit einer ebenfalls nicht dargestellten Überdruck- und Unterdruckquelle
in Verbindung. Die Saugdüsen 7 stehen ebenfalls über nicht
dargestellte Pneumatikleitungen mit einer entsprechenden Unterdruckquelle
in Verbindung. Um einen sehr schnellen Druckaufbau und Druckabbau
in den Aktoren 10 bzw. einen schnellen Druckabbau in den
Saugdüsen 7 zu
erreichen, sind direkt am Konsolenblock 16 für jede Saugeinheit 2–5 jeweils
zwei Ventile 19 in der Form von Miniatur-Elektromagnetventilen
vorgesehen, welche die Pneumatikleitungen zu den Aktoren 10 bzw.
Saugdüsen 7 öffnen und
schließen.
Dadurch, dass die Ventile 19 in unmittelbarer Nachbarschaft
der Aktoren 10 und in der Nähe der Saugdüsen 7 angeordnet
sind, können lange
wirksame Leitungslängen
vermieden werden, die zu einem verzögerten Druckaufbau bzw. Druckabbau
führen
würden.