TW200847318A - Method for mounting semiconductor chips on a substrate - Google Patents

Description

200847318 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係一種具有如申請專利範圍第1項之特徵的在 基板上安裝半導體晶片的方法。 【先前技術】 半導體晶片的安裝是以自動安裝機進行，此種安裝晶 片用的自動安裝機在業界被稱爲黏晶機（Die Bonder)。將半 導體晶片放在一片被框架撐開的薄膜上，此種薄膜在業界 被稱爲線帶（Tape)。半導體晶片黏在這片薄膜上。將框架及 薄膜夾緊在一個可以在兩個彼此垂直的方向上移動的晶圓 料盤上。按照一定的節奏移動晶圓料盤，使半導體晶片一 個接一個被準備好放置在第一個位置 A。接著自動安裝機 的壓焊頭會將準備好的半導體晶片抓起，然後將半導體晶 片放置在一片基板上的第二個位置 B。例如專利 CH 694745、EP 9 2 3 m、EP 1 049 1 40、EP 1 5 8 7 1 3 8 > W0 9732460 等均揭示此種自動安裝設備及方法。在前述所有專利提出 的設備中，框架都是以使半導體晶片的邊緣與晶圓料盤的 兩個驅動軸平行的方式被夾緊在晶圓料盤上。 專利JP 5 7 1 5 2 1 3 3揭示一種半導體晶片的安裝方法，使 用這種方法時必須將半導體晶片安裝在基板上的一個特殊 位置，也就是半導體晶片的邊緣相對於基板的邊緣轉動一 個特定角度α的位置。這是因爲晶片壓焊頭的晶片抓取器 不能繞本身的縱軸轉動，因此在開始安裝時要先將晶圓料 盤轉動一個角度6Κ。 200847318 【發明内容】 本發明之目的是要提高這種自動安裝機的生產量 爲達到上述目的’本發明採取的方法是縮短晶圓 準備下一個半導體晶片所需的時間，也就是在開始安 前’先調整晶圓的方向，使半導體晶片的邊緣與兩個 軸傾斜一個特定的角度p，這樣在接下來的安裝階段 料盤就必須沿著兩個驅動軸移動，以便將下一個半導 片準備好。角度/0的最佳値取決於外界情況。兩個驅 通常是沿著兩個彼此垂直的方向移動。如果兩個驅動 夠以大致相同的速度移動晶圓料盤，則角度P的最佳 P = 4 5 °。如果兩個驅動軸是以不同的平均速度移動晶 盤，則角度P的最佳値是使兩個驅動軸都需要相同的 △ t，以移動晶圓料盤及準備下一個半導體晶片。將在 階段準備好的半導體晶片從晶圓料盤上抓起，接著通 動角度 r ，然後放置在基板上。角度Τ=-/〇+ψ-Δω 度△ ω是一個用來消除可能的位置誤差的修正角度。 是根據一個圖像處理系統在半導體晶片從晶圓料盤上 起之前測得之在晶圓料盤上準備好的半導體晶片的 (實際位置），以及以同一個或另外一個圖像處理系統 之半導體晶片在基板上應被放置的位置（額定位置）， 出修正角度△ ω。修正角度△ ω相當於要將半導體 從實際位置轉動到在基板上的額定位置所需轉動的角 I △ ω | << | ρ |。角度ψ是一個由使用者設定的角度 度Ψ通常是0°，但是在某些應用情況下可能是+90°、 料盤 裝之 驅動 晶圓 體晶 動軸 軸能 値爲 圓料 時間 生產 常轉 〇角 通常 被抓 位置 測得 計算 晶片 度。 ，角 -90 200847318 或180°。因此角度r 一定是一個明顯不等於〇的角度。如 果角度Ψ等於0°、+90°、-90°或180°，則被安裝的半導體晶 片的邊緣就會近似平行於基板的邊緣。 根據本發明的在基板上安裝半導體晶片的方法’半導 體晶片在晶圓料盤上被準備好，其中晶圓料盤可以沿著兩 個驅動軸移動，這兩個驅動軸之間夾一個特定的角度’本 發明的方法的特徵是，在準備階段調整晶圓的方向’使一 條連接兩個相鄰半導體晶片之中心的直線與第一驅動軸夾 一個特定的角度Ρ ，角度Ρ介於30°至60°之間，接著在 安裝階段使晶圓料盤沿著兩個驅動軸同時移動’以準備下 一個半導體晶片。 以壓焊頭的晶片抓取器將準備好的半導體晶片抓起， 接著通常轉動角度Τ，然後放置在基板上。角度τ=-ρ+ψ- △ ω，其中角度Ψ是一個由使用者設定的角度，角度Δω 是一個用來消除可能的位置誤差的修正角度。 修正角度 △ ω 是自動安裝機在安裝階段測定的一個 角度，也就是半導體晶片從實際角度（被晶片抓取器抓住時 的位置）到額定位置（被放置在基板上的位置）應轉動的角 度。 角度Ρ最好是介於Ρ〇-5°至0。+ 5°之間，其中ρ0 需滿足方程式△ χ/νι = △ y/V2’其中△ X代表晶圓料盤沿著 第一驅動軸被移動的距離’ △y代表晶圓料盤沿著第二驅 動軸被移動的距離，同時Vl = △x/△t及 V2=^y/At，其中 △ t代表晶圓料盤移動△ χ及△ y之距離所需的移動時間。 200847318 以下配合圖式及一個實施例對本發明的內容做進一步 的說明。以上的圖式僅是示意圖，並非按照正確的比例尺 繪製。

【實施方式】 I 第1圖以示意方式顯示晶圓料盤（1)的俯視圖，晶圓料 盤（1)的任務是將要被安裝在基板上的半導體晶片（2)準備 好。第2圖顯示第一圖的部分放大圖。第一驅動器（3)可以 將晶圓料盤（1)沿著第一線性驅動軸（4)移動。第二驅動器（5) 可以將晶圓料盤（1)沿著第二線性驅動軸（6)移動，其中第二 線性驅動軸（6)及第一線性驅動軸（4)之間夾一個特定的角 度0。第三驅動器（未在圖式中繪出）可以將晶圓料盤（1)繞 著一個垂直於由兩個驅動器（4，6)拉伸成的平面的轉軸（7) 轉動。在本實施例中轉軸（7 )垂直於圖面。 先在一片晶圓上一起製造出許多半導體晶片（2)，然後 再鋸開成一個一個的半導體晶片（2)。這些半導體晶片（2) 都被黏著在一片被框架撐開的薄膜（8)上。這個框架被夾緊 在晶圓料盤（1)上。L,及L2代表長方形的半導體晶片（2)彼 此之間的中心距離。半導體晶片（2)被排列成行及列’其中 行與行的距離等於較短的距離L2，同時列與列的距離等於 較長的距離h。進行安裝時，晶圓料盤（1)會按照一定的節 奏被移動，使半導體晶片（2)—個接一個被準備好放置在一 個特定的位置。放置的過程是一行接一行或一列接一列依 序將半導體晶片（2)放置在特定的位置。由於距離L2短於距 離L :，因此本實施例最好是沿著第1圖中虛線顯示的路徑 200847318 (10)—行接一行的將半導體晶片（2)放置在特定的位置。調 整晶圓料盤（1)的方向，使一條連接同一行上兩個相鄰半導 體晶片（2)之中心的直線（1 1)與第一驅動軸（4)夾一個特定的 角度 p 。但由於此時半導體晶片（2)的方向傾斜於驅動軸 (4，6)，因此晶圓料盤（1)在每一次進給時都必須在兩個方 向上被移動，也就是說第一驅動器（3)必須將晶圓料盤（1) 移動距離△ X，第二驅動器（5)必須將晶圓料盤（1)移動距離 △ y，而且這兩個移動必須是同時進行。自動安裝機之焊接 頭的晶片抓取器會將準備好的半導體晶片（2)從晶圓料盤（1) 抓取出來，然後放置在基板上。由於晶片抓取器可以繞自 身的縱軸轉動，因此可以先將所抓取的半導體晶片（2)轉動 到正確的位置，然後再放置到基板上。從第2圖可以看出， 距離△ X及△ y短於距離L!及L2。 根據本發明的方法，半導體晶片（2)的安裝步驟如下： 1.準備階段： 調整晶圓料盤（1)的方向，使一條連接同一行之半導 體晶片（2)之中心的直線（1 1)與第一驅動軸夾一個特定的 角度P。 由於半導體晶片的形狀爲長方形，因此另外一條連接 同一列之半導體晶片（2)之中心的直線（1 2)與第一驅動軸 夾一個特定的角度φζζ90°·*Ρ。 2 .接下來的安裝階段： 使晶圓料盤（1)沿著兩個驅動軸（4，6)同時移動，以便 在規定的位置將下一個半導體晶片（2)準備好，接著以晶 200847318 片抓取器抓取準備好的半導體晶片（2)，並將半導體晶片（2) 轉動角度r到一個特定的轉動位置（最好是經過事先計算 出的可能位置誤差的修正），然後將半導體晶片（2)放置在 基板上。 角度7=_ρ+ψ-Δω，如前面所述，角度Δω是一個 用來消除可能的位置誤差的修正角度’角度Ψ是一個由使 用者設定的角度。 角度Ρ通常介於30°至60°之間。角度Ρ的最佳値取 決於不同的外界因素。如果是一行接一行將半導體晶片（2) 放置在特定的位置，則移動路徑△ S代表連接同一行上兩 個相鄰半導體晶片（2)之中心的路徑；如果是一列接一列將 半導體晶片（2)放置在特定的位置，則移動路徑△ S代表連 接同一列上兩個相鄰半導體晶片（2)之中心的路徑。也就是 說，如果是一行接一行將半導體晶片（2)放置在特定的位 置，則移動路徑△ S相當於兩個相鄰半導體晶片（2)之中心 之間較短的距離L2 ;如果是一列接一列將半導體晶片（2)放 置在特定的位置，則移動路徑△ S相當於兩個相鄰半導體 晶片（2)之中心之間較長的距離L!。從向量上來講，移動路 徑 △ S是由第一驅動器（3)必須將晶圓料盤（1)移動的路段 △ X及第二驅動器（5)必須將晶圓料盤（1)移動的路段△ y所 構成。 以下利用3個範例說明如何求出角度p的最佳値： 範例1 兩個驅動軸（4，6)彼此垂直，也就是說角度β = 90°， •10· 200847318 同時兩個驅動器（3，5)可以以大致相同的速度移動晶圓料 盤（1)。在這種情況下，角度P的最佳値爲P = 0 /2 = 45°， 也就是說，連接同一行之半導體晶片（2)之中心的直線（11) 的方向垂直於兩個驅動軸（4，6)的等角分線（9)，同時距離 △ y及△ X的大小相同，而且： Δχ = Ay = L2/( 1 ) 但是如果角度 P 並非剛好等於45°，而是介於40°至 50°之間，則節奏時間會顯著的縮短。 範例2 兩個驅動軸（4，6)彼此垂直，但是驅動器（5)的移動速 度小於驗動器（3)。因此最好是調整晶圓料盤（1)的方向，使 第一驅動器（3)在時間△ t內將晶圓料盤（1)沿著第一驅動軸 (4)移動距離Δχ’问時％ _»驅動器（5)也在時間At內將晶 圓料盤（1)沿著第二驅動軸（6)移動距離△ y。如果第一驅動 器（3 )在將晶圓料盤（1)移動距離△ X期間的平均速度爲v !， 第二驅動器（5)在將晶圓料盤（1)移動距離△ y期間的平均速 度爲V2，則在步驟1(準備階段）最好是將晶圓料盤（1)的方 向調整成使角度P能夠滿足以下的方程式： Δχ Δγ —=— (2)

Vl V2 其中△ X及△ y代表晶圓料盤（1)必須移動的距離，以 便從半導體晶片上的參考點（例如前導體晶片的中心點）到 達同一行上相鄰的下一個半導體晶片上的參考點。但是如 果角度P不能滿足方程式（2)，而是介於p。- 5°至P。+ 5° 200847318 之間，其中P。滿足方程式△ X/V1 = △ y/n ’則節奏時間會 顯著的縮短。角度P。滿足以下的方程式： P 〇 = arcten(v2/v ι) (3) 其中〜及v2代表用以下方程式計算出的平均速度： VI = Δ χ/ Δ t 及 V2=Ay/z\t ⑷ 其中△ t代表晶圓料盤移動△ X及△ y之距離所需的 移動時間。 範例3 這個範例說明的情況是兩個驅動軸（4，6)並非彼此垂 直，而是彼此夾一個任意的角度0。在這種情況下，爲了 滿足方程式（2)，角度p ◦必須滿足以下的方程式： sin p 〇 / (sm( θ - p 〇)) = γ2/νι (5) 和前面的範例一樣，如果角度p不能滿足方程式（5)， 而是介於p 〇 - 5。至p。+ 5。之間，則節奏時間會顯著的縮 短。 範例1至3的情況都是一行接一行的將半導體晶片放 置在特定的位置。如果因爲某種原因需要一列接一列的將 半導體晶片放置在特定的位置，則只需將按照上述方程式 計算出的角度p加上9 〇。或減掉9 〇。即可。 【圖式簡單說明】 第1圖：一個承裝準備好要被安裝在基板上的半導體 晶片用的晶圓料盤。 第2圖：第ι圖的部分放大圖。 【主要元件符號說明】 -12- 200847318 1 晶圓料盤 2 半導體晶片 3, 5 驅動器 4, 6 驅動軸 7 轉軸 8 薄膜 9 等角分線 10 路徑 11,12 直線

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Claims (1)

1. 200847318 十、申請專利範圍： 1. 一種在基板上安裝半導體晶片（2)的方法，半導體晶片（2) 在晶圓料盤（1)上被準備好，其中晶圓料盤（1)可以沿著兩 個驅動軸（4，6)移動，這兩個驅動軸（4，6)之間夾一個特 定的角度0 ，這種方法的特徵爲：調整晶圓的方向，使 一條連接兩個相鄰半導體晶片（2)之中心的直線（1 1)與第 一驅動軸（4)夾一個特定的角度p，角度p介於3 0 °至6 0 ° 之間，接著在安裝階段使晶圓料盤（1)沿著兩個驅動軸 (4，6)同時移動，以準備下一個半導體晶片（2)。 2. 如申請專利範圍第1項的方法，其特徵爲：將準備好的 半導體晶片（2)從晶圓料盤（1)上抓起，接著轉動一個不等 於〇的角度r，然後放置在基板上。 3 ·如申請專利範圍第2項的方法，其特徵爲：角度r 4 -Δω，其中角度4是一個由使用者設定的角度，角度 是一個用來消除半導體晶片（2)可能的位置誤差的修正角 度。 4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的方法，其特 徵爲：角度Ρ介於40°至50°之間。 5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的方法，其特 徵爲··角度/〇介於0。-5°至Ρ〇 + 5°之間，其中需 滿足方程式△ x/v! = △ y/v2，其中△ X代袠晶圓料盤（1) 沿著第一驅動軸（4)被移動的距離，△ y代袠晶圓料盤沿 著第二驅動軸（6)被移動的距離’同時v心Δ χ/Δ t及V2 = Δγ/Δΐ，其中At代表晶圓料盤（1)移動Αχ及之距 -14 - 200847318 離所需的移動時間。 的方法，其特 定的轉軸（7)轉 6.如申請專利範圍第1項至第5項中任一 徵爲：在準備階段使晶圓料盤（1)繞一個 動，以調整晶圓的方向。 -15-