TW201320258A - 封裝裝置與封裝方法 - Google Patents

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Ying-Jui Huang
Yi-Li Hsiao
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Abstract

本發明提供一種封裝裝置，包括：引導環(guide ring)；以及接合頭(bond head)安裝於引導環之上。接合頭沿著引導環的迴圈移動，且於迴圈中，接合頭被設置用以拾取(pick up)複數個晶粒並放置(place)該些晶粒。

Description

封裝裝置與封裝方法
本發明係有關於一種半導體裝置，且特別是有關於一種封裝裝置與其製法。
積體電路的製法通常牽涉到將元件晶粒接合到封裝基材。於一典型的接合製程中，首先，從晶圓中拾取(pick up)已經被切割(sawed)的元件晶粒。元件晶粒接著被翻轉向下且放置於平台上。接著，利用接合頭(bond head)從平台拾取被翻轉的晶粒，並且放置到封裝基板上。當複數個元件晶粒被放置到封裝基板帶(package substrate strip)的複數個封裝基板元件上之後，元件晶粒隨著封裝基板帶進行迴焊製程(reflow process)，因此，元件晶粒被接合到封裝基板上。
為了維持接合製程的產率(yield)，需要控制放置元件晶粒到封裝基板上的準確度(accuracy)。另外，亦需要提升拾取與放置製程(pick-and-place process)的產量(throughput)。然而，放置準確度的需求與增加產量的需求互相衝突(conflict)。舉例而言，為了提升產量，需要增加接合頭的移動速度。然而，移動速度的增加會犧牲放置的準確度。雖然亦可使用多個接合頭拾取與放置晶粒，但是每個接合頭執行工作之前，必須等待另一個接合頭完成工作而騰出工作空間(work space)。因此，產量的提升是有限的(limited)。
本發明提供一種封裝裝置，包括：一第一引導環(guide ring)；以及一第一接合頭(bond head)安裝於該第一引導環之上，其中該第一接合頭沿著該第一引導環的迴圈移動，且於迴圈中，該第一接合頭被設置用以拾取(pickup)複數個晶粒並放置(place)該些晶粒。
本發明另提供一種封裝裝置，包括：一第一引導環；複數個第一接合頭安裝於該第一引導環之上，其中該些第一接合頭被設置用於沿著該該第一引導環的迴圈移動；一第一助焊劑槽相鄰於該第一引導環；以及一第一對準工具相鄰於該第一引導環。
本發明亦提供一種封裝方法，包括以下步驟：操作一第一接合頭，使其沿著一第一引導環往一第一迴圈的方向而移動；於該第一迴圈時，利用該第一接合頭拾取該第一晶粒；以及於該第一迴圈時，放置該第一晶粒到一第一封裝元件上。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
以下特舉出本發明之實施例，並配合所附圖式作詳細說明。以下實施例的元件和設計係為了簡化所揭露之發明，並非用以限定本發明。
本發明提供用於封裝積體電路的拾取與放置工具(pick-and-place tool)以及使用上述工具之製法的各種實施例。下述會討論各種實施例的變化與操作。於各種實施例中，類似的元件用類似的參考標號表示。
第1圖顯示本發明實施例之拾取與放置工具(pick-and-place tool) 20之剖面圖。拾取與放置工具20用於將晶圓28(請參見第7圖)中的晶粒26放置到封裝基板元件(package component)24之上，封裝基板元件24被封裝元件帶(package component strip)22(或晶圓)所收集。於一些實施例中，封裝基板元件24是封裝基板，因此之後被稱為封裝基板元件24，雖然其亦可以是其他種類型的封裝元件，例如中介層(interposer)。封裝元件帶/晶圓22可以是封裝基板帶。因此，封裝元件帶/晶圓22於本說明書中另外可稱為封裝基板帶22，雖然封裝元件帶/晶圓22亦可以是其他型式，例如中介晶圓(interposer wafer)。封裝元件帶/晶圓22可具有如第1圖所示之矩形俯視結構。另外，封裝元件帶/晶圓22也可具有其他的俯視結構，例如圓形。
承載器(loader)32設置於承載輸送線(load guide)36的第一末端，其用於承載封裝基板帶22到拾取與放置工具20，因此，封裝基板帶22可隨著承載輸送線36而傳輸。當放置好晶粒26之後，封裝基板帶22可藉由卸載器34從拾取與放置20工具中卸除，且被送到後續製程步驟，例如迴焊(reflow)。
晶圓28可以是元件晶圓，且位於晶圓28中的晶粒26可以是包括積體電路元件(例如電晶體)形成於其中的元件晶粒。第7圖顯示晶圓28的部份剖面圖。位於晶圓28中的晶粒26依照電性連接器(electrical connector)27面朝上的方向放置，其中電性連接器27於後續製程中(請參見第8圖)被翻轉放置並接合到封裝基板元件24上。晶粒26已經預先被切割分離(sawed apart)，因此能各別的被拾取與放置。
位於第1圖中的翻轉器(flipper)40用於一對一的拾取晶粒26且翻轉晶粒26，因此晶粒26的電性連接器27(第7圖中)可面向下以進行後續的接合製程。翻轉的步驟繪製於第1圖中。用實線繪製的翻轉器40顯示翻轉器40從晶圓28中拾取晶粒26的位置，而用虛線繪製的翻轉器40顯示同一翻轉器40將翻轉的晶粒26放置到平台42上的位置。第7圖顯示於翻轉之前與之後的晶粒26位置，其中箭頭代表翻轉步驟。
接著，翻轉器40可以將翻轉的晶粒26放置於平台42上，如第1圖與第7圖所示。如第1圖所示，翻轉器40安裝於翻轉引導器(flipper guide)44上，且翻轉器40可來回滑動(slide back and forth)(於X軸的方向)。晶圓28可沿著X軸與Y軸的方向移動，因此，每次只有一個晶粒26從晶圓28中被移動到翻轉器正下方，且被翻轉器40拾取並翻轉。
引導環(guide ring)50安裝於承載傳輸線36之上。複數個接合頭52(標示成52A-52D)安裝於引導環50上。雖然圖中僅顯示4個接合頭，然而於其他實施例中，可以是單一個、2個、3個或多於4個的接合頭被安裝於引導環50上。引導環50形成完整的環，因此，當接合頭52以一個方向(例如箭頭54的方向)移動時，於複數個迴圈(loop)中，接合頭52可連續沿著引導環50的方向移動。接合頭52A-52D可單獨移動，且接合頭52A-52D各自的行動(例如停止、移動、加速與減速)可獨立地加以控制，而與其他接合頭的行動無關。接合頭52A-52D一般會沿著前進的(forward)方向移動，如箭頭方向54所示，且設計成不會沿著與箭頭方向54相反的後退(backward)方向移動。然而，為了調整接合頭52A-52D的位置，例如當接合頭52A-52D要對準於平台42、助焊劑槽56與對準工具60時，可視需要地使接合頭52A-52D些微向後退方向移動。接合頭52A-52D的行動可被相同的控制單元(圖中未顯示)所控制與協調，控制單元可電性連接到接合頭52A-52D，且控制單元用於控制對準工具60的動作、晶圓28的移動與封裝基板帶22的移動。
拾取與放置製程的示範實施例顯示於第1-3圖，且簡要地敘述如下。首先，於第1圖中，翻轉器40從晶圓28中拾取一晶粒26，滑動到平台42的位置，並將翻轉後的晶粒26放置到平台42上。接著，於第2圖中，接合頭52A沿著引導環50的方向向前移動到平台42的位置，且拾取晶粒26。接合頭52A可以是真空頭，其可以藉由真空拾取晶粒26。接合頭52A接著向前移動到助焊劑槽56，助焊劑槽56中包含助焊劑58(請再次參見第1圖)。接合頭52A接著將晶粒26的前側浸泡到助焊劑58中，因此，電性連接器27(未顯示於第2圖中，請參見第7圖)浸泡到助焊劑58。
接合頭52A接著移動到對準工具60，對準工具60用於掃描晶粒26並幫助判斷X軸與Y軸與晶粒26的角度。於此例中，晶粒26並未準確地對準於X軸與Y軸方向，接合頭52A亦可稍微旋轉晶粒26於平行X軸與Y軸方向的平面，直到晶粒26準確地對準到X軸與Y軸方向。接合頭52A接著向前移動到位於封裝基板帶22之上，且放置晶粒26到欲放置的其中一片封裝基板元件24上。當封裝基板帶22已承載晶粒的同時，封裝基板元件24的位置會被掃描，即可得知每一個封裝基板元件24的正確位置。封裝基板帶22可沿著X軸與Y軸方向移動，因此，晶粒26對準並準確地放置到各自的封裝基板元件24上。第8圖顯示晶粒26放置到封裝基板元件24的剖面圖。
之後，如第3圖所示，於放置晶粒26之後，接合頭52A繼續沿著箭頭54的方向移動。在接合頭52進行下述行動的同時：拾取晶粒26、浸泡晶粒26到助焊劑58中、對準晶粒26與放置晶粒26到其中一片封裝基板元件24上，翻轉器40拾取並翻轉其他晶粒26，並且一對一的放置晶粒26到平台42上。同時，接合頭52B、52C與52D亦向前移動，且大致上執行與第1圖-第3圖所示之接合頭52A相同的動作。接合頭52A-52D於引導環50之上形成迴圈，且於每一個迴圈中，每一個接合頭52A-52D拾取並放置一個晶粒26，直到封裝基板帶22中所有的封裝基板元件24皆有一晶粒26放置於其上。封裝基板帶22接著傳輸到右邊，並藉由卸載器34將其從拾取與放置工具20中卸除。
可觀察到於上述製程中，接合頭52沿著單一方向移動，且不需要來回移動，這樣可以節省回程傳輸時間(back traveling time)。特別一提的是，由於不需要回程傳輸，接合頭52不需要等待另一個接合頭52所使用之工作空間(work space)的清空(clearance)。可因此提升晶粒的拾取與放置效率。
第4圖顯示另一實施例的拾取與放置工具20。此實施例類似於第3圖之實施例，差別在於此實施例具有兩個引導環50(包括50A與50B)於拾取與放置工具20中。每一個引導環50具有一或多個接合頭52安裝於其上。再者，有兩個翻轉器40，其各自配合安裝於引導環50之上的接合頭52。位於兩個引導環50上的接合頭52各自負責放置晶粒26到封裝基板帶22A與22B之一上。同樣地，晶圓28沿著X軸與Y軸方向移動，因此，可以移動晶粒26到翻轉器40的正下方，以利翻轉器40拾取晶粒26。封裝基板帶22A與22B可各自沿著X軸與Y軸方向移動，因此，可移動相應的封裝基板元件24到相應的接合頭52正下方，以利接合頭52放置晶粒26。於各自引導環50之上的接合頭52之操作大致上同於第1-3圖。
第5圖顯示另一實施例的拾取與放置工具20。此實施例類似於第1-4圖之實施例，差別在於此實施例具有4個引導環50(包括50A-50D)於拾取與放置工具20中。每一個引導環50具有一或多個接合頭52安裝於其上。位於每一個引導環50上的每一個接合頭52之操作大致上同於第1-3圖，且此處不再重複。於第5圖中，兩個引導環50可共用一組承載器32與卸載器34與一組承載輸送線36。藉由使用第4圖與第5圖之實施例，例如承載器32、卸載器34，用於控制晶圓28移動的工具，以及類似的元件，這些界面工具可被複數個引導環50所共用，且可節省工具的費用與展開工具所需要的工作空間。
第6圖顯示另一實施例的拾取與放置工具20。此實施例類似於第5圖之實施例，差別在於此實施例中，相鄰的兩個引導環50之上的接合頭52被設置用於將晶粒接合到相同的封裝基板帶22上。於此實施例中，位於左邊引導環50上的接合頭52要負責將晶粒26接合到左半邊的封裝基板帶22上，而位於右邊引導環50上的接合頭52要負責將晶粒26接合到右半邊的封裝基板帶22上。接合頭52的行動與封裝基板帶22的移動可藉由控制單元(圖中未顯示)而整合。
於這些實施例中，藉由使用引導環而非使用直接引導線(straight guides)，去引導接合頭之移動，接合頭可沿著單一方向形成迴圈，而非來回的移動。多個接合頭因此不需要互相等待。再者，由於具有多個接合頭，每一個接合頭的移動速度可以較低，因此拾取與放置製程之準確度較高。同時，並不會因為使用多個接合頭而就此犧牲拾取與放置的產量。
依據本發明之實施例，封裝裝置包括：引導環(guide ring)；以及接合頭(bond head)安裝於引導環之上。接合頭沿著引導環的迴圈移動。且於迴圈中，接合頭用以拾取(pick up)複數個晶粒並放置(place)該些晶粒。
依據本發明之另一實施例，封裝裝置包括：引導環；複數個接合頭安裝於引導環之上。接合頭設置用於沿著引導環的迴圈移動。助焊劑槽相鄰於引導環。對準工具相鄰於引導環。
依據本發明之另一實施例，封裝方法包括以下步驟：操作接合頭，使其沿著引導環的方向移動形成迴圈；於第一迴圈時，利用接合頭拾取晶粒；以及於迴圈時，放置晶粒到封裝元件上。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
20．．．拾取與放置工具(pick-and-place tool)
22．．．封裝元件帶
24．．．封裝基板元件
26．．．晶粒
27．．．電性連接器(electrical connector)
28．．．晶圓
32．．．承載器(loader)
34．．．卸載器(unloader)
36．．．承載輸送線(load guide)
40．．．翻轉器(flipper)
42．．．平台(table)
44．．．翻轉引導器(flipper guide)
50、50A、50B、50C、50D．．．引導環(guide ring)
52、52A、52B、52C、52D．．．接合頭(bond head)
54．．．箭頭方向
56．．．助焊劑槽(flux tank)
58．．．助焊劑(flux)
60．．．對準工具(alignment tool)
第1~3圖為一系列剖面圖，用以說明本發明實施例之晶粒拾取與放置製程的中間階段。
第2圖為一剖面圖，用以說明本發明另一實施例之晶粒拾取與放置製程的中間階段。
第3圖為一剖面圖，用以說明本發明另一實施例之晶粒拾取與放置製程的中間階段。
第4圖為一剖面圖，用以說明本發明另一實施例之晶粒拾取與放置製程的中間階段。
第5圖為一剖面圖，用以說明本發明另一實施例之晶粒拾取與放置製程的中間階段。
第6圖為一剖面圖，用以說明本發明另一實施例之晶粒拾取與放置製程的中間階段。
第7圖為一剖面圖，用以說明本發明從晶圓中拾取晶粒，且翻轉該晶粒。
第8圖為一剖面圖，用以說明複數個晶粒放置於封裝基板帶的複數個封裝基板元件上。
20．．．拾取與放置工具(pick-and-place tool)
22．．．封裝元件帶
24．．．封裝基板元件
26．．．晶粒
28．．．晶圓
32．．．承載器(loader)
34．．．卸載器(unloader)
36．．．承載輸送線(load guide)
40．．．翻轉器(flipper)
42．．．平台(table)
44．．．翻轉引導器(flipper guide)
50．．．引導環(guide ring)
52A、52B、52C、52D．．．接合頭(bond head)
54．．．箭頭方向
56．．．助焊劑槽(flux tank)
58．．．助焊劑(flux)
60．．．對準工具(alignment tool)

Claims (10)

  1. 一種封裝裝置，包括：一第一引導環(guide ring)；以及一第一接合頭(bond head)安裝於該第一引導環之上，其中該第一接合頭沿著該第一引導環的迴圈移動，且於迴圈中，該第一接合頭被設置用以拾取(pick up)複數個晶粒並放置(place)該些晶粒。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之封裝裝置，尚包括：一承載輸送線(load guide)相鄰於該第一引導環且用以傳輸一封裝元件；一承載器(loader)被設置用於將該封裝元件承載到該承載輸送線(load guide)，其中該承載輸送線(load guide)相鄰於該第一引導環；以及一卸載器(unloader)被設置用於從該承載輸送線(load guide)中卸除該封裝元件，其中該接合頭被設置用於將該些晶粒放置到該封裝基板元件。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之封裝裝置，尚包括：一第二引導環相鄰於該承載輸送線(load guide)；以及一第二接合頭安裝於該第二引導環之上，其中該第二接合頭沿著該第二引導環的迴圈移動，且於迴圈中，該第二接合頭用以拾取(pick up)另一晶粒並放置(place)該另一晶粒。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之封裝裝置，尚包括：一第二接合頭安裝於該第一引導環之上，其中該第二接合頭沿著與該第一接合頭相同方向的迴圈移動。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之封裝裝置，尚包括：一翻轉器(flipper)被設置用於翻轉該些晶粒，其中該第一接合頭用以拾取該些被翻轉的晶粒，且將該些晶粒浸於一助焊劑槽(flux tank)中；以及一對準工具(alignment tool)相鄰於該引導環，其中該對準工具被設置用於對準被該第一接合頭拾取出來的該些晶粒。
  6. 一種封裝方法，包括以下步驟：操作一第一接合頭，使其沿著一第一引導環往一第一迴圈的方向而移動；於該第一迴圈時，利用該第一接合頭拾取該第一晶粒；以及於該第一迴圈時，放置該第一晶粒到一第一封裝元件上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之封裝方法，尚包括：操作該第一接合頭，使其沿著一第一引導環往複數個迴圈的方向而移動；於該些迴圈中的一個迴圈時，利用該第一接合頭拾取複數個晶粒中的一個晶粒；以及於該些迴圈中的一個迴圈時，放置該些晶粒中的一個晶粒到複數個封裝元件中的一個封裝元件上。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之封裝方法，其中於該第一迴圈時，該第一接合頭沿著該第一引導環的一第一方向移動，且大致上不會沿著該第一引導環的一第二方向移動，其中該第一方向相反於該第二方向。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之封裝方法，尚包括：朝該第一迴圈的方向操作該第一接合頭的同時，朝一額外迴圈的方向沿著該第一引導環操作一第二接合頭，其中該第一接合頭與該第二接合頭沿著相同方向移動；於該額外迴圈時，利用該第二接合頭拾取一額外的晶粒；以及於該額外迴圈時，放置該額外的晶粒於一額外的封裝元件上。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之封裝方法，尚包括：朝該第一迴圈的方向操作該第一接合頭的同時，朝一第二迴圈的方向沿著一第二引導環操作一第二接合頭，其中該第一引導環與該第二引導環相鄰於一相同的承載傳輸線，以承載與卸載該第一封裝元件；於該第二迴圈時，利用該第二接合頭拾取一額外的晶粒利用；以及於該第二迴圈時，放置該額外的晶粒於一額外的封裝基板元件上。
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