TW295675B - The chip bonding system - Google Patents

Description

Α7 Β7 五、發明説明（1.) 發明背景 隨著大型積體電路(LSI)技術的不斷演進，電子元件正朝向輕、薄、短、 小的方向發展，而電子元件的構裝技術，也有很大的變革，其中本發明案係 用於玻璃基板接合(Chip-on-Glass; COG)及翻轉式接合(Flip-Chip)的技術。 所謂玻璃基板接合技術，是將晶片上微凸塊與基板上電極緊密接觸，達 到接點導通的效果，因其多用於玻璃基板上，故稱爲玻璃基板接合。現有的 玻璃基板接合機。如圖一所示，係用一組攝影機1由下方取像，將晶片2上I/O 銲墊與基板3銲墊，一起顯示於顯示器上。由於基板爲透明玻璃，故可利用影 像之明暗’以人眼辨識晶片與基板，再利用人工調整晶片與基板的位置，完 成對位。此種設備結構雖然簡單，但由於晶片與基板的影像重疊，機器無法 辨識’在影像處理上無法自動化處理，耗費人工及時間。 翻接式接合技術是指接合時翻轉晶片，以便其上的球形銲錫凸塊，與基 板上的銲墊對位及融接，或再次流銲以融接晶片於基板上。現有的翻轉式接 合機如圖二所示，多利用分光折射鏡4伸入晶片2與基板3之間，同時由攝影機 1取出晶片與基板的影像，加以處理，然後對位。由於利用光折射原理，對光 學系統的精度要求很高，價格非常昂貴。 發明的簡要說明 本發明利用多架攝影機，分別攝取基板和晶片的影像，利用機器辨識處 理’可以自動得出彼此的偏差量，據此來進行基板和晶片間的對準。本案發 明可用於玻璃基板(如LCD)的接合，也可用於翻轉式接合，係一多用途的接合 系統。 本發明的另一特徵是具有一自動水平調整的放置頭，可調整晶片與基板 的平行度達1 /zm。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 、-ιτ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 五、發明説明（2.) 圖示及圖號的簡要說明 圖一及圖二是傳統的晶片接合機 圖三是本案發明的晶片接合系統的示意圖 圖四至圖七是本案發明的系統使用時，對準過程的示意圖 圖八是本案發明接合系統的實施例 圖九是本案發明接合系統的實施例中，放置頭的放大圖 圖十是本案發明接合系統的實施例中，放置頭的剖視圖 1 攝影機 2 晶片 3 基板 4 分光鏡 5 機架 6 機板 7 骨架 8 滑軌 81定位磁環 9 下壓裝置 9a壓桿 10放置頭 10a凸桿 11支撐板 110軸心 112支持架 114 7_K平調整螺絲 115固定螺絲 116環狀平板 118Α，118Β球狀軸承 12外套筒 121隔熱套筒 124氣室 13加熱頭 130隔熱孔 131 吸口 132加熱棒插入口 20晶片 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 、1Τ 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210Χ297公簸） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) 30、40、45攝影機 50基板 60影像處理裝置 70 Χ-Υ-0三軸工作台 75基板置放台 78晶片置放台 動作原理_ 一 如圖三所示，在本發明中’放置頭10的機械動作是固定的，亦即在位置(1) 抓取待接合的晶片20後，移動固定的距離至位置(2)，放下晶片20。而攝影機 30和攝影機4〇分別攝取晶片20與基板5〇的影像，送到影像處理裝置60(如電腦) 處理，計算出晶片與基板的偏移量後，即帶動χ_γ_θ三軸工作台70，使基板 50與晶片20對準。最後使放置頭降下，放下晶片20，加熱、加壓後完成接 合。當所用基板50不透明(如矽基板)時，就改用攝影機45來攝取基板50的影 像。 對準流程 本發明之接合系統對準時的動作流程如下： a. 放置頭1〇抓取晶片20至固定位置(1)取像後，移動固定距離，到位置(2)待 命， b. 攝影機30所取得晶片20的影像，由電腦60計算晶片影像的中心點與傾斜 角， c. 在進行b.的同時，攝影機40(或攝影機45)取得基板50的影像，計算其中心 點與傾斜角， d. 當b.，c.完成後，計算彼此的偏差量，轉換成X-Y- 0三個向度上需移動的 量，驅動Χ-Υ-0工作台7〇，使基板上的圖樣和晶片20對準， e. 使放置頭下降，放下晶片20，完成接合動作。 偏差量的計算 ί~~參考·，以校準後的放置頭10，分別於位置(1)、（2)在攝影機30及攝影 機40中之位置爲參考位置Prefl，，分別得到(Xrefl，Yrefl)及 (Xref2 ’ Yref2)的座標，與放置頭平行移動軸Al〇的夾角分別爲6refl ’ Θ ref2 ° 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 X' Cos6d Sin0d ' Xs -Χτ Y -Sin0d CosGd Ί A7 B7 五、發明説明（4 ) b. 本發明實施時’以攝影機30攝取晶片20的影像，參考圖五A ’在攝影機30 的影像範圍32中可看到晶片20的中心及其傾斜角^，晶 片20與參考位置Prefl的誤差量爲(X〇ffc，Y〇ffc)，其中： xoffc=Xc—Xref 1 Y〇ffc=Yc—Yrefl 而晶片2〇與放置頭移動軸八1〇的夾角0(^01(}一01.^1 c. 再以攝影機4〇攝取基板30的影像，參考圖五b，在攝景多機40的影像範圍42 中可看到基板30的中心點PS = (XS ’ Ys)及其傾斜角0s，基板3〇與參考位 置pref2的誤差量爲(X〇ffs，Y〇ffs)，其中： X〇ffs=Xs—Xref2

Yoffs=Ys—Yief2 而基板30與放置頭移動軸A10的夾角0 s = 0 is— 0 ref2 d. 當放置頭l〇由位置(1)，移動到位置(2)時，如圖六所示晶片20與基板30上 弓丨腳圖形的傾斜角差(0d)爲： 0 d= 0 c— 0 s 而晶片20在攝影機30的座標(Xc，Yc)需換算爲在攝影機4〇的座標(Xc，， Yc〇。因參考位置Pren與參考位置pref2的位置現在重疊，晶片20的位置 等於參考位置Pref2加上原先的誤差量，所以

Xc -Xref2+X〇ffc-Xs—X〇ffs+X〇ffc=Xs—X〇ffcs Yc — Yref2 + Y〇ffc — Ys 一Y〇ffs + Yoffc^Ys 一Y〇ffcs e. 本發明系統之設計是抓取晶片20的放置頭不動，而由X_Y_ 0三軸工作台 70帶動基板’使其上的引腳圖形與晶片20對準。請參考圖七的說明，使 基亨5〇傾斜角與晶片2〇的傾斜角一致’亦即三軸工作台7〇以其 中心旋轉6>d，此時原來基板5〇中心點座標爲PS = (XS，Ys)，旋轉後的^ 板52中心點變成了ps’=(xs’ ’ ys，）。若以χυ三軸工作台7〇的座標來表 示，則

Xs’=X + Xt ys’=y+Yt 其中’ Ρτ = (Χτ ’ γτ)是Χ-Υ-0三軸工作台70的中心點座標，p = (x，γ 貝㈣(Xs，Ys)對XU三軸工作台70中心旋轉心後的座標，即 f— _ —! Γ— __ 戶斤以^C-Y-0三軸工作台7〇需移動的量包括X、Y、0三個向度，分別爲： xc’—Xs’=(Xs—X0ffcs)—[Cos 0 d(xs—Xt) + Sin 0 d(Ys—γΤ)+χΤ] 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I---------i 裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（5) =(l—Cos 0 d)(Xs—XT)—Sin 0 d(Ys—YT)—x〇ffcs

Yc’—Ys’ = (Ys—Yoffcs)—[一 Sin Θ d(Xs—XT) + Cos 6» d( Ys—YT) + Υτ] = Sin Θ d(Xs—Χτ)+(1 - Cos 0 d)(Ys—γτ)—Y〇ffcs 0 d = Θ c— 0 s。 實施例 如圖八所示，本案發明的實施例中，系統的支持部份包含機架5、機板6 及骨架7。機架5承載整個系統’機板6是機架5的水平檯面，而骨架7則包含一 7_K平的上頂面以及上頂面兩側垂直機板6的側板。 機板5上有Χ-Υ-0三軸工作台70，此工作台上又安置基板置放台75，可用 來放置欲接合的基板50，使其可在X、Υ、0三軸上移動。機板丨上另有晶片 置放台78，用來放置欲接合的晶片20。基板置放台75的上下方各設置有攝影 機40，45 ’分別固定在機板6和骨架7上；晶片置放台π下方也設置一組攝影 機30，固定在機板6上。 骨架7的二側板之間有二橫桿作爲滑軌8，可供放置頭1〇左右移動，而骨 架7的上頂面則ί固定二具下壓裝置9，位於基板置放台乃與晶片置放台78的正 上方。當放置頭10移至晶片20上方，利用下壓裝置9使放置頭下壓，吸取晶片 20，經攝影機30取像後’將放置頭10移至基板50上方。待攝影機30所取晶片 20的影像’與攝影機45所取基板50之影像經電腦(未畫出)計算彼此之偏差量， 控制Χ-Υ- 0三軸工作台7〇帶動基板50與晶片20彼此對準後，則利用基板50上 方之下壓裝置9，壓住此放置頭10往下降以進行接合的步驟。 控制放置頭10下降的動作，可將下壓頭9分別與一座Ζ軸工作台相連，而 由電腦控制帶動。亦可直接在下壓頭9上加設壓桿9a，而以手動的方式控制。 圖中所繪一具下壓裝置與Z軸工作台91相連，係半自動的作法。 移動放置頭10，可利用其上之凸桿10a，以手動的方式，或者以馬達帶 動，以自動的方式移動。放置頭10移至定位後，可利用滑軌8兩側末端放置之 _磁性定位環81(如圖中所示），也可利用市面上自動定位系統以自動化的方式來 定位。 如圖九所示，放置頭10的主要組成部份，包含一支撐板11、外套筒12及 加熱頭13。其中支撐板11透過兩軸心110與一支持架112相連，此支持架112即 安置在橫桿滑軌8上，可帶動此放置頭在滑軌上移動。 請參考圖十的剖面圖，由於接合時有時需有加熱的步驟，爲避免熱的散 失，在此加熱頭13的周圍安有耐高溫的隔熱套筒121及外套筒12。此外，在加 熱頭13本身鑽有X，Y，Z三方向之數個多重隔熱孔130，而隔熱套筒121與外套筒 12間也設計許多的氣室124，均有助於達到隔絕熱散失的作用。加熱頭底部鑽 本紙張又度適用中困國家梂準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 83. 3.10,000 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂· A7 B7 五、發明説明（6 ) 有吸口 131，另一端可接至眞空幫浦(未畫出），抽眞空後作爲眞空吸取晶片 20。而加熱棒插入口 132，則供插入加熱用之熱導線(未畫出）。 本案發明之放置頭，具有自動水平調整之功能，可調整所吸取晶片20與 基板50間的平行度達l#m。使用時先利用粗調用之水平調整螺絲114，將水平 精度調整至l〇〇#m〜50#m，然後以點膠115或調整螺絲II4背上再加一螺絲 (未畫出），利用雙螺絲予以固定。而且爲防止加熱頭13產生旋轉，可將上述水 平調整螺絲114的底端改用塑膠頭，利用此塑膠頭與環狀平板116上V型凹槽 的配合，來固定力卩熱頭13。在軸心117的兩側有球狀軸承118A，軸承座11SB ’ 利用它可在各方向移動的特性，在下壓時可使所吸取之晶片2〇與基板50之間 達到1/zm的水平精度。 I 「.裝 ^訂 if-νΛ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央搮準局貝工消费合作社印製 本紙張尺度逋用中國國家榡準（CNS ) A4規格（21〇x297公釐） 83.3.10,000

Claims (1)

1. 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印製 ·Λ8 Β8 C8 ^__2!_ I ---------- ----- -- '申請專利範圍 •:種接合系統，可將積體電路晶片接合至透明或不透明基板的接合銲墊 上，係包含： 〜放置頭，可供抓取需接合的積體電路晶片； 板置放台，放置基板用； 〜，一組攝影機’置於基板置放台上方，當所用基板爲不透明時，可向下 $@基板的接合銲墊位置的影像； 一第二組攝影機，置於晶片下方，待放置頭抓起晶片時，可向上攝取晶片 巧合銲墊位置的影像； 〜第三組攝影機，置於基板置放台下方，當所用基板爲透明的材料時，可 向上攝取基板接合銲墊的位置的影像； 一影像訊號處理裝置，接受第一及第二組，或者第三及第二組攝影機所傳 的影像訊號，計算兩者的偏差量，藉此調整所述基板置放台的位置，使 基板與晶片彼此對準。 2. 如申請專利範圍第丨項所述之接合系統，其中的影像訊號處理裝置係一電 腦。 3. 如申請專利範圍第丨項所述之接合系統，其中所述放置頭中包含一球形軸 承，下壓時可以自由調整放置頭下壓於基板的底面，使基板與放置頭所抓 取的晶片彼此平行。 4. 如申請專利範圍第〗項所述之接合系統，其中所述放置頭包含一加熱頭， &所述基板與積體電路晶片對準下壓後，可以加熱完成接合的動作。 5. 如申請專利範圍第4項所述之接合系統，其中所述放置頭在所含之加熱頭 外^隔熱用之套筒及最外面之外套筒，套筒與外套筒間有氣室，而所述加 熱頭尙鑽有Χ,Υ,Ζ三軸方向上之隔熱孔，使加熱頭的熱不致散失。 6. —種接合系統，可將積體電路晶片接合至透明或不透明基板的接合銲墊 上，係包含： 一支持用的工作檯，至少包含一水平的工作檯面； 一骨架，固定於所述水平檯面上，包含一水平的上頂面以及上頂面兩側垂 直所述水平檯面的側板； 一 Χ-Υ- 0三軸工作台，置於所述工作檯面上，其上有一基板置放台，可供 放置基板用； 一晶片置放台，置於所述工作檯面上； 一滑軌，固定在骨架之兩側板之間，而平行於工作檯面； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 裝. 、1Τ 經濟部中夬樑率局貞工消费合作社印*. • A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 —放置頭，固定在所述滑軌上，以便左右移動，可供抓取需接合 的積體電路晶片； —第一組攝影機，固定在骨架之上頂面，正對準於基板置放台， 當所用基板爲不透明，可向下攝取基板的接合銲墊位置影像； —第二組攝影機，固定於工作檯上，對準晶片置放台，待放置頭 抓起晶片時，可向上攝取晶片的接合銲塾位置的影像； —第三組攝影機，固定於工作檯上，對準基板置放台，當所用基 板爲透明，可向上攝取基板的接合舞墊位置的影像； 一影像訊號處理裝置，接受第一及第二組，或者第三及第二組攝 影機所傳的影像訊號，計算兩者的偏差，藉調整所述Χ-Υ-0三' 軸工作台及其上基板雛台的位置，使麵與晶片彼此對準。 7.如申請專利範圍第6項之接合系統，其中所述放置頭包含一眞空吸 口，可用以吸取晶片。 8_如申請專利範圍第7項之接合系統，其中所述放置頭尙包含一加熱 頭，在所述基板與積體電路晶片對準下壓後，可以加熱完成接合 的動作。 9. 如申請專利範圍第8項之接合系統，尙包含： —第一下壓裝置，固定於骨架之上頂面，對準晶片置放台； 一第二下壓裝置，固定於骨架之上頂面，對準基板置放台； 當吸取晶片時，待放置頭移至晶片置放台上方，由所述第一下壓 裝置壓下所述放置頭而吸取晶片，而當接合時，待放置頭與所吸 取晶片移至基板置放台上方，並且基板置放台調整位置，完成基 板與晶片間的對準後，可由所述第二下壓裝置壓下放置頭而完成 接合。 10. 如申請專利範圍第8項之接合系統，其中所述放置頭在所含之加熱 頭外有隔熱用之套筒及最外面之外套筒，套筒與外套筒間有氣 室，而所述加熱頭尙鐄有X»Y，Z三軸方向上之隔熱?L，使加熱頭的 熱不致散失。 11. 如申請專利範圍第6項之接合系統，其中所述放置頭包含一球形軸 承，下壓時可以自由調整放置頭下壓於基板的底面，使基板與放 置頭所抓取的晶片彼此平行。 12. 如申請專利範圍第11項之接合系統，其中所述之放置頭尙包含水 平調整螺絲，可用腫調水平精度。 逋用中國國家椹準（CNS ) Α4Λ#· ( 210X297公釐） --------I-丨裝------訂-----Γ線 (請先H讀背面之注f項再#寫本頁)