TWI479582B

TWI479582B - Grain bonding device

Info

Publication number: TWI479582B
Application number: TW101124604A
Authority: TW
Inventors: Masahito Tsuji; Mitsuteru Sakamoto
Original assignee: Shinkawa Kk
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2015-04-01
Also published as: TW201308459A; KR101380815B1; CN102881606B; JP2013021143A; CN102881606A; JP5762185B2; KR20130008465A

Description

晶粒接合裝置

本發明係關於晶粒接合裝置之構造。

在將半導體晶片接合於導線架等基板並連接半導體晶片之各電極與基板之電極或導線架之引腳之半導體裝置製造之後製程中，係使用用以將半導體晶片接合於基板等之晶粒接合裝置或以金屬線連接已接合於基板等之半導體晶片之電極與導線架之引腳之打線裝置等接合裝置(參照例如專利文獻1)。又，在μ GBA/IC之製造中，係使用將TAB帶之內引腳壓接於半導體之電極之單點接合裝置等(參照例如專利文獻2)。

此種打線裝置或單點接合裝置，係使接合工具即毛細管或單點接合工具等相對半導體晶片之電極移動於接觸或離開之方向，使金屬線或內引腳壓接於半導體晶片之電極且藉由超音波振盪將金屬線或內引腳接合於半導體晶片之電極。因此，各接合裝置必須分別使接合工具相對半導體晶片之面移動於垂直方向。此種習知技術之接合裝置，例如如專利文獻1之圖7所記載，係使用使安裝有接合工具之臂旋轉，使安裝於臂前端之接合工具相對半導體晶片之電極表面大致垂直地接觸或離開之構造。

然而，此構造，由於即使增長臂之長度，接合工具前端亦進行圓弧狀之移動，因此難以恆使接合工具相對半導體晶片之電極移動於垂直方向。

因此，已提出如專利文獻1之圖3所示，取代於旋轉之臂前端安裝接合工具，而藉由兩片平行彈簧支撐接合工具，以使毛細管相對半導體晶片於垂直方向接觸或離開。又，如專利文獻2之圖7所示，已提出了一種平行連結件構造，係將兩片板平行配置，藉由挾持板挾持其中央部分而提高剛性，於兩片板之各兩端分別各形成一個、合計四個之旋轉鉸鏈，藉由此四個旋轉鉸鏈使單點接合工具相對半導體晶片之電極移動於垂直方向。

[先行技術文獻]

[專利文獻1]日本特開2001-127097號公報

[專利文獻2]日本特開2000-323522號公報

此外，用以將半導體晶片接合於基板等之晶粒接合裝置，係從已切割之晶圓拾取半導體晶片並將所拾取之半導體晶片接合於基板或引腳上。由於此晶粒接合裝置係使吸附半導體晶片並拾取之工具即安裝有筒夾之接合頭相對半導體晶片表面移動於垂直方向，因此多使用移動於垂直方向之滑件。在拾取半導體晶片時或將半導體晶片接合於基板等之上時，需將筒夾以某程度之按壓荷重壓抵於半導體晶片。然而，由於若對半導體晶片施加較大按壓力，則半導體晶片會破損，因此多於筒夾與接合頭之間安裝能根據接合頭之下降距離調整筒夾對半導體晶片之按壓力之荷重彈簧，以在拾取半導體晶片或將之接合於基板等之上時使避免過度之按壓力施加於半導體晶片。

另一方面，近年來半導體晶片之厚度變得非常薄，其強度亦變低。又，使用砷化鎵等較脆材料之半導體晶片亦被更多使用。因此，有施加如習知之拾取荷重時此種薄或脆之半導體晶片破損之情形之問題。然而，若為了減低半導體之拾取荷重而減弱荷重彈簧，則有因使筒夾相對接合頭滑動於上下方向之Z方向導件之摩擦力而無法施加適切之按壓荷重之情形或於Z方向導件產生拉掛等而導致一時之間有過度按壓荷重被施加之問題。又，當取代此Z方向導件而使用例如專利文獻1,2所記載之平行彈簧或平行連結件之情形，由於平行彈簧或平行連結件本身之彎曲剛性大，因此若接合頭下降會有荷重彈簧之反作用力與平行連結件等之變形反作用力成為筒夾對半導體晶片之按壓力來施加。因此，無法根據接合頭之下降距離適切地調整對半導體晶片之按壓力，在拾取薄或脆之半導體晶片或接合於基板等之上時無法施所需要之較小按壓荷重，而有難以適切地拾取薄或脆之半導體晶片並接合於基板等之上之問題。

本發明之目的在於，在晶粒接合裝置中適切地拾取薄或脆之半導體晶片並接合。

本發明之晶粒接合裝置，其特徵在於，具備：軸，於前端安裝有拾取半導體晶片並接合之接合工具；以及接合頭，透過至少一個平板連結件安裝有軸，沿軸之延伸方向直線移動；平板連結件，包含沿與軸之延伸方向交叉之面延伸且安裝於接合頭之環狀板及與環狀板配置於同一面、橫越位於環狀板內側之中空部分之橫越板，於橫越板安裝有軸。

本發明之晶粒接合裝置較佳為，平板連結件之環狀板，在外緣之對向兩個固定點固定於接合頭；橫越板沿與連結環狀板之各固定點之方向交叉之方向延伸，寬度從連接軸之中央往連接於環狀板之兩端漸小；且較佳為環狀板寬度從各固定點往連接於橫越板之兩端漸小；且較佳為環狀板為大致四角環狀，分別配置於各固定點對向之兩邊中央。

本發明之晶粒接合裝置較佳為，軸藉由分離平行配置之兩個平板連結件安裝於接合頭。

本發明之晶粒接合裝置較佳為，包含：桿，藉由旋轉導件可旋轉地安裝於接合頭，一端連接於軸，於另一端連接賦予將接合工具按壓於半導體晶片之按壓荷重之彈簧；旋轉導件，係藉由使兩片板彈簧交叉成十字型之十字板彈簧；且較佳為十字板彈簧具有四個端點，其中相鄰之兩個端點連接於桿，其他兩個端點分別安裝於接合頭。

本發明，係發揮能在晶粒接合裝置中適切地拾取薄或脆之半導體晶片並接合之效果。

以下，參照圖式說明本發明之實施形態。如圖1所示，本實施形態之晶粒接合裝置100，具備安裝於未圖示之往XY方向之移動裝置之線性導件62、沿線性導件62移動於Z方向之滑件61、以及固定於滑件61且與滑件61一起移動於Z方向之接合頭50。接合頭50具備固定於滑件61之本體51、從本體51延伸於Y方向之一對下臂52與一對上臂53、透過襯套55藉由螺栓54固定於下臂52之下平板連結件20、透過襯套55藉由螺栓54固定於上臂53之上平板連結件30、分別固定於下平板連結件20與上平板連結件30之軸12、以及安裝於軸12下側前端之吸附半導體晶片之接合工具11。下平板連結件20與上平板連結件30平行配置。於軸12之上端安裝有外徑較軸12大之終端塊13，終端塊13之本體51側之下面，構成為抵於以螺栓54固定於上臂53之倒U字型擋止件56之上面。此外，圖1中之Z方向為垂直方向，XY方向顯示彼此正交之水平面。在以下說明之其他圖面中亦相同。

又，於本體51上部，透過旋轉導件即十字板彈簧45相對接合頭50可旋轉地安裝有桿40。桿40之前端部41(軸12側或Y方向+側)與軸12之終端塊13藉由連結板49連結。又，於桿40之後端部(滑件61側或Y方向-側)藉由螺栓42固定有配重塊48。於配重塊48下側之設於本體51之孔57安裝有賦予將接合工具11按壓於半導體晶片之按壓荷重之彈簧58。彈簧58上端接觸於配重塊48。

十字板彈簧45係將水平彈簧板46與垂直彈簧板47組合成十字者，水平彈簧板46之後端(滑件61側或Y方向-側) 藉由螺栓42固定於接合頭50之本體51，前端(軸12側或Y方向+側)藉由螺栓42固定於桿40之中央塊44之下面。又，垂直彈簧板47之下端藉由螺栓42固定於接合頭50之本體51上部，其上端藉由螺栓42固定於桿40之中央塊44之垂直面。如此，十字板彈簧45具有水平彈簧板46之前端與後端、垂直彈簧板47之上端與下端之四個端部，相鄰之水平彈簧板46之後端與垂直彈簧板47之下端固定於接合頭50之本體51，水平彈簧板46之前端與垂直彈簧板47之上端固定於桿40之中央塊44。接著，水平彈簧板46與垂直彈簧板47交叉之延伸於X方向之線為旋轉軸，十字板彈簧45將桿40支撐成可繞X軸旋轉。

參照圖2說明上平板連結件30之構造詳細。如圖2所示，上平板連結件30係將薄不鏽鋼或彈簧鋼等加工而成者，沿與軸12延伸之Z方向垂直之XY面內延伸。上平板連結件30具備環狀板31與於Y方向橫越環狀板31內側之中空部分34之橫越板32。環狀板31與橫越板32配置於同一平面內。環狀板31為大致四角環狀，各邊延伸於X方向與Y方向。又，延伸於Y方向之一對第1邊31a之長度方向中央透過襯套55藉由螺栓54固定於上臂53上面。藉由此螺栓54固定於上臂53之第1邊31a之部分分別為上平板連結件30之固定點33。又，環狀板31之延伸於X方向之一對第2邊31b之各中央藉由橫越板32於Y方向連接。又，於橫越板32中央固定有軸12。如圖2所示，橫越板32之中心線72為通過軸12之中心線71之線。軸12安裝於橫越板32之部分藉由環14補強。如圖2所示，橫越板32通過軸12之中心線71延伸於Y方向，固定有軸12之中央部分寬度較寬，為其寬度往與環狀板31連接之端部而漸小之錐形狀。又，延伸於Y方向之一對第1邊31a藉由螺栓54固定之固定點33之部分寬度較寬，隨著往Y方向，第1邊31a之寬度漸小。又，兩個固定點33與軸12配置於一個直線73上，於X方向排列成一列。以上，雖說明了上平板連結件30之構造，但下平板連結件20之構造亦與上平板連結件30為相同構造。

說明藉由如以上說明構成之本實施形態之晶粒接合裝置100拾取半導體晶片時之動作。對已參照圖1,2說明之部分賦予相同之符號，其說明省略。如圖3所示，欲拾取之半導體晶片90，在於背面貼附有切割帶83之狀態下被吸附固定於拾取載台81上。切割帶83在往周圍拉伸之狀態下於各半導體晶片90之間形成微小之間隙。晶粒接合裝置100藉由未圖示之XY移動裝置使接合頭50移動，使安裝於軸12之下端之接合工具11之位置來到欲拾取之半導體晶片90正上方。

其次，如圖4所示，晶粒接合裝置100藉由未圖示之控制部之指令，使安裝有接合頭50之滑件61往Z方向下方降下。接著，控制部在接合工具11前端接觸於半導體晶片90表面後，進而使滑件61及接合頭50降下高度△Z₀ 。如此，如圖4所示，軸12被導引至兩個平板連結件20,30而相對接合頭50往上方移動高度△Z₀ ，軸12上端之終端塊13亦往上方移動高度△Z₀ 。接著，藉由連結板49連結於終端塊13之桿40之前端部41亦往上方移動高度△Z₀ 。桿40沿十字板彈簧45之水平彈簧板46與垂直彈簧板47之交叉線c繞X軸旋轉，桿40之後端部43往下方移動高度△Z₅ 。如此，彈簧58於Z方向縮小長度△Z₅ ，藉由其反作用力將桿40之後端部43往上壓，對透過連結板49連接於桿40之前端部41之終端塊13、軸12往下施加力Fo。接合工具11之內部由於藉由未圖示之真空裝置而成為真空，因此藉由此力Fo，接合工具11被按壓於半導體晶片90表面後，接合工具11即吸附半導體晶片90。其後，藉由未圖示之控制部使滑件61上升後，接合工具11即拾取半導體晶片90。

參照圖5、圖6，詳細說明接合工具11接觸半導體晶片90表面後接合頭50進一步降下高度△Z₀ 時之上平板連結件30之變形與軸12之移動。接合工具11接觸半導體晶片90表面後，接合頭50進一步降下高度△Z₀ 時，由於如圖5所示，固定有上平板連結件30之上臂53亦較接合工具11接觸半導體晶片90表面時之高度降下高度△Z₀ ，因此上平板連結件30之固定點33亦較接合工具11接觸半導體晶片90表面時之高度降下高度△Z₀ 。另一方面，由於軸12之前端之接合工具11接觸於半導體晶片90表面，因此不會再更加降下，而於上平板連結件30之固定有軸12之橫越板32中央與兩個固定點33間形成△Z₀ 之高度差。藉由上平板連結件30之固定點33而中央固定於上臂53之各第1邊31a，如圖5及圖6(a)所示，從固定點33往第2邊31b逐漸往上方彎曲。又，如圖5、圖6(b)所示，橫越第2邊31b之間之橫越板32，係往上方變形成安裝有軸12之中央部從第2邊31b隆起。進而，如圖5、圖6(b)所示，第2邊31b之連接有橫越板32之中央部分往上變形成從連接於第1邊31a之兩端隆起。如圖6(a)所示，藉由第1邊31a往上方之彎曲，於固定點33與第1邊31a之兩端或第2邊31b之間形成△Z₁ 之高度差。又，如圖6(b)所示，藉由第2邊31b之隆起變形，於第1邊31a之兩端與第2邊31b之中央部之間形成△Z₂ 之高度差。進而，如圖6(b)所示，藉由橫越板32之隆起變形，於第2邊31b之中央與安裝有軸12之橫越板32之中央之間形成△Z₃ 之高度差。又，此高度之差△Z₁ ,△Z₂ ,△Z₃ 之合計為高度△Z₀ 。亦即，△Z₁ +△Z₂ +△Z₃ =△Z₀ 。

如上述，上平板連結件30藉由從固定點33延伸之第1邊31a之彎曲變形、第2邊31b之隆起變形、橫越於與第2邊31b之間之橫越板32之隆起變形，使軸12相對接合頭50於Z方向移動高度△Z₀ 。又，由於第1邊31a與橫越板32之連接於第2邊31b之端部之寬度漸小，因此於第2邊31b之兩端及橫越板32之兩端分別形成連結，藉由各連結之旋轉使軸12移動於Z方向。因此，幾乎不會發生對軸12之Z方向之移動之抵抗。又，本實施形態之晶粒接合裝置100由於係將下平板連結件20與上平板連結件30之兩個平板連結件平行配置，藉此軸12支撐成能移動於Z方向，因此能使軸12相對半導體晶片90表面於垂直方向順暢地移動。進而，如圖4所示，由於桿40被十字板彈簧45旋轉支撐，因此無如旋轉軸承等摩擦抵抗，幾乎不會發生對旋轉之抵抗。

因此，在接合工具11接觸半導體晶片90表面後，接合頭50沉入高度△Z時施加於半導體晶片90表面之力，如圖7所示係相對沉入高度△Z成正比。亦即，F=K×△Z。藉此，控制部藉由控制接合頭50之沉入量△Z，而能正確地控制施加於半導體晶片之按壓荷重。因此，在拾取薄或脆之半導體晶片90時，能正確地控制較小之按壓荷重，能將薄且強度低或較脆之半導體晶片90不損傷地適切地拾取。又，本實施形態之晶粒接合裝置100，由於非如習知之接合裝置般使軸12滑動於Z方向或將桿40旋轉支撐之部分之滑動部，因此無磨耗而使用壽命長，且亦不會有因摩擦抵抗之變化導致按壓荷重變化，能長時間穩定動作。

以上，雖說明了藉由本實施形態之晶粒接合裝置100拾取半導體晶片90時之動作，但將半導體晶片90接合於基板或導線架等上時之動作亦相同，由於能正確地控制施加於半導體晶片90之小按壓力，因此能將薄且強度低或較脆之半導體晶片90不損傷地適切地接合於基板或導線架等之上。又，進一步將半導體晶片接合於半導體晶片上時亦同樣地，能使半導體晶片90不損傷地適切地進行接合。

參照圖8、圖9說明本發明之其他實施形態。對已參照圖1至圖7說明之部分賦予相同之符號，省略說明。圖8所示之上平板連結件130，係將參照圖1至圖7說明之實施形態之上平板連結件30之大致四角環狀之環狀板31作成橢圓形狀之環狀板131，且於其長圓側設有固定點133，以橫越對向之短圓之方式設有橫越板132。又，圖9所示之實施形態，係於參照圖1至圖7說明之實施形態之第1邊31a中央外側設有突耳35，並將此突耳35固定於上臂53而構成者。圖8、圖9所示之任一實施形態均能發揮與參照圖1至圖7說明之實施形態相同之效果。

11‧‧‧接合工具

12‧‧‧軸

13‧‧‧終端塊

14‧‧‧環

20‧‧‧下平板連結件

21,31,131‧‧‧環狀板

22,32,132‧‧‧橫越板

24,34‧‧‧中空部分

30,130‧‧‧上平板連結件

31a‧‧‧第1邊

31b‧‧‧第2邊

33,133‧‧‧固定點

35‧‧‧突耳

40‧‧‧桿

41‧‧‧前端部

42‧‧‧螺栓

43‧‧‧後端部

44‧‧‧中央塊

45‧‧‧十字板彈簧

46‧‧‧水平彈簧板

47‧‧‧垂直彈簧板

48‧‧‧配重塊

49‧‧‧連結板

50‧‧‧接合頭

51‧‧‧本體

52‧‧‧下臂

53‧‧‧上臂

54‧‧‧螺栓

55‧‧‧襯套

56‧‧‧擋止件

57‧‧‧孔

58‧‧‧彈簧

61‧‧‧滑件

62‧‧‧線性導件

71,72‧‧‧中心線

73‧‧‧直線

81‧‧‧拾取載台

83‧‧‧切割帶

90‧‧‧半導體晶片

100‧‧‧晶粒接合裝置

圖1係顯示本發明之實施形態中之晶粒接合裝置之構造之立體圖。

圖2係顯示本發明之實施形態中之晶粒接合裝置之平板連結件之立體圖。

圖3係顯示本發明之實施形態中之晶粒接合裝置之拾取半導體晶片前之狀態之剖面圖。

圖4係顯示本發明之實施形態中之晶粒接合裝置之拾取半導體晶片之狀態之剖面圖。

圖5係顯示本發明之實施形態中之晶粒接合裝置之平板連結件之變形狀態之立體圖。

圖6係顯示本發明之實施形態中之晶粒接合裝置之平板連結件之變形狀態之側視圖。

圖7係顯示本發明之實施形態中之晶粒接合裝置之接合頭之相對沉入量之按壓荷重之變化之圖表。

圖8係顯示本發明之其他實施形態中之晶粒接合裝置之平板連結件之俯視圖。

圖9係顯示本發明之其他實施形態中之晶粒接合裝置之平板連結件之俯視圖。