TWI489581B - 半導體封裝製造過程中用於傳送半導體元件到襯底的裝置 - Google Patents

Description

半導體封裝製造過程中用於傳送半導體元件到 襯底的裝置

本發明涉及一種在半導體封裝製造過程中用於傳送半導體元件到襯底上的裝置，該裝置特別地，並非唯一地適合於在晶粒鍵合過程中從晶圓平臺處傳送半導體晶粒至引線框。

晶粒貼裝機器被普遍地使用于半導體封裝製造中，以用於將半導體元件準確地傳送至半導體襯底上。例如，晶粒鍵合機具有晶粒傳送頭，以在拾取放置操作中從晶圓平臺處傳送半導體晶粒至引線框上。然而，在通過具有單一鍵合頭的晶粒鍵合機所實現的晶粒鍵合處理的產能方面存在限制，正常量化為‘每小時產量’(UPH)。

提高這種晶粒鍵合機的UPH的一種方法是構造級聯晶粒鍵合機的系統。圖1所示為通過兩個晶粒鍵合機102、104連接在一起所構造的系統100。該系統100包含有：用於放置容納切割後半導體晶粒107的晶圓的晶圓平臺106、108，用於沿著X方向傳輸引線框109、111的支撐設備110、112以及具有各自的晶粒傳送頭118、120的晶粒傳送設備114、116，該晶粒傳送頭用於將半導體晶粒107從晶圓平臺106、108處沿著垂直於X方向的Y方向傳送至引線框109、111的鍵合位置處。傳輸設備122被進一步地佈置在兩個晶粒鍵合機102、104之間，以將引線框109、111從最左側晶粒鍵合機102的卸載區域傳輸至最右側晶粒鍵合機104的裝載區域。

如果具有更大寬度的其他的支撐設備110、112被使用來支撐相應的具有更大引線框寬度的引線框時，那麼由晶粒傳送頭118、120從晶圓平臺106、108處沿著Y方向傳送至引線框最外側端緣的距離將會增加。這相應地減少了系統100的UPH。

另外，構造包含有兩個單獨的通過介於中間的傳輸設備122相連的晶粒鍵合機102、104的系統100通常需要大的占地面積。所以，在工廠裡，這種系統100的構造佔用了有價值的空間。

而且，級聯晶粒鍵合機102、104的系統100意味著其具有的設備多達 兩倍於單獨的晶粒鍵合機。所以，系統100中任一種設備發生故障的可能性將會高於單獨的晶粒鍵合機。因為在系統100內部，晶粒鍵合機102、104以順序的方式執行晶粒鍵合，所以任一種晶粒鍵合機102、104發生故障總會引起整個系統100的操作停止，進而影響其UPH。

所以，本發明的目的是改進包含有級聯晶粒鍵合機102、104的這種系統100的上述任一種局限。

因此，本發明一方面提供一種用於在半導體封裝製造過程中將半導體元件傳送至襯底上的裝置，該裝置包含有：平臺，以及多個安裝(affixed)在平臺上的傳送模組，該多個傳送模組中的每個均包含有：支撐設備，用於支撐襯底；和傳送設備，用於將半導體元件傳送至襯底上；其中，該支撐設備的高度被相互地拉平(mutually levelled)，以在該多個傳送模組之間傳輸襯底。

本說明書內容中的術語“安裝(affixed)”此處意思是該多個傳送模組緊緊附著於該平臺上，其中，該多個傳送模組的部分或者全部可移動地緊緊附著於該平臺上。

由於該裝置的支撐設備的高度被相互地拉平，所以當操作該要求保護的裝置的實施例時，確保該支撐設備被設置在同一高度的步驟可以是不必要的。這樣有利於節約寶貴的時間。相比之下，在包含有級聯晶粒鍵合機102、104的系統100中必須採用這個步驟，以保證襯底將會在相鄰的晶粒鍵合機102、104之間將被合適地傳輸。所以，包含有準確測量晶粒鍵合機102、104的各種步驟被需要，以保證它們各自的支撐設備110、112的高度被相互地拉平以便於傳輸引線框109、111。這總是要浪費時間和使得晶粒鍵合處理變得複雜。

本裝置的一些可選特徵描述在從屬申請專利範圍中。

例如，多個傳送模組可以沿著襯底將被傳輸的方向設置在各自支撐設備的相對兩側。以這種方式，傳送設備可以被配置來將半導體元件傳送至位於各自的襯底相對於該傳送設備比較靠近的部分。這些各自的襯底比較靠近的部分是沿著襯底將被傳輸的方向。由於傳送設備所經過的距離被縮 短，所以本發明所述裝置的實施例中的UPH產量能夠得到有益的改善。另外，該多個傳送模組中的至少一個可以相對於平臺移動，以沿著橫切於襯底將被傳輸方向的方向上以相互補償的方式設置各自的支撐設備。非常有益地，當使用帶有較窄引線框寬度的引線框時，本發明所述裝置的實施例中的UPH產量也同樣可以被改善。

參閱後附的描述本發明實施例的附圖，隨後來詳細描述本發明是很方便的。附圖和相關的描述不能理解成是對本發明的限制，本發明的特點限定在申請專利範圍中。

圖2為包含有兩個晶粒傳送模組202a、202b的晶粒鍵合機200的立體示意圖，晶粒傳送模組202a、202b具有：i)用於在X方向上傳送襯底如引線框206a、206b的支撐設備204a、204b；ii)相對於各個支撐設備204a、204b佈置的晶粒傳送設備208a、208b；iii)用於放置半導體晶粒212的晶圓平臺210a、210b；iv)確保拾取和放置操作的準確度的拾取和鍵合光學系統(圖中未示)。

特別地，晶粒傳送設備208a、208b包括晶粒傳送頭214a、214b，其被配置來從各自的晶圓平臺210a、210b處拾取半導體晶粒212並將其在垂直於X方向的Y方向上傳送至各自引線框206a、206b的鍵合位置。晶粒傳送頭214a、214b被設置在支撐設備204a、204b沿著X方向的對立側面上，以提高晶粒鍵合機200的UPH(更多細節被列明如下)。

另外，晶粒鍵合機200包含有平臺216，傳送裝置202a、202b被安裝(affixed)在該平臺上。特別是，當晶粒傳送模組202a、202b安裝在平臺216上時，支撐設備204a、204b的高度被相互拉平(levelled)以確保晶粒鍵合期間引線框206a、206b在晶粒傳送模組202a、202b之間被傳送。圖2表明了平臺216作為一個帶有不同軌道218a、218b的完整的單件水準平臺(one-piece level platform)，晶粒傳送設備208a、208b沿著軌道218a、218b可被調節地移動。軌道218a、218b如圖2所示的佈置僅僅為了解釋說明。值得注意的是，這些軌道218a、218b設置在晶粒傳送模組202a、202b的底部，因此從視圖上看是隱藏的。

晶粒鍵合機200更進一步包括用於調節晶粒傳送模組202a、202b的相對佈置的移動設備。該移動設備的一個示例表明在圖2中，其再一次僅僅為了解釋說明，該移動設備包含有安裝在晶粒傳送模組202a、202b上的滾軸(rollers)220a、220b和設置在平臺216上的軌道218a、218b。特別地，滾軸220a、220b安裝在平臺216的各自的軌道218a、218b上以調節晶粒傳送模組202a、202b的相對佈置。值得注意的是，滾軸220a、220b設置在晶粒傳送模組202a、202b的底部，因此從視圖上看是隱藏的。由於軌道218a、218b分別沿著X方向和Y方向佈置，所以晶粒傳送模組202a、202b能夠被配置來在相應的X方向和Y方向上移動。

在X方向上的調整對於以捲筒(reel)形式的長引線框可能是必要的，其從一個晶粒傳送設備208a橫跨至另一個晶粒傳送設備208b。這種調整確保各個晶粒傳送設備208a、208b中的鍵合位置之間的距離等於引線框上相鄰鍵合盤之間的多個列向間距(column pitch)。

晶粒傳送模組202a沿著X方向在順向充分的距離變化範圍之內可調節地移動，而晶粒傳送模組202b沿著Y方向在順向充分的距離變化範圍之內可調節地移動，以便於該裝置在適應不同的加工設計方面增加更大的多用性。

圖3所示為晶粒鍵合機200的平面示意圖。較合適地，晶粒鍵合機200在一個完整的底架內容置有兩個傳送模組202a、202b。與需要兩個獨立的晶粒鍵合機102、104和中間的傳輸設備122的傳統系統101相反，所以，該晶粒鍵合機200需要較小的占地面積。

而且，傳統系統101的每個晶粒鍵合機102、104包含有單獨的定位單元，以用於每當相應的多列的引線框109、111的鍵合位置已被半導體晶粒107佔用時而傳送各自的支撐設備110、112一段引線框109、111的列向間距。相比之下，該晶粒鍵合機200的兩個晶粒傳送模組202a、202b可能使用一個單獨的定位單元，以在各列鍵合位置的鍵合期間用於傳送兩個支撐設備204a、204b一段引線框206a、206b的列向間距。由於晶粒鍵合機200需要比傳統系統100更少的設備，所以晶粒鍵合機200的任何一種設備出現故障的可能性和傳統系統100相比更低。在其整個使用壽命期間，這有利地轉換成比傳統系統100更高的晶粒鍵合機200的UPH量。

圖4所示為引線框206a的平面示意圖，該引線框具有不同鍵合位置400 以沿著引線框寬度402方向形成列向的鍵合位置400。不同列的鍵合位置400沿著引線框長度404方向設置，相鄰列之間的間距被定義為引線框的“列向間距”406。

圖2和圖3的晶粒鍵合機200的操作現在將參考圖5進行解釋。每個晶粒傳送頭214a、214b負責來將半導體晶粒212從各自的晶圓平臺210a、210b傳送至位於各自下半個引線框206a、206b的、更靠近於相應晶粒傳送頭214a、214b的引線框206a、206b的鍵合位置。參考圖5，由於晶粒傳送頭214a相鄰於支撐設備204a的下部設置，所以它被配置來將半導體晶粒212從晶圓平臺210a傳送至位於引線框206a下半部的鍵合位置。由於晶粒傳送頭214b相鄰於支撐設備204b的上部設置，所以它被配置來將半導體晶粒212從晶圓平臺210b傳送至位於引線框206b上半部的鍵合位置。

通過配置晶粒傳送頭214a、214b來傳送半導體晶粒至位於各自引線框206a、206b的相對於相應晶粒傳送頭214a、214b更近的部分，每個晶粒傳送頭214a、214b能夠避免從晶圓平臺210a、210b傳送至位於引線框206a、206b最遠部分的鍵合位置處的距離。所以，通過晶粒傳送頭214a、214b所傳送的距離能夠得以被縮短。這有助於提高晶粒鍵合機200的UPH。

圖6所示為晶粒鍵合機200的另一種配置的立體示意圖。在這個配置中，晶粒傳送模組202b已經相對於另一個晶粒傳送模組202a在正交於引線框傳送的X方向的Y方向上移動，以便於各個支撐設備204a、204b以在Y方向上相互補償(mutual offset)的方式得以佈置。更具體地，晶粒傳送模組202b隨同軌道218b在Y方向上一起移動，直到支撐設備204a、204b在X方向上定義出重疊的通道(overlapping path)，該通道的通道寬度和正被處理的較窄的引線框500a、500b、500c的寬度相匹配。

圖7所示為圖6中這種配置形式的晶粒鍵合機200的平面示意圖，其表明了沿著Y方向上位於支撐設備204a、204b之間的相互補償700。

圖6和圖7中表明的這種配置形式的晶粒鍵合機200的操作現在將參考圖8進行解釋。

類似於參考圖5所解釋的晶粒鍵合機的操作，晶粒鍵合期間當支撐設備204a、204b在X方向上移動時，每個晶粒傳送頭214a、214b負責將半導體晶粒212從各自的晶圓平臺210a、210b傳送至位於各自引線框500b、500c的相 對於晶粒傳送頭214a、214b更近的部分的鍵合位置。由於晶粒傳送頭214a相鄰於支撐設備204a的下部設置，所以它被配置來將半導體晶粒212從晶圓平臺210a傳送至位於引線框500b下半部的鍵合位置。對於晶粒傳送頭214b，由於其相鄰於支撐設備204b的上部設置，所以它被配置來將半導體晶粒212從晶圓平臺210b傳送至位於引線框500c上半部的鍵合位置。

通過配置晶粒傳送頭214a、214b來傳送半導體晶粒至位於引線框500b、500c上相對於晶粒傳送頭214a、214b更近的部分，晶粒傳送頭214a、214b避免了從晶圓平臺210a、210b傳送至位於各自引線框500a、500b最遠部分的鍵合位置處更遠的距離。

在沒有能力可調節地移動晶粒傳送模組202b以便於支撐設備204a、204b確定出重疊的通道，該通道的通道寬度和將被處理的較窄的引線框500a、500b、500c的寬度相匹配的情形下，晶粒傳送頭214b將會設置在如圖7所示的位置E處。接下來，對於晶粒鍵合機202的每次拾取放置操作，晶粒傳送頭214b必須移動通過一段附加的距離800，其與支撐設備204a、204b之間沿著Y方向上的相互補償700相匹配。

通過調整各個支撐設備204a、204b的相對佈置，對於晶粒鍵合機200所完成的每次拾取放置步驟，晶粒傳送頭214a、214b所移動的距離因為補償間距700而能夠被縮短。所以，可以看出，調整晶粒傳送模組202a、202b的相對佈置以確定其支撐設備204a、205b之間的補償偏差700的能力意味著：晶粒鍵合機200可以被適應來和帶有較窄引線框寬度的引線框一起使用，以提高晶粒鍵合機200的UPH產量。

當然，值得注意的是，作為由支撐設備204a、204b所確定的重疊的通道也可以具有比較窄的引線框500a、500b、500c的寬度更大的寬度。

更加值得欣賞的是，在不離開本發明的範圍和實質的情形下，本發明較佳實施例的其他變化形式也是可能的。例如，取代沿著X方向可活動調節的晶粒傳送模組202a，在正交的Y方向上延伸的軌道反而可以提供在平臺216上，以便於晶粒傳送模組202a也可以沿著Y方向可調整地移動而以在Y方向上相互補償的方式設置各個支撐設備204a、204b。同樣，在本發明較佳實施例涉及用於傳送半導體晶粒至引線框的晶粒鍵合機的同時，本發明實施例也可以用於在表面裝配技術應用方面將電子元件裝配在印刷電路板 (PCB)上。

100‧‧‧系統

102、104‧‧‧晶粒鍵合機

106、108‧‧‧晶圓平臺

107‧‧‧半導體晶粒

109、111‧‧‧引線框

110、112‧‧‧支撐設備

118、120‧‧‧晶粒傳送頭

122‧‧‧傳輸設備

X‧‧‧方向

Y‧‧‧方向

200‧‧‧晶粒鍵合機

202a、202b‧‧‧晶粒傳送模組

204a、204b‧‧‧支撐設備

206a、206b‧‧‧引線框

208a、208b‧‧‧晶粒傳送設備

210a、210b‧‧‧晶圓平臺

212‧‧‧半導體晶粒

214a、214b‧‧‧晶粒傳送頭

216‧‧‧平臺

218a、218b‧‧‧軌道

220a、220b‧‧‧滾軸

400‧‧‧鍵合位置

402‧‧‧引線框寬度

404‧‧‧引線框長度

406‧‧‧列向間距

500a、500b、500c‧‧‧引線框

700‧‧‧相互補償

800‧‧‧距離

現在僅僅通過示例的方式，並參考附圖描述本發明較佳實施例，其中：圖1所示為傳統的級聯晶粒鍵合機的系統。

圖2所示為具有兩個傳送模組的本發明較佳實施例的立體示意圖。

圖3所示為圖2中的較佳實施例的平面示意圖。

圖4所示為通用引線框的平面示意圖。

圖5所示為從圖2和圖3中所示的較佳實施例所經歷的晶粒鍵合操作示意圖。

圖6所示為從圖2和圖3中所示的另一種配置形式的較佳實施例的立體示意圖，其中傳送模組以相互補償(mutual offset)的方式被佈置。

圖7所示為圖6中的較佳實施例的平面示意圖。

圖8所示為從圖6和圖7中所示的較佳實施例所經歷的晶粒鍵合操作示意圖。

200‧‧‧晶粒鍵合機

202a、202b‧‧‧晶粒傳送模組

204a、204b‧‧‧支撐設備

206a、206b‧‧‧引線框

208a、208b‧‧‧晶粒傳送設備

210a、210b‧‧‧晶圓平臺

212‧‧‧半導體晶粒

214a、214b‧‧‧晶粒傳送頭

216‧‧‧平臺

218a、218b‧‧‧軌道

220a、220b‧‧‧滾軸

X‧‧‧方向

Y‧‧‧方向

Claims (7)

1. 一種用於在半導體封裝製造過程中將半導體元件傳送至襯底上的裝置，該裝置包含有：平臺，以及多個安裝在平臺上的傳送模組，該多個傳送模組中的每個均包含有：支撐設備，用於支撐襯底；和傳送設備，用於將半導體元件傳送至襯底上；其中，該支撐設備的高度被相互拉平，以在該多個傳送模組之間傳輸襯底；其中，該傳送設備設置在各自支撐設備沿著襯底將被傳輸的方向的相對兩側；其中，該傳送設備被用於將半導體元件傳送至位於各自的襯底比較靠近於該傳送設備的部分，該各自的襯底的部分沿著平行於襯底將被傳輸的方向的分界線被分開。
2. 一種用於在半導體封裝製造過程中將半導體元件傳送至襯底上的裝置，該裝置包含有：平臺，以及多個安裝在平臺上的傳送模組，該多個傳送模組中的每個均包含有：支撐設備，用於支撐襯底；和傳送設備，用於將半導體元件傳送至襯底上；其中，該支撐設備的高度被相互拉平，以在該多個傳送模組之間傳輸襯底；其中，該多個傳送模組中的至少一個被安裝在平臺上，以便於它相對於該平臺移動，而在橫切於襯底將被傳輸方向的方向上以相互補償的方式設置該支撐設備。
3. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中，該多個傳送模組中的至少一個沿著橫切於襯底將被傳輸方向的方向移動。
4. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中，該多個傳送模組中的至少一個還在襯底將被傳輸的方向上移動。
5. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，該裝置還包含有： 移動設備，用於調整該多個傳送模組的相互補償。
6. 如申請專利範圍第5項所述的裝置，其中，該移動設備包含有：軌道，其設置在該平臺上；以及多個輪子，其安裝在傳送模組中的至少一個傳送模組上，以沿著軌道移動該傳送模組。
7. 如上述任一項申請專利範圍所述的裝置，該裝置包含有：單獨的定位單元，其用於可控地傳輸支撐設備上的襯底。