TWI539539B - Semiconductor packaging equipment, method and the nozzle thereof - Google Patents

Description

半導體封裝設備、方法及其中的噴頭

本發明大體上係關於晶片封裝，更具體言之，係關於晶粒黏著製程(die bonding)。

半導體器件之製造過程通常包括將晶粒附著或結合至基板上之步驟。附著或結合步驟之一個目的係產生晶粒與基板之間的牢固實體結合。已有不同之晶粒附著方法，如共熔方法、焊接方法及膠合方法。膠合方法因為其經濟性且適於流水線作業而得到廣泛應用。

在傳統晶粒黏著製程中，採用塗佈頭與基板或引線框架近距離地流體接觸之方式，藉由塗佈頭之虹吸作用及毛細作用將膠體塗佈於基板或引線框架上。膠體之塗佈量(體積)受到塗佈頭與基板或引線框架之間的距離之影響，距離愈遠則塗佈量愈多，距離愈近則塗佈量愈少。由於管線之起伏、基板或引線框架之翹曲等各種不理想之因素，導致每一次之膠體塗佈量不穩定，從而影響了晶粒黏著之品質乃至成品半導體器件之良率，降低了生產效率。

本發明之至少一個目的在於提供新穎的半導體封裝設備及方法，以改良晶粒黏著之品質。

在一個實施例中，提供一種用於半導體封裝中的膠體噴塗之噴頭，該噴頭包括：中空柱體；位於該柱體內腔中之活塞，其與該柱體所包圍之腔體用於容納該膠體；一或多個噴嘴，其設置於該柱體之底 部；加熱裝置，其亦設置於該柱體上。

在一個實施例中，在該噴頭之端部亦設置有遮罩以當該噴頭接近需噴塗之載體時將包含該噴嘴之噴頭端部與外界隔離。

在一個實施例中，該噴頭之外徑在2至5毫米範圍內，該噴嘴之孔徑在0.3至1.5毫米之範圍內。

在一個實施例中，提供一種用於半導體封裝之設備，該設備包括上述之噴頭。

在一個實施例中，該設備進一步包括第一夾具及第二夾具。該第一夾具至少可在第一位置與第二位置之間水平移動，且可在該第二位置夾持需噴塗之載體以供該噴頭噴塗膠體。該第二夾具至少可在第三位置與第四位置之間水平移動，當該第一夾具在該第二位置夾持該載體時，該第二夾具可在該第三位置夾持該載體。

一種控制上述設備之方法包括：控制該噴頭之行進路線以避開該第一夾具及第二夾具。

在一個實施例中，該方法進一步包括當該第二夾具在該第三位置夾持該載體後，使該第一夾具與該載體脫離。

在一個實施例中，該設備進一步包括用於控制膠體下降路徑之路徑保護裝置。

在一個實施例中，該設備進一步包括用於清潔噴頭上之殘留膠體之清潔裝置。

在一個實施例中，該清潔裝置包括真空泵。

在一個實施例中，該清潔裝置包括清潔材料或包裹著清潔材料之滾筒。

在一個實施例中，該設備包括並排設置之多個噴頭。

在一個實施例中，提供一種用於半導體封裝之方法。該方法包括：為上述噴頭中之膠體及需噴塗之載體分別注入極性相反之電荷。

10‧‧‧系統

12‧‧‧噴頭

14‧‧‧影像感測器

15a‧‧‧尚未噴注膠體之載體

15b‧‧‧已噴注膠體但尚未貼合晶粒之載體

15c‧‧‧已貼合晶粒之載體

16‧‧‧裝配頭

18‧‧‧影像感測器

20‧‧‧控制器

25‧‧‧傳送器

28‧‧‧外殼

200‧‧‧噴頭

201‧‧‧柱體

203‧‧‧活塞

205‧‧‧噴嘴

207‧‧‧加熱裝置

210‧‧‧腔體

220‧‧‧載體

300‧‧‧噴頭

301‧‧‧柱體

303‧‧‧活塞

305‧‧‧噴嘴

307‧‧‧加熱裝置

310‧‧‧腔體

316‧‧‧遮罩

320‧‧‧載體

400‧‧‧噴頭

420‧‧‧載體

432‧‧‧夾具

434‧‧‧夾具

500‧‧‧噴頭

520‧‧‧載體

532‧‧‧夾具

550‧‧‧清潔裝置

結合附圖，以下關於本發明之較佳實施例之詳細說明將更易於理解。本發明以舉例之方式予以說明，並非受限於附圖，附圖中類似之附圖標記指示相似之元件。

圖1展示用於製作半導體器件之系統10之立體結構示意圖；圖2A展示噴頭200之局部剖面示意圖；圖2B展示由噴頭200實施之噴注方向控制方案之示意圖；圖3展示噴頭300之局部剖面示意圖；圖4展示本發明一個實施例之噴膠操作示意圖；圖5展示本發明一個實施例之噴膠操作示意圖。

附圖之詳細說明意在作為本發明之當前較佳實施例之說明，而非意在表示本發明能夠得以實現之僅有形式。應理解，相同或等同之功能可由意在包含於本發明之精神及範疇內之不同實施例完成。

如圖1所示，系統10包括控制器20、噴頭12、裝配頭16、影像感測器14及18、傳送器25及外殼28。為了清楚地展示其他部件，外殼28以虛線展示。外殼28通常作為其他部件之支撐結構，並且能夠發揮防塵等作用。噴頭12、裝配頭16、影像感測器14及18可通信地耦接至控制器20，且在控制器20之控制下動作。

影像感測器14經配置以偵測載體15之位置，根據偵測到之位置，噴頭12受控地藉由活塞之運動向載體上噴注膠體。影像感測器18經配置以偵測經過噴膠之載體15之位置，根據偵測到之位置，裝配頭16受控地將半導體晶粒貼合至膠體上。在操作中，對載體定位時，可採用單顆載體單元定位方法，除此之外，影像感測器14及18亦可藉由區域定位之方式對載體定位。噴頭12及裝配頭16操作時根據區域定位結果在該區域範圍內進行操作，當對第一個載體單元操作後，根據載體上 之載體單元之間的固定間距跳轉至下一個載體單元進行操作，直至該區域內之載體單元全部操作完畢，再次藉由影像感測器對下一個區域進行定位。圖中展示尚未噴注膠體之載體15a、已噴注膠體但尚未貼合晶粒之載體15b及已貼合晶粒之載體15c。之後，完成晶粒貼合之載體可被送入烘箱加熱固化。通常，噴頭12中包括一個管狀腔室來容納膠體，該腔室之容積即限定了每一次噴注之膠體之體積。噴頭12利用氣體及機械運動完成膠體噴注動作。因此，在流水線作業中，每一次膠體實施之量得以保持穩定，從而保證了晶粒黏著之品質，提高了成品半導體器件之良率，提高了生產效率，降低了成本。

影像感測器14及18除了用於偵測載體15之位置，亦可用來偵測操作品質，如影像感測器14用於偵測噴膠之品質，影像感測器18用來偵測晶粒貼合品質。

雖然在圖1所示實施例中，噴頭12及裝配頭16展示為容納於同一個外殼28之內，但熟習此項技術者容易理解，噴注程序與晶粒貼合程序可分離，噴頭與裝配頭亦可分別整合於兩個獨立之子系統內，由各自獨立之控制器所控制。

在另一個實施例中，用於製作半導體器件之系統包括噴頭、裝配頭、固定平台及傳送機械手等。固定平台用於置放載體以供噴頭及裝配頭進行操作。傳送機械手用於在固定平台上傳送載體。

在一個實施例中，噴頭之支撐結構包括大體上垂直於傳送帶之前進方向的懸軌，噴頭附著於該懸軌上之機械臂，從而能夠受控地沿著懸軌之方向來回移動。噴頭所附著之機械臂亦可設置為能夠沿著傳送帶之長度方向做短距離之移動，此可藉由懸吊於懸軌之上且與懸軌方向垂直之次級懸軌來實現。

圖2A展示噴頭200之局部剖面示意圖。噴頭200包括柱體201(由斜線陰影所示)，其具有大體上為圓柱體之側壁及可封閉之底部。柱體 201之內壁及活塞203所包圍之腔體210用以容納黏合晶粒之膠體(點狀陰影所示)。柱體201之底部設置有多個噴嘴205。多個噴嘴205較佳均勻分佈。噴頭200之外徑D在2至5毫米之範圍內，噴嘴205之孔徑在0.3至1.5毫米之範圍內。較小之噴頭外徑適於晶粒及引線框架之微小化趨勢。較小之噴嘴孔徑適於晶粒及引線框架之微小化趨勢，且有利於膠體噴注量之精確控制。在柱體201底部靠近噴嘴205之處亦設置有加熱裝置207，用於控制自噴嘴205流出之膠體之溫度，以使得膠體保持較佳之流動性，從而提高噴注量之穩定性、提昇噴膠品質。圖中展示之加熱裝置207設置於柱體201之底部，位於噴嘴205出口之外側。熟習此項技術者應能理解，在其他一些實施方式中，加熱裝置亦可設置於或者內嵌於柱體201之側壁中。加熱裝置之溫度控制範圍根據膠體之具體類型而改變。噴頭200可設置為可拆卸式的，可更換不同規格之噴頭以適應不同需要。

在其他一些實施例中，一個噴頭上亦可僅設置一個噴嘴。

圖2B展示在圖2A所示噴頭200之基礎上所實施之噴注方向控制方案之示意圖。如圖所示，為腔體210中之膠體及載體220分別注入極性相反之電荷，則在噴頭200向載體220噴注膠體時，膠體流受到電荷間引力之作用而加速落至載體220上，從而削弱了氣流對細小膠體流下落方向之影響，降低了膠體在載體220上之塗覆位置之平均偏移誤差及偏移量均方差，提昇了噴注品質。

在一些其他實施例中，可藉由其他方式來對膠體下降路徑進行控制，如在噴頭下方設置路徑保護裝置，即可在噴頭下方膠體下降路徑之周圍設置一環狀護罩，用來避免工作環境之空氣流動對膠體下降產生影響。

圖3展示噴頭300之局部剖面示意圖。噴頭300包括柱體301(由斜線陰影所示)，其具有大體上為圓柱體之側壁及可封閉之底部。柱體 301之內壁及活塞303所包圍之腔體310用以容納黏合晶粒之膠體(點狀陰影所示)。柱體301之底部設置有多個噴嘴305。多個噴嘴305較佳均勻分佈。在柱體301底部靠近噴嘴305之處亦設置有加熱裝置307，用於控制自噴嘴305流出之膠體之溫度，以使得膠體保持較佳之流動性，從而提高噴注量之穩定性、提昇噴膠品質。圖中展示之加熱裝置307設置於柱體301之底部，位於噴嘴305出口之外側。熟習此項技術者應能理解，在其他一些實施方式中，加熱裝置亦可設置於或者內嵌於柱體301之側壁中。噴頭300之端部亦包括遮罩316，其例如但不限於由軟性橡膠製成。當噴頭300沿著箭頭A所示方向接近載體320時，遮罩316包含噴嘴305之噴頭端部與外界隔離，避免了氣流對細小膠體流下落方向之影響，降低了膠體在載體320上之塗覆位置之平均偏移誤差及偏移量均方差，提昇了噴注品質。

在其他一些實施例中，可為圖3的腔體310中之膠體及載體320分別注入極性相反之電荷(未展示)，以進一步減小氣流對細小膠體流下落方向之影響。

圖4展示本發明一個實施例之噴膠操作示意圖。如圖所示，載體420在工作台上沿著箭頭B所示之(水平)方向前進。噴頭400可在載體420上方至少沿著箭頭C所示之(水平)方向移動且沿著箭頭B之方向或者逆著箭頭B之方向移動。為簡明起見，圖中未展示其他有關部件，例如與噴頭400連接之機械臂等。箭頭C所示之方向大體上垂直於箭頭B所示之方向。載體420例如但不限於引線框架。夾具432在位置P₁(虛線展示)夾持載體420，接著平移至位置P₂，使得載體420保持於噴膠程序之工位。噴頭400可受控地在載體420上方移動，以為載體420上之多個單元噴塗膠體。當噴塗完成後，夾具434來到位置P₃(虛線展示)夾持載體420，夾具432脫離載體420返回至位置P₁夾持下一個載體。之後，夾具434夾持著載體420平移至位置P₄，在此處進行下一 個程序。在夾具432與434之交接過程中，保持載體420穩定。可減薄夾具432、434超過載體420上表面之高度，以避免噴頭400與夾具432、434之間的接觸或碰撞。或者，可藉由軟體控制使得噴頭400之行進路線避開夾具432、434。

圖5展示一個實施例之噴膠操作示意圖。如圖所示，夾具532夾持著載體520，噴頭500在載體520之上方之位置P₅進行噴膠操作。為簡明起見，圖中未展示其他有關部件，例如與噴頭500連接之機械臂等。在載體520的與夾具532相對之另一側亦設置有清潔裝置550。每當完成若干次噴塗之後，噴頭500移動至清潔裝置550上方之P₆位置(由虛線展示)，由清潔裝置550清潔噴嘴附近之殘留膠體，以避免由於殘留膠體過多滴落在載體520上而引起之不期望之噴塗量之變化。此舉有助於噴塗量之穩定，提昇了噴膠品質。在一個具體方案中，清潔裝置550由真空泵實現，該真空泵吸取噴頭500上之殘留膠體。在另一個具體方案中，清潔裝置550由包裹著例如柔軟之清潔海綿、清潔布等材料之滾筒實現，該滾筒擦除噴頭500上之殘留膠體。在又一個具體方案中，清潔裝置550設置為固定不動之清潔材料，噴頭500受控地在清潔裝置500上平移以擦除噴頭500上之殘留膠體。

在一個實施例中，並排設置有多個噴頭，各噴頭之間的距離與載體上之各單元相匹配，從而可一次對載體上之多個單元實施噴塗。如此可減少在噴塗程序中噴頭之移動次數，從而降低設備之磨損。

儘管已闡明及描述本發明之不同實施例，但本發明並不限於此等實施例。僅在某些請求項或實施例中出現之技術特徵並不意味著不能與其他請求項或實施例中之其他特徵相結合以實現有益之新技術方案。在不背離如申請專利範圍所描述之本發明之精神及範疇的情況下，許多修改、改變、變形、替代及等效物對於熟習此項技術者而言係顯而易見的。

200‧‧‧噴頭

201‧‧‧柱體

203‧‧‧活塞

205‧‧‧噴嘴

207‧‧‧加熱裝置

210‧‧‧腔體

Claims (9)

1. 一種用於半導體封裝中的膠體噴塗之噴頭，該噴頭包括：一中空柱體；一活塞，位於該中空柱體的內腔中，該活塞與該中空柱體所包圍成之腔體適於容納該膠體；至少一噴嘴，設置於該中空柱體之底部；一加熱裝置，設置於該中空柱體上；以及一遮罩，設置於該噴頭之端部。
2. 如請求項1之噴頭，其中該噴頭之外徑在2至5毫米範圍內，該噴嘴之孔徑在0.3至1.5毫米之範圍內。
3. 一種用於半導體封裝之設備，包括請求項1至2中任一項之噴頭。
4. 如請求項3之設備，其中更包括一第一夾具及一第二夾具，該第一夾具適於在一第一位置與一第二位置之間水平移動，且在該第二位置夾持載體以供該噴頭噴塗該膠體；該第二夾具適於在一第三位置與一第四位置之間水平移動，當該第一夾具在該第二位置夾持該載體時，該第二夾具在該第三位置夾持該載體。
5. 如請求項3之設備，更包括一保護裝置，該保護裝置用於控制該膠體下降路徑之路徑。
6. 如請求項3之設備，更包括一清潔裝置，該清潔裝置用於清潔該噴頭上之殘留膠體。
7. 如請求項6之設備，其中該清潔裝置包括一真空泵、一清潔材料或一滾筒。
8. 如請求項3之設備，更包括並排設置之多個噴頭。
9. 一種用於半導體封裝之方法，包括：為如請求項1至2中任一項中所描述之該膠體及載體，分別注入極性相反之電荷。