TWM482158U

TWM482158U - 黏著半導體晶片之裝置

Info

Publication number: TWM482158U
Application number: TW102216228U
Authority: TW
Inventors: Tun-Chih Shih; Ee-Sun Lim; Yi-Lun Lin; Chien-Chia Su
Original assignee: Gallant Micro Machining Co Ltd
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2014-07-11

Description

黏著半導體晶片之裝置

本創作係關於一種黏著半導體晶片之裝置，尤係關於一種用於製作半導體電子元件於黏晶(die bonding)製程中所需的封裝裝置。

於整個半導體封裝製程中，緊接於晶圓切割後之製程為黏晶(或稱為固晶、上片或黏片)製程，其係將晶圓上因切割道切開後之各獨立晶片(或晶粒；die)依序取放至導線架或基板上，並藉由黏膠(例如：銀膠)或膠帶將導線架及晶片相互穩固結合。

圖1A係一習知黏晶機之主要機構示意圖。基板5(substate)由輸送導軌19左邊進料端載入，被依序載入之複數個基板5係由進料夾爪17往輸送導軌19之出料端傳送。基板5會經過裝黏膠之注射筒狀容器8及點膠頭9下方，容器8內之黏膠會經由點膠頭9吐出於基板5上各單元。另外，取放機構11會依序拿取晶圓15上之晶片10，該晶圓15係固定於一薄膜上，而藉由擴張機構12使薄膜拉伸而將晶片10彼此距離拉開。被取放機構11拿起之晶片10會移到輸送導軌19端，並往下運動直至將晶片10固定於基板5上之膠材。

由於晶片10固定於基板5上需要花費較多之時間，尤其是對於較大面積之晶片10更是需要較多之時間才能使膠材合適地擠出於四周。若是將膠材換為聚乙醯胺(polyimide)材質之膠帶則每個晶片10需要更多之時間，約需要壓合2至3秒才能有效結合晶片10與基板5，因此很明顯晶片10壓合過程會成為該習知黏晶機之瓶頸動作，亦即每小時產出量(unit per hour；UPH)會受到影響而降低。相較於使用黏膠，當使用膠帶為結合晶片與基板5之物質時，每小時產出量會大幅降低。

因應薄型封裝及多晶片堆疊(multi-chip stacking)封裝之需求加劇，晶片之厚度需降至3mil(約76.2μm)。圖1B係一多晶片堆疊封裝之示意圖，其中基板5上堆疊有多個晶片10，該等晶片之尺寸亦可以不同。由於超薄晶片之溢膠會更難控制，如此黏膠無法再作為黏著超薄晶片之膠材。亦即使用膠帶係超薄晶片之較佳選擇，然前述對每小時產出量之不利影響，則得要有更佳之解決方法或機構設計始能兼顧量產及品質之雙重需求。

尤其是，取放機構拾取超薄晶片時需以特殊頂出機構配合，並得以較慢的作業模式才能確保晶片不碎裂，如此更造成了產能很大的瓶頸，亦即每小時產出量會因此而更低。

習知黏晶機除了單位時間產量不佳外，其所運用之進料夾爪17受到基板5翹曲問題之嚴重考驗。尤其當從事於多晶片模組(multi-chip Module；MCM)封裝時，薄型之基板5在黏著首顆晶粒後受到烘烤溫度影響會產生翹曲。該些進料夾爪17是以接力方式交替傳輸至出料端，基板5翹曲經常造成進料夾爪17交替換手時無法正確夾緊而定位，因此造成基板5與輸送導軌19間碰撞而卡料，甚至基板5上晶片10因刮傷或晶崩而需要報廢。

綜上所述，半導體封裝設備市場上亟需要一種能顯著提昇單位時間產量及製程品質之黏著半導體晶片的裝置，並且還要降低黏晶製程中不該有的停機率及報廢率。

本創作之目的係提供一種黏著半導體晶片之裝置，其係藉由多軌進料及輸送導線架或基板，可同時(或接近同時)於多軌間進行分段壓合黏晶之步驟，故能顯著提昇裝置之單位時間產量。

本創作之另一目的係提供一種具預壓及主壓之分段壓合晶片功能之黏晶裝置，執行主壓之主壓合模組又包含多個壓合頭，故可同時壓合多個晶片與基板充分結合，並能與執行預壓之預壓合模組所需之預壓時間匹配，因此能有效提升該裝置之單位時間產量。

本創作之另一目的係提供一種分路徑取放晶片之黏晶裝置，以兩個多頭機構分別作為預壓與取晶模組，自晶圓係接續取放晶片至導線架或基板處，預壓及取晶片可同時或幾乎同時處理，因此能有效提升該裝置之單位時間產量。

為達上述目的，本創作提供一種黏著半導體晶片之裝置，係用於將晶片黏著固定或多晶片堆疊於封裝載體上，包含：一預壓模組，會施加壓力使至少一個晶片與一封裝載體或一封裝載體上另一晶片進行預壓合；一主壓合模組，包括複數個壓合頭，會同時施壓複數個已完成預壓合之晶片，並使該複數個晶片與一封裝載體或一封裝載體上另複數個晶片進行主要壓合；一第一進料輸送機構；一第二進料輸送機構，該第一進料輸送機構及該第二進料輸送機構係分別傳送封裝載體至該預壓模組執行預定壓合之處，及分別傳送或停留已完成預壓合之封裝載體於該主壓合模組執行主要壓合之處；其中該預定壓合之處及該主要壓合之處均可分別移動，且位於該第一進料輸送機構及該第二進料輸送機構上。

本創作另提供一種黏著半導體晶片之裝置，係用於將晶片黏著固定或多晶片堆疊於封裝載體上，包含：一預壓模組，會施加壓力使至少一個晶片與一封裝載體或一封裝載體上另一晶片進行預壓合；一主壓合模組，包括複數個壓合頭，會同時施壓複數個已完成預壓合之晶片，並使該複數個晶片與一封裝載體或一封裝載體上另複數個晶片進行主要壓合；以及複數個進料輸送機構，可以載台方式傳送封裝載體，係分別移載傳送封裝載體至該預壓模組執行預定壓合之處，及分別傳送或停留已完成預壓合之封裝載體於該主壓合模組執行主要壓合之處，並可直接連續往復移載封裝載體於預壓模組壓合與主壓模組壓合之處以完成多層晶片堆疊壓合，並節省對封裝載體重覆定位的時間。其中該預定壓合之處及該主要壓合之處均分別位於該複數個進料輸送機構上。

5‧‧‧基板

8‧‧‧注射筒狀容器

9‧‧‧點膠頭

10‧‧‧晶片

11‧‧‧取放機構

12‧‧‧擴張機構

15‧‧‧晶圓

17‧‧‧進料夾爪

19‧‧‧輸送導軌

20‧‧‧黏著半導體晶片之裝置

21‧‧‧物料傳送模組

22‧‧‧預壓模組

23‧‧‧主壓合模組

24‧‧‧晶圓承載模組

25‧‧‧晶片取放模組

26‧‧‧定位臺機構

29‧‧‧出料傳送機構

80~83‧‧‧封裝載體

27a‧‧‧封裝載體進料機構

27b‧‧‧封裝載體出料機構

211‧‧‧第一進料輸送機構

212‧‧‧第二進料輸送機構

221‧‧‧取放頭

231‧‧‧壓合頭

251‧‧‧取放頭

291‧‧‧第一視覺辨識單元

292‧‧‧第二視覺辨識單元

293‧‧‧第三視覺辨識單元

為方便該等實施方式之進一步描述，提供了如下附圖，其中：圖1A係一習知黏晶機之主要機構示意圖；圖1B係一習知晶片堆疊之結構示意圖；圖2A係本創作黏著半導體晶片之裝置之立體圖；圖2B係本創作第三視覺辨識單元在封裝載體上取像之示意圖；圖3A係本創作裝置執行封裝載體之載入、預壓合及主要壓合之示意圖；圖3B係本創作裝置執行封裝載體之載入、預壓合、主要壓合及卸載之示意圖；及圖3C係本創作裝置執行封裝載體之載入、預壓合、主要壓合及卸載之示意圖。

為展示的簡化和清晰，附圖展示了總體之構造方式，並且眾所周知的特徵和技術的描述和細節可以略去以避免使本創作不必要地模糊。另外，附圖中的要素不必按照大小繪製。例如，附圖中的一些要素的大小相對於其他要素可以被放大以幫助改善對本創作的實施方式的理解。在不同附圖中的相同參考數字表示相同的要素。

說明書和申請專利範圍中的用語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等等(如果有的話)用於在類似的要素之間區分，並且不必按照特別的序列或時間順序描述。應理解這樣使用的術語在合適的情況下是可互換的以便在此描述的實施方式例如能夠按不同於描述的那些或在此以其他方式描述的順序工作。此外，用語“包含”、“包括”和“具有”以及其任何變化形式旨在覆蓋非排他性的包括，以便包括一系列要素的程序、方法、系統、物件、裝置、或設備不必限制於那些要素，而是可以包括未清楚地列出或這樣的程序、方法、系統、專案、裝置、或設備固有的其他要素。

說明書和申請專利範圍中的用語“左”、“右”、“前”、“後”、“頂部”、“底部”、“上”、“下”等等(如果有的話)用於描述的目的，而不必視為一定的相對位置。應理解使用這樣的用語在合適的情況下是可互換的，以便在此描述的實施方式能夠在不同於描述的那些或其他方向工作。

圖2A係本創作黏著半導體晶片之裝置之立體圖。黏著半導體晶片之裝置20主要包含物料傳送模組21、預壓模組22及主壓合模組23，又另包含晶圓承載模組24、晶片取放模組25、定位臺機構26、封裝載體進料機構27a、封裝載體出料機構27b及出料傳送機構28。

晶片取放模組25用以拾取晶圓承載模組24上之晶圓15的晶片10，並將拾取之晶片10放置於定位臺機構26上。藉由晶圓承載模組24上方之第一視覺辨識單元291擷取晶圓15之影像，可以辨識及調整晶圓承載模組24之位置及旋轉角度，並辨識晶片之記號或不完整晶片，以利晶片取放模組25最佳地拾取(或吸取)晶片10。於本實施例中，晶片取放模組25係具有兩個取放頭251，故可同時或依序拾取兩個晶片10，較有利於提昇裝置之單位時間產量。該取放頭251之數量不受實施例所限制，也可為一個或三個以上。當拾取晶圓承載模組24(晶片取放模組25)將晶片10放置於定位臺機構26上，該定位臺機構26可以藉由第二視覺辨識單元292校準晶片10之位置及角度，以利預壓模組22自定位臺機構26最佳地拾取晶片15。

該預壓模組22將拾取之晶片10移動至位於物料傳送模組21上之封裝載體80，同時對晶片10與封裝載體80施予一壓力，使晶片10暫時黏合於封裝載體80上。該物料傳送模組21包括第一進料輸送機構211及第二進料輸送機構212，其上之封裝載體80係自封裝載體進料機構27a所供應。於本實施例中，預壓模組22係具有兩個取放頭221，故可同時或依序拾取兩個晶片10，較有利於提昇裝置之單位時間產量。但該取放頭221之數量不受實施例所限制，也可為一個或三個以上。上述封裝載體80係為基板(例如印刷電路板)或導線架。

第一進料輸送機構211及第二進料輸送機構212(本創作並不限於兩輸送機構，多個輸送機構亦為本創作之主張)係分別傳送封裝載體80至該預壓模組22執行預定壓合之處，及分別傳送或停留已完成預定壓合之封裝載體80於主壓合模組23執行主要壓合之處。預壓合之處及主要壓合之處係位於第一進料輸送機構211及第二進料輸送機構212上設定之位置，可依照預壓模組22及主壓合模組23之設計而定，詳細說明請參見圖3A~3B及後相應描述段落。又該兩進料輸送機構可依據封裝載體80之大小不同而調整軌道寬度。

當第一進料輸送機構211及第二進料輸送機構212其中一者會將封裝載體80送至預壓合之處，該封裝載體80或其上之晶片會與預壓模組22放置之晶片間進行初步之結合固定，即預壓模組22會藉由取放頭221施壓晶片以進行預壓。藉由第三視覺辨識單元293在封裝載體80上取像，可以精準控制晶片之初步固定或堆疊位置。當預壓模組22將複數個晶片依序黏合於封裝載體80上之期間，同時另一進料輸送機構將先前已完成預壓之封裝載體80送至或停留於主要壓合之處，主壓合模組23之複數個壓合頭231會一起施壓複數個已完成預壓合之晶片表面，使該等晶片充分結合至封裝載體80或其上之晶片。如此藉由多軌輸送線間之交替進行預壓及主壓之黏晶步驟，就能有效省去個別模組或機構間彼此互相等待時間，進而提升該裝置20之單位時間產量。此外，該第一進料輸送機構211及第二進料輸送機構212上封裝載體80所固定之晶片10可以為不同之等級或分類，例如：第一進料輸送機構211上封裝載體80所固定之晶片10是A等級或分類槽(bin)1，又第二進料輸送機構212上封裝載體80所固定之晶片10可以是B等級或分類槽(bin)2。

如圖2B所示實施例中，於該封裝載體80或其上之晶片與預壓模組22放置之晶片間進行初步之結合固定前，第三視覺辨識單元293會在封裝載體80上取像，此時吸附一晶片10之取放頭221係位於封裝載體80上一預定固定之位置。該第三視覺辨識單元293可以分別擷取晶片10和封裝載體80之影像，亦可以同時擷取晶片10和封裝載體80之共同影像，藉由分析影像中晶片10和封裝載體80之相對位置以精準控制晶片之初步固定或堆疊位置。

本實施例中主要壓合模組23有4個壓合頭231，但不受此實施例所限制，也可為一個或複數個。此外，預壓模組22之複數個取放頭221及主要壓合模組23之複數個壓合頭231可以個別控制施加於晶片表面之力量(或壓力)。亦即針對不同之晶片10可以有不同之力量調整，俾使晶片10與封裝載體80之結合最佳化。

第一進料輸送機構211及第二進料輸送機構212可以選用移動載臺(如圖式)將封裝載體80傳送至預壓合之處及主要壓合之處，因此沒有類似夾爪交接傳送之動作所造成卡料或干涉之風險，尤其適用於薄型或翹曲量較大之封裝載體80。又封裝載體進料機構27a可以在第一進料輸送機構211及第二進料輸送機構212之進料端反復移動，將需要執行預壓合之封裝載體80分別載入第一進料輸送機構211及第二進料輸送機構212。出料傳送機構28也會在第一進料輸送機構211及第二進料輸送機構212之出料端反復移動，接受已完成主要壓合步驟之封裝載體80，並卸載至封裝載體出料機構27b內。該封裝載體出料機構27b可選擇和出料傳送機構28同樣之移動，以利封裝載體80被卸載至封裝載體出料機構27b上彈匣(magazine)內。

圖3A及3C係本創作裝置執行封裝載體之載入、預壓合及主要壓合之示意圖，及圖3B係本創作裝置執行封裝載體之載入、預壓合、主要壓合及卸載之示意圖。於本實施例中，預定壓合之處係分別位於第一進料輸送機構211及第二進料輸送機構212遠離進料段(左側之封裝載體進料機構27a，圖未示出)之半側，又主要壓合之處係位於第二進料輸送機構212及第一進料輸送機構211靠近進料段之半側。然，預壓合之處及主要壓合之處不受此實施例之限制，可視主壓合模組23及預壓模組22之運動範圍及組裝位置而定。

參見圖3A，需要執行預壓合步驟之封裝載體81自封裝載體進料機構27a向右第一進料輸送機構211上預壓合之處，該封裝載體81或其上之晶片會與預壓模組22放置之晶片間進行初步之結合固定。當在等待預壓模組22將複數個晶片依序黏合於封裝載體81上之期間，第二進料輸送機構212將先前已完成預壓之封裝載體82停留在主要壓合之處，主壓合模組23將使該等晶片充分結合至封裝載體82或其上之晶片。完成主要壓合之封裝載體82就向右移送至出料傳送機構28上，如圖3B所示。或是再回到預壓合區進行再上一層晶片的預壓合，如圖3C所示。

參見圖3B，第一進料輸送機構211會將已預壓之封裝載體81向左送至主要壓合之處，又主要壓合模組23會自第二進料輸送機構212移置第一進料輸送機構211上方，以進行封裝載體81之主要壓合步驟。同時第二進料輸送機構212其可自封裝載體進料機構27a內，將需要執行預壓合步驟之封裝載體83向右送至預壓合之處，預壓模組22可自定位臺機構26拾取晶片10及越過第一進料輸送機構211上方，並使該等晶片初步結合至封裝載體83或其上之晶片。完成主要壓合之封裝載體81將會向右移送至出料傳送機構28上，又出料傳送機構28當然也會向下移置第一進料輸送機構211之右側(圖未示)。完成預壓合之封裝載體83可左移，等待主要壓合模組23進行主要壓合步驟(如圖3A所示封裝載體82的位置)。由於進料輪送機構為載台式，進料輸送機構211與212移載封裝載體往復於預壓合與主壓合之處，第三視覺定位模組293只需對封裝載體作一次視覺定位，即可完成多層晶片的堆疊，故可提昇生產的效率。

如前所述超薄晶片在黏晶時，因為溢膠的考量，因此必需用薄膜膠材(film)來貼合超薄晶片至封裝載體或其上之晶片。薄膜膠材貼合必需配合溫度與壓合時間來使材料接近完全固化，通常需要1秒~2秒。因此若以傳統機構完成晶片取放並壓合，步驟周期(cycle time)將很長(約1.5sec~2.5sec)，故會造成生產效率不佳。若採預壓合及主要壓合之分段步驟，由於預壓合動作約需要0.1sec，故整個預壓合步驟之cycle time可以是0.6sec。本創作實施例中主要壓合模組有4個壓合頭，壓合動作約需要2sec，但一次完成4晶片之主要壓合。因此主要壓合步驟之cycle time約為0.6sec。然，預壓合及主要壓合之分段步驟係分軌道且幾乎同時被執行，故整個壓合步驟之cycle time仍約為0.6sec，約是傳統機構所需2.5sec的4分次一，故前開實施例有約4倍的生產效率之提昇。

前開第一進料輸送機構211、二進料輸送機構212及出料傳送機構28可包括傳送平臺、真空吸附裝置或夾持裝置以利封裝載體之傳送，前兩者並可進一步另具有加熱裝置，能增進薄膜膠材之固化。

本創作之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本創作之教示及揭示而作種種不背離本創作精神之替換及修飾。因此，本創作之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本創作之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。