WO2008098861A1 - Verfahren und montageautomat fuer die montage von halbleiterchips als flipchip auf einem substrat - Google Patents

Verfahren und montageautomat fuer die montage von halbleiterchips als flipchip auf einem substrat Download PDF

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WO2008098861A1
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flip chip
flip
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cavity
chip
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PCT/EP2008/051429
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Luca Plozner
Michael Schlunegger
Stefan Kaltenbach
Hao Shao
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Oerlikon Assembly Equipment Ag, Steinhausen
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method and an automatic assembly machine for the assembly of semiconductor chips as a flip chip on a substrate.
  • a flip chip is a semiconductor chip which has a surface with what are known as bumps, via which the electrical connections to the substrate are produced.
  • the substrate When mounting the semiconductor chips as a flip chip on a substrate, the substrate in the
  • the semiconductor chips are provided on a wafer table, with the bumps of the semiconductor chip facing upward.
  • Semiconductor chip is taken from a flip device from the wafer table, turned (flipped, hence the name Flipchip) and passed to the bonding head of the assembly machine.
  • the bondhead brings the flip chip to a wetting device where the bumps are wetted with flux, then to a stationary camera where the actual position and orientation (rotational position) of the flip chip are determined and then to the substrate and places the flip chip on the substrate , In which deviations of the actual position and orientation of the flip chip are corrected from its desired position.
  • a similar assembly method is known from US 20030177633.
  • the invention has the object to accelerate the assembly process.
  • the invention is based on the recognition that the assembly process becomes faster when the bonding head, which places the flip chips on the substrate, fetches the flip chips at a different location than they deposit the flip device.
  • the invention therefore proposes a method for mounting a bumped semiconductor chip as a flip chip on a substrate, which is characterized by the following steps: a) depositing the flip chip in a flux-filled cavity whose bottom is transparent, the bumps B) moving the cavity from the first location to a second location in the field of view of a camera; c) taking an image of the bumps of the flip chip (through the bottom of the cavity) and Determining the location of the flip chip; and d) removing the flip chip from the cavity, moving the flip chip to the substrate, and placing the flip chip on the substrate.
  • the bottom of the cavity is made of transparent material and is in the view of the camera.
  • the camera is preferably arranged directly below the cavity.
  • the bumps of the flip chip are illuminated by illumination means which are arranged next to the camera.
  • the bottom is preferably made of non-light reflecting material, e.g. made of non-reflective optical glass.
  • the cavity is moved after step d) with advantage again from the second location to the first place and filled with flux.
  • the mentioned method steps can be carried out with several cavities.
  • the cavities are preferably moved simultaneously, in particular, the cavities are rotated stepwise about an axis.
  • Another method for mounting a bumped semiconductor chip as a flip chip on a substrate comprises the steps of: a) depositing a flip chip on a table, the bumps touching the table; b) rotating and / or moving the table to move the flip chip to another location; c) removing the flip chip from the table and depositing the flip chip in a cavity whose bottom is transparent, the bumps facing the bottom of the cavity; d) taking an image of the bumps of the flip chip through the bottom of the cavity and determining the location of the flip chip; and e) removing the flip chip from the cavity, moving the flip chip to the substrate, and placing the flip chip on the substrate.
  • the invention also relates to an automatic assembly machine for mounting a bumped semiconductor chip as a flip chip on a substrate, the flip device for turning and providing semiconductor chips as a flip chip, a device having a first cavity with transparent bottom for receiving a flip chip on a first location and at least one second transparent bottom cavity for receiving another flip chip, a camera for determining the location and orientation of the flip chips at a second location through the bottom of the cavities, and a pick and place system supporting the flip chip on the substrate wherein the first cavity and the second cavity are movable from the first location to the second location and from the second location to the first location.
  • the second cavity is at the second location when the first cavity is at the first location and vice versa.
  • Fig. 1 shows in cross section optimized for the erfmdungsgemässe method
  • FIG. 2-4 show in plan various embodiments of a device for the
  • Fig. 5 shows in cross-section another automatic assembly machine
  • Fig. 6 shows in plan a section of this assembly machine. The figures are drawn schematically and not to scale.
  • Fig. 1 shows in cross-section an optimized for the erfmdungsgemässe method assembly machines for the assembly of bumps 1 provided with semiconductor chips 2 as a flip chip.
  • the three coordinate axes of a Cartesian coordinate system are denoted by x, y and z.
  • the y-axis is perpendicular to the plane of the drawing.
  • the assembly machine comprises a wafer table 3 for the
  • the bonding head 11 preferably contains two or more, namely a number n suction pads, so that it can transport more than one flip chip from the device 6 to the substrate 9.
  • the frame is clamped on the wafer table 3.
  • the bumps 1 of the semiconductor chips 2 point upward.
  • the device 4 comprises a pick-up head displaceable in x, y and z with at least one suction gripper.
  • the wafer table 3 intermittently provides a semiconductor chip 2 after another at a predetermined location, where it is fetched from the pick-up head and transferred to one of the two suction grippers of the flip device 5.
  • the suction gripper of the pick-up head holds the semiconductor chip 2 on the Side with the bumps 1, while the suction pads of the flip device 5 hold the semiconductor chip 2 on the back.
  • the flip device 5 uses the semiconductor chips 2 so that the bumps 1 now point downwards.
  • the turned semiconductor chips 2 are referred to as flip-chips.
  • the suction gripper 12 of the bonding head 11 of the pick and place system 10 holds a flip chip 13.
  • the flip device 5 passes the two flip chips to the device 6 for wetting the bumps 1 of the flip chips with flux.
  • Fig. 2 shows the device 6 in supervision.
  • the table 15 includes a transparent table top 17.
  • the table top 17 is made of material that is substantially translucent and not light-reflecting, for example, optical glass, preferably made of non-reflective optical glass.
  • a plate 18 structured with recesses is glued onto the table top 17.
  • the field of view of the two cameras 7 is directed to the table top 17, wherein the one of the two cavities 16B in the field of view of the first camera and the other of the two cavities 16B is in the field of view of the second camera.
  • Lighting means which illuminate the cavities 16 B from below, are also arranged in the cameras 7.
  • the device 6 further comprises a downwardly open container 19 with the flux and a motor 20 for rotating the table 15 about the axis 14. The container 19 rests on the table 15 and thus touches the plate 18th
  • the assembly is carried out according to the following steps: A) The wafer table 3 is shifted in cycles, so that one semiconductor chip 2 after another is provided at a predetermined location, and then the provided semiconductor chip 2 is fetched from the pick-up head of the device 4 and to the Pass flip device 5. As soon as both suction grippers of the flip device 5 have received a semiconductor chip, the flip device 5 is rotated by 180 ° about a horizontal axis. The semiconductor chips turned in this way are now placed on the table 15 as flip chips 13 in the two cavities 16A. The bumps 1 of the flip chip 13 dive into the
  • the pick and place system 10 fetches the two flip chips 13 from the cavities 16 at location B.
  • the pick and place system 10 moves the flip chips 13 to the intended substrate space and places the flip chips 13 successively on the substrate 9.
  • the device 4 fetches two further semiconductor chips 2 from the wafer table 3 and places them as flip chips 13 in the cavities 16 at the location A.
  • the table 15 is in turn rotated by 180 ° about the vertical axis 14:
  • the empty cavities 16 pass from the place B to the place A. They are moved under the container 19 with the flux through, where they are refilled with flux.
  • the other cavities 16 with the next flip chips 13 pass from location A to location B.
  • the flip chip 13 takes. For this reason, the camera 7 can take the image of the flip chip 13 before the suction gripper 12 engages the flip chip 13.
  • the bumps 1 of the flip chip 13 need not be wetted with flux because the flux is applied to the substrate 9.
  • the container 19 eliminates the flux. It is then sometimes necessary to reverse the order of steps C and D so that the suction gripper 12 of the bond head 11 first grips and holds the flip chip 13 while the camera 7 captures an image of the bumps 1.
  • the cavities 16 are not needed, i. the table 15 may be a transparent plate without the glued sheet 18. However, it is advantageous to provide cavities in this case as well, which prevent the flip chip from being thrown off the table 15 when the table 15 is rotated rapidly about the vertical axis 14 due to the centrifugal force that occurs.
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the device 6 in supervision.
  • the table 15 is rotated at each rotation by 90 °.
  • ⁇ 0 ° two flip-chips 13 in each case
  • Fig. 4 shows another embodiment of the device 6 in supervision.
  • the table 15 is not rotatable about a vertical axis, but between a first position Xi, in which the flip device 5 sets the flip chips 13 in the cavities 16, and a second position X 2 , in which the pick and place system 10th the flip chips 13 fetches, movable in the x direction back and forth.
  • the table 15 is shown twice, namely in the first position Xi with solid lines and in the second position X 2 with dashed lines.
  • the container 19 with the flux moves on the one hand with the table 15 in the x direction and on the other in the y-direction between two positions Yi and Y 2 back and forth.
  • the table 15 in this example contains four juxtaposed cavities 16 and accordingly there are also four cameras 7.
  • the cameras 7 are either attached to the table 15 and therefore move with the table 15 or they are stationary as shown in the second position X 2 of the table 15 is arranged.
  • the table 15 is initially in the first position Xi and the cavities 16 are filled with flux.
  • the mounting of the flip chips takes place in accordance with the following steps: A) The flip device 5 places a flip chip 13 in each cavity 16.
  • the cameras 7 take an image of the bumps 1 of the associated flip chip 13 and determine the position and orientation of the flip chip 13. This is done depending on the design either during the movement of the table 15 during step B or once the table 15, the second position X 2 has reached.
  • the pick and place system 10 fetches the four flip chips 13 from the cavities 16 and places them on the substrate.
  • the table is moved back in the x-direction to the first position Xi.
  • the container 19 is moved in the y direction from one side of the cavities 16 to the other side of the cavities 16.
  • the cavities 16 are filled with flux.
  • the container 19 is either, preferably, moved on the next pass or already now at the end of step E) back to the first side of the cavities 16.
  • Examples 1 to 3 offer the advantage that the pick and place system 10 can get the flip chips 13 and assemble when the bumps 1 of the flip chips 13 already wetted with flux and the position and orientation of the flip chips 13 has been determined. This significantly shortens the cycle time of the pick and place system 10.
  • Fig. 5 shows schematically and in side view of such an automatic assembly machine
  • Fig. 6 shows parts of the assembly machine in supervision.
  • the difference from the exemplary embodiment described with reference to FIGS. 1 and 2 is that the table 15 has only the task of spatially separating the position A, at which the flip device 5 deposits the flip chips 13, from the position B the pick and place system 10 fetches the flip chips 13.
  • the table top 17 is a conventional table top with or without the cavities 16. Whether the table top 17 is transparent or not, does not matter here.
  • the n 2 cameras 7 are arranged below the table top 22 so that in the field of view of each camera is a cavity 23.
  • the container 19 with the flux is in turn a downwardly open container which rests on the plate 18 of the table top 22 and from one side of the cavities 23 to the other side of the cavities 23 is movable.
  • the assembly takes place according to the following steps: A) The device 4 fetches the semiconductor chips 2 from the wafer table 3 and transfers them to the flip device
  • Table top 17 B) The table 15 is rotated about the vertical axis 14, in the example by 180 °, so that the flip chips 13 from location A to location B arrive. C) The pick and place system 10 fetches the two flip chips 13 from the table 15, moves to the
  • the illumination means illuminate the surface of the flip chips 13 with the bumps 1, the cameras 7 each take an image of the associated flip chip 13 and the image processing modules determine the actual position and orientation of the corresponding flip chip 13 or the deviation from the desired position and orientation.
  • the pick and place system 10 raises the suction pads again, moves the flip chips 13 to the intended substrate place and places the flip chips 13 successively on the substrate.
  • the device 4 fetches two further semiconductor chips 2 from the wafer table 3 and places them as flip chips 13 on the table 15.
  • the pick and place system 10 can lift the suction grippers in step E as soon as the cameras 7 have taken the picture and before the image processing modules are done with their work.
  • the preferred methods are the following essential process steps in common: A) settling of the flip chip in a cavity whose bottom is transparent, the bumps facing the bottom of the cavity, B) moving the cavity into the field of view of a camera;
  • the flip chip can be taken either before or only after the step C) from the suction pad 12 of the bonding head 11 of the pick and place system 10 and performed by the rest of the process.
  • the invention is not limited to the provision of the semiconductor chips by the wafer table 3, the device 4 and the flip device 5, the flip chips may also be supplied to the table 15 of the assembly machine described above in another way.
  • the number of suction pads of the various components is not of central importance to the invention, but they are matched with advantage for optimum throughput of the entire assembly machine.
  • the method steps are carried out with several cavities, for example as follows:

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Abstract

Ein Verfahren für die Montage von mit Bumps (1) versehenen Halbleiterchips (2) als Flipchip (13) auf einem Substrat (g) umfasst die Schritte: a) Absetzendes Flipchips in einer Kavität (16), deren Boden durchsichtig ist, wobei die Bump dem Boden der Kavität zugewandt sind, b) Fortbewegen der Kavität vom ersten Ort (A) zu einem zweiten Ort (B) in das Gesichtsfeld einer Kamera (7); c) Aufnehmen eines Bildes der Bumps des Flipchips mittels der Kamera (7), die unterhalb der Kavität angeordnet ist, und Bestimmen der Lage des Flipchips, d) Entnehmen des Flipchips aus der Kavität, Bewegen des Flipchips zum Substrat (9) und Platzieren des Flipchips auf dem Substrat.

Description

Verfahren und Montageautomat für die Montage von Halbleiterchips als Flipchip auf einem Substrat
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Montageautomaten für die Montage von Halbleiterchips als Flipchip auf einem Substrat. Ein Flipchip ist ein Halbleiterchip, der eine Oberfläche mit sogenannten Bumps aufweist, über die die elektrischen Verbindungen mit dem Substrat hergestellt werden.
Hintergrund der Erfindung
[0002] Bei der Montage der Halbleiterchips als Flipchip auf einem Substrat wird das Substrat in der
Regel auf einer horizontal ausgerichteten Auflagefläche bereitgestellt und die Halbleiterchips werden auf einem Wafertisch bereitgestellt, wobei die Bumps des Halbleiterchips nach oben zeigen. Der
Halbleiterchip wird von einer Flipvorrichtung vom Wafertisch entnommen, gewendet (geflippt, daher der Name Flipchip) und an den Bondkopf des Montageautomaten übergeben. Der Bondkopf bringt den Flipchip zu einer Benetzungsvorrichtung, wo die Bumps mit Flussmittel benetzt werden, dann zu einer stationär angeordneten Kamera, wo die Ist-Lage und Orientierung (Drehlage) des Flipchips bestimmt werden, und dann zum Substrat und platziert den Flipchip auf dem Substrat, wobei Abweichungen der Ist-Lage und Orientierung des Flipchips von seiner Soll-Lage auskorrigiert werden. Ein ähnliches Montageverfahren ist bekannt aus der US 20030177633.
[0003] Aus der US 5372294 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, bei denen der Flipchip in eine mit Flussmittel gefüllte Kavität abgesetzt wird, deren Boden transparent ist, so dass die Lage der Bumps des Flipchips von einer unterhalb der Kavität angeordneten Kamera erfasst werden kann.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Montageablauf zu beschleunigen.
[0005] Die Erfindung besteht in den in den Ansprüchen 1 , 7 und 9 angegebenen Merkmalen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
[0006] Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der Montageablauf schneller wird, wenn der Bondkopf, der die Flipchips auf dem Substrat platziert, die Flipchips an einem anderen Ort holt als sie die Flipvorrichtung deponiert. Die Erfindung schlägt deshalb ein Verfahren für die Montage eines mit Bumps versehenen Halbleiterchips als Flipchip auf einem Substrat vor, das durch die folgenden Schritte charakterisiert ist: a) Absetzen des Flipchips in einer mit Flussmittel gefüllten Kavität, deren Boden durchsichtig ist, wobei die Bumps dem Boden der Kavität zugewandt sind, b) Fortbewegen der Kavität vom ersten Ort zu einem zweiten Ort in das Gesichtsfeld einer Kamera; c) Aufnehmen eines Bildes der Bumps des Flipchips (durch den Boden der Kavität hindurch) und Bestimmen der Lage des Flipchips; und d) Entnehmen des Flipchips aus der Kavität, Bewegen des Flipchips zum Substrat und Platzieren des Flipchips auf dem Substrat.
[0007] Damit dies möglich ist, besteht der Boden der Kavität aus durchsichtigem Material und ist im Blickwinkel der Kamera. Die Kamera ist vorzugsweise direkt unterhalb der Kavität angeordnet. Während der Aufnahme des Bildes werden die Bumps des Flipchips von Beleuchtungsmitteln beleuchtet, die neben der Kamera angeordnet sind. Damit kein oder möglichst wenig Licht am Boden reflektiert wird, besteht der Boden vorzugsweise aus nicht lichtreflektierendem Material, z.B. aus entspiegeltem Optikglas.
[0008] Die Kavität wird nach dem Schritt d) mit Vorteil wieder vom zweiten Ort zum ersten Ort bewegt und dabei mit Flussmittel gefüllt. Die genannten Verfahrensschritte können mit mehreren Kavitäten ausgeführt werden. Dabei werden die Kavitäten bevorzugt gleichzeitigt bewegt, insbesondere werden die Kavitäten schrittweise um eine Achse gedreht.
[0009] Ein weiteres Verfahren für die Montage eines mit Bumps versehenen Halbleiterchips als Flipchip auf einem Substrat umfasst die Schritte: a) Absetzen eines Flipchips auf einem Tisch, wobei die Bumps den Tisch berühren; b) Drehen und/oder Verschieben des Tisches, um den Flipchip an einen anderen Ort zu bewegen; c) Entnehmen des Flipchips vom Tisch und Absetzen des Flipchips in einer Kavität, deren Boden durchsichtig ist, wobei die Bumps dem Boden der Kavität zugewandt sind; d) Aufnehmen eines Bildes der Bumps des Flipchips durch den Boden der Kavität hindurch und Bestimmen der Lage des Flipchips; und e) Entnehmen des Flipchips aus der Kavität, Bewegen des Flipchips zum Substrat und Platzieren des Flipchips auf dem Substrat.
[0010] Die Erfindung betrifft ebenso einen Montageautomaten für die Montage eines mit Bumps versehenen Halbleiterchips als Flipchip auf einem Substrat, der eine Flipvorrichtung zum Wenden und Bereitstellen von Halbleiterchips als Flipchip, eine Einrichtung mit einer ersten Kavität mit durchsichtigem Boden zur Aufnahme eines Flipchips an einem ersten Ort und mindestens einer zweiten Kavität mit durchsichtigem Boden zur Aufnahme eines weiteren Flipchips, eine Kamera für die Bestimmung der Lage und Orientierung der Flipchips an einem zweiten Ort durch den Boden der Kavitäten hindurch und ein Pick and Place System, das den Flipchip auf dem Substrat platziert, umfasst, wobei die erste Kavität und die zweite Kavität vom ersten Ort zum zweiten Ort und vom zweiten Ort zum ersten Ort bewegbar sind. Bei einer bevorzugten Lösung befindet sich die zweite Kavität am zweiten Ort, wenn sich die erste Kavität am ersten Ort befindet, und umgekehrt.
[0011] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert.
Beschreibung der Figuren
Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen für das erfmdungsgemässe Verfahren optimierten
Montageautomaten für die Montage von Flipchips, Fig. 2-4 zeigen in Aufsicht verschiedene Ausführungsbeispiele einer Einrichtung für die
Benetzung der Bumps des Flipchips mit Flussmittel und für die Bestimmung der Lage und Orientierung des Flipchips,
Fig. 5 zeigt im Querschnitt einen weiteren Montageautomaten, und
Fig. 6 zeigt in Aufsicht einen Ausschnitt dieses Montageautomaten. Die Figuren sind schematisch und nicht massstäblich gezeichnet.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0012] Die Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen für das erfmdungsgemässe Verfahren optimierten Montageautomaten für die Montage von mit Bumps 1 versehenen Halbleiterchips 2 als Flipchip. Die drei Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems sind mit x, y und z bezeichnet. Die y- Achse verläuft senkrecht zur Zeichenebene. Der Montageautomat umfasst einen Wafertisch 3 für die
Bereitstellung von Halbleiterchips 2, eine Einrichtung 4 für die Entnahme der Halbleiterchips 2 vom Wafertisch 3 und die Übergabe an eine Flipvorrichtung 5, die die Halbleiterchips 2 wendet und als Flipchip bereitstellt, eine Einrichtung 6 für die Benetzung der Bumps der Flipchips mit Flussmittel, mindestens eine Kamera 7 für die Bestimmung der Lage und Orientierung der Flipchips, ein Transportsystem 8 für die Zuführung und Bereitstellung der Substrate 9, sowie ein Pick and Place System 10, das die Flipchips von der genannten Einrichtung 6 übernimmt und auf dem Substrat 9 platziert. Das Pick and Place System 10 enthält einen in der xy-Ebene bewegbaren Bondkopf 11 mit mindestens einem Sauggreifer 12, der einen Flipchip 13 ergreifen kann. Der Bondkopf 11 enthält bevorzugt zwei oder mehr, nämlich eine Anzahl n Sauggreifer, so dass er mehr als einen Flipchip von der Einrichtung 6 zum Substrat 9 transportieren kann. Im folgenden wird davon ausgegangen, dass die Anzahl der Sauggreifer des Bondkopfs 11 n = 2 ist. Die anderen Teile des Montageautomaten sind vorzugsweise der Zahl n angepasst, so sind z.B. n = 2 Kameras 7 vorhanden und die Flipvorrichtung 5 enthält ebenfalls n = 2 Sauggreifer.
[0013] Die Halbleiterchips 2, die gemeinsam auf einem Wafer hergestellt und dann durch Sägen in die einzelnen Halbleiterchips getrennt wurden, haften auf einer Folie, die von einem Rahmen gehalten wird. Der Rahmen ist auf dem Wafertisch 3 eingespannt. Die Bumps 1 der Halbleiterchips 2 zeigen nach oben. Die Einrichtung 4 umfasst einen in x, y und z verschiebbaren Pick-up-Kopf mit mindestens einem Sauggreifer. Der Wafertisch 3 stellt taktweise einen Halbleiterchip 2 nach dem anderen an einem vorbestimmten Ort bereit, wo er vom Pick-up Kopf geholt und an einen der beiden Sauggreifer der Flipvorrichtung 5 übergeben wird. Der Sauggreifer des Pick-up Kopfs hält den Halbleiterchip 2 auf der Seite mit den Bumps 1 , während die Sauggreifer der Flipvorrichtung 5 den Halbleiterchip 2 auf der Rückseite halten. Die Flipvorrichtung 5 wendet die Halbleiterchips 2, so dass die Bumps 1 nun nach unten zeigen. Die gewendeten Halbleiterchips 2 werden als Flipchip bezeichnet. In der Fig. 1 hält der Sauggreifer 12 des Bondkopfs 11 des Pick and Place Systems 10 einen Flipchip 13.
[0014] Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen die Flipvorrichtung 5 die beiden Flipchips an die Einrichtung 6 für die Benetzung der Bumps 1 der Flipchips mit Flussmittel übergibt.
Beispiel 1
[0015] Die Fig. 2 zeigt die Einrichtung 6 in Aufsicht. Die Einrichtung 6 umfasst einen um eine vertikale Achse 14 drehbaren Tisch 15 mit zweimal n = 2 Kavitäten 16, die entsprechend ihrem momentanen Ort mit dem Zusatz A bzw. B bezeichnet sind. Der Tisch 15 enthält eine durchsichtige Tischplatte 17. Die Tischplatte 17 besteht aus Material, das im Wesentlichen lichtdurchlässig und nicht lichtreflektierend ist, beispielsweise aus Optikglas, vorzugsweise aus entspiegeltem Optikglas. Um die Kavitäten 16 zu bilden, ist ein mit Ausnehmungen strukturiertes Blech 18 auf die Tischplatte 17 geklebt. Die n = 2 Kameras 7 sind stationär am Ort B unterhalb der Kavitäten 16B angeordnet. Das Blickfeld der beiden Kameras 7 ist zur Tischplatte 17 gerichtet, wobei sich die eine der beiden Kavitäten 16B im Blickfeld der ersten Kamera und die andere der beiden Kavitäten 16B im Blickfeld der zweiten Kamera befindet. Bei den Kameras 7 sind zudem Beleuchtungsmittel angeordnet, die die Kavitäten 16B von unten beleuchten. Die Einrichtung 6 umfasst weiter einen nach unten offenen Behälter 19 mit dem Flussmittel und einen Motor 20 zum Drehen des Tisches 15 um die Achse 14. Der Behälter 19 liegt auf dem Tisch 15 auf und berührt somit das Blech 18.
[0016] Die folgenden Ausführungen beschreiben die Montage eines Halbleiterchips 2 als Flipchip 13 auf einem Substrat 9 unter den Voraussetzungen, dass die Bumps 1 des Halbleiterchips 2 mit Flussmittel zu benetzen sind. Die Montage erfolgt gemäss den folgenden Schritten: A) Der Wafertisch 3 wird taktweise verschoben, so dass ein Halbleiterchip 2 nach dem anderen an einem vorbestimmten Ort bereitgestellt wird, und dann der bereitgestellte Halbleiterchip 2 vom Pick-up Kopf der Einrichtung 4 geholt und an die Flipvorrichtung 5 übergeben. Sobald beide Sauggreifer der Flipvorrichtung 5 einen Halbleiterchip erhalten haben, wird die Flipvorrichtung 5 um eine horizontale Achse um 180° gedreht. Die auf diese Weise gewendeten Halbleiterchips werden nun als Flipchips 13 in den beiden Kavitäten 16A auf dem Tisch 15 platziert. Die Bumps 1 des Flipchips 13 tauchen in das
Flussmittel ein und berühren die durchsichtige Tischplatte 17. In der Fig. 2 befinden sich zwei Flipchips 13 in den Kavitäten 16A. B) Der Tisch 15 wird um die vertikale Achse 14 gedreht, im Beispiel um 180°, so dass die Kavitäten 16 mit den Flipchips 13 vom Ort A zum Ort B gelangen. Die Drehrichtung ist in der Fig. 2 mit einem Pfeil 21 dargestellt. Die Bumps 1 der Flipchips 13 befinden sich nachher im Blickfeld der Kameras 7. C) Die Beleuchtungsmittel beleuchten die Oberfläche der Flipchips 13 mit den Bumps 1 und die Kameras 7 nehmen ein Bild des zugehörigen Flipchips 13 durch den durchsichtigen Boden hindurch auf. Jeder Kamera 7 ist ein Bildverarbeitungsmodul zugeordnet, das das aufgenommene Bild auswertet und die Ist-Lage und Orientierung des entsprechenden Flipchips 13 bzw. die Abweichung von der Soll-Lage und Orientierung bestimmt.
D) Das Pick and Place System 10 holt die beiden Flipchips 13 aus den Kavitäten 16 am Ort B.
E) Das Pick and Place System 10 bewegt die Flipchips 13 zum vorgesehenen Substratplatz und platziert die Flipchips 13 nacheinander auf dem Substrat 9.
Parallel zu den Schritten C und D holt die Einrichtung 4 zwei weitere Halbleiterchips 2 vom Wafertisch 3 und platziert sie als Flipchips 13 in den Kavitäten 16 am Ort A.
F) Der Tisch 15 wird wiederum um 180° um die vertikale Achse 14 gedreht: Die leeren Kavitäten 16 gelangen vom Ort B zum Ort A. Dabei werden sie unter dem Behälter 19 mit dem Flussmittel hindurchbewegt, wobei sie wieder mit Flussmittel gefüllt werden. Die anderen Kavitäten 16 mit den nächsten Flipchips 13 gelangen vom Ort A zum Ort B.
[0017] Weil die Kavität 16 mit Flussmittel gefüllt ist, ändert sich die Lage und Orientierung des
Flipchips 13 nicht, wenn der Sauggreifer 12 des Pick and Place Systems 10 im Schritt D den Flipchip 13 ergreift. Aus diesem Grund kann die Kamera 7 das Bild des Flipchips 13 aufnehmen, bevor der Sauggreifer 12 den Flipchip 13 ergreift. Es gibt auch Anwendungen, bei denen die Bumps 1 des Flipchips 13 nicht mit Flussmittel benetzt werden müssen, weil das Flussmittel auf das Substrat 9 aufgebracht wird. In diesem Fall entfällt der Behälter 19 mit dem Flussmittel. Es ist dann manchmal erforderlich, die Reihenfolge der Schritte C und D zu vertauschen so zu modifizieren, dass zuerst der Sauggreifer 12 des Bondkopfs 11 den Flipchip 13 ergreift und festhält, während die Kamera 7 ein Bild der Bumps 1 aufnimmt. Des Weiteren sind in diesem Fall die Kavitäten 16 nicht nötig, d.h. der Tisch 15 kann eine durchsichtige Platte ohne das aufgeklebte Blech 18 sein. Allerdings ist es vorteilhaft, auch in diesem Fall Kavitäten vorzusehen, die verhindern, dass der Flipchip bei schneller Drehung des Tisches 15 um die vertikale Achse 14 durch die auftretende Zentrifugalkraft vom Tisch 15 geschleudert wird.
Beispiel 2
[0018] Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Einrichtung 6 in Aufsicht. Der Tisch 15 enthält viermal n = 2 Kavitäten 16. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Tisch 15 bei jeder Drehung um 90° gedreht. Dabei werden beim Drehwinkel θ = 0° jeweils zwei Flipchips 13 in benachbarte
Kavitäten 16 abgesetzt, beim Drehwinkel θ = 90° ein Bild der Bumps 1 der Flipchips 13 aufgenommen und daraus die Lage und Orientierung der Flipchips 13 bestimmt, beim Drehwinkel θ = 180° die Flipchips 13 vom Pick and Place System 10 geholt und auf dem Substrat 9 montiert, und beispielsweise beim Drehwinkel θ = 315° die Kavitäten 16 während der Drehung des Tisches 15 wieder mit Flussmittel gefüllt. Beispiel 3
[0019] Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Einrichtung 6 in Aufsicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Tisch 15 nicht um eine vertikale Achse drehbar, sondern zwischen einer ersten Position Xi, in der die Flipvorrichtung 5 die Flipchips 13 in den Kavitäten 16 absetzt, und einer zweiten Position X2, in der das Pick and Place System 10 die Flipchips 13 holt, in der x-Richtung hin und her bewegbar. (Der Tisch 15 ist zweimal dargestellt, nämlich in der ersten Position Xi mit ausgezogenen Linien und in der zweiten Position X2 mit gestrichelten Linien.) Der Behälter 19 mit dem Flussmittel bewegt sich einerseits mit dem Tisch 15 in x-Richtung mit und ist andererseits in der y-Richtung zwischen zwei Positionen Yi und Y2 hin und her bewegbar. Der Tisch 15 enthält bei diesem Beispiel vier nebeneinander angeordnete Kavitäten 16 und es sind dementsprechend auch vier Kameras 7 vorhanden. Die Kameras 7 sind entweder am Tisch 15 befestigt und bewegen sich deshalb mit dem Tisch 15 mit oder sie sind wie dargestellt stationär im Bereich der zweiten Position X2 des Tisches 15 angeordnet. Der Tisch 15 befindet sich zunächst in der ersten Position Xi und die Kavitäten 16 sind mit Flussmittel gefüllt. Die Montage der Flipchips erfolgt gemäss den folgenden Schritten: A) Die Flipvorrichtung 5 platziert in jeder Kavität 16 einen Flipchip 13.
B) Der Tisch 15 wird in x-Richtung in die zweite Position X2 verschoben.
C) Die Kameras 7 nehmen ein Bild der Bumps 1 des zugehörigen Flipchips 13 auf und bestimmen die Lage und Orientierung des Flipchips 13. Dies erfolgt je nach Ausführung entweder während der Bewegung des Tisches 15 während des Schrittes B oder sobald der Tisch 15 die zweite Position X2 erreicht hat.
D) Das Pick and Place System 10 holt die vier Flipchips 13 aus den Kavitäten 16 und platziert sie auf dem Substrat.
E) Der Tisch wird in x-Richtung in die erste Position Xi zurück verschoben. Gleichzeitig wird der Behälter 19 in y-Richtung von der einen Seite der Kavitäten 16 auf die andere Seite der Kavitäten 16 bewegt. Dabei werden die Kavitäten 16 mit Flussmittel gefüllt.
Der Behälter 19 wird entweder, bevorzugt, beim nächsten Durchgang oder bereits jetzt am Ende des Schrittes E) zurück auf die erste Seite der Kavitäten 16 bewegt.
[0020] Die Beispiele 1 bis 3 bieten den Vorteil, dass das Pick and Place System 10 die Flipchips 13 holen und montieren kann, wenn die Bumps 1 der Flipchips 13 bereits mit Flussmittel benetzt und die Lage und Orientierung der Flipchips 13 bestimmt worden ist. Dies verkürzt die Zykluszeit des Pick and Place Systems 10 erheblich.
[0021] Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die Einrichtung für die Benetzung der Bumps 1 der Flipchips nicht in den Tisch 15 integriert ist. Die Fig. 5 und Fig. 6 illustrieren diese Lösung. Beispiel 4
[0022] Die Fig. 5 zeigt schematisch und in seitlicher Ansicht einen solchen Montageautomaten, die Fig. 6 zeigt Teile des Montageautomaten in Aufsicht. Der Unterschied zu dem anhand der Fig. 1 und Fig. 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht darin, dass der Tisch 15 nur die Aufgabe hat, die Position A, an der die Flipvorrichtung 5 die Flipchips 13 absetzt, örtlich zu trennen von der Position B, an der das Pick and Place System 10 die Flipchips 13 holt. Die Tischplatte 17 ist eine herkömmliche Tischplatte mit oder ohne die Kavitäten 16. Ob die Tischplatte 17 durchsichtig ist oder nicht, spielt hier keine Rolle. Die Einrichtung 6 für die Benetzung der Bumps 1 der Flipchips 13 mit Flussmittel ist neben dem Tisch 15 angeordnet. Sie enthält eine durchsichtige Tischplatte 22, auf die beispielsweise wie oben beschrieben ein Blech 18 mit Ausnehmungen aufgeklebt ist, um n = 2 Kavitäten 23 zu bilden. Die n = 2 Kameras 7 sind unterhalb der Tischplatte 22 so angeordnet, dass im Blickfeld jeder Kamera eine Kavität 23 ist. Der Behälter 19 mit dem Flussmittel ist wiederum ein nach unten offener Behälter, der auf dem Blech 18 der Tischplatte 22 aufliegt und von einer Seite der Kavitäten 23 auf die andere Seite der Kavitäten 23 bewegbar ist. Die Montage erfolgt gemäss den folgenden Schritten: A) Die Einrichtung 4 holt die Halbleiterchips 2 vom Wafertisch 3 und übergibt sie an die Flipvorrichtung
5, die sie als Flipchip 13 auf dem Tisch 15 platziert. Die Bumps 1 des Flipchips 13 berühren die
Tischplatte 17. B) Der Tisch 15 wird um die vertikale Achse 14 gedreht, im Beispiel um 180°, so dass die Flipchips 13 vom Ort A zum Ort B gelangen. C) Das Pick and Place System 10 holt die beiden Flipchips 13 vom Tisch 15, bewegt sich zu der
Einrichtung 6 und senkt die Sauggreifer soweit ab, bis die Bumps 1 der Flipchips 13 in das
Flussmittel eintauchen und den Boden der Kavitäten 23 berühren.
D) Die Beleuchtungsmittel beleuchten die Oberfläche der Flipchips 13 mit den Bumps 1, die Kameras 7 nehmen je ein Bild des zugehörigen Flipchips 13 auf und die Bildverarbeitungsmodule bestimmen die Ist-Lage und Orientierung des entsprechenden Flipchips 13 bzw. die Abweichung von der Soll-Lage und Orientierung.
E) Das Pick and Place System 10 hebt die Sauggreifer wieder an, bewegt die Flipchips 13 zum vorgesehenen Substratplatz und platziert die Flipchips 13 nacheinander auf dem Substrat 9.
[0023] Parallel zu den Schritten C und D holt die Einrichtung 4 zwei weitere Halbleiterchips 2 vom Wafertisch 3 und platziert sie als Flipchips 13 auf dem Tisch 15. Das Pick and Place System 10 kann die Sauggreifer im Schritt E anheben, sobald die Kameras 7 das Bild aufgenommen haben und bevor die Bildverarbeitungsmodule mit ihrer Arbeit fertig sind.
[0024] Den bevorzugten Verfahren sind die folgenden wesentlichen Verfahrensschritte gemeinsam: A) Absetzen des Flipchips in einer Kavität, deren Boden durchsichtig ist, wobei die Bumps dem Boden der Kavität zugewandt sind, B) Fortbewegen der Kavität in das Gesichtsfeld einer Kamera;
C) Aufnehmen eines Bildes der Bumps des Flipchips und Bestimmen der Lage des Flipchips,
D) Entnehmen des Flipchips aus der Kavität, Bewegen des Flipchips zum Substrat und Platzieren des Flipchips auf dem Substrat.
[0025] Der Flipchip kann dabei entweder vor oder erst nach dem Schritt C) vom Sauggreifer 12 des Bondkopfs 11 des Pick and Place Systems 10 ergriffen und durch den restlichen Prozess geführt werden. Die Erfindung ist nicht auf die Bereitstellung der Halbleiterchips durch den Wafertisch 3, die Einrichtung 4 und die Flipvorrichtung 5 beschränkt, die Flipchips können auch auf andere Weise dem Tisch 15 des oben beschriebenen Montageautomaten zugeführt werden. Die Anzahl der Sauggreifer der verschiedenen Komponenten ist für die Erfindung nicht von zentraler Bedeutung, sie sind aber mit Vorteil für einen optimalen Durchsatz des ganzen Montageautomaten aufeinander abgestimmt.
[0026] Vorzugsweise werden die Verfahrensschritte mit mehreren Kavitäten durchgeführt, beispielsweise wie folgt:
A) Absetzen mehrerer Flipchips in je einer Kavität, deren Boden durchsichtig ist, wobei die Bumps dem Boden der Kavität zugewandt sind,
B) Gemeinsames Fortbewegen der Kavitäten in das Gesichtsfeld je einer Kamera;
C) Aufnehmen eines Bildes der Bumps jedes Flipchips und Bestimmen der Lage jedes Flipchips,
D) Entnehmen der Flipchips aus den Kavitäten, Bewegen der Flipchips zum Substrat und Platzieren der Flipchips auf dem gleichen Substrat oder auf verschiedenen Substraten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren für die Montage eines mit Bumps (1) versehenen Halbleiterchips (2) als Flipchip (13) auf einem Substrat (9), umfassend die Schritte: a) Absetzen eines Flipchips in einer Kavität (16), die sich an einem ersten Ort (A) befindet und deren Boden durchsichtig ist, wobei die Bumps dem Boden der Kavität zugewandt sind; b) Fortbewegen der Kavität vom ersten Ort (A) zu einem zweiten Ort (B) in das Gesichtsfeld einer Kamera (7); c) Aufnehmen eines Bildes der Bumps des Flipchips und Bestimmen der Lage des Flipchips; und d) Entnehmen des Flipchips aus der Kavität, Bewegen des Flipchips zum Substrat (9) und Platzieren des Flipchips auf dem Substrat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (16) nach dem Schritt d) vom zweiten Ort zum ersten Ort bewegt und dabei mit Flussmittel gefüllt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Verfahrensschritte mit mehreren Kavitäten ausgeführt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitäten gleichzeitigt bewegt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitäten um eine Achse gedreht werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine der Kavitäten am ersten Ort befindet, wenn sich eine andere der Kavitäten am zweiten Ort befindet.
7. Verfahren für die Montage eines mit Bumps (1) versehenen Halbleiterchips (2) als Flipchip (13) auf einem Substrat (9), umfassend die Schritte: a) Absetzen eines Flipchips auf einem Tisch (15), wobei die Bumps den Tisch berühren; b) Drehen und/oder Verschieben des Tisches, um den Flipchip an einen anderen Ort zu bewegen; c) Entnehmen des Flipchips vom Tisch und Absetzen des Flipchips in einer Kavität (23), deren Boden durchsichtig ist, wobei die Bumps dem Boden der Kavität zugewandt sind; d) Aufnehmen eines Bildes der Bumps des Flipchips durch den Boden der Kavität hindurch und Bestimmen der Lage des Flipchips; und e) Entnehmen des Flipchips aus der Kavität, Bewegen des Flipchips zum Substrat (9) und Platzieren des Flipchips auf dem Substrat.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (23) vor dem Schritt c) mit Flussmittel gefüllt wird.
9. Montageautomat für die Montage eines mit Bumps (1) versehenen Halbleiterchips (2) als Flipchip (13) auf einem Substrat (9), umfassend: eine Flipvorrichtung (5) zum Wenden und Bereitstellen von Halbleiterchips als Flipchip, eine Einrichtung (6) mit einer ersten Kavität mit durchsichtigem Boden zur Aufnahme eines Flipchips an einem ersten Ort (A) und mindestens einer zweiten Kavität mit durchsichtigem Boden zur Aufnahme eines weiteren Flipchips, eine Kamera (7) für die Bestimmung der Lage und Orientierung der Flipchips an einem zweiten Ort (B) durch den Boden der Kavitäten hindurch, ein Pick and Place System (10), das den Flipchip auf dem Substrat platziert, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kavität und die zweite Kavität vom ersten Ort zum zweiten Ort und vom zweiten Ort zum ersten Ort bewegbar sind.
10. Montageautomat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kavität im Wesentlichen in einer Ebene liegen und um eine Achse drehbar sind, die im Wesentlichen senkrecht zu der genannten Ebene verläuft.
11. Montageautomat nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung vorgesehen ist, die es erlaubt Flussmittel in die Kavitäten zu geben bevor diese einen Flipchip aufnehmen.
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