CN107665828A - 一种自动键合装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动键合装置及方法，该装置包括蓝膜片台、传输单元、载板运动台以及键合运动台，其中，所述蓝膜片台用于承载并夹紧蓝膜片，所述蓝膜片上设置芯片；所述传输单元包括两传动轮以及缠绕固定于所述传动轮上的传输带，所述传输带上均匀排布有若干真空吸头；所述载板运动台上设有带有吸附功能的转移块，可吸附多个芯片；所述键合运动台用于承载硅片，所述转移块在所述真空吸头与所述硅片之间移动送料。本发明提出一种芯片到转移块，转移块到硅片的方式来实现C2W，这种方式的好处是可以通过多个转移块的方式来提高产率，从而比一般的C2W产率更高；同时，本发明提出采用传输带上固定真空吸头的方式进一步提高产率。

Description

一种自动键合装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体封装领域，特别涉及一种自动键合装置及方法。

背景技术

过去40年来，“每18个月晶体管数量/性能增加一倍，同时成本维持不变”摩尔定律(Moore’s Law)，使半导体产业快速走向规模经济与蓬勃发展，创造出许多通讯产品(如：PC/DT/NB/Smartphone/Tablet)。但除了借助能缩小线路宽度、间距但成本高昂的先进纳米制程技术之外，IC设计业者、晶圆厂与封装业者也积极开发各种封装技术，在不缩小线宽的纳米制程技术之下，在有限面积内进行最大程度的芯片叠加与整合，同时缩减系统单晶片(英文全称：System on Chip，简称：SoC)封装体积与线路传导长度，进而提升晶片传输效率。

目前常用的键合方式有如下三种：晶圆-晶圆键合技术(wafer-to-wafer,W2W)、芯片-晶圆键合技术(chip-to-wafer,C2W)以及芯片-芯片键合技术(chip-to-chip,C2C)，三者的性能比较如表1所示，由于单片晶圆的先进封装制程良率不高，在采用W2W后，使得产品的良率大幅下降，最终导致产品的制造成本和销售价格过高而难以市场化；而C2W与C2C虽然能够解决良率低的问题，但相对于W2W产率较低。

表1三种键合方式性能比较

C2W技术与倒装芯片(Flip Chip)技术工艺原理类似，需要将芯片倒装在基底上。但是Flip Chip主要应用于芯片或电子元件对有机基底的倒装。Flip Chip设备的主要特点是产率高(18000Die/H)但是键合精度低(±30～50μm)，目前也有多家从事Flip Chip设备制造的设备供应商推出了更高键合精度的Flip Chip设备来支持C2W工艺的应用，但是当键合精度提高后，产率都明显下降(2000～3000Die/H)，使得C2W工艺难以解决大规模量产的需求。

发明内容

本发明提供一种自动键合装置及方法，以解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种自动键合装置，包括蓝膜片台、传输单元、载板运动台以及键合运动台，其中，

所述蓝膜片台用于承载并夹紧蓝膜片，所述蓝膜片上设置芯片；

所述传输单元包括两传动轮以及缠绕固定于所述传动轮上的传输带，所述传输带上均匀排布有若干真空吸头；

所述载板运动台上设有带有吸附功能的转移块，可吸附多个芯片；

所述键合运动台用于承载硅片，所述转移块在所述真空吸头与所述硅片之间移动送料。

较佳地，所述蓝膜片下方设有顶针台，所述顶针台上设有顶针，所述顶针台能够沿所述蓝膜片上芯片的排列方向直线移动，所述顶针能够在所述顶针台上垂向移动。

较佳地，所述传输带内设有与负压源连接的总气道，每个所述真空吸头对应一个吸头气道，所述吸头气道与所述总气道连通。

较佳地，所述吸头气道上设有阀门。

较佳地，所述载板运动台上还设有对准装置，用于检测吸附于所述真空吸头上的芯片的位置，以及键合运动台上硅片的位置。

较佳地，所述对准装置为CCD。

较佳地，所述转移块能够在所述载板运动台上做垂向运动。

本发明还提供了一种自动键合方法，应用于如上所述的自动键合装置中，包括如下步骤：

S1：所述传输带在所述传动轮的带动下步进运动，将所述蓝膜片上的芯片吸附至所述真空吸头上；

S2：随着所述传输带的步进运动，将所述芯片移动至所述转移块的下方，所述转移块从所述真空吸头上吸附芯片；

S3：通过所述载板运动台将所述芯片移送至所述键合运动台上方，将芯片键合至所述硅片的对应位置处。

较佳地，所述传输带内设有与负压源连接的总气道，每个所述真空吸头对应一个吸头气道，每个所述吸头气道分别通过一阀门与所述总气道连通，当某一真空吸头移动至待吸附的芯片上方时，该真空吸头对应的阀门打开；当某一真空吸头移动至所述转移块下方时，该真空吸头对应的阀门关闭。

较佳地，所述蓝膜片下方设有顶针台，所述顶针台上设有顶针，当某一真空吸头移动至待吸附的芯片上方时，所述顶针台移动至该芯片下方，所述顶针升起将该芯片顶起。

较佳地，所述载板运动台上还设有对准装置，当所述转移块与所述真空吸头之间交接换料时，所述对准装置检测吸附于所述真空吸头上的芯片的位置；当所述转移块与所述硅片之间交接换料时，所述对准装置检测所述键合运动台上硅片的位置。

与现有技术相比，本发明提供的自动键合装置及方法具有如下优点：

1.本发明提出一种芯片到转移块，转移块到硅片的方式来实现C2W，这种方式的好处是可以通过多个转移块的方式来提高产率，从而比一般的C2W产率更高；

2.同时，本发明提出采用传输带上固定真空吸头的方式进一步提高产率。

附图说明

图1为本发明一具体实施例方式中自动键合装置的结构示意图；

图2为本发明一具体实施例方式中芯片从蓝膜片到传输带的交接过程示意图；

图3为本发明一具体实施例方式中芯片从传输带到转移块的交接过程示意图；

图4为本发明一具体实施例方式中芯片从转移块到硅片的交接过程示意图。

图中：10-蓝膜片台、11-蓝膜片、12-芯片、13-顶针台、14-顶针；21-传动轮、22-传输带、23-真空吸头、24-总气道、25-吸头气道、26-阀门；30-载板运动台、31-转移块、32-对准装置；40-键合运动台、41-硅片。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明提供的自动键合装置，如图1所示，包括蓝膜片台10、传输单元、载板运动台30以及键合运动台40，其中，

所述蓝膜片台10用于承载并夹紧蓝膜片11，所述蓝膜片11上设置芯片12，具体地，所述蓝膜片台10压住蓝膜片11的边缘，并使整个蓝膜片11张紧，令蓝膜片11上的芯片12排列于蓝膜片台10上方；

所述传输单元包括两传动轮21以及缠绕固定于所述传动轮21上的传输带22，所述传输带22在传动轮21的带动下做步进运动，所述传输带22上均匀排布有若干真空吸头23，当某个真空吸头23正对某一芯片12时，将该芯片12吸附并与传输带22同步运动；

所述载板运动台30上设有带有吸附功能的转移块31，图中转移块31的数量为1个，可装载多个芯片12进行交接，当然，转移块31的数量可为多个，交替进行芯片12交接。当传输带22带动真空吸头23移动至转移块31下方时，将真空吸头23上吸附的芯片12交接至转移块31上；较佳地，所述转移块31能够在所述载板运动台30上做垂向运动，使转移块31靠近芯片12，顺利完成交接。

所述键合运动台40用于承载硅片41，所述转移块31在所述真空吸头23与所述硅片41之间移动送料。

本发明中，真空吸头23从蓝膜片11上吸取芯片12，利用传输带22运送，转移块31吸取真空吸头23上的芯片12，并移送至键合运动台40的硅片41上，本发明采用芯片12到转移块31，转移块31到硅片41的方式来实现C2W，这种方式的好处是可以通过多个转移块31的方式来提高产率，从而比一般的C2W产率更高；同时，本发明提出采用传输带22上固定真空吸头23的方式，实现芯片12的持续传送，无需等待，进一步提高产率。

较佳地，请重点参考图1和图2，所述蓝膜片11下方设有顶针台13，所述顶针台13上设有顶针14，所述顶针台13能够沿所述蓝膜片11上芯片12的排列方向直线移动，所述顶针14能够在所述顶针台13上垂向移动，当某一真空吸头23移动至与某一芯片12对应时，所述顶针台13移动至该芯片12下方，将该芯片23顶起，便于真空吸头23的吸附。

较佳地，请继续参考图2，所述传输带22内设有与负压源连接的总气道24，每个所述真空吸头23对应一个吸头气道25，所述吸头气道25与所述总气道24连通，负压源通过总气道24向每个吸头气道25提供负压，从而吸附芯片12，较佳地，所述吸头气道25上设有阀门26，用于控制真空吸头23的吸附和放松，具体地，当所述真空吸头23与蓝膜片11上的某一芯片12对应，并准备吸附该芯片12时，阀门26开启，该真空吸头23通入负压，完成芯片12吸附；当真空吸头23随传输带22移动至转移块31下方，并准备交接至所述转移块31上时，该真空吸头23对应的阀门26关闭，停止该真空吸头23对其上所吸附芯片12的吸附，完成从真空吸头23到转移块31的交接。

较佳地，请重点参考图3和图4，所述载板运动台30上还设有对准装置32，本实施例中，所述对准装置32为CCD，用于检测吸附于所述真空吸头23上的芯片12的位置，以及键合运动台40上硅片41的位置。具体地，当所述转移块31与所述真空吸头23之间交接换料时，所述对准装置32检测吸附于所述真空吸头23上的芯片12的位置，确保芯片12从真空吸头23顺利交接至转移块31；当所述转移块31与所述硅片41之间交接换料时，所述对准装置32检测所述键合运动台40上硅片41的位置，确保芯片12从转移块31顺利交接至硅片41上。

本发明还提供了一种自动键合方法，应用于如上所述的自动键合装置中，包括如下步骤：

S1：如图2所示，所述传输带22在所述传动轮21的带动下步进运动，将所述蓝膜片11上的芯片12吸附至所述真空吸头23上，该过程中，蓝膜片台10夹住蓝膜片11的边缘，顶针台13水平向运动到需要顶起的芯片12下方，此时传输带22上的某个真空吸头23也运动到位，随后顶针14将蓝膜片11带着芯片12顶出，对应的阀门26打开，该芯片12在真空作用下被吸附；

S2：如图3所示，随着所述传输带22的步进运动，将所述芯片12移动至所述转移块31的下方，所述转移块31从所述真空吸头23上吸附芯片12，该过程中，传输带22带着吸附的芯片12步进运动，载板运动台30带着对准装置32运动到该芯片12上方，对准装置32拍摄芯片12上的标记，确定该芯片12的位置后，载板运动台30运动适当位置，使得转移块31位于芯片12的上方，然后转移块31垂向运动，并开启真空，同时传输带22上该芯片12对应的阀门26关闭真空，转移块31便可以吸附该芯片12；

S3：如图4所示，通过所述载板运动台30将所述芯片12移送至所述键合运动台40上方，将芯片12键合至所述硅片41的对应位置处，该过程中，载板运动台30首先运动到硅片41上方，对准装置32拍摄硅片41上的标记，确定硅片41的位置，然后载板运动台30运动适当距离后，转移块31进行垂向运动，将转移块31上装载的芯片12键合到硅片41上，完成自动键合。

上述方法大大提高了键合的产率。

综上所述，本发明提供的自动键合装置及方法，该装置包括蓝膜片台10、传输单元、载板运动台30以及键合运动台40，其中，所述蓝膜片台10用于承载并夹紧蓝膜片11，所述蓝膜片11上设置芯片12；所述传输单元包括两传动轮21以及缠绕固定于所述传动轮21上的传输带22，所述传输带22上均匀排布有若干真空吸头23；所述载板运动台30上设有带有吸附功能的转移块31，可吸附多个芯片12；所述键合运动台40用于承载硅片41，所述转移块31在所述真空吸头23与所述硅片41之间移动送料。本发明提出一种芯片12到转移块31，转移块31到硅片41的方式来实现C2W，这种方式的好处是可以通过多个转移块31的方式来提高产率，从而比一般的C2W产率更高；同时，本发明提出采用传输带22上固定真空吸头23的方式进一步提高产率。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种自动键合装置，其特征在于，包括蓝膜片台、传输单元、载板运动台以及键合运动台，其中，

所述蓝膜片台用于承载并夹紧蓝膜片，所述蓝膜片上设置芯片；

所述传输单元包括两传动轮以及缠绕固定于所述传动轮上的传输带，所述传输带上均匀排布有若干真空吸头；

所述载板运动台上设有带有吸附功能的转移块，可吸附多个芯片；

所述键合运动台用于承载硅片，所述转移块在所述真空吸头与所述硅片之间移动送料。

2.如权利要求1所述的自动键合装置，其特征在于，所述蓝膜片下方设有顶针台，所述顶针台上设有顶针，所述顶针台能够沿所述蓝膜片上芯片的排列方向直线移动，所述顶针能够在所述顶针台上垂向移动。

3.如权利要求1所述的自动键合装置，其特征在于，所述传输带内设有与负压源连接的总气道，每个所述真空吸头对应一个吸头气道，所述吸头气道与所述总气道连通。

4.如权利要求3所述的自动键合装置，其特征在于，所述吸头气道上设有阀门。

5.如权利要求1所述的自动键合装置，其特征在于，所述载板运动台上还设有对准装置，用于检测吸附于所述真空吸头上的芯片的位置，以及键合运动台上硅片的位置。

6.如权利要求5所述的自动键合装置，其特征在于，所述对准装置为CCD。

7.如权利要求1所述的自动键合装置，其特征在于，所述转移块能够在所述载板运动台上做垂向运动。

8.一种自动键合方法，应用于如权利要求1所述的自动键合装置中，其特征在于，包括如下步骤：

S1：所述传输带在所述传动轮的带动下步进运动，将所述蓝膜片上的芯片吸附至所述真空吸头上；

S2：随着所述传输带的步进运动，将所述芯片移动至所述转移块的下方，所述转移块从所述真空吸头上吸附芯片；

S3：通过所述载板运动台将所述芯片移送至所述键合运动台上方，将芯片键合至所述硅片的对应位置处。

9.如权利要求8所述的自动键合方法，其特征在于，所述传输带内设有与负压源连接的总气道，每个所述真空吸头对应一个吸头气道，每个所述吸头气道分别通过一阀门与所述总气道连通，当某一真空吸头移动至待吸附的芯片上方时，该真空吸头对应的阀门打开；当某一真空吸头移动至所述转移块下方时，该真空吸头对应的阀门关闭。

10.如权利要求8所述的自动键合方法，其特征在于，所述蓝膜片下方设有顶针台，所述顶针台上设有顶针，当某一真空吸头移动至待吸附的芯片上方时，所述顶针台移动至该芯片下方，所述顶针升起将该芯片顶起。

11.如权利要求8所述的自动键合方法，其特征在于，所述载板运动台上还设有对准装置，当所述转移块与所述真空吸头之间交接换料时，所述对准装置检测吸附于所述真空吸头上的芯片的位置；当所述转移块与所述硅片之间交接换料时，所述对准装置检测所述键合运动台上硅片的位置。