TW201401401A - 接合裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在於提供一種接合裝置，其使接合工具的晶片吸附面直接抵接於冷卻面，比起用氣體冷卻而言，可實現更快速的冷卻，並縮短接合的作業時間。為了達成上述目的，本發明之接合裝置採用以下的機構：第1，包含：接合頭，其具備形成有晶片吸附面的接合工具與加熱機構；晶片供給機構；接合台，其可載置基板；接合頭移動機構，其使接合頭在晶片供給位置與接合位置之間移動；以及冷卻機構，其將接合工具冷卻。第2，接合工具，在晶片供給位置接受晶片的供給，在接合位置將受到加熱的晶片接合，之後利用冷卻機構冷卻。第3，冷卻，以使接合工具的吸附面抵接於冷卻機構的冷卻面的方式進行。

Description

接合裝置

本發明係關於一種將晶片接合於基板上的接合裝置，詳細而言，其在接合裝置中的接合工具的冷卻技術上具有特徴。

目前存在一種以接合工具保持晶片，加熱接合工具，將晶片接合於基板上的裝置。此種裝置，在將晶片接合於基板上之後，到保持下一片晶片為止，為了降低對晶片所造成的影響，必須使保持晶片的接合工具下降到既定的溫度。

在焊接凸塊接合方式的接合中，必須下降到焊接熔融溫度亦即200℃以下的程度，更宜下降到約150℃，在利用熱硬化性樹脂接著劑的接合方式中，必須下降到熱硬化性樹脂的硬化開始溫度亦即100℃~180℃以下，更宜下降到接近室溫的溫度(約50℃)。

關於使接合工具下降到上述既定溫度的習知技術，專利文獻1以及2有所揭示。該等習知技術均係利用氣體冷卻。當氣體為空氣時，熱傳導率最大也只有40W/m‧K，故冷卻時間會拉長，結果接合的作業時間也會跟著變長。

【先前技術文獻】 【專利文獻】

[專利文獻1]日本專利第3172942號專利公報

[專利文獻2]日本特開2007-329305號公開專利公報

為了解決上述問題，本發明之目的在於：使接合工具的晶片吸附面直接抵接於冷卻機構的冷卻面，將其冷卻，藉此比起以氣體冷卻而言，可實現更快速的冷卻，進而縮短接合的作業時間。

為了解決上述問題，在第1發明中，接合裝置採用以下的機構：

第1，包含：接合頭，其具備形成有吸附保持晶片的吸附面的接合工具與加熱機構；晶片供給機構，其將晶片供應給該接合工具；接合台，其可載置基板；接合頭移動機構，其使該接合頭在該晶片供給機構的晶片供給位置與該接合台上的接合位置之間移動；以及冷卻機構，其將該接合工具冷卻。

第2，在該晶片供給位置對該接合工具供給晶片，並在該接合位置加熱該晶片以將該晶片接合於該基板上，之後，利用該冷卻機構將該接合工具冷卻。

第3，該冷卻機構具有與該接合工具的吸附面抵接的冷卻面，同時使該冷卻面抵接於該吸附面以將該接合工具冷卻。

第2發明，係在第1發明中更附加以下之技術特徵的接合裝置：上述冷卻機構設有將上述冷卻面冷卻的帕耳帖元件，以將上述接合工具強制冷卻。

第3發明，係在第1或第2發明中更附加以下之技術特徵的接合裝置：上述冷卻機構設有供給防結露氣體的氣體供給機構，並在該防結露氣體環 境中使上述吸附面與上述冷卻面接觸。

第4發明，係在第1至第3發明任一項之中更附加以下之機構的接合裝置：

第1，上述加熱機構包含：雷射振盪器，其振盪發出雷射光；以及導光機構，其將該雷射振盪器所振盪發出之雷射光導入上述接合頭內。

第2，利用從該雷射振盪器所振盪發出且由該導光機構導入該接合頭內的雷射光對上述晶片直接加熱，或者，利用該雷射光加熱上述接合工具以間接加熱上述晶片。

第1發明，使冷卻機構的冷卻面抵接於接合工具的吸附面以將接合工具冷卻。由於係使其與熱傳導比氣體更佳的物質接觸以將其冷卻，故可實現快速冷卻至低溫範圍之目的，進而縮短冷卻時間。結果，便可提供出一種接合裝置的步驟時間變短，生產效率較高的接合裝置。

第2發明，除了具有上述功效之外，由於更藉由在冷卻機構中使用將冷卻面冷卻的帕耳帖元件，以將接合工具強制冷卻，故可提高冷卻效率，並更進一步縮短冷卻時間。結果，便可提供出一種可更進一步縮短接合裝置的步驟時間，而生產效率更高的接合裝置。

第3發明，除了具有上述功效之外，更在防結露氣體環境中使吸附面與冷卻面接觸，藉此便可防止冷卻面凝結露滴，進而防止凝結露滴對接合造成不良影響。

第4發明，除了具有上述效果之外，由於更利用從雷射振盪器所振盪發出且由導光機構導入接合頭內的雷射光將晶片直接加熱，或者，加熱接合工具以間接加熱晶片，故可縮小冷卻對象的體積亦即熱容量，如是，便可縮短冷卻時間。

1‧‧‧中繼台

2‧‧‧助焊劑台

3‧‧‧接合頭

4‧‧‧接合台

5‧‧‧接合頭移動機構

6‧‧‧冷卻機構

7‧‧‧晶片

8‧‧‧Y軸移動軌道

9‧‧‧晶片供給位置

10‧‧‧接合工具

11‧‧‧吸附面

12‧‧‧吸附部

13‧‧‧內部空間

14‧‧‧工具吸附用配管

15‧‧‧晶片吸附用配管

16‧‧‧殼體

17‧‧‧遮罩

18‧‧‧工具基座

19‧‧‧工具基座固定器

20‧‧‧助焊劑容器

21‧‧‧加熱部

22‧‧‧受光部

23‧‧‧殼體

24‧‧‧雷射光

25‧‧‧雷射振盪器

26‧‧‧照射筒

27‧‧‧光纖

28‧‧‧鏡子

29‧‧‧玻璃板

30‧‧‧遮罩開口

31‧‧‧X軸移動軌道

32‧‧‧X滑動件

33‧‧‧接合位置

34‧‧‧基座滑動件

35‧‧‧接合頭基座

36‧‧‧負載單元

37‧‧‧臂部

38‧‧‧接合頭滑動件

40‧‧‧基板

41‧‧‧相機

42‧‧‧相機用滑動件

43‧‧‧升降體

44‧‧‧XY台

60‧‧‧冷卻台

61‧‧‧冷卻面

62‧‧‧氣體供給裝置

63‧‧‧基座

A‧‧‧工具吸附孔

B‧‧‧晶片吸附孔

C‧‧‧晶片吸附孔

圖1係接合裝置的概略俯視說明圖

圖2係同上裝置的概略前視說明圖

圖3係接合頭前端的內部概略前視說明圖

以下，與圖式的實施例一併說明實施態樣。圖1係實施例之接合裝置的概略俯視說明圖，圖2係同上裝置的概略前視說明圖。在兩圖中，接合裝置包含：作為晶片供給機構的中繼台1、助焊劑台2、接合頭3、接合台4、接合頭移動機構5、冷卻機構6。

中繼台1係可載置晶片7的台座，其以可在Y軸方向(圖1中的上下方向)上移動的方式裝設於作為Y軸移動機構的Y軸移動軌道8上。在圖1中，符號1為中繼台，中繼台1的位置，係藉由圖中未顯示的取放機構傳遞晶片7的位置，在Y軸移動軌道8上後述的X軸移動軌道31附近的下方所示的虛線位置為晶片供給位置9。

另外，圖1中符號2，係為了對中繼台1所載置的晶片7塗布助焊劑而配置了助焊劑容器20的助焊劑台。使中繼台1就位於晶片供給位置9，將晶片7從中繼台1供應給接合頭3，之後，使中繼台1從晶片供給位置9移動到傳遞晶片7的位置，大約與此同時，使助焊劑台2就位於晶片供給位置9。在此期間，接合頭3在晶片供給位置9上方待機，當助焊劑台2就定位於晶片供給位置9時下降，使所保持的晶片7的背面沾浸到助焊劑容器20中的助焊劑，以在晶片7的背面塗布助焊劑。

接合頭3，根據加熱方式的不同分成第1實施例與第2實施例。第1實施例係採用加熱接合工具10以間接加熱晶片7的間接加熱方式的接合頭3，第2實施例係採用直接加熱晶片7的直接加熱方式的接合頭3。在此針 對第1實施例的接合頭3進行說明。第1實施例之接合頭3包含：形成有吸附保持晶片7的吸附面11的接合工具10；接合工具10的吸附部12；以及對該接合工具10實施接合用加熱的加熱部21，在加熱部21的下方配置吸附部12，於該吸附部12保持接合工具10。在接合工具10的吸附面11貫穿設置了用來吸附保持晶片7的晶片吸附孔C。

接合工具10的吸附部12，係設有內部空間13的環狀構件，於其殼體16形成有工具吸附用配管14以及晶片吸附用配管15。又，在殼體16的下端，工具基座18夾著遮罩17被工具基座固定器19以螺栓鎖緊固定。在工具基座18貫穿設置了吸附接合工具10的工具吸附孔A。

工具吸附用配管14，與圖中未顯示的真空源連接，使工具吸附孔A產生真空吸引力，並以該吸引力將接合工具10吸附於工具基座18。另外，使接合裝置在運轉中經常保持吸引力。

在工具基座18亦貫穿設置了有別於工具吸附孔A的晶片吸附孔B。工具基座18的晶片吸附孔B，一方面與接合工具10的晶片吸附孔C連通，另一方面，與晶片吸附用配管15所連接的內部空間13連通。在吾人所期望的時點使晶片吸附用配管15與圖中未顯示的真空源連接，藉此在接合工具10的晶片吸附孔C產生真空吸引力，以將晶片7吸附保持於接合工具10。

將接合工具10加熱的加熱部21，如圖3所示的，設置了：雷射振盪器25，其振盪發出雷射光24；照射筒26，其成為將該雷射振盪器25所振盪發出之雷射光24導入第1實施例的接合頭3內的導光機構；以及受光部22，其在第1實施例之接合頭3內承接雷射光24，並使其向接合工具10照射。另外，雷射振盪器25係可振盪發出近紅外光雷射的半導體雷射。本實施例的加熱部21，係利用雷射加熱方式的加熱器，惟亦可利用以往所使用的其他加熱方式，例如，利用陶瓷加熱器的加熱方式。

受光部22的殼體23內設置了鏡子28，其以一傾斜角度設置，使反射方向朝向下方的接合工具10。另外，在受光部22的殼體23內的空間與其下方所配置的吸附部12的內部空間13之間裝設了玻璃板29。

雷射振盪器25所振盪發出的雷射光24，從光纖27通過照射筒26，向受光部22的鏡子28照射。雷射光24因為鏡子28改變角度，射向接合工具10，穿透過玻璃板29，通過遮罩開口30，穿透過工具基座18，將接合工具10加熱。在第1實施例的接合頭3中的工具基座18係石英玻璃製，為雷射光24可穿透過的透明體。

於接合頭3設有X軸移動機構、升降機構以及θ軸移動機構(旋轉機構)作為接合頭移動機構。X軸移動機構設有X軸移動軌道31與X滑動件32，接合頭3可透過X滑動件32在X軸移動軌道31上朝X軸方向(圖1以及圖2中的左右方向)移動。利用X軸移動機構，接合頭3在中繼台1上的晶片供給位置9與接合台4上的接合位置33之間往返移動。

接合頭3的升降機構，係在以隨意升降的方式裝設於X滑動件32的基座滑動件34上安裝接合頭基座35，並透過負載控制裝置將接合頭3裝設於該接合頭基座35者。另外，接合頭3設有圖中未顯示的θ軸移動機構，可修正晶片7的θ軸方向(旋轉方向)的態勢。

接合頭3的負載控制裝置，係將接合頭3安裝於以隨意上下移動的方式裝設於接合頭基座35的接合頭滑動件38，並設有固定於接合頭3的臂部37，以及與其接觸的負載單元36。亦即，接合時的負載控制由負載單元36進行。

若詳而言之，如以下所述。當在接合位置33使接合頭基座35下降時，接合工具10所保持之晶片7與基板40抵接，接合頭3的下降受到限制。到抵接時點為止接合頭3的本身重量全部通過臂部37壓在負載單元36上。

當接合頭基座35更進一步下降時，臂部37壓在負載單元36上的負載減輕。亦即，在晶片7與基板40抵接之前所壓之負載(接合頭3的本身重量)減少。該減輕的部分變成壓在基板40上。具體而言，當接合頭3的本身重量所造成的負載為30N時，若負載單元36的顯示值為25N，則其差分的5N變成加在基板40上的負載。以該等方式將負載控制在適當數值。

相機用滑動件42以可在X軸方向(圖1以及圖2中的左右方向)上移動的方式裝設於X軸移動軌道31，可上下移動的升降體43安裝於相機用滑動件42，作為拍攝機構的相機41安裝於升降體43。相機41係可同時拍攝上下以分別取得晶片7與基板40上的接合位置33的位置資訊的相機。

基板40的接合用載置台，係接合台4，在接合台4上的接合位置33加熱接合工具10並將晶片7接合於基板40上的接合位置33。接合台4，以可藉由X軸移動機構在X軸方向上移動並可藉由Y軸移動機構在Y軸方向上移動的方式，設置於XY台44上。

在中繼台1與接合台4之間配置了作為冷卻機構6的冷卻台60。冷卻台60，其頂面為冷卻面61，將接合工具10的吸附面11抵接於冷卻面61以冷卻接合工具10。實施例的冷卻台60設有可將冷卻面61冷卻的帕耳帖元件，以強制冷卻接合工具10。在實施例中，係採用組裝有帕耳帖元件的冷卻台60，惟亦可採用在內部配置冷卻流體循環用配管者。

又，在冷卻台60設有供給防結露氣體的氣體供給裝置62。如圖3所示的在氣體供給裝置62所供給的防結露氣體環境中使接合工具10的吸附面11與冷卻台60的冷卻面61接觸，以防止冷卻面61凝結露滴。若冷卻面61凝結露滴，會使冷卻機構6的各部位生銹，除了裝置壽命會變短之外，若所凝結的液滴附著於吸附面11，則裝置內的灰塵等會附著於其上，結果會導致晶片7受到污染，並對接合造成不良影響。氣體供給裝置62可防止該等露滴凝結的情況發生。

另外，為了冷卻而使接合工具10與冷卻台60的抵接，係利用接合工具10側的升降機構的上下移動，具體而言，係利用接合頭3所安裝的接合頭基座35的上下移動，惟亦可在冷卻機構6的基座63置入使冷卻台60升降的升降機構，在使接合頭3停止於冷卻台60的上方的狀態下，使冷卻台60上升，進而使冷卻面61與接合工具10的吸附面11接觸。

以下，說明實施例的接合裝置的動作。晶片供給機構利用圖中未顯示的取放機構將晶片7載置於中繼台1，之後，中繼台1向晶片供給位置9移動。在將晶片7從中繼台1供應給接合頭3之後，使中繼台1從晶片供給位置9向傳遞晶片7的位置移動，大約與此同時，使助焊劑台2就位於晶片供給位置9。在此期間，接合頭3在晶片供給位置9上方待機，當助焊劑台2就定位於晶片供給位置9時下降，使所保持的晶片7的背面沾浸到助焊劑容器20中的助焊劑，藉此在晶片7的背面塗布助焊劑。

之後，將接合頭3移動到接合位置33上方，使相機41位於晶片7與基板40上的接合位置33之間，分別取得二者的位置資訊。然後，根據該位置資訊，使晶片7與基板40的位置對準。亦即，利用接合頭3的θ軸移動機構，修正晶片7的θ軸方向的態勢，同時利用接合台4的XY台44修正基板40的X軸方向的位置與Y軸方向的位置。

位置決定之後，使接合頭3下降到負載單元36的負載顯示成為既定負載為止，接著振盪發出雷射光24，將接合工具10加熱，藉此加熱晶片7並使凸塊熔融，以將晶片7接合於基板40上。

在供給雷射光24經過既定時間之後，解除晶片7的吸附，使接合頭3從接合位置33脫離，接著，將其移動到冷卻位置，亦即冷卻台60的冷卻面61上方，使其下降，進而使接合工具10的吸附面11與冷卻面61抵接。此時，從氣體供給裝置62的噴嘴供給乾燥空氣或露點較低的氮氣，以防止冷卻面61凝結露滴。

在使接合工具10的吸附面11與冷卻面61接觸經過既定時間之後，從冷卻位置脫離，再度將接合頭3移動到晶片供給位置9並吸附下一片晶片7。

第1實施例的接合頭3的加熱方式，係對接合工具10照射雷射光24，將接合工具10加熱，以間接加熱晶片7，惟若為耐熱性較高的晶片7，則亦可使用直接對晶片7照射雷射光24而將其加熱的第2實施例的接合頭。

在該直接加熱方式的接合頭中，會省略在第1實施例的接合頭3中的接合工具10，並利用工具基座18的晶片吸附孔B保持晶片7。亦即，在第2實施例的接合頭中，為透明體的工具基座18，變成本發明的形成有吸附保持晶片的吸附面的接合工具。由於熱會從受到直接加熱的晶片7傳導至工具基座18，故此時亦有必要以冷卻機構6進行冷卻。

若根據該等直接加熱方式，比起第1實施例的接合頭3的間接加熱方式而言，更可從作業時間減去使接合工具10升溫的時間。

3‧‧‧接合頭

6‧‧‧冷卻機構

10‧‧‧接合工具

12‧‧‧吸附部

13‧‧‧內部空間

14‧‧‧工具吸附用配管

15‧‧‧晶片吸附用配管

16‧‧‧殼體

17‧‧‧遮罩

18‧‧‧工具基座

19‧‧‧工具基座固定器

21‧‧‧加熱部

22‧‧‧受光部

23‧‧‧殼體

24‧‧‧雷射光

25‧‧‧雷射振盪器

26‧‧‧照射筒

27‧‧‧光纖

28‧‧‧鏡子

29‧‧‧玻璃板

30‧‧‧遮罩開口

62‧‧‧氣體供給裝置

A‧‧‧工具吸附孔

B‧‧‧晶片吸附孔

C‧‧‧晶片吸附孔

Claims (4)

1. 一種接合裝置，其特徵為包含：接合頭，其具備形成有吸附保持晶片之吸附面的接合工具與加熱機構；晶片供給機構，其將晶片供應給該接合工具；接合台，其可載置基板；接合頭移動機構，其使該接合頭在該晶片供給機構的晶片供給位置與該接合台上的接合位置之間移動；以及冷卻機構，其將該接合工具冷卻；在該晶片供給位置對該接合工具供給晶片，並在該接合位置加熱該晶片以將該晶片接合於該基板上，之後，利用該冷卻機構將該接合工具冷卻；該冷卻機構，設有與該接合工具的吸附面抵接的冷卻面，並使該冷卻面與該吸附面抵接以將該接合工具冷卻。
2. 如申請專利範圍第1項之接合裝置，其中，該冷卻機構設有冷卻該冷卻面用的帕耳帖元件，以將該接合工具強制冷卻。
3. 如申請專利範圍第1或2項之接合裝置，其中，該冷卻機構設有供給防結露氣體的氣體供給機構，並在該防結露氣體環境中使該吸附面與該冷卻面接觸。
4. 如申請專利範圍第1或2項之接合裝置，其中，該加熱機構包含：雷射振盪器，其振盪發出雷射光；以及導光機構，其將該雷射振盪器所振盪發出的雷射光導入該接合頭內；利用從該雷射振盪器所振盪發出且由該導光機構導入該接合頭內的雷射光，將該晶片直接加熱，或者，利用該雷射光加熱該接合工具以間接加熱該晶片。