TWI877088B - 晶片接合設備以及晶片接合方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種晶片接合設備以及晶片接合方法。晶片接合設備包括一承載模組、一轉移模組、一限位模組、一接合模組、一控制模組以及一監控模組。承載模組被配置以用於承載一基板。轉移模組被配置以用於運送多個晶片元件。當轉移模組位於承載模組與限位模組之間時，控制模組驅使承載模組進行一接合動作、或者限位模組被驅使而進行一壓合動作，以使轉移模組的多個晶片元件接觸基板。控制模組驅使接合模組投射多個光束到基板上的多個黏接體，且控制模組驅使限位模組偵測自身的受力。監控模組用以監控該多個晶片元件的接合狀態，該監控模組利用不同延遲時間的監控用雷射對該多個晶片元件的形態參數進行探測，以即時監控該多個晶片元件的該接合狀態。

Description

晶片接合設備以及晶片接合方法

本發明關於一種接合設備以及接合方法，特別是關於一種藉由監測與特殊接合方式來提升晶片接合良率的晶片接合設備以及晶片接合方法。

雷射焊接技術為近期興起的技術領域，隨著汽車工業、消費性電子產品的蓬勃發展，傳統焊接製程漸漸無法滿足製造需求。其中，雷射振鏡焊接為近期普遍使用的技術，其以雷射作為焊接熱源並且透過振鏡使雷射偏折對加工件進行焊接。振鏡焊接設備可由雷射源、振鏡、鏡片、夾具、吹氣機構等裝置組成，由雷射經振鏡產生偏折，偏折後的雷射再通過鏡片確保聚焦在工作物上。吹氣機構可以吹散粉塵或改善焊接處焦黑的情況。

然而，現有技術中，加工物件先置於臨時載板上，朝向基板放置後進行雷射焊接。臨時載板與基板之間的壓合不足將發生加工物件與基板之間具有間隙，因此無法受熱焊接，降低焊接的良率。

故，如何通過結構設計的改良，來克服上述的缺陷，已成為該項事業所欲解決的重要課題之一。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種晶片接合設備以及晶片接合方法。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種晶片接合設備，其包括一承載模組、一轉移模組、一限位模組、一接合模組一控制模組以及一監控模組。承載模組被配置以用於承載至少一基板。轉移模組被配置以用於運送多個晶片元件。限位模組對應於該承載模組。接合模組鄰近於該限位模組。控制模組連接於該承載模組、該限位模組與該接合模組。其中，當該轉移模組位於該承載模組與該限位模組之間時，該控制模組驅使該承載模組進行一接合動作、或者該限位模組被驅使而進行一壓合動作，以使該轉移模組的多個該晶片元件接觸至少一該基板。其中，當該承載模組進行該接合動作或該限位模組進行該壓合動作時，該控制模組驅使該接合模組投射多個光束到至少一該基板上的多個黏接體，且該控制模組驅使該限位模組偵測自身的受力。監控模組用以監控該多個晶片元件的接合狀態，該監控模組利用不同延遲時間的監控用雷射對該多個晶片元件的形態參數進行探測，以即時監控該多個晶片元件的該接合狀態。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是提供一種晶片接合方法，其包括下列步驟：藉由一承載模組承載至少一基板；利用一轉移模組運送多個晶片元件；藉由一控制模組驅使該承載模組進行一接合動作、或者利用該限位模組被驅使而進行一壓合動作，以使該轉移模組的多個該晶片元件接觸至少一該基板；藉由該控制模組驅使該接合模組投射多個光束到至少一該基板上的多個黏接體；以及利用該控制模組驅使該限位模組偵測自身的受力。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的晶片接合設備，其能通過「承載模組被配置以用於承載至少一基板。轉移模組被配置以用於運送多個晶片元件。限位模組對應於該承載模組。接合模組鄰近於該限位模組。控制模組連接於該承載模組、該限位模組與該接合模組。其中，當該轉移模組位於該承載模組與該限位模組之間時，該控制模組驅使該承載模組進行一接合動作、或者該限位模組被驅使而進行一壓合動作，以使該轉移模組的多個該晶片元件接觸至少一該基板。其中，當該承載模組進行該接合動作或該限位模組進行該壓合動作時，該控制模組驅使該接合模組投射多個光束到至少一該基板上的多個黏接體，且該控制模組驅使該限位模組偵測自身的受力」的技術方案，以提升晶片接合的良率。

本發明的另外一有益效果在於，本發明所提供的晶片接合方法，其能通過「藉由一承載模組承載至少一基板；利用一轉移模組運送多個晶片元件；藉由一控制模組驅使該承載模組進行一接合動作、或者利用該限位模組被驅使而進行一壓合動作，以使該轉移模組的多個該晶片元件接觸至少一該基板；藉由該控制模組驅使該接合模組投射多個光束到至少一該基板上的多個黏接體；以及利用該控制模組驅使該限位模組偵測自身的受力」的技術方案，以提升晶片接合的良率。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關「晶片接合設備以及晶片接合方法」的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到「第一」、「第二」、「第三」等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語「或」，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[第一實施例]

請參閱圖1至圖10，分別為本發明第一實施例的晶片接合設備的結構示意圖、第一使用狀態示意圖、第二使用狀態示意圖、接合模組的俯視示意圖、第三使用狀態示意圖、接合模組的位移路徑示意圖、發射元件的架構示意圖、脈衝雷射光束的多個脈衝串的示意圖、功能方塊圖、以及晶片接合方法的流程示意圖。如上述圖式所示，本發明第一實施例提供一種晶片接合設備Z，其包括一承載模組1、一轉移模組2、一限位模組3、一接合模組4以及一控制模組6。

配合圖1至圖3所示，本發明的承載模組1被配置以用於承載至少一個基板元件P。舉例來說，承載模組1可為具有多軸向位移功能的可移動式載台裝置，例如可朝X軸、Y軸以及Z軸等三軸向進行位移的可移動式載台裝置，但不以此為限。承載模組1的上表面可用於承載基板元件P；其中，基板元件P可為具有多個焊墊以及黏接體P1（例如錫球或其他類型的導電黏接物）的電路板。

接著，配合圖1至圖3所示，本發明的轉移模組2被配置以用於運送多個晶片元件E。舉例來說，轉移模組2可為板件結構，例如玻璃載板，但不以此為限。轉移模組2的其中一面具有一黏膠層（於圖中未繪示），其可用於黏固多個晶片元件E。

接下來，配合圖1至圖3所示，本發明的限位模組3對應於承載模組1。舉例來說，限位模組3可包括一載板元件30以及多個第一感測元件31。載板元件30可對應於承載模組1，載板元件30可為板件結構，例如高強度的壓合玻璃板，但不以此為限。多個第一感測元件31設置於載板元件30上的周圍與中心位置中的至少一者，且多個第一感測元件31可電性連接控制模組6。多個第一感測元件31可被配置以用於偵測載板元件30所受的壓力；其中，第一感測元件31可為壓力感測器。

接著，配合圖3至圖9所示，本發明的接合模組4鄰近於限位模組3。舉例來說，接合模組4可包括一發射元件40、一光束調整元件41、一光學元件42以及一聚焦元件43。發射元件40可連接於控制模組6，發射元件40可用於提供至少一個脈衝雷射光束L2；其中，發射元件40可為用於提供至少一個脈衝雷射光束L2的雷射設備，脈衝雷射光束L2的一脈衝寬度可介於50~500 fs之間，脈衝雷射光束L2的一重複頻率可介於0.5~10 GHz之間，脈衝雷射光束L2的一脈衝能量可介於100~1000 μJ之間。光束調整元件41對應於發射元件40，光束調整元件41被配置以用於接收至少一個脈衝雷射光束L2，並用於將至少一個脈衝雷射光束L2轉換成一調變雷射光束L3；其中，光束調整元件41可為雷射擴束裝置，光束調整元件41可擴大脈衝雷射光束L2的雷射光斑，以產生擴束後的調變雷射光束L3。光學元件42對應於光束調整元件41，光學元件42被配置以用於接收調變雷射光束L3，並用於將調變雷射光束L3轉換成一陣列型雷射光束L4，而陣列型雷射光束L4可由多個調變雷射光束L3以一特定陣列形狀排列而形成；其中，光學元件42可為一繞射光學元件（Diffractive Optical Element, DOE）或平頂光束整形器（Top-Hat beam shaper DOE）。而聚焦元件43對應於光學元件42，聚焦元件43被配置以用於接收陣列型雷射光束L4，並用於將陣列型雷射光束L4聚焦且投射到多個黏接體P1；其中，聚焦元件43可為平場聚焦透鏡（F-Theta Lens），聚焦元件43可將陣列型雷射光束L4的每一個調變雷射光束L3聚焦為具有一預定高徑深比的雷射光束，再將陣列型雷射光束L4投射至多個黏接體P1。其中，發射元件40、光束調整元件41、光學元件42以及聚焦元件43可設置在同一光學路徑。

進一步來說，配合圖5至圖9所示，上述的發射元件40包括一脈衝雷射產生器400、一雷射調製器401以及一雷射放大器402。脈衝雷射產生器400連接於控制模組6，脈衝雷射產生器400可用於產生具有多個脈衝訊號的一雷射光L0；即，脈衝雷射產生器400可被配置以用於產生具有多個脈衝訊號S1~Sn的一雷射光L0；其中，脈衝雷射產生器400可為脈衝雷射光產生器。雷射調製器401鄰近於脈衝雷射產生器400，雷射調製器401被配置以用於提高雷射光L0的重複頻率，並用於依據提高後的雷射光L0產生具有多個脈衝串（burst）的一脈衝串雷射光L1；其中，雷射調製器401可為聲光調變器（Acousto-Optic Modulator, AOM）或其他同類型的裝置，且脈衝串雷射光L1的重複頻率可介於0.5~10 GHz之間（例如，0.5~10 GHz之間的任意正整數），但不以此為限。而雷射放大器402可鄰近於雷射調製器401，雷射放大器402被配置以用於提高脈衝串雷射光L1的脈衝能量，以產生脈衝雷射光束L2，其中，多個脈衝串包括多個脈衝訊號S1~Sn，多個脈衝訊號S1~Sn的頻率介於1~2000 KHz之間。更進一步來說，配合圖8所示，多個脈衝串U1~Un包括多個脈衝訊號S1~Sn；即，多個脈衝訊號S1形成脈衝串U1、多個脈衝訊號S2形成脈衝串U2、...、多個脈衝訊號Sn形成脈衝串Un，使多個脈衝串U1~Un分別形成多個脈衝訊號S1~Sn。其中，多個脈衝訊號S1~Sn的脈衝寬度位於50~500 fs之間（例如，50~500 fs之間的任意正整數），多個脈衝訊號S1~Sn的數量位於50~1000個之間（例如，50~1000個之間的任意正整數），多個脈衝訊號S1~Sn的頻率位於1~2000 KHz之間（例如，1~2000 KHz之間的任意正整數），但不以此為限。值得注意的是，脈衝雷射光束L2的脈衝寬度、脈衝雷射光束L2的脈衝能量、多個脈衝訊號S1~Sn的頻率、脈衝雷射光束L2的重複頻率以及多個脈衝訊號S1~Sn的數量可依據實際需求進行適當調整。

並且，配合圖5所示，接合模組4還可包括一分析元件44、一分光元件45以及一影像擷取元件46（CCD）。分析元件44可電性連接於發射元件40與控制模組6中至少一者。分光元件45可對應於分析元件44，分光元件45被配置以用於接收至少一個脈衝雷射光束L2；其中，分光元件45可為立方體分光鏡、平板分光鏡、偏振分光鏡、或其他類型的分光光學元件；並且，分光元件45可設置於光束調整元件41與光學元件42之間。而影像擷取元件46可對應於分光元件45，影像擷取元件46連接於控制模組6，影像擷取元件46被配置以用於接收經由光學元件42以及分光元件45所反射的至少一個基板P與至少一個晶片元件E中至少一者的一表面影像；其中，影像擷取元件46可為電荷耦合元件（Charge Coupled Device, CCD）。

而且，配合圖3及圖4所示，接合模組4還可再包括多個第一壓合元件47以及多個第二感測元件48。多個第一壓合元件47可鄰近於聚焦元件43，多個第一壓合元件47可電性連接於控制模組6，且每一個第一壓合元件47可被配置以用於提供一氣流F至限位模組3；其中，第一壓合元件47可為噴氣推壓器或其他類型的吹氣裝置，每一個第一壓合元件47可具有噴氣孔470，可朝向限位模組3噴氣。而多個第二感測元件48可電性連接於控制模組6，多個第二感測元件48被配置以用於偵測限位模組3與一水平方向之間的傾斜角度；其中，第二感測元件48可為高度或水平的偵測器或光學的偵測器，多個第二感測元件48可分別配置於多個第一壓合元件47與接合模組4的聚焦元件43。進一步來說，第一壓合元件47可具有轉動部47a及噴氣部47b，轉動部47a可轉動噴氣部47b，控制模組6可控制轉動部47a，以設定噴氣部47b朝限位模組3的噴射方向；也就是說，藉由轉動部47a，噴氣部47b可以調整氣流F的噴射方向。氣流F的噴射方向與限位模組3具有噴射角度θ，通過轉動部47a轉動噴氣部47b，可改變前述噴射角度θ，達到使用者工程上的需求。

接下來，配合圖9所示，本發明的控制模組6可電性連接於承載模組1、限位模組3與接合模組4。其中，控制模組6可為控制設備（例如電腦，但不以此為限）。

因此，當轉移模組2位於承載模組1與限位模組3之間時，控制模組6驅使承載模組1進行一接合動作、或者限位模組3被驅使而進行一壓合動作，以使轉移模組2的多個晶片元件E接觸至少一個基板P。並且，當承載模組1進行接合動作或限位模組3進行壓合動作時，控制模組6驅使接合模組4投射多個光束到至少一個基板P上的多個黏接體P1，且控制模組6驅使限位模組3偵測自身的受力。

舉例來說，配合圖1至圖9所示，本發明的晶片接合設備Z在進行晶片元件E焊接時，可先藉由運送設備（於圖中未繪示）將設置有多個晶片元件E的轉移模組2運送到承載模組1上方。接著，控制模組6可驅使承載模組1上升且朝轉移模組2趨近，使得基板P上的多個黏接體P1接觸多個晶片元件E；或者，利用控制模組6可控制一壓合機構（於圖中未繪示）驅使限位模組3的載板元件30朝轉移模組2趨近且帶動轉移模組2朝承載模組1趨近，而使多個晶片元件E接觸基板P上的多個黏接體P1。此時，載板元件30上的多個第一感測元件31可感測載板元件30所受的壓合力，而控制模組6可判斷至少一個第一感測元件31所感測的壓合力是否大於或小於一預定壓合力（例如70 kg）；當控制模組6判斷第一感測元件31所感測的壓合力大於或小於預定壓合力時，則調整承載模組1上升的力道，以增加或減少施給載板元件30的壓合力。相對地，控制模組6也可以藉由控制壓合機構來調整載板元件30施給承載模組1的壓合力。

接下來，接合模組4沿預設路線P行進，對基板P上的多個黏接體P1進行加熱，以使多個晶片元件E焊接在基板P上；其中，預設路線P可呈“S”。而在接合模組4行進的過程中，多個第一壓合元件47可藉由噴氣孔470朝向限位模組3噴氣，而間接推壓轉移模組2，使得轉移模組2下方的多個晶片元件E接觸基板P上的多個黏接體P1；並且，再藉由發射元件40、光束調整元件41、光學元件42與聚焦元件43投射陣列型雷射光束L4到多個黏接體P1，使得多個黏接體P1受熱後而可讓多個晶片元件E連接於基板P的表面上。

值得一提的是，由於承載模組1在進行接合動作、或限位模組3在進行壓合動作之後，限位模組3或轉移模組2並非一定會完全與承載模組1的表面呈相互平行的狀態，即限位模組3或轉移模組2可能會有局部區域與與承載模組1的表面呈非平行（即傾斜、隆起或下陷）的情況發生。因此，接合模組4可藉由多個第二感測元件48偵測限位模組3與水平方向H之間的傾斜角度或限位模組3的高度，並傳送傾斜角度或高度的訊號至控制模組6。而控制模組6依據此傾斜角度或高度的訊號，對應設定至少一個第二感測元件48所提供的氣流F推力的數值；也就是說，控制模組6依據至少一個第二感測元件48回饋的資訊，判斷限位模組3在承載模組1上可能發生傾斜，因此，第一壓合元件47施予的氣流F推力需要對應調整。控制模組6可設定第一壓合元件47所提供的噴氣推力的力道或噴氣量，以確保限位模組3能與承載模組1的表面呈相互平行的狀態，進而使得晶片元件E可實際焊接在基板P上。其中，第一壓合元件47可包括多個噴氣孔470，如圖4所示，控制模組6也可藉由設定多個噴氣孔470中其中一部分噴氣孔470噴氣，另外一部分噴氣孔470不噴氣，以對應加工工程實際上的需求。

其中，當分光元件45接收調變雷射光束L3時，分光元件45將調變雷射光束L3的其中一部分光束投射至光學元件42，以及將調變雷射光束L3的另外一部分光束投射至分析元件44，以使分析元件44據以產生一光束能量分析訊號；其中，光束能量分析訊號可包括調變雷射光束L3的一光斑形狀、調變雷射光束L3的一光斑位置以及調變雷射光束L3的一光束能量（例如強度或溫度，但不以此為限）中至少一者。並且，分析元件44可將光束能量分析訊號傳送到發射元件40或控制模組6，而發射元件40或控制模組6可根據光束能量分析訊號的資訊而選擇性地調整調變雷射光束L3的光斑形狀、光斑位置以及光束能量中至少一者。值得一提的是，分光元件45也可設置於發射元件40與光束調整元件41之間，以使發射元件40或控制模組6可根據光束能量分析訊號的資訊而選擇性地調整脈衝雷射光束L2的光斑形狀、光斑位置以及光束能量中至少一者。

藉此，本發明的晶片接合設備Z可藉由上述的技術方案，利用設置多個感測器（如第一感測元件31、第二感測元件48），在進行晶片接合的作業中，偵測壓合力道以及偵測轉移模組2、限位模組3是否產生不平的情況，同時，再配合陣列型雷射光束L4、第一壓合元件47，以使每一個晶片元件E都能穩固地、完全地連接到基板P。並且，本發明的晶片接合設備Z還可藉由影像擷取元件46檢測晶片元件E相對於基板P是否有產生歪斜的情況；或者，利用對基板P進行通電，同時藉由影像擷取元件46來檢視每一個晶片元件E是否有發光，來判斷晶片元件E是否有確實地連接到基板P。

值得一提的是，本發明的發射元件40不限於上述的雷射設備，本發明的發射元件40也可採用連續式（Continuous Wave, CW）的高功率二極體雷射（Diode Laser），波長可介於808~976 nm，功率可介於100~3000 W，且雷射的光斑長度可以配合樣品及掃描路徑設計；並且，發射元件40的出光跟不出光可用電子式的開關進行控制，而不使用聲光調變器（Acousto-Optic Modulator, AOM）。

另外，根據上述內容，配合圖1至圖10所示，本發明再提供一種晶片接合方法，其包括下列步驟：

步驟S100：藉由一承載模組1承載至少一個基板P；

步驟S102：利用一轉移模組2運送多個晶片元件E；

步驟S104：藉由一控制模組6驅使承載模組1進行一接合動作、或者利用限位模組3被驅使而進行一壓合動作，以使轉移模組2的多個晶片元件E接觸至少一個基板P；

步驟S106：藉由控制模組6驅使接合模組4投射多個光束到至少一個基板P上的多個黏接體P1；以及

步驟S108：利用控制模組6驅使限位模組3偵測自身的受力。

然而，上述所舉的例子只是其中一個可行的實施例而並非用以限定本發明。

[第二實施例]

請參閱圖11至圖14，分別為本發明第二實施例的晶片接合設備的結構示意圖、使用狀態示意圖、接合模組的俯視示意圖以及功能方塊圖，並請一併參閱圖1至圖10。如圖所示，本實施例的晶片接合設備Z與上述實施例的晶片接合設備Z大致相似，因此，相同元件的設置或作動在此不再贅述。而本實施例的晶片接合設備Z與上述第一實施例的晶片接合設備Z的差異在於，在本實施例中，承載模組1（移動載台）還可具有至少一個磁性元件10，至少一個磁性元件10連接於控制模組6。其中，接合模組4還包括多個第二壓合元件49以及多個第三感測元件50。多個第二壓合元件49鄰近於聚焦元件43，每一個第二壓合元件49被配置以用於受至少一個磁性元件10所產生的一磁引力，以對限位模組3施予一抵壓力。多個第三感測元件50連接於控制模組6，多個第三感測元件50被配置以用於偵測限位模組3與一水平方向之間的傾斜角度。

舉例來說，配合圖11至圖14所示，承載模組1的內部或外表面可設置磁性元件10；其中，磁性元件10可為磁鐵或電磁鐵，但不以此為限。第二壓合元件49可為磁性滾壓器。而第三感測元件50可為高度或水平的偵測器或光學的偵測器，多個第三感測元件50可分別配置於多個第二壓合元件49與接合模組4的聚焦元件43。

因此，在本發明的晶片接合設備Z在進行晶片元件E接合的過程中，接合模組4沿預設路線P行進，對基板P上的多個黏接體P1進行加熱，以使多個晶片元件E焊接在基板P上。而在接合模組4行進的過程中，多個第二壓合元件49受磁性元件10的磁吸力，滾壓限位模組3的表面，而間接推壓轉移模組2，使得轉移模組2下方的多個晶片元件E接觸基板P上的多個黏接體P1；其中，第二壓合元件49滾壓限位模組3的力道由磁性元件10提供的磁吸力大小而決定。並且，接合模組4再藉由發射元件40、光束調整元件41、光學元件42與聚焦元件43投射陣列型雷射光束L4到多個黏接體P1，使得多個黏接體P1受熱後而可讓多個晶片元件E連接於基板P的表面上。

相對地，接合模組4也可藉由多個第三感測元件50偵測限位模組3與水平方向H之間的傾斜角度或限位模組3的高度，並傳送傾斜角度或高度的訊號至控制模組6。而控制模組6對應設定磁性元件10的磁吸力的數值，以符合實際第二壓合元件49對限位模組3所需的滾壓力。也就是說，控制模組6依據至少一個第二壓合元件49回饋的資訊，判斷限位模組3在承載模組1上可能發生傾斜，因此，第二壓合元件49對限位模組3所施予的滾壓力需要對應調整，以確保限位模組3能與承載模組1的表面呈相互平行的狀態。

進一步而言，本發明的晶片接合設備Z可以進一步包括監控模組200。請參閱圖15，監控模組200可包括光發射單元202、第一光接收單元204、第二光接收單元206、影像裝置208以及控制裝置210。光發射單元202、第一光接收單元204、第二光接收單元206以及影像裝置208都與控制裝置210電性連接。光發射單元202位於基板P的第一側，朝向基板P發射監控用雷射Lm。第一光接收單元204位於基板P的第一側，用以接收第一雷射光束經基板P反射的反射光La以產生反射光訊號。第二光接收單元206位於基板P的第二側，用餘接收第二雷射光束穿過基板P的穿透光Lb以產生穿透光訊號。影像裝置208電性連接第一光接收單元204及第二光接收單元206以接收反射光La及穿透光Lb，並產生檢測結果。

進一步地，監控模組200還可以包括移動裝置（圖未示）。舉例而言，第一光接收單元204與第一移動裝置連接，以使第一光接收單元204可以在三維空間中移動，第二光接收單元206與第二移動裝置連接，以使第二光接收單元206可以在三維空間中移動，光發射單元202與雷射移動裝置連接，以使光發射單元202可以在三維空間中移動。藉此，可以調整光發射單元202的光發射位置以及第一光接收單元204與第二光接收單元206的光接收位置。

在一實施例中，光發射單元202可以朝向基板P發射第一雷射光束及第二雷射光束，第一雷射光束及第二雷射光束的波長範圍為300~2000 nm（例如，300至2000 nm之間的任意正整數），第一雷射光束及第二雷射光束的脈衝寬度範圍為50 fs至50 ns（例如，50 fs至50 ns之間的任意正整數）。第一光接收單元204與第二光接收單元206為光波前感測器。影像裝置208為波形產生器，以藉由第一光接收單元204與第二光接收單元206接收到的反射光訊號及穿透光訊號產生第一檢測波形圖及第二檢測波形圖。

在另一實施例中，第一光接收單元204與第二光接收單元206為光彈性感測器。影像裝置208藉由第一光接收單元204與第二光接收單元206接收到的光訊號產生第一應力分布特徵圖及第二應力分布特徵圖。在一實施例中，第一光接收單元204與第二光接收單元206為雷射測振儀，影像裝置208藉由第一光接收單元204與第二光接收單元206接收到的反射超音波及穿透超音波產生波形圖。在又另一實施例中，第一光接收單元204與第二光接收單元206為高光譜感測器，影像裝置208藉由第一光接收單元204與第二光接收單元206接收到的穿透光訊號及反射光訊號產生檢測光譜圖。在本實施例中，第一光接收單元204與第二光接收單元206接收光譜範圍為300 nm至2500 nm（例如，300至2500 nm之間的任意正整數），且光譜為連續光譜。

另一方面，本發明的晶片接合設備Z還可以包括人工智慧系統300，其可以用於對基板P的焊接參數行學習與預訓練，也可以用於根據基板P的特性自動選擇適合的監控模組200，並對監控模組200的多個監控參數進行優化設定。舉例而言，人工智慧系統300可以根據基板P的種類、形狀、尺寸、厚度、密度之相關數據資料來選擇適合的監控模組200。

詳細而言，如圖16所示，人工智慧系統300至少可以包括資料庫單元302、學習訓練單元304、參數優化設定單元306以及監控模組設定單元308。資料庫單元302用於儲存基板P的相關資料，例如基板P的種類、形狀、尺寸、厚度、密度。此外，資料庫單元302可以無線網路單元（圖未示）連接至網際網路，並可進一步連接至雲端平台來更新相關數據資料或提供給學習訓練單元304使用的深度學習演算法。學習訓練單元304與資料庫單元302連接，並藉由深度學習演算法根據資料庫單元302內的相關數據資料來進行學習與預訓練。參數優化設定單元306與資料庫單元302連接，並根據基板P的種類、形狀、尺寸、厚度、密度之相關數據資料來進行焊接參數的優化設定。監控模組設定單元308與資料庫單元302連接，並根據基板P的種類、形狀、尺寸、厚度、密度之相關數據資料來選擇適合的監控模組200。

另外，監控模組200可以由光發射單元202藉由至少一光學元件產生雷射，例如線狀雷射或面形雷射。藉此，在使用監控模組200對基板P進行監控的過程中，可以利用線狀雷射或面形雷射對基板P進行掃描，增加監控效率。監控模組200也可以利用不同延遲時間的雷射對基板P的形態參數進行探測，以即時監控基板P的接合狀態。進一步地，可以根據基板P的接合狀態調接合模組4。

本發明的晶片接合設備還可以包括清潔模組500，請參閱圖17，清潔模組500可以設置在載座模組8的上方，或是相鄰於載座模組8設置。本發明並不特別限制清潔模組500的設置方式。清潔模組500至少可以包括用於存放清潔物質506的氣體源502，以及將清潔物質506供應至載座模組8或基板P上的氣體噴嘴504。舉例而言，氣體源502中存放的是液態二氧化碳，並在約700 psi與約900 psi之間（例如，700 psi至900 psi之間的任意正整數）的壓力下供應至氣體噴嘴504，使液態二氧化碳在離開氣體噴嘴504時發生等焓膨脹為固體二氧化碳顆粒流，以帶離載座模組8或基板P上的雜質。在一實施例中，氣體噴嘴504與基板P的距離可以是約0.5吋至約2吋（例如，0.5至2吋之間的任意正整數）。在一實施例中，氣體噴嘴504與基板P可以具有約15度與45度的傾斜角（例如，15至45吋之間的任意正整數），以避免二氧化碳顆粒流的動量太高而損害基板P。

然而，上述所舉的例子只是其中一個可行的實施例而並非用以限定本發明。

[實施例的有益效果]

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的晶片接合設備Z，其能通過「承載模組1被配置以用於承載至少一個基板P。轉移模組2被配置以用於運送多個晶片元件E。限位模組3對應於承載模組1。接合模組4鄰近於限位模組3。控制模組6連接於承載模組1、限位模組3與接合模組4。其中，當轉移模組2位於承載模組1與限位模組3之間時，控制模組6驅使承載模組1進行一接合動作、或者限位模組3被驅使而進行一壓合動作，以使轉移模組2的多個晶片元件E接觸至少一個基板P。其中，當承載模組1進行接合動作或限位模組3進行壓合動作時，控制模組6驅使接合模組4投射多個光束到至少一個基板P上的多個黏接體P1，且控制模組6驅使限位模組3偵測自身的受力」的技術方案，以提升晶片接合的良率。

本發明的另外一有益效果在於，本發明所提供的晶片接合方法，其能通過「藉由一承載模組1承載至少一個基板P；利用一轉移模組2運送多個晶片元件E；藉由一控制模組6驅使承載模組1進行一接合動作、或者利用限位模組3被驅使而進行一壓合動作，以使轉移模組2的多個晶片元件E接觸至少一個基板P；藉由控制模組6驅使接合模組4投射多個光束到至少一個基板P上的多個黏接體P1；以及利用控制模組6驅使限位模組3偵測自身的受力」的技術方案，以提升晶片接合的良率。

更進一步來說，本發明的晶片接合設備Z可藉由上述的技術方案，利用設置多個感測器（如第一感測元件31、第二感測元件48、第三感測元件50），在進行晶片接合的作業中，偵測壓合力道以及偵測轉移模組2、限位模組3是否產生不平的情況，同時，再配合陣列型雷射光束L4、第一壓合元件47（或第二壓合元件49），以使每一個晶片元件E都能穩固地、完全地連接到基板P。並且，本發明的晶片接合設備Z還可藉由影像擷取元件46檢測晶片元件E相對於基板P是否有產生歪斜的情況；或者，利用對基板P進行通電，同時藉由影像擷取元件46來檢視每一個晶片元件E是否有發光，來判斷晶片元件E是否有確實地連接到基板P。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

Z：晶片接合設備 1：承載模組 10：磁性元件 2：轉移模組 3：限位模組 30：載板元件 31：第一感測元件 200：監控模組 202：光發射單元 204：第一光接收單元 206：第二光接收單元 208：影像裝置 210：控制裝置 300：人工智慧系統 302：資料庫單元 304：學習訓練單元 306：參數優化設定單元 308：監控模組設定單元 4：接合模組 40：發射元件 400：脈衝雷射產生器 401：雷射調製器 402：雷射放大器 41：光束調整元件 42：光學元件 43：聚焦元件 44：分析元件 45：分光元件 46：影像擷取元件 47：第一壓合元件 47a：轉動部 47b：噴氣部 470：噴氣孔 48：第二感測元件 49：第二壓合元件 50：第三感測元件 500：清潔模組 502：氣體源 504：氣體噴嘴 506：清潔物質 6：控制模組 L0：雷射光 Lm：監控用雷射 La：反射光 Lb：穿透光 L1：脈衝串雷射光 L2：脈衝雷射光束 L3：調變雷射光束 L4：陣列型雷射光束 E：晶片元件 F：氣流 H：水平方向 P：基板 P1：黏接體 S1~Sn：脈衝訊號 U1~Un：脈衝串 θ：噴射角度

圖1為本發明第一實施例的晶片接合設備的結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例的晶片接合設備的第一使用狀態示意圖。

圖3為本發明第一實施例的晶片接合設備的第二使用狀態示意圖。

圖4為本發明第一實施例的晶片接合設備的接合模組的俯視示意圖。

圖5為本發明第一實施例的晶片接合設備的第三使用狀態示意圖。

圖6為本發明第一實施例的晶片接合設備的接合模組的位移路徑示意圖。

圖7為本發明第一實施例的晶片接合設備的發射元件的架構示意圖。

圖8為本發明第一實施例的晶片接合設備的脈衝雷射光束的多個脈衝串的示意圖。

圖9為本發明第一實施例的晶片接合設備的功能方塊圖。

圖10為本發明第一實施例的晶片接合方法的流程示意圖。

圖11為本發明第二實施例的晶片接合設備的結構示意圖。

圖12為本發明第二實施例的晶片接合設備的使用狀態示意圖。

圖13為本發明第二實施例的晶片接合設備的接合模組的俯視示意圖。

圖14為本發明第二實施例的晶片接合設備的功能方塊圖。

圖15為本發明的晶片接合設備的監控模組的架構示意圖。

圖16為本發明的晶片接合設備的人工智慧系統的功能方塊圖。

圖17為本發明的晶片接合設備的清潔模組的架構示意圖。

1:承載模組

2:轉移模組

3:限位模組

30:載板元件

31:第一感測元件

E:晶片元件

P:基板

P1:黏接體

Claims (9)

1. 一種晶片接合設備，其包括： 一承載模組，其被配置以用於承載至少一基板； 一轉移模組，其被配置以用於運送多個晶片元件； 一限位模組，其對應於該承載模組； 一接合模組，其鄰近於該限位模組； 一控制模組，其連接於該承載模組、該限位模組與該接合模組；以及 一監控模組，用以監控所述多個晶片元件的接合狀態，所述監控模組利用不同延遲時間的監控用雷射對所述多個晶片元件的形態參數進行探測，以即時監控所述多個晶片元件的所述接合狀態； 其中，當該轉移模組位於該承載模組與該限位模組之間時，該控制模組驅使該承載模組進行一接合動作、或者該限位模組被驅使而進行一壓合動作，以使該轉移模組的多個該晶片元件接觸至少一該基板； 其中，當該承載模組進行該接合動作或該限位模組進行該壓合動作時，該控制模組驅使該接合模組投射多個光束到至少一該基板上的多個黏接體，且該控制模組驅使該限位模組偵測自身的受力； 其中，所述晶片接合設備還包括一清潔模組，所述清潔模組包括一氣體源以及一氣體噴嘴，所述氣體噴嘴與所述氣體源連接，以將一清潔物質供應至所述承載模組，用以清除所述承載模組或所述基板上的雜質。
2. 如請求項1所述的晶片接合設備，其中，當該承載模組進行該接合動作時，該承載模組朝該限位模組位移且驅使至少一該基板接觸多個該晶片元件；其中，當該限位模組進行該壓合動作時，該限位模組接觸且帶動該轉移模組朝該承載模組位移且驅使多個該晶片元件接觸至少一該基板； 其中，該限位模組包括： 一載板元件，其對應於該承載模組；以及 多個第一感測元件，其設置於該載板元件，其連接該控制模組，多個該第一感測元件被配置以用於偵測該載板元件所受的壓力； 其中，該接合模組還包括： 多個第一壓合元件，多個該第一壓合元件連接於該控制模組，每一該第一壓合元件被配置以用於提供一氣流至該限位模組；以及 多個第二感測元件，其連接於該控制模組，多個該第二感測元件被配置以用於偵測限位模組與一水平方向之間的傾斜角度； 其中，該承載模組具有至少一磁性元件，至少一該磁性元件連接於該控制模組；其中，該接合模組還包括： 多個第二壓合元件，每一該第二壓合元件被配置以用於受至少一該磁性元件所產生的一磁引力，以對該限位模組施予一抵壓力；以及 多個第三感測元件，其連接於該控制模組，多個該第三感測元件被配置以用於偵測限位模組與一水平方向之間的傾斜角度。
3. 如請求項1所述的晶片接合設備，其中，該接合模組包括： 一發射元件，其連接於該控制模組，該發射元件用於提供至少一脈衝雷射光束； 一光束調整元件，其對應於該發射元件，該光束調整元件被配置以用於接收該至少一脈衝雷射光束，並用於將該至少一脈衝雷射光束轉換成一調變雷射光束； 一光學元件，其對應於該光束調整元件，該光學元件被配置以用於接收該調變雷射光束，並用於將該調變雷射光束轉換成一陣列型雷射光束，其中，該陣列型雷射光束由多個雷射光束以一特定陣列形狀排列而形成；以及 一聚焦元件，其對應於該光學元件，該聚焦元件被配置以用於接收該陣列型雷射光束，並用於將該陣列型雷射光束聚焦且投射到多個該黏接體； 其中，該發射元件為連續式高功率二極體雷射，波長介於808~976 nm，功率介於100~3000 W； 其中，該至少一脈衝雷射光束的一脈衝寬度介於50~500 fs之間，該至少一脈衝雷射光束的一重複頻率介於0.5~10 GHz之間，該至少一脈衝雷射光束的一脈衝能量介於100~1000 μJ之間，該發射元件包括： 一脈衝雷射產生器，其連接於該控制模組，該脈衝雷射產生器用於產生具有多個脈衝訊號的一雷射光； 一雷射調製器，其鄰近於該脈衝雷射產生器，該雷射調製器被配置以用於提高該雷射光的該重複頻率，並用於依據提高後的該雷射光產生具有多個脈衝串的一脈衝串雷射光；以及 一雷射放大器，其鄰近於該雷射調製器，該雷射放大器被配置以用於提高該脈衝串雷射光的該脈衝能量，以產生該脈衝雷射光束，其中，該多個脈衝串包括該多個脈衝訊號，該多個脈衝訊號的頻率介於1~2000 KHz之間； 其中，該接合模組還包括： 一分析元件，其連接於該發射元件； 一分光元件，其對應於該分析元件，該分光元件被配置以用於接收至少一該脈衝雷射光束；以及 一影像擷取元件，其對應於該分光元件，該影像擷取元件連接於該控制模組，該影像擷取元件被配置以用於接收經由該光學元件以及該分光元件所反射的至少一該基板與至少一該晶片元件中至少一者的一表面影像； 其中，當該分光元件接收至少一該調變雷射光束時，該分光元件將至少一該調變雷射光束的其中一部分光束投射至該光學元件，以及將至少一該調變雷射光束的另外一部分光束投射至該分析元件，以使該分析元件據以產生一光束能量分析訊號，且該分析元件將該光束能量分析訊號傳送到該發射元件；其中，該光束能量分析訊號包括一光斑形狀、一光斑位置以及一光束能量中至少一者。
4. 如請求項1所述的晶片接合設備，其中，所述監控模組包括一光發射單元、一光接收單元以及一波形產生器，所述光發射單元朝向所述多個晶片元件發射一第一雷射光束及一第二雷射光束，所述第一雷射光束及所述第二雷射光束的波長範圍為300~2000 nm，所述第一雷射光束及所述第二雷射光束的脈衝寬度範圍為50 fs至50 ns，所述光接收單元包括一第一光波前感測器及一第二光波前感測器； 其中，所述第一光波前感測器位於所述多個晶片元件的一第一側，所述第一光波前感測器接收所述第一雷射光束經所述多個晶片元件反射的一反射光以產生一反射光訊號； 其中，所述第二光波前感測器位於所述多個晶片元件的一第二側；所述光發射單元朝向所述多個晶片元件發射所述第二雷射光束，所述第二光波前感測器接收所述第二雷射光束穿過所述多個晶片元件的一穿透光以產生一穿透光訊號； 其中，所述波形產生器電性連接所述所述第一光波前感測器及所述第二光波前感測器，以接收所述反射光訊號並產生一第一檢測波形圖，以及接收所述穿透光訊號，並產生一第二檢測波形圖； 其中，所述第一光波前感測器與一第一移動裝置連接，以使所述第一光波前感測器於一三維空間中移動； 其中，所述第二光波前感測器與一第二移動裝置連接，以使所述第二光波前感測器於所述三維空間中移動； 其中，所述接合模組與一雷射移動裝置連接，以使所述接合模組於所述三維空間中移動。
5. 如請求項1所述的晶片接合設備，其中，所述監控模組包括一光發射單元、一光接收單元以及一影像裝置，所述光發射單元朝向所述多個晶片元件發射一第一雷射光束及一第二雷射光束，所述第一雷射光束及所述第二雷射光束的波長範圍為300~2000 nm，所述第一雷射光束及所述第二雷射光束的脈衝寬度範圍為50 fs至50 ns，所述光接收單元包括一第一光彈性感測器及一第二光彈性感測器； 其中，所述第一光彈性感測器位於所述多個晶片元件的一第一側，所述第一光彈性感測器接收所述第一雷射光束經所述多個晶片元件反射的一反射光以產生一反射光訊號； 其中，所述第二光彈性感測器位於所述多個晶片元件的一第二側；所述光發射單元朝向所述多個晶片元件發射所述第二雷射光束，所述第二光彈性感測器接收所述第二雷射光束穿過所述多個晶片元件的一穿透光以產生一穿透光訊號； 其中，所述影像裝置電性連接所述所述第一光彈性感測器及所述第二光彈性感測器，以接收所述反射光訊號並產生一第一應力分布特徵圖，以及接收所述穿透光訊號，並產生一第二應力分布特徵圖； 其中，所述第一光彈性感測器與一第一移動裝置連接，以使所述第一光彈性感測器於一三維空間中移動； 其中，所述第二光彈性感測器與一第二移動裝置連接，以使所述第二光彈性感測器於所述三維空間中移動； 其中，所述光發射單元與一雷射移動裝置連接，以使所述光發射單元於所述三維空間中移動。
6. 如請求項1所述的晶片接合設備，其中，所述監控模組包括一光發射單元、一光接收單元以及一影像裝置，所述影像裝置為一光波形產生器，所述光發射單元朝向所述多個晶片元件發射一第一雷射脈衝及一第二雷射脈衝，其中，所述第一雷射脈衝及所述第二雷射脈衝的波長範圍為300 nm至2000 nm，所述第一雷射脈衝及所述第二雷射脈衝的脈衝寬度範圍為50 fs至50 ns，所述光接收單元包括一第一雷射測振儀及一第二雷射測振儀； 其中，所述第一雷射測振儀位於所述多個晶片元件的一第一側，所述第一雷射測振儀接收所述第一雷射脈衝經所述多個晶片元件反射的一反射光以產生一反射超音波； 其中，所述第二雷射測振儀位於所述多個晶片元件的一第二側；所述光發射單元朝向所述多個晶片元件發射所述第二雷射脈衝，所述第二雷射測振儀接收所述第二雷射脈衝穿過所述多個晶片元件的一穿透光以產生一穿透超音波； 其中，所述波形產生器電性連接所述所述第一雷射測振儀及所述第二雷射測振儀，以接收所述反射超音波並產生一第一波形圖，以及接收所述穿透超音波，並產生一第二波形圖； 其中，所述第一雷射測振儀與一第一移動裝置連接，以使所述第一雷射測振儀於一三維空間中移動； 其中，所述第二雷射測振儀與一第二移動裝置連接，以使所述第二雷射測振儀於所述三維空間中移動； 其中，所述光發射單元與一雷射移動裝置連接，以使所述光發射單元於所述三維空間中移動。
7. 如請求項1所述的晶片接合設備，其中，所述監控模組包括一光發射單元、一光接收單元以及一影像裝置，所述影像裝置為一高光譜產生器，所述光發射單元朝向所述多個晶片元件發射一第一雷射光束及一第二雷射光束，所述光接收單元包括一第一高光譜感測器及一第二高光譜感測器； 其中，所述第一高光譜感測器位於所述多個晶片元件的一第一側，所述第一高光譜感測器接收所述第一雷射光束經所述多個晶片元件反射的一反射光以產生一反射光訊號； 其中，所述第二高光譜感測器位於所述多個晶片元件的一第二側；所述光發射單元朝向所述多個晶片元件發射所述第二雷射光束，所述第二高光譜感測器接收所述第二雷射光束穿過所述多個晶片元件的一穿透光以產生一穿透光訊號； 其中，所述高光譜產生器電性連接所述第一高光譜感測器及所述第二高光譜感測器，以接收所述反射光訊號並產生一第一檢測光譜圖，以及接收所述穿透光訊號，並產生一第二檢測光譜圖； 其中，所述第一高光譜感測器與一第一移動裝置連接，以使所述第一高光譜感測器於一三維空間中移動； 其中，所述第二高光譜感測器與一第二移動裝置連接，以使所述第二高光譜感測器於所述三維空間中移動； 其中，所述光發射單元與一雷射移動裝置連接，以使所述光發射單元於所述三維空間中移動； 其中，所述第一高光譜感測器及所述第二高光譜感測器接收光譜範圍為300 nm至2500 nm，其中，所述光譜為連續光譜。
8. 如請求項1所述的晶片接合設備，其中，所述晶片接合設備還包括一人工智慧系統，用以對所述多個晶片元件的焊接參數進行學習與預訓練，以及根據所述多個晶片元件的特性自動選擇適合的所述監控模組，並對監控模組的多個監控參數進行優化設定； 其中，所述人工智慧系統包括： 一資料庫單元，其具有所述多個晶片元件的種類、形狀、尺寸、厚度、密度之相關數據資料，其中所述資料庫單元藉由網際網路連接至一雲端平台以更新所述相關數據資料； 一學習訓練單元，其與所述資料庫單元連接，所述學習訓練單元藉由一深度學習演算法根據所述資料庫單元內的相關數據資料來進行學習與預訓練； 一參數優化設定單元，其與所述資料庫單元連接，以根據所述多個晶片元件的種類、形狀、尺寸、厚度、密度之相關數據資料來進行所述焊接參數的優化設定；以及 一監控模組設定單元，其與所述資料庫單元連接，以根據所述多個晶片元件的種類、形狀、尺寸、厚度、密度之相關數據資料來選擇適合的所述監控模組。
9. 一種晶片接合方法，其包括下列步驟： 藉由一承載模組承載至少一基板； 利用一轉移模組運送多個晶片元件； 藉由一控制模組驅使該承載模組進行一接合動作、或者利用一限位模組被驅使而進行一壓合動作，以使該轉移模組的多個該晶片元件接觸至少一該基板； 藉由該控制模組驅使一接合模組投射多個光束到至少一該基板上的多個黏接體； 利用該控制模組驅使該限位模組偵測自身的受力；以及 將一清潔物質供應至該承載模組，用以清除該承載模組或至少該基板上的雜質； 其中，所述晶片接合方法進一步包括以一監控模組監控所述多個晶片元件的接合狀態，所述監控模組利用不同延遲時間的監控用雷射對所述多個晶片元件的形態參數進行探測，以即時監控所述多個晶片元件的所述接合狀態。

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