芯片键合装置和芯片键合方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及芯片键合装置和芯片键合方法。

背景技术：

芯片键合是将芯片与载片连接形成的一种互连形式。如图1和图2所示是芯片键合工艺流程示意图，预键合芯片102以标记面103向上的方式放置在分离台101上，采用机械手抓取和翻转的方式将预键合芯片102传输到基底104上。

已知的芯片键合设备，是通过与芯片尺寸大小匹配的吸头将单个芯片从源端拾取后，再通过机器对准系统将芯片与载片的对准标记对准后，直接将芯片压合在基底上形成互连。这种芯片键合设备和键合方法对于每个芯片都要作重复动作，费时费力。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出了一种芯片键合装置和芯片键合方法，用于解决上述问题。

为达到上述目的，本发明提供一种芯片键合装置，从上至下包括

若干组批芯片传输部件，用于固定芯片，所述芯片的键合面向下；

一基底承载部件，从下至上包括承载运动机构组、一基底承载装置，所述承载运动机构组带动所述基底承载装置在水平面内运动，在所述基底承载装置上放置待键合的基底；

一键合力输出部件，从下至上包括键合运动机构组、键合顶出机构，所述键合运动机构组带动键合顶出机构作水平运动和垂直运动，使得所述键合顶出机构与所述基底承载装置接触后带动所述基底承载装置作垂直运动，使所述基底承载装置上的待键合的基底与所述芯片的键合面键合。

作为优选，所述批芯片传输部件具有偶数个，并设置为对称的两列。

作为优选，所述批芯片传输部件具有六个。

作为优选，每个所述批芯片传输部件包括

一X向运动手臂，在X向上运动；

一批芯片载体，固定在所述X向运动手臂朝下的一面上，用于临时接合若干个芯片。

作为优选，还设置有第一视觉部件，固定在若干组所述批芯片传输部件的对称轴上，用于观察所述基底承载部件的运动。

作为优选，所述承载运动机构组包括第一X向运动机构、第一Y向运动机构和Rz运动机构。

作为优选，所述第一X向运动机构和所述第一Y向运动机构形成矩形边框。

作为优选，所述第一X向运动机构为矩形边框的两条长边，所述第一Y向运动机构为所述矩形边框的两条短边。

作为优选，所述Rz运动机构为圆环状，固定在所述矩形边框内。

作为优选，所述基底承载装置为托盘，位于所述Rz运动机构上，所述Rz运动机构将所述托盘的底面暴露。

作为优选，所述托盘与所述Rz运动机构为可分离式连接。

作为优选，所述托盘设置有垂向运动导向机构，用于给所述托盘的垂向运动作导向。

作为优选，还设置有第二视觉部件，固定在托盘上，用于观察所述批芯片传输部件的运动。

作为优选，所述键合运动机构组包括第二X向运动机构、第二Y向运动机构和Z向运动机构，第二X向运动机构、第二Y向运动机构带动所述键合顶出机构在水平面内运动，所述Z向运动机构带动所述键合顶出机构作垂直运动。

作为优选，所述键合顶出机构为键合块，所述键合块朝向所述基底承载部件的一面为水平面。

作为优选，所述批芯片传输部件设置批芯片载体，用于临时接合所述芯片，所述键合块朝向所述基底承载部件的一面的面积大于所述批芯片载体用于固定所述芯片的一面的面积。

本发明还提供一种使用如上所述的芯片键合装置的芯片键合方法，包括

所述批芯片传输部件朝下的一面固定若干个芯片；

所述承载运动机构组带动基底承载装置在水平面上运动，使得位于所述基底承载装置上的基底与若干个所述芯片对准；

所述键合运动机构组带动所述键合顶出机构向上作垂直运动，与所述基底承载装置接触后，带动所述基底承载装置向上运动，直至位于所述基底承载装置上的基底与若干个所述芯片键合。

作为优选，所述批芯片传输部件朝下的一面设置批芯片载体，所述批芯片载体上临时接合若干个所述芯片，所述键合运动机构组带动所述键合顶出机构在水平面上移动直至所述键合顶出机构的中心线与所述批芯片载体的中心线重合。

作为优选，所述批芯片传输部件上设置第一视觉部件和X向运动手臂，所述X向运动手臂根据所述第一视觉部件观察的所述基底承载部件的运动情况作X向运动。

作为优选，所述基底承载装置上设置第二视觉部件，所述承载运动机构组根据所述第二视觉部件观察的所述批芯片传输部件的运动情况在水平面作运动。

作为优选，所述基底承载装置与所述承载运动机构组可分离，所述键合顶出机构与所述基底承载装置接触后，带动所述基底承载装置与所述承载运动机构组分离并继续向上运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的芯片键合装置和芯片键合方法，从上至下包括

若干组批芯片传输部件，用于固定芯片，所述芯片的键合面向下；

一基底承载部件，从下至上包括承载运动机构组、一基底承载装置，所述第一运动机构带动所述基底承载装置在水平面内运动，在所述基底承载装置上放置待键合的基底；

一键合力输出部件，从下至上包括键合运动机构组、键合顶出机构，所述第二运动机构带动键合顶出机构作垂直运动，使得所述键合顶出机构与所述基底承载装置接触后带动所述基底承载装置作水平运动和垂直运动，使所述基底承载装置上的待键合的基底与所述芯片的键合面键合。上述装置和方法中，批芯片传输部件可以一次性接合好几个芯片，将这些芯片同时键合至基底承载部件承载的基底上，键合时只需使用键合顶出机构将基底承载装置顶出直至基底承载装置上的基底与若干个芯片键合，也就是说键合时，仅需一个机构作垂直运动，简化了运动路径和步骤，提高了生产效率，节省了时间，能够满足量产化需求。

附图说明

图1和图2皆为现有技术中倒装芯片接合工艺示意图；

图3为本发明提供的芯片键合装置结构示意图；

图4为本发明提供的批芯片传输部件结构示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为本发明提供的基底承载部件结构示意图；

图7为承载运动机构组的俯视图；

图8为本发明提供的键合力输出部件结构示意图；

图9为图8的俯视图。

图1-图2中：101-分离台、102-预键合芯片、103-标记面、104-基底；

图3-图9中：201-键合力输出部件、202-基底承载部件、203-批芯片传输部件、2031～2036-第一至第六批芯片传输部件、301-X向运动手臂、302-批芯片载体、303-第一视觉部件、304-芯片、400-承载运动机构组、401-第一Y向运动机构、402-第一X向运动机构、403-Rz运动机构、404-托盘、405-基底、501-第二Y向运动机构、502-第二X向运动机构、503-Z向运动机构、504-键合顶出机构。

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。

请参照图3，以水平方向作为X向，垂直于水平面的竖直方向作为Z向，以垂直于X向和Z向形成的平面作为Y向，建立XYZ三维坐标系。本发明提供一种芯片键合装置，从上至下包括

若干组批芯片传输部件203、基底承载部件202和键合力输出部件201。

具体地，若干组批芯片传输部件203在本实施例中设置为六组，分别形成两列，如图5所示，在X正向上排列第一至第三批芯片传输部件2031～2033、在X负向上排列第四至第六批芯片传输部件2034～2036，在两列批芯片传输部件203之间的对称轴上设置有第一视觉部件303，其扫描下方基底承载部件202，用于观察基底承载部件202的运动情况。

请参照图4，每个批芯片传输部件203包括一X向运动手臂301，在X向运动手臂301朝下的一面固定有批芯片载体302，该批芯片载体302用于临时接合若干个芯片304，这些芯片304的键合面朝下，键合面的相对面临时接合在批芯片载体302上。X向运动手臂301根据第一视觉部件303扫描得到的基底承载部件202的运动情况在X向上运动。

具体地，基底承载部件202，从下至上包括承载运动机构组400、一基底承载装置。

请参照图6，承载运动机构组400包括第一X向运动机构402、第一Y向运动机构401和Rz运动机构403，第一X向运动机构402和第一Y向运动机构401形成矩形边框，第一X向运动机构402为矩形边框的两个长边，第一Y向运动机构401为矩形边框的两个短边。Rz运动机构403为圆环状，矩形边框的两个长边支撑Rz运动机构403，在Rz运动机构403上放置有托盘404，该托盘404与Rz运动机构403为可分离结构。第一X向运动机构402和第一Y向运动机构带动Rz运动机构403以及托盘404在水平面上作X向或者Y向运动，Rz运动机构403带动托盘404在XY平面内作以Z轴为旋转轴的旋转运动。

由于Rz运动机构403为圆环状，则Rz运动机构403将托盘404的底面暴露，托盘404上放置待键合的基底405。此外，在托盘404上还设置有第二视觉部件(未图示)，该第二视觉部件用于扫描批芯片传输部件203，用于观察其运动情况，承载运动机构组根据第二视觉部件的观察在水平面上作移动或者旋转。

具体地，键合力输出部件201，从下至上包括键合运动机构组、键合顶出机构。

请参照图8和图9，键合运动机构组从下至上包括第二Y向运动机构501和第二X向运动机构502以及Z向运动机构503，在Z向运动机构503上还固定有键合顶出机构504，该键合顶出机构504为一键合块，在本实施例中，键合块为长方体形，其上底面为水平面，且上底面的面积远大于批芯片载体302朝下的一面的面积，这样当Z向运动机构503带动键合块向上运动使得基底405与若干个芯片304接触并键合时，键合块给予托盘404的受力面积较大，使得所有芯片皆受到相同或者相近的键合力。

本发明还提供一种使用如上所述的芯片键合装置的芯片键合方法，包括

步骤一：六组批芯片传输部件203中的任意一个批芯片传输部件203如第一批芯片传输部件2031的X向运动手臂301根据第一视觉部件303扫描的基底承载部件202上基底405的位置情况进行X向移动；

步骤二：承载运动机构组400带动托盘404在水平面进行运动，直至托盘404上的第二视觉部件能够扫描到第一批芯片传输部件2031；

步骤三：在进行步骤二的同时，键合力输出部件201的键合运动机构组带动键合顶出机构504在水平面上运动，直至键合顶出机构504的中心轴与批芯片载体302的中心轴同轴，Z向运动机构503带动键合顶出机构504向上运动，键合顶出机构504穿过圆环状的Rz运动机构403与托盘404的底面接触，接着键合顶出机构504继续向上运动，托盘404与Rz运动机构403分离后继续向上运动，直至托盘404上的基底405与若干个芯片304的键合面接触，键合顶出机构504继续对托盘404施加力，使得基底405与芯片304键合；

步骤四：对第二至第六批芯片传输部件2032～2036使用上述同样的步骤进行芯片304与基底405的键合。

本发明提供的芯片键合装置和芯片键合方法中，批芯片传输部件203可以一次性接合好几个芯片304，将这些芯片304同时键合至基底承载部件202承载的基底405上，键合时只需使用键合顶出机构504将基底承载装置顶出直至基底承载装置上的基底405与若干个芯片304键合，也就是说键合时，仅需一个机构作垂直运动，简化了运动路径和步骤，提高了生产效率，节省了时间，能够满足量产化需求。

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。