一种芯片吸附装置及芯片键合系统的制作方法

本发明实施例涉及半导体技术，尤其涉及一种芯片吸附装置及芯片键合系统。

背景技术：

在半导体封装过程中，半导体芯片常常被安装于衬底或其它载体上进行处理，芯片操作是电子封装中的一个关键工艺过程，包括芯片顶起、脱膜、拾取和放置等操作过程，其中放置芯片的装置为载台，为避免载台在运动过程中芯片位置移动而导致键合手拾取误差，载台上安装有吸盘用于对芯片的固定，当前成熟的吸盘为普通单孔吸盘，该吸盘的孔径较大为毫米级且根据芯片尺寸而唯一设计，只能吸附某些尺寸的芯片，当键合的芯片尺寸变化时，载台也相应需要进行更换，该种键合装置降低了载台的利用率，导致生产作业时间延长、成本增加，也影响了产率。

当前芯片晶圆设备的主要芯片放置拾取操作方式为：载台到芯片交接位后拾片手以一定的压力向下放置芯片，当芯片准确放置在吸盘上后，开启真空，通过真空管对吸盘进行真空供应，使得芯片被真空吸附在吸盘上表面，拾片手开正压放开芯片；键合手从载台取芯片时，首先键合手准确抓取芯片，对键合手供应真空，然后吸盘释放真空开启正压，键合手取走芯片到键合台完成键合工艺。该芯片操作中，安装在载台上的单孔吸盘根据芯片的尺寸而唯一设计，芯片尺寸变化时，载台需同步更换，导致载台利用率下降、生产作业时间延长、成本增加；除此之外，单孔吸盘孔径大，为便于真空吸附，必须将芯片放置于孔径中心位置，对芯片放置的位置精度要求非常高，通常为保证芯片位置精度，键合手在放置芯片之前的移动速度需降低，导致工作效率下降、产率减小。

技术实现要素：

本发明提供一种芯片吸附装置及芯片键合系统，以避免芯片尺寸变换导致载台更换的时间浪费，提高了载台的利用率及键合装置的工作效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种芯片吸附装置，包括：基盘、位于所述基盘上的多孔陶瓷吸盘和真空气源；

所述基盘内部设有与所述多孔陶瓷吸盘非吸附面接触的第一导气通道，所述第一导气通道的第一端与所述多孔陶瓷吸盘非吸附面暴露出的气孔连通，所述第一导气通道的第二端与真空气源连通。

可选地，所述基盘内部还设有真空腔，所述真空腔设置在所述第一导气通道和所述真空气源之间。

可选地，还包括设置于所述基盘和所述多孔陶瓷吸盘之间的吸附区调节组件，所述吸附区调节组件遮挡所述多孔陶瓷吸盘非吸附面上的部分气孔，所述第一导气通道的第一端与所述多孔陶瓷吸盘非吸附面的未遮挡的气孔连通。

可选地，还包括驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述吸附区调节组件，以调节所述多孔陶瓷吸盘非吸附面上的被遮挡的气孔的面积。

可选地，所述吸附区调节组件包括多个可绕轴转动的快门叶片，所述驱动组件用于驱动多个快门叶片绕轴转动以改变遮挡的气孔数目。

可选地，所述吸附区调节组件内设置有第二导气通道，所述第二导气通道的第一端与所述吸附区调节组件遮挡区域内的至少部分气孔连通，所述第二导气通道的第二端与正压供气源连通。

第二方面，本发明实施例还提供了一种芯片键合系统，包括键合手、载台、键合台以及设置在所述载台上的至少一个如第一方面任一所述的芯片吸附装置。

可选地，还包括转盘，多个所述键合手设置于所述转盘上；

所述载台为转盘结构，所述载台上设置有多个所述芯片吸附装置；

一个所述键合手从所述芯片吸附装置上拾取芯片时，另一所述键合手将芯片放置在键合台上。

可选地，所述多个芯片吸附装置沿与所述载台同心的圆周等间距分布于所述载台上。

本发明实施例通过采用基盘、位于基盘上的多孔陶瓷吸盘和真空气源，并通过第一导气通道将真空气源与多孔陶瓷非吸附面暴露出的气孔连通，避免了单孔吸盘只能吸附特定尺寸芯片，在芯片尺寸变化时，载台需对应更换的问题，实现了对不同尺寸的芯片的有效吸附，提高了载台的利用率和芯片键合系统的效率；并且，多孔陶瓷中的气孔尺寸较小，不存在孔径较大的单孔吸盘对芯片放置位置高精度的要求，可以降低芯片放置位置的精度要求，从而提高拾片手和键合手的移动速度和放置速度，提高工作效率。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种芯片吸附装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种多孔陶瓷吸盘的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的另一种芯片吸附装置的结构示意图；

图4是本发明实施例二提供的一种芯片吸附装置的结构示意图；

图5是本发明实施例二提供的另一种芯片吸附装置的结构示意图；

图6是本发明实施例二提供的又一种芯片吸附装置的结构示意图；

图7是图6中芯片吸附装置沿剖面线aa’的剖面结构示意图；

图8是图6中芯片吸附装置的另一状态的结构示意图；

图9是本发明实施例二提供的又一种芯片吸附装置的结构示意图；

图10是图9中芯片吸附装置沿剖面线bb’的剖面结构示意图；

图11是本发明实施例三提供的一种芯片键合系统结构示意图；

图12是本发明实施例三提供的另一种芯片键合系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种芯片吸附装置的结构示意图，参考图1，该芯片吸附装置包括：基盘11、位于基盘上的多孔陶瓷吸盘12和真空气源13；基盘11内部设有与多孔陶瓷吸盘12非吸附面接触的第一导气通道111，第一导气通道111的第一端与多孔陶瓷吸盘12非吸附面暴露出的气孔连通，第一导气通道111的第二端与真空气源13连通。

图2是本发明实施例一提供的一种多孔陶瓷吸盘的结构示意图，参考图2，多孔陶瓷吸盘12中含有孔径在微米量级的气孔，气孔之间相互连通，真空气源13通过第一导气通道111为多孔陶瓷吸盘12提供了真空吸附力，该多孔陶瓷吸盘12中的多孔结构从而可以吸附不同尺寸的芯片，较优地，可以选择气孔尺寸在2～20μm的多孔陶瓷吸盘；多孔陶瓷中微细而致密的多孔结构能够保证芯片在吸盘不同位置受到同等强度的吸附力，使得芯片放置位置没有过高的精度要求，可以位于多孔陶瓷吸盘的任意位置。

本发明实施例一提供的芯片吸附装置，通过采用基盘、位于基盘上的多孔陶瓷吸盘和真空气源，并通过第一导气通道将真空气源与多孔陶瓷非吸附面暴露出的气孔连通，避免了单孔吸盘只能吸附特定尺寸芯片，在芯片尺寸变化时，载台需对应更换的问题，实现了对不同尺寸的芯片的有效吸附，提高了载台的利用率和芯片键合系统的效率；并且，多孔陶瓷中的气孔尺寸较小且致密，不存在孔径较大的单孔吸盘对芯片放置位置高精度的要求，可以降低芯片放置位置的精度要求，从而提高拾片手和键合手的移动速度和放置速度，提高工作效率。

图3是本发明实施例一提供的另一种芯片吸附装置的结构示意图，参考图3，可选地，基盘11内部还设有真空腔112，真空腔112设置在第一导气通道和真空气源之间。

其中，真空腔112可以作为真空气源13和多孔陶瓷吸盘12的真空的缓冲空间，避免真空气源突然开启和突然关闭时，多孔陶瓷吸盘12瞬间拥有较强的吸附力或瞬间失去吸附力时对放置在吸盘上的芯片的影响，可以有效避免断电等突发情况下芯片失控的情况。

实施例二

传统的真空控制方法通常采用了吸附装置吸附芯片时对吸盘所有气孔通真空的方法，这种真空控制方法极易导致吸盘未被芯片覆盖区域吸入灰尘杂质，影响了其他较大尺寸的芯片的吸附效果，降低了芯片吸附装置的使用寿命，也增加了清洁难度。

图4是本发明实施例二提供的一种芯片吸附装置的结构示意图，参考图4，该真空吸附装置包括基盘11、位于基盘上的多孔陶瓷吸盘12和真空气源13；基盘11内部设有与多孔陶瓷吸盘12非吸附面接触的第一导气通道111，第一导气通道111的第一端与多孔陶瓷吸盘12非吸附面暴露出的气孔连通，第一导气通道111的第二端与真空气源13连通。还包括设置于基盘11和多孔陶瓷吸盘12之间的吸附区调节组件14，吸附区调节组件14遮挡多孔陶瓷吸盘非吸附面上的部分气孔，以使第一导气通道111的第一端与多孔陶瓷吸盘12非吸附面的未遮挡的气孔连通。

吸附区调节组件14可以通过挡片式组件从多孔陶瓷吸盘12的下方进行遮挡，从而形成遮挡着的无效吸附区域，第一导气通道111与多孔陶瓷吸盘12的未遮挡区域的气孔连通，并通过真空气源13提供真空，形成了有效吸附区域，有效吸附区域大小对应芯片大小。其中，多孔陶瓷吸盘12的无效吸附区域的气孔为非真空状态，此时多孔陶瓷吸盘12的非真空状态的气孔不会对空气产生吸力，因此不会吸入空气中的灰尘杂质，真空状态的有效吸附区域的气孔因覆盖有芯片，也不会存在灰尘吸入的可能。

本发明实施例二提供的芯片吸附装置，通过采用基盘、位于基盘上的多孔陶瓷吸盘和真空气源，并通过第一导气通道将真空气源与多孔陶瓷非吸附面暴露出的气孔连通，避免了单孔吸盘只能吸附特定尺寸芯片，在芯片尺寸变化时，载台需对应更换的问题，实现了对不同尺寸的芯片的有效吸附，提高了载台的利用率和芯片键合系统的效率；并且，多孔陶瓷中的气孔尺寸较小且致密，不存在孔径较大的单孔吸盘对芯片放置位置高精度的要求，可以降低芯片放置位置的精度要求，从而提高拾片手和键合手的移动速度和放置速度，提高工作效率。除此之外，设置于基盘和多孔陶瓷吸盘之间的吸附区调节组件，可以对芯片未覆盖区域进行阻挡，形成无效吸附区域，避免了多孔陶瓷吸盘的芯片未覆盖区域在真空状态下吸附灰尘杂质，达到载台免更换、降低清洁难度、延长载台使用寿命的目的。

图5是本发明实施例二提供的另一种芯片吸附装置的结构示意图，参考图5，可选地，该芯片吸附装置还包括驱动组件15，驱动组件15用于驱动吸附区调节组件14，以调节多孔陶瓷吸盘12非吸附面上的被遮挡的气孔的面积。

驱动组件15可以对吸附区调节组件进行自动化控制，通过调节吸附区调节组件14中的至少一个，从而改变多孔陶瓷吸盘12的受到遮挡的区域，改变多孔陶瓷吸盘中的气孔数目。

可选地，吸附区调节组件包括多个可绕轴转动的快门叶片，驱动组件用于驱动多个快门叶片绕轴转动以改变遮挡的气孔数目。图6是本发明实施例二提供的又一种芯片吸附装置的结构示意图，图7是图6中芯片吸附装置沿剖面线aa’的剖面结构示意图，参考图6和图7，其中，该芯片吸附装置中吸附区调节组件14包括有七个快门叶片141，快门叶片141可绕轴转动，驱动组件15可自动化控制快门叶片绕轴转动，改变快门叶片141对多孔陶瓷吸盘的遮挡面积，从而改变多孔陶瓷吸盘11中心的有效吸附区域的面积，其中，基盘11内部的第一导气通道111与多孔陶瓷吸盘12连通的通道口可以设置在多孔陶瓷吸盘12的中心位置。图8是图6中芯片吸附装置的另一状态的结构示意图，参考图8，驱动组件15通过调整快门叶片141绕轴转动，从而缩小了多孔陶瓷吸盘12的有效吸附区域。需要说明的是，图6-8所示的芯片吸附装置中，快门叶片141位于多孔陶瓷吸盘的下方，图6和图8中的快门叶片141只用于方便表示多孔陶瓷吸盘的未遮挡区域，并非代表结构特征。

可选地，吸附区调节组件内设置有第二导气通道，第二导气通道的第一端与吸附区调节组件遮挡区域内的至少部分气孔连通，第二导气通道的第二端与正压供气源连通。可选地，正压供气源为正压气源。

图9是本发明实施例二提供的又一种芯片吸附装置的结构示意图，图10是图9中芯片吸附装置沿剖面线bb’的剖面结构示意图，参考图9和图10，快门叶片141内部设置有第二导气通道142，第二导气通道142与正压供气源144连通，为多孔陶瓷吸盘12中被快门叶片141遮挡的区域中的气孔提供正压。可选地，快门叶片内部还可以设置正压腔143，用于缓冲正压压力。

正压供气源144通过第二导气通道142为多孔陶瓷吸盘12中被快门叶片141遮挡的区域提供正压，当快门叶片141开口变化时，正压供气源144的正压所覆盖的多孔陶瓷吸盘12的面积同步变化。快门叶片141遮挡的区域，通过正压压力可以保证灰尘等颗粒物不会进入被叶片覆盖的多孔质吸盘12区域的微细气孔中。除此之外，当快门叶片141将多孔陶瓷吸盘12的非吸附面全部遮挡，同时从快门叶片141中的第二导气通道142通入正压时，可以对多孔陶瓷吸盘12中的气孔进行吹气，一定程度上可以起到清洁多孔陶瓷吸盘12的目的。需要说明的是，第二导气通道142可以设置在快门叶片141的转轴上，通过转轴中的第二导气通道142与正压供气源144连通。

实施例三

图11是本发明实施例三提供的一种芯片键合系统结构示意图，参考图11，该芯片键合系统包括键合手100，载台200，键合台300以及设置在载台200上的至少一个如前实施例任一的芯片吸附装置400。其中，芯片500被芯片吸附装置400吸附在载台200上。

下面参考图1和图11对该芯片键合系统的工作过程进行介绍：首先，载台200移动至交接位，拾片手(图中未示出)将芯片500放置于载台200的芯片吸附装置400上，芯片吸附装置400中的真空气源13启动，通过第二导气通道111为多孔陶瓷吸盘12提供真空，多孔陶瓷吸盘12在真空状态下具备吸力吸附芯片500固定；之后，载台200串行移动至测量位，进行芯片500位置测量；然后，载台200再串行移动至取芯片位，键合手100向下取芯片500，当键合手100根据测量的芯片位置信息准确抓取芯片500后，真空气源13释放真空，并提供正压，多孔陶瓷吸盘12在正压状态下为芯片500提供向上的力，辅助芯片500脱离，键合手100向上移动，取走芯片500至键合台300完成键合工艺。

本发明实施例三提供的芯片键合系统，通过采用由基盘、位于基盘上的多孔陶瓷吸盘和真空气源组成的芯片吸附装置，通过第一导气通道将真空气源与多孔陶瓷非吸附面暴露出的气孔连通，避免了单孔吸盘只能吸附特定尺寸芯片，在芯片尺寸变化时，载台需对应更换的问题，实现了对不同尺寸的芯片的有效吸附，提高了载台的利用率和芯片键合系统的效率；并且，多孔陶瓷中的气孔尺寸较小，不存在孔径较大的单孔吸盘对芯片放置位置高精度的要求，可以降低芯片放置位置的精度要求，从而提高拾片手和键合手的移动速度和放置速度，提高工作效率。

图12是本发明实施例三提供的另一种芯片键合系统结构示意图，参考图12，可选地，该芯片键合系统还包括转盘600，多个键合手100设置于转盘600上；载台200为转盘结构，载台200上设置有多个芯片吸附装置400；一个键合手100从芯片吸附装置400上拾取芯片时，另一键合手100将芯片放置在键合台上。可选地，多个芯片吸附装置400沿与载台200同心的圆周等间距分布于载台200上。

参考图12，该芯片键合系统工作时，无需载台200进行串行移动，只需进行转盘600与转盘结构的载台200的旋转对位，转盘600与键合台的旋转对位，由转盘600上的键合手100对对位的芯片吸附装置400上的芯片进行放取，并放置到对位的键合台的位置进行键合工艺，该芯片键合系统可以降低芯片放取时间，提高芯片的放取效率，进而提高芯片的键合效率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。