一种芯片键合装置的制作方法

本发明实施例涉及芯片封装技术，尤其涉及一种芯片键合装置。

背景技术：

随着科学技术的发展，电子产品日益朝着轻、薄以及小型化方向发展。由于芯片-晶圆键合技术(chip-to-wafer，c2w)相比于晶圆-晶圆键合技术(wafer-to-wafer)而言，其可以对芯片的性能进行提前测试，剔除掉不良的芯片，故可以具有更高的良率和更低的产品成本，尤其在多层晶圆键合应用上具备更大的优势，故芯片键合技术的应用日益增多。

随着芯片键合工艺的不断发展，芯片键合的产率和精度的不足愈发凸显，现有技术通常采用单个芯片的顺序取放和键合，在保证高键合精度的同时提高产率已成为业界努力的目标。而现有技术由于运动机构的速度限制，导致产率提升困难。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种芯片键合装置，以提高芯片键合效率，提高产率。

本发明实施例提供一种芯片键合装置，包括：芯片分离单元、第一芯片传输单元、芯片位置补偿单元、第二芯片传输单元以及键合单元；

所述芯片分离单元用于承载带有多个芯片的第一载片，并在所述第一芯片传输单元获取所述芯片时使所述芯片与所述第一载片分离；

所述芯片位置补偿单元包括补偿台，所述补偿台包括多个芯片放置位、多个芯片补偿位以及多个芯片交接位；

所述第一芯片传输单元依次将获取到的所述芯片放至每个所述芯片放置位；

所述补偿台用于将每个所述芯片放置位的所述芯片移动到所述芯片补偿位依次进行位置补偿，再移动至所述芯片交接位；

所述第二芯片传输单元用于一次从所述芯片交接位获取所述补偿台上的多个芯片，并转移至所述键合单元，与位于所述键合单元的第二载片完成键合操作。

本发明实施例提供一种芯片键合装置，包括芯片分离单元、第一芯片传输单元、芯片位置补偿单元、第二芯片传输单元以及键合单元；通过芯片分离单元承载带有多个芯片的第一载片，并在第一芯片传输单元获取芯片时使芯片与第一载片分离；芯片位置补偿单元包括补偿台，补偿台包括多个芯片放置位、多个芯片补偿位以及多个芯片交接位；通过第一芯片传输单元依次将获取到的芯片放至每个芯片放置位；通过补偿台将每个芯片放置位的芯片移动到芯片补偿位依次进行位置补偿，再移动至芯片交接位；通过第二芯片传输单元一次从芯片交接位获取补偿台上的多个芯片，并转移至键合单元，与位于键合单元的第二载片完成键合操作。通过一次将多个芯片与第二载片键合，解决现有技术采用单个芯片的顺序取放和键合时键合效率低的问题，有效提高产率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种芯片键合装置的结构示意图；

图2是图1所示的芯片键合装置的俯视示意图；

图3是本发明实施例提供的一种第一芯片传输单元的结构示意图；

图4是图3所示的第一芯片传输单元的俯视示意图；

图5是本发明实施例提供的一种芯片位置补偿单元的局部结构示意图；

图6是图5所示的芯片补偿单元的俯视示意图；

图7是本发明实施例提供的一种阵列吸嘴单元的结构示意图；

图8是图7所示的阵列吸嘴单元的仰视示意图；

图9是本发明实施例提供的另一种芯片键合装置的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种芯片键合方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例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。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述述语在本发明的中的具体含义。

图1所示为本发明实施例提供的一种芯片键合装置的结构示意图，图2为图1所示的芯片键合装置的俯视示意图。参考图1和图2，该芯片键合装置包括芯片分离单元10、第一芯片传输单元20、芯片位置补偿单元30、第二芯片传输单元40以及键合单元50；芯片分离单元10用于承载带有多个芯片101的第一载片102，并在第一芯片传输单元10获取芯片101时使芯片101与第一载片102分离；芯片位置补偿单元30包括补偿台301，补偿台301包括多个芯片放置位3011、多个芯片补偿位3012以及多个芯片交接位3013；第一芯片传输单元20依次将获取到的芯片101放至每个芯片放置位3011；补偿台301用于将每个芯片放置位3011的芯片101移动到芯片补偿位3012依次进行位置补偿，再移动至芯片交接位3013；第二芯片传输单元40用于一次从芯片交接位3013获取补偿台301上的多个芯片101，并转移至键合单元50，与位于键合单元50的第二载片501完成键合操作。

结合图1和图2，简单介绍本发明实施例提供的芯片键合装置的键合流程：将带有已切割成多个单芯片101的第一载片102置于芯片分离单元10上，带有多个键合槽的第二载片501置于键合单元50上，第一芯片传输单元20一次从第一载片102上获取一个芯片101，并运送至补偿台301的芯片放置位3011的一个预设工位；重复上述步骤，将芯片放置位3011的所有预设工位(例如可以是9个，形成3×3阵列)都放上芯片101；补偿台301将放置上芯片101的预设工位移动到芯片补偿位3012，计算每个芯片101的位置，并对每个芯片101进行位置补偿(例如形成等间距3×3阵列)；将位置补偿完成后的多个芯片101移动到芯片交接位3013，第二芯片传输单元40设置有与位置补偿后的多个芯片101对应的传输结构，该传输结构一次将多个芯片101转移到键合单元，与第二载片501完成键合操作。

本实施例的技术方案，通过芯片分离单元承载带有多个芯片的第一载片，并在第一芯片传输单元获取芯片时使芯片与第一载片分离；芯片位置补偿单元包括补偿台，补偿台包括多个芯片放置位、多个芯片补偿位以及多个芯片交接位；通过第一芯片传输单元依次将获取到的芯片放至每个芯片放置位；通过补偿台将每个芯片放置位的芯片移动到芯片补偿位依次进行位置补偿，再移动至芯片交接位；通过第二芯片传输单元一次从芯片交接位获取补偿台上的多个芯片，并转移至键合单元，与位于键合单元的第二载片完成键合操作。通过一次将多个芯片与第二载片键合，解决现有技术采用单个芯片的顺序取放和键合时键合效率低的问题，有效提高产率。

继续参考图1，可选的，芯片分离单元10包括分离台103、弹出机构104及第一视觉对准单元105；第一视觉对准单元105用于采集第一载片102上的芯片101的第一图像；分离台103用于根据第一图像带动第一载片102运动，以使待获取芯片与弹出机构104的位置对应；弹出机构104用于将待获取芯片从第一载片102上弹起，以使待获取芯片与第一载片102分离。

可以理解的是，第一载片102包括蓝膜和粘在蓝膜上的多个芯片101，由于蓝膜对芯片101的粘着力较强，不易直接将芯片101从蓝膜取走，因此需要弹出机构104弹起芯片101，以使待获取芯片与第一载片102分离。第一视觉对准单元105可以为ccd摄像机，可以在芯片101和分离台103上设置对位标记，通过第一视觉对准单元105获取第一载片102上的芯片101的第一图像，分离台103根据第一图像，带动待获取芯片移动到弹出机构104的上方，以使弹出机构104弹起待获取芯片。

图3所示为本发明实施例提供的一种第一芯片传输单元的结构示意图，图4为图3所示的第一芯片传输单元的俯视示意图。参考图1～图4，可选的，第一芯片传输单元20包括第一驱动机构201和第一吸嘴202；第一驱动机构201包括旋转轴2011和侧臂2012，第一吸嘴202与侧臂2012背离旋转轴2011的一侧连接；第一吸嘴202用于从芯片分离单元10吸起芯片101，在芯片放置位3011放置芯片101。

参考图3和图4，第一驱动机构201的旋转轴2011可以旋转，以带动第一吸嘴202在芯片分离单元和芯片位置补偿单元之间运动；旋转轴2011还可以上下伸缩，以使第一吸嘴202吸起或放下芯片。第一芯片传输单元20将芯片101转移到芯片放置位3011的过程为：第一驱动机构201的旋转轴2011进行旋转运动，将第一吸嘴202运动至芯片101正上方，这时第一吸嘴202沿着z方向下降，使得第一吸嘴202同芯片101接触并吸附，之后第一驱动机构201的旋转轴2011沿着z方向升起并将侧臂2012旋转至芯片放置位3011，这时补偿台301会进行x、y、rz的调整，使得第一吸嘴202上的芯片101能正确放置在补偿台301上的预定工位，重复上述动作，直到将补偿台301上的多个预设工位全部放置上芯片101。

图5所示为本发明实施例提供的一种芯片位置补偿单元的局部结构示意图，图6为图5所示的芯片补偿单元的俯视示意图。可选的，参考图1、图5和图6，芯片位置补偿单元30还包括与芯片补偿位对应的第二视觉对准单元302和第二吸嘴303；第二视觉对准单元302用于采集位于芯片补偿位的芯片的第二图像；第二吸嘴303用于将位于芯片补偿位的芯片吸起，待补偿台根据第二图像完成位置补偿后，第二吸嘴303将芯片放回芯片补偿位。

可选的，芯片位置补偿单元包括多个补偿台。

可以理解的是，通过设置多个补偿台，每个补偿台设置有多个芯片放置位、多个芯片补偿位和多个芯片交接位，可以进一步提高芯片键合的产率。

可选的，继续参考图2，芯片位置补偿单元包括四个补偿台。

需要说明的是，具体补偿台的数量可以根据实际需求设置，本发明实施例对补偿台的数量不作限定。

可选的，补偿台包括九个芯片放置位、九个芯片补偿位以及九个芯片交接位，九个芯片放置位、九个芯片补偿位以及九个芯片交接位排列成相同的阵列形状。

示例性的，图6中示出的芯片补偿位包括以3×3排布的9个预设工位，补偿台可以带动预设工位平移和旋转。参考图1、图2和图5，芯片位置补偿的过程为：补偿台301从芯片放置位3011移动至芯片补偿位3012，第二视觉对准单元302对补偿台301上的芯片101采集第二图像，补偿台301将刚采集过图像的芯片101移动至第二吸嘴303下方，第二吸嘴303沿着z方向下降，使得第二吸嘴303同芯片101接触并吸附，之后第二吸嘴303沿着z方向上升，补偿台301根据芯片101的第二图像计算结果进行位置补偿，补偿完成后第二吸嘴303沿着z方向下降，将芯片101放置在经过调整过位置的补偿台301的芯片补偿位3012上，重复上述步骤，直到将补偿台301上的9个芯片101的位置全部补偿完。

继续参考图1和图2，可选的，第二芯片传输单元40包括第一运动台401和阵列吸嘴单元402；阵列吸嘴单元402用于从芯片交接位3013一次吸起多个芯片101，并在第一运动台401运动至键合单元50时将多个芯片101释放到位于第二载片501上的键合槽，以完成键合操作。

可以理解的是，第一运动台401可以带动阵列吸嘴单元402在芯片交接位3013和键合单元50之间运动，以实现一次运送多个芯片101完成键合操作。示例性的，图7所示为本发明实施例提供的一种阵列吸嘴单元的结构示意图，图8为图7所示的阵列吸嘴单元的仰视示意图。参考图7和图8，阵列吸嘴单元402包括多个第三吸嘴4021，在本实施例中，芯片放置位3011、芯片补偿位3012和芯片交接位3013上芯片的预设工位为3×3的阵列，第三吸嘴4021与芯片位置对应。在本实施例中，采用多个外形长宽尺寸在40mm×40mm，精度在±0.5μm，行程12mm的x、y、rz补偿台301，使得先行对3×3的阵列芯片进行位置调整，然后通过阵列吸嘴单元402将阵列芯片一次性进行传输和键合，通过补偿台301先行调整和批量键合的方式大幅提高产率。虽然由于第二载片501一般为圆形，导致在边缘部分会造成部分阵列芯片处无法键合，使得产率较9倍单芯片键合产率而言有所损失，但仍能达到6倍以上的产率提升。由于本方案的阵列吸嘴单元402的间距是根据现有的芯片间距来制作的，当出现新的芯片间距时，需要根据芯片间距来定制不同芯片间距的阵列吸嘴单元402来满足不同芯片间距的工况需求。

可选的，阵列吸嘴单元的每个吸嘴包括橡胶材料形成的气囊结构。

需要说明的是，现有技术中，批量键合的方案为将芯片先在一层热剥离膜上精确的摆放好，然后批量的键合至第二载片的键合槽上，该方案对于芯片的厚度一致性要求很高，芯片厚度不一致时，由于热剥离胶厚度较薄，其压缩需要的力较大，导致最终不同芯片上的键合力差异较大。在本实施例中，所采用的阵列吸嘴单元由阵列的吸嘴组成，吸嘴材质可以为橡胶，其整体高度方向上容易被压缩，从而由芯片厚度不一致所导致的键合力的差异可控。另外阵列吸嘴单元还可以将每个吸嘴形成通过气囊结构，该气囊结构吸附芯片时，力和高度方向无关，即芯片高度较高时，气囊结构在横向上扩张，可以保证不同高度的芯片能够被相同的吸附力吸附，从而使得阵列吸嘴单元可以做到兼容更大程度的芯片厚度不一致。

继续参考图1，可选的，第二芯片传输单元40还包括第三视觉对准单元403，第三视觉对准单元403跟随阵列吸嘴单元402运动，第三视觉对准单元403用于在阵列吸嘴单元402吸起芯片101时对准阵列吸嘴单元402与位于芯片交接位的多个芯片101，还用于在阵列吸嘴单元402释放芯片101时对准阵列吸嘴单元402与键合槽。

示例性的，参考图1和2，本实施例中第三视觉对准单元403位于阵列吸嘴单元402的右侧，阵列吸嘴单元402一次运送多个芯片到键合单元50完成键合操作的工作过程为：补偿台301移动至芯片交接位3012之后，第一运动台401带着第三视觉对准单元403运动至补偿台301上方，对补偿台301上的芯片101位置进行观测，计算好芯片位置偏差后第一运动台401带着阵列吸嘴单元402运动至调整好位置的补偿台301上方，阵列吸嘴单元402沿着z方向下降，使得阵列吸嘴单元402同芯片101接触并吸附，之后阵列吸嘴单元402沿着z方向上升，然后第一运动台401带着第三视觉对准单元403运动至第二载片501的键合槽上方，对键合槽进行图像采集，计算好位置偏差后，通过第一运动台401带动阵列吸嘴单元402运动到第二载片501的键合槽上方，并进行x、y方向的位置偏差补偿，然后阵列吸嘴单元402沿着z方向下降，将芯片101键合至第二载片501的键合槽里。

图9所示为本发明实施例提供的另一种芯片键合装置的结构示意图。参考图9，该芯片键合装置还包括：第四视觉对准单元404，位于芯片交接位上方，用于在阵列吸嘴单元402吸起芯片101时对准阵列吸嘴单元402与位于芯片交接位的多个芯片101；第五视觉对准单元405，位于键合槽上方，用于在阵列吸嘴单元402释放芯片101时对准阵列吸嘴单元402与键合槽。

可以理解的是，图9与图1中所示的芯片键合装置的差别在于取消第三视觉对准单元403，设置第四视觉对准单元404和第五视觉对准单元405，其步骤与前述步骤类似，通过分别设置第四视觉对准单元404和第五视觉对准单元405，阵列吸嘴单元402在离开补偿台301后，第五视觉对准单元405可以同步采集第二载片501上的键合槽的图像，第一运动台401可以直接根据第五视觉对准单元405采集的图像带动阵列吸嘴单元402运动到第二载片501的键合槽上方执行键合操作，可以进一步提升产率。

继续参考图1或图9，可选的，键合单元50包括第二运动台502，第二运动台502用于承载第二载片501并进行调焦调平，第二载片501包括多个键合槽；第二运动台502还用于绕轴心旋转，以使键合槽与阵列吸嘴单元402吸起的芯片101对应。

可以理解的是，芯片101与第二载片501键合时，需要芯片101的与键合槽位置对应，通过第二运动台的平移和旋转，实现与键合槽与芯片101位置的精确对位，然后完成键合操作。

继续参考图1或图9，可选的，本发明实施例提供的芯片键合装置还包括第一片库60和第一机械手70，第一片库60用于放置第一载片102；第一机械手70用于将第一载片102从第一片库60取出并运送至芯片分离单元10。

继续参考图1或图9，可选的，本发明实施例提供的芯片键合装置还包括第二片库80和第二机械手90，第二片库80用于放置第二载片501；第二机械手90用于将第二载片501从第二片库80取出并运送至键合单元50。

可以理解的是，第一机械手70和第二机械手90可以采用类似于第一芯片传输单元的结构，分别用于获取第一载片102和第二载片501。

图10所示为本发明实施例提供的一种芯片键合方法的流程示意图，本实施例提供的芯片键合方法由上述实施例提供的任意一种芯片键合装置执行，具体包括如下步骤：

步骤110、第一芯片传输单元依次从第一载片获取多个芯片，并放至补偿台的芯片放置位。

步骤120、补偿台将每个芯片放置位的芯片移动到芯片补偿位依次进行位置补偿，再移动至芯片交接位。

步骤130、第二芯片传输单元一次从芯片交接位获取补偿台上的多个芯片，并转移至键合单元，将多个芯片与位于键合单元的第二载片完成键合操作。

本发明实施例提供的芯片键合方法的键合流程为：将带有已切割成多个单芯片的第一载片置于芯片分离单元上，带有多个键合槽的第二载片置于键合单元上，第一芯片传输单元一次从第一载片上获取一个芯片，并运送至补偿台的芯片放置位的一个预设工位；重复上述步骤，将芯片放置位的所有预设工位(例如可以是9个，形成3×3阵列)都放上芯片；补偿台将放置上芯片的预设工位移动到芯片补偿位，计算每个芯片的位置，并对每个芯片进行位置补偿(例如形成等间距3×3阵列)；将位置补偿完成后的多个芯片移动到芯片交接位，第二芯片传输单元设置有与位置补偿后的多个芯片对应的传输结构，该传输结构一次将多个芯片转移到键合单元，与第二载片完成键合操作。

本实施例的技术方案，通过第一芯片传输单元依次将获取到的芯片放至每个芯片放置位；通过补偿台将每个芯片放置位的芯片移动到芯片补偿位依次进行位置补偿，再移动至芯片交接位；通过第二芯片传输单元一次从芯片交接位获取补偿台上的多个芯片，并转移至键合单元，与位于键合单元的第二载片完成键合操作。通过一次将多个芯片与第二载片键合，解决现有技术采用单个芯片的顺序取放和键合时键合效率低的问题，有效提高产率。

可选的，芯片分离单元包括分离台、弹出机构及第一视觉对准单元，第一芯片传输单元包括第一驱动机构和第一吸嘴；第一驱动机构包括旋转轴和侧臂，第一吸嘴与侧臂背离旋转轴的一侧连接；第一芯片传输单元依次从第一载片获取多个芯片，并放至补偿台的芯片放置位包括：

第一视觉对准单元采集第一载片上的芯片的第一图像；

分离台根据第一图像带动第一载片运动，以使待获取芯片与弹出机构的位置对应；

弹出机构将待获取芯片从第一载片上弹起，以使待获取芯片与第一载片的分离；

第一吸嘴沿旋转轴旋转至待获取芯片上方，以吸起待获取芯片；

第一吸嘴沿旋转轴旋转至芯片放置位上方，以在芯片放置位放置待获取芯片。

可选的，芯片位置补偿单元还包括与芯片补偿位对应的第二视觉对准单元和第二吸嘴；补偿台将每个芯片放置位的芯片移动到芯片补偿位依次进行位置补偿，再移动至芯片交接位包括：

第二视觉对准单元采集芯片补偿位的芯片的第二图像；

第二吸嘴将芯片补偿位的芯片吸起，待补偿台根据第二图像完成位置补偿后，第二吸嘴将芯片放回芯片补偿位；

补偿台将位置补偿后的芯片移动到芯片交接位。

可选的，第二芯片传输单元包括第一运动台和阵列吸嘴单元；第二芯片传输单元一次从芯片交接位获取补偿台上的多个芯片，并转移至键合单元包括：

阵列吸嘴单元从芯片交接位一次吸起多个芯片；

第一运动台带动阵列吸嘴单元运动至键合单元。

可选的，芯片键合装置还包括第一片库、第一机械手、第二片库以及第二机械手；在第一芯片传输单元依次从第一载片获取多个芯片，并放至补偿台的芯片放置位之前，还包括：

第一机械手将第一载片从第一片库取出并运送至芯片分离单元；

第二机械手将第二载片从第二片库取出并运送至键合单元。

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。