[发明专利]用于提供大键合力的晶粒键合机

说明书

技术领域

本发明涉及用于电子器件的晶粒键合机(die bonder)，尤其涉及一种用于针对晶粒键合产生大键合力的晶粒键合机。

背景技术

在半导体晶粒或芯片的生产过程中，很多半导体晶粒被一起构造在单个的晶圆上。然后将该晶圆切割以分离成单独的晶粒。其次，通过应用晶粒键合工序，这些半导体晶粒中的每个应该各自被装配在一支撑表面上以进行进一步的处理。其后，在晶粒和外围器件之间产生了电气连接，并且然后将该晶粒使用塑性混合料灌封以保护它们不受环境的干扰。

在所述的晶粒键合工序所应用的现有晶粒键合机中，每个单独的晶粒通常使用键合臂从晶圆上被拾取，然后传送到衬底以完成晶粒在衬底上的安装。通常，晶粒键合机包含有晶粒键合头，该晶粒键合头具有空气喷嘴以产生吸附力而从固定有晶粒的晶圆平台处拾取半导体晶粒。其后，将晶粒传送并键合在衬底上。

为了将晶粒正确且准确地放置在衬底上，使用视觉系统完成视觉定位以捕获在晶圆平台和衬底上晶粒的图像。键合头和空气喷嘴的定位将会根据所捕获的晶粒图像进行，为此目的其参考晶粒上的定位图案或者基准标记。在拾取晶粒之后，该键合头使用所捕获的晶粒图像沿着θ轴线来执行旋转补偿。然后，在向下移动以完成键合以前，键合头旋转和将晶粒与衬底的方位对齐定位。在键合力驱动机构直接向晶粒施加压缩力的同时，键合头的向下移动通过z轴移动马达得以实施。该压缩键合力必须足够大以便于将晶粒压至衬底。

图1所示为包含有预载压缩弹簧102以进行晶粒键合的传统晶粒键合机100的侧视示意图。该晶粒键合机100的键合头101装配在键合头支架103上，其进一步通过z轴移动平台106可滑动地支撑。在通过预载压缩弹簧102协助键合期间，键合头101将大的键合力施加在晶粒108上。另外，存在一个旋转马达104，其用于旋转键合头101以进行旋转或θ移动补偿。

当z轴移动平台106向下移动时，在晶粒108接触衬底110之后，它使得压缩弹簧102压缩并增大了作用在晶粒108上的键合力。在垂直方向上大的z轴内驱式(drive-in)移动得以产生，其引起了晶粒键合机100的X-Y放置的漂移。而且，键合头支架103和z轴移动平台106包含有线性轨道，该线性轨道在键合期间遭受大的向上的力。这种向上的力穿过键合头支架103和z轴移动平台106，当使用大的键合力完成键合时其引起键合头101上的放置漂移并引起晶粒偏置(dietilting)。这个操作因此可能引起z轴移动平台106的摇摆(roll)、倾斜(pitch)和偏移(yaw)，以及使得晶粒键合机100的结构发生结构上的形变。所有这些偏差可能作用来影响键合头101的放置精度。因此，这种键合头结构既不能实现很高的放置精度，又不能满足关于晶粒108非倾侧式的严格需要。

另一种现有的晶粒键合机100’参见图2，图2所示为包含有用来提供键合力的气压缸(pneumatic cylinder)112的传统的晶粒键合机的侧视示意图。键合头101’装配在以气压缸112形式存在的键合力马达上，该气压缸通过球面触点114和z轴移动平台106相耦接。在装配于支撑结构118上的气压缸112的帮助下，大的键合力得以被施加。该大的键合力装载直接通过支撑结构118得以保持，而键合力的主要线路绕开了键合头支架103和z轴移动平台106。所以键合头支架103和z轴移动平台106的形变得以避免。由于键合头支架103和z轴移动平台106的形变引起的晶粒偏置同样也得以避免。而由于z轴移动平台106的摇摆、倾斜和偏移所引起的放置错误同样也得以减少，因为不再存在通过z轴移动平台106所导致的z轴内驱式移动。但是，在这种结构中，由于键合头101’是固定地耦接于气动式键合力驱动机构上，键合头101’没有展现出θ移动，其仅仅是一个线性驱动器。因此，在被拾取的晶粒108被键合以前，没有进行旋转或θ补偿。

开发一种键合头，其能够在减少放置错误的情形下产生大的键合力，并提供旋转或θ补偿以修正晶粒的任何旋转偏差，这是令人期望的。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种键合头，其和前述的现有技术相比，在实现更加精确的晶粒键合的同时产生了大的键合力。