[发明专利]一种单芯片和晶圆的键合设备及键合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单芯片与晶圆的键合设备及键合方法，尤其是涉及一种可适应多种芯片的键合设备及键合方法。

背景技术

微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems；MEMS)器件与集成电路的不同主要包括两方面，一是含有可动结构，二是要与环境相互作用，这两点给封装带来很大的难度，其封装成本高也主要是由这两点造成的。由于有可动结构，在封装过程中必须保护可动结构不被损坏，因此不能直接采用成熟的集成电路封装工艺。由于要与环境相互作用，因此封装既要考虑到与环境的相互作用，又要保证器件性能不受影响，处理起来难度很大。同时，封装前的预对准也增加了封装难度。目前国内外封装主要采用光刻机下预对准，手工放入封装设备中进行封装的方式，往往造成最终的封装精度和效果不能满足指标要求。这无形中增加了封装成本和难度，而且降低了封装效率。

圆片级封装具有很好的市场化前景，在圆片级封装技术和设备研究的同时，需要认识到我国MEMS产业目前的发展阶段主要处于多品种、高特异性、中小批量产业化并存的发展阶段，很多MEMS器件是在键合后构成新结构的。对于这种器件的封装，圆片键合不能胜任，因为划片时使用的切削液容易进入微结构内，而且难以清除，从而造成微结构的破坏。而采用晶圆片和单芯片级封装手段来实现MEMS器件的封装，则可以避免大面积区域的键合，使得一些可动微结构得到保护，因此越来越的人开始关注起单芯片和晶圆级的封装工艺。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种具有操作简单、器件适应性强，键合精度高、运动及功能灵活，可有效保护晶圆区可动结构的单芯片与晶圆的键合设备，同时本发明的另一目的在于提出利用该键合设备对单芯片和晶圆进行键合的方法。

根据本发明的目的提出的一种单芯片和晶圆的键合设备，包括用以固定晶圆的晶圆台(6)、用以放置单芯片的存储组件(13)、用以拾取单芯片的操作手(4)、显微系统以及控制系统，其中：所述晶圆台(6)具有X-Y向和旋转三个自由度，所述操作手(4)具有X-Y-Z向三个自由度，所述显微系统包括用以检测被操作手拾取后的单芯片位姿的第一显微系统(15)和用以检测固定在晶圆台上的晶圆位姿的第二显微系统(5)，所述第一显微系统(15)和所述第二显微系统(5)分别连接于控制系统。

可选的，所述晶圆台(6)上设有对键合过程进行加热的加热设备。

可选的，所述晶圆台的底部设有旋转电机(8)、晶圆台X向电机(9)和晶圆台Y向电机(11)，所述旋转电机(8)、晶圆台X向电机(9)和晶圆台Y向电机(11)分别连接于控制系统。

可选的，所述操作手(4)的尾部设有操作手X向电机(1)、操作手Y向电机(2)以及操作手Z向电机(3)，所述操作手X向电机(1)、操作手Y向电机(2)以及操作手Z向电机(3)分别连接于控制系统。

可选的，所述第一显微系统连接一调节焦距的Z向电机(12)。

可选的，所述第二显微系统连接一调节焦距的Z向电机(10)。

可选的，所述操作手进一步包括操作手主体(4-8)、夹板(4-4)、连接板(4-6)和用以吸取单芯片的吸管(4-2)和吸头(4-1)，所述操作手主体(4-8)通过一簧片(4-7)柔性连接于连接板(4-6)上，同时与夹板(4-4)刚性连接，所述吸管(4-2)和吸头(4-1)连接一真空设备。

可选的，所述操作手进一步测力磁体(4-3)和定位磁铁(4-5)，该测力磁铁(4-3)和定位磁铁(4-5)固定于所述连接板(4-6)上并分布于所述夹板(4-4)的两侧。

可选的，所述测力磁铁(4-3)与所述夹板(4-4)吸合时，所述定位磁铁(4-5)与所述夹板(4-4)断开；所述测力磁铁(4-3)与所述夹板(4-4)断开时，所述定位磁铁(4-5)与所述夹板(4-4)吸合。

根据本发明的另一目的提出的一种单芯片和晶圆的键合方法，使用前述单芯片和晶圆的键合设备，其中：所述第一显微系统(15)检测单芯片位姿后，向所述控制系统发出单芯片位姿图形信号，所述第二显微系统(5)检测晶圆键合区位姿后，向所述控制系统发出晶圆键合区位姿图形信号，所述控制区根据该单芯片位姿图形信号和晶圆键合区位姿图形信号，向操作手(4)或者晶圆台(6)中的一个或两个发出同步调节信号，所述操作手(4)或者晶圆台(6)根据该同步调节信号调节单芯片或者晶圆键合区的位姿。