[发明专利]半导体芯片接合设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体芯片接合设备，并且尤其涉及一种半导体芯片接合设备，其中半导体芯片可被更精确地对准并且安装于印刷电路板上。

背景技术

为了实际使用在晶片上制造的半导体装置，半导体装置必须被从晶片上切割下来成为芯片单元并且制造成为封装。半导体封装不仅机械地支撑和固定半导体芯片并且保护半导体芯片不受外界影响，还向半导体芯片提供电连接路径和热量排放路径。

早期，半导体封装普遍将引线框用作封装衬底以用于机械地且电性地连接半导体芯片和外部系统。然而，随着输入/输出接脚的数目的增加和操作速度的加快，使用引线框的半导体封装达到了极限。因此，已开发球栅阵列封装作为使用引线框的半导体封装的替代品。

球栅阵列封装利用印刷电路板而非引线框作为封装衬底，以及利用微凸块而非引线框的外部引线作为连接端子。由于与一维地布置的外部引线不同，微凸块二维地布置在印刷电路板的表面上，所以有可能跟随输入/输出接脚的数目和操作速度的与日俱增的趋势。

从此，已开发各种类型的半导体封装以满足对轻量、薄型、简易且小巧半导体封装的需求的增长，并且考虑到半导体芯片的大小和厚度以及半导体芯片和印刷电路板的连接密度等，也已经使用诸如柱凸块以及微凸块的各种类型的连接端子。

图1图示半导体芯片和印刷电路板。

如果将半导体芯片10的凸块11和印刷电路板20的印刷端子21对准，并且接着在保持此对准状态的同时将凸块11和端子21彼此接合，那么完成将半导体芯片10安装到印刷电路板20上的阶段而无须任何中间阶段(诸如惯用的连线接合)。

然而，随着半导体封装的集成度增加，半导体芯片11中的凸块11之间的微细间距和凸块11的高密度在半导体芯片安装到印刷电路板时需要高位置精度。虽然一般半导体封装需要约10μm的位置精度，但是具有增大的集成度的半导体封装需要约5μm的更高的位置精度。

此惯用的半导体芯片接合设备有以下问题：在将半导体芯片安装到印刷电路板时并未有效地控制用于转移或旋转印刷电路板的衬底驱动单元，并且因此半导体芯片与印刷电路板之间的装配误差超过具有高集成度的半导体封装的允许误差。

发明内容

因此，构想了本发明来解决前述问题，并且本发明的一方面在于提供一种半导体芯片接合设备，其中将用于在将半导体芯片安装到印刷电路板时转移或旋转印刷电路板的衬底驱动单元分成分别适用于半导体芯片和印刷电路板的装配阶段的两个驱动器，从而降低衬底驱动单元的预计成本并且最小化半导体芯片与印刷电路板之间的装配误差。

根据本发明的示范性实施例，提供了一种用于接合半导体芯片的设备，为了将半导体芯片接合到印刷电路板，所述设备包括：芯片吸附单元，所述芯片吸附单元在初始位置处吸附半导体芯片并且在半导体芯片被安装到印刷电路板的安装位置处释放半导体芯片的吸附；衬底支撑板，所述衬底支撑板与芯片吸附单元的初始位置间隔开并且支撑印刷电路板；芯片转移单元，所述芯片转移单元转移芯片吸附单元；和衬底驱动单元，所述衬底驱动单元转移或旋转衬底支撑板，其中衬底驱动单元包含：第一驱动器，所述第一驱动器在水平方向上转移衬底支撑板以便将印刷电路板转移到安装位置；和第二驱动器，所述第二驱动器耦合到第一驱动器并在水平方向上转移衬底支撑板或关于与水平方向相交的方向旋转衬底支撑板，以便通过关于印刷电路板的对准标记的信息而调节印刷电路板，从而对准于安装位置处，设备进一步包含倾角调节器，所述倾角调节器调节衬底支撑板的倾角以使得半导体芯片可在半导体芯片和印刷电路板的接触表面彼此平行的状态下安装到印刷电路板。

芯片吸附单元可包括吸附半导体芯片的吸附器、上下移动吸附器的向上/向下移动驱动器和旋转吸附器的旋转驱动器，并且向上/向下移动驱动器可包括：轴直线电机，所述轴直线电机包括定子和转子，所述转子相对定子移动，并且吸附器固定地安装到转子；和弹性构件，所述弹性构件弹性地促使定子和转子在彼此接近的方向上移动。

吸附器可包括：第一构件，所述第一构件接触半导体芯片；第二构件，所述第二构件与第一构件间隔开并且耦合到第一构件；和间隔调节器，所述间隔调节器在第一构件与第二构件之间的局部位置中调节第一构件与第二构件之间的间隔。

如上文所描述，根据上述半导体芯片接合设备，降低衬底驱动单元的预计成本和最小化半导体芯片与印刷电路板之间的装配误差是可能的。

而且，根据上述半导体芯片接合设备，增加向上/向下移动驱动器的响应速度和促进位置控制、转矩控制或类似模式切换是可能的。