TW511131B - Apparatus for placing a semiconductor chip as a flipchip on a substrate - Google Patents

Description

五、發明説明（1 ) 本發明係關於一種用於在基板上放置半導體晶片作爲覆 晶之裝置。 在市場上有二種可用以放置覆晶之機台，即保證可以將 覆晶很精確的放置在基板上，但相當慢之所謂的抓放機台 ，和可以達成較高產量但精密度較差之所謂的晶粒焊接機 。這兩種機台的共通點，就是將要翻賴的晶片藉由一種稱 爲覆晶機之裝置，先自被黏貼且擴張在膜片上之晶圓取出 ，翻轉，而然後藉由抓放系統轉移到基板，並將之放在基 板上。 本發明之目的係要發展一種可以很快且非常精準地將覆 晶放置在基板上之覆晶放置裝置。 該指出之工作可以根據本發明之申請專利範圍第1項的 特徵解決。 本發明的起始點係，例如，在歐洲專利應用公報EP 923 1 1 1中說明，且其DB 2008設計已被申請人賣掉之一 種稱爲晶粒焊接機的自動組裝機台。半導體晶片黏附到夾 在晶圓環上之可擴張的膜片。晶圓環係依晶圓台而定位在 二直角方向上藉由此晶粒焊接機，半導體晶片可藉由晶圓 台而出現在設定位置A，藉由具有可高速來回行進之焊接 頭的抓放系統抓取，然後放置在基板上的設定位置B。根 據本發明，可以預見其係要擴充此種具有用以翻轉半導體 晶片之翻轉裝置的晶粒焊接機。該翻轉裝置在位置B自焊 接頭抓取半導體晶片，將半導體晶片傳送到位置C，在從 位置B傳送到位置C的期間，翻轉半導體晶片，然後在位置 511131 五、發明説明（2 ) c，將半導體晶片放在基板上而成爲覆晶。該翻轉裝置係 被設計成一種平行四邊形結構。此平行四邊形結構係由支 架，第一和第二旋轉臂，及連接臂所組成的。在連接臂上 有放置一握晶器。驅動系統可以使平行四邊形結構，在握 晶器接受半導體晶片的第一限制位置，和握晶器將半導體 晶片放在基板上的第二限制位置之間，向後和向前移動。 下面，將根據圖式更詳細地說明翻轉裝置的實施例。 其中第1圖爲具有用以翻轉半導體晶片之翻轉裝置的晶 粒焊接機； 第2圖爲該翻轉裝置的細部圖； 第3A到第3C圖爲在各種不同狀態之翻轉裝置； 第4圖和第5圖爲具有施力單元之更詳細的翻轉裝置； 及 第6圖爲施力單元。 第1圖爲用以將半導體晶片1放置在基板2上的晶粒焊 接機的平面圖。卡式座標系統的3個座標定爲X，y和z， 而z軸對應垂直方向。晶粒焊接機包含用以在X方向及也 可選擇在y方向傳送基板之傳送系統3。例如，在歐洲專 利EP3 3 083 1號中有說明一種適當的傳送系統3。半導體 晶片1宜輪流出現在晶圓台4的位置A。抓放系統5，例 如在歐洲專利應用公報EP923 1 1 1中所說明的抓放系統， 在位置A抓取半導體晶片1，然後將其傳送到在基板2上 方之位置B，其中基板2係要將半導體晶片1移送到翻轉 裝置6。翻轉裝置6將半導體晶片1翻轉180。，然後在位 -4- 511131 五、發明説明（3 ) 置C將其放置在基板2上成爲覆晶。翻轉裝置6宜被設計 可以使半導體晶片1在從位置B傳送到位置c期間中任何 放置的定位誤差可以校正。

弟2圖爲翻轉裝置6的細部透視圖。翻轉裝置6包含有 一被固定地放置的支座7,在支座7上，可在垂直方向8 移動之滑落架9,架在滑落架9上且可以在垂直軸A1旋 軸之支架10，兩個架在支架10上之完全相同的旋轉臂11 和12,連接二旋轉臂11，12之第一和第二連接臂π和 14,旋轉該二旋轉臂11，12之驅動系統15,放在第一連 接臂1 3上之握晶器1 6，及用以在其縱軸旋轉第一連接臂 13，使握晶器旋轉180°之驅動器17。

支架1 0具有兩個相距A排列之垂直承載軸A2和A3， 其中各有第一旋轉臂11和第二旋轉臂12之一端架在其上 。第一連接臂13也具有兩個相距A排列之垂直承載軸A4 和A5，其中第一旋轉臂Π和第二旋轉臂12的另一端則 架在其上。支架10,兩個旋轉臂11和12及第一連接臂 13形成一平行四邊形結構。 驅動系統1 5本質上係由可以繞著垂直軸A 6旋軸之曲柄 1 8，和一端架在由柄1 8的外端上，而另一端則架在第二 連接臂14上之驅動棒1 9所組成的。第二連接臂1 4的一 端係架在垂直行進軸A7的旋轉臂1 1之上，而第二連接臂 14的另一端則係架在垂直進行軸A8的旋轉臂12之上。 驅動棒1 0的承載軸也是垂直行進的，且以參考記號A9和 A1 0標示。承載軸A1行進到承載軸A2的距離爲距離B。 511131 五、發明説明（4 )

承載軸A10行進到承載軸A7的距離爲距離B。握晶器16 裝在第一連接臂13之上，而到達承載軸A4的距離爲距離 B。因此，承載軸Al，A10和握晶器16係位在平行旋轉 臂Π和12行進的直線上。承載軸A7和A8係距承載軸 A2和A3距離C排列，所以第二連接臂1 4係平行對齊支 架10和第一連接臂13。平行四邊形結構的優點係在於第 一連接臂13總是平行對齊支架10。在此情形下，任何半 導體晶片1的定位誤差都可以藉由支架10的校正動作完 全消除。 驅動系統1 5可以使握晶器1 6在最好藉由曲柄1 8和驅 動棒1 9的延伸位置，機械式定義之第一和第二限制位置 之間，向後和向前移動。延伸位置就是曲柄1 8和驅動棒 1 9指在相同的方向，即承載軸A6，A9和A1 0位在直線上 。此具有驅動系統1 5的定位誤差不會受到握晶器1 6之定 位的影響。

第3 A圖爲在第一限制位置中的平行四邊形結構的平面 圖。此外，支架10是以與該X軸平行而設置。在此位置 中，其上表面具有凸塊（bump)的半導體晶片Γ，其已藉由 抓放系統而傳送到翻轉裝置，即半導體晶片1’藉由抓放系 統5之焊接頭，面對握晶器16朝上放置在其上，然後最 好藉由真空將其固定。在執行此動作時，半導體晶片1’之 凸塊的面係朝上。在此步驟之後，示於第3A圖之半導體 晶片1’有可能會相對於其在基板上之設定位置，位移一個 向量Λχ，Ay，且相對於X軸旋轉一個角度。具有角 -6- 511131 五、發明説明（5) 度△ 0特徵之半導體晶片Γ的角度誤差，可以藉由轉動在 旋轉軸A1上的支架1〇而校正。在執行此動作時，軸A10 係當作參考點。第3B圖爲在支架10相對於其原始位置旋 轉一△ 0角的情形下之平行四邊形結構。現在半導體晶片 P是以與X方向平行而設置。旋轉臂11，12的方向暫時 沒有改變。具有向量Δχ，Ay特徵之半導體晶片1’的位 置誤差，例如，可以藉由在X和y方向上之基板的校正移 動消除。還有另一種可能，在滑落架9朝向支座7之情形 下，除了垂直移動之外，其也可以完成X和y方向的移動 。爲了完成此移動，例如，可以預見有兩個微調器，其能 夠相對於支座7在X和y方向上，使滑落架9有典型的數 十到數百// m之移動。這些校正的移動係發生在握晶器1 6 將半導體晶片Γ放在基板2上之前（第1圖）。 因爲曲柄18根據被選擇的幾何關係所決定的角度移動 ，直到曲柄18和驅動棒19位在第二延伸位置爲止，所以 驅動系統15會將平行四邊形結構帶到第二限制位置。此 第二限制位置示於第3C圖。半導體晶片P的方向不會因 此平行四邊形結構之移動而改變。 如驅動系統1 5選擇兩個延伸位置之工作’可以使用有 彈性的驅動系統，將平行四邊形結構帶到在第一限制位置 中之第一停止器和在第二限制位置中之第二停止器。但是 ，因爲軸A10需要當作校正可能的角度誤差之參考點 ，所以驅動力必須經由軸A1 0外而施加。 不同的移動平行於平行四邊形結構從其第一限制位置到 -7- 511131 五、發明説明（6) 其第二限制位置之位移： a) 握晶器16藉由驅動器17轉動約180°，使半導體晶片Γ 的凸塊面朝下。 b) 滑落架9在垂直方向8上升又下降，以防止半導體晶片 Γ在與握晶器16旋轉時碰到基板。

c) 根據轉動支架10，校正半導體晶片1的可能角度誤差。 在如此作時，不需要補償外加至半導體晶片Γ之支架 10的轉動。 d) 藉由微調器之滑落架9或基板2的適當校正移動，校正 半導體晶片Γ的可能位置誤差。

一旦平行四邊形結構一到達其第二限制位置時，則就將 滑落架9立刻下降到基板2的上方或位在基板2上之支撐 平板的上方一個預定的高度Η。一旦半導體晶片一撞擊在 基板2上時，則握晶器16就會立刻反抗彈簧的力量而相 對於滑落架9偏斜。設定高度Η，使得半導體晶片可以緊 靠著基板2(第1圖），以預定的焊接力旋壓。（此程序一般 稱爲過度前進）。 對於此第一實施例而言，半導體晶片（第1圖）之位置的 取得，可在其已藉由放置在位置Α上之第一攝影機出現在 晶圓台的位置A之後，即在位置A立即抓走之後。藉由 第二攝影機，也可以量測在位置C之基板2。根據此資料 ，根據在基板2上之設定位置，計算半導體晶片實際位置 的可能偏差，如上所述，然後在放置在位置C之前校正。 爲了增加定位的精確性，在另一實施例中，預先放置一 511131 五、發明説明（7) 攝影機在位置B之上，使得握晶器1 6可以位在攝影機可 見之區域，而且當半導體晶片Γ被翻轉裝置的握晶器16 保持固定時，只量測半導體晶片Γ的位置。此種解決方式 具有半導體晶片1’在藉由握晶器16放置在基板2之上時 ，只量測其位置之優點。 對於某種應用，需要相當高的焊接力，以將半導體晶片 Γ放置在基板上。然後將此焊接力多少從旋轉臂11和12 上的滑落架9轉移到握晶器16，其可以藉由固定地放置在 第一旋轉臂1 1上之施力單元26轉移此焊接力之優點，如 第4圖和第5圖所示。第4圖圖示在第一限制位置中之翻 轉裝置，其中握晶器16已準備接受下一個半導體晶片。 在此限制位置中，施力單元26係位在握晶器1 6的後面， 所以半導體晶片可以很容易地藉由抓放系統5(第1圖）放 置在握晶器16上。第5圖圖示在第二限制位置之翻轉裝 置，其中翻過的半導體晶片已放置在基板2(第1圖）之上 。藉由第一旋轉臂1 1的旋轉，在施力單元26係直接位在 握晶器1 6上之情形下，施力單元26的位置已相對握晶器 1 6的位置而改變。施力單元26具有一可以藉由，例如， 氣動，水動或電磁驅動之方式，在垂直方向移動之活塞 (plunger)。對於某些應用，半導體晶片應以可以有相當大 的預定焊接力放置在基板上。基於此目的，可以降下施力 單元26的活塞，使其可以預定的焊接力，壓着基板2以 使基板2緊靠著握晶器16。 對於示於第6圖之優選設計，活塞係一壓力筒27，在 -9- 511131 五、發明説明（8 )

中間的位置下，向其施加預定的壓力，使其停在施力單元 26的停止器28之上。爲了要建立焊接力，施力單元26與 握晶器16 —起作如下之工作：如已經作過之敘述，在第二 限制位置之平行四邊形結構，施力單元26係位在握晶器 1 6之上。爲了要放置半導體晶片，將滑落架9下降到上述 之預定高度Η。一旦半導體晶片一撞擊在基板2(第1圖） 之上時，就立刻會在基板2和半導體晶片之間建立起導致 握晶器1 6向上偏斜之力量。在如此作時，握晶器1 6的上 端會來到在壓力筒27內部的停止器。預設高度Η，使得 在任可情形下，壓力筒27都會相對於施力單元26而偏斜 ，所以將半導體晶片壓在基板2上之力量會對應於預設的 焊接力。本實施力之優點係在於焊接力與基板2的厚度變 異無關。

因爲二個旋轉臂1 1，1 2的向後和向前來回移動，又因 爲角度△ 0的校正機率，所以由支架1 〇，第一旋轉臂1 1 ，第二旋轉臂12和連接臂13所形成的平行四邊形結構， 可以藉由第二連接臂14延伸。機械上，此會導致一個多 餘的東西，且會逼使第一連接臂13或第二連接臂14具有 寬鬆的軸承，即允許某種動作。第一連接臂1 3的寬鬆軸 承以軸承軸Α5爲佳。 符號之說明 1 半導體晶片 2 基板 3 傳送系統 -10- 511131 五、發明説明（9 ) 4 晶圓台 5 抓放系統 6 翻轉裝置 7 支座 8 垂直方向 9 滑落架 10 支架 11 旋轉臂 12 旋轉臂 13 連接臂 14 連接臂 15 驅動系統 16 握晶器 17 驅動器 18 曲柄 19 驅動棒 26 施力單元 27 壓力筒 28 停止器 A1 到A10 軸 A， B，C 位置 -11-

Claims (1)

1. 511131 ~、申請專利範圍 1. 一種用於在基板（2)上放置半導體晶片（η作爲覆晶之裝 置’包括：翻轉裝置（6)，其係用以翻轉半導體晶片（η ’ 該翻轉裝置（6)會形成作爲由支架（10)，第一和第二旋轉 臂（11，12)和連接臂（13)所組成的平行四邊形結構（10 ’ Π ’ 12’ 13)，且還包括握晶器（16)其係設置在連接臂（13) 之上，及 驅動系統（1 6，1 8，1 9)，其係用以使該平行四邊形結 構（10，11，12，13)可在握晶器（16)接受半導體晶片（I1) 之第一限制位置，和在握晶器（16)將半導體晶片（1)放在 基板（2)上之第二限制位置之間向後和向前來回移動。 2·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該平行四邊形結構 (10，11，12，13)係設置在可在垂直方向（8)移動之滑落 架（9)之上，且支架（1〇)可相對於在垂直旋轉軸（Α1)上之 滑落架（9)轉動。 3 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中平行四邊形結構 (10，11，12，13)的第一限制位置和第二限制位置，係 藉由驅動系統（15, 18, 19)的延伸位置作機械上的界定。 4·如申請專利範圍第2項之裝置，其中平行四邊形結構 (10，Π，12，13)的第一限制位置和第二限制位置，係 藉由驅動系統（15, 18, 19)的延伸位置作機械上的界定。 5·如申請專利範圍第1項之裝置，其中施力單元（2 6)係設 置在第一旋轉臂（11)之上，其可以在放置時，在半導體 晶片（1)和基板（2)之間產生要產生的力量。 6·如申請專利範圍第2項之裝置，其中施力單元（26)係設 _ -12- 511131 六、申請專利範圍 置在第一旋轉臂（11)之上，其可以在放置時，在半導體 晶片（1)和基板（2)之間產生所要產生的力量。 7·如申請專利範圍第3項之裝置，其中施力單元（26)係設 置在第一旋轉臂（11)之上，其可以在放置時，在半導體 晶片（1)和基板（2)之間產生所要產生的力量。

   8·如申請專利範圍第4項之裝置，其中施力單元（26)係設 置在第一旋轉臂（11)之上，其可以在放置時，在半導體 晶片（1)和基板（2)之間產生所要產生的力量。 9·如申請專利範圍第5項之裝置，其中施力單元（26)具有 一壓力筒（27)，當要將半導體晶片（Γ)放置在基板（2)之 上時，其可以施加預定的壓力，來作用在握晶器（16)上。 10. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中施力單元（26)具有 一壓力筒（27)，當要將半導體晶片（Γ)放置在基板（2)之 上時，其可以施加預定的壓力，來作用在握晶器（16)上。

   11. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中施力單元（26)具有 一壓力筒（27)，當要將半導體晶片（Γ)放置在基板（2)之 上時，其可以施加預定的壓力，來作用在握晶器（16)上。 12. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中施力單元（26)具有 一壓力筒（27) ’當要將半導體晶片（1’）放置在基板（2)之 上時，其可以施加預定的壓力，來作用在握晶器（16)上。 1 3 ·如申請專利範圍第1項至第1 2項中任一項之裝置’其 中該裝置係一晶粒焊接機’其係包括有從晶圓台（4)抓取 半導體晶片（1) ’然後將其傳送到翻轉裝置（6)之抓放系 統（5) 〇 -π-_ ._