專利名稱：提供大鍵合力的旋轉(zhuǎn)鍵合工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電子器件的晶粒鍵合機(die bonder)，尤其涉及一種用于針對晶 粒鍵合產(chǎn)生大鍵合力的旋轉(zhuǎn)鍵合工具。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體晶粒或芯片的生產(chǎn)過程中，很多半導(dǎo)體晶粒被一起構(gòu)造在單個的晶圓 上。然后將該晶圓切割以分離成單獨的晶粒。其次，通過應(yīng)用晶粒鍵合工序，這些半導(dǎo)體晶 粒中的每個應(yīng)該各自被裝配在襯底或其他載體的支撐表面上以進行進一步的處理。其后， 在晶粒和外圍器件之間產(chǎn)生電氣連接，并且然后將該晶粒使用塑性混合料灌封以保護它們 不受環(huán)境的干擾。在所述的晶粒鍵合工序所應(yīng)用的現(xiàn)有晶粒鍵合機中，每個單獨的晶粒通常使用鍵 合臂從晶圓上被拾取，然后傳送到襯底以完成晶粒在襯底上的安裝。通常，晶粒鍵合機包含 有晶粒鍵合頭，該晶粒鍵合頭具有空氣噴嘴以產(chǎn)生吸附力而從固定有晶粒的晶圓平臺處拾 取半導(dǎo)體晶粒。其后，將晶粒傳送并鍵合在襯底上。為了將晶粒正確且準確地放置在襯底上，使用視覺系統(tǒng)完成視覺定位以捕獲在晶 圓平臺和襯底上晶粒的圖像。鍵合頭和空氣噴嘴的定位將會根據(jù)所捕獲的晶粒圖像進行， 為此目的其參考晶粒上的定位圖案或者基準標記。較合適地，在拾取晶粒之后，該鍵合頭使 用所捕獲的晶粒圖像沿著θ軸線來執(zhí)行旋轉(zhuǎn)補償。在向下移動以完成鍵合以前，鍵合頭旋 轉(zhuǎn)和將晶粒與襯底的方位對齊定位。在鍵合力驅(qū)動機構(gòu)直接向晶粒施加壓縮力的同時，鍵 合頭的向下移動通過ζ軸移動馬達得以實施。來自鍵合力驅(qū)動機構(gòu)的該壓縮鍵合力必須足 夠大以便于將晶粒壓至襯底。圖1所示為包含有氣壓缸以提供鍵合力的傳統(tǒng)晶粒鍵合機100的側(cè)視示意圖。鍵 合頭102裝配在以氣壓缸104形式存在的鍵合力馬達上，該氣壓缸安裝在支撐結(jié)構(gòu)120上， 其通過軸向耦合器108耦接至ζ軸移動平臺106。該軸向耦合器108主要包括設(shè)置在氣壓 缸104和負荷軸112之間的鋼球110，負荷軸112連接至夾體114。該鋼球110被拉伸彈簧 111預(yù)加載以在鋼球110和氣壓缸104之間形成球面接觸點。當在傾斜校準機構(gòu)118的幫 助下調(diào)整夾體114相對于鍵合平臺116的共面性時，軸向耦合器108提供了在XY方向上的 某些自由度，以修正氣壓缸104和負荷軸112之間的任何錯位。通過從氣壓缸104連同軸向耦合器108產(chǎn)生向上的力以抵消負荷軸112和夾體 114的重量，而施加低的鍵合力。在氣壓缸104施加向下的力協(xié)助的情形下，而施加大的鍵 合力。該大的鍵合力被支撐結(jié)構(gòu)120直接承受，由于相鄰于負荷軸112設(shè)置的滑座123將 氣壓缸104自鍵合頭支架122去耦接，所以力的主要路徑繞開了鍵合頭支架122和ζ軸移 動平臺106。因此，鍵合頭支架122和ζ軸移動平臺106的形變得以避免。同樣由于鍵合頭 支架122和ζ軸移動平臺106結(jié)構(gòu)的形變所引起的晶粒傾斜也得以避免。由于ζ軸移動平 臺106的搖擺、傾斜和偏移所引起的放置錯誤同樣也得以減少，因為不再存在通過ζ軸移動 平臺106所導(dǎo)致的ζ軸內(nèi)驅(qū)式(drive-in)移動。但是，在這種結(jié)構(gòu)中，由于負載軸112是固
3定地耦接于氣壓缸104上，鍵合頭102不能夠產(chǎn)生θ移動，其僅僅是一個線性驅(qū)動器。軸 向耦合器108在軸向上耦接到氣壓缸104，但是它不能斷開氣壓缸104相對于鍵合頭102之 間的任何θ移動。因此，在被拾取的晶粒124被鍵合到襯底126以前，沒有進行旋轉(zhuǎn)或θ 補償。開發(fā)一種鍵合頭，其能夠在減少放置錯誤的情形下產(chǎn)生大的鍵合力，并提供旋轉(zhuǎn) 或θ補償以修正晶粒的任何旋轉(zhuǎn)偏差，這是令人期望的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種鍵合頭，其和前述的現(xiàn)有技術(shù)相比，通過晶粒旋 轉(zhuǎn)偏差的修正，在實現(xiàn)更加精確的晶粒鍵合的同時產(chǎn)生了大的鍵合力。于是，本發(fā)明提供一種晶粒鍵合機，其包含有鍵合頭，其包含有負荷軸和夾體，該 負荷軸穿過鍵合頭，該夾體設(shè)置在該負荷軸的一端以用于固定待鍵合的晶粒；鍵合力馬達， 其用于沿著移動軸線在朝向和背離晶粒鍵合位置的方向上驅(qū)動負荷軸；旋轉(zhuǎn)馬達，其用于 圍繞平行于移動軸線的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)負荷軸；耦合器，其用于將負荷軸耦接到鍵合力馬達； 其中，該耦合器還包含有軸承，該軸承被配置來使得負荷軸實現(xiàn)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線相對于該鍵 合力馬達旋轉(zhuǎn)。參閱后附的描述本發(fā)明實施例的附圖，隨后來詳細描述本發(fā)明是很方便的。附圖 和相關(guān)的描述不能理解成是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的特點限定在權(quán)利要求書中。


根據(jù)本發(fā)明較佳實施例所述的具體實施方式
，結(jié)合附圖很容易理解本發(fā)明，其 中
圖1所示為包含有氣壓缸以提供鍵合力的一種傳統(tǒng)晶粒鍵合機的側(cè)視示意圖。圖2所示為根據(jù)本發(fā)明較佳實施例所述的包含有鍵合頭的晶粒鍵合機的側(cè)視示 意圖，該鍵合頭產(chǎn)生大的鍵合力。
具體實施例方式在此本發(fā)明較佳實施例將結(jié)合附圖進行描述。圖2所示為根據(jù)本發(fā)明較佳實施例所述的包含有鍵合頭12的晶粒鍵合機10的側(cè) 視示意圖，該鍵合頭產(chǎn)生大的鍵合力。鍵合頭12包含有夾體14 ；第一馬達或鍵合力馬達 16，其較佳地為線性馬達或氣壓缸。在圖2中描述了一種線性馬達，其通常包括鍵合力馬達 轉(zhuǎn)子(forcer) 18和鍵合力馬達定子20。鍵合力馬達16通過負荷軸(load shaft)22有效 地連接到夾體14上，負荷軸22穿過鍵合頭12。夾體14設(shè)置在負荷軸遠離鍵合力馬達16 的一端。鍵合力馬達16沿著移動軸線如ζ軸，并在朝向和背離襯底24上的晶粒鍵合位置 的方向上驅(qū)動負荷軸22，該襯底24設(shè)置在鍵合平臺26上。夾體14使用真空吸附或使用夾 子(gripper)拾取和固定晶粒28，并將晶粒28鍵合到襯底24上的晶粒鍵合位置。鍵合力 馬達16連同鍵合頭12 —起使得晶粒鍵合機10能夠產(chǎn)生大的鍵合力以將晶粒28鍵合到襯 底24上。負荷軸22通過耦合器，如磁耦合器30耦接到鍵合力馬達16上。雖然鍵合力馬達16和負荷軸22的ζ軸移動相耦接，但是磁耦合器30使得鍵合力馬達16能夠?qū)崿F(xiàn)自負荷軸 22的任何旋轉(zhuǎn)動作中斷開。所以，磁耦合器30使得將氣壓缸用作為鍵合力馬達16是可行 的，因為當固定有晶粒28的夾體14旋轉(zhuǎn)時，氣壓缸將會自負荷軸22的旋轉(zhuǎn)動作中斷開。磁耦合器30可以包括以球體32形式存在的軸承和耦合器磁體34。球體32可以 是鋼制成，其嵌入在以耦合器球體固定器36形成存在的球體底座支架中，該耦合器球體固 定器36由磁性材料制成，空間上和耦合器磁體34相隔開。耦合器球體固定器36可以固定 在負荷軸22或者鍵合力馬達16 二者之一上，耦合器磁體34可以固定在鍵合力馬達16或 負荷軸22中的另一個上。耦合器磁體34可以有效地在耦合器球體固定器36上提供磁性 牽引力，其吸引負荷軸22和鍵合力馬達16朝向彼此。
對于低鍵合力的應(yīng)用而言，鍵合力馬達16連同磁性牽引力一起可以提供向上的 力以抵消夾體14和負荷軸22的重量。設(shè)置在耦合器磁體34和耦合器球體固定器36之間 的球體32能夠可旋轉(zhuǎn)地在球形接觸點處接觸耦合器磁體34。所以，負荷軸22可以圍繞旋 轉(zhuǎn)軸相對于鍵合力馬達16旋轉(zhuǎn)，以便于鍵合力馬達16自負荷軸22的旋轉(zhuǎn)動作中斷開(去 耦)。同時，當在傾斜校準機構(gòu)38的幫助下調(diào)整夾體14相對于鍵合平臺26的共面性時，磁 耦合器30提供了 XY方向上的某些自由度。傾斜校準機構(gòu)38耦接到鍵合頭12上以改變負 荷軸22圍繞磁耦合器30相對于鍵合力馬達16的傾斜角度。第二馬達或者通用馬達，如ζ馬達40，通過鍵合頭支架42被連接到鍵合頭12和鍵 合力馬達16上，并驅(qū)動鍵合頭12和鍵合力馬達16沿著ζ軸移動通過較大的距離。當ζ馬 達40驅(qū)動耦接到鍵合頭支架42上的ζ滑座44相對于ζ軸移動平臺46移動時，這種驅(qū)動 動作得以提供。鍵合力馬達16和ζ馬達40 二者也同樣被裝配在支撐結(jié)構(gòu)52上。旋轉(zhuǎn)馬達48可以安裝在鍵合頭12上，并有效地連接到負荷軸22上以通過旋轉(zhuǎn)馬 達48的馬達動子54圍繞平行于ζ軸的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)負荷軸22和夾體14。在晶粒28被 鍵合到襯底24以前，這使得被拾取的晶粒28實現(xiàn)了相對于襯底24的角度方位的調(diào)整和補 償。旋轉(zhuǎn)馬達48通過設(shè)置在鍵合力馬達16的力施加路徑(force application path)中 的磁耦合器30從鍵合力馬達16斷開。旋轉(zhuǎn)馬達48同樣也從ζ馬達40斷開以便于旋轉(zhuǎn)馬 達48可有效地將負荷軸22相對于ζ馬達40旋轉(zhuǎn)。晶粒鍵合機10還包含有下檢查光學(xué)設(shè)備(圖中未示)和上檢查光學(xué)設(shè)備(圖中未 示)，以用于將晶粒28和襯底24對齊定位的目的。在操作中，從下檢查光學(xué)設(shè)備中所拍攝 的晶粒28的圖像被捕獲以便于得以確定晶粒28相對于襯底24的相對位置。晶粒28通過 往復(fù)式輸送機(shuttle conveyor)(圖中未示)被傳送到和在鍵合頭12下方以進行晶粒 28的拾取。在水平面上的X-Y補償通過被X-Y平臺驅(qū)動的另一個往復(fù)式輸送機(圖中未示) 得以完成。在下檢查光學(xué)設(shè)備的幫助下，在鍵合頭12拾取晶粒28和將夾體14對齊定位于晶 粒28以前，θ補償同樣也可以得以進行。通過設(shè)置在負荷軸22和鍵合頭12之間的、位于 馬達動子54上的滑動軸承(slidable bearing) 50，負荷軸22可相對于旋轉(zhuǎn)馬達48和鍵 合頭12滑動。當負荷軸22被大的鍵合頭馬達16所驅(qū)動時，滑動軸承50使得負荷軸22能 夠在ζ軸上相對于鍵合頭12重新定位自身。該X-Y和θ補償確保晶粒28被夾體14拾取 時，該晶粒28和夾體14準確地對齊定位。往復(fù)式輸送機移動離開，然后晶粒28的圖像被上檢查光學(xué)設(shè)備所捕獲，以便于得以確定晶粒28相對于襯底24的位置。然后，在執(zhí)行完成鍵合以前，使用觀察襯底24的視 覺定位系統(tǒng)(圖中未示)根據(jù)襯底24的方位，將鍵合頭12旋轉(zhuǎn)并對齊定位晶粒28。ζ馬達40通過ζ滑座44向下驅(qū)動鍵合頭12，并且一旦晶粒28接觸襯底24和接 收到來自觸地傳感器(touch-down sensor)的反饋信號，那么ζ馬達40停止運轉(zhuǎn)。和鍵合 頭12的旋轉(zhuǎn)中心共軸設(shè)置的鍵合力馬達16通過負荷軸22和夾體14直接施加大的壓縮力 到晶粒28上。較合適地，僅僅只有鍵合力馬達16而非ζ馬達40在晶粒28上產(chǎn)生ζ軸內(nèi) 驅(qū)式(drive-in)移動，以施加向下的鍵合力而將晶粒28鍵合在襯底24的鍵合位置處。裝 配在鍵合頭支架42上的鍵合頭12通過負荷軸22和這個ζ軸驅(qū)動移動斷開，該負荷軸22 可相對于鍵合頭12滑動移動。以這種方式，在晶粒28接觸襯底24之后，晶粒28朝向襯底 24的大的內(nèi)驅(qū)式移動所導(dǎo)致的鍵合負載沒有被傳遞到鍵合頭支架42。因此，沒有負載直接 從鍵合頭12通向鍵合頭支架42和ζ軸移動平臺46，它們從而從ζ軸驅(qū)動移動中斷開。這 樣避免了鍵合頭支架42和ζ軸移動平臺46的形變，以致于基于結(jié)構(gòu)形變所引起的放置錯 誤得以避免。由于在晶粒28接觸襯底24之后不存在通過ζ馬達40的內(nèi)驅(qū)式移動，所以基 于ζ軸移動平臺46的搖擺、傾斜和偏移所引起的放置錯誤同樣也得以避免。值得欣賞的是，根據(jù)本發(fā)明較佳實施例所述的晶粒鍵合機10在滿足晶粒28非傾 側(cè)式和旋轉(zhuǎn)偏差補償?shù)男枰耐瑫r，實現(xiàn)了具有精確度的大鍵合力的晶粒鍵合。磁耦合器 30使得鍵合力馬達16在保持耦接到鍵合頭12的ζ軸移動的同時，從負荷軸22的旋轉(zhuǎn)動作 中去耦斷開。由于磁耦合器30在鍵合頭12和鍵合力馬達16之間耦接軸向移動和去耦旋 轉(zhuǎn)動作，所以對于旋轉(zhuǎn)的鍵合頭應(yīng)用而言，諸如氣壓缸之類的非旋轉(zhuǎn)式鍵合力驅(qū)動機構(gòu)能 夠被用作為鍵合力馬達16。當使用傾斜校準機構(gòu)38調(diào)整夾體14相對于鍵合平臺26的共 面性時，磁耦合器30所提供的球面接觸點同樣也提供了 XY方向上的自由度。而且，使用來自鍵合力馬達16的力，通過負荷軸22和夾體14，壓縮負載直接作用 在晶粒28上。同樣，磁性牽引力也被設(shè)計成足夠大以抵消夾體14和負荷軸22的重量，以 便于通過來自鍵合力馬達16的向上的拉力，得以適用于低的鍵合力。另外，由于使用負荷軸22而實現(xiàn)鍵合力馬達16和ζ馬達40、旋轉(zhuǎn)馬達48去耦分 離，所以在晶粒鍵合期間使用大鍵合力時，基于鍵合頭支架42和ζ軸移動平臺46的結(jié)構(gòu)形 變而引起的鍵合頭12的放置錯誤得以減少。θ補償同樣也得以實現(xiàn)以修正任何的晶粒偏 差。由于沒有負載(load)通過鍵合頭支架42和ζ軸移動平臺46，它們已經(jīng)自鍵合力馬達 16去耦分離，所以基于ζ軸內(nèi)驅(qū)式移動和晶粒傾斜所引起的放置漂移同樣也得以避免。此處描述的本發(fā)明在所具體描述的內(nèi)容基礎(chǔ)上很容易產(chǎn)生變化、修正和/或補 充，可以理解的是所有這些變化、修正和/或補充都包括在本發(fā)明的上述描述的精神和范 圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種晶粒鍵合機，其包含有鍵合頭，其包含有負荷軸和夾體，該負荷軸穿過鍵合頭，該夾體設(shè)置在該負荷軸的一端 以用于固定待鍵合的晶粒；鍵合力馬達，其用于沿著移動軸線在朝向和背離晶粒鍵合位置的方向上驅(qū)動負荷軸；旋轉(zhuǎn)馬達，其用于圍繞平行于移動軸線的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)負荷軸；耦合器，其用于將負荷軸耦接到鍵合力馬達；其中，該耦合器還包含有軸承，該軸承被配置來使得負荷軸實現(xiàn)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線相對于 該鍵合力馬達旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的晶粒鍵合機，其中，該鍵合力馬達是線性馬達，其包含有馬達轉(zhuǎn) 子和馬達定子。
3.如權(quán)利要求1所述的晶粒鍵合機，其中，該旋轉(zhuǎn)馬達安裝在該鍵合頭上。
4.如權(quán)利要求1所述的晶粒鍵合機，該晶粒鍵合機還包含有滑動軸承，其位于負荷軸和鍵合頭之間，并被配置來使得負荷軸實現(xiàn)沿著移動軸線相 對于鍵合頭移動。
5.如權(quán)利要求1所述的晶粒鍵合機，其中，該軸承包含有球體，該球體嵌入在球體底座 支架中。
6.如權(quán)利要求5所述的晶粒鍵合機，其中，該球體是鋼制成的。
7.如權(quán)利要求5所述的晶粒鍵合機，其中，該球體底座支架固定在負荷軸或者鍵合力 馬達上。
8.如權(quán)利要求7所述的晶粒鍵合機，該晶粒鍵合機還包含有耦合器磁體，其和球體底座支架空間上相分離，并固定在鍵合力馬達或者負荷軸中的 另一個上，該耦合器磁體被用來提供用于負荷軸和鍵合力馬達相互彼此吸引的磁力。
9.如權(quán)利要求8所述的晶粒鍵合機，其中，該球體底座支架是用磁性材料制成，該耦合 器磁體在該球體底座支架上產(chǎn)生磁性牽引力。
10.如權(quán)利要求8所述的晶粒鍵合機，其中，該球體設(shè)置在該耦合器磁體和該球體底座 支架之間，并在球面接觸點處可旋轉(zhuǎn)地和該耦合器磁體接觸。
11.如權(quán)利要求1所述的晶粒鍵合機，該晶粒鍵合機還包含有通用馬達，其有效地耦接到鍵合頭和鍵合力馬達上，以沿著移動軸線移動鍵合頭和鍵 合力馬達。
12.如權(quán)利要求11所述的晶粒鍵合機，其中，該旋轉(zhuǎn)馬達用來相對于該通用馬達旋轉(zhuǎn) 負荷軸。
13.如權(quán)利要求11所述的晶粒鍵合機，其中，在晶粒鍵合期間，僅僅只有鍵合力馬達而 非通用馬達被用來施加晶粒鍵合力。
14.如權(quán)利要求1所述的晶粒鍵合機，該晶粒鍵合機還包含有傾斜校準機構(gòu)，其與鍵合頭相耦接以改變負荷軸圍繞軸承相對于鍵合力馬達的傾斜角
全文摘要
本發(fā)明公開了一種晶粒鍵合機，其包含有鍵合頭，其包含有負荷軸和夾體，該負荷軸穿過鍵合頭，該夾體設(shè)置在該負荷軸的一端以用于固定待鍵合的晶粒；鍵合力馬達，其用于沿著移動軸線在朝向和背離晶粒鍵合位置的方向上驅(qū)動負荷軸；旋轉(zhuǎn)馬達，其用于圍繞平行于移動軸線的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)負荷軸；耦合器，其用于將負荷軸耦接到鍵合力馬達；其中，該耦合器還包含有軸承，該軸承被配置來使得負荷軸實現(xiàn)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線相對于該鍵合力馬達旋轉(zhuǎn)。
文檔編號H01L21/68GK102005399SQ20101025408
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月2日
發(fā)明者吳賢歡, 蓋瑞 彼得 湋多森, 許漢超 申請人:先進自動器材有限公司