專利名稱：具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置，尤指一種將芯片從圓片分離、并選擇是否將芯片翻面后再定位于一基底上的芯片接合裝置。
一般的集成電路(Integrated Circuit，簡稱為IC)的封裝(Packaging)過程，如果以引線架(Lead Frame)的IC元件為例，大體上可概略分為芯片粘合(Die Bonding)、引線接合(WireBonding)、模鑄(Molding)、切割(Cutting & Trimming)、以及彎腳成形(Lead Forming)等五大步驟。若是以球柵陣列接腳基底(BallGrid Array Substrate，簡稱BGA)IC封裝元件而言，則沒有彎腳成形的步驟，而是在模制與切割步驟之間增加一焊球連接(Solder BallAttaching)的步驟。其中，由于芯片焊接(即，將芯片與引線架或是基底接合)的定位精確度，將直接影響到后續(xù)制造過程的進行及最終封裝成品的可靠度(Reliability)，因此一直是IC封裝領域致力改良的課題。
例如，

圖1表示一種常用的芯片接合裝置。主要是將一分割成許多芯片2(Chip)單元的圓片1(Wafer)置放于一可旋轉的圓片臺3，通過一芯片取出裝置4在圓片臺3上選取一芯片2后置于一旋轉臺5上，經(jīng)由位置檢測修正裝置6調(diào)整芯片2的角度定位后，再由一接合裝置7將芯片2取起并粘貼至一引線架8上。這種芯片接合裝置的優(yōu)點之一，在于該圓片臺3可進行旋轉運動，以便將預定要被取出的芯片2移動至較接近芯片取出裝置4附近，如此可縮短芯片2取出裝置的移動行程，并縮短芯片粘合過程、提高封裝效率。并且，更由于芯片取出裝置4所需移動的工作空間的縮小，使得芯片接合裝置的體積設計得以縮小，以減少機臺空間的占用。此外，由于圓片臺3上的圓片1在旋轉后會有角度上的改變，因此，在旋轉臺5上的位置檢測修正裝置6可檢測出旋轉臺5上的芯片2的角度偏移量，進而加以旋轉并調(diào)整至精確的角度定位，如此便能提高將芯片2接合至導線架8時的定位精確度，且又能兼顧不影響到芯片粘合的效率。
但是，如圖1所示的芯片接合裝置，只能適用于傳統(tǒng)的芯片2的工作面(Active Side，即，具有集成電路配置的面)朝上，并且芯片2的非工作面朝下貼附于引線架8上的傳統(tǒng)封裝結構。對于某些需要將芯片2翻面、需使芯片2的工作面貼附在引線架8(或是基底)的封裝元件來說，圖1所示的常用的芯片接合裝置便完全無法達到這一功能。目前，對于一些例如基片上引線(Lead On Chip，簡稱LOC)、翻轉芯片(FlipChip)球柵陣列接腳(BGA)或是部分的膠片自動壓合(Tape AutomatedBonding，簡稱TAB)球柵陣列接腳BGA等形式的封裝元件，多是需將芯片的工作面朝向引線架(或基底)的方向來進行芯片粘合過程?，F(xiàn)今的技術除了LOC封裝有使用以芯片在下、引線架在上的方式，來將芯片朝上貼合至引線架的芯片粘合方式之外，其它的方式均牽涉到以復雜的旋轉裝置來翻轉芯片，常用的芯片翻轉裝置除了因設計特殊、復雜而使得成本增加之外，更由于此一翻轉的動作將造成芯片定位誤差量的增大或是增加動作時間，間接導致封裝合格率或是芯片粘合效率的降低。
除了上述的缺點之外，現(xiàn)今常用的芯片接合裝置都具有一相同的缺點，即，現(xiàn)有技術全部必須針對某一種IC封裝產(chǎn)品設計出一適用的獨特芯片接合裝置(芯片粘合)。例如，傳統(tǒng)用來進行不翻轉芯片而將芯片的非工作面朝下貼合于引線架上方的芯片接合裝置，便無法用于需要翻轉芯片的IC封裝產(chǎn)品上。反之亦然，那些具有芯片翻轉裝置、且結構較復雜的芯片接合裝置，也絕對無法轉用于生產(chǎn)那些不需翻轉芯片的IC封裝產(chǎn)品上。工廠為了滿足客戶對不同IC封裝產(chǎn)品的要求，將會因為傳統(tǒng)芯片接合裝置的不可轉用性、而被迫添購許多芯片粘合設備，這些針對不同IC封裝產(chǎn)品所分別購買的芯片粘合設備不僅大部分時間處于閑置的狀態(tài)而造成廠房空間的占用，且更將導致設備成本的提高、資金閑置、及設備折舊的財務損失，對于本國廠商在國際上的競爭力的提高確實是一極大的障礙。
因此，本實用新型的主要目的是提供一種具有可翻轉芯片功能的芯片接合裝置，不僅其芯片翻轉的裝置簡單、制造成本低廉，且芯片即使在翻轉之后仍可再進行精確的定位調(diào)整動作，確保芯片粘合過程的正確性，尤其，更重要的是，本實用新型的芯片接合裝置可在進行芯片粘合過程中，選擇將芯片翻轉或不翻轉，因此使得本實用新型的芯片接合裝置可適用于需翻轉或不需翻轉芯片的IC封裝產(chǎn)品上，而可大幅減少購置芯片接合裝置的成本、并提高產(chǎn)業(yè)的競爭力。
為達上述之目的，本實用新型的具可翻轉芯片功能的芯片接合裝置包括有一置芯座，其上可承載有多個芯片；一芯片微調(diào)單元，其上可承載有一芯片，且該芯片微調(diào)單元可對其所承載的該芯片進行定位微調(diào)動作，以便將該芯片的角度精確調(diào)整至一預定角度；一芯片翻面單元，可對其所承載的一芯片進行一百八十度的翻面動作后、將芯片放置于芯片微調(diào)單元上；一芯片選取單元，可從置芯座上選取一芯片并選擇置放于芯片微調(diào)單元與芯片翻面單元的其中一個之上；
一芯片粘合單元，可將芯片微調(diào)單元上的芯片取出并接合至一底材。(其可為引線架或球柵陣列接腳BGA基底)上；以及一控制單元，連接于前述各單元以控制并協(xié)調(diào)各單元的動作，且該控制單元可發(fā)出一控制信號指示該芯片選取單元將芯片置放于芯片微調(diào)單元或是芯片翻面單元上。因此，通過控制單元指示芯片選取單元將芯片置放于芯片微調(diào)單元上，可使芯片在不被翻轉的狀態(tài)下，便由芯片粘合單元將芯片接合至底材上。而當控制單元指示芯片選取單元將芯片置放于芯片翻面單元時，芯片翻面單元將會把芯片翻面后才置于芯片微調(diào)單元上，于是芯片粘合單元所取起的芯片將會是已經(jīng)被翻面的芯片，并將芯片以工作面朝下的方向貼附至底材。如此一來，便達到了本實用新型的芯片接合裝置可在進行芯片粘合過程時選擇將芯片翻轉或不翻轉的目的。并且，由于芯片在翻面后會再經(jīng)由芯片微調(diào)單元來精密調(diào)整芯片的位置與角度，因此更可確保芯片粘合的精確度。
本實用新型的具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置，還包括有一置芯座定位調(diào)整單元以及一圓片定位檢測單元，該圓片定位檢測單元設置于置芯座上一適當高度，可檢測置芯座上所承載的多個芯片的角度方位，并通過置芯座定位調(diào)整單元旋轉該置芯座以便將該多個芯片的角度調(diào)整至預定角度，以供芯片選取單元進行選取動作。
該芯片微調(diào)單元包括有一芯片承載臺及一承載臺驅動馬達，且在芯片承載臺上一適當高度處設置有一芯片定位檢測單元，可用芯片定位檢測單元來檢測芯片承載臺上所承載的芯片的位置，并通過承載臺驅動馬達驅動芯片承載臺轉動，來微調(diào)芯片承載臺上的芯片的精確定位。
其中，該芯片翻面單元包括有一轉臂；一吸芯爪，設于轉臂的一端；及一轉臂驅動馬達，可驅動轉臂以其另一端為軸在一第一位置及一第二位置之間進行樞轉運動，當該轉臂位于第一位置時恰好可供芯片選取單元將芯片置放于吸芯爪上，且當轉臂被轉臂驅動馬達帶動而回轉約180度至第二位置時，吸芯爪上的芯片正好以上下顛倒的狀態(tài)被置于芯片微調(diào)單元上。通過此種結構，本實用新型的芯片翻面單元的裝置相對簡單、控制軟件的設計容易、且制造成本亦較低廉。
該轉臂由第一位置樞轉至第二位置的旋轉角度約為180度。
該轉臂的吸芯爪設有抽氣的吸盤以便其上的芯片吸附定位于吸芯爪上，通過將吸盤暫停抽氣可使芯片脫離吸芯爪。
該芯片接合裝置更包括有一芯片粘合定位檢測單元，其設置于該底材上一適當高度處，可用于檢測底材是否位于預定的芯片粘合位置。
該芯片粘合單元包括有一取芯片裝置、一底材輸送裝置、及一上膠裝置，該底材輸送裝置用于將多個底材一個個地依次輸送至一預定上膠位置、上膠后繼續(xù)送至預定芯片粘合位置，該取芯片裝置則用于將芯片微調(diào)單元上的芯片取起并接合至位于預定芯片粘合位置的該底材上。
該底材為一引線架。
該底材為一BGA球柵陣列接腳基底。
綜上所述，本實用新型的芯片接合裝置，不僅芯片翻轉的裝置簡單、制造成本低廉，且芯片即使在翻轉之后仍可再進行定位的精確調(diào)整動作，確保芯片粘合過程的良好率，尤其更重要的是，本實用新型的芯片接合裝置可在進行芯片粘合過程中，選擇將芯片翻轉或不翻轉，因此使得本實用新型的芯片接合裝置可適用于需翻轉或不需翻轉芯片的IC封裝產(chǎn)品上，因而可大幅減少購置芯片接合裝置的成本、并提高產(chǎn)業(yè)競爭力，完全克服現(xiàn)有技術所具有的種種欠缺。
以下通過實施例結合附圖詳細說明本實用新型圖1是以往的芯片接合裝置的示意圖；圖2是本實用新型的芯片接合裝置的一較佳實施例示意圖3是本實用新型的芯片接合裝置中的芯片翻面單元的動作示意圖。
本實用新型所提出的具有可翻轉芯片功能的芯片接合裝置的主要特征，是在已知置芯座與芯片微調(diào)單元之間，增設一芯片翻面單元。并且，通過一控制單元的控制，可選擇將一芯片由置芯座取出后直接放于芯片微調(diào)單元上而跳過芯片翻轉的動作、或是選擇將該芯片由置芯座取出后先放于芯片翻面單元上進行翻面動作后再放置于芯片微調(diào)單元上，如此便可達到對是否將芯片翻轉進行選擇、且又同時兼顧到對芯片翻轉后所產(chǎn)生的角度定位誤差加以微調(diào)修正的目的。
圖2及圖3為本實用新型的具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置20的一較佳實施例，主要包括有一置芯座21、一置芯座定位調(diào)整單元22、一圓片定位檢測單元23、一芯片選取單元24、一芯片翻面單元25、一芯片微調(diào)單元26、一芯片定位檢測單元27、一芯片粘合單元28、一芯片粘合定位檢測單元29、及一控制單元30。該控制單元30連接于前述的各單元以控制并協(xié)調(diào)各單元的動作。
該置芯座21上可承載有一圓片31(Wafer)，該圓片31預先被切割成多個獨立可分離的芯片32(Chip，或稱為Die)。在置芯座21連接有該置芯座定位調(diào)整單元22以及圓片定位檢測單元23。圓片定位檢測單元23設置于置芯座21上一適當高度，可檢測置芯座21上所放置的多個芯片32的角度方位，并通過置芯座定位調(diào)整單元22旋轉該置芯座21以便將多個芯片32的角度調(diào)整至預定角度，以供該芯片選取單元24進行選取動作。這種通過置芯座定位調(diào)整單元22來旋轉該置芯座21的好處之一，便是置芯座21上的芯片32可被旋轉至較接近芯片選取單元24的工作位置處附近，如此便可縮短芯片選取單元24選取芯片32所需移動距離的往返行程，除可因此加速芯片粘合速度之外，也可因移動行程的縮短而減小芯片選取單元24動作時所需的工作空間、使得芯片接合裝置的體積設計得以縮小，此外，更可降低機臺裝置設計的困難度。
該芯片選取單元24，可由置芯座21上選取一芯片32并選擇置放在芯片微調(diào)單元26與芯片翻面單元25的其中一個之上。該芯片選取單元24為一由數(shù)個伺服馬達所驅動的機械手臂，可進行如圖2所示的X-Y軸方向的較長距離的平移運動、以及Z軸方向上的小幅提放動作，由于這種機械手臂式的芯片選取單元24在現(xiàn)有的芯片接合裝置上為非常普遍的裝置，并非本實用新型的主要技術特征，故在此將不加以陳述。
該芯片微調(diào)單元26上可放置有一芯片(未圖示)，且該芯片微調(diào)單元26可對其所承載的該芯片進行定位微調(diào)動作，以便將該芯片的角度精確調(diào)整至一預定角度。在本較佳實施例中，該芯片微調(diào)單元26包括有一芯片承載臺261及一承載臺驅動電機262，且在芯片承載臺261上一適當高度處更設置有該芯片定位檢測單元27。該芯片定位檢測單元27可為一視覺檢視裝置，它可以捕捉芯片承載臺261上所承載的芯片的周邊形狀位置或標記點位置(圖中未示)，并進行與該視覺檢視裝置內(nèi)的一儲存記錄對比以取得一定位差值，然后便通過承載臺驅動電機262驅動芯片承載臺261轉動，直到前述的角度定位差值落入一預定的可容許范圍之內(nèi)，也就是說，由芯片定位檢測單元27(視覺檢視裝置)所捕捉到的芯片的定位位置與其所儲存記錄資料之間的定位差值小于一定程度時(即，位置相同時)為止，如此便可達到以芯片定位檢測單元27及芯片微調(diào)單元26來微調(diào)芯片承載臺261上的芯片的精確角度定位的目的。
該芯片粘合單元28，可將位于芯片微調(diào)單元26上的芯片取出并接合至一底材33上。在一較佳實施例中，本實用新型的芯片接合裝置20運用于以引線架(Lead Frame)為底材33的IC封裝(Packaging)過程。然而，任何熟習半導體封裝技術人員，可以顯而易知地將本實用新型的芯片接合裝置20運用于球柵陣列接腳(BGA)IC封裝過程，而此時則是將BGA基底，或是膠片自動壓合式基底(TAB Tape)作為前述用來接合芯片的底材33。
在本較佳實施例中，該芯片粘合單元28可包括有一取芯片裝置281、一底材輸送裝置282、及一上膠裝置283。該底材輸送裝置282將多個底材33一個一個地依次輸送至一預定上膠位置，由上膠裝置283對預定上膠位置處的該底材33進行上膠，即，覆上非導電的粘結材料(例如，俗稱為銀膠液的環(huán)氧樹脂Epoxy、或是熱熔性雙面膠帶Dual-SidedAdhesive Tape等)后，再由底材輸送裝置282繼續(xù)將底材33輸送至一預定芯片粘合位置。該取芯片裝置281如圖2所示，通常為一可進行X-Y軸方向的較長距離的平移運動、以及Z軸方向上的小幅提放動作的一機械手臂。該取芯片裝置281將芯片微調(diào)單元26上的芯片取起并接合至位于預定芯片粘合位置的該底材33上，以完成IC封裝的芯片粘合過程。值得注意的是，該取芯片裝置281在將芯片從芯片微調(diào)單元26上取起并移動至該預定芯片粘合位置的過程中，也將同時對該芯片在X-Y軸方向所可能具有的定位誤差進行調(diào)整，以確保芯片粘合過程的精確度。之后，該底材33連同芯片將根據(jù)實際需要而進行進一步的烘烤(對于引線架式IC而言)、或是回焊(對于TAB BGA IC封裝而言)、或是其它相關后續(xù)過程，由于此一部分已不是本實用新型的技術特征，故在此將不再加以陳述。
在較佳實施例中，該芯片接合裝置20還可包括有一芯片粘合定位檢測單元29，其可為一類似于前述的視覺檢視裝置，且設置于前述預定芯片粘合位置上方一適當高度處，可用于檢測底材33是否位于預定的芯片粘合位置、或該芯片粘合單元28是否將芯片32接合至底材33的正確位置上。
本實用新型的最主要特征在于，本實用新型的該芯片接合裝置20還包括有一芯片翻面單元25，其設置于芯片選取單元24與芯片微調(diào)單元26之間，可對一芯片32進行180度的翻面動作，并且，本實用新型的控制單元30可發(fā)出一控制信號，“選擇”指示將芯片32由置芯座21取出后直接放置到芯片微調(diào)單元26上(不翻轉芯片)，或是將芯片32先放到芯片翻面單元25上由其進行翻面動作后再放到芯片微調(diào)單元26上。并且，由于芯片32在翻面后會再經(jīng)由芯片微調(diào)單元26來精密調(diào)整芯片的位置與角度，因此更可確保芯片粘合的精確度。
圖2與圖3表示本實用新型的芯片翻面單元25的一較佳實施例，該芯片翻面單元25包括有一轉臂251、一吸芯爪252設于轉臂251的一端、及一轉臂驅動馬達253可驅動轉臂251以其另一端254為軸在第一位置及第二位置之間進行樞轉運動。由于該轉臂251由第一位置樞轉至第二位置的旋轉角度約為180度，因此可達到將芯片的作動面正好翻轉180度的目的。通過這種180度旋轉的轉臂251結構來翻轉芯片，可使得本實用新型的芯片翻面單元25的裝置相對簡單(僅需通過一馬達253帶動轉臂251進行樞轉)、控制軟件的設計容易(僅有一維的旋轉位移，無搭配X、Y、或Z軸的平移運動)、且制造成本較低廉。
該轉臂251的吸芯爪252上設有可進行抽氣的吸盤以便將其上的芯片(未圖示)吸附定位于吸芯爪252上，通過將吸盤暫停抽氣可使芯片脫離吸芯爪252，如此便可達到以吸芯爪252來取、放一芯片的目的。
當該轉臂251位于第一位置時，恰好可供芯片選取單元24將芯片32置放于吸芯爪252上，并通過吸芯爪252來吸取固定芯片使其不至于脫離轉臂251。然后，通過轉臂驅動馬達253來帶動該轉臂251回轉運動至第二位置時，吸芯爪252上的芯片正好以上下顛倒的狀態(tài)被置于芯片微調(diào)單元26上，然后吸芯爪252便將芯片釋放于芯片微調(diào)單元26上。并由芯片微調(diào)單元26進行該芯片的精密角度定位調(diào)整動作。
由以上所述可知，當操作者(User)欲進行一翻轉芯片的IC封裝過程時，操作者只要向控制單元30下達一指令，控制單元30便可依據(jù)其內(nèi)部建立的程序，去控制芯片選取單元24將芯片32置放于吸芯爪252上，于是，該芯片便會隨著轉臂251的回轉運動而被芯片翻面單元25翻面，之后再進行后續(xù)的芯片微調(diào)單元26的定位調(diào)整、以及芯片粘合單元28的芯片粘合動作。倘若操作者(User)想進行不翻轉芯片的IC封裝過程時，操作者只要向控制單元30下達另一指令，控制單元30便可依據(jù)其內(nèi)部建立的程序，去控制芯片選取單元24直接把芯片32置放于芯片微調(diào)單元26上，而略去芯片翻面的動作，僅直接進行芯片微調(diào)單元26的定位調(diào)整、以及芯片粘合單元28的芯片粘合動作。如此一來，本實用新型之芯片接合裝置20便可輕易達到在進行芯片粘合過程時選擇將芯片翻轉或不翻轉的目的。并且，由于芯片32在翻面后會再經(jīng)由芯片微調(diào)單元26來精密調(diào)整芯片32的角度、并由取芯片裝置281來精確調(diào)整芯片在X-Y軸方向的定位誤差，因此更可確保芯片芯片粘合的精確度。
值的一提的是，本實用新型的具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置20雖然增加了一芯片翻面單元25，然而卻不會影響到芯片粘合效率，這是因為本實用新型的芯片選取單元24、芯片翻面單元25、及芯片粘合單元28的動作其實是可同時進行的。也就是說，當芯片選取單元24將芯片放置于芯片翻面單元25后，雖然芯片翻面單元25接著會在芯片微調(diào)單元26上將芯片翻面，然而此時芯片選取單元24同時又可回到置芯座21選取下一個芯片而不需等待芯片翻面單元25的動作完成，當然，當芯片粘合單元28在進行前一芯片的芯片粘合過程時，芯片翻面單元25也同時正在處理下一芯片的翻面動作。因此幾乎不會造成芯片粘合效率的降低。
當然，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，不應認為是對本實用新型的范圍的限定。所以，凡根據(jù)本實用新型的內(nèi)容所作的部分修改，而未違背本實用新型的精神時，均應屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置，包括一可承載有多個芯片的置芯座、一可從置芯座選取一芯片的芯片選取單元、一可對芯片定位進行微調(diào)的芯片微調(diào)單元、以及一可將芯片微調(diào)單元上的芯片取起并接合至一底材上的芯片粘合單元，其特征在于該芯片接合裝置還包括有一芯片翻面單元，該芯片翻面單元設置于芯片選取單元與芯片微調(diào)單元之間。
2.如權利利要求1所述的具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置，其特征在于，還包括有一置芯座定位調(diào)整單元以及一圓片定位檢測單元，該圓片定位檢測單元設置于置芯座上一適當高度。
3.如權利要求1所述的具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置，其特征在于，該芯片微調(diào)單元包括有一芯片承載臺及一承載臺驅動馬達，且在芯片承載臺上一適當高度處設置有一芯片定位檢測單元。
4.如權利要求1所述的具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置，其特征在于，該芯片翻面單元包括有一轉臂；一吸芯爪，設于轉臂的一端；及一轉臂驅動馬達。
5.如權利要求4所述的具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置，其特征在于，該轉臂由第一位置樞轉至第二位置的旋轉角度約為180度。
6.如權利要求4所述的具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置，其特征在于，該轉臂的吸芯爪設有抽氣的吸盤。
7.如權利要求1所述的具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置，其特征在于，該芯片接合裝置還包括有一芯片粘合定位檢測單元，該芯片粘合定位檢測單元設置于該底材上一適當高度處。
8.如權利要求1所述的具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置，其特征在于，該芯片粘合單元包括有一取芯片裝置、一底材輸送裝置、及一上膠裝置。
9.如權利要求1所述的具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置，其特征在于，該底材為一引線架。
10.如權利要求1所述的具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置，其特征在于，該底材為一球柵陣列接腳基底。
專利摘要一種具有翻轉芯片功能的芯片接合裝置,在現(xiàn)有的置芯座與芯片微調(diào)單元之間,增設一芯片翻面單元。通過一控制單元的控制,可選擇將一芯片由置芯座取出后直接放于芯片微調(diào)單元上而跳過芯片翻轉的動作、或是選擇將該芯片由置芯座取出后先放于芯片翻面單元上進行翻面動作后再放置于芯片微調(diào)單元上。如此便可選擇是否將芯片翻轉,使芯片接合裝置可應用于需將芯片翻面及不需翻面的兩種IC封裝上。
文檔編號H01L21/02GK2379914SQ9921413
公開日2000年5月24日 申請日期1999年6月14日 優(yōu)先權日1999年6月14日
發(fā)明者林景清, 吳生龍, 石敦智, 李品超 申請人:華東半導體工業(yè)股份有限公司