[发明专利]用于晶粒键合机的自动水平调整

说明书

技术领域

本发明涉及电子器件装配或封装过程中的晶粒键合，其中半导体晶粒被贴附到键合表面，如衬底。

背景技术

传统意义上，以半导体晶粒或集成电路形式存在的半导体器件被内置于封装件中。封装件提供了各种重要的功能，如保护器件避免受到机械和化学损坏。同时其也是互连具有下述封装水平的器件的桥梁。晶粒贴附是包含于封装工艺中多个步骤中的一个，其中晶粒被放置和贴附于形成在载体或衬底上的晶粒焊盘上。将晶粒贴附在晶粒焊盘上具有各种各样的方法，例如通过使用环氧树脂和粘合树脂作为粘合剂以将器件粘合在焊盘上，或者在完成焊料回流工艺以前，冲压焊盘上的焊剂和在晶粒的后表面使用焊料将晶粒放置在该焊剂上。

一种日益广泛使用的方法是使用涂抹有焊料的晶粒后表面直接将晶粒安装到加热的衬底上。当焊料和加热的衬底接触时，焊料将会融化，同时焊接形成于该衬底上。由于晶粒上的焊料通常是由低共熔合金的混合物制成，所以这种方法普遍被称之为共晶焊(eutectic diebonding)。

和纯金属相比，共晶焊充分利用了低共熔合金的熔点较低的优点。衬底的温度应该升高到晶粒后表面处焊料的熔点之上，以便于当器件和晶粒焊盘相接触时焊料立即熔化。当接下来衬底冷却的时候，金属焊接(metallurgical bond)将会形成在晶粒后表面和衬底的焊盘之间。对应于环氧树脂焊接，共晶焊的部分优点包括：较高的适合于晶粒的服务温度，晶粒和衬底之间的良好的热/电传导性，以及较高的可靠性。

图1是处于待命条件下的现有晶粒键合装置100的侧视示意图。晶粒键合装置100通常包括两个主要的部件，即：键合臂架102和键合臂104。键合臂104通过滑动机构连接到键合臂架102上，以便于键合臂104可相对于键合臂架102移动。夹体106被装配到键合臂104上，以通常使用真空吸力固定晶粒，并将其键合到键合表面上。

键合臂架102被驱动来进行上下的Z方向移动108，以将键合臂104和夹体106朝向或背离键合表面移动。键合臂104最好被预加负载，以通过夹体106施加一个向下的键合力在位于键合表面的晶粒上，不过其被配置有用于克服预载力的向上的Z方向移动106，此时夹体106和相对刚性的表面相接触。当夹体106和刚性的键合表面相接触的时候，键合臂104将会开始相对于键合臂架102向上移动110，同时键合臂架102会朝向键合表面更进一步移动。

晶粒键合装置100还包括接触传感器110，该接触传感器具有分别安装在键合臂架102和键合臂104上的分开独立的部件。接触传感器110的分开独立的部件在晶粒键合装置100的待命位置处是相互接触的。一旦由夹体106所固定的晶粒接触到刚性表面，和键合臂104经历相对于键合臂架102的向上移动110，接触传感器110的部件分开和接触得以侦测。

图2是完成键合时的图1中现有晶粒键合装置100的侧视示意图。夹体106固定有晶粒114，该晶粒将要被键合在键合表面116上。键合臂架102朝向预设定的键合水平面降低键合臂104，而晶粒114着陆于键合表面上。当晶粒114和刚性的键合表面接触的时候，接触传感器112的部件被分离，而晶粒和键合表面116的接触得以感测。在晶粒114和键合表面116接触时，键合臂架102将会朝向键合表面116更进一步轻微移动，以便于使用键合臂104上的预加负载而在晶粒114上施加键合力。使用这种键合力，晶粒114被键合在键合表面116上。应该注意的是，接触传感器112部件的分隔距离在图2中被放大，以仅仅便于阐述。

现有的晶粒键合装置100使用开环系统，其没有使得键合水平控制在键合过程中成为可能的回馈控制。“键合水平”意味着键合过程中键合臂架102所在的水平面，以便于在键合过程中晶粒114使用预定的键合力和键合表面116接触。一旦当设定晶粒键合装置100进行键合的时候，键合水平才得以调整。在键合水平被确定和设定之后，在晶粒键合装置100的整个连续运行过程中它将不会重新被调整。

然而，尤其是对于使用热量熔化晶粒上的焊料的共晶焊而言，夹体末端的水平相对于预设定的键合水平通常出现渐渐的变化，其归究于诸如夹体本体的热膨胀或夹体末端的磨损等原因。如果键合水平保持不变，在连续作业过程中不同的夹体末端的水平引起夹体106朝向衬底键合表面116不同的靠近速度，并且在键合过程中这引起作用在晶粒114和夹体116自身上不同的冲击力。