[发明专利]一种工件对准贴装装置及其方法

说明书

本发明提供一种工件对准贴装装置，包括：基板承载机构，用于固定基板并带动基板移动；芯片供给机构，用于在所述工件对准贴装装置的芯片供给位置提供芯片；芯片键合机构，用于从芯片供给机构拾取芯片，并在所述工件对准贴装装置的贴片工作区域位置将芯片贴装在基板的预定贴片位；其中，芯片供给位置和贴片工作区域位置分别位于相对于基板承载机构所在平面的固定的不同法线位置，芯片键合机构在芯片供给位置和贴片工作区域位置往复运动。本发明还提供一种工件对准贴装方法。本发明能够提高芯片的贴装精度和效率。

技术领域

本发明涉及半导体器件封装技术领域，尤其涉及一种工件对准贴装装置及其方法。

背景技术

随着现代信息科技的不断发展，集成电路芯片正在日益朝向高密度、高性能的方向发展。使用TO、DIP、PLCC、QFP等传统封装和互连技术制造的芯片已经很难满足日益提高的芯片性能需求，由此，例如倒装、扇出型封装、三维封装等将半导体封装和组装技术融为一体的先进封装技术应运而生，用于减少器件封装尺寸、提高互连密度、完善集成电路芯片性能、降低产品价格。

现有先进封装技术通常将半导体芯片贴装到在基板的X-Y平面上成行或成列排列的预定贴片位。为了提高良率，需要提高半导体芯片在基板上的贴装精度，降低半导体芯片的贴装位置在X和Y两个方向上的位置偏差。另外，为了降低半导体芯片大规模生产的封装成本，先进封装技术要求尽量缩短每个芯片的贴装时间。

在现有的贴装设备中，实现贴片既准又快的主要方案是利用真空吸附或者夹具将基板固定在水平放置的基板承载机构上，并由基板承载机构带动基板在X方向运动，将下一列沿Y方向排列的预定贴片位移动到贴片工作区并固定。位于供给机构上等待贴装的芯片则由位于基板承载机构上方、沿Y方向往返运动的芯片键合机构获取，并逐个运送至贴片工作区中的沿Y方向排列的预定贴片位，经由视觉对准系统修正芯片的X-Y位置误差后，将芯片贴装到基板上的预定贴片位上。在这种芯片贴装方案中，视觉对准系统通常由上视成像机构和下视成像机构组成，其中上视成像机构通常位于芯片键合机构从芯片供给机构向贴片工作区运动的路径上，当芯片键合机构带动芯片位于上视成像机构上方时，对芯片进行拍照和位置计算；下视成像机构通常位于芯片键合机构上，以便对基板上的预定贴片位进行拍照和位置计算。上视成像和下视成像机构计算的结果提供了芯片与预定贴片位的X-Y位置误差。

然而，上述芯片贴装方案在基板尺寸越来越大的情况下，芯片键合机构的运动行程也随之增大，降低了芯片贴装生产的效率。并且，芯片键合机构在把芯片贴装到沿Y方向排列的预定贴片位的过程中，每次贴装都需要运动到不同的Y方向位置，不利于运动精度的提高。另外，下视成像机构需要跟随芯片键合机构运动，视觉识别精度会受到芯片键合机构运动精度的影响，因此影响整体贴片精度。此外，芯片键合机构获取芯片后，需要在上视成像机构上方停留以便拍照计算位置误差，才能继续前往预定贴片位，该过程增加了贴片所需的总时间。

在现有的贴装设备中，另一类对准贴装方案是：芯片键合机构在X和Y方向固定，待贴装的芯片由芯片供给机构运送至键合机构下方并交接给键合机构，同时，位于键合机构下方的基板承载机构完成X和Y两个方向的运动，并将基板上的预定贴片位逐个运送至芯片键合机构下方。随后，上视成像、下视成像合二为一的机构运动至基板和芯片键合机构之间，同时完成对芯片和预定贴片区域的拍照和识别，计算出两者之间的X-Y位置误差后，再由基板承载机构进一步运动校正。最后，芯片键合机构带动芯片下压以完成贴装。

在该贴装方案中，芯片键合机构没有X-Y运动，视觉机构成像时也没有X-Y运动误差，因此能获得较高的贴装精度。但是，在芯片键合以前，必须等待视觉系统运动到键合机构下方，完成拍照并退出键合机构下方后，才能进行芯片贴装操作，视觉系统一进一出的运动和视觉计算所消耗的时间使得该芯片贴装方案的生产效率较低。

因此，为了同时提高半导体芯片在基板上的贴装精度和生产效率，亟需提出一种新的半导体芯片对准贴装装置及其方法，从而解决现有设备和方法不能快速、精确地完成芯片与基板对准并装贴的技术问题。

发明内容