[发明专利]高精度智能共晶贴装设备及其加工方法

说明书

本发明涉及一种高精度智能共晶贴装设备及其加工方法，包括基座，其上沿Y向设有物料区和共晶区，物料区的中部为基板上料区和成品下料区，左右两侧均为芯片上料区，每个芯片上料区内包括至少一芯片上料治具、沿XY向移动的芯片取放焊头机构和预置平台，基板上料和成品下料区内包括一沿XY向移动的基板上料治具、沿Y向移动的基板取放焊头机构；共晶区包括分别与两芯片取放焊头机构位置对应的两个共晶焊机构，每个共晶焊机构包括一组固定安装的顶部相机和一个沿XZ向运动的共晶焊头，还包括两个在芯片上料位和共晶位之间往复运动的共晶加热平台；本发明上料和共晶分离，双共晶台，双共晶焊头同时工作，提高了设备产能。

技术领域

本发明涉及半导体芯片共晶加工技术领域，尤其是一种高精度智能共晶贴装设备及其加工方法。

背景技术

共晶焊接又称低熔点合金焊接，其基本特性是，两种不同的金属可以在远低于各自的熔点温度下按一定重量比例形成合金。共晶焊接技术在电子封装行业具有广泛的应用，与传统的环氧导电胶粘接相比，共晶焊接具有热导率高、热阻低、传热快、可靠性强、粘接后强度大的优点，适用于高频、大功率器件中晶片与基板、基板与管壳的互联。因发热，元器件尺寸较小以及逸出气体等方面的约束要求，光通信领域COS器件一般采用共晶焊接工艺。

在共晶焊接过程中，由于底部片材表层的镀焊层会随着温度的变化发生体积变化，由固态变成液融态，在此过程中，两个芯片之间务必会发生轻微的错位，若不在焊接过程中矫正这个错位或者避免这个错位发生，则会严重影响最终的焊接质量，产生不良。COS元件，如激光二极管(LD)、光电探测器(PD)、电容器或者热敏电阻等，通常小至200平方微米以内，且由易碎的III-V族化合物半导体材料制成，如GaAs和InP等材料。因此，这类小、薄且易碎芯片在共晶焊接过程中，必须要有实时的精密的微力控制，保障共晶焊接过程中芯片与基板之间的压力恒定，既要避免芯片损伤又要保证共晶精度。

目前国外高精度智能共晶贴装设备主流供应商有德国FINETECH、法国SET、美国MRSI、美国PALOMAR以及日本涩谷。德国Finetech和法国SET均采用双面对准方案。Finetech采用旋转式双面对准，用同一个固定焦距的摄像头同时观察芯片和基板图像，可实现最高0.5μm的高精度共晶。SET采用双面对准相机，在共晶前，将双面对准相机移动到焊头和共晶台之间，确保焊头芯片与共晶台基板同时处在上下视相机的焦面，共晶精度可达0.51μm。SET与Finetech高精度智能共晶贴装设备对位调整及补偿耗时，产率偏低，无法满足量产需求。美国MRSI和美国PALOMAR高精度智能共晶贴装设备类似，采用上料和共晶分离，双共晶台方案。左边独立的焊头上料，右边独立的焊头共晶，但均采用单共晶焊头配置，不能有效提升产率。日本涩谷，其采用的是传统的单共晶台，单共晶焊头的设计方案，产率较低。

国内高精度智能共晶贴装设备，如CN201922433688.3公开了一种高精度共晶键合设备，采用上料和共晶分离，双共晶台，双共晶焊头方案，通过并行双头方案实现设备产率提高。但此设备的芯片拾取头、基板拾取头和成品拾取头安装在同一个龙门X轴悬臂式滑台模组上，芯片上料、基板上料和成品下料不可同时进行。且其无法保障共晶焊接过程中芯片与基板之间的压力恒定。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种高精度智能共晶贴装设备及其加工方法，左右芯片上料分别由左右两侧的芯片取放焊头机构完成，基板上料和成品下料由基板取放焊头机构完成，左右芯片上料及基板上料互不干扰，同时进行。同时，芯片上料，先转移至预置平台上，预置平台移动至固定相机底部，节省设备循环时间。

本发明所采用的技术方案如下：