用于結(jié)合半導(dǎo)體元件的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于結(jié)合半導(dǎo)體元件的系統(tǒng)和方法
[0001]交叉引用
[0002]本申請要求2013年12月3日提交的美國臨時專利申請N0.61/911，226的權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝件的形成，并且更具體地涉及用于將半導(dǎo)體元件結(jié)合到結(jié)合部位的改進系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]在半導(dǎo)體封裝工業(yè)的某些方面中，半導(dǎo)體元件被結(jié)合到結(jié)合部位。例如，在傳統(tǒng)晶片附接應(yīng)用(也已知為晶片結(jié)合)中，半導(dǎo)體晶片被結(jié)合到結(jié)合部位(例如，引腳框、堆疊晶片應(yīng)用中的另一晶片、墊片，等等)。在先進的封裝應(yīng)用(例如，倒裝芯片型結(jié)合、熱壓縮結(jié)合)中，半導(dǎo)體元件(例如，裸露半導(dǎo)體晶片、封裝半導(dǎo)體晶片，等等)被結(jié)合到結(jié)合部位，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)(例如，導(dǎo)電凸塊、接觸墊、焊料凸塊、導(dǎo)電柱、銅柱，等等)布置在半導(dǎo)體元件和結(jié)合部位之間。
[0005]期望的是結(jié)合機(例如，熱壓縮式結(jié)合機、熱超聲結(jié)合機、超聲結(jié)合機，等等)配置成將半導(dǎo)體元件準確地置放并且結(jié)合到結(jié)合部位。然而，各種不準確和誤差源頭存在于這些結(jié)合機中。這些不準確和誤差源頭在不同機器之間、或不同應(yīng)用之間并非相同。這對機器使用者和/或操作員一致地和準確地置放并且結(jié)合半導(dǎo)體元件提出挑戰(zhàn)。
[0006]因此，期望提供用于將半導(dǎo)體元件結(jié)合到結(jié)合部位的改進的系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，用于結(jié)合半導(dǎo)體元件的結(jié)合機包括:(1)用于支撐基板的支撐結(jié)構(gòu)；(2)結(jié)合頭組件，其包括配置成將多個半導(dǎo)體元件結(jié)合到基板的結(jié)合工具；(3)包括復(fù)數(shù)個第一對準標記的對準結(jié)構(gòu)；(4)配置成利用結(jié)合工具置放在對準結(jié)構(gòu)上的對準元件，對準元件包括第二對準標記；(5)配置成將第一對準標記與對應(yīng)的第二對準標記的相對位置成像的成像系統(tǒng)；以及(6)計算機系統(tǒng)，其配置成在將所述多個半導(dǎo)體元件中的其中多個結(jié)合到基板期間提供對于結(jié)合工具和支撐結(jié)構(gòu)中的至少一個的位置的調(diào)整，所述計算機配置成至少部分地基于第一對準標記與對應(yīng)的第二對準標記的相對位置提供所述調(diào)整，所述調(diào)整針對于將所述多個半導(dǎo)體元件中的所述其中多個結(jié)合到基板的對應(yīng)區(qū)段。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施方式，提供了操作結(jié)合機的方法。結(jié)合機包括配置成將半導(dǎo)體元件結(jié)合到基板的結(jié)合工具。所述方法包括以下步驟:(a)在結(jié)合機上提供對準結(jié)構(gòu)，所述對準結(jié)構(gòu)包括多個第一對準標記；(b)基于基板的將與半導(dǎo)體元件結(jié)合的區(qū)段選定對準結(jié)構(gòu)的區(qū)域，所述基板配置成由結(jié)合機的支撐結(jié)構(gòu)支撐；(C)將在對準元件上的第二對準標記中的其中多個與在對準結(jié)構(gòu)的所述區(qū)域上的第一對準標記中的其中多個一起成像；并且(d)利用由步驟(C)提供的信息在后續(xù)結(jié)合處理期間調(diào)整結(jié)合工具和支撐結(jié)構(gòu)中的至少一個的位置。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施方式，提供了通過結(jié)合工具將多個半導(dǎo)體元件結(jié)合到基板的方法。所述方法包括以下步驟:(a)在對準結(jié)構(gòu)的多個區(qū)域中的每個的上方置放對準元件，所述多個區(qū)域中的每個對應(yīng)于由支撐結(jié)構(gòu)支撐的基板的多個區(qū)段中的其中一個；(b)確定對準元件相對于所述多個區(qū)域中的每個的偏移量；并且(C)在將多個半導(dǎo)體元件結(jié)合到基板的所述多個區(qū)段中的每個期間調(diào)整(I)結(jié)合工具和(2)支撐結(jié)構(gòu)中的至少一個的位置，用于所述多個區(qū)段中的每個的所述位置調(diào)整涉及為與所述多個區(qū)段中的每個相對應(yīng)的區(qū)域確定的偏移量。
【附圖說明】
[0010]通過結(jié)合附圖閱讀以下詳細說明被最佳地理解本發(fā)明。強調(diào)的是，根據(jù)慣例，視圖的各種特征并非成比例。相反地，各種特征的尺寸為了清楚起見被任意地放大或縮小。附圖中包括的是以下視圖:
[0011]圖1A是依據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的將半導(dǎo)體元件結(jié)合到基板的結(jié)合機的一部分的方塊俯視圖；
[0012]圖1B-1C是圖1A的結(jié)合機的一部分的替換結(jié)構(gòu)的方塊圖；
[0013]圖2A是依據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的結(jié)合機的基板和對準結(jié)構(gòu)的方塊俯視圖；
[0014]圖2B是圖2A的對準結(jié)構(gòu)的一部分的詳細視圖；
[0015]圖2C是圖2B的一部分的詳細視圖；
[0016]圖3A是依據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的圖2A的設(shè)備的方塊圖俯視圖，其中對準元件布置在對準結(jié)構(gòu)上；
[0017]圖3B-3E是依據(jù)本發(fā)明的各種示例性實施方式的置放在圖3A中示出的對準結(jié)構(gòu)的一部分上方的各種對準元件的俯視圖；
[0018]圖3F是圖3E的對準元件的俯視圖；
[0019]圖3G是圖3E的部分3G的詳細視圖；
[0020]圖3H是圖3F的部分3H的詳細視圖；
[0021]圖4A是依據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的圖2A的設(shè)備的方塊俯視圖，其中未對準的對準元件布置在對準結(jié)構(gòu)上；
[0022]圖4B是圖4A的未對準的對準元件的詳細俯視圖；
[0023]圖5A是依據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的圖2A的設(shè)備的另一方塊俯視圖，其中另一未對準的對準元件布置在對準結(jié)構(gòu)上；
[0024]圖5B是圖5A的未對準的對準元件的詳細俯視圖；
[0025]圖6A是依據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的圖1A的結(jié)合機的一部分的局部剖視方塊圖；以及
[0026]圖6B是依據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的另一結(jié)合機的一部分的局部剖視方塊圖。
【具體實施方式】
[0027]在此使用的術(shù)語“半導(dǎo)體元件”旨在指代包括(或在后來步驟配置成包括)半導(dǎo)體芯片或晶片的任何結(jié)構(gòu)。示例性半導(dǎo)體元件包括裸露半導(dǎo)體晶片、在基板(例如，引腳框、PCB、載體、半導(dǎo)體晶圓、BGA基板，等等)上的半導(dǎo)體晶片、封裝半導(dǎo)體器件、倒裝芯片型半導(dǎo)體器件、嵌入基板中的晶片、半導(dǎo)體晶片堆，等等。而且，半導(dǎo)體元件可以包括配置成將結(jié)合或包括到半導(dǎo)體封裝件(例如，將結(jié)合到堆疊晶片構(gòu)型中的墊片，基板，中介層，等等)中的元件。
[0028]依據(jù)本發(fā)明的某些示例性實施方式，如果利用結(jié)合工具置放的對準元件與結(jié)合機對準結(jié)構(gòu)的其上方置放對準元件的一個部分未對準(在此處例如利用預(yù)先設(shè)定標準確定未對準，預(yù)先設(shè)定標準諸如預(yù)先設(shè)定程度的未對準)，則在將半導(dǎo)體元件結(jié)合到基板的對應(yīng)區(qū)段中的結(jié)合部位(例如，一排結(jié)合部位)期間結(jié)合工具的位置(和/或基板的支撐結(jié)構(gòu))基于所述未對準被調(diào)整。成像系統(tǒng)呈現(xiàn)在對準結(jié)構(gòu)的所述部分上方的對準元件，并且利用結(jié)合機的計算機系統(tǒng)基于圖像(一個或多個)確定未對準。這種調(diào)整提供與傳統(tǒng)方法相比改進的結(jié)合準確性。
[0029]如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，熱壓縮結(jié)合機(諸如圖1A中的機器100，或在此描述的任何其他機器實施方式)可以包括為了簡單起見而在此視圖中沒有示出的許多元件。示例性元件包括，例如:輸入元件，其用于提供將與附加半導(dǎo)體元件結(jié)合的輸入工件(即，基板)；輸出元件，其用于接收現(xiàn)在包括附加半導(dǎo)體元件的處理后工件；用于移動工件的傳輸系統(tǒng)；用于成像和對準工件的成像系統(tǒng)；承載結(jié)合工具的結(jié)合頭組件；用于移動結(jié)合頭組件的運動系統(tǒng)；計算機系統(tǒng)，其包括用于操作機器的軟件；等等。
[0030]圖1A示出結(jié)合機100 (例如，熱壓縮式結(jié)合機、熱超聲結(jié)合機、超聲結(jié)合機，等等)的一部分，其包括支撐結(jié)構(gòu)102 (例如，滑梭臺(shuttle)、被加熱的滑梭臺、加熱塊體，砧座，等等)和對準結(jié)構(gòu)104。對準結(jié)構(gòu)104被緊固到(直接地或間接地)支撐結(jié)構(gòu)102或與之為一體。因此，當支撐結(jié)構(gòu)102移動(例如，圖1A中示出地沿X軸線，或按需要在任何其他方向上)時，對準結(jié)構(gòu)104與支撐結(jié)構(gòu)102 —起移動。
[0031]結(jié)合機100也包括結(jié)合頭組件106 (參見圖例，示出為沿I和z軸線、以及圍繞Θ軸線移動，但可以按需要在其他方向上移動)，半導(dǎo)體元件源頭108 (例如，半導(dǎo)體晶圓)，和拾取工具110 (示出為沿X軸線移動，但可以按需要在其他方向上移動)。在示例性操作中，拾取工具110從源頭108移出半導(dǎo)體元件(例如，裸露晶片)。拾取工具110與半導(dǎo)體元件一起沿X軸線移動到傳遞位置(未示出)。結(jié)合頭組件106也移動到傳遞位置，在傳遞位置半導(dǎo)體元件從拾取工具110傳遞到被結(jié)合頭組件106承載的置放工具(例如，結(jié)合工具106a，圖1A中未示出，但可參見圖6A)。支撐結(jié)構(gòu)102對準于沿其x軸線運動范圍的給定位置(例如，參見支撐結(jié)構(gòu)102和對準結(jié)構(gòu)104沿X軸線的虛線位置)。結(jié)合頭組件106沿y軸線移動到在由支撐結(jié)構(gòu)102支撐的基板的結(jié)合部位上方的位置。結(jié)合頭組件106沿z軸線下降以使得結(jié)合工具能夠?qū)雽?dǎo)體元件結(jié)合到基板的結(jié)合部位。這個過程可以被重復(fù)以使得來自半導(dǎo)體元件源頭108的多個半導(dǎo)體元件可以被結(jié)合到在基板上的相應(yīng)結(jié)合部位。結(jié)合機100也包括成像系統(tǒng)174 (示出為沿X和y軸線移動，但可以按需要在其他方向上移動)和計算機系統(tǒng)176。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，成像系統(tǒng)174 (例如，包括至少一個攝像機)如在此描述的配置成用于確定半導(dǎo)體元件到基板上的相應(yīng)結(jié)合部位的正確置放和對準。計算機系統(tǒng)176獲得來自成像系統(tǒng)174的信息，并且如在此列出的確定