用于将多个半导体芯片结合到基板上的装置和方法
【技术领域】
[0001]各个实施例涉及用于将半导体芯片结合至基板的装置和用于在基板上结合多个半导体芯片的方法。
[0002]背景
[0003 ]许多电子装置包括以电子装置工作的方式来控制的电子电路。电子电路可包括一个或多个半导体芯片结合在其上面的基板。
[0004]结合半导体芯片的过程可以包括使用中间材料，诸如例如附着至基板上的焊料。另外，中间材料可以是导电的，以便电信号可以从基板行进至芯片。基板可以包括用于在基板的不同部件之间以及结合至基板的不同半导体芯片之间传送电信号的一个或多个导电轨。
[0005]将半导体芯片结合至基板的过程可包括使半导体芯片接触基板并施加压力和/或热。
[0006]在过去的几十年中，一直存在着持续小型化电子装置的驱动。这继而产生将更小半导体芯片结合至基板上的需求。随着半导体芯片的尺寸变得更小，其与基板的连接也变得更小。因此，结合过程应将半导体芯片精确地定位在基板上。如果基板和半导体芯片未对准，则半导体芯片可能失效或不完全起作用。因此，必须开发用于将半导体芯片精确对准基板并结合至基板来结合半导体芯片的装置。
[0007]还存在减少花在将半导体芯片结合至基板的时间的驱动。通过减少这个时间，减少制造电子装置所花的总时间是可能的。继而在相同的时间段内可以制造更多的电子装置，这对于大规模生产应用是明显有利的。因此，必须开发用于将半导体芯片有效结合至基板来结合半导体芯片的装置。
[0008]概述
[0009]根据本发明的方面，提供用于将半导体芯片结合至基板的装置，所述装置包括:
[0010]框架；
[0011 ]耦接至所述框架的多个结合头，每个结合头可操作来获得和释放芯片；以及
[0012]耦接至所述框架和可操作来接收基板的结合台；
[0013]所述多个结合头中的每个结合头可相对于所述结合台相对运动并可操作来使由结合头获得的芯片与在所述结合台上接收的基板接触并释放所述芯片以将所述芯片结合至所述基板。
[0014]所述多个结合头中的至少两个结合头可操作来使由至少两个结合头获得的芯片作为一体相对于所述结合台运动。
[0015]所述至少两个结合头可操作来使由至少两个结合头获得的芯片作为一体在平行于所述结合台的平面的平面中运动。
[0016]所述至少两个结合头可操作来使由至少两个结合头获得的芯片作为一体朝所述结合台或远离所述结合台运动。
[0017]所述多个结合头中的一个结合头可操作来使由所述一个结合头获得的芯片相对于由所述多个结合头中的另一结合头获得的芯片相对运动。
[0018]所述一个结合头可操作来使由所述一个结合头获得的芯片独立于由另一结合头获得的芯片在平行于所述结合台的平面的平面中运动。
[0019]所述一个结合头可操作来使由所述一个结合头获得的芯片独立于由另一结合头获得的芯片朝所述结合台或远离所述结合台运动。
[0020]所述多个结合头可以可移动地耦接至所述框架，以及所述结合头可线性布置，并且毗邻对的结合头之间的间距可以是可调节的。
[0021]所述多个结合头可经由导轨耦接至所述框架，以及每个结合头可以可操作来在所述导轨上滑动以调节毗邻对的结合头之间的间距。
[0022]所述导轨的长度可以被设定尺寸，使得当所述至少一个结合头滑向所述导轨的端部时，所述至少一个结合头和所述结合台之间的相对运动受限制，使得所述至少一个结合头不能使由所述至少一个结合头获得的芯片接触基板。
[0023]所述导轨可以可移动地耦接至所述框架以及所述导轨可包括可操作来使所述导轨向所述结合台运动或远离所述结合台运动以使多个结合头向所述结合台运动或远离所述结合台运动的驱动机构。
[0024]所述框架可包括第一平台和相对的第二平台，所述第一平台通过至少一个支柱与所述第二平台隔开并且保持平行于所述第二平台，所述多个结合头耦接至第一平台以及所述结合台親接至第二平台。
[0025]所述结合台可以可移动地耦接至第二平台，以及所述结合台可包括驱动机构，所述驱动机构可操作来将结合台在平行于第二平台的平面中移动。
[0026]所述装置还可包括可移动地耦接至所述框架的馈送器，所述馈送器包括可操作来使所述馈送器在加载位置和馈送位置之间运动的驱动机构，其中，在所述加载位置，所述馈送器被配置为接收芯片，在所述馈送位置，所述馈送器被配置为向多个结合头中的一个呈现芯片，以便所述一个结合头可以从所述馈送器获得芯片。
[0027]所述馈送器可以可操作来接收至少两个芯片并向多个结合头中的不同结合头呈现每个芯片。
[0028]所述装置还可包括加载机构，当所述馈送器处于加载位置时，加载机构可操作来将芯片从晶圆加载到所述馈送器上。
[0029]所述装置还可包括可移动地耦接至所述框架的摄像头，所述摄像头包括驱动机构，其可操作来使摄像头相对于多个结合头和结合台运动，所述摄像头被配置为用于测量至少一个结合头相对于所述结合台的位置，其中，所述至少一个结合头和结合台可操作来根据摄像头所测的位置运动以彼此对准。
[0030]所述摄像头可被配置为用于在所述至少一个结合头和所述结合台之间运动，所述摄像头具有用于测量所述至少一个结合头相对于基准的位置的第一透镜，以及用于测量所述结合台相对于基准的位置的第二透镜，其中，所述至少一个结合头和所述结合台被配置为根据由第一和第二透镜测量的位置运动以彼此对准。
[0031]所述多个结合头中的至少一个结合头可操作来加热由至少一个结合头获得的芯片。
[0032]当所述芯片与基板接触时，所述多个结合头中的至少一个结合头可操作来向所述芯片施加预定的压力。
[0033]所述多个结合头中的至少一个结合头可包括抽吸设备，其中，当芯片呈现给所述至少一个结合头时，所述抽吸设备被配置为将所述芯片吸到所述至少一个结合头上并保持抽吸以使所述芯片保持在所述至少一个结合头上，并且其中，所述抽吸设备被配置为解除抽吸以将所述芯片从所述至少一个结合头释放。
[0034]所述装置还可包括与所述结合台和所述多个结合头中的每个结合头通信的控制器，所述控制器可操作来控制每个结合头以相对于所述结合台相对运动，以获得芯片和释放所获得的芯片。
[0035]所述装置还可包括另外的框架、耦接至所述另外的框架的另外多个结合头、耦接至所述另外的框架的另外的结合台和可移动地耦接至所述另外的框架的另外的馈送器，
[0036]其中，所述另外多个结合头中的每个结合头相对于所述另外的结合台可相对运动并可操作来使由所述结合头获得的芯片与在所述另外的结合台上接收的另外的基板接触并释放所述芯片以将所述芯片结合至所述另外的基板，
[0037]其中，所述另外的馈送器包括可操作来使所述另外的馈送器在加载位置和馈送位置之间运动的驱动机构，其中，在所述加载位置，所述另外的馈送器被配置为接收芯片，在所述馈送位置，所述另外的馈送器被配置为向所述另外多个结合头中的一个呈现芯片，以便所述一个结合头可以从所述另外的馈送器获得芯片，以及
[0038]其中，当所述馈送器处于加载位置时，所述加载机构可操作来将芯片加载到所述馈送器上以呈现给所述多个结合头的结合头，以及当所述另外的馈送器处于加载位置时，所述加载机构可操作来将芯片加载到所述另外的馈送器上以用于呈现给所述另外多个结合头的结合头。
[0039]根据本发明的第二方面，提供用于将多个半导体芯片结合至基板上的方法，所述方法包括:
[0040]a.将基板接收至结合台上；
[0041 ] b.由第一结合头获得第一芯片；
[0042]c.使第一结合头和所述结合台彼此相对运动，以将在所述第一结合头上的第一芯片与在所述结合台上的基板对准；
[0043]d.通过第二结合头获得第二芯片；
[0044]e.使第一结合头朝所述结合台运动，以使第一芯片接触所述基板并释放第一芯片以使第一芯片结合至所述基板，并使第一结合头从所述结合台回缩；
[0045]f.使第二结合头和所述结合台彼此相对运动，以将在所述第二结合头上的第二芯片与在所述结合台上的基板对准;并且
[0046]g.使第二结合头朝所述结合台运动，以使第二芯片接触所述基板并释放第二芯片以使第二芯片结合至所述基板，并使第二结合头从所述结合台回缩。
[0047]所述方法还可包括:
[0048]在第一结合头从所述结合台回缩后，由第一结合头获得第三芯片，以及
[0049]在第二结合头从所述结合台回缩后，由第二结合头获得第四芯片。
[0050]所述方法还可包括:
[0051 ]在将第一芯片释放在所述基板上之前，加热第一结合头上的第一芯片;并且
[0052]在将第二芯片释放在所述基板上之前，加热第二结合头上的第二芯片。
[0053]所述方法还可包括:
[0054]在将第一芯片释放在所述基板上之后，延缓第一结合头获得第三芯片以允许第一结合头冷却;并且
[0055]在将第二芯片释放在所述基板上之后，延缓第二结合头获得第四芯片以允许第二结合头冷却。
【附图说明】
[0056]通过下面仅作为示例的书面描述，并结合附图，本发明的实施例对于本领域的普通技术人员而言将更好理解并且是明显的，其中，相同的参考标号指的是相同的部件，其中:
[0057]图1是根据实施例用于结合的装置的透视图；
[0058]图2是根据实施例的结合头的前视图；
[0059]图3是用于图1的结合的装置的部件的前视图；
[0060]图4是用于图1的结合的装置的进一步透视图；
[0061]图5a和5b是根据两个不同实施例的用于结合的装置的前视图；
[0062]图6是根据实施例用于结合的装置的透视图；
[0063]图7是根据实施例用于结合的装置的透视图；
[0064]图8是根据实施例用于结合的装置的透视图；
[0065]图9a是根据实施例用于结合的装置的一部分的前视图，图9b是图9a的装置的结合组的前视图，以及图9c是所述结合组的底视图；
[0066]图1Oa是用于图9a的结合的装置的结合头的前视图，图1Ob是结合头的侧视图，以及图9c是所述结合头的底视图；
[0067]图1la是在第一构造中用于图9a的结合的装置的结合组的前视图，以及图9b是第二构造中的结合组的前视图；
[0068]图12是根据实施例用于结合的装置的平面图；
[0069]图13是根据实施例用于结合的方法的流程图；
[0070]图14a_g是当运行以执行图13的结合的方法时，根据实施例用于结合的装置的部件的平面图；
[0071]图15a_d是根据实施例用于结合的装置的部件的平面图；
[0072]图16是根据实施例用于结合的方法的流程图。
[0073]图17a_c是当运行以执行图16的结合的方法时，根据实施例用于结合的装置的部件的平面图；
[0074]图18是根据实施例的视觉系统的运行的平面图；以及
[0075]图19是根据实施例用于结合的方法的流程图。
[0076]详细描述
[0077]各个实施例涉及用于将半导体芯片结合至基板的装置和用于在基板上结合多个半导体芯片的方法。在一个实施例中，半导体芯片可称为芯片或管芯。
[0078]图1示出根据实施例用于将半导体芯片结合至基板的装置2。装置2包括两个结合头4、6，结合台8和框架10。结合头4、6耦接至框架10。结合台8耦接至框架10。应当理解，两个结合头4、6表示多个结合头。在使用中，每个结合头4、6可操作来获得和释放半导体芯片，而结合台8可操作来接收基板。另外，每个结合头4、6可相对于结合台8相对运动并可操作来使由结合头4、6获得的芯片与在结合台8上接收的基板接触并释放所述芯片以将所述芯片结合至所述基板。在一个实施例中，所述多个结合头可相对于结合台8运动和/或结合台8可相对于多个结合头运动。
[0079]下面参考图1的具体实施例进一步描述装置2的细节及其工作。应当理解，这些进一步细节的至少一些可能在一些其它实施例中是不存在的。
[0080]如在图1中可更具体看出，框架10支持装置2的包括结合头4、6和结合台8的各种零件。框架10包括较低的平台10b、较高的平台1a和两个支柱1c和10d。支柱1c和1d将上平台1a保持在下平台1b上面并与下平台1b隔开。所述上平台和下平台之间的精确间距可在不同实施例之间改变。上平台1a保持实质上平行于下平台10b。为确保装置2的不同零件在运行中是稳定的，框架10可由刚性材料诸如例如金属制成。
[0081]在一个实施例中，结合台8通过X-Y定位系统(8卩，驱动机构)親接至下平台10b。具体地，结合台8被配置为借助X-Y定位系统在下平台1b上面并与其平行的平面中运动。X-Y定位系统包括导条12，该导条12具有定位在其上的两个导轨14a和14b。结合台8的下面构造有导轨14a和14b在其中滑动的协同凹槽(未示出)。因此，结合台8可被配置为沿导条12来回滑动。装置2还可包括使结合台8在导条12上运动的驱动机构，诸如马达。应当理解，结合台8的下面与被配置为接收所述基板的结合台8的面相反。
[0082]另外，下平台1b包括两个导轨16a和16b。导条12的下面构造有导轨16a和16b在其中滑动的协同凹槽(未示出)。因此，导条12被配置为在下平台1b上来回滑动。装置2还可包括使导条12上在下平台1b上运动的驱动机构，诸如马达。应当理解，导条12的下面与被配置为接收结合台8的导条12的面相反。还应当理解，结合台8的来回滑动运动基本上垂直于导条12的来回滑动运动，使得结合台8可以相对于下平台1b在X和/或Y方向运动。所述X和Y方向在图1中通过相应的箭头表示。
[0083]装置2可包括与X-Y定位系统通信的控制器(未示出)。在使用中，控制器可与X-Y定位系统交换电信号，以便与X-Y定位系统通信并对其控制。例如，控制器可控制结合台8的X和Y运动。在一个实施例中，控制器可向X-Y定位系统发送指令，所述指令命令X-Y定位系统如何运行。X-Y定位系统可向控制器发送反馈数据，以帮助控制器控制X-Y定位系统的运行。
[0084]结合头4和6親接至上平台10a。结合头4和6可以是相冋的。
[0085]下面根据图2的实施例描述结合头201的结构。应当理解，在一个实施例中，结合头4和6与图2的结合头201相同。
[0086]在一个实施例中，结合头201可操作来获得和释放芯片(未示出)。例如，所述芯片可与在结合台8上接收的基板接触并被释放至所述基板上。结合头201包括结合致动器204，其耦接至上平台1a的顶面。驱动轴208耦接在结合头201的结合致动器204和结合板210之间。驱动轴208通过上平台1a中的镗孔(未示出)定位并可在所述镗孔中滑动。结合板210也可通过结合装置201的至少两个结合滑动导向件206a和206b运动耦接至上平台10a。每个结合滑动导向件206a、206b在通过上平台1a的相应镗孔(未示出)内滑动。结合致动器204和结合滑动导向件206a和206b形成用于控制结合头201相对于结合台8和上平台1a垂直运动的系统。具体地，结合致动器204可垂直延伸或回缩驱动轴208，以使结合板210向上平台1a运动或远离上平台1a运动。结合滑动导向件206a和206b确保结合头201在垂直运动时的稳定性和对准。
[0087]在一个实施例中，水平运动板212可耦接至结合板210的下面。在一个实施例中，水平运动板212被配置为在跨结合板210的X方向水平滑动。这个运动方向在图2中通过X标记的箭头表示。另外，水平运动板212被配置为在跨结合板210的Y方