重量輕的鍵合頭組件的製作方法
2023-12-05 11:27:56 2
專利名稱：重量輕的鍵合頭組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鍵合頭組件(bondhead assmebly)，如晶粒鍵合機中用於固定拾取放置工具的鍵合頭組件。
背景技術：
在半導體封裝過程中，半導體晶片或晶粒常常被安裝於襯底或在載體上進行處理。半導體晶粒可能被直接放置於襯底的表面，或者例如在疊層晶粒(stacked dice)的配置中，它們被放置於其他晶粒之上。在半導體晶粒和襯底或另外的晶粒分離之後，在下遊流程中整個器件通常被灌封。
晶粒鍵合機被用來拾取這些半導體晶粒(它們通常是從晶圓上切割下來)，此後將其放置於襯底、載體或其他晶粒上。這種晶粒鍵合機具有鍵合頭組件以固定和設置使用於這些拾取放置處理中的晶粒拾取或晶粒鍵合工具。
由於隨著使用的半導體晶粒尺寸變得不斷小型化，晶粒鍵合機上的要求也變得更加嚴格(exacting)，在其他的考慮中，小和/或薄的晶粒更加容易破碎，在處理時需要更多的謹慎。目前的晶粒鍵合系統緩慢地漸漸變得不能夠滿足這些要求。
圖1是用於晶粒鍵合機的傳統鍵合頭110的側視剖視圖。通常它包含有由一支撐結構104裝載的鍵合體102。該鍵合體102通過支撐結構104的提升和降低而被驅動來沿著垂直軸線移動，並通過一可調的彈性柱(spring post)106被安裝到支撐結構104上，其在該可調的彈性柱106和鍵合體102之間還具有預壓彈簧108。當鍵合頭100處於就緒(standby)位置時，該預壓彈簧108將鍵合體102朝向支撐結構104偏置。而且，通過可沿轉軸112移動的保持架軸承(cagebearing)110引導鍵合體102和支撐結構104之間的相對運動。
鍵合體102上固定有拾取放置工具114，該拾取放置工具114可有效地從拾取位置拾取晶粒，然後在放置位置放置該晶粒和/或鍵合它們。該拾取放置工具114通常為夾體組件的形式。連接到拾取放置工具114的真空輸出通道(vacuum outlet)116被使用，在此將使用真空吸力拾取晶粒。在圖1中，由拾取放置工具114所固定的晶粒118正被放置於襯底120上，晶粒118可能使用粘膠帶或其他裝置貼附於襯底120上。就緒時位於鍵合體102端部的接觸型傳感器122和支撐結構104的一局部相接觸。當支撐結構104向下移動而在拾取放置工具114被阻止進一步向下移動時，該接觸型傳感器122斷開和支撐結構104的接觸。該接觸型傳感器122的斷開標示了拾取放置工具114已經和一相對固定的表面形成了接觸，從而晶粒118和襯底120也形成了接觸。而且支撐結構104的降低通過預壓彈簧108施加力的方式向晶粒118提供了鍵合力。
在這種傳統的鍵合頭設計中，使用接觸型傳感器122來感測晶粒的接觸。包含前述鍵合頭的總移動質量約為17克。如此大的移動質量的一個缺點是從拾取放置工具114上施加了一個相對較大的衝擊力於晶粒118。這可能引起拾取放置工具114的壽命縮短和頻繁的晶粒損壞。如果放置晶粒於襯底120上的過程中定位速度降低以便於減少衝擊力，那麼接下來會是加工產量本質上的降低。由於保持架軸承110中的靜摩擦進一步限制了均勻的特性，以至於保持架軸承110和轉軸112之間的摩擦力導致需要來啟動相對運動的力將會是非均勻的。而且，接觸型傳感器122的使用可能如此帶來接觸型傳感器自身的難題，例如汙染和磨損。開發一種和前述現有的鍵合頭100相比更加輕便、更加可靠的鍵合頭是令人期望的。
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種和現有技術相比重量更輕的鍵合頭，並且避免前述現有鍵合頭存在的上述缺點的至少一部分。
相應地，本發明提供一種鍵合頭組件，其包含有鍵合體，其用於安裝鍵合工具；支撐結構，其被設置驅動以移動該鍵合頭組件到不同位置；柔性元件，其沿著至少一個平面大體設置而耦接該鍵合體和支撐結構，以在相對於支撐結構移動期間柔性支撐鍵合體；以及和該支撐結構相耦接的馬達，其有效驅動該鍵合體以沿著大體垂直於該至少一個平面延伸的軸線相對於支撐結構移動。
參閱後附的描述本發明實施例的附圖，隨後來詳細描述本發明是很方便的。附圖和相關的描述不能理解成是對本發明的限制，本發明的特點限定在權利要求書中。
根據本發明所述的鍵合頭組件的實施例現將參考附圖加以描述，其中圖1所示為用於晶粒鍵合機的傳統鍵合頭的側視剖視圖；圖2所示為根據本發明較佳實施例所述的用於晶粒鍵合機的鍵合頭組件的立體示意圖；圖3所示為沿著圖2的A-A剖面該鍵合頭組件在其裝置或就緒位置時的側視剖視圖；圖4所示為根據圖3所示的鍵合頭組件在其拾取晶粒的向下動作中的側視剖視圖；圖5所示為根據圖3所示的鍵合頭組件在其向上動作中的側視剖視圖，此時晶粒已經被拾取並開始被移動到另一個位置；圖6所示為根據本發明較佳實施例所述的鍵合頭組件中，適合容置其中的平面柔性體(plain flexure)範例的立體示意圖；以及圖7所示為根據本發明較佳實施例所述的鍵合頭組件中，適合容置其中的翼型柔性體(winged flexure)範例的立體示意圖。
具體實施例方式
圖2所示為根據本發明較佳實施例所述的用於晶粒鍵合機的鍵合頭組件10的立體示意圖。它包含有使用柔性元件，例如兩組柔性體16、18和一支撐結構14相連的鍵合體12，以在相對於支撐結構14移動期間柔性支撐鍵合體12。該柔性體16、18較佳地沿著兩個平面設置，以便於一組柔性體16朝向鍵合體12的頂部附著，另一組柔性體18朝向鍵合體12的底部附著。該第一、第二平面相互平行設置。可以選擇地，一組柔性體可以被如此使用，即柔性體僅僅按照一個平面來設置，但是這樣可能導致較低的側向和旋轉剛度(rigidity)。
以夾體22形式存在的鍵合工具被安裝在鍵合體12上，並被設置來隨著鍵合體12移動。該鍵合工具可能是晶粒拾取放置工具或者晶粒鍵合工具。設置來向鍵合體12和夾體22直接提供移動的一馬達，較佳地為音圈馬達20，被安裝於支撐結構14上。該鍵合體12可使用音圈馬達20沿著一軸線上下驅動，該軸線的延長線大體垂直於柔性體16、18所設置的平面，並相應地依次驅動夾體22。真空輸出通道24和夾體22流暢地(fluidly)相連，以使得該夾體能夠通過真空吸力的方式拾取半導體晶粒。另外，編碼器26有益地設置於支撐結構上，以便於監控鍵合體12的移動。
支撐結構14被設置來通過馬達(未示)被驅動，以移動鍵合頭組件10到不同的位置，如晶粒拾取位置和晶粒鍵合位置之間。在夾體22由音圈馬達20進一步驅動以拾取或鍵合晶粒以前，支撐結構14通常將會驅動定位鍵合頭組件10於期望位置的上方。鍵合體12和夾體22被設置來朝向一表面僅僅上下驅動，與此相反，支撐結構14被設置來在笛卡兒坐標系統(Cartesian coordinate system)的全部三個軸向上驅動，以在期望位置的上方定位夾體22。
圖3所示為沿著圖2的A-A剖面該鍵合頭組件10在其裝置或就緒位置時的側視剖視圖。在該視圖中，音圈馬達20可看出包含有磁性迴路元件(magnetic circuit component)，如安裝於支撐結構14上以形成磁性迴路的永磁體26，和音圈元件，其包括安裝於鍵合體12上的音圈28。值得注意的是，反過來永磁體26可安裝在鍵合體12上，此時音圈28可安裝在支撐結構14上。音圈28被使用來相對於永磁體26移動，以通過電磁作用驅動鍵合體12。在這樣的就緒待命位置，柔性體16、18的方位是相對水平的。為了獲得更大的剛性，柔性體16、18被設置於音圈馬達20的相對兩側。
來自音圈馬達20的驅動力最好被安排在一個平面上，該平面正交於柔性體16、18所設置的平面並通過它們的中點。要注意的一點是夾體22、音圈馬達20、和此後的驅動力，均被大體相對於柔性體16、18中央設置和距柔性體16、18的每邊側距離大體相等。這通過限制柔性體16、18除了是在垂直方向上的柔性提高了移動的精確度。夾體22最好是和音圈馬達20共軸安裝，以便於高效的馬達驅動力直接通過夾體22傳遞。
圖4所示為根據圖3所示的鍵合頭組件10在其拾取晶粒30的向下動作中的側視剖視圖。使得電流流過音圈28，以致於音圈28通過電磁作用相對於永磁體26產生移動。在這種情形下，音圈28以背離永磁體26的方向移動，籍此將夾體22向下投向停留於表面32上的晶粒30。
當鍵合體12相對於支撐結構14相應移動時，鍵合體12的移動使得柔性體16、18在晶粒30的方向上產生變形。較合適地，支撐結構14在整個這種移動中保持相對靜止。編碼器26也可通過參考位於和鍵合體12相耦接的標尺27上的標記來監控鍵合體12所移動的距離。監控鍵合體12的移動提高了夾體22的靈活驅動。當夾體22距晶粒30足夠近或者是與其相接觸時，通過真空輸出通道24將真空吸力打開以使用真空吸力固定晶粒30。
在這種配置中使用音圈馬達20的另一個優點是在夾體22向下移動過程中夾體22和晶粒30的接觸可通過音圈28所流經電流在預定水平上的突變(sudden surge)得以檢測。開始時，音圈28中的電流僅僅需要足夠克服柔性體16、18的抵抗。但是，當夾體22和停留在相對固定的表面32上的晶粒30相接觸時，電流的波動變化將會導致夾體22設法克服來自表面32的反作用力。因此，不使用現有技術中獨立的接觸型傳感器，夾體22和晶粒30的接觸就得以檢測。
圖5所示為根據圖3所示的鍵合頭組件10在其向上動作中的側視剖視圖，此時晶粒30已經被拾取並開始被移動到下一個位置。為了實現它，音圈28中的電流與用來降低夾體22的電流方向相反，以便於音圈28朝向永磁體26的方向移動。當夾體22固定晶粒30的同時向上移動收回夾體，並將該晶粒抬離表面32。
當鍵合體12向上移動時，柔性體16、18也在背離表面32的方向向上變形。當夾體22固定在晶粒30上時接合頭組件10現被移動到放置位置，以進行晶粒30的放置。
圖6所示為根據本發明較佳實施例所述的鍵合頭組件10中，適合容置其中的平面柔性體16a、18a範例的立體示意圖。該平面柔性體16a、18a由四個設置於同一個平面上的柔性臂36組成，並固定成型於一個普通的矩形或者正方形。在安裝時，兩個柔性臂36在鍵合體12和支撐結構14之間延伸，如圖所示，相互在空間上隔離開來。該柔性體可以用任何合適的材料製成，包括不鏽鋼或鈹銅合金(berylliumcopper)。在柔性臂36的每個角落上形成有安裝孔38，以將其大體裝配於鍵合體12或支撐結構14上。
圖7所示為根據本發明較佳實施例所述的鍵合頭組件10中，適合容置其中的翼型柔性體16b、18b範例的立體示意圖。該結構和平面柔性體16a、18a的結構近似，除了增加翼型凸緣40以外。這些翼型凸緣40最好是沿著柔性臂36的至少兩邊側形成，並垂直於該柔性體16b、18b的平面向外延伸。它們有助於增加翼型柔性體16b、18b橫向和扭轉剛度，其是相抵於和柔性體16b、18b的平面相平行的橫向移動42，以及圍繞平行於翼型凸緣40運轉的軸線的旋轉運動44。翼型柔性體16b、18b的移動必不可少地集中於平行於凸緣40的平面的方向。而且，翼型凸緣40有助於避免柔性體16b、18b的彎曲。儘管以前所述，值得注意的是，上述僅僅是隨同本發明有益使用的柔性體16b、18b的示例，但是這些敘述並不意味著全部窮盡。
值得注意的是，本發明較佳實施例中柔性軸承(flexure bearings)的使用有助於減少鍵合頭組件的重量以便於它更輕。與傳統鍵合頭100達17克以上相比較，這種鍵合頭組件10為5克以下的重量是可以實現的。使用更輕的鍵合頭組件，在不必須減少加工產量的情形下，與待拾取和放置晶粒的衝擊得以減少。
而且，由於音圈馬達20的驅動力被安排在一個平面上，該平面正交於柔性體的平面並通過它們的中點，因此這有助於確保柔性體16、18上對稱均勻的負載。另外，音圈馬達20和鍵合工具或夾體22共軸，其導致馬達的驅動力直接通過夾體軸線傳遞，而不需要通過柔性體16、18延滯該驅動力。這種方法有助於避免由於柔性體16、18的變彎曲的原因而引起的失敗風險。
此處描述的本發明在所具體描述的內容基礎上很容易產生變化、修正和/或補充，可以理解的是所有這些變化、修正和/或補充都包括在本發明的上述描述的精神和範圍內。
權利要求
1.一種鍵合頭組件，其包含有鍵合體，其用於安裝鍵合工具；支撐結構，其被設置驅動以移動該鍵合頭組件到不同位置；柔性元件，其沿著至少一個平面大體設置而耦接該鍵合體和支撐結構，以在相對於支撐結構移動期間柔性支撐鍵合體；以及和該支撐結構相耦接的馬達，其有效驅動該鍵合體以沿著大體垂直於該至少一個平面延伸的軸線相對於支撐結構移動。
2.如權利要求1所述的鍵合頭組件，其中，該馬達包括音圈馬達，該音圈馬達具有被設置來進行電磁作用的音圈元件和磁性迴路元件，並且其中一個元件安裝到鍵合體上，而另一個元件安裝到支撐結構上。
3.如權利要求2所述的鍵合頭組件，其中，該音圈馬達如此設置鍵合工具和一相對固定表面的接觸通過音圈元件所流經電流在預定水平上的變化而得以檢測。
4.如權利要求1所述的鍵合頭組件，其中該馬達在相對於柔性元件的中央設置，以便於該馬達被設置來提供位於一個平面上的驅動力，該平面正交於柔性元件的該至少一個平面。
5.如權利要求4所述的鍵合頭組件，其中，該馬達被進一步如此設置所提供的驅動力大體通過柔性元件的該至少一個平面的中點傳遞。
6.如權利要求1所述的鍵合頭組件，其中，該鍵合工具和該馬達大體共軸安裝，以致於來自該馬達的有效驅動力直接通過該鍵合工具傳遞。
7.如權利要求1所述的鍵合頭組件，其中，該柔性元件包括第一組柔性體和第二組柔性體，該第一組柔性體沿著第一平面設置，該第二組柔性體沿著平行於該第一平面的第二平面設置。
8.如權利要求7所述的鍵合頭組件，其中，該第一平面和第二平面設置於該馬達的相對兩側。
9.如權利要求1所述的鍵合頭組件，其中，該柔性元件包括至少兩個相互分離的柔性臂。
10.如權利要求9所述的鍵合頭組件，其中，該柔性元件包括四個位於同一個平面上、設置於正方形或矩形中的柔性臂。
11.如權利要求1所述的鍵合頭組件，其中，該柔性元件還包括凸緣，該凸緣延伸垂直於該至少一個平面，該平面上設置有該柔性元件。
12.如權利要求1所述的鍵合頭組件，其中，該柔性體由不鏽鋼或鈹銅合金製成。
13.如權利要求1所述的鍵合頭組件，該鍵合頭組件還包含有編碼器，該編碼器被設置來監控該鍵合體相對於該支撐結構的移動。
14.如權利要求13所述的鍵合頭組件，該鍵合頭組件還包含有具有標記的、和鍵合體相耦接的標尺，以提供參考而由該編碼器確定鍵合體所移動的距離。
15.如權利要求1所述的鍵合頭組件，其中，該鍵合工具為晶粒鍵合器件或者晶粒拾取放置器件。
全文摘要
本發明提供了一種鍵合頭組件，其包含有鍵合體，其用於安裝鍵合工具；支撐結構，其被設置驅動來移動該鍵合頭組件到不同位置；柔性元件，其沿著耦接該鍵合體和支撐結構的至少一個平面大體設置，以在相對於支撐結構移動期間柔性支撐鍵合體；以及和該支撐結構相耦接的馬達，其有效驅動該鍵合體以沿著大體垂直於該至少一個平面延伸的軸線相對於支撐結構移動。
文檔編號B65G47/91GK1956144SQ20061014082
公開日2007年5月2日 申請日期2006年10月11日 優先權日2005年10月14日
發明者高內加·阿吉特, 湋多森·蓋瑞·彼得 申請人:先進科技新加坡有限公司