[发明专利]一种用于多自由度倒装键合过程的芯片控制方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体封装技术领域，更具体地，涉及一种用于多自由度倒装键合过程的芯片控制方法。

背景技术

所谓芯片倒装（Flip Chip）技术，是将半导体芯片以凸点阵列结构与基板直接键合互连的一种封装工艺方法，其通过将芯片电极面朝下经焊接或导电胶等工艺，从而将芯片凸点与封装基板互连。与引线键合技术相比，倒装键合方式具备精度高，I/O密度高，引线寄生电阻小等优点，因而成为当今芯片封装领域的主流技术之一。

现有技术中对多自由度倒装键合过程的芯片控制方案，主要是以被动调节为主，如Karl Suss公司开发的FC250键合设备，通过机械元件如球面副等来被动保证芯片角度。然而，进一步的研究表明，上述现有方案仍然存在以下的缺陷或不足：首先，由于缺乏对芯片实际角度的实时反馈及主动控制，往往会造成位置调整（通常也称之为对准操作）缺乏角度调整反馈值而无法精确补偿，而且球面副在键合压力作用下或外界干扰下产生的转动也可能导致键合失效；其次，由于键合过程I/O密度高，对于芯片Z旋转轴角度及XY直线轴位置测量提出了微米甚至亚微米级的精度要求，尽管可以采用光栅尺与高像素相机配合的方式来执行测量，但高像素相机相应会带来测量视野范围减小的问题；此外，对于芯片控制过程中的XY旋转轴角度的调整，目前的直接测量方式较为困难，并造成实际操作工作的不便。相应地，相关领域中亟需寻找一种更为完善的芯片控制方法，以便实现高精度、高效率和高鲁棒性的多自由度倒装键合过程。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于多自由度倒装键合过程的芯片控制方法，其中通过对关键工艺的步骤及其操作方式进行优化设计和调整，相应可使得芯片在角度调整的同时实现位置跟随控制，并能进一步提高倒装键合过程的精度和效率，同时具备便于操控和高鲁棒性等优点，因而尤其适用于多自由度倒装键合过程的芯片控制用途。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于多自由度倒装键合过程的芯片控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

（a）确定芯片贴装位置的操作：

对拟贴装芯片的基板测量获取Z旋转轴的角度粗调偏差值和X/Y两直线轴的位置粗调偏差值；将所述基板X/Y两直线轴的位置粗调偏差值作为位置闭环补偿信号，驱动贴装头分别对其X/Y两直线轴位置进行粗调；然后，进一步获取基板Z旋转轴的角度精调偏差值、X/Y两直线轴的位置精调偏差值以及X/Y两旋转轴的当前实际角度值，并根据所述角度精调偏差值和位置精调偏差值来确定芯片在基板上的贴装位置；

（b）芯片Z旋转轴和X/Y直线轴的粗调操作：

多自由度倒装键合头拾取芯片，获取芯片Z旋转轴的角度粗调偏差值及其X/Y两直线轴的位置粗调偏差值；将该芯片角度粗调偏差值作为闭环补偿信号对芯片Z旋转轴的角度进行粗调，与此同时，将所述芯片角度粗调偏差值转换输入至芯片X/Y直线轴位置闭环作为控制信号，由此实现X/Y直线轴对于Z旋转轴的闭环跟随控制；此外，将所述芯片X/Y两直线轴的位置粗调偏差值作为位置闭环补偿信号，分别对X/Y两直线轴的位置进行粗调；

（c）芯片X/Y旋转轴的调整操作：

对芯片X/Y旋转轴的当前实际角度值进行测量，然后逐次选择所述X/Y旋转轴，并将芯片X/Y旋转轴和基板X/Y旋转轴的当前实际角度值作为反馈信号、将期望角度值作为控制信号执行角度闭环控制；与此同时，将当前实际角度值与期望角度值之间的偏差值转换输入至X/Y/Z三直线轴中另外两轴的位置闭环作为控制信号，由此实现另外两直线轴的闭环跟随控制；

（d）芯片Z旋转轴和X/Y直线轴的精调操作：

基于芯片的所述角度和位置粗调偏差值，进一步获取芯片Z旋转轴的角度精调偏差值及其X/Y两直线轴的位置精调偏差值；将该芯片Z旋转轴角度精调偏差值作为闭环补偿信号对芯片Z旋转轴的角度进行精调，与此同时，将所述芯片角度精调偏差值转换输入至芯片X/Y直线轴位置闭环作为控制信号，由此实现X/Y直线轴对于Z旋转轴的闭环跟随控制；此外，将所述芯片X/Y直线轴位置精调偏差值作为位置闭环补偿信号，分别对X/Y两直线轴的位置进行精调；

（e）芯片的贴装操作：

倒装键合头按照芯片调整后的最终位置及角度，携带芯片一同运动至基板上的所述贴装位置，由此执行完成芯片的贴装过程。