[发明专利]一种高精度Fan-out键合机

说明书

本发明涉及芯片封装技术领域，本发明的技术方案为：一种高精度Fan‑out键合机，包括上机架底座，上机架底座上具有四个功能区域，最下层为晶圆物料传输区域，中层为芯片物料传输区域，上层为芯片键合区域，右侧为基板物料传输区域。采用本发明所述的键合机整机布局方案能够完美地适应FO和FC等先进封装工艺所涉及的各种工艺需求，同时能以较低成本实现高精度高产率的性能指标。结构紧凑，整机外形尺寸比同类设备小，节省了用户洁净房使用面积。在不降低产率的条件下，能够实现对完成键合的芯片做位置检测和周期性温度漂移补偿，为整机设备的稳定性与可靠性提供保障。

技术领域

本发明涉及芯片封装技术领域，尤其涉及到一种高精度Fan-out键合机。

背景技术

芯片键合机是一类将芯片从蓝膜上剥离拾取，经过传递，翻转，沾胶和检测等一系列运动过程，将芯片按照一定的精度要求贴合到载板上的设备。其中的各个模块之间的动作流程和配合方式，即整机的布局会直接影响到设备最终的产能，精度和物料传递的可靠性。

近年来，先进封装工艺在芯片封装市场中发展迅速，相对于传统封装工艺的市场占比也逐年升高。作为实现先进封装工艺的核心技术：先进封装设备也因此有着广阔的市场前景。

典型的先进封装工艺有Flip-Chip工艺和Fan-Out工艺。FC工艺发展至今，最先进的是C2工艺和TCB工艺。C2工艺的芯片背面球栅阵列间距为60微米，键合精度要求误差小于6微米，产率要求达到10+kUPH。TCB工艺要求在线完成焊接过程，芯片的引脚间距小于40微米，要求设备的贴合精度达到3微米，需求的键合力最高达到250N，产率通常要求1500UPH。FO工艺通过再布线层技术(ReDistribution Layer)实现了高密度的芯片内部电路互连，使得一次封装中嵌入多个无源组件，从而降低芯片整体成本。FO工艺可分成RDL first/RDLlast/face-up/face-down等不同工艺方式的组合。这些工艺方式都需要将芯片从进料的晶圆上取下，贴合在一个临时的载体(晶圆或者面板)上。由于临时的载体上没有局部定位标记，所以FO工艺区别于FC工艺，需求载体工作范围内的整体定位精度，而且更高密度的电气连接和更小的电气连接间距，使得定位精度要求达到了3um。FO工艺设备在满足高贴合精度的同时，也要达到高输出产率要求(10+kUPH)。

针对以上背景情况，诸如ASM、BESI和KNS等主流半导体设备供应商均推出各种类型高精度键合机以满足先进封装工艺的对芯片贴合精度和产率的要求。

在固晶设备中，键合头的主要作用是从已经准备好的缓存台上拾取芯片，然后经过视觉定位和检测之后，移动到载板处进行键合。于是键合头相对于载板便有了一个XY的运动。目前实现这样的XY运动有两种布局：第一种为动龙门方案；第二种为定龙门方案。

动龙门法是将键合头置于龙门运动台上，利用龙门运动台的XY运动带动键合头实现XY运动。这种方式使得载板在整个过程中静止不动。采用这种布局方法的典型半导体封装设备是BESI的8800FC该设备采用左右镜像双龙门结构，各自带着一个键合头，能够拾取芯片在XY平面内运动。每个动龙门结构均设置了键合上视相机和下视相机，可以兼容Face-up和Face-down键合工艺。定龙门法是将XY两个方向的运动分配给键合头运动台和载板的运动台。采用这种布局方法的实例有KS的APAMA设备。该设备也是左右双龙门和双头结构布局，每边都有一个定龙门结构带着键合头走Y方向运动，一个基板运动台带着基板走X方向运动，一个双光路键合相机实现双面视觉对准。

传统的动龙门和定龙门布局结构已经在外国品牌设备的键合模块中广泛采用。动龙门的布局的键合模块是实现大行程高精度键合头XY运动的首选方案。要实现这种布局，需要龙门运动驱控算法，控制底层的X轴跨度两端的电机协同出力，带动X轴负载快速平稳地运动。这种布局方案的缺点有：龙门运动控制算法、发热产生机械模块畸变的补偿算法、运动台的多维度Table Mapping等算法复杂性，导致这种能实现高精度的动龙门结构的开发难度和成本非常高。以及动龙门结构的底层X轴必然负载巨大，无法实现高加速度运动，造成产率的下降。