多模块芯片制造装置实用新型专利

专利名称：多模块芯片制造装置

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN201980062731.X

专利申请（专利权）人：柏锐科技有限公司
权利人地址：新加坡

专利发明（设计）人：张健

专利摘要：一种用于将焊球(SB)施加到晶片或衬底(W)上以供电子工业中的后续使用的整体晶片组件装置(10)。该晶片工具组件(10)包括彼此连接的多个模块(12‑20)，并且全部由机械手(22)服务，以将处理后的晶片(W)从一个模块转移到另一个模块。该工具组件包括加载口(12)和预对准器模块(14)、粘合剂模块(16)、焊球安装模块(18)和回流模块(20)。晶片检查(24)和维修模块(198)装置也是工具组件的一部分。

主权利要求：
1.一种用于将焊球施加到晶片衬底上以供电子工业中的后续使用的整体晶片组件装置，晶片组件装置包括：晶片处理模块的装置，所述晶片处理模块的装置互连到中央晶片处理机械手并且由中央晶片处理机械手服务，以提供整体系统，所述模块包括：预对准器模块，用于接收待处理的晶片；粘合剂模块，用于将无助焊剂粘合剂施加到晶片的上表面，所述无助焊剂粘合剂被配置为在提高的温度下从所述晶片的所述上表面完全蒸发，所述粘合剂模块还包括一个或多个喷嘴，所述喷嘴被配置为将所述无助焊剂粘合剂喷涂并均匀地分布在所述晶片的上表面上，所述粘合剂模块还包括气刀，其配置成在将所述无助焊剂的流体粘合剂喷涂并均匀地分布在所述晶片的上表面之后，在所述晶片的所述上表面上施加压缩空气的气幕，来自所述气刀的压缩空气的气幕用于散布施加在所述晶片上表面的所述无助焊剂粘合剂，在所述晶片的所述上表面上留下均匀的无助焊剂流体粘合剂膜；焊球安装模块，用于将多个焊球施加到晶片上；检查模块，包括检查分析；以及沉积在晶片上的未正确施加的焊球的插入和提取装置；以及回流模块，用于将焊球加热并固定到晶片上的焊盘装置上。
2.如权利要求1所述的晶片组件装置，其特征在于，将流体粘合剂在室温或提高的温度下施加到晶片上，所述一个或多个喷嘴包括支撑在可移动地设置在其下方支撑的晶片上方的机架上的喷嘴装置，并且收集过量的粘合剂并将其用于另一晶片。
3.如权利要求2所述的晶片组件装置，其特征在于，在多个焊球通过可移动地设置在晶片上方的多孔焊球对准板的垂直阵列被过滤之后，将所述焊球以阵列的方式设置在晶片上的焊球接合位置的间隔的图案上。
4.如权利要求3所述的晶片组件装置，其特征在于，在晶片的上表面上的焊球阵列上横向地驱动气刀，以便从晶片表面上移走任何多余的焊球。
5.如权利要求4所述的晶片组件装置，其特征在于，任何多余的焊球被传递到单向通道以进行收集，并随后其他晶片上再利用。
6.如权利要求1所述的晶片组件装置，其特征在于，处理包括：加载口用于接收未处理晶片，粘合剂模块用于在粘合剂喷涂沉积和粘合剂清理操作期间通过支撑销真空装置保持每个晶片；晶片在加载口中预对准，并转移到焊球安装模块中的真空杯销支撑装置，通过多个相机进行光学对准检查，包括：焊球分配模版；位于模版上的焊球分配容器，用于将焊球受控制地释放到下面的晶片上；不正确的焊球和过量的粘合剂回收装置；三站回流模块，用于对加载的晶片进行热处理，以及最后转移到加载口以完成晶片收集。
7.如权利要求6所述的晶片组件装置，其特征在于，通过喷嘴装置将流体粘合剂施加到晶片上，喷嘴装置支撑在可移动地设置在其下方支撑的晶片上方的主计算机控制的机架上。
8.如权利要求7所述的晶片组件装置，其特征在于，在多个焊球通过振动地设置在晶片上方的多孔焊球对准板的垂直阵列被过滤之后，将所述焊球以阵列的方式设置在晶片上的焊球接合位置的间隔的图案上。
9.如权利要求8所述的晶片组件装置，其特征在于，在晶片表面上的焊球阵列上横向地驱动气刀，以便从晶片表面上移走任何多余的焊球，所述气刀支撑在主机架上。
10.如权利要求9所述的晶片组件装置，其特征在于，任何多余的焊球在单向阀下被传递到单向通道以进行收集，并随后其他晶片上再利用。
11.一种在晶片组件装置中使用多个焊球以将多个焊球施加到晶片上供后续在电子工业中使用的工艺，所述工艺包括：将无助焊剂粘合剂施加到晶片的上表面，所述无助焊剂粘合剂被配置为在提高的温度下从所述晶片的所述上表面完全蒸发，所述无助焊剂粘合剂通过一个或多个喷嘴施加，所述喷嘴被配置为将所述无助焊剂粘合剂喷涂并均匀地分布在所述晶片的上表面上；
使用气刀，所述气刀被配置成在将所述无助焊剂的流体粘合剂喷涂并均匀地分布在所述晶片的上表面之后，在所述晶片的所述上表面上施加压缩空气的气幕，来自所述气刀的压缩空气的气幕用于散布施加在所述晶片上表面的所述无助焊剂粘合剂，在所述晶片的所述上表面上留下均匀的无助焊剂流体粘合剂膜；
将预装的焊球盒放置在晶片组件装置上的接收单元中；将有限数量的焊球释放到晶片组件装置中的分散轨道中；使焊球穿过漏斗掉落到分配杯中；将焊球从分配杯分配到初级分配板上；使焊球穿过初级分配板并到达多个次级分配板上；使焊球穿过次级分配板上落到模版上，其中在模版的下面直接放置晶片；将焊球扫入模版中的焊球容纳孔阵列中；将装有焊球的晶片下降并放入机械臂拾取器中；以及将机械臂拾取器上装有焊球的晶片转移到检查模块中。
12.如权利要求11所述的在晶片组件装置中使用多个焊球的工艺，其特征在于，焊球通过清扫装置扫过模版，以使焊球能够填充到模版中的焊球容纳孔阵列中。
13.如权利要求11所述的在晶片组件装置中使用多个焊球的工艺，其特征在于，移动焊球的清扫装置是喷刷。
14.如权利要求11所述的在晶片组件装置中使用多个焊球的工艺，其特征在于，移动焊球的清扫装置是线刷。
15.如权利要求11所述的在晶片组件装置中使用多个焊球的工艺，其特征在于，初级分配板和次级分配板在焊球从中穿过时在振动。
16.一种在电子工业中使用的在整体晶片组件系统中制造芯片组件的工艺，包括以下步骤：通过机械手从前开口移除晶片，其中将晶片传送到预对准器以对中；
通过机械手将晶片传送到粘合剂站，其中将粘合剂流体施加到晶片；
通过机械手将晶片带到卡盘上的焊球安装站，到达第一晶片服务位置开口；
通过相机装置对准晶片，以用于晶片后续相对于模版孔图案的定向；
将晶片传送到模版所在的第二晶片服务位置开口；
将晶片支撑卡盘向上移动，以将晶片提升到非常接近模版距离小于焊球直径之处；
通过穿过模版观察晶片以识别晶片上的基准标记，以便通过作为可移动机架的一部分的上方焊球头上的相机验证装置来验证晶片对准；
一旦验证晶片对准，就将焊球头移动到晶片上的适当位置；
从焊球头上的焊球储存器中分发焊球，通过漏斗到达分配杯，然后到达分配板，以通过多个多孔板掉落；
将焊球落到多孔模版上；
使焊球头接近模版；
激活焊球头以将刷子放在模版上；
在晶片上前后移动刷子，而不接触晶片，以将焊球推入晶片中的孔中；
通过机架上的气刀在模版上吹过压缩的干燥空气，以便将任何未加载的焊球回收到具有真空的收集室中，以供后续再利用；
降低焊球安装模块中的卡盘和晶片，以便机械拾取；
将加载焊球的晶片传送到焊球检查和/或维修站；
自动将加载焊球的晶片传送到回流模块中的负载锁定站/第一站中的卡盘，并从第一站清除氧气；
通过真空将晶片保持在卡盘上，并且将卡盘可旋转地推进到第二站进行预热；
通过升降机上的卡盘将晶片提升到第二站腔室顶部的环处，以达到最高的预熔回流温度；
通过升降机降低晶片穿过卡盘，以返回晶片停止在卡盘上，从而使晶片达到受控的回流温度，然后将晶片旋转到回流模块中的第三站，通过真空板将晶片与卡盘分离，其中晶片通过板下方和晶片上方的氮气冷却，其中穿过卡盘传送的真空使晶片在其上保持平整；
将卡盘旋转回第一站以取出成品晶片。 说明书 : 多模块芯片制造装置[0001] 本发明涉及用于制造带有焊球或镀焊球(也可以称为附连于此的凸点)的晶片芯片或衬底的组件和子组件模块，尤其涉及在处理模块的可连接装置中用于处理具有无助焊剂或不含助焊剂的粘合剂的晶片的设备，其适用于这样的晶片芯片的改变的制造条件。对于本文的讨论，镀焊球、焊球、凸块等均被指定为“焊球”，以避免混淆。[0002] 本发明的简要说明[0003] 本发明涉及各个模块的布置，这些模块一起构成用于制造晶片芯片的系统，该晶片芯片上布置有焊球。系统中的模块分别被设计成促进完成所需的芯片组件的该部分的高效制造。[0004] 出于营销目的，在此可以用商品名“交响乐(Symphony)”芯片组件装置或工具来称呼该组件。[0005] Symphony芯片组件工具包括前端模块(EFEM)、粘合剂施加模块、焊球安装模块(SBM)、检查和维修模块以及回流模块。机械臂布置在前端模块中，以使晶片在相应的模块和用于晶片粗略布置的预对准器之间移动。Symphony芯片组件工具另一个实施例包括多个回流模块的并排布置。前端模块(EFEM)也可以布置在多个回流模块的附近，以允许它们并行地服务，从而增加回流工艺的吞吐量。Symphony组件的又一实施例包括双焊球安装模块配置，其被布置成增加球安装步骤的吞吐量。这样的另一双焊球安装配置包括前端模块(EFEM)，其具有两个用于在相邻处进行并行处理的焊球安装(SBM)模块、粘合剂施加模块和检查模块。Symphony工具组件的又一个实施例包括单个回流模块配置，其自带的前端模块(EFEM)为该单个回流模块提供服务。[0006] 因此，本发明包括用于将焊球施加到晶片衬底上以供电子工业中的后续使用的整体晶片或芯片组件装置或工具，晶片组件装置包括：各个晶片处理模块的装置，所述各个晶片处理模块的装置互连到中央晶片处理机械手并且由中央晶片处理机械手服务；模块包括：预对准器模块，用于接收待处理的晶片；粘合剂模块，用于将流体粘合剂施加到晶片的上表面；焊球安装模块，用于将多个焊球施加到晶片上；回流模块，用于将焊球加热并固定到晶片上的焊盘装置上；以及检查模块，具有检查和分析功能；必要时，还包括用于沉积在晶片上的焊球的维修装置。通过喷嘴装置将流体粘合剂施加到晶片上，喷嘴装置支撑在可移动地设置在其下方支撑的晶片上方的机架上。在焊球通过可移动地设置在晶片上方的多孔焊球对准板的垂直阵列进行过滤之后，将多个焊球以阵列的方式设置在晶片上的焊球接合位置的间隔的图案上。在晶片表面上的焊球阵列上横向地驱动气刀，以便从晶片表面上移走任何多余的焊球。多余的焊球穿过单向通道进行收集，并随后其他晶片上再利用。[0007] 本发明还包括一种用于电子工业的用于在整体晶片组件系统中制造芯片组件的工艺，该工艺包括以下步骤：由机械手从前开口中取出晶片，其中晶片被传送到预对准器以用于居中；通过机械手将晶片传送到粘合剂站，在其中将粘合剂流体施加到晶片；通过机械手将晶片带到卡盘上的焊球安装站，到达第一晶片服务位置开口；通过相机装置对准晶片，以用于后续晶片相对于模版孔图案的定位；将晶片传送到模版所在的第二晶片服务位置开口；将晶片支撑卡盘向上移动，以将晶片提升到非常接近模版、距离小于焊球直径之处；通过穿过模版观察晶片以识别晶片上的基准标记，以便通过作为可移动机架的一部分的上方焊球头上的相机验证装置来验证晶片对准；一旦验证晶片对准，就将焊球头移动到晶片上的适当位置；从焊球头上的焊球储存器中分发焊球，通过漏斗到达分配杯，然后到达分配板，以通过多个多孔板掉落；将焊球落到多孔模版上；使焊球头接近模版；激活焊球头以将刷子放在模版上；在晶片上前后移动刷子，而不接触晶片，以将焊球推入晶片中的任何剩余的孔中；通过机架上的气刀在模版上吹过压缩的干燥空气，以便将任何未加载的焊球回收到具有真空的收集室中，以供后续再利用；降低焊球安装模块中的卡盘和晶片，以便机械拾取；将加载焊球的晶片传送到焊球检查和/或维修站；自动将加载焊球的晶片传送到回流模块中的负载锁定站/第一腔室中的卡盘，并从第一站清除氧气；通过真空将晶片保持在卡盘上，并且将卡盘可旋转地推进到第二站进行预热；通过升降机上的卡盘将晶片提升到第二站腔室顶部的环处，以达到最高的预熔回流温度；通过升降机降低晶片穿过卡盘，以返回晶片停止在卡盘上，从而使晶片达到受控的回流温度，然后将晶片旋转到回流模块中的第三站；通过真空板将晶片与卡盘分离，其中晶片通过板下方、晶片上方的氮气冷却，其中通过卡盘传输的真空将晶片保持在其上，并将卡盘旋转回到第一站以进行完成晶片的卸载。[0008] 附图简要说明[0009] 结合以下附图，本发明的目的和优点将变得更加明显，其中：[0010] 图1是组件工具装置的平面示意图，还示出了用于在组件工具装置内将晶片从一个站转移到另一个站的机械手装置；[0011] 图2是用于将粘合剂流体施加到进行构造的晶片上的粘合剂模块的立体图；[0012] 图3是图5A中所示的粘合剂施加室的侧面主视截面图；[0013] 图4是晶片支撑板或卡盘的截面立体图，其用于将其上的晶片提升到粘合剂施加外壳内；[0014] 图5是焊球安装模块的立体图，其示出了用于将晶片馈送到焊球安装模块的机械臂、以及其相关的光学检查装置；[0015] 图6是图8中所示的焊球安装模块的立体图，具有检查光学器件和相机装置，其示出了机架装置；[0016] 图6A是刷头的侧面主视图，示出焊球在初级分配板上以及在其下方的几个次级分配板上的最终或分配的焊球，在该刷头的底部附接有清扫器装置，在其下方示出了间隔开的模版，所述模版在支撑在卡盘上的晶片的上方；[0017] 图7是球刷装置的底侧的立体图；[0018] 图8A、8B和8C分别是本组件的检查模块的立体图和侧面主视图，通过该装置检查晶片以确保在回流之前所有焊球都正确地定位在晶片上，其中位于检查模块上部的线扫描相机向下看向支撑卡盘上的晶片，以便捕获整个晶片的图像以进行计算机分析；[0019] 图8D是补充检查模块的维修站的分解立体图；以及[0020] 图9是敞开的回流模块的立体图，其包括具有三个站的腔室、即负载锁定站、回流站和翘曲管理站，其中晶片通过旋转的载盘在腔室内在站与站之间移动。[0021] 本发明的详细描述[0022] 本公开的总的方面包括一种设备以及该设备用于处理电子工业中使用的晶片的工艺，该工艺如下：通过机械臂将待处理的晶片从原始晶片堆中移出；晶片被传送到预对准站，在此处晶片在载体上居中；将晶片带到相邻粘合剂模块中的站；将流体粘合剂施加到晶片；然后通过机械臂将晶片移动到焊球安装站模块；晶片通过相机在第一支撑开口中对准，以使晶片相对于模版孔图案按照直线定向；将晶片带到模版所在的焊球安装模块的第二支撑开口处；使卡盘向上移动以将晶片支撑在模版下方的非常接近的位置(晶片与模版之间的距离小于焊球的直径)，焊球从储存器落到焊球安装模块中的杯和多孔板分配装置中，焊球穿过多孔板装置落入模版的孔中，以对准下方的晶片，加载球的晶片被压缩干燥空气刷过并处理实现了焊球的放置和从晶片去除多余焊球，并从晶片上去除了多余的焊球，将晶片运送到回流站进行最终的热处理和加载焊球的晶片的冷却。[0023] 现在详细参考附图，特别是参考图1，示出了整体芯片组装工具10的构造的示意图。芯片组件工具10包括加载口12、预对准器模块14、粘合剂模块16、焊球安装模块18和回流模块20，它们中的每一个都由中央机械臂装置22的顺序加载和卸载服务。在图2中以透视图示出了粘合剂模块，在图3中以侧视图示出了粘合剂模块。在图1中还示出了检查模块24，该检查模块可以包括不正确加载的晶片的检查加上布置或修理，在图8D中更具体地公开了该检查模块。[0024] 如图1所示的芯片组装工具10的操作在加载口处开始，其中从前端开启式晶片传送盒(FOUP)中取出晶片“W”并传送至粘合剂模块16。机械臂22操纵装置将晶片“W”放置在支撑销30上，如图3所示。这些支撑销30在其尖端处具有真空杯，以在将晶片“W”通过机械臂22放置在如图4所示的真空支撑板32上之后保持晶片“W”，然后将板32抬起，由气动执行器34驱动，以将晶片“W”提升到粘合剂施加外壳36内，如图3和4所示。支撑销30被埋在支撑板32的表面的正下方，并随着板32的上升而与板32一起上升。当支撑板32上升时，它与晶片“W”接合并通过使用穿过支撑板32的真空将晶片“W”保持紧靠支撑板32。支撑板32具有三个独立控制的真空区域，每个区域由一系列真空通道40组成并由其限定，如图4所示。除了保持晶片W之外，多区域设计还实现板32的平坦化和保持翘曲的晶片。当支撑板到达行程的顶部时，它与图4所示的夹紧环42接合，该环42用作硬挡块。夹紧环42的内边缘压在晶片W的外边缘上并形成液密密封。如图3所示，液体粘合剂“B”由如图3所示的一个或多个喷嘴44分散，喷嘴44在晶片“W”上扫描一次或多次。喷嘴44通过以大致垂直于扫描方向的扇形图案喷涂流体粘合剂“B”而均匀地分配流体粘合剂“B”。如图3所示，喷嘴44承载在机架46上，机架运动由计算机控制的线性执行器驱动，该线性执行器具有皮带驱动器48，如图5所示。在沉积粘合剂B之后，如图3所示，气刀50扫过晶片，在其上喷射压缩干燥空气的气幕。压缩的干燥空气的作用力使粘合剂沉积物扩散并变薄，从而在晶片上留下均匀的薄膜。气刀50与喷嘴44安装在相同的机架框架46上，并且尽管两个系统的扫描运动机械地耦合，但是它们彼此独立地控制并且可以同时或在不同的时间操作。气刀50还从晶片上清除多余的粘合剂“B”。多余的粘合剂穿过夹紧环42顶部的通道52穿过夹紧环42，并向下进入图3所示的收集盆54。粘合剂向一侧排出，在该一侧通向排出口，该排出口连接到收集器，多余的粘合剂被储存在收集器中，以供最终再利用。在施加粘合剂之后，真空支撑卡盘56下降，并且在卡盘和支撑销上的真空关闭，并且机械手22从粘合剂模块16移除晶片“W”。粘合剂分散喷嘴的高度、间距和角度可以手动调节。可以使用不同的长度和间距来优化粘合剂的分配模式。气刀的高度和角度也可以手动调节。分散的粘合剂的量由分散的时间、储罐压力和喷嘴本身的手动旋钮控制。通过气刀50的压缩干燥空气流速由设施面板60中的孔和质量流量控制器的组合来控制，如图1所示。使气刀50靠近晶片“W”的表面会集中气幕的力，通常会导致更薄的粘合膜。气刀50还用于清洁晶片，该晶片可能缺少焊球或具有未对准的焊球，这将需要在维修站198中进行维修，如图8D所示。气刀50从晶片“W”上吹走所有多余的粘合剂中的焊球SB。粘合剂封壳36被排空，以使任何残留在空气中的粘合剂材料都不会逃逸并污染部分工具组件。[0025] 芯片组件工具10的操作继续通过图1和图5所示的机械臂22移除载有焊球的晶片“W”，在加载口12中的预对准器中大致对准。然后将其转移到焊球安装模块18，以进行晶片W上焊球SB的光学对准，如图8，图9所示。当晶片真空支撑卡盘从机械臂22接收晶片时，晶片真空支撑卡盘在加载位置处启动。晶片板具有带真空杯的支撑销和支撑板表面中的几组独立控制的真空通道或区域。首先将晶片“W”加载到支撑销上，并用真空杯固定。销凹入真空支撑卡盘中。这将晶片降低到卡盘表面，在该表面上晶片被真空区保持。平台由带有推压精密滚珠丝杠的线性执行器在X，Y和Z方向上驱动，如图5所示。高精度转盘还在贝塔(beta)平台中旋转晶片“W”。所有晶片支撑运动均通过适当的电路进行计算机控制。然后，晶片平台将晶片移入上安装板66中的对准窗口切口70中，如图5所示。如图5和6所示，两个向下看的相机60和62位于晶片“W”上方，使得每个相机都注视晶片上的不同预定位置。每个相机60和62以相对于安装板66的横向定向安装到独立操作的线性驱动器64上。这两个执行器进而安装在图5和6所示的机架框架74上，该机架74可以使用一个或两个精密滚珠丝杠执行器沿着安装板的纵轴驱动，其中每个相机60和62拍摄晶片“W”的一小部分图像，而适当的计算机(未示出)使用该信息来确定X，Y和θ(theta)配置中晶片的确切位置。平台上下移动晶片，穿过安装板中的第二模版窗口78，如图5所示。平台的Z运动使晶片``W”升高，从而使其上表面恰好接触模版80的底面或恰好位于模版80的底面下。该计算机控制系统已经知道模版80的精确方向，并结合其对晶片方向的了解，可以定位晶片，以便在将晶片沿Z方向升高之前以高精度将其对准模版80。图6所示的验证相机82布置为确认晶片“W”相对于模版80的最终布置。通过使用如图6所示的气动执行器86，验证相机82向下移动以使模版80和晶片“W”进入焦点。验证相机82向上移动以获得球安装头90的后续操作的清晰图片。[0026] 芯片组件工具的操作继续进行，焊球安装头移至模版80上方的位置，然后下降至分配位置，并非常轻微地与模版80接触。如图7所示，旋转游动构件88使储存器102倾斜并将预定量的焊球SB释放到初级分配板上。然后，焊球SB向下穿过几层次级分配板中的孔向下移动，并在最终散布在模版80的表面上之前进一步散开。图7所示的刷头96由气动执行器98驱动。刷头96包含一系列清扫构件100，例如线或具有沿其下侧的孔眼的加压多孔管等，图7中所示的清扫构件100安装到为刷头96的底侧，使得它们向下突出并轻微接触。当清扫构件100为线时，将它们置于轻微的张力下，以使所示的每根线的一部分笔直地拉出，平行于模版80的表面。每根清扫构件的线100的笔直部分的跨度大于被处理的晶片“W”的直径。保持线100与模版表面平行可确保线100和模版80之间的间距均匀。能够控制模版中线之间的间隙(如果有的话)，以使焊球SB保持在每对线之间不能自由通过下方。一旦刷头96下降，如图7所示的计算机控制的电磁振动器102以平行于模版80平面并垂直于线或管100的轴线的小的振荡运动驱动刷头96，小幅度的振动被设计成使焊球SB在线或受压空气管100之间的较小距离内移动而不会划伤模版80。在振动时，刷头96还以有限的总运动平行于模版80并垂直于线或管100来回平移，以确保模版80的任何点都将被振动的线或加压的管100清扫。平移清扫构件线或加压管100还确保了在整个散布过程中模版80上没有孔被覆盖，这可能会阻止焊球填充那些堵塞的孔。在散布焊球SB之后，模版80中的孔应各自包含一个焊球SB，一旦晶片和模版彼此分离，则焊球SB留在晶片上的焊盘上。模版80上可能有多余的焊球SB，这些焊球SB没有填充孔，并且这些多余的或余下的焊球需要在降低晶片之前被清除。刷头96上下移动离开，如图3所示，气刀50扫过模版80，并将所有多余的焊球SB推到模版80的背面。来自气刀50的气流的强度足以清扫所有未限制在孔内的焊球，但又不至于使沉积的焊球脱落。气刀50将球推到挡板下方，该挡板用作单向门，以防止焊球回滚到模版80上。焊球聚集在模版80的后边缘上，在那里它们被上方的真空导管吸起。焊球从那里被运送到收集容器，在此处所有焊球与气流分开并存储起来以备后用。[0027] 刷头21和焊球安装模块18的示意图在图6A中示出，其示出了漏斗23，漏斗23将焊球SB掉落到多孔的初级分配板25上，焊球通过初级分配板25掉落到次级分配板27和29上。在次级分配板27和29下方，示出了多孔的模版31。模版31被示出为布置在支撑卡盘33上的晶片“W”上方，晶片W在其上具有焊盘35的装置。示意性地示出了附接到共用刷21的清扫器装置37。[0028] 不同的工艺可能会使用大小和成分不同的焊球，因此避免交叉污染至关重要。每种类型的焊球都有专用的储存器、刷子和收集容器。这些部件可以被机械地和/或电子地识别，以使得与不同焊球一起使用的部件不被混合。[0029] 首先在图1中示出的检查模块24被用于在将球放置在晶片“W”上之后检查晶片“W”，以确保在回流之前所有焊球被正确地定位。如图8A所示，机械手22将其上安装有焊球SB的晶片“W”加载在的支撑销装置106上，在其上具有真空杯，如图8B所示。一旦销装置106支撑晶片“W”，如图8B所示，它们在气动执行器的驱动下向下移动并凹入真空支撑板108中。支撑板108包含几组独立控制的真空通道或真空区，一旦支撑销从其上落下，它们就夹住晶片。图8A所示的线扫描相机110位于检查模块24的上部，并且向下看，如图8A所示。支撑卡盘和晶片在线扫描相机110的视场上平移，以捕获整个晶片“W”的图像。支撑卡盘由计算机控制的精密滚珠丝杠驱动，并可以通过人工光源的布置进行照明。自动分析晶片图像以识别缺陷，例如缺少焊球，多余的焊球或相对于晶片未对准的焊球，通过检查的晶片将继续移动到回流模块，而未通过检查的晶片将被存储在维修或缓冲站，以便以后进行返工。[0030] 这种维修站198在图8D中示出，其包括支撑控制面板212的基础框架210、多个控件214、安装在基础框架210上的花岗岩检查平板216、安装为沿X方向移动的取放臂220、布置为在花岗岩检查平板216上进行Y方向移动的扫描仪驱动组件卡盘222和检查相机组件200。在扫描仪驱动组件卡盘222上方，检查灯组件202被示出处于其上位置。当处于下位置时，检查灯组件202为检查相机组件200提供光以查看扫描仪驱动器组件卡盘222上的晶片W。扫描仪驱动组件222在相机组件200下方移动晶片，从而允许生成整个晶片的图像。从该图像中识别出任何遗漏的焊球以及任何多余或放错位置的焊球的位置，并在与设施面板212相关的控制计算机系统中记录其坐标。检查灯202可以移动到上位置，从而允许取放臂222在扫描仪驱动组件卡盘222上的晶片W上移动。取放组件作为针座组件230包括真空装置。[0031] 当取放组件220盘旋在晶片上方时，它去除了任何错位的焊球并进行了处理。[0032] 检查灯202被移动到上位置，从而允许取放组件220在晶片W内和上方移动。通过盘旋在晶片上，取放组件220可以用于替换晶片。首先，它去除任何放错地方的焊球并处理它们。接下来，取放组件220将焊球添加到已确定丢失的晶片应用中。通过利用线性X和Y驱动运动，取放组件220可以到达晶片上的任何位置。在这些功能的任一个之间，可以使用安装在执行器之间的200取放相机直接观察和确认单个焊球的放置或去除。这在测试过程中很重要。当晶片被修复时，取放组件220将移开，移至左侧，如图8D所示。最终，检查灯组件202将向下移动，从而允许检查相机200和扫描仪驱动器222产生晶片的第二图像。如果未发现错误，则将晶片从检查加站中取出转移到回流模块，然后再将另一个晶片移入进行维修。[0033] 在共同待审批的申请号15/998,295中广泛示出并讨论的回流模块20及其自身的参考标号在此通过引用并入本文，目前显示的是由如图9所示的开放式腔室120组成，具有三个站：负载锁定或第一站122，回流或第二站124和翘曲管理站126。图9示出开放的回流模块。在处理期间，将腔室关闭并与周围环境密封。晶片通过旋转的载盘128在腔室内从一个站移动到另一个站。盘128具有多个用于串行晶片处理的插槽。每个插槽保持如图4所示的承载环和也如图4所示的支撑环，其中晶片位于支撑环内。为了处理晶片，也可以使用图4所示的夹紧环，其中，夹紧环在处理和回流室20期间将晶片保持平坦。晶片的外边缘夹在支撑环中的夹紧环之间，在晶片处于回流室的同时形成暂时的环形限制。[0034] 回流模块20的负载锁定或第一站122接收新晶片，其中通过驱动主气缸将负载锁定真空支撑卡盘和基板一起升高。机构将夹紧环从支撑环上分离到较高位置。驱动第二气动环以相对于基板降低支撑板，从而露出支撑件。负载锁定门由气动执行器打开，该执行器可平移和升起门。晶片由机械手加载，并被支撑销尖端上的真空杯抓住。真空支撑卡盘被抬起并与晶片接合。如前所述，卡盘上的真空区打开并保持晶片平坦。降低机构降低夹紧环并将其锁定到支撑环中。该机构还可以利用夹紧环提供附加的向下力，以帮助使晶片变平。在真空不足以使晶片变平的情况下可能需要这样做。将底板向上处于关闭的加载锁定门时，形成一个密封的微型腔室。加载晶片后，用氮气吹扫该腔室以产生无氧气氛。支撑卡盘是底板，并且没有氧气引入腔室的其余部分。该运动还将晶片降低回到载盘中。[0035] 回流模块20的回流站或第二站124包含三个计算机控制的加热元件：底部加热器、顶部加热器和环形加热器，如图9所示。底部加热器的主要目的是通过与晶片组件直接接触来传导性地加热晶片“W”。这里的晶片组件由晶片、支撑环和夹持环组成。顶部加热器用于对塔内的晶片进行更为渐进的对流加热‑塔是工作台上方的回流站在一部分。环形加热器用于防止热边缘损失并提高晶片的温度均匀性。顶部和底部加热器之间存在温度梯度。可以将晶片放置在塔内的不同高度处，从而确定其对流加热速率，即温度，可以被控制。热壁从环形加热器中的顶部加热器传导热量，并在塔中产生更稳定且渐变的温度梯度。热壁部分可以是支撑和传递来自顶部加热器的热量的同一块。[0036] 在将晶片从加载锁定装置转入回流站后，必须对其进行预热。通过在塔中靠近顶部加热器对流加热晶片来最有效地完成的预热。尽管可以将顶部加热器设置为任何温度，但通常将其设置为明显高于底部加热器。因此，放置在回流站中的晶片越高，其周围的环境就会变得越热，并且其加热就越快。升降销由伺服电机驱动，抬起晶片组件并控制其高度。支撑环中的温度传感器接触晶片并实时精确监控其温度。晶片温度监控和晶片高度控制的结合为用户提供了对晶片温度曲线的极大控制。支撑环在其最高位置接触安装在顶部加热器上的硬挡块。挡块防止晶片组件直接接触塔的上部，从而防止损坏工具和晶片。挡块还将热量从顶部加热器传导到支撑环，加热该支撑环将迅速使对流加热器下降。由于更大的热质量，支撑环和夹具的温度将落后于晶片本身的温度，从而降低晶片的温度均匀性。对流加热支撑环使晶片和支撑环之间的加热速率差异最小，从而提高了晶片的温度均匀性。预热后，升降销将晶片组件放回工作台。然后，底部加热器在气动元件的驱动下升起，并接触晶片的底部和直接接触晶片的支撑环，将晶片快速升高至均匀的研究温度。在此温度下，晶片中的焊球熔化并附连在晶片上的相应焊盘上，该晶片通过底部加热器中的真空通道保持，如果需要，可以将真空力施加到晶片上。真空有助于将翘曲的晶片保持平坦，并在速度和均匀性方面提高晶片的传导加热。在与晶片接触一定时间后，底部加热器下降，晶片索引到下一站。[0037] 随着晶片温度的升高，甚至在回流之前，由于焊球和焊盘之间的金属扩散，焊球会粘附在晶片上的焊盘上，从而不需要粘合剂。液态粘合剂在高温下开始蒸发，到晶片离开回流站时，所有粘合剂都已蒸发。在回流站以及腔室的其余部分中保持无氧还原气氛，以促进氧化物的去除和焊料的回流。气氛是氮气和还原性气体(例如甲酸)的混合物。在回流站本身之后，还原气体混合物通过热壁侧面的孔引入，其中粘合剂蒸气通过塔上部的孔排出，并最终进入回流站排气口。在主工具排气装置中的回流站排气装置之间，可以在线上放置粘合剂冷凝系统。该冷凝系统冷凝粘合剂蒸气，将其从排气流中去除，从而防止任何粘合剂蒸气到达设施的排气系统。[0038] 翘曲管理站126，即回流模块20的第三站，如图9所示，其中晶片和晶片组件将翘曲管理站保持在高于加热器和真空板温度的温度下。真空板开始停留在加热器上，此处两者处于相同的温度。板和加热器分别由各自的气缸驱动。板和加热器首先一起移动以接触晶片。这将晶片快速且均匀地冷却到焊料凝固温度以下。与真空支撑卡盘一样，板中的三个真空区可以向晶片施加真空力并将其保持平整。这改善了晶片中的板之间的传导，特别是当晶片易于翘曲时。然后，该板分离并保持其对晶片的背面抓力。氮气现在流到板上的通道，从而对其进行主动冷却。可以通过使用质量流量控制器更改氮气流量来调节冷却速率。使晶片在冷却时保持与板接触，而不是在自由悬置在室内的状态下对流冷却晶片，以最大程度地减少甚至消除晶片上的残余应力。当晶片从环形夹中释放时，这减少了晶片的翘曲。晶片上方的氮气喷淋头也可以用氮气的撞击流对流冷却晶片。在板/晶片系统被充分冷却之后，真空释放并且板与晶片分离。现在，晶片仅通过对流进行冷却，直到离开站为止。当晶片冷却时，板下降并再次接触加热器。这将板加热回到起始温度，为下一个晶片做准备。[0039] 尽管气动构件是独立控制的，但是板和加热器的最终运动在有限的程度上是耦合的。晶片气动元件控制加热器的绝对位置，相对于腔室具有唯一的上下位置。可以将板气动装置有效地视为板/加热器分离器。它不控制板的绝对位置，而是指示板是放置在加热器上方还是与加热器接触。

专利地区：新加坡

专利申请日期：2019-09-27

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN112789705B