芯片与基板对位及精调平的显微激光系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种芯片与基板对位及精调平的显微激光系统，解决了如何将激光精定位与显微光学系统结合在一起实现键合精定位的问题。本实用新型专利技术是通过带有同轴光源的显微成像相机所发出的同轴光线分别经过芯片靶标反射镜和基板靶标反射镜反射后，返回到显微成像相机中成像，来实现芯片和基板的对位；用同一光路系统通过双路激光器分别在芯片上的三个靶标反射镜上形成三个定位激光点，从而获得芯片所在水平平面的准确位置，用同一光路系统通过双路激光器分别在基板上的三个靶标反射镜上形成三个定位激光点，从而获得基板所在水平平面的准确位置，从而完成对两个平面平行度的准确调整。

Micro laser system for chip and substrate alignment and fine leveling

【技术实现步骤摘要】
芯片与基板对位及精调平的显微激光系统
本专利技术涉及一种大规模集成电路器件制造设备，特别涉及一种用于芯片倒装的键合工艺设备中的芯片与基板对位及精调平的显微激光系统。
技术介绍
芯片倒装焊接设备主要用于大规模集成电路器件制造的倒装焊接工艺，完成芯片与基板的直接互连键合，使封装具有更优越的高频、低延迟、低串扰的电路特性，能有效提高电路、部件或系统的组装互连的可靠性；倒装焊接设备主要有三部分组成：第一部分是设置在大理石基准平台上的读出电路基板放置台，读出电路基板放置台可沿X方向的位置调整、沿Y方向的位置调整、沿与X方向和Y方向所组成的平面垂直的θ轴旋转调整；第二部分是设置在大理石基准平台正上方的Z向升降臂机构，在Z向升降臂机构的下端设置有俯仰和偏摆平台，在俯仰和偏摆平台上设置有芯片吸盘，Z向升降臂机构的主要功能是通过下压实现芯片与基板的键合，在键合前，通过俯仰和偏摆的调整实现芯片吸盘与基板吸盘的调平；第三部分是光学系统，光学系统是设置在读出电路基板放置台与Z向升降臂机构之间的，该光学系统主要承担芯片与基板是否对位到位，以及芯片与基板键合的平行度检测；被键合的读出电路基板是放置在XYθ定位平台上的，被键合的芯片是吸附在俯仰和偏摆平台上的，通过调整控制XYθ定位平台的位置，使键合芯片与读出电路基板对位到位，通过调整俯仰和偏摆平台，使读出电路基板与被键合的芯片满足键合的平行度要求，当对位和平行度调整完毕后，Z向升降臂下压，将被键合的芯片与读出电路基板压接键合在一起，从而完成芯片的倒装键合工艺过程。现有的键合工艺设备设置有光学系统，在光学系统中分别设置有显微系统和激光系统；通过光学系统中的激光系统，对被键合芯片的吸附吸盘与放置读出电路基板的吸盘的平行度进行测定，根据两吸盘的平行度测定结果，通过调整俯仰和偏摆平台，使两吸盘的平行度达到设计的键合平行度的要求；然后，将预键合芯片吸附到芯片吸附吸盘上，将读出电路基板放置到带有反射镜面的读出电路基板吸盘上，启动显微系统，将被吸附在芯片吸附吸盘上的芯片与吸附在基板吸盘上的读出电路基板进行对位，对位完成后，再将Z向升降臂下压，将芯片与读出电路基板通过压接，键合在一起；现有的光学系统，仅仅是完成了芯片吸附吸盘与读出电路基板吸盘的平行度检测和调整，而不是对被键合的芯片与读出电路基板两键合体的平行度测定与调整，存在芯片与基板键合时，两键合体之间的平行度不能保证符合设计要求的问题，直接影响到了键合完成后电路板的工作性能；另外，现有设备的光学系统中的激光系统和显微系统是分别独立设置的，存在光学系统占用空间大的缺陷。现场操作步骤是：读出电路基板是放置在下方的XYθ定位平台上的，被键合的芯片是被吸附在上方的俯仰偏摆平台上的，先进行芯片与基板的准确对位；然后，通过控制俯仰偏摆平台，使读出电路基板与被键合的芯片平行，最后，Z向升降臂将俯仰偏摆平台下压，将被键合的芯片与读出电路基板，通过压接键合在一起，从而完成芯片的倒装键合工艺；现有的调平手段是通过自适应方式进行两吸盘的平行度调整的，即预先将芯片吸盘下压到基板吸盘上进行找平设定，根据找平设定的记忆，来完成两吸盘的平行度调整，这种仅靠记忆支撑的调平方式，经常造成两吸盘平行度在未达到设计要求的情况下进行了器件的键合，导致键合产品质量低，废品率高。在键合前，先要对芯片与基板进行对位调整，以保证芯片和基板上预键合位置的重合，使芯片准确倒装键合在一起，由于现有技术仅仅是将芯片吸盘与基板吸盘的平行度调整到位，未对芯片和基板本身进行平行度调整，更没有精定位调平到芯片上的定位点和基板上的定位点上，如何将激光精定位与显微光学系统结合在一起，即可减少光学系统占用较少的空间，又可实现键合的精定位，是现场需要解决的现实问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种芯片与基板对位及精调平的显微激光系统，解决了如何将激光精定位与显微光学系统结合在一起实现键合精定位的技术问题。本专利技术是通过以下技术方案解决以上技术问题的：一种用于芯片倒装的键合工艺设备，包括大理石基准平台，在大理石基准平台上设置有Y向移动导轨安装基座，在Y向移动导轨安装基座上安装有定位平台Y向移动平台导轨，在定位平台Y向移动平台导轨上设置由定位平台Y向移动滑块，在定位平台Y向移动滑块的顶端面上设置有定位平台X向移动导轨，在定位平台X向移动导轨上设置有定位平台X向移动滑块，定位平台X向移动滑块是通过其后侧端底面活动设置在定位平台X向移动导轨上的，在定位平台X向移动滑块的前侧端底面上设置有气浮支撑垫，气浮支撑垫活动设置在大理石基准平台的顶面上，在定位平台X向移动滑块的顶端面上分别设置有θ旋转平台和旋转驱动电机，在θ旋转平台的顶面上设置有读出电路基板放置台，在读出电路基板放置台上设置有带反射镜面的基板吸盘，在带反射镜面的基板吸盘上放置有读出电路基板，在读出电路基板上设置有基板平行度调整标记点；在θ旋转平台的正上方设置有Z向升降臂，在Z向升降臂的底端分别设置有俯仰偏摆调整电机和俯仰偏摆调整平台，在俯仰偏摆调整平台的下底面上固定设置有芯片吸附台，在芯片吸附台的下底面上吸附有带反射镜面的芯片吸盘，在带反射镜面的芯片吸盘的下底面吸附有芯片，在芯片的下底面上设置有芯片平行度调整标记点；在读出电路基板放置台与Z向升降臂之间活动设置有光学系统的XY方向移动平台，在光学系统XY方向移动平台上吊接有光学系统操作箱。在光学系统操作箱中设置有对芯片吸附吸盘与读出电路基板吸盘进行调平的准直光路，该准直光路是由红色LED点光源、蓝色LED点光源、半透半反反射镜、准直物镜、反射镜、靶标图像生成板、滤光片、带反射镜面的基板吸盘、带反射镜面的芯片吸盘和准直成像相机组成的，红色LED点光源的光线照射靶标图像生成板所生成的图标是经过带反射镜面的芯片吸盘反射后，在准直成像相机中，生成有芯片吸盘位置状态图像A，蓝色LED点光源的光线照射靶标图像生成板所生成的图标是经过带反射镜面的基板吸盘反射后，在准直成像相机中，生成有基板吸盘位置状态图像B。一种用于芯片倒装的键合方法，其特征在于以下步骤：在光学系统操作箱中设置有芯片与基板对位的显微光路，显微光路是由半透半反反射镜、准直物镜、反射镜、聚焦物镜、五角棱镜和带光源的显微成像相机组成的；带光源的显微成像相机中的光源光线照射到芯片上的标记点处的反射面上，反射后的光线，将芯片标记点图像C成像在显微成像相机中；与此同时，带光源的显微成像相机中的光源光线照射到基板上标记点处的反射面上，反射后的光线，将基板标记点图像D成像在显微成像相机中，若芯片标记点图像C与基板标记点图像D不重合，则调整读出电路基板放置台，直到芯片标记点图像C与基板标记点图像D重合为止，从而完成芯片与读出电路基板的对位工作。一种调整芯片吸盘与基板吸盘平行度的准直光路结构，包括光学系统操作箱、带反射镜面的芯片吸盘和带反射镜面的基板吸盘，在光学系统操作箱中设置有红色LED点光源，在红色LED点光源的右侧设置有第一半透半反反射镜，在第一半透半反反射镜右侧设置有第一准直物镜，在第一准直物镜右侧设置有靶标图像生成板，在靶标图像生成板右侧设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种芯片与基板对位及精调平的显微激光系统，包括带有同轴光源的显微成像相机（39）、双路激光器（51）、芯片（15）和读出电路基板（4），其特征在于，带有同轴光源的显微成像相机（39）是设置在光学系统操作箱（20）中的，在带有同轴光源的显微成像相机（39）右侧设置有第一聚焦物镜（40），在第一聚焦物镜（40）右侧设置有第三准直物镜（41），在第三准直物镜（41）右侧设置有与水平面成45°角的第三半透半反反射镜（42），在第三半透半反反射镜（42）右侧设置有与水平面成135°角的第四半透半反发射镜（43），在与水平面成135°角的第四半透半反发射镜（43）右侧设置有第七反射镜（44），在第七反射镜（44）正上方设置有第二聚焦物镜（45），在第二聚焦物镜（45）正上方设置有芯片（15），在芯片（15）上设置有芯片靶标反射镜，在第三半透半反反射镜（42）正下方设置有第八反射镜（46），在第八反射镜（46）的右侧设置有第五半透半反发射镜（47），在第五半透半反发射镜（47）的右侧设置有五角棱镜（48），在五角棱镜的下方设置有第三聚焦物镜（49），在第三聚焦物镜（49）正下方设置有读出电路基板（4）。/n...

【技术特征摘要】
1.一种芯片与基板对位及精调平的显微激光系统，包括带有同轴光源的显微成像相机（39）、双路激光器（51）、芯片（15）和读出电路基板（4），其特征在于，带有同轴光源的显微成像相机（39）是设置在光学系统操作箱（20）中的，在带有同轴光源的显微成像相机（39）右侧设置有第一聚焦物镜（40），在第一聚焦物镜（40）右侧设置有第三准直物镜（41），在第三准直物镜（41）右侧设置有与水平面成45°角的第三半透半反反射镜（42），在第三半透半反反射镜（42）右侧设置有与水平面成135°角的第四半透半反发射镜（43），在与水平面成135°角的第四半透半反发射镜（43）右侧设置有第七反射镜（44），在第七反射镜（44）正上方设...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫瑛，狄希远，景灏，王雁，董永谦，吕琴红，孙丽娜，王增琴，王瑞鹏，
申请(专利权)人：西北电子装备技术研究所中国电子科技集团公司第二研究所，
类型：新型
国别省市：山西;14