提供大键合力的旋转键合工具制造技术

本发明专利技术公开了一种晶粒键合机，其包含有：键合头，其包含有负荷轴和夹体，该负荷轴穿过键合头，该夹体设置在该负荷轴的一端以用于固定待键合的晶粒；键合力马达，其用于沿着移动轴线在朝向和背离晶粒键合位置的方向上驱动负荷轴；旋转马达，其用于围绕平行于移动轴线的旋转轴线旋转负荷轴；耦合器，其用于将负荷轴耦接到键合力马达；其中，该耦合器还包含有轴承，该轴承被配置来使得负荷轴实现围绕旋转轴线相对于该键合力马达旋转。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于电子器件的晶粒键合机（die bonder），尤其涉及一种用于针对晶粒键合产生大键合力的旋转键合工具。
技术介绍
在半导体晶粒或芯片的生产过程中，很多半导体晶粒被一起构造在单个的晶圆上。然后将该晶圆切割以分离成单独的晶粒。其次，通过应用晶粒键合工序，这些半导体晶粒中的每个应该各自被装配在衬底或其他载体的支撑表面上以进行进一步的处理。其后，在晶粒和外围器件之间产生电气连接，并且然后将该晶粒使用塑性混合料灌封以保护它们不受环境的干扰。在所述的晶粒键合工序所应用的现有晶粒键合机中，每个单独的晶粒通常使用键合臂从晶圆上被拾取，然后传送到衬底以完成晶粒在衬底上的安装。通常，晶粒键合机包含有晶粒键合头，该晶粒键合头具有空气喷嘴以产生吸附力而从固定有晶粒的晶圆平台处拾取半导体晶粒。其后，将晶粒传送并键合在衬底上。为了将晶粒正确且准确地放置在衬底上，使用视觉系统完成视觉定位以捕获在晶圆平台和衬底上晶粒的图像。键合头和空气喷嘴的定位将会根据所捕获的晶粒图像进行，为此目的其参考晶粒上的定位图案或者基准标记。较合适地，在拾取晶粒之后，该键合头使用所捕获的晶粒图像沿着θ轴线来执行旋转补偿。在向下移动以完成键合以前，键合头旋转和将晶粒与衬底的方位对齐定位。在键合力驱动机构直接向晶粒施加压缩力的同时，键合头的向下移动通过z轴移动马达得以实施。来自键合力驱动机构的该压缩键合力必须足够大以便于将晶粒压至衬底。图1所示为包含有气压缸以提供键合力的传统晶粒键合机100的侧视示意图。键合头102装配在以气压缸104形式存在的键合力马达上，该气压缸安装在支撑结构120上，其通过轴向耦合器108耦接至z轴移动平台106。该轴向耦合器108主要包括设置在气压缸104和负荷轴112之间的钢球110，负荷轴112连接至夹体114。该钢球110被拉伸弹簧111预加载以在钢球110和气压缸104之间形成球面接触点。当在倾斜校准机构118的帮助下调整夹体114相对于键合平台116的共面性时，轴向耦合器108提供了在XY方向上的某些自由度，以修正气压缸104和负荷轴112之间的任何错位。通过从气压缸104连同轴向耦合器108产生向上的力以抵消负荷轴112和夹体114的重量，而施加低的键合力。在气压缸104施加向下的力协助的情形下，而施加大的键合力。该大的键合力被支撑结构120直接承受，由于相邻于负荷轴112设置的滑座123将气压缸104自键合头支架122去耦接，所以力的主要路径绕开了键合头支架122和z轴移动平台106。因此，键合头支架122和z轴移动平台106的形变得以避免。同样由于键合头支架122和z轴移动平台106结构的形变所引起的晶粒倾斜也得以避免。由于z轴移动平台106的摇摆、倾斜和偏移所引起的放置错误同样也得以减少，因为不再存在通过z轴移动平台106所导致的z轴内驱式（drive-in）移动。但是，在这种结构中，由于负载轴112是固-->定地耦接于气压缸104上，键合头102不能够产生θ移动，其仅仅是一个线性驱动器。轴向耦合器108在轴向上耦接到气压缸104，但是它不能断开气压缸104相对于键合头102之间的任何θ移动。因此，在被拾取的晶粒124被键合到衬底126以前，没有进行旋转或θ补偿。开发一种键合头，其能够在减少放置错误的情形下产生大的键合力，并提供旋转或θ补偿以修正晶粒的任何旋转偏差，这是令人期望的。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种键合头，其和前述的现有技术相比，通过晶粒旋转偏差的修正，在实现更加精确的晶粒键合的同时产生了大的键合力。于是，本专利技术提供一种晶粒键合机，其包含有：键合头，其包含有负荷轴和夹体，该负荷轴穿过键合头，该夹体设置在该负荷轴的一端以用于固定待键合的晶粒；键合力马达，其用于沿着移动轴线在朝向和背离晶粒键合位置的方向上驱动负荷轴；旋转马达，其用于围绕平行于移动轴线的旋转轴线旋转负荷轴；耦合器，其用于将负荷轴耦接到键合力马达；其中，该耦合器还包含有轴承，该轴承被配置来使得负荷轴实现围绕旋转轴线相对于该键合力马达旋转。参阅后附的描述本专利技术实施例的附图，随后来详细描述本专利技术是很方便的。附图和相关的描述不能理解成是对本专利技术的限制，本专利技术的特点限定在权利要求书中。附图说明根据本专利技术较佳实施例所述的具体实施方式，结合附图很容易理解本专利技术，其中：图1所示为包含有气压缸以提供键合力的一种传统晶粒键合机的侧视示意图。图2所示为根据本专利技术较佳实施例所述的包含有键合头的晶粒键合机的侧视示意图，该键合头产生大的键合力。具体实施方式在此本专利技术较佳实施例将结合附图进行描述。图2所示为根据本专利技术较佳实施例所述的包含有键合头12的晶粒键合机10的侧视示意图，该键合头产生大的键合力。键合头12包含有：夹体14；第一马达或键合力马达16，其较佳地为线性马达或气压缸。在图2中描述了一种线性马达，其通常包括键合力马达转子（forcer）18和键合力马达定子20。键合力马达16通过负荷轴（load shaft）22有效地连接到夹体14上，负荷轴22穿过键合头12。夹体14设置在负荷轴远离键合力马达16的一端。键合力马达16沿着移动轴线如z轴，并在朝向和背离衬底24上的晶粒键合位置的方向上驱动负荷轴22，该衬底24设置在键合平台26上。夹体14使用真空吸附或使用夹子（gripper）拾取和固定晶粒28，并将晶粒28键合到衬底24上的晶粒键合位置。键合力马达16连同键合头12一起使得晶粒键合机10能够产生大的键合力以将晶粒28键合到衬底24上。负荷轴22通过耦合器，如磁耦合器30耦接到键合力马达16上。虽然键合力马达-->16和负荷轴22的z轴移动相耦接，但是磁耦合器30使得键合力马达16能够实现自负荷轴22的任何旋转动作中断开。所以，磁耦合器30使得将气压缸用作为键合力马达16是可行的，因为当固定有晶粒28的夹体14旋转时，气压缸将会自负荷轴22的旋转动作中断开。磁耦合器30可以包括以球体32形式存在的轴承和耦合器磁体34。球体32可以是钢制成，其嵌入在以耦合器球体固定器36形成存在的球体底座支架中，该耦合器球体固定器36由磁性材料制成，空间上和耦合器磁体34相隔开。耦合器球体固定器36可以固定在负荷轴22或者键合力马达16二者之一上，耦合器磁体34可以固定在键合力马达16或负荷轴22中的另一个上。耦合器磁体34可以有效地在耦合器球体固定器36上提供磁性牵引力，其吸引负荷轴22和键合力马达16朝向彼此。对于低键合力的应用而言，键合力马达16连同磁性牵引力一起可以提供向上的力以抵消夹体14和负荷轴22的重量。设置在耦合器磁体34和耦合器球体固定器36之间的球体32能够可旋转地在球形接触点处接触耦合器磁体34。所以，负荷轴22可以围绕旋转轴相对于键合力马达16旋转，以便于键合力马达16自负荷轴22的旋转动作中断开（去耦）。同时，当在倾斜校准机构38的帮助下调整夹体14相对于键合平台26的共面性时，磁耦合器30提供了XY方向上的某些自由度。倾斜校准机构38耦接到键合头12上以改变负荷轴22围绕磁耦合器30相对于键合力马达16的倾斜角度。第二马达或者通用马达，如z马达40，通过键合头支架42被连接到键合头12和键合力马达16上，并驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶粒键合机，其包含有：键合头，其包含有负荷轴和夹体，该负荷轴穿过键合头，该夹体设置在该负荷轴的一端以用于固定待键合的晶粒；键合力马达，其用于沿着移动轴线在朝向和背离晶粒键合位置的方向上驱动负荷轴；旋转马达，其用于围绕平行于移动轴线的旋转轴线旋转负荷轴；耦合器，其用于将负荷轴耦接到键合力马达；其中，该耦合器还包含有轴承，该轴承被配置来使得负荷轴实现围绕旋转轴线相对于该键合力马达旋转。

【技术特征摘要】
US 2009-9-2 12/552,5851.一种晶粒键合机，其包含有：键合头，其包含有负荷轴和夹体，该负荷轴穿过键合头，该夹体设置在该负荷轴的一端以用于固定待键合的晶粒；键合力马达，其用于沿着移动轴线在朝向和背离晶粒键合位置的方向上驱动负荷轴；旋转马达，其用于围绕平行于移动轴线的旋转轴线旋转负荷轴；耦合器，其用于将负荷轴耦接到键合力马达；其中，该耦合器还包含有轴承，该轴承被配置来使得负荷轴实现围绕旋转轴线相对于该键合力马达旋转。2.如权利要求1所述的晶粒键合机，其中，该键合力马达是线性马达，其包含有马达转子和马达定子。3.如权利要求1所述的晶粒键合机，其中，该旋转马达安装在该键合头上。4.如权利要求1所述的晶粒键合机，该晶粒键合机还包含有：滑动轴承，其位于负荷轴和键合头之间，并被配置来使得负荷轴实现沿着移动轴线相对于键合头移动。5.如权利要求1所述的晶粒键合机，其中，该轴承包含有球体，该球体嵌入在球体底座支架中。6.如权利要求5所述的晶粒键合机，其中，该球体是钢制成的。7.如权利要求5所述的晶粒键合机，其中，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴贤欢，湋多森盖瑞彼得，许汉超，
申请(专利权)人：先进自动器材有限公司，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]