專利名稱：半導(dǎo)體芯片的安裝方法和安裝設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將半導(dǎo)體芯片安裝到具有粘接到部分的襯底上的安裝方法和安裝設(shè)備。
目前，用公知的“重調(diào)”方法來(lái)補(bǔ)償襯底的厚度變化。自動(dòng)組裝機(jī)，即所謂的模片焊接機(jī)，包括有拾取半導(dǎo)體芯片用的取片器的焊頭，焊頭下降到襯底上方預(yù)定的高度，并規(guī)定，在任何情況下，半導(dǎo)體芯片緊壓在與襯底實(shí)際厚度無(wú)關(guān)的粘接部分上。這樣做，一方面壓緊了粘接劑，另一方面，取片器相對(duì)于焊頭偏轉(zhuǎn)。使生成的粘接層厚度有很大變化。
本發(fā)明將半導(dǎo)體芯片安裝到具有粘接部分的襯底上的方法，其特征是包括以下步驟將有粘接部分的襯底放在支架上；用在焊頭上的可在上限位置與下限位置之間按垂直方向移動(dòng)的取片器抓住半導(dǎo)體芯片；(c)將焊頭下降到支架上方的預(yù)定高度，使取片器固定在焊頭的上限位置上；(d)松開(kāi)取片器的固定，使取片器從上限位置到下限位置的方向移動(dòng)，把半導(dǎo)體芯片壓到粘接部分上；和(e)松開(kāi)取片器的固定后，在預(yù)定時(shí)刻，將焊頭升高移開(kāi)。
為了完成發(fā)明的任務(wù)，在控制條件下把半導(dǎo)體芯片設(shè)置在粘接部分上。果斷地制成厚度變化可忽略不計(jì)的粘接層，使緊壓在粘接部分上的半導(dǎo)體芯片的碰撞與現(xiàn)有技術(shù)比明顯減小。不是半導(dǎo)體芯片和整個(gè)焊接頭撞擊在粘接部分上，但是，只有半導(dǎo)體芯片和焊頭壓的一小部，即在取片器尖端放半導(dǎo)體芯片的位置部分，撞擊在粘接部分上。
半導(dǎo)體芯片安裝在有粘接部分的襯底上，焊頭下降到固定襯底的支架上預(yù)定的高度H，下降的原則是，半導(dǎo)體芯片還沒(méi)有接觸粘接部分，或只是剛接觸粘接部分，粘接部分的變形是可以忽略不計(jì)的。同時(shí)，取片器固定在焊頭上的上限位置中。當(dāng)焊頭到高度H時(shí)，松開(kāi)固定的拾取器，取片器從上限位置下移，把半導(dǎo)體芯片壓到粘料上，取片器松開(kāi)預(yù)定的時(shí)間后，焊頭升高并移開(kāi)。
特別適用的焊頭是，用小盒子連接取片器和焊頭，給小盒子加壓縮空氣和/或抽真空，從而在很大程度上能控制取片器的移動(dòng)。
以下在附圖基礎(chǔ)上更詳細(xì)說(shuō)明按本發(fā)明的方法和適于實(shí)施發(fā)明方法的設(shè)備的實(shí)施例。


圖1A和1B是按本發(fā)明方法的兩種狀態(tài)；圖2是曲線圖；圖3、4是適于實(shí)施發(fā)明方法的設(shè)備詳細(xì)圖；圖5是圖4所示設(shè)備的附件。
實(shí)施方式圖1A和1B是按本發(fā)明的連續(xù)狀態(tài)圖。兩個(gè)圖中畫(huà)出了半導(dǎo)體體芯片1，取片器2，焊頭3，襯底4，粘接部分5和襯底4用的支架6。取片器2是焊頭6的一部分。在由頂面8和9組合的取片器2上的凸輪10界定的上限位置與下限位置之間取片器2按垂直方向7移動(dòng)。取片器2能自由移動(dòng)，即，取片器2的移動(dòng)不被彈簧抵消。
安裝半導(dǎo)體芯片1時(shí)，第1步，在取片器2位于上限位置中時(shí)焊頭3下降到支架6上方的預(yù)定高度H。該狀態(tài)示于圖1A中。預(yù)定的高度H相當(dāng)于襯底4的最大預(yù)期厚度和粘接部分5的最大高度，設(shè)定的原則是，放在取片器2的尖端處的半導(dǎo)體芯片1還未接觸粘接部分5，或者，只是剛接觸粘接部分，而粘接部分的變形還可以忽略不計(jì)時(shí)。
焊頭3現(xiàn)在保持在高度H處，在第2步，焊頭3上的取片器2松開(kāi)接觸，取片器2由于地心引力而下降。半導(dǎo)體芯片1緊壓在粘接部分5上，并較深地陷入粘接部分5中，使粘接層厚度連續(xù)減小。盡管粘接部分5有一定的抗變形能力。但是也不能補(bǔ)償取片器2的重量造成的下陷。為了使半導(dǎo)體芯片停止下陷，必須移開(kāi)焊頭。那就是為什么要在第3步驟在取片器2松開(kāi)后的預(yù)定時(shí)間τ使焊頭3移開(kāi)的原因。
圖3B畫(huà)出了焊頭3馬上要移開(kāi)之前的狀態(tài)。取片器2從它脫開(kāi)焊頭3的點(diǎn)到第1次與粘接部分5接觸的下落時(shí)間很短，與時(shí)間τ差不多。按該方式，所得到的粘接部分5的層厚與襯底4的實(shí)際厚度無(wú)關(guān)。由于焊頭3上的取片器2不受磨擦控制，因此，半導(dǎo)體芯片1碰撞在部分5上的程度與半導(dǎo)體芯片1和取片器2的質(zhì)量成正比，因而，明顯地小于所引用的“重調(diào)”方法的碰撞。而且，由于質(zhì)量作用減小，取片器2的質(zhì)量使半導(dǎo)體芯片較慢地下落到粘接部分5上。
圖2中實(shí)線畫(huà)的是在時(shí)間τ中在支架6上的焊頭3的高度層h的沖程，虛線畫(huà)的是在時(shí)間t中支架6上的取片器2的高度層的沖程。在時(shí)刻t1，焊頭到達(dá)高度H，并在高度H保持時(shí)間τ，在時(shí)刻t2沒(méi)有半導(dǎo)體芯片的焊頭再次移開(kāi)。直到達(dá)到高度H為止，取片器本身脫開(kāi)焊頭3后，它更快下落直到它與粘接部分5相遇為止，之后，它較慢地陷入粘接部分5中。
圖3畫(huà)出了實(shí)施本發(fā)明方法用的第1設(shè)備的詳細(xì)圖。用該設(shè)備，取片器2有通到其上端的可以抽真空以吸引半導(dǎo)體體芯片1的縱向鉆孔。吸引半導(dǎo)體芯片1時(shí)，縱向鉆孔11的下端密閉，由此，造成縱向鉆孔11的下端與上端之間壓力不同。產(chǎn)生了向上的力，該向上力足以把取片器2推到上限位置；按此方式，取片器2固定在焊頭3的上限位置。
焊頭3達(dá)到圖1A所示位置后，縱向鉆孔11上端的真空斷開(kāi)。作用在取片器2上的向上力使真空度連續(xù)下降，取片器2下落，半導(dǎo)體芯片1撞擊在粘接部分5上，并不斷壓粘接部分，τ時(shí)間后，焊頭3升高移開(kāi)。只要真空度沒(méi)有完全破壞，半導(dǎo)體芯片1仍保持與取片器2接觸。因此，在取片器2的引導(dǎo)下以控制方式把半導(dǎo)體芯片1放到粘接部分5上。時(shí)間τ過(guò)去之后，真空度完全破壞，焊頭3升高把半導(dǎo)體芯片留在粘接部分5上。
圖4畫(huà)出了實(shí)施發(fā)明方法用的第2設(shè)備的詳細(xì)圖。用該設(shè)備，把“夾持件”功能和“降下取片器”的功能片分開(kāi)。焊頭3包括能加壓縮空氣或抽真空的小室12，在小室12中，取片器2的上端在密封軸承上移動(dòng)。小室12抽真空時(shí)，取片器2推到下降位置中。此外，取片器2有連到抽真空原的縱向鉆孔11。
小室12加壓縮空氣把室內(nèi)壓力控制在預(yù)定值P1，吸引半導(dǎo)體芯片1。吸引半導(dǎo)體芯片1時(shí)，焊頭可大大下降，使半導(dǎo)體芯片1與取片器2之間建立的力足以使取片器2偏移出它的下限位置。該力與偏移程度無(wú)關(guān)。由小室12中壓力P1作用在取片器2上的取片器2的橫截面積A確定，F(xiàn)1＝P1×A。這時(shí)，至少在縱向鉆孔11抽真空，因此，能拾取半導(dǎo)體芯片1使其吸到取片器2上。
吸引了半導(dǎo)體芯片1之后，給小室12抽真空，使取片器2移入上限位置。像第1實(shí)施例一樣，焊頭3現(xiàn)在移到襯底(圖(A))，在第1步中，焊頭3下降到支架6上方的預(yù)定高度H。現(xiàn)在焊頭3保持在高度H?，F(xiàn)在，去掉小室12的真空度，取片器2相對(duì)于焊頭3下降。在時(shí)間τ焊頭3保持在高度H，此時(shí)，去掉真空度時(shí)，焊頭3的端部升高移開(kāi)。所述的焊頭3在高度H的時(shí)間τ確定半導(dǎo)體芯片1壓粘接部分5的程度，即，獲得粘接厚度的程度。為了使沒(méi)粘接半導(dǎo)體芯片1的焊頭3移開(kāi)，在所述時(shí)間τ過(guò)去之前的預(yù)定時(shí)刻應(yīng)去掉縱向鉆孔11的真空。
該第2實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，在τ時(shí)間中能按給定的壓力曲線控制小室12中的真空度或負(fù)壓，使半導(dǎo)體芯片1按控制速度下降到粘接部分5。特別是與真空度瞬時(shí)除去的情況相比，下降速度降低。
而且，第2實(shí)施例適合于把較大的半導(dǎo)體芯片放到襯底4上，按預(yù)定粘接力把半導(dǎo)體芯片1壓到襯底上。焊頭3輸送到襯4的過(guò)程中，給小室12加預(yù)定的過(guò)壓力P2。選擇過(guò)壓力P2和焊頭3在支架6上方的下降高度H1，使取片器2向上按垂直方向7相對(duì)于焊頭3偏移，使凸頭10既不撞擊停止面8的頂，也不撞擊停止面9的底。之后半導(dǎo)體芯片1用限定的粘接力F2＝P2×A壓到粘接部分5上，半導(dǎo)體芯片1上的取片器2施加的粘接力F2與襯底厚度無(wú)關(guān)。粘接部分5的層厚與粘接部分加的真空度和壓力P2有關(guān)。
圖5畫(huà)出了焊頭3的小室12中的壓力控制裝置。該裝置包括壓縮氣源13和真空源14，它們合適當(dāng)?shù)拈y門15連接。真空源14最好經(jīng)真空儲(chǔ)存器16連接到適當(dāng)?shù)拈y門15。適當(dāng)?shù)拈y門15的出口連接到壓力室17，當(dāng)取片器12位于下限位置時(shí)，壓力室17的容積至少比小室12的容積高10倍。壓力室門內(nèi)設(shè)有壓力傳感器18，用于測(cè)試它里邊的主要壓力P。由壓力傳感器18供給的信號(hào)饋入控制閥門15的控制器1P，使壓力室17中的壓力對(duì)應(yīng)給定值。壓力室17連接到焊頭3的小室12，使小室12中的壓力與室17中的壓力相同。取片器2的縱向鉆孔11經(jīng)現(xiàn)在沒(méi)有設(shè)置的可轉(zhuǎn)換閥門分別連接到真空源14，用于吸引和釋放半導(dǎo)體芯片1。
權(quán)利要求
1.一種將半導(dǎo)體芯片(1)安裝到具有粘接部分(5)的襯底(4)上的方法，其特征是包括以下步驟(a)將有粘接部分(5)的襯底(4)放在支架(6)上；(b)用在焊頭(3)上的可在上限位置與下限位置之間按垂直方向移動(dòng)的取片器(2)抓住半導(dǎo)體芯片(1)；(c)將焊頭(3)下降到支架(b)上方的預(yù)定高度，使取片器(2)固定在焊頭(3)的上限位置上；(d)松開(kāi)取片器(2)的固定，使取片器(2)從上限位置到下限位置的方向移動(dòng)，把半導(dǎo)體芯片(1)壓到粘接部分(5)上；和(e)松開(kāi)取片器(2)的固定后，在預(yù)定時(shí)刻，將焊頭(3)升高移開(kāi)。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征是，用抽真空方式把取片器(2)固定在焊頭(3)上。
3.按權(quán)利要求1或2的方法，其特征是，取片器(2)支承在焊頭(3)上的小室(12)上，小室能抽真空，按給定的曲線控制真空度，以控制取片器(2)按從上限位置到下限位置的移動(dòng)。
4.一種半導(dǎo)體芯片的安裝，半導(dǎo)體芯片(1)安裝到有粘接部分(5)的襯底(4)上設(shè)備，有帶取片器(2)的焊頭，其特征是，取片器(2)能按垂直方向在上限位置與下限位置之間自由移動(dòng)，取片器(2)能固定在上限位置上。
5.按權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征是，用抽真空固定取片器(2)。
6.一種半導(dǎo)體芯片的安裝，半導(dǎo)體芯片(1)安裝到有粘接部分(5)的襯底(4)上，有帶取片器(2)的焊頭(3)，其特征是，焊頭(3)包括小室(12)，能給小室(12)加壓縮空氣和/或抽真空，使取片器(2)在密封軸承上移動(dòng)，取片器(2)可按垂直方向在上限位置與下降位置之間移動(dòng)，取片器(2)的末端連接到真空源。
7.按權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征是，取片器(2)能固定在上限位置中。
8.按權(quán)利要求6或7的設(shè)備，其特征是，小室(12)連接到壓力室(17)，壓力室(17)的容積比小室(12)的容積至少大10倍。
全文摘要
半導(dǎo)體芯片1安裝到有粘接部分5的襯底4上,焊頭3下降到固定襯底4的支架6上面的預(yù)定高度H。同時(shí),取片器2固定在3的上限位置中。焊頭3到達(dá)高度H時(shí),固定的取片器2松開(kāi),取片器2從上限位置下移,把半導(dǎo)體芯片壓到粘接部分5上,固定的取片器2松開(kāi)后的預(yù)定時(shí)間后,焊頭3升高并移開(kāi)。用方法特別適用的焊頭3,給小室12加壓縮空氣和/或抽真空,以連接取片器2和焊頭3,使在很大程度上能控制取片器2的移動(dòng)。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1344016SQ0113292
公開(kāi)日2002年4月10日 申請(qǐng)日期2001年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月12日
發(fā)明者費(fèi)力克斯·劉 申請(qǐng)人:Esec貿(mào)易公司