專利名稱：用于在襯底上安裝半導(dǎo)體芯片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在襯底上安裝半導(dǎo)體芯片的方法。
背景技術(shù)：
通過安裝半導(dǎo)體芯片，從晶片切割出來且黏附到金屬薄片的半導(dǎo)體被由鍵合頭的芯片夾子一個一個地拾取，且放置在襯底上。在切割之前，晶片是圓形的，以減少它們的厚度。為此原因，安裝的半導(dǎo)體芯片變得越來越薄。其厚度量大于等于150微米的半導(dǎo)體芯片大多由現(xiàn)有裝置安裝，對于現(xiàn)有裝置，在分配站將粘合劑加到襯底，且之后在鍵合站將半導(dǎo)體芯片放置在襯底上。對于安裝其厚度量小于等于100微米的半導(dǎo)體芯片，開發(fā)了新的過程，對于其在碾磨到它的厚度之后以粘合層涂覆晶片。在現(xiàn)有技術(shù)中，這個過程被熟知為WBL(晶片后側(cè)層壓)過程。為了安裝半導(dǎo)體芯片，因此省略在分配站的粘合劑的應(yīng)用。以這樣的方式進行安裝使得將半導(dǎo)體芯片放置在襯底上，且對于預(yù)定周期施加預(yù)先定義的鍵合力到其。在此過程中，將襯底保持在典型的大約150℃的溫度，使得粘合劑液化，并且使其本身適于襯底的表面結(jié)構(gòu)，使得進行良好質(zhì)量的連接。現(xiàn)在很明顯空氣空間留在半導(dǎo)體芯片和襯底之間的粘合層之中，和/或沒有粘合劑的區(qū)域留在半導(dǎo)體芯片的角落和邊緣下面。這引起了半導(dǎo)體芯片的封裝問題。具體的說，可能發(fā)生半導(dǎo)體芯片使其自己和襯底脫離，由此在半導(dǎo)體芯片工作期間期間發(fā)生熱損耗散布嚴重受損?，F(xiàn)在通過增加鍵合力到25N或更多的方式來嘗試減少空氣空間的數(shù)目和尺寸。為了能夠施加這種大的鍵合力，還使用鍵合力放大器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是指定一種用于安裝半導(dǎo)體芯片的方法，其在背面具有粘合層，能夠其消除上述問題。
本發(fā)明使用包括拾取和放置系統(tǒng)的現(xiàn)有芯片鍵合設(shè)備，該拾取和放置系統(tǒng)具有帶有芯片拾取器的鍵合頭，該芯片拾取器用于優(yōu)選的從晶片臺上拾取半導(dǎo)體芯片且將芯片放置在襯底上，并且本發(fā)明在于將半導(dǎo)體芯片放置在襯底上且鍵合力的施加僅有一定的延遲，即當粘合劑液化時。襯底的溫度典型地達到150℃。當在半導(dǎo)體芯片背面的粘合層和熱的襯底接觸時，其液化。直到粘合層完全液化所經(jīng)過的時間τ取決于襯底的溫度和粘合劑的特性。在實驗實例中，溫度τ是大約200ms。
因此，根據(jù)本發(fā)明將半導(dǎo)體芯片放置在襯底上的特征在于下面步驟(1)降低半導(dǎo)體芯片直到半導(dǎo)體芯片接觸襯底；(2)等待預(yù)定持續(xù)時間τ，其間通過芯片拾取器施加在半導(dǎo)體芯片上的力基本上消失或者其比在接下來的步驟(3)中要施加到半導(dǎo)體芯片的鍵合力??；以及(3)將鍵合力施加到半導(dǎo)體芯片。
過程步驟(2)的持續(xù)時間τ被預(yù)先定義，使得在過程步驟(3)中施加鍵合力之前，粘合層液化。在過程步驟(2)期間的力盡可能地小。對于其中芯片拾取器被彈性承載的鍵合頭，在過程步驟(2)期間的力大致對應(yīng)于芯片拾取器的自重，且可能是非常小的彈簧力，因為在過程步驟(2)期間，芯片拾取器已經(jīng)關(guān)于鍵合頭略微偏轉(zhuǎn)。對于其中芯片拾取器被氣動承載的鍵合頭，過程步驟(2)期間的力大致對應(yīng)于芯片拾取器的自重。芯片拾取器的自重典型的為0.1～0.2N(牛頓)。但是，還存在其中最小可調(diào)鍵合力是大于0.5N的芯片鍵合器。即使當在過程步驟(2)期間施加在半導(dǎo)體芯片上的力是0.5N時，這個力足夠小，以相比現(xiàn)有的過程在空氣空間的尺寸和數(shù)量上實現(xiàn)可觀的改進。
在過程步驟(3)中的鍵合力的施加意味著由芯片拾取器施加在半導(dǎo)體芯片上的力在經(jīng)過持續(xù)時間τ之后大大增加，即從基本上由芯片拾取器自重給予的力到所需的鍵合力。原則上，在過程步驟(3)期間施加的鍵合力能夠和沒有過程步驟(2)的現(xiàn)有過程的一樣大。但是，示出通過根據(jù)本發(fā)明的過程，在過程步驟(3)期間施加的鍵合力不再像在背景技術(shù)中描述的那樣過度增加。在大多數(shù)情況中，鍵合力是至少2N。因此，當在過程步驟(2)期間施加的力達到最大值0.5N時，鍵合力是4倍大。當在過程步驟(2)期間施加的力是0.2N時，鍵合力甚至是10倍大。
由在現(xiàn)有技術(shù)中已知為“芯片夾頭”或“芯片鍵合工具”的芯片拾取器保持半導(dǎo)體芯片。芯片拾取器支承在鍵合頭中，且可由鍵合頭施加待施加的鍵合力。容納半導(dǎo)體芯片的芯片拾取器的表面能夠被形成為平坦或凸起。當這個表面平坦時，整個粘合層和襯底接觸，且通過接觸熱量的方式加熱粘合劑。當這個表面凸起，如在中國專利申請CN 1427459中描述的那樣時，那么僅粘合層的部分區(qū)域和襯底直接接觸。在該情況中，通過接觸熱量以及輻射熱量進行粘合劑的液化。當在粘合劑的液化之后施加鍵合力時，凸起表面被壓平，且整個粘合層和襯底接觸。在此過程中，半導(dǎo)體芯片在襯底上滾動，由此空氣連續(xù)逸出。


完全包括附圖并構(gòu)成本說明書的一部分，其示出了本發(fā)明的一個或多個實施例，且和詳細說明一起用于解釋本發(fā)明的原理和實現(xiàn)本發(fā)明。附圖不是成比例的。在附圖中圖1示出了說明在安裝半導(dǎo)體芯片上施加的力的視圖；圖2、3示出了在通過在鍵合頭中借助彈簧承載的芯片拾取器安裝半導(dǎo)體芯片期間的截圖；和圖4、5示出了在通過在鍵合頭中氣動承載的芯片拾取器安裝半導(dǎo)體芯片期間的截圖。
具體實施例方式
圖1示出了表示在將半導(dǎo)體芯片安裝在襯底上期間在半導(dǎo)體芯片上施加的力的過程的視圖。實線1說明了根據(jù)本發(fā)明的方法的力的過程，且虛線2說明了根據(jù)在背景技術(shù)中描述的現(xiàn)有方法的力的過程。通過現(xiàn)有技術(shù)中已知為芯片鍵合器的自動組裝機器進行半導(dǎo)體芯片的安裝，其包括拾取和放置系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有帶有芯片拾取器的鍵合頭。該拾取和放置系統(tǒng)用于在拾取位置和放置位置之間高精確度地前后移動具有芯片拾取器的鍵合頭并以高度位置精確性放置半導(dǎo)體芯片到襯底上，其中芯片拾取器在拾取位置拾取在晶片臺上呈現(xiàn)的半導(dǎo)體芯片并且半導(dǎo)體芯片在放置位置被降低到襯底上。在鍵合頭中承載芯片拾取器。在安裝半導(dǎo)體芯片時，鍵合頭產(chǎn)生力。
在時刻t1，半導(dǎo)體芯片和被加熱到預(yù)定溫度的襯底接觸。芯片拾取器的自重將半導(dǎo)體芯片壓在襯底上。芯片拾取器的自重依賴于其大小和設(shè)計，且典型地大約為0.1～0.2N。在經(jīng)過預(yù)定持續(xù)時間τ之后，在時刻t2施加相比拾取器自重大得多的力，被稱為鍵合力。在相對短的時間中，鍵合力到達預(yù)定程度。通過7×10mm2的芯片大小，鍵合力典型地為2～5N，最大大約15N。在實例中，鍵合力僅為2N。在時刻t3，結(jié)束安裝階段且鍵合頭和芯片拾取器從半導(dǎo)體芯片釋放并升高。
作為比較，虛線2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)有安裝方法的力的過程，通過現(xiàn)有方法在時刻t1已經(jīng)建立鍵合力，且通常鍵合力更大，對于7×10mm2的半導(dǎo)體芯片即為大約25N。另外，所需的鍵合時間趨向于大于根據(jù)本發(fā)明的方法，也就是，通過現(xiàn)有安裝方法，在時刻t4才結(jié)束安裝階段。
圖2和3基于鍵合頭3的實例說明了根據(jù)本發(fā)明的安裝過程，其中利用彈簧4產(chǎn)生鍵合力。沿著鍵合頭3的縱軸可移動地承載芯片拾取器5。在從拾取位置到襯底6的傳輸鍵合頭3期間，芯片拾取器5在靜止位置。鍵合頭3移動到襯底6之上的預(yù)見位置，且在z方向和芯片拾取器5一起降低鍵合頭3。以已知方式以軟件控制來調(diào)整在z方向測量的鍵合頭3的高度。一旦半導(dǎo)體芯片7接觸由支撐器8支撐和加熱的襯底6，芯片拾取器5停止。當進一步降低鍵合頭3時，芯片拾取器5關(guān)于鍵合頭3偏移，且彈簧4被壓縮。芯片拾取器的自重和壓縮的彈簧4產(chǎn)生施加在半導(dǎo)體芯片上的總的力。因此這個力基本上取決于芯片拾取器5關(guān)于鍵合頭3偏移的程度。鍵合頭3包括所謂的觸地傳感器。例如，觸地傳感器是從固定到鍵合頭3的平坦金屬薄片和固定芯片拾取器5的金屬盤形成的電感傳感器，其輸出信號與在金屬盤和平坦金屬薄片之間的距離成比例。通過這個實例，容納半導(dǎo)體芯片7的芯片拾取器5的表面9是平坦表面。通過這個類型的鍵合頭，根據(jù)下面步驟將半導(dǎo)體芯片7安裝在襯底上-在z方向上降低鍵合頭3，直到觸地傳感器的輸出信號的電平P經(jīng)歷預(yù)定電平改變ΔP。選擇電平改變ΔP的值使得芯片拾取器5相對于鍵合頭3僅從靜止位置偏移非常小的距離，使得彈簧4不在芯片拾取器5上施加任何顯著的力。發(fā)生電平改變ΔP的時刻是時刻t1。鍵合頭3到達高度z1。這個狀態(tài)在圖2中表示。
-對于預(yù)定持續(xù)時間τ，鍵合頭3保持在高度z1。
-在經(jīng)過持續(xù)時間τ之后，在時刻t2＝t1+τ，降低鍵合頭3到新的高度z2。選擇高度z2使得芯片拾取器的自重和由彈簧4創(chuàng)建的力產(chǎn)生所需的鍵合力。
-對于預(yù)定持續(xù)時間τ2，鍵合頭3保持在高度z2。這個狀態(tài)如圖3所示。
-在經(jīng)過持續(xù)時間τ2之后，在時刻t3＝t2+τ2，升高鍵合頭3直到芯片拾取器5從半導(dǎo)體芯片7釋放，且之后將鍵合頭3移動到拾取位置以拾取下一個半導(dǎo)體芯片。
圖4和5基于鍵合頭3的實例說明了根據(jù)本發(fā)明的安裝過程，其中氣動地產(chǎn)生鍵合力。再次沿著鍵合頭3的縱軸可移動地承載芯片拾取器5。另外，來自壓力腔10的壓力被加到芯片拾取器5。還提供觸地傳感器。通過這個實例，容納半導(dǎo)體芯片的芯片拾取器5的表面9是凸起表面。肉眼不能檢測出表面9是凸起的。但是，在圖4中，為了說明的原因，以表面9的凸起可見的方式呈現(xiàn)表面9。通過這種鍵合頭類型，根據(jù)下面步驟將半導(dǎo)體芯片7安裝在襯底6上-在z方向上降低鍵合頭3到預(yù)定高度z3。一方面選擇在壓力腔10中存在的壓力p1使得芯片拾取器5在鍵合頭3上沒有示出的停止點上處于其靜止位置。一旦半導(dǎo)體芯片7接觸襯底6，芯片拾取器5從靜止位置偏離。觸地傳感器的電平改變ΔP的時刻是時刻t1。另一方面，選擇在壓力腔10中存在的壓力p1使得壓力p1不在芯片拾取器5上施加顯著的力。因此表面9仍然凸起。這個狀態(tài)如圖4所示。
-鍵合頭3保持在高度z3。在壓力腔10中的壓力在值p1保留預(yù)定持續(xù)時間τ或者下降到值0。
-在經(jīng)過持續(xù)時間τ之后，在時刻t2＝t1+τ，在壓力腔10中的壓力增加到值p2。選擇壓力p2使得芯片拾取器的自重和由壓力腔10創(chuàng)建的力產(chǎn)生所需的鍵合力。優(yōu)選的選擇鍵合力足夠高，使得表面9暫時失去其凸起的形狀，且變得平坦。這個狀態(tài)如圖5所示。通過從凸起形狀過渡為平坦形狀，半導(dǎo)體芯片7在襯底5上滾動，使得空氣能夠容易地逸出。
-在壓力腔10中的壓力在值p2保持預(yù)定持續(xù)時間τ2。
-在經(jīng)過持續(xù)時間τ2.之后，在時刻t3＝t2+τ2，鍵合頭3上升直到從半導(dǎo)體芯片7釋放芯片拾取器5，且之后鍵合頭3移動到拾取位置以拾取下一個半導(dǎo)體芯片。
通過兩個鍵合頭類型，容納半導(dǎo)體芯片7的芯片拾取器5的表面9能夠是平坦的或凸起的。觸地傳感器還可以是開關(guān)觸點，其只要芯片拾取器5在其靜止位置就閉合且當芯片拾取器5從靜止位置偏移就打開。
雖然示出和描述了本發(fā)明的實施例和應(yīng)用，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說從本公開中的獲益能很明顯地在不脫離這里的本發(fā)明的概念的情況下進行很多修改。因此，本發(fā)明僅限定于所附的權(quán)利要求及其等效物的精神。
權(quán)利要求
1.一種用于在襯底上安裝半導(dǎo)體芯片(7)的方法，該半導(dǎo)體芯片(7)面向襯底(6)的一側(cè)涂覆有粘合層，其中半導(dǎo)體芯片(7)根據(jù)以下步驟由鍵合頭(3)的芯片拾取器(5)拾取并被放置在襯底(6)上(1)降低半導(dǎo)體芯片(7)，直到半導(dǎo)體芯片(7)接觸襯底(6)(2)等待預(yù)定持續(xù)時間，其間由芯片拾取器(5)施加在半導(dǎo)體芯片(7)上的力基本上消失或比在接下來的步驟(3)中施加到半導(dǎo)體芯片(7)的鍵合力小，和(3)施加鍵合力到半導(dǎo)體芯片(7)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟(2)期間施加在半導(dǎo)體芯片(7)上的力小于0.5N。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟(3)期間的鍵合力是至少2N。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，在步驟(3)期間的鍵合力是至少2N。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中，在步驟(2)期間施加在半導(dǎo)體芯片(7)上的力至少比在步驟(3)期間的鍵合力小四倍。
全文摘要
一種用于在襯底上安裝半導(dǎo)體芯片(7)的方法，該半導(dǎo)體芯片(7)面向襯底(6)的一側(cè)涂覆有粘合層，該方法的特征在于包括下面步驟(1)降低半導(dǎo)體芯片(7)，直到半導(dǎo)體芯片(7)接觸襯底(6)，(2)等待預(yù)定持續(xù)時間，其間施加在半導(dǎo)體芯片(7)上的力基本上消失或比在接下來的步驟(3)中加到半導(dǎo)體芯片(7)的鍵合力小，和(3)施加鍵合力到半導(dǎo)體芯片(7)。
文檔編號H01L21/603GK1815706SQ20051012955
公開日2006年8月9日 申請日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月6日
發(fā)明者馬蒂亞斯·厄爾本 申請人:優(yōu)利訊國際貿(mào)易有限責(zé)任公司