本發(fā)明涉及模片鍵合裝置，并且尤其涉及包括用于實(shí)施模片鍵合的惰性氣體環(huán)境的模片鍵合裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)制造電子封裝時(shí)集成電路（IC）的組裝涉及將模片或芯片附裝到基板。鍵合過程的一個(gè)示例是熱壓鍵合（TCB）過程，該過程可用于倒裝芯片鍵合。與常規(guī)的焊爐回流過程不同的是，TCB過程不是批量過程。在TCB過程期間倒裝芯片模片的鍵合在同一時(shí)間執(zhí)行一個(gè)模片。來自于硅晶片的模片被翻轉(zhuǎn)并且利用面向下的模片上的隆起轉(zhuǎn)移到鍵合臂。由鍵合臂承載的模片然后被放置到基板的鍵合部位上或者另一模片上。在模片上施加小的壓縮力以將其壓靠在基板上或者另一模片上，以確保模片和基板之間或者相應(yīng)的模片之間的良好接觸。

人們不期望鍵合材料上具有雜質(zhì)，這是因?yàn)殡s質(zhì)阻止鍵合材料和鍵合表面之間的良好接觸，這可導(dǎo)致最終產(chǎn)品的性能劣化。在模片鍵合過程中存在許多潛在雜質(zhì)源。例如，雜質(zhì)可來源于覆蓋鍵合材料的表面的外部材料，由鍵合材料在TCB過程期間在高溫下氧化產(chǎn)生，或者由在鍵合過程期間產(chǎn)生的副產(chǎn)物產(chǎn)生。

降低可能干涉鍵合過程的雜質(zhì)的量將是有益的，以避免所組裝的電子封裝的性能劣化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是旨在提供一種模片鍵合裝置，該模片鍵合裝置能夠減少雜質(zhì)的量以避免所組裝的電子封裝的性能劣化。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種模片鍵合裝置，該模片鍵合裝置包括：第一惰性氣體容器，該第一惰性氣體容器具有第一惰性氣體濃度；封閉在所述第一惰性氣體容器內(nèi)的第二惰性氣體容器，該第二惰性氣體容器具有第二惰性氣體濃度，該第二惰性氣體濃度比所述第一惰性氣體濃度高；鍵合頭，該鍵合頭位于所述第二惰性氣體容器中用于接收待鍵合模片；以及第三惰性氣體容器，該第三惰性氣體容器具有與所述第一惰性氣體容器和所述第二惰性氣體容器分離并且能夠定位基板以鍵合模片的惰性氣體環(huán)境。所述鍵合頭操作成在所述第二惰性氣體容器內(nèi)的第一位置和所述第三惰性氣體容器內(nèi)的第二位置之間移動(dòng)所述模片，以將所述模片鍵合到位于所述第三惰性氣體容器中的所述基板上。

結(jié)合說明部分、所附權(quán)利要求以及附圖，上述和其它特征、各個(gè)方面和各個(gè)優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖，僅通過示例描述本發(fā)明的實(shí)施方式，附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的模片鍵合機(jī)的平面圖；

圖2是用于執(zhí)行模片鍵合的惰性環(huán)境系統(tǒng)的側(cè)視圖；

圖3是惰性環(huán)境系統(tǒng)的包括用于接收待處理的基板的可動(dòng)鍵合段的部分的立體圖；

圖4是惰性環(huán)境系統(tǒng)中包括的芯部惰性環(huán)境的立體圖；

圖5是芯部惰性環(huán)境中包括的示例性氣體流的剖面圖；

圖6是示出從其產(chǎn)生的空氣流的鍵合段的立體圖；

圖7是惰性環(huán)境系統(tǒng)中包括的小型惰性環(huán)境的側(cè)視圖；以及

圖8示出了結(jié)合在模片鍵合機(jī)中的焊劑排氣系統(tǒng)。

在附圖中，相同的部件用相同的附圖標(biāo)記表示。

具體實(shí)施方式

圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的模片鍵合機(jī)10的平面圖。模片鍵合機(jī)10包括轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，諸如高速轉(zhuǎn)移系統(tǒng)12，其構(gòu)造成將鍵合基板或者模片封裝輸送到基板轉(zhuǎn)移臂（STA）14的基板轉(zhuǎn)移臂（STA）頭16操作成拾取基板所在的位置?；鍙幕骞?yīng)裝置13被轉(zhuǎn)移到高速轉(zhuǎn)移系統(tǒng)12?？裳豖軸移動(dòng)的STA 14被構(gòu)造成輸送基板并且將基板放置到位于加載位置的鍵合段60上?？裳豖-Y軸移動(dòng)的鍵合段60可在第一惰性氣體容器或者大型惰性環(huán)境40下方移動(dòng)。大型惰性環(huán)境40具有第一惰性氣體濃度。大型惰性環(huán)境40包括具有第二惰性氣體濃度的第二惰性氣體容器或者芯部惰性環(huán)境50。第二惰性氣體濃度具有比第一惰性氣體濃度更高的惰性氣體濃度。換言之，位于大型惰性環(huán)境40內(nèi)的芯部惰性環(huán)境50具有比大型惰性環(huán)境40更低的氧濃度。鍵合段可位于大型惰性環(huán)境40或者芯部惰性環(huán)境50的下方。鍵合段60被構(gòu)造成將基板從基板被加載到鍵合段60上的加載位置輸送到在芯部惰性環(huán)境50下方的執(zhí)行模片鍵合所在的鍵合位置。在鍵合段60將基板移動(dòng)到大型惰性環(huán)境40下方之前可以使用清潔系統(tǒng)（未示出）來清潔基板。

模片拾取臂（DPA）20的模片拾取臂（DPA）頭22被構(gòu)造成從半導(dǎo)體模片供應(yīng)裝置15拾取模片。DPA 20被構(gòu)造成將模片輸送到位于大型惰性環(huán)境40內(nèi)的模片輸送器或者模片轉(zhuǎn)移器臂（DTA）30。DTA 30被構(gòu)造成將模片輸送到大型惰性環(huán)境40內(nèi)的拾取位置以待由鍵合頭52拾取?；搴湍Ｆ芥I合位置的輸送可以同時(shí)執(zhí)行。

圖2是用于執(zhí)行模片鍵合的惰性環(huán)境系統(tǒng)90的側(cè)視圖。具體地，惰性環(huán)境系統(tǒng)40保護(hù)模片24和基板26免受雜質(zhì)和氧化的影響，尤其是當(dāng)模片24和基板26的溫度高的時(shí)候，例如在鍵合之前、期間和之后。惰性環(huán)境系統(tǒng)90包括大型惰性環(huán)境40、位于大型惰性環(huán)境40內(nèi)的芯部惰性環(huán)境50以及位于大型惰性環(huán)境40下方的第三惰性氣體容器或者小型惰性環(huán)境80。小型惰性環(huán)境80具有與大型惰性環(huán)境40和芯部惰性環(huán)境50分離的惰性氣體環(huán)境。小型惰性環(huán)境80安裝在鍵合段60上，基板26可以定位在鍵合段上以用于模片鍵合。

大型惰性環(huán)境40包括大型惰性室44以及覆蓋大型惰性室44的底部的大型惰性室基板42。大型惰性室44還包括位于該大型惰性室44的側(cè)壁上的DTA開口32。DTA開口32被構(gòu)造成允許DPA 20將模片24轉(zhuǎn)移到DTA 30。大型惰性室基板42包括大體位于該大型惰性室基板42的中心處的第一容器開口或者鍵合排氣窗（BEW）開口70。芯部惰性環(huán)境50包括與BEW開口70和拾取位置對(duì)準(zhǔn)的第二容器開口74，從而使得鍵合頭52能夠移動(dòng)到大型惰性環(huán)境40中的拾取位置，以從DTA 30拾取模片24。第二容器開口74和BEW開口70還與鍵合位置對(duì)準(zhǔn)，從而使得鍵合頭52能夠移動(dòng)到鍵合位置，以將模片鍵合到基板26。BEW開口70和第二容器開口74將大型惰性環(huán)境40、芯部惰性環(huán)境50以及小型惰性環(huán)境80流體地連接。大型惰性環(huán)境40提供低氧惰性環(huán)境，以保護(hù)模片24，在將模片24移動(dòng)到拾取位置的情況下，該模片24通常還未被加熱以進(jìn)行鍵合。大型惰性環(huán)境40不具有直接的惰性氣體供應(yīng)裝置，而是通常被被動(dòng)地填充有從芯部惰性環(huán)境50和/或小型惰性環(huán)境80溢流的惰性氣體。大型惰性環(huán)境40還可以包括檢查光學(xué)裝置，以執(zhí)行預(yù)鍵合檢查和/或鍵合后檢查。

芯部惰性環(huán)境50包括在其底部處具有第二容器開口74的芯部惰性室54。鍵合頭52位于芯部惰性環(huán)境50內(nèi)。芯部惰性環(huán)境50大體位于BEW開口70的上方。鍵合頭52操作成將模片24從芯部惰性環(huán)境50內(nèi)的第一位置移動(dòng)到小型惰性環(huán)境80內(nèi)的第二位置，以將模片24鍵合到位于小型惰性環(huán)境80內(nèi)的基板26上。DTA 30被構(gòu)造成將模片24輸送到鍵合頭52的下方，以使鍵合頭52拾取模片24。鍵合頭包括用于將模片24加熱到鍵合溫度的模片頭加熱器（未示出）。高濃度的惰性氣體（例如氮）被連續(xù)地供應(yīng)到芯部惰性環(huán)境50中，以將氧的濃度保持得盡可能低，以在模片24由鍵合頭52加熱時(shí)保護(hù)模片24免受氧化的影響。

鍵合段60包括鍵合段加熱器46、位于鍵合段加熱器46上的鍵合段基座66以及沿著鍵合段60的周緣的壁62。鍵合段基座66被構(gòu)造成保持基板26，并且鍵合段加熱器46被構(gòu)造成加熱基板26以用于鍵合。在鍵合段60移動(dòng)到大型惰性環(huán)境40的下方時(shí)形成小型惰性環(huán)境80。小型惰性環(huán)境80主要包括鍵合段60的由側(cè)面上的壁62、底部上的鍵合段基座66以及頂部上的大型惰性室基板42封閉的部分。在壁62和大型惰性室基板42之間具有間隙，該間隙允許小型惰性環(huán)境80在大型惰性環(huán)境40下方自由地移動(dòng)。小型惰性環(huán)境80提供了低氧惰性環(huán)境以在基板26由鍵合段加熱器46加熱時(shí)（例如在將基板26輸送到芯部惰性環(huán)境50下方的鍵合位置時(shí)）保護(hù)基板26。當(dāng)小型惰性環(huán)境80位于芯部惰性環(huán)境50的下方時(shí)，一些惰性氣體從芯部惰性環(huán)境50流動(dòng)到小型惰性環(huán)境80，因此向小型惰性環(huán)境80提供惰性氣體的供應(yīng)。

圖3是圖2的惰性環(huán)境系統(tǒng)90的一部分的立體圖，包括用于接收待被處理的基板26的可動(dòng)鍵合段60?？蓜?dòng)鍵合段60包括XY臺(tái)。壁62包括鍵合段惰性氣體出口64，該鍵合段惰性氣體出口64圍繞或者封閉歧管結(jié)構(gòu)中的小型惰性環(huán)境80的側(cè)面。DTA開口32被構(gòu)造成允許DPA 20將模片24轉(zhuǎn)移到DTA 30。DPA 20操作成延伸穿過DTA 開口32，以將模片轉(zhuǎn)移到DTA 30。由DPA 20將模片24向大型惰性環(huán)境40中的轉(zhuǎn)移通常被盡可能快地執(zhí)行，以減少模片24被暴露于周圍空氣的時(shí)間，從而使模片24的氧化最小。為了使大型惰性環(huán)境40和周圍空氣之間的氣體交換最小，可以在DTA開口32處設(shè)置門（未示出）。門可以包括機(jī)械卷簾門，其僅在DPA 20將模片24轉(zhuǎn)移到DTA 30時(shí)打開并且在其它時(shí)間保持關(guān)閉。

圖4是惰性環(huán)境系統(tǒng)90中包括的芯部惰性環(huán)境50的立體圖。芯部惰性室54可以包括位于側(cè)壁處的透明窗口58，以允許用戶觀察芯部惰性環(huán)境50。芯部惰性環(huán)境50包括高濃度的惰性氣體和低濃度的氧，以在模片24由鍵合頭52加熱到氧化更容易發(fā)生的高溫時(shí)防止氧化。惰性氣體被主動(dòng)且直接地供應(yīng)到芯部惰性環(huán)境50以保持高濃度的惰性氣體和低濃度的氧。芯部惰性室54包括用于將惰性氣體供應(yīng)到芯部惰性環(huán)境50的惰性氣體入口34、連接到惰性氣體入口34的多個(gè)惰性氣體出口或者擴(kuò)散器36以及用于將來自惰性氣體入口34的惰性氣體輸送到擴(kuò)散器36的流動(dòng)通道板38。覆蓋芯部惰性室54的頂部的流動(dòng)通道板38包括四個(gè)周緣側(cè)壁，這些側(cè)壁限定鍵合頭開口56以定位鍵合頭52。墊圈層37放置在流動(dòng)通道板38的頂表面上。擴(kuò)散器36沿著流動(dòng)通道板38的兩個(gè)相對(duì)的周緣側(cè)壁定位。

圖5是芯部惰性環(huán)境50中包括的示例性氣體流的剖視圖。惰性氣體供應(yīng)裝置（未示出）經(jīng)由惰性氣體入口34連接到芯部惰性環(huán)境50，以向芯部惰性環(huán)境50供應(yīng)惰性氣體。惰性氣體從惰性氣體入口34流入到流動(dòng)通道板38中，然后流入到擴(kuò)散器36。相等地間隔開的擴(kuò)散器36將惰性氣體均勻地分布到芯部惰性環(huán)境50中。擴(kuò)散器36圍繞鍵合頭52和模片24并且朝向位于芯部惰性環(huán)境50的底部處的第二容器開口74引導(dǎo)層狀向下的惰性氣體流。擴(kuò)散器36可以被構(gòu)造成減慢惰性氣體的流動(dòng)速度，以更佳地產(chǎn)生層狀向下流以及芯部惰性環(huán)境50內(nèi)的均勻濃度的惰性氣體。這樣，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)沫h(huán)境以進(jìn)行鍵合并且保護(hù)被加熱的模片24免受氧化。

芯部惰性環(huán)境50位于大型惰性室基板42的BEW開口70的正上方。當(dāng)小型惰性環(huán)境80位于鍵合位置時(shí)，小型惰性環(huán)境80位于芯部惰性環(huán)境50和BEW開口70的正下方。來自擴(kuò)散器36的惰性氣體充滿芯部惰性環(huán)境50并且向下朝向BEW開口70流動(dòng)。

圖6示出了鍵合段60的立體圖，以示出從其產(chǎn)生的空氣流。鍵合段60包括壁62，壁62包括鍵合段惰性氣體出口64，鍵合段惰性氣體出口64圍繞歧管結(jié)構(gòu)中的小型惰性環(huán)境80。鍵合段惰性氣體出口64包括外惰性氣體出口69，該外惰性氣體出口69向上引導(dǎo)惰性氣體，由此在鍵合段惰性氣體出口64上方形成屏障或者空氣簾。鍵合段60還包括內(nèi)小型惰性室氣體出口68，其將惰性氣體供應(yīng)到小型惰性環(huán)境80中。鍵合段60還包括附加存儲(chǔ)空間65，該附加存儲(chǔ)空間65位于壁62中的一個(gè)壁和基板26可被定位以進(jìn)行模片鍵合所在的位置之間。附加存儲(chǔ)空間65例如可以用作噴嘴組，以存儲(chǔ)不同的噴嘴來拾取不同的模片。在鍵合頭52和噴嘴由芯部惰性環(huán)境50和小型惰性環(huán)境80保護(hù)的情況下，鍵合頭52在鍵合過程期間的任何時(shí)間可以改變到能夠安裝在鍵合頭52上的不同的噴嘴。

圖7是惰性環(huán)境系統(tǒng)90中包括的小型惰性環(huán)境80的側(cè)視圖。在鍵合段60移動(dòng)到大型惰性環(huán)境40下方時(shí)，產(chǎn)生可動(dòng)的小型惰性環(huán)境80。小型惰性環(huán)境80主要包括鍵合段60的由側(cè)面上的壁62、底部上的鍵合段基座66以及頂部上的大型惰性室基板42封閉的部分。在壁62的鍵合段惰性氣體出口64和大型惰性環(huán)境40的大型惰性室基板42之間存在間隙，從而使得小型惰性環(huán)境80可以在大型惰性環(huán)境40下方并且相對(duì)于大型惰性環(huán)境40和芯部惰性環(huán)境50自由地移動(dòng)。外惰性氣體出口69朝向大型惰性環(huán)境40的大型惰性室基板42排出惰性氣體，以形成屏障或者空氣簾來限制周圍空氣進(jìn)入小型惰性環(huán)境80。由從外惰性氣體出口69流動(dòng)的惰性氣體形成的空氣簾被設(shè)計(jì)成限制小型惰性環(huán)境80和周圍空氣之間的氣體交換。來自外惰性氣體出口69的惰性氣體直接流向大型惰性室基板42，并且惰性氣體流分開從而使得惰性氣體流的一部分向內(nèi)被引導(dǎo)到小型惰性環(huán)境80中。這樣，空氣簾限制周圍空氣進(jìn)入小型惰性環(huán)境80中，即使在小型惰性環(huán)境80移動(dòng)到大型惰性環(huán)境40下方時(shí)也如此。

小型惰性環(huán)境80用于保護(hù)基板26免受氧化。基板26被放置在周圍空氣環(huán)境中的鍵合段60上，但是在鍵合段60移動(dòng)到大型惰性環(huán)境40下方時(shí)，產(chǎn)生小型惰性環(huán)境80。當(dāng)小型惰性環(huán)境80產(chǎn)生時(shí)，基板26可以被安全地加熱，這是因?yàn)樾⌒投栊原h(huán)境80保護(hù)基板26在輸送到大型惰性環(huán)境40下方期間以及鍵合期間免受氧化。

圖8示出了模片鍵合機(jī)中結(jié)合的焊劑排氣系統(tǒng)。在鍵合期間，保持模24的鍵合頭52將模片24加熱達(dá)至適當(dāng)?shù)臏囟纫赃M(jìn)行鍵合，并且向下朝向已由鍵合段加熱器46加熱到適當(dāng)溫度的基板26移動(dòng)以用于鍵合。鍵合頭52向下移動(dòng)通過BEW開口70和第二容器開口74，直到模片24接觸基板26時(shí)為止。模片24然后鍵合到高溫下的基板26，并且在鍵合期間產(chǎn)生汽化焊劑。焊劑排氣系統(tǒng)包括焊劑排氣入口72、連接到焊劑排出入口72的蒸汽冷凝器（未示出）以及連接到蒸汽冷凝器的存儲(chǔ)收集器（未示出），并且焊劑排氣系統(tǒng)被構(gòu)造成移除汽化焊劑。大型惰性室基板42包括第一板76和第二板78，第一板76包括第一孔77，第二板78包括與第一孔77對(duì)準(zhǔn)的第二孔79。第一孔77和第二孔79一起形成BEW開口70。焊劑排氣入口72位于BEW開口70處，并且焊劑排氣入口72包括位于第一板76和第二板78之間的空間。汽化焊劑可以從第一板76和第二板78之間的BEW開口70進(jìn)入焊劑排氣入口72。焊劑排氣入口72的形狀例如可以是圓形的，從而使得汽化焊劑從所有方向進(jìn)入圓形形狀的焊劑排氣入口72。焊劑排氣系統(tǒng)產(chǎn)生抽吸力以將在鍵合期間產(chǎn)生的汽化焊劑提取到焊劑排氣入口72中，并且之后從焊劑排氣系統(tǒng)排出焊劑排氣。

焊劑排氣系統(tǒng)還被構(gòu)造成在小型惰性環(huán)境80不位于BEW開口70下方時(shí)提取周圍空氣，從而使得當(dāng)小型惰性環(huán)境不位于BEW開口70下方時(shí)防止周圍空氣進(jìn)入小型惰性環(huán)境80。另外，焊劑排氣系統(tǒng)被構(gòu)造成在小型惰性環(huán)境80移動(dòng)到BEW開口70的下方時(shí)將周圍空氣提取到小型惰性環(huán)境80中。此外，焊劑排氣系統(tǒng)可以被構(gòu)造成將惰性氣體供應(yīng)裝置與小型惰性環(huán)境80相關(guān)聯(lián)，從而使得即使不具有由從外惰性氣體出口69流動(dòng)的惰性氣體形成的空氣簾，也防止周圍空氣進(jìn)入到小型惰性環(huán)境80中。

大型惰性環(huán)境40中氧的濃度可大可小，但是通常為50ppm（百萬分率）至100ppm。芯部惰性環(huán)境50中氧的濃度也可以大小不一，但是通常為0ppm至50pmm。小型惰性環(huán)境80中氧的濃度也可大小不一，但是通常為0ppm至50pmm。

盡管已參照一些實(shí)施方式相當(dāng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但其它實(shí)施方式也是可行的。

例如，如果不設(shè)置DTA開口32處的門，則可以提供惰性氣體空氣簾，以使得大型惰性環(huán)境40和周圍空氣之間的氣體交換最少。

因此，所附權(quán)利要求的精神和范圍不應(yīng)被限制于本文所包含的實(shí)施方式的描述。