圖像傳感器芯片的自動化封裝系統的制作方法

圖像傳感器芯片的自動化封裝系統的制作方法
【專利摘要】一種圖像傳感器芯片的自動化封裝系統，所述自動化封裝系統包括：系統基臺；芯片載臺，置于所述系統基臺上，適于裝配圖像傳感器芯片；機械操作裝置，置于所述系統基臺上、所述芯片載臺的一側，適于自動拾取和傳送所述圖像傳感器芯片；打線裝置，置于所述系統基臺上，所述芯片載臺的另一側，適于匹配由所述機械操作裝置拾取的圖像傳感器芯片與打線裝置，對所述圖像傳感器芯片進行金屬鍵合；粘合裝置，置于所述系統基臺上，適于接收并粘合封裝基板與完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片形成封裝件。所述自動化封裝系統可以節約占用空間，提高封裝效率和封裝質量。
【專利說明】圖像傳感器芯片的自動化封裝系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體【技術領域】，特別涉及一種圖像傳感器芯片的自動化封裝系統。

【背景技術】
[0002]圖像傳感器(CIS:CMOS Image Sensor)是能夠感受光學圖像信息并將其轉換成可用輸出信號的傳感器。圖像傳感器可以提高人眼的視覺范圍，使人們看到肉眼無法看到的微觀世界和宏觀世界，看到人們暫時無法到達處發生的事情，看到超出肉眼視覺范圍的各種物理、化學變化過程，生命、生理、病變的發生發展過程，等等。可見圖像傳感器在人們的文化、體育、生產、生活和科學研究中起到非常重要的作用。
[0003]在實際應用中，圖像傳感器是以圖像傳感器芯片的形式發揮其感受光學圖像信息并將其轉換成可用輸出信號的功能的。圖像傳感器芯片在工作過程中容易受到外界環境的污染，所以需要對圖像傳感器芯片進行封裝，使圖像傳感器芯片處于密封環境下，從而避免外界環境對圖像傳感器芯片的影響，從而提高圖像傳感器芯片的性能和使用壽命。
[0004]目前，所有的圖像傳感器的封裝采用極高潔凈環境、高污染復雜工藝設備及材料的生產線封裝，主要包括板上芯片封裝(C0B:Chip On Board)生產線、晶圓級封裝(CSP:Chip Scale Package)生產線及倒裝芯片封轉(FC:Flip Chip)生產線。
[0005]COB封裝生產線主要應用在高像素產品，該封裝生產線主要包括PCB基板的線路制作，PCB板上點膠把裸芯片(Die)粘結在PCB上，然后進行固化，使用金線邦定機使Die的焊盤(PAD)點與PCB的PAD點進行金屬線邦定，清洗后安裝鏡頭座和鏡頭，完成固定模塊結構。但是，該生產線存在如下明顯的問題:1全線必須10級的潔凈室環境，維護費用高；2產品表面全程曝露在空氣中，微塵顆粒控制難度大，一次良品率不高；3模塊化產品的定制化比較嚴重，靈活程度不高；4單條生產線產量不高，一次投資太高。
[0006]CSP封裝生產線主要應用在中低端、低像素(2M像素或以下)圖像傳感器的WaferLevel (晶圓級)封裝生產。該封裝生產使用晶圓級玻璃與晶圓綁定，并在晶圓的圖像傳感器芯片之間使用圍堰隔開，然后在研磨后的晶圓焊盤區域通過制作焊盤表面或焊盤面內孔側面環金屬連接的娃穿孔技術(TSV:Through Silicon Via)或切割后焊盤側面的T型金屬連接芯片尺寸封裝技術，并在晶圓背面延伸線路上制作焊球柵陣列(BGA:Ball GridArray)，然后切割后形成單個密封空腔的圖像傳感器單元。后端通過表面貼片技術(SMT)形成模塊結構。但是，CSP封裝線存在如下明顯問題:1晶圓級玻璃厚度較大影響產品的性能，尤其是小像素產品及PAD金屬部分的有機保護層影響產品的可靠性；2晶圓的尺寸升級后，需要建立完全新的生產線；3生產高像素(大空腔)產品難度很大；4環境污染大，投資規模大。
[0007]FC封裝線是最近興起的聞端、聞像素(5M或以上)圖像傳感器的Die Level (芯片級)封裝生產線。該生產線把在焊盤做好金屬凸塊經研磨切割后的芯片直接與PCB的焊盤通過熱超聲的作用一次性將所有接觸凸塊與焊盤進行連接，形成封裝結構單元。后端通過PCB外側的焊盤或錫球采用表面貼片技術(SMT)形成模塊結構。但是，FC封裝線存在如下問題:1PCB成本很高；2制造可靠性難度大，凸塊與焊盤硬連接的一致性設備要求高；3微塵控制難度大、工藝環境要求高；3凸塊制作成本高。
[0008]綜上所述，亟需一種實現高像素、大芯片尺寸圖像傳感器的低成本、高性能、高可靠性、超薄的無清洗自動化一體化封裝系統。
實用新型內容
[0009]本實用新型解決的問題是提供一種圖像傳感器芯片的自動封裝系統，以提高圖像傳感器封裝的效率及圖像傳感器芯片的封裝質量。
[0010]為解決上述問題，本實用新型提供一種圖像傳感器芯片的自動封裝系統，包括:系統基臺；芯片載臺，置于所述系統基臺上，適于裝配圖像傳感器芯片；機械操作裝置，置于所述系統基臺上、所述芯片載臺的一側，適于自動拾取和傳送所述圖像傳感器芯片；打線裝置，置于所述系統基臺上、所述芯片載臺的另一側，適于匹配由所述機械操作裝置拾取的圖像傳感器芯片與打線裝置，對所述圖像傳感器芯片進行金屬鍵合；粘合裝置，置于所述系統基臺上，適于接收并粘合封裝基板與完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片形成封裝件。
[0011]可選的，所述芯片載臺適于裝載包含有若干分離的圖像傳感器芯片的晶圓。
[0012]可選的，所述機械操作裝置包括設置在一端的芯片拾取部件。
[0013]可選的，所述機械操作裝置包括機械臂，包含至少一軸承，所述軸承適于控制所述芯片拾取部件沿三維空間范圍內的任一方向移動。
[0014]可選的，所述軸承適于控制所述芯片拾取部件水平、垂直、或翻轉移動。
[0015]可選的，所述芯片拾取部件為一個或多個，所述機械臂的數量與芯片拾取部件數量一致，單個芯片拾取部件與單個機械臂對應連接。
[0016]可選的，所述機械操作裝置包括機械臂，另一端設置于第一導軌上，所述第一導軌設置于所述系統基臺，所述第一導軌適于控制機械臂整體于系統基臺上移動。
[0017]可選的，所述芯片拾取部件包括:置于頂端的金屬鍵合工作臺面，適于放置所述圖像傳感器及芯片金屬鍵合配件。
[0018]可選的，所述機械操作裝置還包括:防塵部件，布設于所述芯片拾取部件旁，適于遮蓋所述圖像傳感器芯片的感光面。
[0019]可選的，所述機械操作裝置還包括:供熱部件，布設于所述芯片拾取部件旁，適于對圖像傳感器芯片供熱。
[0020]可選的，所述自動化封裝系統還包括:第一定位裝置，適于定位所述圖像傳感器芯片與所述芯片拾取部件。
[0021]可選的，所述第一定位裝置配置于所述芯片載臺的上方。
[0022]可選的，所述打線裝置的一端設置有鍵合端。
[0023]可選的，所述自動化封裝系統還包括:第二定位裝置，適于定位由所述機械操作裝置拾取的圖像傳感器芯片與鍵合端。
[0024]可選的，所述第二定位裝置配置于所述打線裝置上方。
[0025]可選的，所述自動化封裝系統還包括:傳送帶，置于所述系統基臺上、所述粘合裝置旁，適于接收并傳送封裝基板。
[0026]可選的，所述自動化封裝系統還包括:旋轉操作臺，置于所述系統基臺上、所述粘合裝置旁，適于接收并傳送封裝基板。
[0027]可選的，所述的封裝基板裝載于封裝基板裝載盤，所述封裝基板裝載盤分隔地置于所述傳送帶或旋轉操作臺上。
[0028]可選的，所述粘合裝置的一端設置有粘合端。
[0029]可選的，所述自動化封裝系統還包括:第三定位裝置，適于定位所述封裝基板、完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片、粘合端。
[0030]可選的，所述第三定位裝置配置于所述粘合裝置上方。
[0031]可選的，所述封裝系統還包括:固定裝置，置于所述粘合裝置上部，適于固定所述完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片的位置以匹配于所述封裝基板。
[0032]可選的，其特征在于，所述的第一定位裝置、第二定位裝置、第三定位裝置為圖像定位裝置。
[0033]可選的，所述圖像定位裝置包括相機、攝像機、圖像傳感器或紅外傳感器。
[0034]可選的，所述的粘合裝置還包括:加熱裝置，適于在加熱條件下進行粘結。
[0035]可選的，所述自動化封裝系統還包括:固化裝置，適于接收并固化所述封裝件。
[0036]可選的，所述的固化裝置提供紫外光。
[0037]與現有技術相比，本實用新型的技術方案具有以下優點:
[0038]本實用新型的技術方案所提供的圖像傳感器芯片的自動化封裝系統，將封裝過程中的各個步驟的封裝裝置集成到一個封裝系統內，降低了封裝裝置占據的空間。通過機械操作裝置，拾取并傳送圖像傳感器芯片，由于所述自動化封裝系統占據空間小，所述圖像傳感器芯片在封裝過程中移動的距離較小，可以提高封裝系統的封裝效率。可以通過單獨的封裝系統，完成圖像傳感器芯片的整個封裝過程，從而使得圖像傳感器的整個封裝過程中，不需要接觸外界環境，進而可以避免圖像傳感器芯片在封裝過程中受到污染。由于所述自動化封裝系統的集成度較高，占據空間較小，所以維護所述封裝系統的清潔度的成本較低。
[0039]進一步的，本實用新型的技術方案中的機械操作裝置包括多個芯片拾取部件以及機械臂，從而可以同時拾取多個圖像傳感器芯片，分別傳送至不同的裝置進行處理，使得整個自動化封裝系統可以同時對多個圖像傳感器芯片進行封裝，提高所述自動化封裝系統的封裝效率。
[0040]進一步的，本實用新型的技術方案中的自動化封裝系統還包括第一定位裝置、第二定位裝置和第三定位裝置。可以對封裝過程中的圖像傳感器芯片、機械操作裝置、打線裝置和粘合裝置進行準確定位，提高封裝質量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]圖1是本實用新型所述的一實施例的自動化封裝系統整體示意圖。
[0042]圖2是本實用新型所述的一實施例中自動化封裝系統的機械操作裝置、打線裝置、第二定位裝置的局部示意圖。
[0043]圖3是本實用新型所述的一實施例中自動化封裝系統的粘合裝置、封裝基板裝載盤的局部示意圖。
[0044]圖4至圖6為本實用新型的一實施例的圖像傳感器芯片封裝過程的結構示意圖。
[0045]100系統基臺；110機械操作裝置；120打線裝置；130粘合裝置；140固化裝置；150傳送帶；101芯片載臺；102第一定位裝置；103第二定位裝置；104第三定位裝置；105第一導軌；106封裝基板裝載盤；111芯片拾取部件；112金屬鍵合工作臺面；114供熱部件；115軸承；121鍵合端；131粘合端；132加熱裝置；133固定裝置；200圖像傳感器芯片晶圓；201圖像傳感器芯片；202焊盤；203圖像感應區；204金屬導線；205封裝基板；206粘合層；207密封腔。

【具體實施方式】
[0046]如【背景技術】中所述，現有的圖像傳感器芯片的封裝效率較低，芯片容易受到污染。
[0047]本實用新型的實施例提供一種圖像傳感器的自動化封裝系統，可以提高封裝效率和封裝質量。
[0048]為使本實用新型的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本實用新型的具體實施例做詳細的說明。
[0049]請參考圖1，為本實施例的圖像傳感器芯片的自動化封裝系統的整體結構示意圖。
[0050]所述圖像傳感器芯片的自動化封裝系統包括:系統基臺100 ;芯片載臺101，置于所述系統基臺100上，適于裝配圖像傳感器芯片；機械操作裝置110，置于所述系統基臺100上、所述芯片載臺101的一側，適于自動拾取和傳送所述圖像傳感器芯片；打線裝置120，置于所述系統基臺100上，所述芯片載臺101的另一側，適于匹配由所述機械操作裝置110拾取的圖像傳感器芯片與打線裝置120，對所述圖像傳感器芯片進行金屬鍵合；粘合裝置130，置于所述系統基臺100上，適于接收并粘合封裝基板與完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片形成封裝件。
[0051]所述系統基臺100用于承載所述自動化封裝系統中的各個裝置，使各個裝置集成于該系統基臺100上。所述系統基臺100可以包括方形或圓形的臺面以及支撐該臺面的支架，所述系統基臺100支架底部可以安裝有滾輪，方便移動所述系統基臺100，所述基臺支架也可以是可升降支架，便于調整所述系統基臺100的高度。本實施例中，所述系統基臺100還包括固定于臺面邊緣位置處的框架160，其中機械操作裝置110、打線裝置120、粘合裝置130可以固定與所述框架160上，使得整個自動封裝系統裝在垂直方向分布，從而可以提高所述自動封裝系統的集成度，減少所述自動封裝系統占用的空間體積。
[0052]所述芯片載臺101，用于裝配圖像傳感器芯片。所述芯片載臺101與系統基臺100固定連接，本實施例中，所述芯片載臺101位于系統基臺100的中心位置處，封裝系統的其他設備分布于所述芯片載臺101的周圍，便于機械操作裝置110從芯片載臺101上拾取圖像傳感器芯片，并移動所述圖形傳感器至其他設備處進行各個封裝步驟。在本實用新型的其他實施例中，所述芯片載臺101也可以位于系統基臺100的邊緣位置。
[0053]本實施例中，所述芯片載臺101可以包括:支撐架以及位于所述支撐架頂部的芯片放置區。所述支撐架與系統基臺100固定連接，并且所述支撐架為可升降設計，便于調整所述芯片放置區的高度。所述支撐架還可以使所述芯片放置區沿軸心位置旋轉，以調整放置于所述芯片放置區上的圖像傳感器芯片的位置。本實施例中，所述芯片放置區域為一圓形凹槽，用于裝載具有若干分離芯片的圖像傳感器芯片晶圓200。在本實用新型的其他實施例中，所述芯片放置區域也可以為其他形狀，適于放置其他形狀及大小的圖像傳感器芯片。
[0054]請參考圖2，為從圖1中A方向的機械操作裝置110和打線裝置120的側視示意圖。
[0055]其中，所述機械操作裝置110，置于所述系統基臺100上、并且位于所述芯片載臺101的一側，適于自動拾取和傳送所述圖像傳感器芯片。所述機械操作裝置110的一端與系統基臺100連接，一端懸空，用于從芯片載臺101上拾取圖像傳感芯片，并將所述圖像傳感芯片傳送至其他封裝裝置中，進行處理。
[0056]本實施例中，所述機械操作裝置110包括設置于一端的芯片拾取部件111，用于拾取圖像傳感芯片。所述芯片拾取部件111包括:置于頂端的金屬鍵合工作臺面112，適于放置所述圖像傳感器及芯片金屬鍵合配件，所述金屬鍵合工作臺面112可以是非粘性材質端面，可以吸附所述圖像傳感器芯片。所述非粘性材質端面的材料可以是金屬、陶瓷、塑料，所述芯片金屬鍵合配件可以是加熱裝置、超聲裝置、定位裝置、模具等用于金屬鍵合的配件。
[0057]所述機械操作裝置110還包括機械臂116，所述機械臂116的一端與系統基臺100連接，另一端與所述芯片拾取部件111連接。所述機械臂116的一端與芯片拾取部件111可以是活動連接。可以通過所述機械臂116準確控制所述芯片拾取部件111的升降、翻轉和移動等動作，以使所述芯片拾取部件111能夠準確的從芯片載臺101上拾取圖像傳感器
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[0058]本實用新型的實施例中，所述機械操作裝置110至少包括一個或多個軸承115，所述機械臂116通過軸承115與所述芯片拾取部件111連接，所述軸承115適于控制所述芯片拾取部件111水平、垂直、或翻轉移動。在本實用新型的其他實施例中，所述軸承115適于控制所述芯片拾取部件111沿三維空間范圍內的任一方向移動，從而可以準確調整所述圖像傳感器芯片的位置，以便于進行后續的封裝步驟。
[0059]所述機械操作裝置110還可以包括第一導軌105 (請參考圖1)，所述第一導軌105設置于所述系統基臺100 (請參考圖1)上，所述機械操作裝置110的機械臂116通過所述第一導軌105與系統基臺100連接。所述機械臂116的一端內嵌于所述第一導軌105內，與所述第一導軌105之間活動連接，使得所述機械臂116可以沿所述第一導軌105水平移動，從而可以擴大所述機械臂116的移動范圍。
[0060]本實施例中，所述系統基臺100上固定有框架160(請參考圖1)，所述第一導軌105固定所述框架160表面，從而可以使得所述機械操作裝置110位置高于芯片載臺101，便于拾取芯片載臺101上的圖像傳感器芯片。
[0061]在本實用新型的其他實施例中，所述芯片拾取部件111可以為兩個以上，所述機械臂116的數量與芯片拾取部件111的數量一致，并且單個芯片拾取部件111與單個機械臂116對應連接。單個機械臂116單獨控制一個芯片拾取部件111獨立拾取和移動圖像傳感器芯片，使得在所述封裝系統工作時，可以同時對多個圖像傳感器芯片進行處理，從而提高所述封裝系統的工作效率。
[0062]在本實用新型的其他實施例中，所述機械操作裝置110還可以包括防塵部件，布設于所述芯片拾取部件111旁，適于遮蓋所述圖像傳感器芯片的感光面，避免所述圖像傳感器芯片的感光面在封裝過程中受到污染，影響所述圖形傳感器芯片的性能。所述防塵部件可以是防塵材料、靜電吸附材料、吸氣或排氣系統，用于吸附、阻擋或者排出圖像傳感器周圍的微塵，從而避免圖像傳感器芯片受到污染。
[0063]所述機械操作裝置110還包括:供熱部件114，布設于所述芯片拾取部件111旁，適于對拾取的圖像傳感器芯片供熱以便于后續進行鍵合步驟。所述供熱部件114可以是應用電阻加熱、氣體加熱、電磁加熱或紅外線加熱的加熱器件等。本實施例中，所述供熱部件114位于芯片拾取部件111上方。
[0064]本實施例中，所述自動封裝系統還包括第一定位裝置102 (請參考圖1)。所述第一定位裝置102適于定位所述圖像傳感器芯片與所述芯片拾取部件111的相對位置，從而使得所述機械操作裝置110能夠準確拾取待處理的芯片。所述第一定位裝置102可以是圖像定位裝置，所述第一定位裝置102內可以包括相機、攝像機、圖像傳感器或紅外傳感器等圖像獲取部件，所述第一定位裝置102內還可以包括圖像處理裝置，通過對獲取的圖形進行分析，以獲取芯片以及芯片拾取部件111的位置信息。
[0065]本實施例中，所述第一定位裝置102位于芯片載臺101的正上方，從而可以通過所述第一定位裝置102獲取芯片載臺101上放置的所有圖像傳感器芯片的位置信息，以及當芯片拾取部件111移動至芯片載臺101上方時，可以通過所述第一定位裝置102準確獲取所述芯片拾取部件111的位置信息。
[0066]在本實用新型的其他實施例中，所述第一定位裝置102還可以位于其他能夠獲取芯片以及芯片拾取部件111位置信息的位置處。所述第一定位裝置102可以通過支撐固定于所述系統基臺100上的框架160 (請參考圖1)上。
[0067]所述自動封裝系統中的打線裝置120，用于對所述圖像傳感器芯片進行金屬鍵合，所述打線裝置120置于所述系統基臺100上，位于所述芯片載臺101的另一側。當所述機械操作裝置110從芯片載臺101上拾取圖像傳感器芯片后，所述機械操作裝置110將所述芯片移至所述打線裝置120下方，所述打線裝置120對所述芯片進行金屬鍵合。
[0068]所述打線裝置120 —端置于系統基臺100上，另一端設置有鍵合端121，用于對圖像芯片傳感器進行鍵合。所述鍵合端121可以在垂直方向以及水平方向上移動，對芯片進行鍵合。
[0069]本實施例中，所述自動化封裝系統還包括:第二定位裝置103，適于定位所述由所述機械操作裝置110拾取的圖像傳感器芯片與打線裝置120的鍵合端121，以使得所述打線裝置120能在圖像傳感器芯片的準確位置處進行鍵合。本實施例中，所述第二定位裝置103配置于所述打線裝置120上方，能夠準確獲知由機械操作裝置110傳送來的圖像傳感器芯片的位置信息，從而移動鍵合端121至準確位置，使所述鍵合端121的位置與圖像傳感器芯片待鍵合位置對應。
[0070]在本實用新型的其他實施例中，所述第二定位裝置103還可以位于其他能夠獲取芯片位置信息的位置處。所述第二定位裝置103可以是圖像定位裝置，所述第二定位裝置103內可以包括相機、攝像機、圖像傳感器或紅外傳感器等圖像獲取部件，所述第二定位裝置103內還可以包括圖像處理裝置，以獲取芯片以及芯片拾取部件111的位置信息。
[0071]所述粘合裝置130，置于所述系統基臺100上，適于接收并粘合封裝基板與完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片形成封裝件。請參考圖3，圖3為所述粘合裝置130的剖面示意圖。所述粘合裝置130的一端設置有粘合端131，通過所述粘合端131將封裝基板與圖像傳感器芯片進行粘合。所述粘合裝置130可以進行點膠、灌膠、畫膠、絲網印刷或者上述方式組合的粘合方式。
[0072]本實施例中，所述粘合裝置130還包括粘合膠存儲裝置134，所述粘合膠存儲裝置134用于存放粘合膠，并且所述粘合膠存儲裝置134與粘合端131連接，用于向粘合端131提供粘合膠。
[0073]本實施例中，所述粘合裝置130還包括加熱裝置132，所述加熱裝置132適于在對芯片和封裝基板進行粘合的過程中，對粘合過程使用的粘合膠進行加熱，以提高粘合質量。本實施例中，所述加熱裝置132位于粘合膠存儲裝置與粘合端131的之間，適于對流向粘合端131的粘合膠進行加熱，以提高所述粘合膠的流動性。同時，可以排出封裝基板與圖像傳感器芯片之間空腔內的氣體，防止高溫時空腔內的壓強過大，影響封裝質量，所述加熱裝置132可以是應用電阻加熱、氣體加熱、電磁加熱或紅外線加熱的器件。
[0074]本實用新型的其他實施例中，所述自動封裝系統還包括固定裝置133。所述固定裝置133設置于粘合裝置130上部，適于固定所述完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片的位置以匹配于所述封裝基板，并當金屬鍵合的圖像傳感器芯片的位置匹配于所述封裝基板時，于所述固定裝置133提供豎直方向的壓力，所述壓力通過粘合裝置130傳動至圖像傳感器芯片，使得圖像傳感器芯片與封裝基板壓合兩者不發生偏移。
[0075]請繼續參考圖1，本實施例中，所述自動化封裝系統還包括:傳送帶150，所述傳送帶150置于所述系統基臺100上、所述粘合裝置130旁，適于接收并傳送封裝基板，所述粘合裝置130的高度高于所述傳送帶150。所述封裝基板可以是裝載于封裝基板裝載盤106內，所述傳送帶150將封裝基板裝載盤106及位于所述封裝基板裝載盤106內的封轉基板傳送至所述粘合裝置130下方，隨后機械操作裝置110將已經完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片至于封裝基板上，再通過所述粘合裝置130粘合所述封裝基板與圖像傳感器芯片，形成封裝件。本實施例中，所述封裝基板裝載盤106具有多個分隔區域，封裝基板被分隔的至于所述封裝基板裝載盤106內，所述封裝基板裝載盤106可以同時放置多個封裝基板。本實施例中，所述封裝基板在封裝基板裝載盤內呈矩陣排列，便于后續進行對準和粘合。
[0076]在本實用新型的其他實施例中，所述自動化封裝系統的封裝基板的傳送裝置還可以是旋轉操作臺，所述旋轉操作臺具有可沿軸心旋轉移動的置物臺，封裝基板置于所述置物臺上，通過旋轉移動至粘合裝置130下方。
[0077]本實施例中，所述自動化封裝系統還可以包括第三定位裝置104，適于定位所述封裝基板、完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片、粘合端131 (請參考圖3)，從而使所述圖像傳感器芯片與封裝基板之間位置關系對應，以準確粘合，形成封裝件。
[0078]所述第三定位裝置104可以是圖像定位裝置，所述第三定位裝置104內可以包括相機、攝像機、圖像傳感器或紅外傳感器等圖像獲取部件，所述第三定位裝置104內還可以包括圖像處理裝置，以獲取封裝基板、完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片以及粘合端131的位置信息，從而控制所述機械操作裝置110將完成金屬鍵合的圖像傳感器移動至準確位置放置于封裝基板上，并移動粘合裝置130至準確位置，對所述圖像傳感器與封裝基板粘合，形成封裝件。本實施例中，所述第三定位裝置104設置于粘合裝置130上方。
[0079]所述自動化封裝系統還包括固化裝置140，所述固化裝置140適于接收并固化所述封裝件。所述固化裝置140具有紫外光發生器，能夠提供紫外光。本實施例中，所述固化裝置140位于粘合裝置130 —側，設置于傳送帶150上方，并且通過支架固定于系統基臺100上。完成粘合的封裝件通過傳送帶150傳送至固化裝置140下方，所述固化裝置140對封裝件進行紫外線輻照對所述封裝件進行固化。
[0080]在本實用新型的其他實施例中，也可以通過加熱方式對所述封裝件進行固化。
[0081]上述自動化封裝系統將封裝過程中的各個步驟的封裝裝置集成到一個封裝系統內，降低了封裝裝置占據的空間。通過機械操作裝置，拾取并傳送圖像傳感器芯片，由于所述自動化封裝系統占據空間小，所述圖像傳感器芯片在封裝過程中移動的距離較小，可以提高封裝系統的封裝效率。可以通過單獨的封裝系統，完成圖像傳感器芯片的整個封裝過程，從而使得圖像傳感器的整個封裝過程中，不需要接觸外界環境，進而可以避免圖像傳感器芯片在封裝過程中受到污染。
[0082]本實用新型的實施例還提供一種采用上述自動化封裝系統進行的自動化封裝系統。
[0083]請同時參考圖1至圖3，所述自動化封裝方法包括如下步驟:通過芯片載臺101接收并裝配圖像傳感器芯片；通過機械操作裝置110自動拾取位于芯片載臺101上的圖像傳感器芯片，移動所述圖像傳感器芯片至打線裝置120 ;通過打線裝置120匹配所述機械操作裝置110拾取的圖像傳感器芯片，并進行金屬鍵合；通過機械操作裝置110移動完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片至粘合裝置130 ;通過粘合裝置130，接收并粘合封裝基板與完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片形成封裝件。
[0084]首先，提供圖像傳感器芯片201 (請參考圖4)。所述圖像傳感器芯片201的正面有圖像感應區203，以及環繞圖像感應區203的焊盤202。
[0085]所述芯片載臺101可以包括:支撐架以及位于所述支撐架頂部的芯片放置區。所述支撐架與系統基臺100固定連接，并且所述支撐架為可升降設計，便于調整所述芯片放置區的高度。本實施例中，將裝載有若干分離的圖像傳感器芯片201的圖像傳感器芯片晶圓200置于芯片載臺101上，且所述圖像傳感器芯片201的具有焊盤202的一面向下置于所述芯片載臺101表面，暴露出所述圖像傳感器芯片201的背面。然后可以通過調整所述支撐架以調整所述芯片載臺101上的晶圓于合適高度，便于通過機械操作裝置110拾取圖像傳感器芯片201。
[0086]在本實用新型的其他實施例中，也可以在所述芯片載臺101上放置單個或若干圖像傳感器芯片。
[0087]本實施例中，所述自動封裝系統還包括第一定位裝置102，所述第一定位裝置102可以是圖像定位裝置，所述第一定位裝置102內可以包括相機、攝像機、圖像傳感器或紅外傳感器等圖像獲取部件，所述第一定位裝置102內還可以包括圖像處理裝置。
[0088]本實施例中，所述第一定位裝置102位于芯片載臺101的正上方，從而可以通過所述第一定位裝置102獲取芯片載臺101上放置的所有圖像傳感器芯片的位置信息。在所述芯片載臺101上放置圖像傳感器芯片之后，通過所述第一定位裝置102獲取所述圖像傳感器的位置信息，并且可以通過所述位置信息調整所述圖形傳感器至合適位置。所述芯片載臺101的支撐架可以使所述芯片放置區沿軸心位置旋轉，以調放置于所述芯片放置區上的圖像傳感器芯片的位置。本實施例中，可以使所述晶圓的對準標記與芯片載臺101上的對準標記對齊，從而定位所述圖像傳感器的位置。
[0089]然后，通過機械操作裝置110自動拾取位于芯片載臺101上的圖像傳感器芯片201，移動所述圖像傳感器芯片201至打線裝置120。
[0090]所述機械操作裝置110，一端與系統基臺100連接，一端懸空，用于從芯片載臺101上拾取圖像傳感芯片。本實施例中，所述機械操作裝置110包括設置于一端的芯片拾取部件111，用于拾取圖像傳感芯片。所述芯片拾取部件111包括:置于頂端的金屬鍵合工作臺面112，適于放置所述圖像傳感器及芯片金屬鍵合配件，所述金屬鍵合工作臺面112可以是非粘性材質端面，所述非粘性材料端面的材料可以是金屬、陶瓷或塑料等，用于吸附所述圖像傳感器芯片201。
[0091 ] 本實施例中，所述機械操作裝置110還包括機械臂116，所述機械臂116的一端與系統基臺100連接，一端與所述芯片拾取部件111連接，所述機械臂116的一端與芯片拾取部件111活動連接。可以通過所述機械臂116準確控制所述芯片拾取部件111的升降、翻轉和移動等動作，以使所述芯片拾取部件111能夠準確的從芯片載臺101上拾取圖像傳感器芯片。所述機械操作裝置I1的機械臂116還可以包含至少一軸承115，所述軸承115適于控制所述的芯片拾取部件111在三維空間范圍內的任一方向移動。本實施例中，所述軸承115適于控制所述的芯片拾取部件111沿水平、垂直、翻轉移動。
[0092]本實施例中，所述機械操作裝置110還可以包括第一導軌105，所述第一導軌105設置于所述系統基臺100上，所述機械操作裝置110的機械臂通過所述第一導軌105與系統基臺100連接。所述機械臂在沿第一導軌105移動以拾取不同位置處的圖像傳感器芯片。
[0093]通過所述第一導軌105移動所述機械臂116至合適位置，并通過所述機械臂116控制所述芯片拾取部件111至芯片載臺101上方，使所述芯片拾取部件111的金屬鍵合工作臺面112位置與芯片載臺101上的圖像傳感器芯片201位置對應后，降低所述芯片拾取部件111的高度，使金屬鍵合工作臺面112吸附圖像傳感器芯片201，完成芯片拾取動作。在本實施例中，可以通過第一定位裝置102，定位所述圖像傳感器芯片與所述芯片拾取部件111的相對位置，從而使所述芯片拾取部件111可以準確拾取待處理的芯片。
[0094]在本實用新型的其他實施例中，所述芯片拾取部件111為一個或多個，所述機械臂116的數量與芯片拾取部件111數量一致，單個芯片拾取部件111與單個機械臂對應連接，在所述封裝系統工作時，多個芯片拾取部件111依次拾取圖像傳感器芯片，從而使得所述自動封裝系統在進行封裝過程中，可以同時對多個圖像傳感器芯片進行處理，從而提高所述封裝系統的工作效率。不同芯片拾取取件拾取圖像處理器芯片的時間間隔為2秒?4秒，既可以提高封裝系統的工作效率，又不會影響到相鄰機械臂的工作。
[0095]在所述機械操作裝置110拾取待處理圖像處理芯片之后，提高所述芯片拾取部件111的高度，并將所述芯片拾取部件111垂直翻轉，使圖像傳感器芯片201的焊盤202朝上，然后所述機械臂沿第一導軌105運動并移動至所述打線裝置120下方，使所述打線裝置120與圖像傳感器芯片201上的焊盤202相對，便于后續對所述圖像傳感器進行鍵合。
[0096]本實施例中，所述機械操作裝置110還包括防塵部件，布設于所述芯片拾取部件111旁，適于遮蓋所述圖像傳感器芯片的感光面，避免所述圖像傳感器芯片的感光面在移動以及封裝過程中受到污染，影響所述圖形傳感器芯片的性能。所述防塵部件可以是防塵材料、靜電吸附、吸氣或排氣系統。
[0097]然后，通過打線裝置120匹配由所述機械操作裝置110拾取的圖像傳感器芯片201，并對所述圖像傳感器芯片201進行金屬鍵合，請參考圖5為鍵合完成后的圖像傳感器芯片201。
[0098]本實施例中，所述打線裝置120的一端設置有鍵合端121，用于對芯片焊盤202進行鍵合。本實施例中，可以通過打線裝置120由圖像傳感器芯片201的焊盤202上鍵合金屬導線204的第一端，并延伸出金屬導線204的第二端，且使所述金屬導線204的第二端懸空。
[0099]在本實用新型的其他實施例中，還可以通過打線裝置120由圖像傳感器芯片201的焊盤202上鍵合金屬導線204的第一端，延伸出金屬導線204的第二端并置于芯片拾取部件111的金屬鍵合配件表面，所述金屬導線204與金屬鍵合配件表面不產生鍵合作用。
[0100]所述金屬導線204的材料可以為金線、銅線、鋁線、銀線或合金線等良導體導線。
[0101]本實施例中，所述自動化封裝系統還包括第二定位裝置103，所述第二定位裝置103配置于所述打線裝置120上方。在進行金屬鍵合之前，可以通過第二定位裝置103定位由所述機械操作裝置I1拾取的圖像傳感器芯片與鍵合端121的位置，使得所述鍵合端121與芯片焊盤位置對應。
[0102]本實施例中，所述機械操作裝置110還包括:供熱部件114，布設于所述芯片拾取部件111旁，在對所述圖像傳感器芯片進行鍵合的過程中，可以對所述圖像傳感器芯片供熱，用于促進金屬鍵合，提高鍵合效率和質量，所述供熱部件對圖像傳感器芯片加熱的溫度不超過250°C。所述供熱部件114可以是應用電阻加熱、氣體加熱、電磁加熱、紅外線加熱等的加熱器件。
[0103]在對所述芯片拾取部件111上的圖像傳感器芯片201完成金屬鍵合之后，通過機械操作裝置110移動完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片201至粘合裝置130，并且通過傳送帶150或旋轉操作臺傳送封裝基板205 (請參考圖6)至粘合裝置130旁。圖6為完成粘合后的封裝件的結構示意圖。
[0104]所述封裝基板205可以是玻璃、塑料或藍寶石等透明材料，并且所述封裝基板205的大小與圖像傳感器芯片201的大小一一對應，且所述封裝基板表面具有凹槽，粘合過程中，使圖像傳感器芯片201的圖像感應區203置于所述凹槽內，構成密封腔207，確保所述圖像感應區203不受外界環境的影響。在另一實施例中封裝基板205表面未設置有凹槽，在實施例中還包括有輔助基板，輔助基板置于圖像傳感器芯片201與封裝基板205之間，適于與圖像傳感器芯片201的圖像感應區203構成密封腔。所述封裝基板205頂部制作有紅外濾光膜(IR)，在底部制作有光學增透膜(AR)，或者于頂部制作IR膜，于底部制作AR膜；從而增大封裝基板205的透光性和防紅外干擾性能。
[0105]所述封裝基板205裝載于封裝基板裝載盤106內，所述封裝基板裝載盤106分隔的置于所述傳送帶150或旋轉操作臺上，然后通過傳送帶150或旋轉操作臺傳送封裝基板裝載盤106將封裝基板205傳送至粘合裝置130旁。所述封裝基板裝載盤106可以放置I?30個封裝基板205。在本實用新型的其他實施例中，可以根據不同的產品設計不同封裝基板裝載盤，使得所述封裝基板裝載盤可以放置合適數量的封裝基板。
[0106]本實施例中，機械操作裝置110移動所述已經完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片201至粘合裝置130下方，再通過傳送帶150或旋轉操作臺傳送封裝基板205至粘合裝置130旁。在本實用新型的其他實施例中，也可以在傳送所述圖像傳感器芯片201的同時，將封裝基板205傳送至粘合裝置130下方，從而可以節約等待封裝基板205的時間。
[0107]然后，通過粘合裝置130，接收并粘合封裝基板205與完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片201形成封裝件。
[0108]所述粘合裝置130的一端設置有粘合端131。可以通過點膠、灌膠、畫膠、絲網印刷或者上述方式的組合在圖像傳感器芯片201與封轉基板205之間的空隙內填入粘合膠，從而粘合所述圖像傳感器芯片201與封轉基板205。
[0109]所述粘合裝置130還包括加熱裝置132，所述加熱裝置132適于在對圖像傳感器芯片201和封裝基板205進行粘合的過程中，對粘合端131內流出的粘合膠進行加熱，提高所述粘合膠的流動性，以便于填充所述封裝基板205和圖像傳感器芯片201之間的空隙，形成較高粘合性能的粘合層206。并且，具有一定溫度的粘合膠在填充封裝基板205和圖像傳感器芯片201之間的空隙的過程中，能夠對封裝基板205與圖像傳感器芯片201之間的空腔207內的氣體加熱，從而排出所述空腔207內的氣體，避免后續封裝步驟中，空腔205內的壓強過大，影響形成的封裝件的質量以及圖形傳感器芯片201的質量
[0110]本實施例中，所述自動化封裝系統還包括第三定位裝置104，在進行粘合的步驟中，可以通過第三定位裝置104，定位所述封裝基板205、完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片201、粘合端131的相對位置。所述第三定位裝置104配置于所述粘合裝置130上方。
[0111]所述粘合的步驟中，可以通過置于粘合裝置130上部的固定裝置133，固定所述完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片201的位置以匹配于所述封裝基板205，使所述圖像傳感器芯片201的圖像感應區203置于所述封裝基板205的凹槽內，形成空腔207，并當金屬鍵合的圖像傳感器芯片201的位置匹配于所述封裝基板205時，通過所述固定裝置133提供豎直方向的壓力，所述壓力通過粘合裝置130傳動至圖像傳感器芯片，使得圖像傳感器芯片201與封裝基板205壓合，兩者不發生偏移。
[0112]本實施例中，可以重復上述步驟將多個鍵合完成的圖像傳感器芯片均置于所述封裝基板裝載盤106內的封裝基板205上之后，再依次對所述封裝基板轉載盤內對應的封裝基板和圖像傳感器芯片201進行粘合，從而可以提聞粘合效率。
[0113]所述自動化封裝系統還包括固化裝置140，適于接收并固化所述封裝件。所述固化裝置140具有紫外光發生器，能夠提高紫外光。本實施例中，所述固化裝置140位于粘合裝置130 —側，設置于傳送帶150上方，并且通過支架固定于系統基臺100上。
[0114]本實施例中，在對封裝基板裝載盤106內的芯片完成粘合形成封裝件之后，通過傳送帶150連同封裝基板裝載盤106傳送至固化裝置140下方，所述固化裝置140對封裝件進行紫外線輻照對所述封裝件進行固化，使所述封裝件上的粘合膠固化成型。由于封裝基板裝載盤106的面積較大，可以在進行固化的同時，通過傳送帶150移動所述封裝基板裝載盤106的位置，使得所述封裝基板裝載盤106內的封裝件都能受到紫外固化定型。在移動具有封裝件的封裝基板裝載盤106的過程中，可以同時傳送具有封轉基板的封裝基板裝載盤106至粘合裝置130下方，進行后續圖像傳感器芯片的粘合處理。
[0115]本實施例中，對圖像傳感器芯片進行鍵合之后直接與封裝基板進行粘合并立即固化成型，免去了傳統的清洗、烘烤、檢驗等需要高潔凈環境條件的工藝，從而可以節約工藝成本。并且，最終形成的封裝件僅包括圖像傳感器芯片以及封裝基板，以及所述圖像傳感器芯片以及封裝基板之間的粘合層，所以所述封裝件的厚度較小。并且，整個封裝過程在一個自動化封裝系統中進行，可以避免所述圖像傳感器芯片接觸外界環境，可以使得形成的封裝后的圖像傳感器芯片具有較高的性能和可靠性。
[0116]雖然本實用新型披露如上，但本實用新型并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本實用新型的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
【權利要求】
1.一種圖像傳感器芯片的自動化封裝系統，其特征在于，包括: 系統基臺； 芯片載臺，置于所述系統基臺上，適于裝配圖像傳感器芯片； 機械操作裝置，置于所述系統基臺上、所述芯片載臺的一側，適于自動拾取和傳送所述圖像傳感器芯片； 打線裝置，置于所述系統基臺上、所述芯片載臺的另一側，適于匹配由所述機械操作裝置拾取的圖像傳感器芯片與打線裝置，對所述圖像傳感器芯片進行金屬鍵合； 粘合裝置，置于所述系統基臺上，適于接收并粘合封裝基板，與完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片形成封裝件。
2.根據權利要求1所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述芯片載臺適于裝載包含有若干分離的圖像傳感器芯片的晶圓。
3.根據權利要求1所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述機械操作裝置包括設置在一端的芯片拾取部件。
4.根據權利要求3所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述機械操作裝置包括機械臂，所述機械臂包含至少一軸承，所述軸承適于控制所述芯片拾取部件沿三維空間范圍內的任一方向移動。
5.根據權利要求4所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述軸承適于控制所述芯片拾取部件水平、垂直、或翻轉移動。
6.根據權利要求4或5所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述芯片拾取部件為一個或多個，所述機械臂的數量與芯片拾取部件數量一致，單個芯片拾取部件與單個機械臂對應連接。
7.根據權利要求6所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述機械操作裝置的機械臂的另一端設置于第一導軌上，所述第一導軌設置于所述系統基臺上，所述第一導軌適于控制機械臂整體于系統基臺上移動。
8.根據權利要求3所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述芯片拾取部件包括:置于頂端的金屬鍵合工作臺面，適于放置所述圖像傳感器及芯片金屬鍵合配件。
9.根據權利要求3所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述機械操作裝置還包括:防塵部件，布設于所述芯片拾取部件旁，適于遮蓋所述圖像傳感器芯片的感光面。
10.根據權利要求3所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述機械操作裝置還包括:供熱部件，布設于所述芯片拾取部件旁，適于對圖像傳感器芯片供熱。
11.根據權利要求3所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述自動化封裝系統還包括:第一定位裝置，適于定位所述圖像傳感器芯片與所述芯片拾取部件。
12.根據權利要求11所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述第一定位裝置配置于所述芯片載臺的上方。
13.根據權利要求1所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述打線裝置的一端設置有鍵合端。
14.根據權利要求13所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述自動化封裝系統還包括:第二定位裝置，適于定位由所述機械操作裝置拾取的圖像傳感器芯片與鍵合端。
15.根據權利要求14所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述第二定位裝置配置于所述打線裝置上方。
16.根據權利要求1所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述自動化封裝系統還包括:傳送帶，置于所述系統基臺上、所述粘合裝置旁，適于接收并傳送封裝基板。
17.根據權利要求1所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述自動化封裝系統還包括:旋轉操作臺，置于所述系統基臺上、所述粘合裝置旁，適于接收并傳送封裝基板。
18.根據權利要求16或17所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述的封裝基板裝載于封裝基板裝載盤，所述封裝基板裝載盤分隔地置于所述傳送帶或旋轉操作臺上。
19.根據權利要求1所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述粘合裝置的一端設置有粘合端。
20.根據權利要求19所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述自動化封裝系統還包括:第三定位裝置，適于定位所述封裝基板、完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片、粘合端。
21.根據權利要求20所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述第三定位裝置配置于所述粘合裝置上方。
22.根據權利要求1所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述封裝系統還包括:固定裝置，置于所述粘合裝置上部，適于固定所述完成金屬鍵合的圖像傳感器芯片的位置以匹配于所述封裝基板。
23.根據權利要求11所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述第一定位裝置為圖像定位裝置。
24.根據權利要求14所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述第二定位裝置為圖像定位裝置。
25.根據權利要求20所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述第三定位裝置為圖像定位裝置。
26.根據權利要求23、24或25所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述圖像定位裝置包括相機、攝像機、圖像傳感器或紅外傳感器。
27.根據權利要求1所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述的粘合裝置還包括:力口熱裝置，適于在加熱條件下進行粘結。
28.根據權利要求1所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述自動化封裝系統還包括:固化裝置，適于接收并固化所述封裝件。
29.根據權利要求28所述的自動化封裝系統，其特征在于，所述的固化裝置提供紫外光。
【文檔編號】H01L27/146GK203967060SQ201420370167
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月4日 優先權日:2014年7月4日
【發明者】鄧輝 申請人:格科微電子（上海）有限公司