半導體封裝設備、方法及其中的噴頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明大體上涉及芯片封裝，更具體地，涉及晶片結合工藝(die bonding) ο
【背景技術】
[0002]半導體器件的制造過程通常包括將晶片附著或結合到基板上的步驟。附著或結合步驟的一個目的是產生晶片和基板之間的牢固的物理結合。已有不同的晶片附著方法，如共熔方法、焊接方法和膠合方法。膠合方法因為其經濟性且適于流水線作業而得到廣泛的應用。
【發明內容】
[0003]傳統的晶片結合工藝中，采用涂布頭與基板或引線框架近距離地流體接觸的方式，通過涂布頭的虹吸作用和毛細作用將膠體涂布于基板或引線框架上。膠體的涂布量(體積)受到涂布頭與基板或引線框架之間的距離的影響，距離稍遠則涂布量較多，距離稍近則涂布量較少。由于流水線的起伏、基板或引線框架的翹曲等各種不理想的因素，導致每一次的膠體涂布量不穩定，從而影響了晶片結合的品質乃至成品半導體器件的良品率，降低了生產效率。
[0004]本發明的至少一個目的在于提供新的半導體封裝設備及方法，以改善晶片結合的品質。
[0005]在一個實施例中，提供了一種用于半導體封裝中膠體噴涂的噴頭，該噴頭包括:中空的柱體；位于所述柱體內腔中的活塞，其與所述柱體所包圍的腔體用于容納所述膠體；所述柱體的底部設置有一個或多個噴嘴；在所述柱體上還設置有加熱裝置。
[0006]在一個實施例中，在所述噴頭的端部還設置有遮罩以當所述噴頭接近需噴涂的載體時將包含所述噴嘴的噴頭端部與外界隔離。
[0007]在一個實施例中，所述噴頭的外徑在2至5毫米范圍之內，所述噴嘴的孔徑在0.3至1.5毫米的范圍之內。
[0008]在一個實施例中，，提供了一種用于半導體封裝的設備，該設備包括上述的噴頭。
[0009]在一個實施例中，所述設備還包括第一夾具和第二夾具。所述第一夾具至少可在第一位置和第二位置之間水平移動，并可在所述第二位置夾持需噴涂的載體以供所述噴頭噴涂膠體。所述第二夾具至少可在第三位置和第四位置之間水平移動，當所述第一夾具在所述第二位置夾持所述載體時，所述第二夾具可在所述第三位置夾持所述載體。
[0010]一種控制上述設備的方法包括:控制所述噴頭的行進路線以避開所述第一夾具和第二夾具。
[0011 ] 在一個實施例中，所述方法還包括當所述第二夾具在所述第三位置夾持所述載體后，使所述第一夾具與所述載體脫離。
[0012]在一個實施例中，所述設備還包括用于控制膠體下降路徑的路徑保護裝置。
[0013]在一個實施例中，所述設備還包括用于清潔噴頭上的殘留膠體的清潔裝置。
[0014]在一個實施例中，所述清潔裝置包括真空泵。
[0015]在一個實施例中，所述清潔裝置包括清潔材料或包裹著清潔材料的滾筒。
[0016]在一個實施例中，所述設備包括并排設置的多個所述噴頭。
[0017]在一個實施例中，提供了一種用于半導體封裝的方法。該方法包括:為上述的噴頭中的膠體和需噴涂的載體分別注入極性相反的電荷。
【附圖說明】
[0018]結合附圖，以下關于本揭示的優選實施例的詳細說明將更易于理解。本揭示以舉例的方式予以說明，并非受限于附圖，附圖中類似的附圖標記指示相似的元件。
[0019]圖1示出了一種用于制作半導體器件的系統10的立體結構示意圖；
[0020]圖2A示出了噴頭200的局部剖面示意圖；
[0021]圖2B示出了由噴頭200實施的一種噴注方向控制方案的示意圖；
[0022]圖3示出了噴頭300的局部剖面示意圖；
[0023]圖4示出了本發明一個實施例的噴膠操作示意圖；
[0024]圖5示出了本發明一個實施例的噴膠操作示意圖。
【具體實施方式】
[0025]附圖的詳細說明意在作為本揭示的當前優選實施例的說明，而非意在代表本揭示能夠得以實現的僅有形式。應理解的是，相同或等同的功能可以由意在包含于本揭示的精神和范圍之內的不同實施例完成。
[0026]如圖1所示，系統10包括控制器20、噴頭12、裝配頭16、圖像傳感器14和18、傳送器25以及外殼28。為了清楚地示出其他部件，外殼28以虛線示出。外殼28通常作為其他部件的支撐結構，并且能夠起到防塵等作用。噴頭12、裝配頭16、圖像傳感器14和18可通信地耦合到控制器20，并在控制器20的控制下動作。
[0027]圖像傳感器14配置為檢測載體15的位置，根據檢測到的位置，噴頭12受控通過活塞的運動向載體上噴注膠體。圖像傳感器18配置為檢測經過噴膠的載體15的位置，根據檢測到的位置，裝配頭16受控將半導體晶片貼合到膠體上。在作業中，對載體定位時，可以采用單顆載體單元定位方法，除此之外，圖像傳感器14和18也可以通過區域定位的方式對載體定位。噴頭12和裝配頭16作業時根據區域定位結果在該區域范圍內進行作業，當對第一個載體單元作業后，根據載體上的載體單元之間的固定間距跳轉到下一個載體單元進行作業，直至該區域內的載體單元全部作業完畢，再次通過圖像傳感器對下一個區域進行定位。圖中示出了尚未噴注膠體的載體15a、已經噴注了膠體但尚未貼合晶片的載體15b以及已經貼合了晶片的載體15c。之后，完成晶片貼合的載體可以被送入烤箱加熱固化。通常，噴頭12中包括一個管狀腔室來容納膠體，該腔室的容積即限定了每一次噴注的膠體的體積。噴頭12利用氣體及機械運動完成膠體噴注動作。因此，在流水線作業中，每一次膠體實施的量得以保持穩定，從而保證了晶片結合的品質，提高了成品半導體器件的良品率，提高了生產效率，降低了成本。
[0028]圖像傳感器14和18除了用于檢測載體15的位置，還可以用來檢測作業品質，如檢測器14用于檢測噴膠的品質，圖像傳感器18用來檢測晶片貼合品質。
[0029]雖然圖1所示實施例中，噴頭12和裝配頭16被示為容納于同一個外殼28之內，本領域技術人員容易理解的是，噴注程序和晶片貼合程序可以分離，噴頭和裝配頭也可以分別集成于兩個獨立的子系統之內，由各自獨立的控制器所控制。
[0030]在另一個實施例中，用于制作半導體器件的系統包括噴頭、裝配頭、固定平臺以及傳送機械手等。固定平臺用于放置載體以供噴頭和裝配頭進行作業。傳送機械手用于在固定平臺上傳送載體。
[0031]在一個實施例中，噴頭的支撐結構包括大體上垂直于傳送帶的前進方向的懸軌，噴頭附著于該懸軌上的機械臂，從而能夠受控沿著懸軌的方向來回移動。噴頭所附著的機械臂還可以設置為能夠沿著傳送帶的長度方向做短距離的移動，這可以通過懸吊于懸軌之上且與懸軌方向垂直的次級懸軌來實現。
[0032]圖2A示出了噴頭200的局部剖面示意圖。噴頭200包括柱體201 (由斜線陰影所示)，其具有大體上為圓柱體的側壁和可封閉的底部。柱體201的內壁和活塞203所包圍的腔體210用以容納粘合晶片的膠體(點狀陰影所示)。柱體201的底部設置有多個噴嘴205。多個噴嘴205優選地呈均勻分布。噴頭200的外徑D在2至5毫米范圍之內，噴嘴205的孔徑在0.3至1.5毫米的范圍之內。較小的噴頭外徑適于晶片和引線框架的微小化趨勢。較小的噴嘴孔徑適于晶片和引線框架的微小化趨勢，且有利于膠體噴注量的精確控制。在柱體201底部靠近噴嘴205之處還設置有加熱裝置207，用于控制從噴嘴205流出的膠體的溫度，以使得膠體保持較佳的流動性，從而提高噴注量的穩定性、提升噴膠質量。圖中示出的加熱裝置207設置于柱體201的底部，位于噴嘴205出口的外側。本領域技術人員應能理解，在其他一些實施方式中，加熱裝置也可以設置于或者內嵌于柱體201的側壁。加熱裝置的溫度控制范圍根據膠體的具體類型而改變。噴頭200可以設置為可拆卸