TWI575674B - Stacked wafer bonding process - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種堆疊式晶片黏合製程，尤指一種可藉由裁切機構及置膠機構之設計，讓裁切好之膠材在進行貼合時不易產生氣泡，且能降低損耗膠材，使製程具有高速度及高良率之效能，而適用於晶圓(Wafer)後段製程、堆疊式晶片黏合製程或類似之製程者。
目前的半導體產業大致分為設計、代工及封裝測試等三大領域，且認為「整合」對半導體產業來說是具有其重要性。而近年來半導體產業即積極朝系統級封裝(SiP)方向發展，以求達到產品效能與便利性的提升。
而從封裝產品發展趨勢來看，為了使單一封裝結構之性能有所提高，目前已發展出多晶片堆疊(multi-chip stacked)方式來將兩個或兩個以上之晶片能組合在單一封裝結構中，使系統運作速度之限制最小化，因此，晶片堆疊封裝方式於目前的半導體製程中乃扮演不可或缺之角色。
而目前在晶圓(Wafer)後段製程中，大多採用一黏晶膠來讓第一晶片與基板黏接，再於第一晶片與第二晶片之間預先提供一覆線膠體，並透過點膠或印刷來形成，然，因為覆線膠體係以點膠或印刷來形成，所以覆線膠體的厚度無法均勻且厚薄不一，並容易溢流出而造成短路現象，且覆線膠體呈膠稠狀，容意集存氣泡於該覆線膠體中，一旦氣泡數量
過多，將降低該覆線膠體之包覆性與黏著性。
因此，本發明人有鑑於上述缺失，期能提出一種貼合時不易產生氣泡，且能降低損耗膠材的堆疊式晶片黏合製程，令使用者可輕易操作組裝，乃潛心研思、設計組製，以提供使用者便利性，為本發明人所欲研發之發明動機者。
本發明之主要目的，在於提供一種堆疊式晶片黏合製程，藉由將膠帶捲機構上之膠材由送料機構輸送至裁切機構處進行裁切動作，再由置膠機構將裁切好之膠材移至生產平台處與晶片進行貼合之動作，使晶片上層增加一層膠材供後續製程使用，此型態製程具有高度的彈性，可因應不同的產品材質、尺寸等皆可生產，且此製程可大幅降低損耗膠材，使製程具有高速度、高彈性、低成本消耗之優勢，進而增加整體之實用性及便利性者。
本發明之另一目的，在於提供一種堆疊式晶片黏合製程，透過送料機構上的第一夾爪及第二夾爪來作動膠材向前移動至裁切機構處，首先該第二夾爪會先閉合於膠材上，並同時向前移動，待第二夾爪移動至定位後，其第一夾爪亦會閉合於膠材上，以能控制該膠材欲裁切之長度。
另待裁切好之膠材被置膠機構自裁切機構處取出後，該送料機構之第二夾爪係向前移動並拉直膠材，待第二夾爪拉直膠材後，該第二夾爪係放開膠材，而第一夾爪於過程中係保持閉合，待第二夾爪向送料端移動欲裁切之尺寸距離後閉合夾住膠材，該第一夾爪係放開，而第二夾爪再向裁切端移動欲裁切之尺寸距離，藉由上述之作動來讓膠帶捲機構上具有有底膜(Base
Film)及結合膜(Die Attach Film)的膠材能快速送至裁切機構處，並透過裁切機構之裁切刀具進行裁切動作，使送料機構除了能控制膠材欲裁切之長度外，亦具有快速作動及精準移動之效能，進而增加整體之快速性。
本發明之再一目的，在於提供一種堆疊式晶片黏合製程，透過置膠機構上的膠帶捲來沾黏該裁切好之膠材，使能將裁切好之膠材自裁切機構處取出，再將置膠機構移動至生產平台上方處後再下降至裁切好之膠材能置於生產平台的晶片上，且透過置膠機構設於膠帶捲上的壓合體進行加壓及微加熱作動，使裁切好之膠材能平整壓合於生產平台的晶片上，待置膠機構之壓合體進行壓合後，該壓合體會先行上升以脫離該置膠機構之膠帶捲及裁切好之膠材，再將置膠機構之膠帶捲上升，而該置膠機構之膠帶捲亦同時將裁切好之膠材上的底膜(Base Film)帶離，使裁切好之膠材的結合膜(Die Attach Film)能固定於生產平台的晶片上，再將其它欲堆疊之晶片置放於結合膜(Die Attach Film)上，藉由上述之作動來讓置膠機構能將裁切好之膠材移動至生產平台上，並透過壓合體讓裁切好之膠材的結合膜(Die Attach Film)能貼合於生產平台的晶片上，使置膠機構具有在進行貼合時不易產生氣泡外，亦具有準確貼合之效能，進而增加整體之貼合性。
為達上述目的，本發明之堆疊式晶片黏合製程，其主要係將膠帶捲機構上之膠材由送料機構輸送至裁切機構處進行裁切動作，再由置膠機構將裁切好之膠材移至生產平台處與晶進行貼合動作，其主要步驟如下：(a)藉由送料機構將膠帶捲機構上具有底膜(Base Film)及結合膜(Die Attach Film)的膠材輸送至裁切機構處；(b)再利用送料機構上的第一夾爪及第二夾爪來作動膠材向前移動，首先該第二夾爪會先閉合於膠材上，並同
時向前移動以能控制該膠材欲裁切之長度，待第二夾爪移動至定位後，其第一夾爪亦會閉合於膠材上輔助定位；(c)待送料機構之第二夾爪移動至定位後，該裁切機構之裁切刀具亦移動至膠材上並壓住膠材，並同時向下進行裁切動作；(d)在裁切機構之裁切刀具進行裁切膠材後，該送料機構之第二夾爪於閉合狀態下略向後移動，使膠材與裁切好之膠材能分離；(e)再將置膠機構移動至裁切機構處，並透過置膠機構上的膠帶捲來沾黏該裁切好之膠材，使能將裁切好之膠材自裁切機構處取出；(f)而將帶有裁切好之膠材的置膠機構移動至生產平台上方處後再下降至裁切好之膠材能置於生產平台的晶片上；(g)再透過置膠機構設於膠帶捲上的壓合體進行加壓及微加熱作動，使裁切好之膠材能平整壓合於生產平台的晶片上；(h)待置膠機構之壓合體進行壓合後，該壓合體會先行上升以脫離該置膠機構之膠帶捲及裁切好之膠材；(i)再將置膠機構之膠帶捲上升，而該置膠機構之膠帶捲亦同時將裁切好之膠材上的底膜(Base Film)帶離，使裁切好之膠材的結合膜(Die Attach Film)能固定於生產平台的晶片上；以及(j)再將其它欲堆疊之晶片置放於結合膜(Die Attach Film)上者。
為了能夠更進一步瞭解本發明之特徵、特點和技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，惟所附圖式僅提供參考與說明用，非用以限制本發明。
而本發明之堆疊式晶片黏合製程的最佳實施方式係運用於晶圓(Wafer)後段製程、堆疊式晶片黏合製程或類似之製程上，特別是指將具有底膜(Base Film)及結合膜(Die Attach Film)的膠材進行裁切動作，並將裁
切好之膠材的結合膜((Die Attach Film)貼合於生產平台的晶片上。
而本發明之堆疊式晶片黏合製程其主要係將膠帶捲機構上膠材由送料機構輸送至裁切機構處進行裁切動作，再由置膠機構將裁切好之膠材移至生產平台處與晶片進行貼合動作，其中該晶片乃是由晶圓(Wafer)進行切割下來後置放於具有塗膠的基板(Substrate)上，再進烤箱固定晶片，而經由上述步驟完成之晶片再送至生產平台待進行貼合動作。
上述之堆疊式晶片黏合製程首先進行的步驟為(a)藉由送料機構將膠帶捲機構上具有底膜(Base Film)及結合膜(Die Attach Film)的膠材輸送至裁切機構處；藉由於膠帶捲機構上裝有具有底膜(Base Film)及結合膜(Die Attach Film)的膠材，其中該膠材通常為兩層或三層，若為三層可利用加裝之機構先行去除，再將具有底膜(Base Film)及結合膜(Die Attach Film)的膠材透過送料機構輸送至裁切機構處，而該送料機構乃包含有汽缸、馬達、帶動輪、輔助輪、第一夾爪及第二夾爪等元件，以能將膠材平行且快速的運送至裁切機構處，而完成上述步驟後即進行下一步。
而上述步驟中的膠材中分成底膜(Base Film)及結合膜(Die Attach Film)，該底膜(Base Film)及結合膜(Die Attach Film)之間具有黏性防止在生產前脫離，此黏性將造成進行步驟(i)時無法順利分離底膜(Base Film)及結合膜(Die Attach Film)，因此部分產品欲降低兩層間的黏性需要透過紫外光(UV)光源照射燈。而本發明之製程中可以在送料機構輸送至裁切機構的過程中於膠材經過上方處裝設有紫外光(UV)光源照射燈，而當膠材需要將其黏性由高黏度降至低黏度時，可經由紫外光(UV)光源照射燈所發出的紫外光(UV)光源加以照射，藉以達到所需之目的。
另，下一步進行的步驟為(b)再利用送料機構上的第一夾爪及第二夾爪來作動膠材向前移動，首先該第二夾爪會先閉合於膠材上，並同時向前移動以能控制該膠材欲裁切之長度，待第二夾爪移動至定位後，其第一夾爪亦會閉合於膠材上輔助定位；當送料機構將具有底膜(Base Film)及結合膜(Die Attach Film)的膠材輸送至裁切機構處時，該送料機構的第一夾爪係先放開膠材，而該第二夾爪會先閉合於膠材上，並同時向前帶動膠材移動以能控制該膠材欲裁切之長度，待第二夾爪移動至定位後，其第一夾爪亦會閉合於膠材上來輔助定位，使送料機構之第一夾爪及第二夾爪能固定住膠材，讓膠材不易滑動，以能精準的控制該膠材欲裁切之長度，而完成上述步驟後即進行下一步。
另，下一步進行的步驟為(c)待送料機構之第二夾爪移動至定位後，該裁切機構之裁切刀具亦移動至膠材上並壓住膠材，並同時向下進行裁切動作；當送料機構之第二夾爪移動至定位後，該位於裁切機構處隨第二夾爪移動的膠材也移動至可供裁切之長度，而該裁切機構係設有裁切刀具，透過將裁切刀具進行移動至膠材上並壓住膠材，其中該裁切刀具下方處係設有泡綿，以能保護裁切刀具在壓住膠材時，不會損傷膠材，且同時裁切機構會開起負壓以吸真空方式將膠材固定於裁切機構上，方便隨後以裁切刀具向下進行裁切動作，將膠材裁切出所需之長度，而完成上述步驟後即進行下一步。
另，下一步進行的步驟為(d)在裁切機構之裁切刀具進行裁切膠材後，該送料機構之第二夾爪於閉合狀態下略向後移動，使膠材與裁切好之膠材能分離；當裁切機構之裁切刀具進行所需之長度的膠材裁切
後，其送料機構之第二夾爪係閉合於膠材上，且第二夾爪開始略向後移動(如第7圖所示)，使在裁切機構上的膠材與裁切好之膠材能適當的進行分離，讓經過裁切刀具切過後的膠材及裁切好之膠材不會因殘膠而又黏在一起，而完成上述步驟後即進行下一步。
另，下一步進行的步驟為(e)再將置膠機構移動至裁切機構處，並透過置膠機構上的膠帶捲來沾黏該裁切好之膠材，使能將裁切好之膠材自裁切機構處取出；當裁切機構之裁切刀具進行裁切膠材後，其裁切刀具會先脫離所壓住之膠材，而同時該置膠機構會移動至裁切機構處上方，再往下移動至該裁切好之膠材的位置，其中該置膠機構係設有膠帶捲跟壓合體，並透過置膠機構上之膠帶捲來沾黏該裁切好之膠材，且同時該裁切機構會關閉負壓，讓置膠機構在往上移動的同時也能將裁切好之膠材隨著膠帶捲而往上移動，使能將裁切好之膠材自裁切機構處取出，而完成上述步驟後即進行下一步。
而上述步驟中再將置膠機構移動至裁切機構處前，可以另外以影像辨識系統來辨識裁切好之膠材，其中該影像辨識系統係具有感光耦合元件(CCD)，以能將影像轉變成數位訊號，且同時設於裁切機構處上方，當裁切機構之裁切刀具進行裁切膠材後，其裁切刀具會先脫離所壓住之膠材，而這時可透過影像辨識系統來對裁切好之膠材進行位置與尺寸之辨識，以確認裁切好之膠材的尺寸乃是符合所需，避免因為尺寸的不合而影響到下一製程的時程及良率。
另，下一步進行的步驟為(f)而將帶有裁切好之膠材的置膠機構移動至生產平台上方處後再下降至裁切好之膠材能置於生產平台的晶片
上；當置膠機構之膠帶捲上沾黏該裁切好之膠材時，其置膠機構乃能同時移動至生產平台上方處，再下降至裁切好之膠材能置於生產平台的晶片上，使裁切好之膠材能精準對應於晶片，而完成上述步驟後即進行下一步。
另，下一步進行的步驟為(g)再透過置膠機構設於膠帶捲上的壓合體進行加壓及微加熱作動，使裁切好之膠材能平整壓合於生產平台的晶片上；當隨著置膠機構之膠帶捲移動的裁切好之膠材下降對應於生產平台的晶片時，其置膠機構設於膠帶捲上的壓合體同時會對裁切好之膠材進行加壓及微加熱作動，除了讓具有底膜(Base Film)及結合膜(Die Attach Film)的裁切好之膠材能平整壓合於生產平台的晶片外，也能讓裁切好之膠材的底膜(Base Film)及結合膜(Die Attach Film)能進行分離，而完成上述步驟後即進行下一步。
另，下一步進行的步驟為(h)待置膠機構之壓合體進行壓合後，該壓合體會先行上升以脫離該置膠機構之膠帶捲及裁切好之膠材；當置膠機構之壓合體將具有底膜(Base Film)及結合膜(Die Attach Film)的裁切好之膠材平整壓合於生產平台的晶片後，該置膠機構之壓合體會先行上升以脫離該置膠機構之膠帶捲及裁切好之膠材，而置膠機構之膠帶捲則尚與具有底膜(Base Film)及結合膜(Die Attach Film)的裁切好之膠材貼合於晶片上，而完成上述步驟後即進行下一步。
另，下一步進行的步驟為(i)再將置膠機構之膠帶捲上升，而該置膠機構之膠帶捲亦同時將裁切好之膠材上的底膜(Base Film)帶離，使裁切好之膠材的結合膜(Die Attach Film)能固定於生產平台的晶片上；當置膠機構之壓合體上升後，該置膠機構之膠帶捲也隨之上升，而膠帶捲上升的同
時亦將與膠帶捲所黏貼之裁切好之膠材的底膜(Base Film)一併帶離，而該置膠機構之膠帶捲係進行捲動，以將裁切好之膠材上的底膜(Base Film)帶離置膠機構之壓合體下方，另裁切好之膠材的結合膜(Die Attach Film)則能固定貼合於生產平台的晶片上，而完成上述步驟後即進行下一步。
另，下一步進行的步驟為(j)再將其它欲堆疊之晶片置放於結合膜(Die Attach Film)上；當生產平台的晶片上只剩貼合的結合膜(Die Attach Film)時，就能將其它欲堆疊之晶片再置放於結合膜(Die Attach Film)上，並開始重覆上述之步驟製程，讓置膠機構能再將裁切好之膠材移至生產平台處與堆疊之晶片進行下一次的貼合動作，藉此，透過上述步驟製程之方法讓裁切好之膠材在進行貼合時不易產生氣泡，且能降低損耗膠材，使製程具有高速度及高良率之效能，進而增加整體之實用性及便利性。
另在進行完上述步驟的(d)在裁切機構之裁切刀具進行裁切膠材後，該送料機構之第二夾爪於閉合狀態下略向後移動，使膠材與裁切好之膠材能分離；之動作後，該裁切機構及送料機構便進行下面的步驟製程，讓送料機構的第一夾爪及第二夾爪能回復之初始狀態。
而首先進行的步驟為將裁切機構之裁切刀具移開至裁切好之膠材的上方；當裁切機構之裁切刀具完成將膠材進行裁切後，其裁切刀具即會先脫離所壓住之膠材，並移開至裁切好之膠材的上方處，而完成上述步驟後即進行下一步。
另，下一步進行的步驟為待裁切好之膠材被置膠機構自裁切機構處取出後，該送料機構之第二夾爪係向前移動並拉直膠材；當置膠機構在往上移動同時也將由置膠機構之膠帶捲所沾黏的裁切好之膠材一併自
裁切機構處取出後，該送料機構之第二夾爪係由原來的略向後移動的位置改變成向前移動，同時藉由這個動作來將膠材拉直，使膠材能回復成原來平坦樣貌，而完成上述步驟後即進行下一步。
另，下一步進行的步驟為待第二夾爪拉直膠材後，該第二夾爪係放開膠材，而第一夾爪於過程中係保持閉合；當送料機構之第二夾爪將膠材拉直後，該送料機構之第二夾爪係由原來閉合於膠材上之作動改為放開分離膠材之作動，使膠材上只剩由送料機構之第一夾爪來閉合，而完成上述步驟後即進行下一步。
另，下一步進行的步驟為待第二夾爪向送料端移動欲裁切之尺寸距離後閉合夾住膠材，該第一夾爪係放開，而第二夾爪再向裁切端移動欲裁切之尺寸距離；當送料機構之第二夾爪將膠材往送料端移動欲裁切之尺寸距離後其第二夾爪會閉合夾住膠材，而該第一夾爪係會放開膠材，使第二夾爪再向裁切端移動欲裁切之尺寸距離，藉此，讓送料機構之第一夾爪及第二夾爪能回復到上述步驟中，重新進行上述步驟製程。
由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出發明專利申請。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
Claims (6)
- 一種堆疊式晶片黏合製程，其主要係將膠帶捲機構上之膠材由送料機構輸送至裁切機構處進行裁切動作，而該裁切機構係設有裁切刀具，並於裁切刀具下方處設有泡棉，以能保護裁切刀具在壓住膠材時，不會損傷膠材，再由置膠機構將裁切好之膠材移至生產平台處與晶片進行貼合動作，其主要步驟如下：(a)藉由送料機構將膠帶捲機構上具有底膜(Base Film)及結合膜(Die Attach Film)的膠材輸送至裁切機構處；(b)再利用送料機構上的第一夾爪及第二夾爪來作動膠材向前移動，首先該第二夾爪會先閉合於膠材上，並同時向前移動以能控制該膠材欲裁切之長度，待第二夾爪移動至定位後，其第一夾爪亦會閉合於膠材上輔助定位；(c)待送料機構之第二夾爪移動至定位後，該裁切機構之裁切刀具亦移動至膠材上並壓住膠材，並同時向下進行裁切動作；(d)在裁切機構之裁切刀具進行裁切膠材後，該送料機構之第二夾爪於閉合狀態下略向後移動，使膠材與裁切好之膠材能分離；(e)再將置膠機構移動至裁切機構處，並透過置膠機構上的膠帶捲來沾黏該裁切好之膠材，使能將裁切好之膠材自裁切機構處取出；(f)而將帶有裁切好之膠材的置膠機構移動至生產平台上方處後再下降至裁切好之膠材能置於生產平台的晶片上；(g)再透過置膠機構設於膠帶捲上的壓合體進行加壓及微加熱作動，使裁切好之膠材能平整壓合於生產平台的晶片上； (h)待置膠機構之壓合體進行壓合後，該壓合體會先行上升以脫離該置膠機構之膠帶捲及裁切好之膠材；(i)再將置膠機構之膠帶捲上升，而該置膠機構之膠帶捲亦同時將裁切好之膠材上的底膜(Base Film)帶離，使裁切好之膠材的結合膜(Die Attach Film)能固定於生產平台的晶片上；以及(j)再將其它欲堆疊之晶片置放於結合膜(Die Attach Film)上者。
- 如申請專利範圍第1項所述之堆疊式晶片黏合製程，其中該(d)步驟後，該裁切機構及送料機構係進一步含有下列步驟：將裁切機構之裁切刀具移開至裁切好之膠材的上方；待裁切好之膠材被置膠機構自裁切機構處取出後，該送料機構之第二夾爪係向前移動並拉直膠材；待第二夾爪拉直膠材後，該第二夾爪係放開膠材，而第一夾爪於過程中係保持閉合；以及待第二夾爪向送料端移動欲裁切之尺寸距離後閉合夾住膠材，該第一夾爪係放開，而第二夾爪再向裁切端移動欲裁切之尺寸距離者。
- 如申請專利範圍第1項所述之堆疊式晶片黏合製程，其中該(b)步驟中的第二夾爪移動至定位後，該裁切機構係進一步會開啟負壓以吸真空方式將膠材固定，而在(e)步驟中當置膠機構自裁切機構處欲取出裁切好之膠材時，該裁切機構係進一步會關閉負壓，讓裁切好之膠材能被置膠機構取走者。
- 如申請專利範圍第1項所述之堆疊式晶片黏合製程，其中該(e)步驟中置膠機構要移動至裁切機構處前係進一步會先由影像辨識系統來對裁 切好之膠材進行位置與尺寸之辨識，以確認裁切好之膠材符合所需者。
- 如申請專利範圍第1項所述之堆疊式晶片黏合製程，其中該(i)步驟中的置膠機構之膠帶捲上升並將裁切好之膠材上的底膜(Base Film)帶離後，該置膠機構之膠帶捲係進一步進行捲動，以將裁切好之膠材上的底膜(Base Film)帶離置膠機構之壓合體下方者。
- 如申請專利範圍第1項所述之堆疊式晶片黏合製程，其中該膠材由送料機構輸送至裁切機構處時係進一步會經過紫外光(UV)光源照射燈，當膠材需要將其黏性由高黏度降至低黏度時，可經由紫外光(UV)光源照射燈所發出的紫外光(UV)光源加以照射者。
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