黏晶用精密定位平台技術與應用

摘要

針對高精度面板級封裝的貼合設備開發所需之精密定位平台，具備精密黏晶製程所需的定位精度、重複精度、平台剛性與高速動態特性。此二軸的精密定位平台，工作行程650 mm x 650 mm，達到定位精度±1.0 μm、重複精度±0.5 μm、側向傾倒小於2 μm/300 N的規格，可搭配高剛性支撐架構，進行高壓合力之精密黏晶製程。
Abstract：This article describes the development of a precision IC chip bonding stage, which not only has enough positioning accuracy, repeatability, lateral rigidity and dynamic response, and but also is suitable for high accuracy fan out panel level package processes. A two axes precision stage with 650 mm x 650 mm travel range was designed and manufactured, which was tested to achieve specifications of ±1.0 μm positioning accuracy, ±0.5 μm repeatability, and lateral deformation less than 2 μm under 300 N loading. The stage can combine with high rigidity jigs to accomplish high accuracy thermal compression IC bonding processes.

前言
本文在探討開發精密黏晶設備所需之高剛性精密定位平台，具備黏晶製程所需之定位精度與結構剛性，適用於扇出型面板級封裝(Fan Out Panel Level Package, FOPLP)。主要設計一個XY二軸精密定位平台，為了達到視覺對位所需的定位與重現精度、黏晶壓合的高剛性低變形及良好的動態特性，藉由雙軸架構的扁平化設計、系統結構分析及組裝調校等方法，達成系統功能規格。
面板級封裝用精密定位平台
1.扇出型面板級封裝(FOPLP)簡介
扇出型面板級封裝是將已完成IC製作的晶圓貼附於藍膜後進行切割分離，然後將晶片取放並拉開間距貼附於具黏性的載板（Carrier）上，接著進行封膠（Molding）將分離的晶片重新建構(Reconstitution)成大型面板(Panel)形狀後移除載板如圖1所示，再進行I/O線路重分佈及與其他IC晶片的連結等封裝製程。扇出型面板級封裝的面板尺寸，目前還沒有固定的標準，包括300 x 300 mm2、500 x 500 mm2及600 x 600 mm2等規格如圖2所示，一般來講面板尺寸越大，可同時封裝的晶片就越多，可達到大幅降低扇出封裝成本的目的，但是面積越大，製程精度的挑戰也越高。

圖1 晶片重新建構成大型面板示意圖 (資料來源：UVFAB, Lintec)

圖2 扇出型面板級封裝之尺寸規格[1]

晶片的精密黏晶製程，使用細節距微凸塊（Micro Bump）或銅柱凸塊作晶片接合，不但要保持晶片取放的精確度，承載晶圓/面板的精密平台除了必須具備精確的定位與微調功能，也須具有足夠的剛性，於熱壓製程中不能產生太大的側向變形(例如：受力300 N，側向變形量≦2 μm)，才能達成高良率的黏晶製程。
目前主流的扇出型封裝製程，線寬/間距大多在10/10 μm區間，隨著高效運算晶片的精細線路需求，線寬/間距將達到2/2 μm。尺寸較大的面板型黏晶製程，工作面積達到600 mm x 600 mm，定位精度、平台剛性與動態特性之間將更難以兼顧。
2. 精密定位平台功能規格
本研究擬開發的精密定位平台是針對600 x 600 mm2尺寸的扇出型面板級封裝製程，因此平台的移動範圍須達到650 mm x 650 mm如圖3，詳細規格如下所述。

圖3 精密定位平台架構示意圖

•平台架構(Y軸堆疊於X軸)
•工作範圍(XY行程):650 mm x 650 mm
•定位精度:±1.0 μm
•重複精度: ±0.5 μm
•最大速度: 600 mm/sec
•最大加速度:1500 mm/sec2
•負載300N，側向傾倒 < 2 μm
精密定位平台設計分析與測試結果
1.系統設計架構
此XY堆疊的精密定位平台，在壓合製程時須具備側向傾倒小於2 μm/300 N的剛性，因此結構設計上採用XY支撐結構幾乎交疊(overlap)的扁平化設計。為了提供能承受黏晶時的下壓力量及足夠穩定性，支撐滑軌沒有採用氣靜壓軸承的設計，而採用機械接觸式的滑軌，是一種具交叉滾子(cross roller)軸承的SP級線性滑軌，以達到較精確的側向定位與結構剛性。由於平台的空間