多晶片固晶模組自動化技術

摘要：取放機構技術具有高定位重現性、高生產速度以及高產量等特點，能有效節省人力資源與大幅降低產品成本，廣泛應用於半導體產業設備之中。隨者半導體製程技術近年快速發展，對於取放機構技術的定位精度以及生產效率也相對要求提升，因此本文針對目前業界所應用之技術架構以及取放技術新興發展的現況進行介紹。

Abstract: Pick and place technology (PAPT) takes advantage of high positioning repeatability, high production speed and high throughput to save labor and costs. It has been recognized as a popular and effective module used in semiconductor equipment. The positioning accuracy and production efficiency of PAPT must be improved to keep pace with the rapid development of semiconductor process technology. Therefore, this article introduces the current status of applied technology architecture and emerging developments of PAPT.

關鍵詞：固晶技術、多晶片模組、取放技術

Keywords：Die-Bonding, Multi-Chip Module, Pick and Place Technology

前言
半導體產業已成為台灣不可缺少的經濟命脈，於開發過程中也同時帶動相關生產設備與材料的產業供應鏈蓬勃發展。在半導體製程生產設備方面，台灣具有完整的生產設備供應鏈，主要設備廠商包含晶片封裝切割的博磊與禾宇等；測試取放設備則有德津、致茂；烘烤迴焊設備則有台技、宜特、群翊、志聖等；以及開發覆晶固晶與點膠方面的旺矽、均豪、聚昌、萬潤等設備商，使得台灣於近年來成為主要全球半導體生產設備供應國家之一，根據國際半導體產業設備與材料協會（SEMI）的產業分析報告，中國大陸半導體設備產業在政府政策大力支持之下逐漸迅速成長，並且同時帶動鄰近的國家如台灣的半導體設備需求市場成長，2013年台灣半導體設備產值達440億新台幣，相較於2012年提升14.57 %，預估2014年產值可增加至476億新台幣，2015~2016年將向上持續成長至487~490億元之水準。不過相較於國際半導體設備領導廠商，台灣半導體設備生產技術仍然相對落後，目前中國大陸與台灣於高價值的半導體生產設備，以及其中關鍵性的零組件，仍然依賴歐洲、日本、美國等領導廠商進口，因此開發半導體設備關鍵性之模組，提升國內半導體設備自製率，以及扶植本土相關產業設備技術突破為目前產業發展之重點項目。

晶片固定貼合機（die bonder）於半導體生產設備使用需求率佔有極高之比例，在生產過程中機台標準單位小時產出量UPH （unit-per-hour machine rates）為關鍵性技術指標，如何在最短的時間內製作完成高速度、高精準性以及高產量的產品，一直為開發晶片固定貼合機之廠商想達到的技術目標，因此發展迅速且準確取放晶片之機構（pick and place）則成為投入研發廠商最重要研究的關鍵零組件。現今晶片固定貼合機開發廠商為提高生產產出量，在晶片取放機構上大都採取下列設計重點：1.減少物料端到基板端之間的距離，以縮短取放機構的動作時間；2.取放機構採取複合式運動軸之設計；3.提高放置機構（bonder head）的速度與加速度，由於晶片生產類型多樣化，許多晶片固定貼合機開發廠商則根據生產需求而設計出不同型式的取放機構來提高產能，目前廣泛應用於半導體產業的取放機構形式可大致分為：1.單軸吸取/單軸放置（single one pick and place） [1~3]；2.旋轉式刀塔（turret heads） [4~10]；3.多軸吸取/單軸放置（multiple pick and single place） [11~17]；4.多軸吸取/多軸放置（multiple pick/multiple place） [18~21]等四種設計方式，早期生產晶片固定貼合機的製造商大都採取單一取放晶片的機構（Single one pick and place），如圖1（a）所示。經由擺臂機構進行晶圓與基板之間吸取及放置之動作流程，一個完整的晶粒取放的動作在 100 ~ 200 ms之內即可完成，由於具有高生產速度、低製作成本以及低維護費用等特點，廣泛應用於表面黏著技術（SMT）；但是隨著時代進步，半導體製程技術逐漸趨向微小化，對於取放機構的速度、對位精度以及穩定性也更加相對要求，進而晶片取放機構漸漸走向採用旋轉式刀塔與多軸吸取/單軸放置之設計導向，如圖1（b）（c）所示。經由複合式多運動軸針對固定位置的物料端進行吸取物件，再移動至基板位置各別實施放置物料，如此將有效縮減取放機構在往復物料端到基板端之間的執行數次，更加提升產品的產出量；然而，先前所敘述的旋轉式刀塔或多軸吸取/單軸放置之取放機構設計方式，雖然於硬體設計上擁有多軸且各自獨立作動的運動軸，但是在吸取物料方面以及放置晶片方面，在單位時間內都是只有一次吸取（pick）或放置（place）的動作程序，其取放程序與單軸吸取/單軸放置的設計方法相同，因此近年來國內外之研究學者與相關產業的廠商都積極投入，開發多軸吸取/多軸放置（multiple pick/multiple place） [22~23]的取放機構設計方法，期許經由所設計的複合式多軸取放機構，無論是在物料端還是放置晶片方面，都能夠達到於單位時間內多次吸取或放置的動作程序，大幅度有效提升晶片在往復物料端到基板端之間的數量，進而提高機台標準單位小時產出量UPH。