本发明涉及一种接合头和一种接合设备。
背景技术：
1、在这方面，us 9 162 320 b2公开了一种接合装置，该接合装置包括布置在半导体芯片上的接合工具，该半导体芯片通过熔化布置在芯片与基板的接触区域之间的凸块来接合到基板。为此原因，用激光束照射接合工具，并且该接合工具被构造成吸收激光能量以便加热。接合工具又加热芯片，使得凸块熔化，以便在固化后将芯片与基板接合。
2、类似的技术也从jp 2003–258 037a中已知。
3、us 2008/0 202 677a1公开了一种芯片接合工具，该芯片接合工具包括具有突起的压块。在压块和突起中形成有真空孔，使得要安装在基板上的芯片可以通过真空抽吸来保持和布置。压块和突起由激光透射材料制成，使得激光束可以穿过其中，以便固化施加到基板的粘合剂。
4、ep 2 045 034 a1公开了一种倒装芯片安装设备，该倒装芯片安装设备包括具有抽吸孔的抽吸头部分(也称为推动体)。以这种方式，半导体芯片可以通过真空抽吸保持并被布置在基板上。抽吸头由透明玻璃制成，并允许激光束穿过其中以便加热芯片，且因此熔化布置在芯片与基板的接触区域之间的凸块。然而，这种技术提供了一个缺点，即透明玻璃可能被污染、损坏或划伤，使得激光束不会均匀地穿过玻璃。此外，具有更高功率的激光峰可以照射在抽吸孔的区域中的芯片上。
5、因此，本发明的目的是克服现有技术的缺点，并提供一种用于接合头和接合设备的改进技术。该目的通过根据本发明的接合头和接合设备来解决。
技术实现思路
1、本发明提供了一种接合头，该接合头用于将第一基板保持成与第二基板呈特定三维位置关系，并通过将激光束施加到该第一基板来熔化布置在所述基板的对应接触区域之间的接合材料沉积物，从而将所述基板接合在一起。即，通过将该激光束施加到该第一基板上，间接地加热该接合材料沉积物，该接合材料沉积物可以是诸如焊料凸块的焊料体。该接合材料沉积物可以被布置在金属化区域上，诸如凸块下金属化层(ubm)。特别地，该第一基板可以是芯片，例如倒装芯片(fc)或垂直芯片(vc)。该第二基板可以是电路板，例如印刷电路板(pcb)或柔性印刷电路板(fpcb)，或者芯片堆叠。
2、根据本发明的接合头包括主体，该主体具有从激光入口延伸到激光出口的激光导管。该主体由刚性材料组成并包围该激光导管。
3、该接合头进一步包括真空源，该真空源被构造成经由真空/压力通道在该激光导管中产生真空，该真空/压力通道通过主体通向布置在该激光导管内部的真空/压力端口。该真空/压力通道优选地垂直于该激光导管的延伸方向延伸通过该主体。
4、该接合头还包括激光源，该激光源被构造成发射该激光束并将其引导通过该激光导管到该激光出口。例如，该激光源可以被安装在该激光入口处。替代地，引导该激光束的光纤可以被布置在该激光入口处。此外，该激光导管可以是弯折的，并且该激光源可以包括光学器件以引导该激光束通过该激光导管。
5、此外，该接合头包括保持喷嘴，该保持喷嘴可交换地安装到该主体。例如，该保持喷嘴可以具有凸缘，该凸缘可以螺旋到该主体。进一步来说，可以在该凸缘与该主体之间布置垫圈，以确保流体密封性。
6、该保持喷嘴具有喷嘴导管，该喷嘴导管从喷嘴入口延伸到喷嘴出口。该喷嘴入口被布置成与该激光出口连通。即，该激光出口与该喷嘴入口的区域彼此重叠。特定而言，该喷嘴入口可以具有与该激光出口相同、更小或更大的面积。优选地，该激光出口与该喷嘴出口的中心点可以彼此对应地布置。该喷嘴出口被布置在与该主体相对的一侧上。因此，该保持喷嘴对应于管状构件。优选地，该保持喷嘴由不透明且刚性的材料制成，诸如金属或陶瓷。因此，该保持喷嘴耐抗性，并且可以以成本有效的方式生产。此外，该保持喷嘴可以沿其整个长度具有相同的横截面积，从该喷嘴入口到该喷嘴出口加宽、变细或改变其横截面的形状。以这种方式，离开该激光出口的激光束穿过该喷嘴导管并离开该喷嘴出口。最优选地，该激光源被构造成以均匀的功率在该喷嘴出口的整个横截面区域上发射该激光束。
7、此外，该喷嘴出口的横截面小于该第一基板上的保持面。以这种方式，当该真空源在该激光导管中产生真空时，该第一基板保持在该喷嘴出口处。因此，可以避免抽吸头玻璃的磨损和该激光束的不均匀透射。此外，通过使用该保持喷嘴，在保持面的区域中具有不均匀形状的芯片，例如另一个芯片，可以通过使用接合头来接合。由于该保持喷嘴被可交换地安装到该主体，所以该接合头可以容易地适合于具有偏离大小的芯片。
8、根据本发明的优选方面，该喷嘴出口的横截面可以适合于该第一基板上的保持面的形状和/或尺寸。即，该喷嘴出口可以具有该第一基板的形状，例如该第一基板的顶面。另外地或替代地，该喷嘴出口的尺寸可以对应于该第二基板上的保持面的尺寸。例如，该喷嘴出口可以是矩形的，并且尺寸可以被设计成使得该保持喷嘴的轮缘被布置在该第一基板的保持面(例如顶面)的边缘处。以这种方式，真空力被均匀地施加到该第一基板，并且可以用该激光束均匀地照射该第一基板。
9、根据本发明的一个方面，该喷嘴出口可被布置以便平行于该第二基板上的安装面延伸。即，该喷嘴出口的平面平行于该第二基板上的安装面。该喷嘴出口和该安装面的这种取向对应于特定的三维位置关系。以这种方式，该第一基板可以是倒装芯片，该倒装芯片可以被安装在具有对应接触区域的第二基板上，例如电路板或另一芯片。
10、根据本发明的替代方面，该喷嘴出口可被布置以便垂直于该第二基板上的安装面延伸。即，该喷嘴出口的平面垂直于该第二基板上的安装面。该喷嘴出口和该安装面的这种取向是特定的三维位置关系的另一示例。以这种方式，作为第一基板的垂直芯片可以被布置成其端面位于作为该第二基板的电路板上。
11、根据本发明的替代方面，该激光导管和该喷嘴导管可以相对于该第二基板上的安装面以偏斜角度延伸。以这种方式，作为第一基板的垂直芯片可以被布置在该第二基板上，而没有该第二基板被接合头损坏的风险。此外，可以将作为该第一基板的芯片安装到作为该第二基板的芯片堆叠。在这方面，该芯片堆叠的单个芯片的端面总体上形成该芯片堆叠的安装面。也可以将作为第一基板的垂直芯片及其端面安装到作为第二基板的电路板。
12、根据本发明的附加方面，该激光导管可以相对于该第二基板上的安装面和该喷嘴导管以偏斜角度延伸，并且因此，该保持喷嘴可以相对于该第二基板上的安装面弯曲或弯折。例如，该保持喷嘴可以朝向安装面或远离安装面弯折或弯曲。以这种方式，作为第一基板的垂直芯片可以被布置在该第二基板上，同时减少该第二基板被接合头损坏的风险。此外，与其中该激光导管和该喷嘴导管以偏斜角度布置的情况相比，该保持喷嘴可以更短并且可以具有更大的喷嘴出口。同样，可以将作为该第一基板的芯片安装到作为该第二基板的芯片堆叠。也可以将作为第一基板的垂直芯片及其端面安装到作为第二基板的电路板。
13、根据本发明的一个方面，该喷嘴导管可以被构造成朝向该喷嘴出口反射该激光束。该保持喷嘴可以由反射材料制成，或者该喷嘴导管可以包括反射涂层。因此，该喷嘴出口的更大面积可用于将该激光束施加到该第一基板。特定而言，该激光束的反射对于其中该激光导管以偏斜角度布置并且该喷嘴导管相对于该第二基板上的安装面弯折或弯曲的情况是有益的。
14、根据本发明的一个方面，该接合头可进一步包括具有光纤的温度测量单元，该光纤通过该主体延伸到该激光导管中并被导引朝向该喷嘴出口，以便接收来自该保持面的温度辐射，并且该温度测量单元被构造成基于温度辐射测量该第一基板的温度。以这种方式，在将该第一基板接合到该第二基板的过程中，可以考虑该第一基板的保持面上的温度。
15、根据本发明的附加方面，激光源可以被构造成在由温度测量单元测量的温度超过预定的最大可允许温度的情况下控制激光束的发射。特定而言，在控制该激光束期间，可以降低该激光束的功率。替代地，该激光束的发射可以停止，或者该激光束可以间歇地发射。即，当测量的温度下降到最高可允许温度以下时，该激光束再次发射。在测量的温度再次超过最大可允许温度的情况下，该激光束的发射再次停止。结果，通过控制该激光束，可以避免由于过热导致的该第一基板的损坏。
16、根据本发明的另一方面，对于该激光束透明并垂直于该激光导管延伸的光学元件可以被布置在该激光导管中。该光学元件可以是光学窗、透镜、光束整形器或光束均匀器。该光学元件也可以是这些元件的组合。因此，通过使用光学元件，可能会在该激光导管中影响该激光束的光学特性。
17、根据本发明的优选方面，光学元件可被构造成在其横截面上将激光束的功率均匀化。因此，该光学元件可以对应于光束均匀器。因此，用激光功率均匀地照射第一基板，使得可以避免第一基板上的不均匀热分布。
18、根据本发明的另一个方面，该光学元件可以被构造成根据该喷嘴出口的横截面来成形该激光束的横截面。因此，该光学元件可以对应于光束整形器。结果，可以用激光功率均匀地照射第一基板。
19、根据本发明的有益方面，该光学元件可以将该激光导管流体地划分为更靠近该保持喷嘴的第一激光导管部件和更远离该保持喷嘴的第二激光导管部件。例如，该光学元件可以用垫圈密封抵靠在形成该激光导管的主体。该垫圈也可以由用于将该光学元件粘附到该激光导管中的粘合剂形成。
20、根据本发明的优选方面，该真空/压力端口可以被布置在该第一激光导管部件中。因此，在该第一激光导管部件中只需要排出有限的空间并且可以有效地产生真空。
21、根据本发明的优选方面，该光纤的端部可以延伸到第一激光导管部件中。因此，该光纤可以接收来自该第一基板的保持面的温度辐射，而温度辐射不会穿过该光学元件。由于该接合头使用该保持喷嘴，温度辐射也不必通过由玻璃制成的抽吸头体。因此，由于温度辐射不受该光学元件或该抽吸头体的影响，可以以更高的精度检测第一基板的温度。
22、根据本发明的任选方面，该接合头可以包括流体/压力源，该流体/压力源被构造成经由流体/压力通道将流体或压力引入该第二激光导管部件中，该流体/压力通道通过该主体通向布置在该第二激光导管部件内部的流体/压力端口。应当注意，流体应被理解为气体或液体。在激光导管被光学元件流体划分的情况下，流体的引入是可行的。特定而言，该流体可以是冷却流体或影响该激光束的光学特性的流体。因此，该接合头可以在操作期间被冷却。在这方面，应当注意，该流体/压力通道和该流体/压力端口可以由两个分离的通道和端口形成，以分别允许冷却流体的流入和流出。进一步来说，可以影响该激光束的光学特性，而不需要改变光学元件。替代地，该流体/压力源可以经由该流体/压力通道和该流体/压力端口将压力气体引入该第二激光导管部件中。应当注意，该流体/压力源也能够对该第二激光导管部件减压。特定而言，该第二激光导管中的压力可以低于或高于该第一激光导管中的压力。
23、根据本发明的另一方面，该光学元件可以被构造成柔性的，使得该光学元件的曲度(特定而言凸度或凹度)可以通过该流体/压力源相对于该第一激光导管部件中的压力在该第二激光导管部件中产生负压或正压来调节。特定而言，该光学元件的中心点可以在该激光导管的延伸方向上移位。结果，可以设置激光束的焦点以及因此由激光束照射的第一基板上的区域，而不需要替换光学元件。
24、根据本发明的另一方面，该接合头可包括压力源，该压力源被构造成当该第一基板与该第二基板保持特定三维位置关系并且该激光束被施加到该第一基板时，经由该真空/压力通道将压力气体引入该激光导管中。该压力源也可以连接到该真空/压力通道，使得在该主体中不需要附加的通道。该压力源和该真空源可以由可在真空模式和压力模式之间切换的同一单元形成。替代地，该压力源和该真空源可以被设置为通过可切换阀连接到该真空/压力通道的分离单元。特定而言，当该第一基板和该第二基板以特定的位置关系布置时，该压力气体可以被引入该激光导管或该第一激光导管部件中。然后，可以通过将该激光束施加到该第一基板以便熔化布置在该第一基板与该第二基板之间的接合材料沉积物，从而将该第一基板接合到该第二基板。在接合过程中，即在将该激光束施加到该第一基板期间，压力气体被供应到该激光导管或该第一激光导管部件。以这种方式，当接合材料沉积物熔化时，该第一基板被压靠在该第二基板的隆起面上。因此，在接合材料沉积物再次固化之后，可以实现该第一基板与该第二基板之间的适当连接。
25、根据本发明的另一方面，该主体可以由下主体部件和上主体部件组成。然后，该光学元件被布置在该下主体部件与该上主体部件之间。特定而言，该光学元件可以粘附在该下主体部件与该上主体部件之间。因此，该光学元件可以容易地被布置或安装在该激光导管中。此外，可以在该光学元件与该主体部件之间布置垫圈，以实现上述流体分离。垫圈也可以仅由粘合剂形成。
26、根据本发明的优选方面，该下主体部件或该上主体部件中的至少一个可以形成在其中布置该光学元件的凹槽部分。即，该下主体部件或该上主体部件中的任何一个都可以形成凹槽部分。替代地，组合的下主体部件和上主体部件可以形成凹槽部分。然后，该光学元件的边缘被布置在该凹槽部分中，以便保持光学元件。该凹槽部分可以沿着该激光导管的全内圆周延伸，使得可以实现激光导管的上述流体分离。该光学元件可以粘附到该凹槽部分。还可以在该凹槽部分中布置垫圈。为了将该光学元件布置在该凹槽部分中，该下主体部件和该上主体部件可以是可例如通过使用螺钉固定在一起的分离部件。
27、根据本发明的替代方面，该激光导管可以在该下主体部件中形成得更窄，以便在该下主体部件和该上主体部件之间形成在其上布置该光学元件的阶梯部分。特定而言，该光学元件可以粘附到该阶梯部分。优选地，阶梯部分可以沿着激光导管的全内圆周延伸，从而可以实现上述流体分离。进一步来说，该垫圈可以被布置在该阶梯部分上。在这方面，该主体部件可以一体地或分离地形成。无论哪种方式，该光学元件都可以容易地布置在该阶梯部分上，从而被布置在该激光导管中。
28、本发明进一步提供了一种接合设备，该接合设备包括卡盘，该卡盘被构造成保持该第二基板并可在xy平面内移动。此外，该接合设备包括根据以上方面中的任何一个的接合头。该接合头被构造成可在垂直于xy平面的z方向上移动。例如，该接合头可以通过使用轴系统来移动。以这种方式，通过该卡盘与该接合头的三维相对移动，以特定三维关系被接合头保持的该第一基板可以被布置在该第二基板上。之后，可以通过将该激光束施加到该第一基板来将基板接合在一起。
29、根据本发明的一个方面，该接合设备可以包括第一基板载体，该第一基板载体被构造成存储至少一个第一基板，并且可在xy平面或平行于xy平面的平面内移动。优选地，该至少一个基板以将其安装在第二基板上的方式布置在该第一基板载体上。该卡盘与该第一基板载体可以互连，且因此可以在相同的xy平面内移动。首先，该第一基板载体在该接合头下方移动，使得该接合头可以抓住并保持存储在该第一基板载体上的该第一基板中的一个。然后，该卡盘可以在该接合头下方移动，以便相对于该第一基板布置该第二基板，即该第二基板的安装面。保持该第一基板的该接合头向下移动，以便将该第一基板布置在该第二基板上，并通过将该激光束施加到该第一基板来将两个基板接合在一起。替代地，元件中的一个第一基板载体或卡盘可以在另一个上移动。例如，该第一基板载体可以在该卡盘上移动。然后，该接合头可以抓住并保持该第一基板中的一个。之后，移开该第一基板载体并向下移动该接合头，以将该第一基板布置在该第二基板上并将基板接合在一起。
30、根据本发明的另一个方面，该接合头可以被构造成可相对于z方向倾斜。例如，该接合头可以通过可控制球形接头或六足装置安装到轴系统。以这种方式，该第二基板在该卡盘中的偏斜或倾斜布置可以得到补偿，使得该第一基板被适当地布置在该第二基板上。
1.一种接合头(4、70、86、96、120)，所述接合头用于将第一基板(8、42、72、114)保持成与第二基板(6、106)呈特定三维位置关系，并通过将激光束(12)施加到所述第一基板(8、42、72、114)来熔化布置在所述基板的接触区域之间的接合材料沉积物(10、84、102)，将所述基板接合在一起，所述接合头(4、70、86、96、120)包括：
2.根据权利要求1所述的接合头(4、70、86、96、120)，其中
3.根据权利要求1所述的接合头(4、96、120)，其中
4.根据权利要求1所述的接合头(70、86、96)，其中
5.根据权利要求3或4所述的接合头(70)，其中
6.根据权利要求3或4所述的接合头(86、96)，其中
7.根据权利要求6所述的接合头(96)，其中
8.根据权利要求1所述的接合头(4、70、86、96、120)，其进一步包括具有光纤(49)的温度测量单元(48)，所述光纤通过所述主体(14)延伸到所述激光导管(16)中并被导引朝向所述喷嘴出口(36)，以便接收来自所述保持面(44)的温度辐射，并且所述温度测量单元被构造成基于温度辐射测量所述第一基板(8)的温度。
9.根据权利要求8所述的接合头(4、70、86、96、120)，其中
10.根据权利要求1所述的接合头(4、70、86、96、120)，其中：
11.根据权利要求10所述的接合头(16、80、88、108、130)，其中
12.根据权利要求10所述的接合头(16、80、88、108、130)，其中
13.根据权利要求10至12中任一项所述的接合头(16、80、88、108、130)，其中
14.根据权利要求13所述的接合头(16、80、88、108、130)，其中，
15.根据权利要求13所述的接合头(16、80、88、108、130)，其中
16.根据权利要求13所述的接合头(16、80、88、108、130)，其进一步包括：
17.根据权利要求16所述的接合头(16、80、88、108、130)，其中
18.根据权利要求1所述的接合头(16、80、88、108、130)，其进一步包括
19.根据权利要求10所述的接合头(16、80、88、108、130)，其中
20.根据权利要求19所述的接合头(4、70、86、96)，其中
21.根据权利要求19所述的接合头(120)，其中
22.一种接合设备(1)，其包括：
23.根据权利要求22所述的接合设备(1)，其进一步包括：
24.根据权利要求22或23所述的接合设备(1)，其中
