CN101263592B - 用于分离电子元件的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分离电子元件的方法，包括处理步骤：放置电子元件组件在操控器上，利用操控器沿着第一切割工具传输电子元件，从而使组件在其厚度方向沿着切割线仅仅部分地被切开，利用操控器沿着第二切割工具传输部分被切开的组件，从而切割线被几乎全部切开。本发明还涉及一种分离电子元件的装置，和利用该方法得到的分离的电子元件。

Description

用于分离电子元件的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种分离电子元件的方法，和一种相关装置。 
背景技术
对组装好的电子元件进行分离有多种应用。例如分离带有选择性封装有电子元件的晶片、包和载体(也被称为导引架或者导引板)。其他的例子包括分离所说的芯片实验室(lab-on-chips)或者玻璃芯片，该芯片实验室或者玻璃芯片例如包括通道、混合器、存储器、扩散室、集成电极、泵、阀等等。该种装置总体大小只有几毫米，其中还有继续变小的趋势。根据条件，已知的分离方法是利用旋转锯片(saw blade)将用于处理的产品锯开。电子元件组件是通过操控器拾起、快速夹持并且沿着期望的切割线相对于锯片移动，组件因此沿着切割线被锯开。在锯切的过程中，例如通过真空吸附力，电子元件***控器保持在适当的位置。然而，小尺寸的电子元件意味着，不再可能容易地通过真空吸附力将这些元件保持在适当的位置。因此，粘结膜(adhesive foil)还被用于这个目的，在元件分离之后，该粘结膜需要被去除。另外，这样的膜还会将残留物留在电子元件上的背面，当然这是不希望的。当粘结膜使用时，还需要提供具有附加部件的已知装置，例如膜解开单元，检查***，UV源(在UV膜使用的情况下)，以及将残留物去除的洗涤***。这会大大地增加成本。 
发明内容
本发明的目的是提供一种改进方法和在前序部分所述类型的装置，利用该方法和装置，至少能防止上面所述的问题，并且与现有技术的方法和装置相比，能够获得更高的分离精度。 
为此，本发明提供了一种用于分离电子元件的方法，更具体而言， 根据本发明的用于分离电子元件的方法包括将电子元件放置在操控器上，利用操控器沿着第一切割工具传输电子元件，从而组件在其厚度的方向沿着切割线只是部分地被切开，以及利用操控器沿着第二切割工具传输部分切开的组件，从而切割线几乎完全切断，优选是完全切断。通过将根据本发明的切割分为两个子处理，其中在第一子处理中，第一切割工具只是沿着期望的切割线部分地切入组件，而后，最终的切开是在第二子处理中通过第二切割工具实现，由此，已经发现的是，能够避免使用粘结膜，而不会负面影响分离精度的质量，这还特别用于小尺寸的电子元件。 
在第一处理步骤中，组件在厚度方向部分切开的深度没有限制。因此，例如可以形成切口的深度是厚度的10％到90％。该深度优选总计为组件厚度的35％和65％之间。已经发现的是，由此，根据本发明的方法的优点体现得最明显。在典型的应用中，具有厚度为850的所谓的QFN(Quad FladNo Lead)组件在第一处理步骤中锯开的厚度为300到500。 
实际上，操控器沿着切割工具可以传输具有多个线性移动的电子元件，为此，操控器在平面内可移动。还可选地，在操控器所移动的平面内能够旋转。因此，锯切口可以在电子元件组件的不同方向上实现；在将电子元件旋转过例如90°后，锯切口可以在相对于组件旋转之前所形成的锯切口的90°角度处形成。 
在开始分离处理之前，操控器可以移动到加载位置，用于将电子元件加载到操控器，并且在执行完分离操作之后，可以移动到卸载位置，用于将其卸载，其中加载位置和卸载位置是分开的位置。因此，电子元件的搬运的部分是由操控器提供的，如果操控器在锯片上方移动，这也是有好处的。为此，电子元件必须安装在操控器的下侧。如上已经所述的，本发明的优点在于，电子元件的接合不需要太多的力，并且可以利用很简单的方式来实现，例如利用负压。 
在根据本发明特别优选的实施例中，组件沿着至少一个锯片的形式的第一切割工具在厚度方向传输，用于部分切割。由于根据本发明的组件只是通过锯片部分地被切割，因此，组件仍然作为一个整体动作，组件容易地保持在适当的位置，如果希望的话，不需要利用粘结膜或者其他的辅助设备。由于在产品中一般必须设置大量平行的锯切口，因此，合理的是(尽管不是必要的)，在带有由两个不同的轴驱动的两个平行的锯片的分离装置内执行该方法，从而，在锯片之间的相互距离是可调的，以适应于要处理的产品的大小和锯切口所形成的方式。一旦设定了锯片之间的相互距离，锯片相对于用于处理的产品移动，以执行锯切操作。根据本发明的方法的另外一个优点在于，锯片的磨损比已知的方法要小，由此不必要频繁地更换。 
如上面已经示出的，在已知的处理中，组件(例如是以条的形式)首先设置在膜上。膜是必需的，从而能够在条已经被完全锯开之后，能够持住电子元件。在已知的方法和根据本发明的方法中，都推荐的是，在将组件条锯开之后，将其干燥(并且对于本发明是部分切开之后)。由于在已知的方法中，膜是必需的，因此干燥温度受到限制。根据本发明的方法，没有这种限制，因此，干燥可以在远比已知方法中的情形温度高的情况下来实施，这提高了生产速度。 
在本发明的另一优选实施例中，为了几乎完全切开的目的，组件然后沿着包括至少一个激光束的第二切割工具被传输，其中，组件***控为使激光束沿着已经预切的切割线载运，且其中这些切割线被进一步切割。实际上，对于激光束，通过移动平面镜而使其扫描组件的表面来使得激光束能够移动是可能的。在第二处理步骤中，激光束的焦点深度一般选择为，使得切割线被完全切开，因此组件整体分离。然而，根据本发明，也可调整激光的焦点深度而使得组件部分在厚度方向不完全切开。在这种情况下，然后通过最终处理步骤来获得完全的分离，其中组件沿着切割线断开。当组件(及其电子元件)形成由相对脆弱和相对延展层的时候，这特别有益。延展层例如是铜层，然后可以在第一处理步骤中预切割，例如通过锯片。然后，相对易碎层(例如陶瓷衬底)，通过激光束然后被进一步部分地切开，此后，通过断开部分切开的陶瓷层而获取最终的分离。在第二处理且一般是最终处理步骤中，应用激光束的好处在于，与已知的方法(其中，水对于冷却锯片的重要的)相比，不需要在这里使用水。在利用水冷的过程中，其中的至少一部分会渗透入已经分离的电子元件内。因此，在分离后，这些必须在加高的温度下进行干燥，这产生了附加的成本，并且可能会引起产品质量的降低。根据本发明的优选实施例中，没有这样的缺 陷。 
在根据本发明的优选的实施例中，其特征在于，第一切割工具和第二切割工具作用在组件的相同的表面上。这样的优点在于，组件可以沿着第一和第二切割工具由相同的操控器导向，由此提高了处理的速度和精度。 
在另一优选实施例中，本发明的方法表现为，第一切割工具和第二切割工具作用在组件的第一和第二表面上。这在分离包含多层的组件中具有特殊的好处。如上面已经所述的，多层组件可以包括不同材料层或者不同材料的结合。例如，典型的组件包括硅和玻璃层，这两层通过塑料粘结层相互连接起来。这个单元典型地设置有导电金属层，例如铜。通过利用锯片从组件的第一表面形成第一预切割深度的锯切口的第一图案，然后有利地应用根据本发明的方法，其中，选取的该第一表面是在其上的层可以通过锯片相对容易地被切开的表面。在第二处理步骤中，利用激光束在组件的第二表面(优选与第一表面相对)随后形成锯切口的第二对应的图案，该图案的切割深度大体延伸到第一锯切口的切割深度的平面，其中，可以相对比较容易地通过激光束切开的表面优选位于第二表面上。根据本发明的方法的另一个优点在于，可以从不同的表面获取不同的切割特性。这应该理解为，例如能够从表面(例如上表面)，利用激光束切开相对复杂的样式(利用激光束特别适合这个目的)，而从相反的表面(例如下表面)，利用锯片获得相对光滑的切口(锯片切割特别适合于这个目的)。这增大了实施的灵活性。 
本发明还有其他的优点，根据本发明的方法的特征在于，第一切割工具的切割厚度不同于第二切割工具的切割厚度。切割厚度应该理解为，从组件的表面可以看到的所形成的切割线(部分的)厚度。通过这种方式，可以获得不是完全线性而是偏置的侧表面的分离，例如沿着深度的一半分离。这对于具体的应用是很有好处的。 
本方法的另一优选实施例包括，第一切割工具从第一表面以第一厚度切割远至第一切割深度，以及第二切割工具从第二表面以第二切割厚度切割组件的多个层。在特别优选的实施例中，这里的第二切割深度部分地叠盖第一切割深度，由此，多个层(已经被第一切割工具切割到第一切割厚度)随后被第二切割工具从另一表面再次被切割到第二切割厚度。通过选 择比第一切割厚度更大的第二切割厚度，由此可以用简单的方式获得分离的电子元件，该分离元件优选地设置有沿着至少一侧相对于下层伸出的外导电层。该元件例如可以是在一侧具有铜导电层的芯片，该铜导电层相对于下陶瓷或者塑料层稍微伸出。通过利用锯片以第一切割厚度在组件内进行第一切割(第一切割的深度远至大体等于铜层厚度)，以及接着通过利用激光束从另一侧切入层内，远到铜层的第二切割厚度(该第二切割厚度比第一切割厚度更大)，然后可以获得该元件。 
本发明还涉及一种如权利要求11所述的将电子元件分离的方法。该装置包括连接驱动装置的至少第一和第二切割工具，至少一个用于相对于切割工具携带和移动电子元件组件的操控器，用于沿着第一切割工具传输操控器的驱动装置，从而组件沿着其厚度方向的切割线只是部分地切开和用于沿着第二切割工具传输操控器的驱动装置，从而使切割线几乎完全地被切断。 
本装置的优选设施包括以锯片形式的第一切割工具。另一优选设施包括以激光源形式的第二切割工具。其他的优选实施例如在权利要求14-17中所述。对于他们的优点，请参考前面所述的关于本发明方法方面的优点。 
根据本发明的装置所获取的功能，例如在于，操控器可以在两个水平方向和垂直方向移动，并且可以在水平面内旋转。如果装置还包括用于支撑至少驱动装置和操控器的框架，也是适合并且有效的。另外，框架还适于包括加载位置和卸载位置，控制装置(例如计算机)，传感器，控制器，显示器，冷却装置，清洁装置等等。在实施例的有利的变形中，操控器进一步位于切割工具的上方。因此，废弃材料不会在分离过程中引起过多的中断，并且在重力的作用下，废料可以从电子元件去除(部分地)。 
在优选的变形中，装置设置有具有反馈的测量/控制机构，用于确定操控器相对于切割工具的位置。由于，需要精确地确定部分切割的切割深度(当然在第一处理步骤中)，因此，这特别地重要。 
尽管根据本发明的装置可以以一种紧凑的方式构成，其中例如第一和第二工具可以设置在同一个框架上，根据本发明的装置的优点还在于，包括第一和第二单元，其中第一单元包括连接有驱动装置的至少一个第一切割工具，用于相对于第一切割工具携带和移动电子元件组件的至少一个操 控器，以及用于沿着第一切割工具传输操控器的驱动装置，从而组件可以沿着在其厚度方向的切割线部分地被切开，并且，其中第二单元包括连接有驱动装置的至少一个第二切割工具，用于相对于第二切割工具携带和移动电子元件组件的至少一个操控器，以及用于沿着第二切割工具传输操控器的驱动装置，从而切割线被完全切开。利用该种装置，可以根据需要分别执行两个处理步骤，例如当两个处理步骤的速度不同时，这是有效的。 
该种装置的另一优选的变形还包括传输装置，用于将部分电子元件切开的组件从第一单元移动到第二单元。该装置具有另外的优点在于，由于部分切割将产生电性绝缘的包装，同时在第一和第二处理步骤之间，部分切开的组件可以整体被测试。根据最终产品的大小和用于持住部分被切割组件的所应用的方法，后者可通过由放置在所谓的真空吸头上所引起的负压而被支撑，用于第二处理步骤。另一选择包括玻璃卡盘形式的支撑，或者便宜的晶片带。 
附图说明
在附图中所示的非限制性示例性实施例的基础上，对本发明进行进一步地阐述。图中： 
图1示出了根据本发明的装置的第一单元的示意顶视图， 
图2示出了根据本发明的装置的第二单元的示意顶视图， 
图3a示出了执行第一步处理步骤之后，部分被切开的电子元件组件的顶视图， 
图3b示出了图3a中的组件的侧视图，以及 
图3c示出了完全分离之后的电子元件的最终侧视图。 
具体实施方式
图1示出了具有框架2的装置1的第一部分(第一单元)，该框架上设置有两个旋转锯片3、4。旋转锯片3、4通过各自的旋转轴5、6被携带和旋转。第一旋转轴5可垂直于视图平面(在Z方向)移动，而第二旋转轴6可在Y方向移动。每个锯片3、4都由电动机(未示出)通过他们各自的 旋转轴5、6被驱动。操控器7在四个方向(X、Y、Z和U方向)可移动。为此，操控器通过垂直旋转轴8(U方向)与载架9组装，该载架9沿着导向载架10可线性移动(在Y方向)。反过来，导向载架10沿着静止的线性导轨11可线性移动(在X方向)。对于垂直运动(Z方向)，操控器7通过旋转轴8也可以在该方向移动。框架还设置有加载位置12和卸载位置13，该加载位置用于将电子元件加载到操控器7，该卸载位置，用于卸载操控器7。 
图2示出了具有框架22的装置21的第二部分(第二单元)，该框架上设置有可移动载架23。载架23适于支撑要处理的电子元件组件24。框架22还通过臂25支撑激光源26，利用该激光源可以产生激光束27，该激光束指向已经部分切开的电子元件组件24，由于激光束的作用，电子元件组件24沿着期望切开线设置有切口28。载架23和激光源26相对于彼此可移动。该种相对移动还必须理解为，意思是利用定向装置(未示出)，例如平面镜和/或棱镜，将激光束27相对于载架23移动。该种情形例如发生在检流型(galvohead)激光装置的情形下。如果需要，第二单元21进一步设置有光学设备，用于在组件上将激光束27导向所期望的聚焦距离。激光源26可选地适于产生脉冲激光束。由于根据本发明的组件24已经在第一处理步骤中部分地被切开，因此与已知的方法相比，在激光切割的过程中在要分开的元件24上会产生较少的材料堆积。 
通过装置1的第一部分部分地切开的电子元件组件100，通过传输装置(未示出)从第一单元移动到第二单元。 
图3a示出了在第一处理步骤之后的部分切开的电子元件110的组件100。组件100设置有锯切口120、121，沿着期望的切割线延伸。这里，在图3a的水平延伸的锯切口121的厚度“d1”与垂直延伸的锯切口120的厚度“d2”相同，尽管这不是必须的。组件100在其顶侧包括导电部(铜引脚122)。现参考图3b，组件100在横截面上由两层构成：例如填充有玻璃的塑料或者陶瓷材料的衬底130，和例如填充有玻璃的塑料结合了多个导电部122(例如铜)的第二层131。如图3b所示，组件设置有锯切口120，该锯切口在厚度方向延伸“d3”的深度，直到层130。还参考图3c，在第二处理步骤中，通过激光束在部分切开的组件100内从连接层130的底表面132上形成切口140，获得分离的电子元件110。这些切口在图3b中用虚线表示。这里切口140延伸远至与铜引脚122的交界面。所形成了分离的电子元件110，包括外导电层122，该外导电层相对于下层130、131沿着至少一侧133突出。在一些应用中，这些突出的导电层是有益的。根据本发明的方法，具有不为此执行分离操作(例如将层切掉)的额外的优点。

Claims (6)

1.一种用于分离电子元件的方法，所述电子元件为小尺寸的电子元件，不再可能容易地通过真空吸附力将其保持在操控器上，包括处理步骤：
A)放置电子元件组件在操控器上，
B)利用操控器沿着第一切割工具传输电子元件，从而使组件在其厚度方向沿着切割线仅仅部分地被切开，
C)利用操控器沿着第二切割工具传输部分被切开的组件，由此切割线被几乎全部切开；
所述第一切割工具从第一表面以第一厚度切割远至第一切割深度，以及第二切割工具从第二表面以第二切割厚度切割组件的多个层；第二切割深度至少部分地叠盖所述第一切割深度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一切割工具包括锯片。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二切割工具包括激光束。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一切割工具和第二切割工具作用在组件的第一和第二表面上。
5.如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述层包括不同的材料或者不同材料的结合。
6.如权利要求1-3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一切割工具的切割厚度与所述第二切割工具的切割厚度不同。
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