CN102668019A - 用于从供给台拾取平面对象的工具 - Google Patents

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Abstract

用于从供给台拾取平面物体、特别用于从载带拾取半导体管芯的拾取工具，所述拾取工具包括：工作面，所述工作面包括至少一个接触区域，所述至少一个接触区域能与所述平面物体的第一侧上的第一表面接触；位于所述工作面中的一个或多个真空出口，所述真空出口能与真空源连接以允许将所述平面物体暂时固定至所述工作面；其中，挠性密封件被设置以在所述平面物体变形的情况下来保持真空。

Description

用于从供给台拾取平面对象的工具
技术领域
本发明涉及自动化技术领域。具体地，本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的用于从供给台拾取芯片，特别是从载带拾取半导体管芯的设备。
技术背景
半导体封装的最大挑战之一是对非常薄的半导体芯片进行拾取、处理以及加工。半导体芯片一般设置在载带上，载带一般包含已切成小芯片的整个半导体晶圆，这个过程经常被称为划片。因此，半导体芯片通常被称为管芯。载带往往与切割过程中支承晶圆的载带(常被称为切割带)相同。下至25μm的管芯厚度是目前常见的，但还有持续进一步减少厚度的趋势。因此，如此薄的管芯的结构化侧的特征的最大高度通常只有几微米。
管芯接合器从载带拾取单个管芯，并放置然后将所拾取的管芯附接至基板或另一个管芯。在大多数情况下，管芯是永久附接的，但也存在管芯仅暂时附接的配置。通常情况下，暂时附接随后通过额外的加热和/或挤压过程被转变成永久附接。通常情况下，薄管芯为晶圆背面迭片结构(WBL)或膜或引线上流体(FOW)迭片结构，即应用于晶圆或管芯的非结构化侧的粘附膜。使晶圆变薄、向晶圆应用粘附膜、将晶圆安装至载带和框架以及将其切割成单个芯片的过程通常被称为晶圆制备。允许管芯由于其粘接性而被附接的迭片结构可设置在载带与晶圆之间，或设置在晶圆远离载带朝向的表面上。
如图1所示，在管芯接合器中可通过单个管芯处理单元执行拾取和放置。在现代的接合器中(例如，如图2所示)，可存在多个管芯处理单元：通常情况下，拾取发生在所谓的晶圆台，并由第一管芯处理单元辅助执行，第一管芯处理单元还被称为管芯排出器5。管芯排出器5便于从载带4将管芯30移除，例如通过将管芯30从载带4下方推动靠在称为拾取单元92的第二管芯处理单元。然后，在拾取过程中拾取单元92从载带4拾取管芯30并将其传送至第三管芯处理单元，第三管芯处理单元也被称为放置单元94。放置单元94将管芯30放置在其附接的目标位置上。在某些情况下，至少一个第四管芯处理单元(所谓的传输单元93)设置为将管芯30从拾取单元92传送至放置单元94。在WO07118511A1中给出了示例，此处通过引用将其全部内容并入本文。以这种方式，管芯30可附接至基板6，例如引线框、印刷电路板、多层印刷版等，或附接至本身已经用相同方式附接的另一管芯。出于监视和/或测量的目的，通常存在多个摄像头40、41、42、44。
制造非常薄的晶圆以及相应的管芯与制造没有迭片结构的标准厚度的晶圆相比是非常昂贵的。非常薄的管芯的锯割、拾取以及处理具有显著的成品率损失。大多数成品率损失发生在预制晶圆、拾取管芯或随后的处理过程中，这会导致由于典型的缺陷例如破损管芯、破裂管芯、切损管芯等引起的损坏管芯。放置和附接过程相比而言更加可靠，仅引起微不足道的损失。
在拾取过程中，常由于将管芯弯曲超过弹性范围而导致损坏。如图3所示，当仍附接至载带4的管芯30由拾取工具1抓取、随后从载带4脱离时会发生损坏。这通常通过使拾取工具的工作面与管芯30的远离载带4朝向的第一表面接触来进行，通过真空将管芯30固定至工作表面，将拾取工具1远离载带4移动，从而将管芯30从载带4剥离。在剥离过程中，位于相邻管芯31、32的位置下方的载带4的区域一般通过真空被保持在管芯排出器5的支承面上的适当位置。因此，载带4在管芯30上施加使其远离工作面的反作用力。由于在管芯30的边缘处空气可容易地进入管芯30与工作面之间，所以在边缘附近区域的真空常被破坏，从而使管芯30与工作面在所述区域放松接触。然后，管芯30的边缘附近的区域向下弯曲。如果弯曲半径变得过小，则会导致管芯30的破损、破裂和切损。这还会导致管芯30从拾取工具1完全脱离。在这种情况下，必须重复拾取，则导致管芯接合器的性能降低。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能够克服上述缺点的拾取工具。特别地，拾取工具应允许在从供给台拾取平面物体时保持真空，即使平面物体变形。
上述目的通过根据独立权利要求所述的拾取工具来实现。
在本发明的示范性实施方式中，用于从供给台拾取平面物体、特别用于从载带拾取半导体管芯的拾取工具，包括：工作面，所述工作面包括至少一个接触区域，其可与平面物体的第一侧上的第一表面接触；位于工作面中的一个或多个真空出口，其可与真空源连接以允许将平面物体暂时固定至工作面。如果平面物体开始变形，则设置挠性密封件来保持真空。
本发明的上述及其它目的、优点和特征将在下面结合附图对优选实施方式的描述中进行详细说明。
附图说明
通过结合附图阅读以下的详细描述可最佳地理解本发明。应强调的是，根据一般的做法，附图的多个特征并未按照比例绘制。相反地，出于清晰的目的，多个特征的尺寸被任意放大或缩小。在附图中包括以下示意图：
图1和图2示出现有技术的管芯接合器的示意表示图。
图3示出通过现有技术的拾取工具执行的拾取过程的细节。
图4示出根据本发明的示范性实施方式的拾取工具的立体图。
图5示出根据本发明的示范性实施方式的拾取工具1的另一立体图。
图6、图7和图8示出图4和图5所示的拾取工具的剖视图。
图9示出用根据本发明的示范性实施方式的拾取工具执行的拾取过程的细节。
图10示出图8中的拾取工具沿线A-A’的剖视图。
图11示出拾取过程的多个步骤。
具体实施方式
图4示出根据本发明示范性实施方式的拾取工具1的立体图。拾取工具1包括由金属制成的尖端保持器11和由弹性材料(尤其是橡胶、优选地硅胶)制成的工具尖端12，工具尖端12基本呈箱型并且可以替换。优选地，弹性材料的邵氏A硬度在30至75之间，优选地在40至60之间；理想地约为50。在工具尖端12的下侧上形成的矩形工作面2包括20个矩形接触区域120，矩形区域120通过第一真空通道122彼此分离。工作面2还包括附加接触区域121，附加接触区域121形成在密封环125上，密封环125进而形成在沿工具尖端12的下部圆周设置的凸缘123上，因此通过用作密封面的附加接触区域121形成挠性唇式密封。第一真空管道124通向第一真空通道122。凸缘123、密封环125、工作面2和第一真空通道122形成工具尖端12的管芯接触部129，凸缘123和密封环125环绕所述管芯接触部129；即凸缘123和密封环125设置在管芯接触部129的边缘区域，从而使附加接触区域121环绕矩形接触区域120。工具尖端12还包括主体部128，在主体部128中形成有用于将工具尖端12安装至尖端保持器11的凹陷，在与工作面平行(即与z方向垂直)的平面中主体部128的截面小于管芯接触部129。因此，管芯接触部129的第一截面面积大于工具尖端12的主体部128的第二截面面积。设置在工具尖端12的主体部128中的第一真空管道124通向第一真空通道122。
如图5所示，工具尖端12可安装在用作尖端保持器11的接口部的突起段111上。第二真空通道112形成在突起段111的下表面中，并与设置在工具尖端12中的第一真空管道124连接。尖端保持器11可通过轴110附接至管芯接合器的拾取单元92。与第二真空通道112连接的一个或多个第二真空管道113设置在包括轴110的尖端保持器11中。
图6、图7和图8示出图4和图5所示的拾取工具的剖视图。
为了从载带4拾取管芯30，由拾取单元92降下拾取工具1，直至工作面2与管芯30的表面接触。然后，通过第一真空管道124以及通过设置在尖端保持器11中的第二真空管道113和通道112向第一真空通道122应用真空。一旦应用了真空，则管芯30通过管芯接合器周围的空气的气压被压靠至工作面2。因此，管芯30暂时固定至工作面2。当拾取工具1在拾取移动中以+z方向再次提升以将管芯30从载带4脱离时，在管芯30的边缘下方的区域载带4正向下弯曲(即在-z方向上)，这是由于相邻管芯31、32下方的载带4的环绕区域例如通过真空被固定至管芯排出器5的支承面。因此，管芯30的边缘也相对于管芯30的中心区域向下(即在-z方向上)弯曲，从而使管芯30变形。
因为凸缘123相对较薄，所以由于制造工具尖端12的弹性材料的柔度其可以容易地向下(即在-z方向)弯曲。因此，用作密封面的附加接触区域121能够在拾取过程的开端以-z方向前进。因此，凸缘123可在工具尖端12的主体部128与密封面之间提供垂直方向的柔度。当拾取过程继续进行时，包括凸缘123和密封环125的工具尖端12的边缘区域可因此向下弯曲，从而使工作面2变成凹形，密封面可继续与管芯30接触(由此保持密封)，即使管芯30由于特别可能发生在拾取过程的最终阶段的弯曲而显著变形，如图9所示的那样。因此，第一真空通道122中的真空保持完好无损且管芯30由工具尖端12牢固地保持。
本发明的主要益处在于在不损坏真空的情况下可匹配的管芯变形的大小远大于传统的工具尖端，即使是用非常挠性的材料制造的传统工具尖端。
此外，如果能够阻止真空损坏，由于拾取工具1与管芯30之间真空吸引的损失导致的拾取尝试失败的可能性可大大降低。
此外，在拾取过程中，管芯30将受到较少的压力。由于硅胶的弹性恢复力，凸缘123通过密封环125和密封面在管芯30上施加减少弯曲的恢复力，因此降低管芯30的切损、破损和破裂等的风险。
从图4至图8中可以清楚地看出，所有的接触区域120以及附加接触区域121优选地具有平面表面；并且优选地都位于相同的z位置。因此，当拾取工具1没有保持管芯时，接触区域120的所有接触表面和附加接触区域121的密封面位于同一个平面。因此，形成平面的工作面2，从而使拾取工具1能够保持平面的薄管芯，而不在管芯上施加任何可能损坏管芯的弯曲力。
可替换地，附加接触区域121可相对于接触区域120稍突出，即接触区域121可能位于z位置z121，略小于接触区域120的z位置z120。优选地，当拾取工具1没有保持管芯时，附加接触区域121在该情况下与接触区域120基本平行。这样，能够确保由附加接触区域121提供的密封面能够与待拾取的管芯紧密接触，并因此可有效地密封在拾取过程中将管芯紧密固定至拾取工具1所需的真空。然而，如果附加接触区域121在-z方向上突出过多，则工作面2变得基本不平坦，管芯因此将在真空的作用下显著弯曲，这会导致损坏。因此，附加接触区域121不应突出大于几十微米，即优选地z120-z121＜50μm，优选地应保持在z120-z121＜10μm。可替换地，附加接触区域的突出还能够以这样的方式设计，即，使得当拾取工具1被其待使用的过程中的典型拾取力(例如，该力在0.5N至2N之间，优选地在0.8N至1.25N之间)压靠至平面的参考表面时，所有接触区域120以及附加接触区域121与平面的参考表面紧密接触。
图10示出图8的拾取工具沿线A-A’的剖视图。接触区域在x方向和y方向分别具有长度l1和l2。真空通道122具有宽度w1和w2。优选地，w1和w2显著小于l1和l2，即wn＜＜lm，其中n，m∈{1，2}。如果5wn＜lm，优选地10wn＜lm，则实现最佳结果。这为待由拾取工具11拾取的薄管芯提供最佳支承，并因此避免了当管芯由于存在于真空通道122中的真空被压靠至工作面2时被局部施加力以形成较大曲度。
虽然根据本发明的拾取工具1可用于仅包括用于拾取和放置的单个管芯处理单元的管芯接合器中，但其特别适合于在包括多个管芯处理工具或至少分开的拾取单元92和放置单元94的管芯接合器中使用。在上述配置中，工具尖端12的几何结构和材料参数可被优化以实现最大的拾取性能而没有在放置过程中的不良作用。
尽管参照具体的实施方式对本发明进行了图示和描述，但本发明并不限于所示出的细节。相反地，可在权利要求的精神和范围内对细节进行多种修改而不背离本发明。
特别地，除了如上所述的提供与凸缘123和密封环125结合的附加接触区域121的密封面之外，密封面还可通过形成在工具尖端12的外周区域上的附加接触区域来提供，其由相对较软的弹性材料区域支承，并围绕位于工具尖端12的中心区域的接触区域120。
此外，下面是如上所述的本发明的优选实施方式：
用于从供给台拾取平面物体、特别用于从载带拾取半导体管芯的拾取工具，所述拾取工具包括：工作面，所述工作面包括至少一个接触区域，接触区域可与平面物体的第一侧上的第一表面接触；位于工作面中的一个或多个真空出口，真空出口可与真空源连接以允许将平面物体暂时固定至工作面；工具尖端；所述工具尖端包括管芯接触部，工作面形成在管芯接触部上，其中，管芯接触部的至少一部分由柔性、特别是弹性的材料制造；管芯接触部的截面大于工具尖端的主体部。
用于从供给台拾取平面物体、特别用于从载带拾取半导体管芯的拾取工具，所述拾取工具包括：工具尖端；在工具尖端上形成的工作面，所述工作面包括至少一个接触区域，接触区域可与平面物体的第一侧上的第一表面接触；位于工作面中的真空出口，可与真空源连接以允许将平面物体暂时固定至工作面；其中，工具尖端的至少一部分由柔性材料、特别是弹性材料制造，从而使工作面的至少一个边缘区域可在与工具尖端的拾取移动的方向相反的方向是弯曲。
如段落【0027】或【0028】中描述的拾取工具，其中，工作面可变形以形成凹形。
如段落【0027】至【0029】中描述的拾取工具，其中，一个或多个真空出口包括形成在工作面中的一个或多个真空通道。
如段落【0027】至【0030】中描述的拾取工具，其中，工作面包括至少第一接触区域和第二接触区域，两个接触区域分开。
如段落【0030】和【0031】中描述的拾取工具，其中，接触区域通过一个或多个真空通道分离。
如段落【0031】或【0032】中描述的拾取工具，其中，第二接触区域沿工作面的圆周设置，从而所述第二接触区域能够作为密封面。
如段落【0027】至【0033】中描述的拾取工具，其中，设置了凸缘，凸缘环绕工具尖端的管芯接触部。
如段落【0034】中描述的拾取工具，其中，凸缘由柔性、特别是弹性的材料制造。
如段落【0034】或【0035】中描述的拾取工具，其中，在凸缘上形成有密封环。
如段落【0036】中描述的拾取工具，其中，第二接触区域形成在密封环上。
如上所述的拾取工具优选地可通过下面所述的方法中的一种方法得到：
用于得到能够在执行拾取移动时从供给台拾取平面物体、特别是用于从载带拾取半导体管芯的拾取工具的方法，所述方法包括以下步骤：
a)在所述拾取工具上形成工具尖端，从而使所述工具尖端的至少一部分由柔性、特别是弹性的材料组成；
b)在所述工具尖端上形成工作面；
c)在所述工作面上形成至少一个接触区域，从而所述接触区域可与平面物体的第一侧上的第一表面接触；
d)在工作面中形成真空出口，所述真空出口可与真空源连接以允许将平面物体暂时固定至工作面，其中
e)在步骤b)中，工作面形成在柔性材料附近，从而使工作面的至少边缘区域能够在与拾取移动的方向相反的方向上弯曲。
一种生产用于能够从供给台拾取平面物体、特别用于从载带拾取半导体管芯的拾取工具的工具尖端的方法，所述方法包括以下步骤：
a)设置管芯接触部，所述管芯接触部靠近所述工具尖端的主体部；
b)在所述管芯接触部上形成工作面；
c)在工作面上形成至少一个接触区域，所述接触区域可与平面物体的第一侧上的第一表面接触；
d)在工作面中形成一个或多个真空出口，所述真空出口可与真空源连接以允许将平面物体暂时固定至工作面，其中
e)在步骤a)中，管芯接触部的至少一部分由柔性、特别是弹性的材料制造；
f)在步骤b)中，管芯接触部被形成为具有第一截面区域，第一截面面积大于工具尖端的主体部的第二截面面积。

Claims (15)

1.用于从供给台拾取平面物体、特别是用于从载带(4)拾取半导体管芯(30)的拾取工具(1)，所述拾取工具(1)包括：
a.工作面(2)，所述工作面(2)包括至少一个接触区域(120、121)，所述至少一个接触区域(120、121)能与所述平面物体的第一侧上的第一表面接触；
b.位于所述工作面(2)中的一个或多个真空出口，所述真空出口能与真空源连接以允许将所述平面物体暂时固定至所述工作面(2)，其特征在于，
c.挠性密封件(123、125)被设置以在所述平面物体变形的情况下来保持真空。
2.根据权利要求1所述的拾取工具(1)，其中，所述挠性密封件(123、125)环绕所述工作面(2)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的拾取工具(1)，其中，所述挠性密封件沿所述工作面(2)的边缘区域延伸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的拾取工具(1)，其中，
a.所述拾取工具(1)包括工具尖端(12)，所述工作面(2)形成在所述工具尖端(12)上，并且
b.所述工具尖端(12)的至少一部分由柔性、特别是弹性的材料制造，从而使所述工作面(2)的至少一个边缘区域能在与所述工具尖端(12)的拾取移动的方向相反的方向上弯曲以提供所述挠性密封件(123、125)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的拾取工具(1)，其中，所述工作面(2)能够变形以形成凹形。
6.根据前述权利要求中任一项所述的拾取工具(1)，其中，所述一个或多个真空出口包括形成在所述工作面(2)中的一个或多个真空通道(122)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的拾取工具(1)，其中，所述工作面(2)至少包括第一接触区域(120)和第二接触区域(121)，所述两个接触区域(120、121)分开。
8.根据权利要求6和7所述的拾取工具，其中，所述接触区域(120、121)通过一个或多个真空通道(122)分离。
9.根据权利要求7或8所述的拾取工具，其中，所述第二接触区域(121)沿所述工作面(2)的圆周设置，从而所述第二接触区域(121)能够作为密封面。
10.根据前述权利要求中任一项所述的拾取工具(1)，其中，设置了凸缘(123)，所述凸缘(123)环绕所述工具尖端(12)的管芯接触部(129)。
11.根据权利要求10所述的拾取工具，其中，所述凸缘(123)由柔性、特别是弹性的材料制造。
12.根据权利要求10或11所述的拾取工具，其中，在所述凸缘(123)上形成有密封环(125)。
13.根据权利要求7和12所述的拾取工具，其中，所述第二接触区域(121)形成在所述密封环(125)上。
14.一种芯片处理设备，特别是半导体管芯接合器，所述芯片处理设备包括：
a.根据权利要求1至13中任一项所述的拾取工具，所述拾取工具用于从供给台特别是晶圆台拾取芯片(30)；
b.放置工具(94)，用于将所述芯片(30)接合至基板(6)或另一芯片。
15.根据权利要求14所述的芯片处理设备，还包括至少一个传输工具(93)，所述传输工具用于将所述芯片(30)从所述拾取工具(1)传送至所述放置工具(94)。
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