CN108010876B - 用于拾取半导体器件的装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于拾取半导体器件的装置和制造半导体器件的方法。用于拾取一个或多个半导体器件的装置包括：主体，具有与所述主体外部的周围环境连通的空气室和将压缩空气供应到所述空气室中的至少第一供应管路；拾取筒，穿透所述主体并且可移动地安装在所述主体中，吸盘设置在所述拾取筒的端部；以及动力变换器，固定到所述拾取筒并将所述空气室的气压变换成用于驱动所述拾取筒的驱动力。

Description

用于拾取半导体器件的装置及其方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年11月2日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0145408的优先权，该申请的公开通过全文引用合并于此。
技术领域
示例性实施例涉及一种用于拾取半导体器件的装置和使用该装置拾取半导体器件的方法，更具体地，涉及一种通过真空吸附来拾取半导体器件的拾取装置和使用该拾取装置的方法。
背景技术
拾取器组装件已广泛应用于半导体工业中，用于对半导体芯片和封装进行拾取和分拣。例如，拾取器组装件从芯片载体拾取半导体芯片，并将拾取的芯片传送到用于封装工艺的电路板。此外，拾取器组装件还拾取半导体封装，并将拾取的半导体封装传送到使用测试处理机进行电测试工艺的测试托盘或根据测试结果传送到恢复托盘。
在传统的拾取器装置中，芯片载体中的半导体芯片或测试处理机的客户托盘中的半导体器件被单独拾取，并由拾取器组装件传送到电路板或测试处理机的测试托盘中。在这种情况下，由于芯片载体和客户托盘中的芯片或封装的布置通常不同于电路板和测试托盘中的布置，所以首先根据拾取器组装件去往/来自的目标的布置来对拾取器组装件的配置进行调整或控制。然后，拾取器组装件向下移动以拾取芯片或封装，或者安装/***拾取的芯片或封装。
在拾取或***/安装期间，当拾取器组装件触及半导体芯片或器件时，拾取器组装件可能对一些芯片施加过载，并且可能导致对芯片的意外损坏。例如，由于拾取器组装件向下移动以拾取或***/安装芯片，所以托盘的不均匀水平通常可能导致对布置在托盘中相对较高位置处的芯片的过载。因此，对于托盘中一些芯片的过载通常导致芯片损坏并降低半导体器件的成品率。
发明内容
本发明构思的示例性实施例提供了一种拾取器组装件，具有用于吸收对于芯片的过载的气垫，从而防止由于过载引起的芯片损坏。
本发明构思的其他示例性实施例提供了一种具有上述拾取器组装件的用于拾取半导体器件的装置。
其他示例性实施例提供了一种使用上述装置和拾取器组装件来拾取半导体器件和制造半导体器件的方法。
根据本发明构思的示例性实施例，一种用于拾取一个或多个半导体器件的装置包括：主体，具有与所述主体外部的周围环境连通的空气室和将压缩空气供应到所述空气室中的至少第一供应管路；拾取筒，穿透所述主体并且可移动地安装在所述主体中，吸盘可以设置在所述拾取筒的端部；以及动力变换器，固定到所述拾取筒并将所述空气室的气压变换成用于驱动所述拾取筒的驱动力。
根据本发明构思的示例性实施例，一种用于拾取一个或多个半导体器件的装置包括：主体，具有与所述主体外部的周围环境流体连通并且与压缩空气供应器流体连通的空气室，所述压缩空气供应室通过至少第一供应管路连接到所述空气室；拾取筒，穿透所述主体并且可移动地安装在所述主体中，使得第一端部用于连接到真空压力发生器，并且与所述第一端部相对的第二端部包括吸附和粘附半导体器件的吸盘；以及动力变换器，固定到所述拾取筒并将所述空气室的气压变换成用于驱动所述拾取筒的驱动力。
根据本发明构思的示例性实施例，一种用于拾取半导体器件的装置包括：底板，具有供应压缩空气的公共空气管路和从所述公共空气管路分支的多个分支空气管路；气动中心，用于控制所述压缩空气到所述公共空气管路的气流；多个拾取器组装件，安装在所述底板上或所述底板中并分别连接到所述分支空气管路；真空压力发生器，向所述拾取器组装件中的每一个施加用于吸附所述半导体器件的真空压力。每个拾取器组装件可以包括：主体，具有与所述拾取器组装件外部的周围环境连通的空气室和连接到相应的分支空气管路并向所述空气室供应压缩空气的空气供应管路；拾取筒，穿透所述主体并且可移动地安装在所述主体中，使得所述拾取筒的第一端部连接到所述真空压力发生器，并且所述拾取筒的与所述第一端部相对的第二端部包括吸附和粘附半导体器件的吸盘；以及动力变换器，固定到所述拾取筒并将所述空气室的气压变换成用于驱动所述拾取筒的驱动力。
根据本发明构思的示例性实施例，一种制造半导体器件的方法包括：向第一拾取器组装件供应压缩空气，所述第一拾取器组装件具有放置在壳体中的拾取筒，所述壳体包括分隔成第一空气室隔间和第二空气室隔间的空气室；使用所述拾取筒拾取半导体器件；以及在拾取所述半导体器件期间，通过一个或多个排气管路将空气从所述空气室释放到所述第一拾取器组装件的外部。
根据本发明构思的示例性实施例，空气室可以设置为主体中的开放***，主体可以用作拾取器组装件的拾取筒的操作基座，并且压缩空气可以被填充到空气室中，使得压缩空气在空气室中可以处于动态平衡状态。当拾取筒被施加过载时，压缩空气的动态平衡可能被破坏，并且压缩空气可以向外排出，直到压缩空气的动态平衡可以在空气室中恢复为止。因此，微小的过载可以被充分地吸收到空气室中的压缩空气中，使得在通过使用拾取器组装件拾取半导体芯片时可以防止由于过载引起的对半导体芯片的损坏。
特别地，随着半导体芯片的厚度减小和半导体芯片的集成度增加，对拾取器组装件的拾取筒的微小精细的过载造成的芯片损坏可能发生得更频繁。由于拾取器组装件的拾取筒和动力变换器可以悬浮在空气室的压缩空气中，所以稍微大于悬浮的拾取筒和动力变换器的惯性的微小过载足以破坏空气室中的动态平衡。因此，与通过常规的拾取器组装件的机械吸收器来吸收过载相比，可以更灵敏地将过载充分吸收到空气室中的压缩空气中。因此，当使用拾取器组装件拾取半导体芯片时，可以减少或防止由于过载引起的对半导体芯片的损坏。
附图说明
通过参考附图详细描述本公开的示例性实施例，本公开的这些和其他特征将变得更显而易见，其中：
图1是示出了根据示例性实施例的拾取器组装件的截面图；
图2是示出了根据另一示例性实施例的拾取器组装件的截面图；
图3是示出了根据示例性实施例的具有图1所示的拾取器组装件的用于拾取半导体器件的示例性拾取装置的结构图；
图4是示出了根据示例性实施例的图3所示的拾取装置的底板的平面图；以及
图5是示出了根据示例性实施例的使用拾取装置和拾取器组装件来制造半导体器件的方法的流程图。
具体实施方式
现在参考附图中示出的示例性实施例，其中贯穿附图相似的附图标记可以表示相似的组件。
虽然不同的图示出了示例性实施例的变化，并且可以使用诸如“在一个实施例中”的语言来提及，但是这些图不一定旨在是彼此相互排斥的。相反，如从在下面详细描述的上下文中将看到的，当将附图及其描述作为整体考虑时，在不同附图中描绘和描述的某些特征可以与其他附图的其他特征组合以产生各种实施例。
将理解，虽然本文中可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。除非上下文另有说明，否则这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区分开，例如作为命名约定。因此，以下在说明书的一个部分中讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以在权利要求或说明书的另一部分中被命名为第二元件、组件、区域、层或部分，而不脱离本发明的教导。此外，在某些情况下，即使在说明书中没有使用“第一”、“第二”等来描述术语，该术语在权利要求中仍然可以被称为“第一”或“第二”，以便将要求保护的不同元件彼此区分开。
将理解，当提及元件“连接”或“耦接”到另一元件或在另一元件“之上”时，该元件可以直接连接或耦接到该另一元件或直接在该另一元件之上，或者可以存在介于中间的元件。相比之下，当提及元件“直接连接”或“直接耦接”到另一元件或“接触”另一元件或与另一元件“接触”时，不存在介于中间的元件。用于描述元件之间的关系的其他词语应以类似的方式来解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。
将通过理想示意图的方式参考平面图和/或截面图来描述本文描述的实施例。因此，可以根据制造技术和/或公差来修改示例性视图。因此，所公开的实施例不限于视图中所示的那些，而是包括基于制造工艺形成的配置的修改。因此，图中例示的区域可以具有示意性的性质，并且图中所示的区域的形状可以例示元件的区域的具体形状，本发明的各方面不限于此。
当涉及朝向、布局、位置、形状、尺寸、量或其他测度时本文所用术语(例如，“相同”、“相等”、“平面”或“共面”)不必表示完全相同的朝向、布局、位置、形状、尺寸、量或其他度量，而是意在包含例如在由于制造工艺而可能发生的可接受变化内的几乎相同的朝向、布局、位置、形状、尺寸、量或其他度量。除非上下文或其他陈述另有说明，否则术语“基本上”在本文中可以用于强调该含义。例如，被描述为“基本上相同”、“基本上相等”或“基本上平面”的物体可以是完全相同、相等或平面的，或者可以在例如由于制造工艺而可能发生的可接受变化内是相同、相等或平面的。
诸如“约”或“大致”之类的术语可以反映仅以小的相对方式和/或以不显著改变某些元件的操作、功能或结构的方式变化的量、尺寸、朝向或布局。例如，“约0.1至约1”的范围可以包括诸如在0.1附近的0％-5％偏差和在1附近的0％至5％偏差的范围，尤其是如果这种偏差维持与所列出的范围相同的效果。
如本文所使用的，半导体器件可以例如是指诸如以下各项的器件：半导体芯片(例如，在管芯上形成的存储芯片和/或逻辑芯片)、半导体芯片的堆叠、包括堆叠在封装基板上的一个或多个半导体芯片的半导体封装或包括多个封装的堆叠式封装器件。这些器件可以使用球栅阵列、引线键合、通过基板通孔或其他电连接元件形成，并且可以包括诸如易失性或非易失性存储器件的存储器件。
图1是示出了根据示例性实施例的拾取器组装件的截面图。
参考图1，根据示例性实施例的拾取器组装件1000可以包括：主体100，具有与周围环境连通的空气室110和至少一个供应管路，通过该供应管路可以将压缩空气供应到空气室110中；拾取筒200，穿透主体100并且可移动地安装在主体100中；动力变换器300，固定到拾取筒200，并将空气室110的气压变换成用于驱动拾取筒200的驱动力；以及气动源400，可以连接到供应管路并可以产生压缩空气。本文所讨论的术语“空气”可以指在制造过程中可能存在于例如拾取器组装件周围的大气或其他气体。此外，包含在压缩空气中的气体不需要具有与拾取器组装件周围的空气相同的成分。
在一个实施例中，主体100可以用作拾取器组装件1000的框架，并且可以形成为具有足够的强度和硬度的三维形状。例如，主体100可以包括包含钢的细长筒。特别地，可以在主体100的上端部和下端部设置一对接合孔120。
主体100可以在拾取半导体器件时支撑拾取筒200，因此可以在拾取和***/安装半导体器件时用作拾取筒200的操作基座。虽然本示例性实施例公开了主体100可以被成形为钢筒，但是只要主体100可以用作操作基座并且因此可以形成用于拾取筒200的壳体，就可以允许主体100具有任何材料和形状。
特别地，空气室110可以设置在主体100的内部，并且可以填充有可通过第一供应管路130和第二供应管路132供应的压缩空气。第一供应管路130和第二供应管路132也称为空气供应管路，可以连接到外部气动源400。主体100和拾取筒200可以组合，使得拾取筒200穿透空气室110并且可以沿主体100的竖直方向上下移动，如图1中箭头M所示。
例如，空气室110可以设置为可布置在主体100的中心部分处的内腔，并且沿水平方向的宽度或直径可以大于拾取筒200的沿水平方向的宽度或直径。空气室110可以与接合孔120流体连通。例如，空气室110可以布置在主体100的中心部分处，并且接合孔120可以布置在主体100的上部和下部，使得空气室110的直径可以显著大于接合孔120的直径。拾取筒200可以穿透空气室110，并且可以在上接合孔和下接合孔120处可移动地安装到主体100。
在本示例性实施例中，空气室110和接合孔120可以沿筒形主体100的中心轴布置在，因此下接合孔、空气室和上接合孔可以沿筒形主体100的中心轴串行布置。在接合孔120处主体100的内侧壁与拾取筒200的外壁或外表面之间可以存在间隙(例如气隙)。该间隙可以允许空气室110与空气室110和主体100外部的外部环境流体连通。
由于拾取筒200可以穿透空气室110和接合孔120，因此拾取筒200的中心轴可以与筒形主体100的中心轴基本重合。
用于移动拾取筒200的驱动力可以通过空气室110的体积、空气室110中的压缩空气的气压和动力变换器300的尺寸来确定。因此，空气室110的尺寸(例如其体积)和动力变换器300的尺寸可以影响拾取筒200的驱动力。特别地，空气室110的直径D结合压缩空气的气压以及动力变换器300的尺寸和形状，可以影响拾取筒200的驱动力。在本示例性实施例中，空气室110的直径D可以是拾取筒200的直径d的约1.5倍至约5倍。
接合孔120可以布置在主体100的上端部和下端部，并且可以与空气室110流体连通。轴承122(例如，衬套，也被描述为衬套型轴承；或推力轴承)可以与接合孔120设置在一起，拾取筒200可以固定到轴承122，使得拾取筒200可以如下方式可移动地安装到主体100：拾取筒200可以沿其径向方向固定到主体100(例如，其不会径向地旋转)并且可以沿其纵向方向移动。轴承122可以位于接合孔120处主体100的内侧壁与拾取筒200的外壁或外表面之间。
在本示例性实施例中，轴承122可以示例性地与接合孔120设置在一起，以允许拾取筒200沿纵向方向移动并且可以沿径向方向被约束(例如，不旋转)。因此，根据拾取筒200在接合孔120中的接合特性，多种衬套型轴承或推力轴承可以将与接合孔120一起使用。
特别地，可以有意地在轴承122和拾取筒200之间设置最大容许公差，使得排气管路可以布置在主体100的上部和下部。因此，空气室110可以通过排气管路与周围环境流体连通。例如，第一排气管路FP1可以在主体100的上部处布置在拾取筒200和轴承122之间，并且第二排气管路FP2可以在主体100的下部处布置在拾取筒200和轴承122之间。因此，空气室110可以形成为可以与周围流体连通的开放***，并且空气室110中的压缩空气可以处于动态平衡状态，在该状态下压缩空气的流入和流出可以在预定气压下处于平衡状态。在一个实施例中，第一排气管路FP1和第二排气管路FP2包括围绕拾取筒200的整个圆周的气隙，并且形成在拾取筒200的外表面和轴承122之间。在另一个实施例中，第一排气管路FP1和第二排气管路FP2包括仅在拾取筒200的圆周周围的某些位置处形成(例如，围绕拾取筒200径向布置)的气隙，使得在某些部分处，轴承122接触拾取筒200的外表面，而在其他部分处，在拾取筒200的外表面和轴承122的内表面之间形成气隙。
拾取筒200可以成形为穿透主体100的细长筒。例如，拾取筒200可以包括直径d小于空气室110的直径的中空轴。真空压力可以施加到拾取筒200的中空轴的内部空间。
拾取筒200的下部可以从主体100的下部突出，并且吸盘SP可以设置在拾取筒200的下部。拾取筒200的上部可以从主体100的上部突出，并且真空管路(未示出)可以连接到拾取筒200的上部。可以将真空压力施加到拾取筒200的内部空间，并且半导体器件可以在拾取筒200的底端处通过真空压力被吸附并固定到吸盘SP。
特别地，由于拾取筒200可以沿纵向方向(即，主体100的竖直方向)可移动地安装在主体100中，所以半导体器件和吸盘SP之间的接触负载可以由于拾取筒200的移动而减小，如下文详细描述的。
动力变换器300可以固定到拾取筒200，并且可以将空气室110中的气压变换成用于移动拾取筒200的驱动力。
动力变换器300可以包括例如压力面310，可以向该压力面310施加驱动力，并且该压力面310的平面矢量可以与拾取筒200的纵向方向平行。因此，空气室110中的气压可以变换成可沿拾取筒200的纵向方向施加的驱动力，并且可以与压力面310的表面积成比例。例如，动力变换器300可以具有两个压力面，也被描述为顶面和底面。根据一个实施例，每个面可以是平坦的，并且可以被定位成使得来自第一供应管路130的空气对顶面施加压力和/或来自第二供应管路132的空气对底面施加压力，以迫使动力变换器300和拾取筒200上升或下降。
在本示例性实施例中，动力变换器300和拾取筒200可以整个地形成为一体，因此可以施加到动力变换器300的驱动力可以驱动拾取筒200沿纵向方向移动。
例如，动力变换器300可以成形为包围拾取筒200并且与空气室110的内侧壁的表面轮廓相对应的分隔板。因此，空气室110可以被动力变换器300的分隔板分隔成第一室111(也被描述为空气室110的第一空气室或第一空气室隔间)和第二室112(也被描述为空气室110的第二空气室或第二空气室隔间)。例如，从俯视图来看，分隔板可以具有盘状，并且可以在从顶面到底面的竖直方向上具有厚度。
在本示例性实施例中，动力变换器300可以成形为与空气室110的内侧壁的表面轮廓相对应并具有预定厚度(例如，沿竖直方向)的中空盘。特别地，拾取筒200可以穿透该中空盘的中心部分，使得拾取筒200和动力变换器300可以相同的中心轴重合。在一个实施例中，动力变换器300具有围绕拾取筒200的环形形状并固定地附接到拾取筒200，并且可以被描述为环形筒。
中空盘可以具有比空气室110的高度小的厚度(例如，沿竖直方向)，并且可以与空气室110的内侧壁间隔开，使得空气室110可以配备有室间空气管路ICL(也被称为室间空气通道)。例如，动力变换器300的外径可以小于空气室110的内侧壁的直径。空气室110中的压缩空气可以通过室间空气管路ICL在第一室111和第二室112之间相互流动，室间空气管路ICL可以是空气室110的内侧壁与动力变换器300的外周之间的间隙。
室间空气管路ICL的宽度或直径可以与动力变换器300的中空盘与空气室110的内侧壁之间的间隙距离相对应。特别地，可以考虑到可能施加到拾取筒200的过载的吸收时间来确定室间空气管路ICL的宽度。由于拾取器组装件1000可以主要用在用于拾取和安装半导体芯片的封装过程中或者用于拾取和***半导体封装的测试过程中，因此室间空气管路ICL的宽度或直径可以在约5μm至约20μm的范围内。
特别地，室间空气管路ICL可以具有与主体100的第一穿透路径PP1和第二穿透路径PP2(这将在下文中详细描述)相同的尺寸，因此空气室110中的第一室111和第二室112之间的相互流动可以与通过第一穿透路径PP1和第二穿透路径PP2的排出流动相同。
当对拾取筒200的过载和过载的吸收时间增加时，室间空气管路ICL的宽度可以根据过载和吸收时间而减小或增加。
由于吸盘SP引起的对拾取筒200的意外过载可以通过第二室112中的压缩空气减少和吸收，并且第二室112中的压缩空气可以部分地通过室间空气管路ICL向上流动到第一室111。例如，过载可以通过室间空气管路ICL被空气室110逐渐吸入，并且空气室110中的压缩空气可以通过第一排气管路FP1和第二排气管路FP2向外排出。因此，施加到拾取筒200的过载可以被空气室110中的压缩空气逐渐吸收，并且可以在拾取器组装件1000中充分防止由于过载引起的对半导体器件的损坏。
特别地，可以响应于可能意外地施加到拾取筒200的过载而在吸收时间期间将压缩空气从空气室110排出，从而充分防止对半导体器件的吸收冲击。
例如，气动源400可以包括空气罐(未示出)、可以布置在第一供应管路130和第二供应管路132上并且可以控制从空气罐到空气室110中的空气流动的控制阀(未示出)、检测空气室110中的气压的压力检测器(未示出)和用于将空气室中的气压维持均匀的气动控制器410。例如，气动控制器410可以使空气室110中的气压在约0.5bar至约1.5bar的范围内保持均匀。
在气动源400中产生的压缩空气可以通过第一供应管路130和第二供应管路132供应到空气室110中。气动控制器410可以通过改变第一室111和第二室112的气压来改变拾取筒200的移动方向。例如，气动控制器410可以通过使用控制阀单独地控制压缩空气到第一室111和第二室112的质量流量，并且拾取筒200可以根据第一室111和第二室112之间的压力差而移动。例如，当与第二室112相比，气动控制器410使更多压缩空气流入第一室111中时，拾取筒200可以由于第一室111和第二室112之间的压力差而向下移动。
当压缩空气流动入空气室110中时，通过供应管路130和132流入的压缩空气的量可以大于通过第一排气管路FP1和第二排气管路FP2流出的压缩空气的量。因此，空气室110中的气压可以由于压缩空气的流入而增加到高于周围环境，从而在空气室110中产生用于使拾取筒200向上或向下移动的驱动力。
当拾取半导体器件时，气动控制器410可以控制控制阀，使得流入空气室110中的压缩空气的量可以与流出空气室110的压缩空气的量相同，因此压缩空气在空气室110中可以处于动态平衡状态。
在这种情况下，当空气室110中的动态平衡状态被可能施加到拾取筒200的过载破坏并且压缩空气的流入量由气动控制器410维持为恒定时，空气室110中的压缩空气可以通过第一排气管路FP1和第二排气管路FP2向外排出，直到空气室110中恢复动态平衡状态为止。
因此，拾取筒200的过载可以被空气室110中的压缩空气吸收或吸入，并可以防止过载被施加到半导体器件，这可以减少或最小化由于过载导致的对半导体器件的损坏。
由于拾取筒200和动力变换器300可以在压缩空气中悬浮，所以比悬浮的拾取筒200和动力变换器300的惯性稍微大些的微小外力足以破坏空气室110中的动态平衡。因此，与可以通过常规拾取器组装件的机械吸收器来吸收过载相比，可以更灵敏地将对于拾取筒200的过载吸收到空气室110中的压缩空气中。在本示例性实施例中，约20gf至约25gf(其中“g”为克，“f”为重力加速度)的这种小负载变化可以充分吸收或吸入到空气室110的压缩空气中，使得可以保护半导体器件免受约20gf至约25gf的范围内的这种小过载。
在一个示例性实施例中，气动源400可以包括空气调节器，其可以在约0.1kgf/cm2至约0.3kgf/cm2(其中“f”是重力加速度)的范围内调节空气室110的气压。
虽然本示例性实施例仅公开了通过分别控制流入第一室111和第二室112的量来使拾取筒向下和向上移动，但是拾取器组装件1000可以配备有用于驱动拾取筒200的附加驱动器。
例如，拾取器组装件1000可以附加地配备有驱动筒，使得驱动筒可以通过机械链接***连接到拾取筒200。在这种情况下，拾取筒200可以根据驱动筒的移动而向上和向下移动。在这种情况下，空气室110的气压可以由气动源400控制，并且拾取筒200的移动可以由驱动筒控制。
上述拾取器组装件1000可以操作如下。压缩空气可以流入第一室111和第二室112之一中，因此拾取筒200可以根据压缩空气的流入而向下或向上移动。在这种情况下，流入空气室110中的压缩空气的量可以被控制为大于从空气室110流出的压缩空气的量，以便产生用于驱动拾取筒200的驱动力。
例如，当拾取筒200向下移动到芯片载体的拾取位置以便从芯片载体拾取半导体芯片时，可以将流入空气室110中的压缩空气的量控制为与从空气室110流出的压缩空气的量相同，因此压缩空气在空气室110中可以处于动态平衡状态。然后，拾取筒200的内部空间可以形成为真空压力下基本上真空的状态，使得半导体芯片可以被吸附并粘附到吸盘SP。
当拾取筒200向下移动以从芯片载体拾取半导体芯片时，由于诸如芯片载体的平坦度缺陷等的各种缺陷，可能对吸盘SP施加过载。在这种情况下，过载可以被吸收或吸入到空气室110的压缩空气中，并且空气室110中动态平衡状态被破坏。于是，空气室110中的压缩空气可以通过第一排气管路FP1和第二排气管路FP2向外排出，直到在空气室110中恢复动态平衡状态为止。因此，空气室110中的压缩空气可以用作用于吸收可能意外地施加到拾取筒200的过载的减震器。
因此，对拾取筒200的过载可以被吸收或吸入到空气室110中的压缩空气中，并且可以防止该过载被施加到半导体器件，这可以减少或最小化由于过载导致的对半导体器件的损坏。
由于压缩空气的排出速度可以由第一排气管路FP1和第二排气管路FP2的横截面积确定(例如，从平面图来看)，因此过载的吸收时间或响应时间可以主要由第一排气管路FP1和第二排气管路FP2的横截面积确定。因此，可以根据对拾取筒200的最大过载以及过载的吸收时间或响应时间，选择第一排气管路FP1和第二排气管路FP2的横截面积。
考虑到过载和响应时间，当第一排气管路FP1和第二排气管路FP2的横截面积的大小足够大而超过接合孔120中的拾取筒200的最大容许公差时，拾取器组装件1000可以配备有附加排放管路。附加排放管路可以与主体100设置在一起或者设置为与主体100分离的附加元件。
图2是示出了根据另一示例性实施例的拾取器组装件的截面图。除了第一穿透路径PP1和第二穿透路径PP2可以与主体100以及第一排气管路FP1和第二排气管路FP2设置在一起之外，图2中的拾取器组装件可以具有与图1中的拾取器组装件基本相同的结构。
如图2所示，第一穿透路径PP1和第二穿透路径PP2还可以分别布置在主体100的上部和下部，使得接合孔120可以被第一穿透路径PP1和第二穿透路径PP2包围。
例如，第一穿透路径PP1和第二穿透路径PP2可以成形为包围接合孔120的圆形狭缝，并且空气室110可以通过第一穿透路径PP1和第二穿透路径PP2与周围环境连通。
因此，当过载被施加到拾取筒200时，空气室110中的压缩空气可以通过第一穿透路径PP1和第二穿透路径PP2以及第一排气管路FP1和第二排气管路FP2向外排出。结果，从空气室110流出的压缩空气的量可以增加，并且对过载的响应时间或吸收时间可以减小。
虽然图中未示出，但是当使拾取筒200和轴承122之间的公差最小时，空气室110中的压缩空气可以正好通过第一穿透路径PP1和第二穿透路径PP2排出。
图3是示出了根据一个示例性实施例的具有图1所示的拾取器组装件的用于拾取半导体器件的拾取装置的结构图，并且图4是示出了根据一个示例性实施例的图3所示的拾取装置的底板的平面图。
参考图3和图4，根据示例性实施例的拾取装置2000可以包括：底板1100，具有供应压缩空气的单个公共空气管路1110和从公共空气管路1110分支的多个分支空气管路1120；气动中心1200，用于控制压缩空气到公共空气管路1110的空气流动；多个拾取器组装件1000，分别安装在底板1100上和/或底板1100中并连接到分支空气管路1120；以及真空压力发生器1300，向拾取器组装件1000中的每一个施加用于吸附半导体器件的真空压力。
底板1100可以包括例如具有预定厚度和足够强度的钢板。多个拾取器组装件1000可以布置在底板1100的下表面上，并且多个真空管路VL可以从底板1100的上表面连接到多个拾取器组装件1000。可以通过输送管路TL将压缩空气从气动中心1200输送到底板1100。拾取器组装件1000可以单独地被描述为包括容纳筒，其可以容纳例如图1和图2中所述的拾取筒200。
在本示例性实施例中，拾取器组装件1000可以布置成矩阵形状，使得每个拾取器组装件100的上部可以从底板1100的上表面突出。吸盘SP可以设置在每个拾取器组装件1000的下部，并且真空管路端子VLT可以设置在每个拾取器组装件1000的上部。真空管路端子VLT可以单独地连接到可以从真空压力发生器1300延伸的真空管路VL。
每个拾取器组装件1000可以具有与参照图1和图2详细描述的拾取器组装件相同的结构，因此将省略对拾取器组装件1000的任何进一步的详细描述。
在一个实施例中，真空管路VL可以包括：多个分支真空管路，其可以分别连接到每个拾取器组装件1000上的真空管路端子VLT；以及可以与分支真空管路共同连接的一对共同真空管路。
当在真空压力发生器1300中操作真空泵1320时，可以在预定的真空压力下将每个拾取器组装件1000的拾取筒200的内部空间抽成真空。因此，可以通过真空压力将半导体器件吸附并粘附到吸盘SP。
真空压力发生器1300可以包括可以连接到拾取装置2000的中央控制器1400的真空控制端1310，因此可以实时地检测和显示拾取器组装件1000的驱动条件和当前状态。因此，可以根据每个拾取器组装件1000的驱动条件和当前状态实时地控制针对拾取器组装件1000的真空压力。用于控制拾取和放下半导体器件的拾取器设备的真空压力的典型控制硬件和软件是已知的，本文不再进一步讨论。
多个空气管路AL可以布置在底板1100中，并且空气管路AL可以连接到输送管路TL，可以通过该输送管路TL从气动中心1200输送压缩空气。
气动中心1200可以包括如参照图1详细描述的气动源400以及可以连接到拾取装置2000的中央控制器1400的气动控制端1210。由于可以在气动控制端1210上检测并显示拾取器组装件1000的驱动条件和当前状态，因此可以根据每个拾取器组装件1000的驱动条件和当前状态来准确地控制每个拾取器组装件1000的空气室110中的气压。例如，气动中心1200的硬件和软件部件可以控制何时增加每个拾取器组装件1000的第一室111和第二室112中每一个的气压，以便在拾取半导体器件或放开半导体器件时减小施加到半导体器件的力，并且可以在空气室110内维持动态平衡，和/或可以基于不同的操作场景来控制总体压力。
空气管路AL可以包括可连接到输送管路TL的单个公共空气管路1110、意思可以从公共空气管路1110分支并可以连接到每个拾取器组装件1000的空气室110的多个分支空气管路1120，其中可以通过输送管路TL从气动中心1200供应压缩空气。因此，分支空气管路1120可以连接到每个拾取器组装件1000的供应管路130和132。否则，可以根据拾取装置2000的配置，用分支空气管路1120代替供应管路130和132来供应压缩空气。
可以通过输送管路TL将压缩空气从气动中心1200输送到公共空气管路1110，并且可以通过相应的分支空气管路1120向每个拾取器组装件的空气室110供应压缩空气。组合板1130可以设置在底板1100的一侧，并且拾取装置2000可以组合到用于传送所拾取的半导体芯片的传送***(未示出)。
当拾取器组装件1000的拾取筒200向下移动以从芯片载体拾取半导体芯片时，由于诸如芯片载体的平坦度缺陷等的各种缺陷，可能对吸盘SP或拾取筒200施加过载。在这种情况下，过载可以被吸收或吸入到空气室110的压缩空气中，并且空气室110中的压缩空气可以通过第一排气管路FP1和第二排气管路FP2向外排出。因此，对拾取筒200的过载可以被吸收或吸入到空气室110中的压缩空气中，并且可以防止过载施加到半导体器件，这可以减少或最小化由于过载导致的对半导体器件的损坏。
在某些示例性实施例中，约20gf至约25gf的小负载变化可以被充分吸收或吸入到空气室110的压缩空气中，使得可以保护半导体器件免受约20gf至约25gf的范围内的这种小过载。
根据通过诸如弹簧的机械吸收器吸收过载的常规拾取器组装件，过载可以与弹簧的弹性系数成比例地被吸收。因此，当过载可能太小以至于弹簧不能检测到过载时，弹簧不能吸收过载，并且过载可能导致对半导体芯片的损坏。此外，当弹簧磨损并且弹簧的弹性变差时，弹簧不会压缩，并且过载不能被吸收到弹簧中。
然而，本示例性实施例的拾取器组装件1000可以包括空气室110，在空气室110中，拾取筒200和动力变换器300可以悬浮在压缩空气中。因此，比悬浮的拾取筒200和动力变换器300的惯性稍微大些的微小外力足以破坏空气室110中压缩空气的动态平衡，从而与常规拾取器组装件的弹簧吸收过载相比，可以远远更灵敏地将针对拾取筒200的过载吸收到空气室110的压缩空气中。因此，可以通过改变空气室相对于过载的灵敏度来准确地控制由于过载引起的对半导体芯片的损坏。
图5示出了根据示例性实施例的使用拾取器组装件和拾取装置制造半导体器件的方法。在步骤501中，在制造室或房间中在托盘或其他支撑结构上提供半导体器件。例如，半导体器件可以是形成在管芯上的单个半导体芯片、或这种半导体芯片的堆叠或半导体封装。可以例如以阵列方式同时提供多个半导体器件，该多个半导体器件被布置成由附接到底板的多个拾取器组装件(例如，如图1和图2所示的拾取器组装件)拾取，例如如图3和4所示。在步骤502中，诸如图3所示的拾取装置2000等的拾取装置被(例如，用户)开启或调整以进行操作。例如，在开启或调整操作期间，气动中心1200设定要施加到多个拾取器组装件1000的空气室中的特定气压，并设定要由拾取筒200施加的真空压力。在一个实施例中，施加到空气室中的气压可以使空气室处于动态平衡。在空气室的动态平衡中，空气流动可以由气动中心控制，使得空气从空气室释放与空气被引入空气室中的量基本上相同，并且拾取筒可以处于既不升高也不下降的悬浮状态。应当注意，步骤501和502可以相对于彼此以任何顺序发生或同时发生。在步骤503中，阵列中的一个或多个半导体器件由一个或多个相应的拾取筒200拾取。当被拾取时，空气从空气室释放到拾取器组装件的外部，以便每个拾取器组装件拾取相应的半导体器件。例如，空气可以由于拾取筒200施加到半导体器件的力而被释放。
在步骤504中，可以移动半导体器件——例如，可以将底板移动到不同的位置并且可以将底板定位在第二托盘或其他支撑结构上方。在步骤505中，可以移动底板，使得半导体器件与第二托盘或支撑结构接触，并且可以释放半导体器件。在步骤506中，可以对半导体器件执行处理。例如，第二托盘或支撑件可以是封装基板晶片，然后可以将半导体器件形成为半导体封装(例如，结合到基板晶片、用封装材料覆盖、并且被分割成单独的半导体封装)时。或者第二托盘或支撑件可以是测试设备，并且可以在执行进一步的处理步骤之前测试半导体器件。以这种方式，可以使用结合图1至图4描述的拾取器组装件和拾取装置来制造半导体器件。
根据拾取器组装件和使用拾取器组装件的拾取装置的示例性实施例，空气室可以设置为主体中的开放***，该主体可以用作拾取器组装件的拾取筒的操作基座，并且压缩空气填充到空气室中，使得压缩空气在空气室中可以处于动态平衡状态。当拾取筒被施加过载时，压缩空气的动态平衡会被破坏，并且压缩空气可以向外排出，直到在空气室中压缩空气的动态平衡恢复为止。因此，微小过载可以被充分吸收到空气室中的压缩空气中，使得在通过使用拾取器组装件来拾取半导体芯片时防止由于过载引起的对半导体芯片的损坏。
特别地，随着半导体芯片的厚度减小以及半导体芯片的集成度增加，对拾取器组装件的拾取筒的微小精细的过载所引起的芯片损坏可能发生得更频繁。由于拾取器组装件的拾取筒和动力变换器可以悬浮在空气室的压缩空气中，所以比悬浮的拾取筒和动力变换器的惯性稍微大些的微小过载足以破坏空气室中的动态平衡。因此，与通过常规拾取器组装件的机械吸收器吸收过载相比，可以远远更灵敏地将过载充分吸收到空气室中的压缩空气中。因此，当使用拾取器组装件拾取半导体芯片时，可以充分防止由于过载引起的对半导体芯片的损坏。
前述是对示例性实施例的说明，且不应被解释为对其的限制。尽管已经描述了一些示例性实施例，但是本领域技术人员将容易理解，在不实质上脱离本发明的新颖教义和优点的前提下，可以在示例性实施例中进行多种修改。因此，所有这种修改旨在被包括在如在权利要求中限定的本发明的范围内。在权利要求中，装置加功能条款旨在包含在执行所述功能时本文所述的结构，并且不仅包括结构等同物还包括等同结构。因此，将理解到，前述是对各种示例性实施例的说明，而不应被解释成限制为所公开的具体示例性实施例，并且对所公开的示例性实施例的修改以及其他示例性实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种用于拾取一个或多个半导体器件的装置，所述装置包括：
主体，具有与所述主体外部的周围环境连通的空气室以及至少一个供应管路，压缩空气通过所述至少一个供应管路被供应到所述空气室中；
拾取筒，穿透所述主体并且可移动地安装在所述主体中，吸盘设置在所述拾取筒的端部；以及
动力变换器，固定到所述拾取筒并将所述空气室的气压变换成用于驱动所述拾取筒的驱动力；
其中，所述空气室分隔成第一室和第二室，
所述主体包括布置在所述主体的上部处用于排出所述第一室中的压缩空气的第一排气管路和布置在所述主体的下部处用于排出所述第二室中的压缩空气的第二排气管路，使得所述空气室通过所述第一排气管路和所述第二排气管路与周围环境流体连通；
所述主体还包括将所述第一室连通到周围环境的第一穿透路径和将所述第二室连通到周围环境的第二穿透路径。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述主体包括一对接合孔，所述一对接合孔位于所述主体的相应的相对端部，并且与所述空气室流体连通，使得所述拾取筒可移动地安装在所述接合孔处。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述装置包括一对轴承，所述一对轴承分别安装在所述接合孔的侧部并且在所述接合孔处包围所述拾取筒的圆周表面。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述动力变换器包括分隔板，所述分隔板包围所述拾取筒并且具有与所述空气室的内侧壁的表面轮廓对应的形状，使得所述空气室被所述分隔板分隔成第一室和第二室。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述空气室成形为直径大于所述拾取筒的直径的圆筒，并且所述动力变换器成形为被所述拾取筒穿透的中空盘。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述动力变换器与所述空气室的所述内侧壁间隔开，并且所述空气室设置有室间空气管路，所述压缩空气通过所述室间空气管路在所述第一室和所述第二室之间流动。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述动力变换器与所述空气室的所述内侧壁间隔 开5
Figure QLYQS_1
至20
Figure QLYQS_2
的范围内的量，使得所述室间空气管路的宽度为5
Figure QLYQS_3
至20
Figure QLYQS_4
。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一排气管路的宽度与所述主体的上部处所述拾取筒的容许公差相对应，并且所述第二排气管路的宽度与所述主体的下部处所述拾取筒的容许公差相对应。
9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第一穿透路径和所述第二穿透路径具有与所述室间空气管路相同的宽度。
10.根据权利要求1所述的装置，还包括气动源，所述气动源连接到所述供应管路并产生所述压缩空气。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述气动源包括气动控制器，所述气动控制器用于通过控制所述空气室中的气压来改变所述拾取筒的移动方向。
12.一种用于拾取半导体器件的装置，包括：
底板，具有供应压缩空气的公共空气管路和从所述公共空气管路分支的多个分支空气管路；
气动中心，用于控制所述压缩空气到所述公共空气管路的气流；
多个拾取器组装件，安装在所述底板上或所述底板中并分别连接到所述分支空气管路；以及
真空压力发生器，向所述拾取器组装件中的每一个施加用于吸附所述半导体器件的真空压力，
其中每个拾取器组装件包括：
主体，具有与所述拾取器组装件外部的周围环境连通的空气室以及连接到相应的分支空气管路并向所述空气室供应压缩空气的空气供应管路；
拾取筒，穿透所述主体并且可移动地安装在所述主体中，使得所述拾取筒的第一端部连接到所述真空压力发生器，并且所述拾取筒的与所述第一端部相对的第二端部包括吸附和粘附半导体器件的吸盘；以及
动力变换器，固定到所述拾取筒并将所述空气室的气压变换成用于驱动所述拾取筒的驱动力；
其中，所述空气室分隔成第一室和第二室，
所述主体包括布置在所述主体的上部处用于排出所述第一室中的压缩空气的第一排气管路和布置在所述主体的下部处用于排出所述第二室中的压缩空气的第二排气管路，使得所述空气室通过所述第一排气管路和所述第二排气管路与周围环境流体连通；
所述主体还包括将所述第一室连通到周围环境的第一穿透路径和将所述第二室连通到周围环境的第二穿透路径。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述动力变换器包括分隔板，所述分隔板包围所述拾取筒并且具有与所述空气室的内侧壁的表面轮廓相对应的形状，使得所述空气室被所述分隔板分隔成第一室和第二室。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述动力变换器与所述空气室的所述内侧壁间隔开，并且所述空气室设置有室间空气管路，所述压缩空气通过所述室间空气管路在所述第一室和所述第二室之间流动。
15.根据权利要求12所述的装置，其中，所述第一排气管路的宽度与所述主体的上部处所述拾取筒的容许公差相对应，并且所述第二排气管路的宽度与所述主体的下部处所述拾取筒的容许公差相对应。
16.根据权利要求12所述的装置，其中，所述气动中心包括气动控制器，所述气动控制器用于通过控制所述空气室中的气压来改变所述拾取筒的移动方向。
17. 根据权利要求16所述的装置，其中，所述气动控制器被配置为维持所述空气室中所述压缩空气处于动态平衡，使得所述动态平衡被20gf 至25gf 的范围内的负载变化破坏。
18.一种制造半导体器件的方法，包括：
向第一拾取器组装件供应压缩空气，所述第一拾取器组装件具有放置在壳体中的拾取筒，所述壳体包括分隔成第一空气室隔间和第二空气室隔间的空气室；
使用所述拾取筒拾取半导体器件；以及
在拾取所述半导体器件期间，通过多个排气管路和多个穿透路径将空气从所述空气室释放到所述第一拾取器组装件的外部；
其中，所述多个排气管路包括布置在所述壳体的上部处用于排出所述第一空气室隔间中的压缩空气的第一排气管路和布置在所述壳体的下部处用于排出所述第二空气室隔间中的压缩空气的第二排气管路，使得所述空气室通过所述第一排气管路和所述第二排气管路与周围环境流体连通；
其中，所述多个穿透路径包括将所述第一空气室隔间连通到周围环境的第一穿透路径和将所述第二空气室隔间连通到周围环境的第二穿透路径。
19. 根据权利要求18所述的方法，还包括：
向所述拾取筒的第一端供应真空压力；以及
使用所述拾取筒的与第一端相对的第二端处的吸盘来拾取所述半导体器件。
20. 根据权利要求18所述的方法，还包括：
提供底板，所述底板包括用于向包括所述第一拾取器组装件的多个拾取器组装件供应压缩空气的公共空气管路；以及
通过所述公共空气管路向所述第一拾取器组装件供应所述压缩空气。
21.根据权利要求18所述的方法，还包括：
维持所述空气室中所述压缩空气处于动态平衡。
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