CN117577598B - 一种基于晶上处理器的装卸装置及其装卸方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于晶上处理器的装卸装置,利用基座上的通孔,使得第二支撑装置的支撑杆较为容易的与晶上处理器的支持区域相贴合,在晶上处理器安装在基座的凹槽内时,通过控制升降装置垂直方向和水平方向的精密移动,避免了晶上处理器的边沿与基座凹槽内壁产生摩擦或应力导致晶上处理器的破碎;将晶上处理器从基座的凹槽内拆卸过程中,由于晶上处理器下表面的支撑区域下方为通孔,从而减小了基座与晶上处理器间真空区域的面积,在拆卸过程中利用支撑杆使晶上处理器受到多点均匀的支撑力,进而克服导热硅脂的粘性和晶上处理器下表面与基座的真空吸附力,使得晶上处理器完整的从基座的凹槽内分离。本发明还公开了基于晶上处理器的装卸方法。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域,具体涉及一种基于晶上处理器的装卸装置及其装卸方法。
背景技术
随着深度学习、大规模数据交换等领域对芯片算力及处理能力需求的不断提升,单一处理器已经无法满足所有用于大规模数据处理的场景,传统服务器集群存在着体积大、功耗高、能效比低等缺点,于是,晶上***以极高的互联带宽、功率密度和超高能效比的优势被提出。
晶上***(Software Defined System on Wafer,SOW)正是针对摩尔定律已存在不可延续的难题而提出来的,晶上***通过将多个同构或异构的处理器计算芯粒集成在一块大尺寸硅晶圆或类似的高速介质上,由介质内的高速总线将各个芯粒彼此互联,极大提升了互连密度、互连能效、互连带宽,降低了互连延迟,进而实现一个超大晶体管规模的晶上处理器集群。
晶上***的核心计算部件是晶上处理器,该晶上处理器由大量计算芯粒(KGD,Know Good Die,已知正常可用的芯粒)构成,该计算芯粒键合在无源或有源大尺寸硅基板上,组成一个“大芯片”,其硅基板内部的TSV高度一般为100um左右,所以硅基板需要从775um减薄到100um左右,才能保证TSV可以贯穿硅基板的两面。
因此,晶上处理器会产生以下问题:晶上处理器在调试、测试和使用过程中,如探测晶上处理器中硅基板的裂纹、更换晶上处理器中芯粒上的导热硅脂和替换晶上处理器中的坏芯粒等操作都需要将晶上处理器从基座中拆卸、处理和安装,由于晶上处理器的超薄硅基板的易碎特性更增加了安装、拆卸和固定的风险和难度,但目前没有一个针对晶上处理器的标准化或通用的安装、固定和拆卸的手段和装置。
因此,对于晶上***,需要设计一种针对晶上处理器的安装、拆卸及固定的方法与装置,在尽量减少晶上处理器的硅基板受到的应力的情况下,降低晶上处理器中硅基板在安装和拆卸过程中由于受力不均导致的碎裂的风险。
发明内容
本发明提供了一种基于晶上处理器的装卸装置,利用该装卸装置能够降低晶上处理器在安装和拆卸过程中破碎的风险。
本发明具体实施例提供了一种基于晶上处理器的装卸装置,包括:
晶上处理器,在所述晶上处理器下表面分布多个支撑区域和流道贴合区域,所述多个支撑区域包括位于中心的计算芯粒支撑区域和位于边缘的Dummy芯粒支撑区域,在所述晶上处理器下表面的支撑区域以外的其他区域涂抹导热硅脂;
基座,所述基座内部设有与支撑区域对应的通孔和与流道贴合区域对应的液冷流道,所述基座表面设有凹槽;
第一支撑装置,所述第一支撑装置位于基座底部用于支撑基座;
第二支撑装置,所述第二支撑装置包括多个支撑杆和支撑盘,所述支撑杆的一端固定在支撑盘上,另一端穿过基座的通孔与对应的支撑区域贴合以支撑晶上处理器;
升降装置,所述升降装置位于支撑盘底部,用于升降和平移第二支撑装置从而将晶上处理器对准安装在凹槽上或者从凹槽内拆卸晶上处理器。
进一步的,还包括拉力控制装置,所述拉力控制装置通过基座的通孔与晶上处理器下表面的Dummy芯粒支撑区域吸附连接,用于当晶上处理器安装在基座上,且移除第一支撑装置、第二支撑装置和升降装置后,通过向晶上处理器下表面的Dummy芯粒支撑区域施加拉力将晶上处理器固定在基座的凹槽内,同时控制晶上处理器边缘的翘曲度。
进一步的,所述拉力控制装置包括多个传力部件和控制部件:
其中,每个传力部件的一端通过基座的通孔吸附在Dummy芯粒支撑区域,另一端连接控制部件;
所述控制部件用于控制施加在Dummy芯粒支撑区域的拉力使得晶上处理器固定在凹槽内,并调整晶上处理器边缘的翘曲度。
进一步的,所述传力部件包括固定臂、滑轮、拉力线、拉力棒和真空吸盘:
其中,所述固定臂的一端与控制部件连接,所述固定臂的另一端与滑轮连接;
所述拉力线的一端与控制部件连接,经过固定臂和滑轮,另一端与拉力棒的一端连接,所述拉力棒的另一端和真空吸盘的一端连接,真空吸盘的另一端吸附在Dummy芯粒支撑区域上,通过拉力线使得控制部件能够控制施加在Dummy芯粒支撑区域上的拉力。
进一步的,所述晶上处理器包括芯粒层和位于芯粒层上的硅基板,其中,所述芯粒层包括位于中心区域的计算芯粒和包围计算芯粒的Dummy芯粒;
所述计算芯粒支撑区域和流道贴合区域均位于计算芯粒的下表面,所述流道贴合区域避开计算芯粒支撑区域;
所述Dummy芯粒支撑区域位于Dummy芯粒下表面。
进一步的,所述计算芯粒支撑区域位于四个计算芯粒的交汇处,所述Dummy芯粒支撑区域的尺寸小于Dummy芯粒的尺寸。
进一步的,所述升降装置包括升降托盘和底座,所述升降托盘位于底座上;
其中,所述升降托盘上放置第二支撑装置,所述升降托盘能够垂直或水平移动;
所述底座与第二支撑装置位于同一水平面。
本发明具体实施例还提供了一种利用所述的基于晶上处理器的装卸装置安装晶上处理器的方法,包括:
将升降装置和第一支撑装置放置在同一水平平面上,将基座放置在第一支撑装置上,将第二支撑装置放置在升降装置上;
将第二支撑装置的支撑杆穿过基座的通孔,并与晶上处理器下表面的支撑区域相贴合,使得晶上处理器固定在第二支撑装置上;
通过升降装置将固定在第二支撑装置上的晶上处理器下降至基座凹槽内,在晶上处理器下降过程中,通过光学对准镜头将晶上处理器下表面的支撑区域与对应的通孔进行对准,使得晶上处理器能够对准安装在基座的凹槽内。
本发明具体实施例还提供了一种利用所述的基于晶上处理器的装卸装置固定晶上处理器的方法,包括:
当晶上处理器安装在基座后,移除第一支撑装置、第二支撑装置和升降装置;
将真空吸盘和拉力棒固定在一起,将带有真空吸盘的拉力棒穿过基座的通孔与对应的Dummy芯粒支撑区域贴合,通过向拉力棒内的管道抽真空使得真空吸盘能够吸附固定在Dummy芯粒支撑区域上;
通过拉力线将带有固定臂的控制部件与拉力棒连接,通过滑轮将固定臂与拉力棒呈固定角度,通过控制部件向Dummy芯粒支撑区域施加拉力,使得晶上处理器固定在基座凹槽内,同时控制晶上处理器边缘的翘曲度。
本发明具体实施例还提供了一种利用所述的基于晶上处理器的装卸装置拆卸晶上处理器的方法,包括:
利用控制部件释放施加在Dummy芯粒支撑区域上的拉力,然后将带有固定臂的控制部件,拉力线,滑轮拆除,通过向拉力棒内的管道向真空吸盘充入空气,然后拆除带有真空吸盘的拉力棒;
将第一支撑装置设置于基座下方用于支撑基座,将第二支撑装置放在升降装置上,第一支撑装置和升降装置放在同一水平面上,将第二支撑装置的多个支撑杆通过基座的通孔对准对应的支撑区域,并与对应的支撑区域保持设定的距离,通过升降装置升高支撑杆,通过支撑杆将晶上处理器从基座的凹槽内取出。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明利用基座上的通孔,使得第二支撑装置的支撑杆较为容易的与晶上处理器的对应支撑区域相贴合,在晶上处理器安装在基座的凹槽内的过程中,通过控制升降装置垂直方向和水平方向的精密移动,避免了晶上处理器的边沿与基座凹槽内壁产生摩擦或应力导致晶上处理器的破碎;将晶上处理器从基座的凹槽内拆卸过程中,由于晶上处理器下表面的支撑区域下方为通孔,从而减小了基座与晶上处理器间真空区域的面积,在拆卸过程中利用支撑杆使晶上处理器受到多点均匀的支撑力,进而克服导热硅脂的粘性和晶上处理器下表面与基座的真空吸附力,达到了晶上处理器完整的从基座的凹槽内分离的目的。
附图说明
图1为本发明具体实施例提供的一种基于晶上处理器的装卸装置示意图;
图2为本发明具体实施例提供的晶上处理器的芯粒分布示意图;
图3为本发明具体实施例提供的在晶上处理器下表面的多个支撑区域和流道贴合区域的分布图;
图4为本发明具体实施例提供的一种基于晶上处理器的固定装置示意图;
图5为本发明具体实施例提供的基于晶上处理器的安装方法流程图;
图6为本发明具体实施例提供的基于晶上处理器的固定方法流程图;
图7为本发明具体实施例提供的基于晶上处理器的拆卸方法流程图。
其中,晶上处理器100,芯粒层110,Dummy芯粒111,计算芯粒112,支撑区域113,Dummy芯粒支撑区域113A,计算芯粒支撑区域113B,流道贴合区域114,液冷流道入口贴合区域114A,液冷流道出口贴合区域114B,硅基板120,导热硅脂130,基座200,通孔210,液冷流道220,凹槽230,第一支撑装置300,第二支撑装置400,支撑盘410,支撑杆420,升降装置500,升降托盘510,底座520,拉力控制装置600,控制部件610,传力部件620,固定臂621,滑轮622,拉力线623,拉力棒624,真空吸盘625,晶圆连接器700,PCB底板800,高速连接器900,晶上处理器供电***10000,水平线11000。
具体实施方式
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为了降低晶上处理器安装、拆卸过程中发生破碎的风险,本发明利用支撑杆穿过基座的通孔,使得支撑杆能够较为容易的与晶上处理器的对应支撑区域相贴合,同时利用升降装置的垂直方向和水平方向的精密移动,使得晶上处理器能够嵌入至基座的凹槽,并避免与凹槽摩擦和碰撞从而使得晶上处理器破碎,在拆卸过程中,本发明由于在支撑区域未涂抹导热硅脂,且支撑区域的下方为通孔,从而减小了晶上处理器与基座的凹槽的真空吸附面积,然后通过支撑杆使得晶上处理器受到了多点支撑力,使得晶上处理器能够从基座的凹槽内完整的分离出来,避免发生破碎,具体阐述如下。
本发明具体实施例提供了一种基于晶上处理器的装卸装置,如图1所示,包括晶上处理器100、基座200、第一支撑装置300、第二支撑装置400、升降装置500。
本发明具体实施例提供的晶上处理器100下表面分布多个支撑区域113和流道贴合区域114,该多个支撑区域113包括位于中心的计算芯粒支撑区域113B和位于边缘的Dummy芯粒支撑区域113A,在晶上处理器100下表面的支撑区域113以外的其他区域涂抹导热硅脂,通过导热硅脂将计算芯粒112的温度传热到液冷流道220,同时利用导热硅脂的粘度,在安装过程中,能够将晶上处理器的下表面与基座的凹槽黏连形成一定的真空区域从而起到初步固定的作用,同时在支撑区域未涂抹导热硅脂,其目的是为了较为容易的移除支撑杆避免移除过程中晶上处理器发生破碎。
在一具体实施中,本发明具体实施例提供的晶上处理器100包括芯粒层110和硅基板120,如图2所示,该芯粒层110包括位于中心区域的计算芯粒112和位于边缘的Dummy芯粒111,该计算芯粒112为已设计好的,用于运算处理的芯粒,如图3所示,在计算芯粒112的下表面设置有计算芯粒支撑区域113B和流道贴合区域114,该流道贴合区域114所在的区域为计算芯粒112中心的发热区,且与设置于基座200的液冷流道220相贴合,使得液冷流道220靠近计算芯粒112的发热区,在高效传热的同时将液冷流道220与晶上处理器100分离从而方便拆卸和安装,该流道贴合区域114包括液冷流道入口贴合区域114A和液冷流道出口贴合区域114B。该Dummy芯粒111为空白芯粒,在Dummy芯粒111下发设置Dummy芯粒支撑区域113A。
在一具体实施中,本实施例提供的晶上处理器100的排布如图2所示,在12寸硅基板上排列着184颗芯粒,每个芯粒的尺寸为15.3*15.3mm2,芯粒间的间距为1mm,布局在***一周的是44颗202-Dummy芯粒,位于中心区域的140颗是经测试好用的计算芯粒,硅基板四边沿着Dummy芯粒的外沿切割,以降低其整体翘曲。图1中,晶上处理器的硅基板厚度在减薄后为100um,计算芯粒和Dummy芯粒的厚度为未经减薄前的775um,芯粒上用于键合到硅基板上的bump的高度为85um,因此,晶上处理器整体厚度约为960um。
进一步的,本发明具体实施例提供的计算芯粒支撑区域113B位于四个计算芯粒112的交汇处,本实施例提供的Dummy芯粒支撑区域113A的尺寸小于Dummy芯粒111的尺寸,从而避免在向Dummy芯粒支撑区域113A施加拉力的过程中,对计算芯粒112产生影响。
本发明具体实施例提供的基座200内部设有与支撑区域对应的通孔210和与流道贴合区域对应的液冷流道220,所述基座表面设有凹槽230。通过通孔210利用支撑杆420和拉力棒624完成对晶上处理器的安装、固定和拆卸。
在一具体实施例中,本实施例提供的基座200为两块带有液冷流道凹槽的铜质金属材料上下组合并焊接制成,上下两部分凹槽组成封闭的液冷流道220,在基座200的上表面铣出与晶上处理器100同尺寸的凹槽230。
在一具体实施例中,本实施例提供的基座200,为两块铜质材料通过电焊形成一个内含液冷流道的整体,基座200的外形尺寸为240*240*30mm3,如图4所示,基座上表面洗出凹槽,用于嵌入晶上处理器和晶圆连接器,其凹槽外形尺寸与晶上处理器相同,深度为晶上处理器的厚度加上晶圆连接器的厚度之和,如图3及图4所示,在基座200内部包含两条液冷流道,流道宽度为18mm,深度为10mm,液冷流道覆盖每个计算芯粒的中心发热区域(晶上处理器中的液冷流道对应区域),液冷流道与基座内的通孔保持2mm以上的距离,每个流道包含一个液冷流道入口和一个液冷流道出口。晶上处理器基座中共包含49个通孔,其坐标位置分别对应于图3中的204-Dummy芯粒上的支撑及吸盘吸附区域和205-计算芯粒中的支撑区域,其中24个204-Dummy芯粒上的支撑及吸盘吸附区域位于Dummy芯粒背面,直径为12mm,25个205-计算芯粒中的支撑区域位于四个计算芯粒的边角交汇处,直径为8mm,这些通孔用于在安装、固定和拆卸晶上处理器时通过支撑柱支撑晶上处理器或通过吸盘矫正晶上处理器的翘曲。
本发明具体实施例提供的第一支撑装置300位于基座200底部用于支撑基座200,使升降托盘510上用于支撑晶上处理器100安装拆卸的支撑杆420可以托着晶上处理器100灵活升降和移动。第一支撑装置300为刚性材质。
在一具体实施例中,本实施例提供的第一支撑装置300为4个不锈钢材质的方形柱体,柱体高度为50mm,长宽分别为25mm,四个柱体安装在101-晶上处理器基座底部的四个角上,支撑101-晶上处理器基座保持稳定。
本发明具体实施例提供的第二支撑装置400包括多个支撑杆420和支撑盘410,该支撑盘410的翘曲度极低,所述支撑杆420的一端固定在支撑盘410上,另一端穿过基座的通孔210与对应的支撑区域113贴合以支撑晶上处理器100,支撑杆420的尺寸略小于通孔210,在开始安装晶上处理器100时,支撑杆420的高度要高于基座200 5mm以上。
在一具体实施例中,本实施例提供的第二支撑装置400中使用厚度为5mm、外形尺寸与硅基板120相同的不锈钢板作为刚性支撑盘410,使用直径为6mm、高度为35mm的铜柱作为102-刚性支撑柱420,使用紫外线固化胶将49个支撑柱420按照晶上处理器基座中通孔的坐标固定到刚性支撑盘410上,形成一个整体得到第二支撑装置400。
本发明具体实施例提供的升降装置500位于支撑盘410底部,用于升降和平移第二支撑装置400从而将晶上处理器100对准安装在凹槽230上或者从凹槽230内拆卸晶上处理器100。升降装置500和第一支撑装置300位于同一水平线11000。
在一具体实施例中,本实施例提供的升降装置500包括升降托盘510和底座520,所述升降托盘510位于底座520上;其中,所述升降托盘510上放置第二支撑装置400,所述升降托盘510能够垂直或水平移动,从而能够进行精密调节使得晶上处理器下表面的支撑区域与通孔对准以避免晶上处理器100与凹槽230发生摩擦和挤压导致晶上处理器100产生破碎。
在一具体实施例中,本实施例提供的升降装置500的长宽小于190*190mm2,高度可以由25mm升高到35mm,如图1所示,在安装和拆卸晶上处理器时,升降装置500的底座520安装固定在平整且坚硬的平面上,升降装置500的升降托盘510上面安装着第二支撑装置400,升降托盘510以纳米级的精度和步进进行移动。
由于存在以下两个问题:1、晶上处理器的硅基板减薄后整体翘曲较大,使硅基板上大量高密度、小尺寸的PAD无法与其辅助***(包含晶上供电***、对外高速通信接口、时钟输入、配置接口等)准确的对接;2、在晶上处理器与辅助***对接和安装时,硅基板各部位由于翘曲而受力不均匀,导致在硅基板翘曲高的部分容易因受力过大而碎裂,本发明具体实施例提供了用于固定晶上处理器100的拉力控制装置600。
本发明具体实施例提供的拉力控制装置600通过基座200的通孔230与晶上处理器100下表面的Dummy芯粒支撑区域113A吸附连接,用于当晶上处理器100安装在基座200上,且移除第一支撑装置300、第二支撑装置400和升降装置500后,通过向晶上处理器100下表面的Dummy芯粒支撑区域113A施加拉力将晶上处理器100固定在基座200的凹槽230内,同时控制晶上处理器100边缘的翘曲度。由于较薄的晶上处理器100一般在边缘区域产生翘曲,并且为了避免在下拉过程中对计算芯粒产生影响,本发明具体实施例向晶上处理器100下表面的,位于边缘区域的Dummy芯粒支撑区域113A施加拉力来调整。
在一具体实施例中,本实施例提供的拉力控制装置600包括多个传力部件620和控制部件610:其中,每个传力部件620的一端通过基座200的通孔230吸附在Dummy芯粒支撑区域113A,另一端连接控制部件610;该控制部件610用于控制传力部件620施加在Dummy芯粒支撑区域113A的拉力使得晶上处理器100固定在凹槽230内,并调整晶上处理器100边缘的翘曲度。
在一具体实施例中,本实施例提供的传力部件620包括固定臂621,滑轮622,拉力线623,拉力棒624和真空吸盘625:
其中,所述固定臂621的一端与控制部件610连接,所述固定臂621的另一端与滑轮622连接;该拉力线623的一端与控制部件610连接,经过固定臂621和滑轮622,另一端与拉力棒624的一端连接,所述拉力棒624的另一端和真空吸盘625的一端连接,真空吸盘625的另一端吸附在Dummy芯粒支撑区域113A上,通过拉力线623使得控制部件610能够控制施加在Dummy芯粒支撑区域113A上的拉力。
进一步的,本实施例提供的拉力棒624、真空吸盘625的数量与基座200的通孔210数量相同,真空吸盘625和拉力棒624的直径均小于基座200的通孔210的尺寸,拉力棒624中包含向真空吸盘625进行空气抽取和注入的管道,拉力棒624底部包含一个用于安装拉力线的水平方向的通孔。
进一步的,对于真空吸盘和拉力棒组成的阵列,包含24个真空吸盘和24个拉力棒,真空吸盘的直径为10mm,拉力棒的直径为6mm,拉力棒内部的管道可以配合外部的吸气打气筒将吸盘内的空气吸出或为吸盘注入空气,进而将吸盘粘附在Dummy芯粒背面或是从Dummy芯粒背面拆下。
进一步的,本实施例提供的控制部件610,安装于基座200下方,用于控制贴附在Dummy芯粒111背面真空吸盘的拉力,改善晶上处理器100的翘曲,其内部包含与真空吸盘625及拉力棒624同等数量的拉力检测与控制通道,每个通道可以单独控制和检测对应真空吸盘625对Dummy芯粒支撑区域113A的拉力,每个通道在装置四周的侧壁水平伸出一个带滑轮622的固定臂621,滑轮622的外边沿与拉力棒624的中心延长线相切。
进一步的,本实施例提供的控制部件610外壳为一个上下表面平整的箱体,其下方安装在平整的平面上,上方安装基座200。控制部件610的侧壁四周包含24个滑轮和对应的固定臂,滑轮上的拉力线一端连接在拉力棒末端的安装拉力线的孔上,另一端连接控制部件610内部的伺服电机,每个伺服电机通过步进精确的控制拉力绳上的拉力,在控制拉力的同时监测其拉力绳上的扭矩,并通过电信号反馈到拉力检测与控制装置的显示屏幕上或是传到晶上***外部的远程控制台上进行显示和监控。
在一具体实施例中,本实施提供的晶圆连接器700用于连接晶上处理器100与外部辅助***(包含供电***、对外高速连接器等),该晶圆连接器700由弹性连接器嵌入到硬质材料的支撑基座中形成弹性连接器阵列,再将若干弹性连接器阵列组合粘接成一个与晶上处理器100同尺寸的晶圆连接器700,该弹性连接器为毛纽扣。
进一步的,本实施提供的晶圆连接器700水平方向的尺寸与晶上处理器尺寸相同,高度为2mm,使用LCP材料作为支撑结构并嵌入2mm长、0.254mm直径的微型毛纽扣,整个晶圆连接器700由184个小块的毛纽扣阵列通过紫外线固化胶组成一个与晶上处理器100同尺寸的毛纽扣阵列,晶圆连接器连接供电***、对外通信的高速连接器和晶上处理器。
在一具体实施例中,本实施提供的晶上处理器供电***10000接收来自***外的高压输入,将其转换为晶上处理器100中芯粒所需的电压,为晶上处理器100供电,其底部为一块高速PCB底板800,PCB底板800四周布置晶上处理器100与外部设备互连通信的高速连接器900,PCB底板800下方的PAD与晶圆连接器700对接。
进一步的,对于晶上处理器供电***10000,底部为PCB底板800, PCB底板800安装在晶上处理器100上,与晶圆连接器700对接,供电***内部包含多个电压转换模块,将***外48V直流电压转换成晶上处理器100中芯粒所需的低电平电压(如0.8V、1.2V、1.8V等)。
本发明具体实施例还提供了基于晶上处理器的安装、固定和拆卸方法,利用该方法能够在尽量减少晶上处理器的硅基板受到的应力的情况下避免晶上处理器在安装、固定和拆卸过程中发送破碎。
本发明具体实施例提供了一种利用基于晶上处理器的装卸装置安装晶上处理器的方法,包括:
(1)制作晶上处理器:将184个芯粒键合在12寸201-硅基板上,切割201-硅基板边缘部分。然后将晶上处理器中计算芯粒的背面或基座的上表面凹槽中涂上导热硅脂,但避开晶上处理器的支撑区域。
制作第二支撑装置:使用49个铜质支撑柱按照Dummy芯粒支撑区域和计算芯粒支撑区域坐标用紫外线固化胶将其粘到不锈钢材质的刚性支撑盘上,形成第二支撑装置400。
(2)将升降装置和第一支撑装置安装在一个水平面上,升降装置的升降托盘上放置晶上第二支撑装置,使用第一支撑装置支撑着基座,将支撑杆穿过基座的通孔,并与晶上处理器下表面的支撑区域相贴合,使得晶上处理器固定在第二支撑装置上。
(3)通过升降装置将固定在第二支撑装置上的晶上处理器下降至基座凹槽上,在晶上处理器下降过程中,通过光学对准镜头将晶上处理器下表面的支撑区域与对应的通孔进行对准,使得晶上处理器能够对准安装在基座上。
在一具体实施例中,将升降装置的托盘升高,使支撑杆高于基座的上表面,将晶上处理器水平放置在支撑柱上,且基座的凹槽垂直对应位置,然后降落升降托盘,使用光学对准镜头查看晶上处理器与凹槽的相对位置,如有偏差则调整升降托盘在水平方向移动,在晶上处理器完全嵌入到基座的凹槽中后撤走移除第一支撑装置、第二支撑装置和升降装置。
本发明具体实施例提供了一种利用基于晶上处理器的装卸装置固定晶上处理器的方法,包括:
(1)当晶上处理器安装在基座后,移除第一支撑装置、第二支撑装置和升降装置。
(2)将真空吸盘和拉力棒固定在一起,将带有真空吸盘的拉力棒穿过基座的通孔与对应的Dummy芯粒支撑区域贴合,通过向拉力棒内的管道抽真空将真空吸盘吸附固定在Dummy芯粒支撑区域上。
在一具体实施例中,将真空吸盘和拉力棒组装到一起,然后将24个带吸盘的拉力棒伸入基座的通孔中,将真空吸盘与Dummy芯粒背面抽干空气、形成真空,使真空吸盘和拉力棒固定在晶上处理器Dummy芯粒的背面。
(3)通过拉力线将带有固定臂的控制部件与拉力棒连接,通过滑轮将固定臂与拉力棒呈固定角度,通过控制部件向Dummy芯粒支撑区域施加拉力,使得晶上处理器固定在基座凹槽内,同时控制晶上处理器边缘的翘曲度。
在一具体实施例中,将控制部件安装在基座下方,装置的固定臂和滑轮调整到和带吸盘拉力棒呈90度直角,使用拉力线将每一个拉力棒通过滑轮连接到控制部件内部的伺服电机上。
通过控制部件的伺服电机控制每一路拉力线的拉力,使其保持初始拉力一致,然后使用翘曲度探测仪器探测晶上处理器上平面的翘曲度,标准晶上处理器的翘曲为中间凹陷、两边翘的形状,通过不断微调每一路拉力线的拉力值,降低晶上处理器的整体翘曲度,直至翘曲度小于0.1mm。
本发明具体实施例提供了一种利用基于晶上处理器的装卸装置固定晶上处理器的方法,还包括:
(4)将晶上连接器嵌入到晶上处理器基座中,贴合在晶上处理器的硅基板上,使晶上连接器与晶上处理器基座的上表面齐平,最后安装PCB底板和晶上处理器供电***,使用螺丝将供电***和PCB底板固定在晶上处理器基座上。
本发明具体实施例提供了一种利用基于晶上处理器的装卸装置拆卸晶上处理器的方法,包括:
(1)利用控制部件释放施加在Dummy芯粒支撑区域上的拉力,然后将带有固定臂的控制部件,拉力线,滑轮拆除,通过向拉力棒内的管道向真空吸盘充入空气,然后拆除带有真空吸盘的拉力棒。
在一具体实施例中,将与控制部件连接的每路拉力线的拉力同时匀速减小,直至所有拉力线的拉力为零,然后将拉力线和控制部件拆除,使用打气筒通过拉力棒中的管道给所有真空吸盘充入空气,然后逐一拆除所有吸附Dummy芯粒上的真空吸盘和拉力棒。
(2)将第一支撑装置设置于基座下方用于支撑基座,将第二支撑装置放在升降装置上,第一支撑装置和升降装置放在同一水平面上,升降装置降到最低点,将第二支撑装置的多个支撑杆通过基座的通孔对准对应的支撑区域,且支撑杆与晶上处理器保持3mm以上的空隙,通过升降装置升高支撑杆,通过支撑杆将晶上处理器从基座凹槽内取出。
当晶上处理器还固定有晶圆连接器、PCB底板和高速连接器时,本发明具体实施例提供了一种利用基于晶上处理器的装卸装置拆卸晶上处理器的方法,包括:
(1)利用控制部件释放施加在Dummy芯粒支撑区域上的拉力,然后将带有固定臂的控制部件,拉力线,滑轮拆除,通过向拉力棒内的管道向真空吸盘充入空气,然后拆除带有真空吸盘的拉力棒。
在一具体实施例中,将与控制部件连接的每路拉力线的拉力同时匀速减小,直至所有拉力线的拉力为零,然后将拉力线和控制部件拆除,使用打气筒通过拉力棒中的管道给所有真空吸盘充入空气,然后逐一拆除所有吸附Dummy芯粒上的真空吸盘和拉力棒。
(2)拆掉晶上***的供电***和基座之间的固定螺丝,再将供电***和PCB底板拆除。
(3)将第一支撑装置设置于基座下方用于支撑基座,将第二支撑装置放在升降装置上,第一支撑装置和升降装置放在同一水平面上,升降装置降到最低点,将第二支撑装置的多个支撑杆通过基座的通孔对准对应的支撑区域,且支撑杆与晶上处理器保持3mm以上的空隙,通过升降装置升高支撑杆,通过支撑杆将晶上处理器从基座凹槽内取出。
本实施例中详细描述了一种针对晶上处理器安装拆卸及固定的方法与装置,采用在晶上处理器中芯粒的背面施加多点拉力和支撑力的方式对晶上处理器进行安装、固定和拆卸,将应力均匀分摊到多个775um厚的芯粒上,避免了直接对100um厚度的12寸超薄硅基板施加应力而导致其破碎,本发明有效的降低了晶上处理器的翘曲,在不影响晶上***散热性能的同时,提升了***中晶上处理器在安装和拆卸过程中的可靠性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于晶上处理器的装卸装置,其特征在于,包括:
晶上处理器,在所述晶上处理器下表面分布多个支撑区域和流道贴合区域,所述多个支撑区域包括位于中心的计算芯粒支撑区域和位于边缘的Dummy芯粒支撑区域,在所述晶上处理器下表面的支撑区域以外的其他区域涂抹导热硅脂;
基座,所述基座内部设有与支撑区域对应的通孔和与流道贴合区域对应的液冷流道,所述基座表面设有凹槽;
第一支撑装置,所述第一支撑装置位于基座底部用于支撑基座;
第二支撑装置,所述第二支撑装置包括多个支撑杆和支撑盘,所述支撑杆的一端固定在支撑盘上,另一端穿过基座的通孔与对应的支撑区域贴合以支撑晶上处理器;
升降装置,所述升降装置位于支撑盘底部,用于升降和平移第二支撑装置从而将晶上处理器对准安装在凹槽上或者从凹槽内拆卸晶上处理器;
还包括拉力控制装置,所述拉力控制装置通过基座的通孔与晶上处理器下表面的Dummy芯粒支撑区域吸附连接,用于当晶上处理器安装在基座上,且移除第一支撑装置、第二支撑装置和升降装置后,通过向晶上处理器下表面的Dummy芯粒支撑区域施加拉力将晶上处理器固定在基座的凹槽内,同时控制晶上处理器边缘的翘曲度;
所述拉力控制装置包括多个传力部件和控制部件:
其中,每个传力部件的一端通过基座的通孔吸附在Dummy芯粒支撑区域,另一端连接控制部件;
所述控制部件用于控制施加在Dummy芯粒支撑区域的拉力使得晶上处理器固定在凹槽内,并调整晶上处理器边缘的翘曲度;
所述传力部件包括固定臂、滑轮、拉力线、拉力棒和真空吸盘:
其中,所述固定臂的一端与控制部件连接,所述固定臂的另一端与滑轮连接;
所述拉力线的一端与控制部件连接,经过固定臂和滑轮,另一端与拉力棒的一端连接,所述拉力棒的另一端和真空吸盘的一端连接,真空吸盘的另一端吸附在Dummy芯粒支撑区域上,通过拉力线使得控制部件能够控制施加在Dummy芯粒支撑区域上的拉力。
2.根据权利要求1所述的基于晶上处理器的装卸装置,其特征在于,所述晶上处理器包括芯粒层和位于芯粒层上的硅基板,其中,所述芯粒层包括位于中心区域的计算芯粒和包围计算芯粒的Dummy芯粒;
所述计算芯粒支撑区域和流道贴合区域均位于计算芯粒的下表面,所述流道贴合区域避开计算芯粒支撑区域;
所述Dummy芯粒支撑区域位于Dummy芯粒下表面。
3.根据权利要求2所述的基于晶上处理器的装卸装置,其特征在于,所述计算芯粒支撑区域位于四个计算芯粒的交汇处,所述Dummy芯粒支撑区域的尺寸小于Dummy芯粒的尺寸。
4.根据权利要求1所述的基于晶上处理器的装卸装置,其特征在于,所述升降装置包括升降托盘和底座,所述升降托盘位于底座上;
其中,所述升降托盘上放置第二支撑装置,所述升降托盘能够垂直或水平移动;
所述底座与第二支撑装置位于同一水平面。
5.一种利用根据权利要求1-4任一项所述的基于晶上处理器的装卸装置装卸晶上处理器的方法,其特征在于,包括:
将升降装置和第一支撑装置放置在同一水平平面上,将基座放置在第一支撑装置上,将第二支撑装置放置在升降装置上;
将第二支撑装置的支撑杆穿过基座的通孔,并与晶上处理器下表面的支撑区域相贴合,使得晶上处理器固定在第二支撑装置上;
通过升降装置将固定在第二支撑装置上的晶上处理器下降至基座凹槽内,在晶上处理器下降过程中,通过光学对准镜头将晶上处理器下表面的支撑区域与对应的通孔进行对准,使得晶上处理器能够对准安装在基座的凹槽内;
当晶上处理器安装在基座后,移除第一支撑装置、第二支撑装置和升降装置;
将真空吸盘和拉力棒固定在一起,将带有真空吸盘的拉力棒穿过基座的通孔与对应的Dummy芯粒支撑区域贴合,通过向拉力棒内的管道抽真空使得真空吸盘能够吸附固定在Dummy芯粒支撑区域上;
通过拉力线将带有固定臂的控制部件与拉力棒连接,通过滑轮将固定臂与拉力棒呈固定角度,通过控制部件向Dummy芯粒支撑区域施加拉力,使得晶上处理器固定在基座凹槽内,同时控制晶上处理器边缘的翘曲度。
6.根据权利要求5所述的基于晶上处理器的装卸装置装卸晶上处理器的方法,其特征在于,包括:
利用控制部件释放施加在Dummy芯粒支撑区域上的拉力,然后将带有固定臂的控制部件,拉力线,滑轮拆除,通过向拉力棒内的管道向真空吸盘充入空气,然后拆除带有真空吸盘的拉力棒;
将第一支撑装置设置于基座下方用于支撑基座,将第二支撑装置放在升降装置上,第一支撑装置和升降装置放在同一水平面上,将第二支撑装置的多个支撑杆通过基座的通孔对准对应的支撑区域,并与对应的支撑区域保持设定的距离,通过升降装置升高支撑杆,通过支撑杆将晶上处理器从基座的凹槽内取出。
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