CN1503320A - 薄晶粒分离装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于薄晶粒分离装置及方法，首先，使用由多个推针组成的分离装置使所述的晶粒从粘性膜表面部分脱离，进而使用一夹套夹取薄晶粒，并将薄晶粒自粘性膜的粘性表面分离；每个推针大体上对准该欲分离晶粒几何形状的角处，且与该晶粒边缘保持预定距离，并用以接触和抬起该粘性膜上未粘附该晶粒的一表面。

Description

薄晶粒分离装置与方法
技术领域
本发明涉及一种运用于电子装联流程中薄晶粒分离装置及方法，其是使用多个推针定位于特定位置上，以利于薄晶粒分离程序的进行。
背景技术
通常，在芯片加工过程中，以阵列形式排列的半导体晶粒所组成的芯片会先在膜构架(film frame)上进行切割(dicing)，然后送到打线接合机器(die bonding machines)中进行置放(placement)。在一典型的晶粒打线接合程序中，首先是从如塑胶粘性膜(plastic adhesive film)或聚酯薄膜(如Mylar)等的膜构架(film frame)上分离并提起晶粒，然后转送到一基材如铅构架(lead frame)基材或是印刷配线板(PWB)基材上。典型的分离程序(pick-up process)做法是先将选定的晶粒精准地放到塑胶粘性膜上的特定位置，由上推针(push-up pins)将晶粒从下向上顶起，此时该塑胶粘性膜则是利用真空抽吸使其保持固定；接着移动一夹套(collet)或是拾起装置(pick-up tool)至晶粒的正上方，在上推针将晶粒向上推至一适当高度时，晶粒会从塑胶粘性膜上部分分离，接着由夹套以真空抽吸的方式将晶粒固定并从该塑胶粘性膜转移到打线接合基材上。
传统对于欲分离的晶粒为小晶粒(如宽度小于2mm)时，通常使用单一推针，将其置于欲分离晶粒的中央位置。然而，若欲分离的晶粒为较大的晶粒，则会使用多个推针，以使向上的推力能平均地分散在晶粒上并减少推针的夹挤作用(pinching effect)。当晶粒愈薄，在晶粒与塑胶粘性膜分离的过程中愈有可能发生晶粒断裂或是碎裂的情形，主要是因为推针带给晶粒的应力在使晶粒与粘性膜剥离(delamination)之前就先到达了晶粒可承受的弯曲应力的临界点(critical failure bending stress)。这样的情况在(i)晶粒较大(ii)晶粒较薄(iii)晶粒与塑胶粘性膜之间的粘着力较大的状况时尤为严重。
现有技术中的分离程序包含有使用单一或多个推针的典型上推装置(push-up mechanism)。图1为一典型的上推装置与其周边设备，一真空分离平台(vacuum ejector platform)，其保护盖上的孔洞是与真空抽吸器连接，以便于在分离过程中用来将选定的欲分离晶粒及塑胶粘性膜固定在某特定的位置上。真空分离平台保护盖的内部有一固定推针用的卡盘，并连接于一可提供推针垂直上推运动动力的动力机组。推针在上推运动的过程中会向上移动并推动晶粒与塑胶粘性膜，以使得粘着在该粘性膜上的晶粒开始剥离并与该粘性膜分开，其中，当推针上升至某一特定高度，晶粒与塑胶粘性膜之间的附着力和附着区域会小到足以让夹取夹套(pick-up collet)能将晶粒通过真空抽吸的方式拉离该粘性膜。
美国专利第5,755,373号所述的“一种晶粒上推装置”，用于半导体设备，其在接合机器中使用带单一上推针的推针分离装置。此装置可以在小且厚的晶粒(如厚度超过0.2mm)上有较佳的应用效果，但所处理晶粒的尺寸较大(如宽度超过5mm)时，可能就得使用两级的分离程序(如美国专利第4,850,780号所述的“预剥离晶粒分离装置”)。尤其在该第5,755,373号美国专利中，如果处理较薄(如厚度小于0.1mm)及尺寸较大(如宽度大于4mm)的晶粒时，那么使用单一推针的装置执行晶粒分离过程会发生问题。
至于现有技术中，如美国专利案第4,850,780号及审查中已公开的美国专利案第2001/0017403A1号等皆已经揭露使用多个推针的方法，然而对于推针位置的安排并没有针对极薄(如厚度小于0.1mm)的晶粒作最佳化的处置。虽然这些现有技术的设计在某种程度上已经能减少夹挤作用并将晶粒在分离程序中所受到的损害降低，然而在处理较大(如宽度大于4mm)且较薄(如厚度小于0.1mm)的晶粒时，就必须针对多个推针位置的安排作最佳化处理以避免晶粒在分离(pick-up)的过程中断裂或碎裂。
发明内容
本发明的目的是在于寻找一种装置和方法，以求在不对晶粒造成伤害的前提下，尽可能于晶粒分离程序中增加晶粒与粘性膜之间的剥离应力，并有效强化剥离效果。
本发明首先公开一种薄晶粒分离装置，其包含有：粘性膜，该粘性膜具有一粘性面并粘附多个晶粒；夹套，该夹套用以夹取晶粒，并将其从该粘性膜表面分离；具有多个推针的分离装置，其中，每个推针大体上对准该欲分离晶粒几何形状的角处，且与该晶粒边缘保持预定距离，并用以接触和抬起该粘性膜上未粘附该晶粒的一表面，而使该晶粒自该粘性膜表面部分脱离，以便于通过该夹套进行分离。
本发明其次揭露了一种薄晶粒分离方法，将固定在粘性膜表面的晶粒脱离，其包含有以下步骤：运用多个推针，其中该多个推针用以接触并向上抬起粘性膜未粘附该晶粒的一表面，且该多个推针的位置大体上对准该晶粒几何形状的角处，并与该晶粒边缘保持一预定距离；通过上推该粘性膜大体对应于该晶粒几何形状角处的部分，使该晶粒自粘性膜表面部分脱离；以及夹取该自粘性膜表面部分脱离的晶粒，并将其自粘性膜表面分离。
通过参考说明本发明的实施例的附图将有助于对本发明的细节作更详细的描述。图示中任何独特之处和相关的描述不妨碍本发明的一般性及其如权利要求中所定义的广泛类似装置。
附图说明
本发明相应装置和方法的一个实施例现结合下述的附图说明如下，其中：
图1为现有技术一种分离装置(die ejector device)与其周边设备的侧剖面示意图；
图2a为现有技术中上推装置使用单一推针的推针排列方法的俯视图；
图2b为现有技术中上推装置使用多个推针的推针排列方法的俯视图；
图3为本发明较佳实施例一种分离装置与其周边设备的侧剖面示意图；
图4a、4b、4c为本发明较佳实施例中，对准欲分离晶粒几何形状的角处附近的、分离装置的多个推针的不同排列方式的俯视图，图中Δ为推针与晶粒边缘的预定距离。
具体实施方式
如图1所示为现有技术中用于晶粒分离过程的分离装置与其周边设备。多个晶粒3粘附于一塑胶粘性膜4上，该塑胶粘性膜4固定在一带扩张机(expander，图中未示，其适用在晶粒切割后将粘性膜上的晶粒间距离加大)的粘晶机(wafer table)上，并由该扩张机将晶粒3移动至真空分离平台8(vacuum ejector platform)处。该真空分离平台8为一壳状，内含一组动力机组以推动支撑单一或多个推针6的卡盘7。卡盘7提供有用于推针6的固定孔洞及固定用的托座，而其本身则通过一动力机组(图中未示)的推动而上下运动。将欲分离的晶粒3移动至真空分离平台8的中央处即可开始整个分离程序。该塑胶粘性膜4由一真空抽吸装置9透过真空分离平台8顶端的孔洞5以真空抽吸方式固定在真空分离平台8的上表面，而该塑胶粘性膜4的四周则是通过外环真空抽吸装置10以真空抽吸方式固定。推针6会上升至超过真空分离平台8的上表面并将粘附在塑胶粘性膜4表面的晶粒3抬起，与此同时，自上方移动一夹套2至晶粒3的正上方并启动真空抽吸装置1以夹取晶粒3，并将晶粒3自塑胶粘性膜4上剥离。
在现有技术中，欲分离晶粒的上推运动是由如图2所示的单一或多个推针完成，或者是由两级的上推运动完成(如美国专利案第4,850,780号中所述)。现有技术对推针的排列方式并无特别设计。当晶粒的厚度较厚及尺寸较小时，现有技术是可行的；而当晶粒的厚度较薄及尺寸较大时，在推针6向上推动塑胶粘性膜4上的晶体3的分离过程中，晶粒很可能会碎裂或是破裂成两块或更多块。
如图3所示为本发明较佳实施例所述的一种分离装置与其周边设备。粘附固定多个晶粒3于塑胶粘性膜4上；具有真空抽吸装置1的夹套2用于将夹取固定晶粒3和将晶粒3自塑胶粘性膜4的粘性表面分离；一组包含多个推针6、6a的上推装置，其中，四个推针6a用于接触和抬起该塑胶粘性膜4上未粘附晶粒3的一表面，四个推针6a中每个的定位位置大体上对准所述晶粒3几何形状的角处，并与该晶粒3的边缘保持一预定距离；推针6、6a由一可移动的卡盘7所支撑。当该晶粒3从塑胶粘性膜4的表面部分脱离时，夹套2下降而将该晶粒3分离。
在推针6、6a与塑胶粘性膜4接触的过程中，真空分离平台8用以支撑粘附有欲分离晶粒3的塑胶粘性膜4的一部分，其中，真空分离平台8在其上对准欲分离晶粒3的每一角落处设有孔洞；此外，当分离装置具有一个或多个推针6以接触晶粒3的中央处时，则真空分离平台8在其上对准欲分离晶粒3的中央处设有一个或多个孔洞。推针6、6a容置于该真空分离平台8中，并凸伸穿过所述孔洞，在该晶粒3的下方和该塑胶粘性膜4接触。
该塑胶粘性膜4通过一真空抽吸装置9及外环真空抽吸装置10以真空抽吸方式固定在真空分离平台8上。
本发明独特之处在于处理较薄及较大的晶粒。为了得到较佳的分离效果，对准欲分离晶粒几何形状角处的推针6a的位置与晶粒3边缘的距离不能超过某一预定距离值Δ，此项要求的成立背景可以是另有单一或多个的大体上对准晶粒3中央处的推针6，如图4a及图4b所示；或者是没有其他的中央处的推针6，如图4c所示。
而预定距离的大小则取决于以下一个或多个因素：
(i)、欲分离晶粒3的厚度、尺寸和其弹性系数。若该晶粒3较厚、较小和/或弹性较大，则Δ可取用较大的值。
(ii)、塑胶粘性膜4的厚度及其弹性系数。若该塑胶粘性膜4较厚或弹性较大，则Δ可取用较大的值。
(iii)、晶粒3与塑胶粘性膜4粘附介面的粘附力强度。若该粘附力强度较低，则Δ可取用较大的值。
(iv)、推针6、6a的形状和尺寸。若推针6、6a的有效支撑面积较大，则Δ可取用较大的值。
另一方面，预定距离Δ取值应小于某一临界值Δc。在此只以举例的方式，说明几种较佳的Δc值：
(i)、若欲分离晶粒3为硅(silicon)晶粒，而其宽度介于3mm至8mm之间，且厚度小于0.15mm，另该塑胶粘性膜4厚度约为0.1mm，且该晶粒3与塑胶粘性膜4粘附介面的粘附力强度小于每平方公尺15焦耳时，从该晶粒3边缘起的预定距离最好小于1.2mm。
(ii)、若欲分离晶粒3为硅晶粒，而其宽度大于8mm，且厚度小于0.15mm，另该塑胶粘性膜4厚度约为0.1mm，且该晶粒3与塑胶粘性膜4粘附介面的粘附力强度小于每平方公尺15焦耳时，从该晶粒3边缘起的预定距离最好小于1.6mm。
(iii)、若欲分离晶粒3为砷化镓(gallium arsenide)晶粒，而其宽度介于3m至8mm之间，且厚度小于0.15mm，另该塑胶粘性膜4厚度约为0.1mm，且该晶粒3与塑胶粘性膜4粘附介面的粘附力强度小于每平方公尺15焦耳时，从该晶粒3边缘起的预定距离最好小于0.6mm。
由于硅与砷化镓各自不同的属性，某一预定距离Δ在晶粒为砷化镓时一般来说会较晶粒为硅时要来得小。推针6或是其他任何形式的上推装置的尺寸应有一定限制，以令其在上推塑胶粘性膜4的晶粒分离过程中能产生一定的有效接触面积。每一推针6、6a最好能有至少1×10-4mm2的有效接触面积。
应注意的是，通过排列具有有限尺寸的多个推针6a于大体上对准该晶粒3几何形状的角处，欲分离晶粒3与粘性膜4粘附介面于分离程序中产生的高剥离应力将集中于晶粒边缘及角处附近。排列推针6a于该晶粒3几何形状的角处增加了正向的剥离应力，这样，有助于自塑胶粘性膜4表面剥离该晶粒3—该晶粒3将更容易在其碎裂之前自塑胶粘性膜4表面脱离。同时，将多个推针6a排列于晶粒3几何形状的角处也降低了该晶粒3的形变应力，特别是弯曲形式的形变，并从而减少因分离程序造成晶粒碎裂的机率。
本发明包含符合上述实施例所描述实施方式的精神的任何形式的变化、修改和/或其他元件的添加，而非仅局限于上述实施例所描述的特定实施方式。
显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在其附加的权利要求的范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其他的实施例中施行。上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本新型所揭示的精神下所无成的等效改变或修饰，均应包含在上述申请专利范固内。

Claims (20)

1、一种薄晶粒分离装置，该薄晶粒分离装置包含有：
粘性膜，该粘性膜具有一粘性面并粘附多个晶粒；
夹套，该夹套用以夹取晶粒，并将其从该粘性膜表面分离；
具有多个推针的分离装置，其中，每个推针大体上对准该欲分离晶粒几何形状的角处，且与该晶粒边缘保持预定距离，并用以接触和抬起该粘性膜上未粘附该晶粒的一表面，而使该晶粒自该粘性膜表面部分脱离，以便于通过该夹套进行分离。
2、如权利要求1所述的薄晶粒分离装置，其特征在于：该预定距离取决于以下所述一个或多个因素，这些因素包含有：
该晶粒的厚度、尺寸及弹性系数；
该粘性膜的厚度及弹性系数；
该晶粒与该粘性膜之间粘附介面的粘附力强度；
该推针的形状和尺寸大小。
3、如权利要求1所述的薄晶粒分离装置，其特征在于：该与所述晶粒边缘的预定距离小于1.2mm，此时，该晶粒为宽度介于3m至8mm之间且厚度小于0.15mm的硅晶粒，而该粘性膜厚度约为0.1mm，且该晶粒与该粘性膜粘附介面之间的粘附力强度小于每平方公尺15焦耳。
4、如权利要求1所述的薄晶粒分离装置，其特征在于：该与所述晶粒边缘的预定距离小于1.6mm，此时，该晶粒为宽度大于8mm且厚度小于0.15mm的硅晶粒，而该粘性膜厚度约为0.1mm，且该晶粒与该粘性膜粘附介面之间的粘附力强度小于每平方公尺15焦耳。
5、如权利要求1所述的薄晶粒分离装置，其特征在于：该与所述晶粒边缘的预定距离小于0.5mm，此时，该晶粒为宽度介于3mm至8mm之间且厚度小于0.15mm的砷化镓晶粒，而该粘性膜厚度约为0.1mm，且该晶粒与该粘性膜粘附介面之间的粘附力强度小于每平方公尺15焦耳。
6、如权利要求1所述的薄晶粒分离装置，其特征在于：该装置包含有真空分离平台，该真空分离平台是在该粘性膜与该分离装置接触时支撑粘附有该欲分离晶粒的该粘性膜的一部分。
7、如权利要求6所述的薄晶粒分离装置，其特征在于：该装置包含有位置大体上对准该欲分离晶粒几何形状角处的孔洞，及复数个推针，其中该推针容置于该真空分离平台内，并凸伸穿过所述孔洞和该晶粒接触。
8、如权利要求1所述的薄晶粒分离装置，其特征在于：该分离装置包含至少四个位置大体上对准该晶粒几何形状角处的推针。
9、如权利要求8所述的薄晶粒分离装置，其特征在于：该装置还包含一个或多个位置大体上对准该晶粒中央处的推针。
10、如权利要求1所述的薄晶粒分离装置，其特征在于：该每一推针具有至少10-4mm2的有效接触面积。
11、一种薄晶粒分离方法，该分离粘性膜上所粘附薄晶粒的方法包含有以下步骤：
运用多个推针，其中该多个推针用以接触并向上抬起粘性膜未粘附该晶粒的一表面，且该多个推针的位置大体上对准该晶粒几何形状的角处，并与该晶粒边缘保持一预定距离；
通过上推该粘性膜大体对应于该晶粒几何形状角处的部分，使该晶粒自粘性膜表面部分脱离；以及
夹取该自粘性膜表面部分脱离的晶粒，并将其自粘性膜表面分离。
12、如权利要求11所述的薄晶粒分离方法，其特征在于：该方法包含有：确定该预定距离的步骤，该预定距离取决于以下所述一个或多个因素，这些因素包含有：
该晶粒的厚度、尺寸及弹性系数；
该粘性膜的厚度及弹性系数；
该晶粒与该粘性膜之间粘附介面的粘附力强度；
该推针的形状和尺寸大小。
13、如权利要求11所述的薄晶粒分离方法，其特征在于：该与所述晶粒边缘的预定距离小于1.2mm，此时，该晶粒为宽度介于3m至8mm之间且厚度小于0.15mm的硅晶粒，而该粘性膜厚度约为0.1mm，且该晶粒与该粘性膜粘附介面之间的粘附力强度小于每平方公尺15焦耳。
14、如权利要求11所述的薄晶粒分离方法，其特征在于：该与所述晶粒边缘的预定距离小于1.6mm，此时，该晶粒为宽度大于8mm且厚度小于0.15mm的硅晶粒，而该粘性膜厚度约为0.1mm，且该晶粒与该粘性膜粘附介面之间的粘附力强度小于每平方公尺15焦耳。
15、如权利要求11所述的薄晶粒分离方法，其特征在于：该与所述晶粒边缘的预定距离小于0.5mm，此时，该晶粒为宽度介于3mm至8mm之间且厚度小于0.15mm的砷化镓晶粒，而该粘性膜厚度约为0.1mm，且该晶粒与该粘性膜粘附介面之间的粘附力强度小于每平方公尺15焦耳。
16、如权利要求11所述的薄晶粒分离方法，其特征在于，该方法包含有：于一真空分离平台内产生真空状态，以便在该粘性膜与该推针接触时，在该粘性膜的另一表面上支撑粘附有该欲分离晶粒的该粘性膜的一部分。
17、如权利要求16所述的薄晶粒分离方法，其特征在于，该方法还包含有：通过真空分离平台上位置大体上对准该晶粒几何形状角处的孔洞，将该真空分离平台内的该推针向该粘性膜推动。
18、如权利要求11所述的薄晶粒分离方法，其特征在于，至少有四个推针位置大体上分别对准该晶粒几何形状角处进行接触。
19、如权利要求18所述的薄晶粒分离方法，其特征在于，该方法包含有：一个或多个推针位置大体上分别对准该晶粒中央处进行接触。
20、如权利要求11所述的薄晶粒分离方法，其特征在于：该每一推针具有至少10-4mm2的有效接触面积。
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