DE2557074A1 - Einrichtung zum aufnehmen und transportieren von kleinen flachen werkstuecken - Google Patents

Einrichtung zum aufnehmen und transportieren von kleinen flachen werkstuecken

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DE2557074A1 DE19752557074 DE2557074A DE2557074A1 DE 2557074 A1 DE2557074 A1 DE 2557074A1 DE 19752557074 DE19752557074 DE 19752557074 DE 2557074 A DE2557074 A DE 2557074A DE 2557074 A1 DE2557074 A1 DE 2557074A1
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Description

Böblingen, den 17. Dezember 1975 wi-fe
Anmelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 10504
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: BU 97*f 009
I Einrichtung zum Aufnehmen und Transportieren von kleinen ;flachen Merkstücken
I Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Aufnehmen und Transportieren eines einzelnen kleinen, flachen Werkstücks aus einer Vielzahl solcher Werkstücke, wie z.B. Halbleiterplättchen für elektronische Schaltungen, die auf einer Unterlage mit adhäsiver Oberfläche aufliegen und mittels einer von der Unterseite wirksamen Nadel im Zusammenwirken mit einer darüber angeordneten Vakuumsonde einzeln abgehoben werden.
Eine solche Einrichtung ist in der USA-Patentschrift 3 720 309 beschrieben. Dort wird ein in eine Vielzahl von einzelnen Chips ; zerlegter, z.B. zersägter Wafer aus Halbleitermaterial auf ein adhäsives Band aufgelegt, das über einem Nadelgehäuse mit einer ! •nach oben ausfahrbaren Nadel liegt. Das Nadelgehäuse ist ;im Bereich um das ausgewählte Chip herum mit einer unter Vakuum stehenden Fläche versehen, durch welche die umliegenden Chips, die nicht abgehoben werden sollen, festgehalten werden. Die Nadel durchdringt während ihrer Ausfahrbewegung nach oben das Band, !hebt das ausgewählte Chip vom Band ab und drückt es gegen die !Vakuumsonde, die oberhalb der Nadelführung starr angeordnet ist. \
■ i
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'Diese Art des Abhebens des Chips bringt verschiedene Schwierigkeiten mit sich. So kommt es häufig vor, da das Chip nur auf der ! Nadelstütze aufliegt, daß es aus seiner Lage verrutscht oder daß i es verdreht oder verkantet wird, mit der Folge, daß die Kontakte
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— P —
auf der Oberfläche des Chips verschmiert werden oder daß das Chip sogar beschädigt wird. Ein ungleichmäßiges Durchdringen des Bandes kann außerdem eine ungleiche Anlagekraft des Chips an der Vakuumsonde verursachen, was gleichfalls eine Beschädigung oder Zerstörung des Chips zur Folge haben kann. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß die zahlreichen, durch die Nadel in dem Band erzeugten Löcher die Vakuumwirkung der umgebenden Auflagefläche beeinträchtigen, so daß •51- r-inssalnen Chips nicht mehr mit der erforderlichen Sicherheit in ihrer Position festgehalten werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, alle diese Nachteile zu vermeiden und dementsprechend eine Einrichtung zum Aufnehmen von kleinen flachen Werkstücken, wie Chips, zu schaffen, mit der jedes einzelne Chip sicher, ohne Veränderung seiner. Ausrichtung sowie ohne die Gefahr einer Beschädigung von der adhäsiven Oberfläche abgehoben wird. Diese Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 1 angegebene Anordnung gelöst worden.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist darin zu sehen, daß die Abwärtsbewegung der Sonde zusammen mit dein Niederhalter kurz vor Erreichen der unteren Wirklage wirksam ,verzögert wird, so daß die Vorschubgeschwindigkeit im Moment des Aufliegens auf dem Chip sich gegen Null nähert. Desgleichen wird beim Abheben des Chips die Hubgeschwindigkeit erst allmählich erreicht und vor Erreichen der oberen Endlage wirksam verzögert, so daß das abgehobene Chip keinerlei Erschütterungen oder Stößen ausgesetzt ist. Weiterhin wird erfindungsgemäß der Niederhalter erst anschließend, nach dem Abheben des ausgewählten Chips, wieder hochgefahren, um ein Weiterschalten des Werkstücksträgers zur Ausrichtung des nächsten abzuhebenden Werkstücks zu ermöglichen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Seitenansicht einer Gesamtanordnung zum
Aufnehmen von Werkstücken mit Drehplatte, Sonden- '.· führung und Nadelführung,
j Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht der Sondenführung ; und der Nadelführung,
Fig. 3 eine Schnittansicht der Anordnung gem. Fig. 2 in I der Ausgangslage der bewegbaren Teile,
Fig. 4 eine Schnittansicht entsprechend Fig. 3S mit ausgefahrenem Kolben und Sonde, ;
Fig. 5 eine Schnittansicht entsprechend Fig. 3 in der ;
Phase des Abhebens des Werkstücks, !
Fig. 6 eine teilweise Schnittansicht entsprechend Fig. 3;
mit abgehobenem Werkstück und ,
Fig. 7 eine schaubildliche Ansicht des Kopfes des Nadelgehäuses.
Gemäß Fig. 1 befindet sich auf einer Grundplatte 10 ein Motorträger 11 mit einem Schrittmotor 12, der eine Drehplatte 13 schritt- ; weise dreht, an der sich eine Sondenführung 14 befindet. Unterhalb der Sondenführung ist, ebenfalls auf der Grundplatte 10 gelagert, ; eine Nadelführung 15, an deren Oberseite sich ein Nadelgehäuse j 16 befindet. Ein Waferträger 17 ist für das schrittweise Fort- ! schalten zwischen der Sondenführung 14 und dem Nadelgehäuse 16 j justierbar angeordnet. Der Waferträger 17 enthält einen Aluminiumring, auf dem ein Band 18, beispielsweise aus Teflon, zur adhäsi-I ven Halterung eines Wafers 19 gespannt ist. Vor der Fixierung des 1 Waferträgers 17 zwischen der Sondenführung 14 und dem Nadelgehäu- ; se 16 wird der Wafer 19 in eine Vielzahl einzelner Chips zertrenntj, i z.B. zersägt. j
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j Die Sondenführung l4 besteht gem. Pig. 2 aus einem zylindrischen I Gehäuse 20, in dem ein Kolben 120 (Fig. 3) mit einer hohlen Kolbenstange 121 geführt ist, die beiderseits herausragt und in enti
J sprechenden zentralen Bohrungen eines oberen und eines unteren !Schließringes 23 und 24 geführt ist. Der Kolben 120 hat einen I Dichtring 41. Unterhalb des Schließringes 23 ist an der Kolben- !stange 121 ein Haltering 21 mit vergrößertem Außendurchmesser
j und verringertem Innendurchmesser geformt, und oberhalb des j Schließringes 24 befindet sich, mit diesem fest verbunden, ein abgesetztes Gehäuseteil 25, in dessen unterem abgesetzten Innen-I teil das obere Ende der Kolbenstange 121 axial beweglich geführt ;ist. Eine abgesetzte zentrale Bohrung 122 fluchtet mit der zentralen Bohrung im Haltering 21. An der Oberseite des Gehäuseteils 125 befindet sich ein Deckel 26 mit einer öffnung 27, die eine 'Verbindung zwischen der Umgebung und der im Inneren des Deckels 1 gebildeten Kammer 38 bildet, die ihrerseits Verbindung hat mit :der abgesetzten Bohrung 122. Die öffnung 27 ist an eine Druck- !quelle angeschlossen, von der ihr ständig unter Druck stehendes 'Medium, z.B. Druckluft, zugeführt wird. Die Schließringe 23 und ;24 sowie der abgesetzte Gehäuseteil 25 sind mittels (nicht dar-I gestellter) Bolzen mit dem Gehäuse 20 verbunden, und der Deckel ;ist mittels Preßsitz auf dem Gehäuseteil 25 befestigt.
In der Kolbenstange 121 ist eine Sonde 22 axial verschiebbar geführt. Die Sonde 22 besteht aus Werkstoff geringen Gewichtes, wie z.B. Aluminium. An ihrem oberen Ende ist ein Kopf 37 gebildet und in der abgesetzten Bohrung 122 des Gehäuseteils 25 geführt, derart, daß er mit seiner oberen Fläche dem in der Kammer 38 herrschenden überdruck ausgesetzt ist. In dem Bereich des innen erweiterten Gehäuseteils 25 trägt die Sonde 22 einen Teil größeren Durchmessers, der die Aufwärtsbewegung der Sonde durch Anschlag am Gehäuseteil 25 begrenzt. In diesem Abschnitt ist durch den Gehäuseteil 25 und den Schließring 24 eine kurze vertikale Nut 29 geformt (Fig. 2), in die ein Röhrchen 28 ragt, das radial durch den vergrößerten Teil der Sonde 22 geführt ist und Verbindung hat
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mit einer zentralen Bohrung 35 in der Sonde 22. Das untere Ende
; der Sonde 22 ist in einer zentralen Bohrung im Haltering 21 beweg-
• lieh geführt und trägt einen Gummiring 36, der am unteren Ende
ίder Bohrung 35 einen Auslaß bildet. Das Röhrchen 28 ist wahlweise
• an eine Druckquelle oder an eine Unterdruckquelle anschließbar.
j Das Röhrchen 78 begrenzt außerdem die Abwärtsbewegung der Sonde 22 ! relativ zum Haltering 21, und zwar durch Anliegen an der oberen ' ! Kante der Kolbenstange 121. Liegt das Röhrchen 28 an dieser Kante 'an, ragt die Sonde 22 etwas über den Haltering 21 hinaus (Fig. 3)·
Sowohl die Schließringe 23 und 24 als auch der Dichtring 41 beste-; j hen aus einem Werkstoff geringer Reibung, wie z.B. Fluor-Kohleni stoff, so daß die Kolbenstange 121 in ihren Lagern leicht beweg- i ibar ist. Das zylindrische Gehäuse (Fig. 3) ist an seiner Innenseite mit zwei Ringnuten 4-7 und 48 versehen, in die von außen Leitungen 31 bzw. 30 münden, die alternativ an eine überdruckquelle anschließbar oder mit der Atmosphäre verbindbar sind. Die
i Ringnuten 47 und 48 sind teilweise durch die Schließringe 23 und
24 abgedeckt, derart, daß zwischen den oberen Kanten des Schließi ringes 23 und der Ringnut 47 und zwischen den unteren Kanten des ' j Schließringes 24 und der Ringnut 48 ein schmaler Ringspalt bleibt.! j Diese Ringspalten stellen eine Verbindung zwischen den Leitungen ' I 30 und 31 und den entgegengesetzten Seiten des Kolbens 120 her.
■ In den Schließringen 23 und 24 befinden sich Ausdrehungen 43 und ; ' 44, die sich ringförmig um die Kolbenstange 121 herum erstrecken
und einen auf die obere Fläche des Kolbens 120 wirksamen Raum bil-| den. Drosselkanäle 45a und 45b sowie 46a und 46b verbinden die j Ausdrehungen 43 bzw. 44 mit den Ringnuten 47 bzw. 48. ί
ί Das Nadelgehäuse 16 hat eine zentrale Bohrung 32 mit einer auf- ' j und abbewegbaren Nadel 33 (vgl. Fig. 3). Am oberen Ende des Na- ! 1 delgehäuses 16 befindet sich ein Kopf 34 zur Bildung einer Aufla- j 1 gefläehe für das Band 18 und den Wafer 19 im Bereich des zur Ent- , nähme ausgewählten Chips. Der Kopf 34 hat, wie in Fig. 7 näher
; dargestellt ist, die Form einer abgestumpften Pyramide mit einer
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Oberfläche 31Ia, auf die rechtwinklig zur Achse der Nadel 33 das Chip aufgesetzt ist, und Seitenflächen 34b zur Aufnahme der unmittelbar benachbarten Chips, wobei die Seitenflächen 31Ib in einem geringen Winkel von der Oberfläche 34a nach unten abgewinkelt sind. Die Nadel 33 wird gegen Federkraft mittels eines (nicht gezeigten) motorgetriebenen Nockenantriebes taktgesteuert nach oben, aus dem Nadelgehäuse 16 heraus, bewegt. Die untere Fläche des Halteringes 21 ist mit einem Gummiring 42 versehen, dessen Oberflächenform derjenigen des Kopfes 34 des Nadelgehäuses 16 angepaßt ist.
folgenden wird anhand der Fign. 3 bis 6 die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung erläutert.
Zunächst wird der Waferträger 17 zur Einstellung des Bandes 18 mit einem abzuhebenden Chip 19a auf dem Kopf 34 zwischen die Sonde 22 und die Nadel 33 eingestellt. Durch die Öffnung 27 wird Druckluft in die Kammer 38 zugeführt, wodurch auf den Kopf 37 und damit auf die Sonde 22 eine konstante, abwärtsgerichtete Kraft ausgeübt wird. Gleichzeitig wird Druckluft von etwa 5 bar durch das Röhrchen 28 in die zentrale Bohrung 35 der Sonde 22 eingeführt, die an der Unterseite des Gummiringes 36 austritt und über die Oberfläche des unmittelbar über der Nadel 13 liegenden Chips 19a strömt und jegliche auf dem Chip befindlichen Staub- |oder ähnliche Teilchen wegbläst. Während des Ausströmens dieser !Druckluft wird Luft unter einem Druck von 20 bar durch die Leitung 30 zugeführt, wie in den Figuren 4 und 5 durch den Pfeil 5 gekennzeichnet. Diese Druckluft gelangt durch die Ringnut 48 und die Drosselkanäle 46a und 46b in die Ausdrehung 44, wodurch der Kolben 120 mit einer abwärtsgerichteten Kraft beaufschlagt wird. Infolge der Abwärtsbewegung des Kolbens 120 vergrößert sich der Ringspalt zwischen der Ringnut 48 und dem Raum oberhalb des Kolbens 120, wodurch die Abwärtsbewegung des Kolbens 120 beschleunigt wird. Dadurch wird der Gummiring 42 auf die benachbarten waferbereiche gedrückt. Zur gleichen Zeit bewegt sich die Sonde
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!abwärts, wobei das Röhrchen 28 auf der oberen Kante der Kolben-ίstange 121 anliegt. Während der Abwärtsbewegung des Kolbens 120 ■wird die darunter befindliche Luft durch den Ringspalt und die Ringnut 47 in die Leitung 31 gedrängt, wie in Fig. 4 durch den ;Pfeil 51 gezeigt. Wenn die untere Fläche 52 des Kolbens 120 I(Fig. 3) sich dem Schließring 23 nähert, passiert sie die obere I Kante der Ringnut 47, mit der Folge, daß der Kolben 120 mehr I und mehr den Querschnitt des Ringspaltes verringert und dadurch der Durchflußquerschnitt für die durch die Leitung 31 entweichende Luft sich zunehmend verringert. Ein Teil der verdrängten Luft j gelangt dabei in die Ausdrehung 43 des Schließringes 23 und von S dort durch die Drosselkanäle 45a und 45b zur Ringnut 47. Durch diese zunehmende Drosselwirkung infolge des kontinuierlich ver- ;ringerten Durchflußquerschnittes wird die Abwärtsbewegung des Kolbens 120. wirksam allmählich verzögert, und dementsprechend gelangt auch der Haltering 21 mit dem Aufliegen des Gummiringes 42 auf den Wafer 19 allmählich zum Stillstand.
Das Röhrchen 28 an der Sonde 22 bleibt unter der Wirkung der durch die öffnung 27 zugeführten Druckluft nachgiebig auf der Oberkante der Kolbenstange 121 anliegend, derart, daß der Gummiring 36 auf das Chip 19a kurz vor dem Aufsetzen des Gummiringes 42 auf dem Wafer 19 zu liegen kommt.
Die auf die vorbeschriebene Weise hergestellte flexible Verbindung zwischen dem Kolben 120 und der Sonde 22 vermeidet in Verbindung mit der flexiblen Ausführung des Gummiringes 36, der relativ geringen Masse der Sonde 22 und dem reduzierten Luftdruck in der Kammer 38 eine Beschädigung des Chips 19a. Mit dem Aufsetzen des Gummiringes 36 auf dem Chip 19a wird die Abwärtsbewegung der Sonde 22 relativ zum Gehäuse 20 beendet, jedoch sorgt der in der Kammer 38 herrschende geringe Druck für das Aufliegen der Sonde 22 auf dem Chip. Kurze Zeit, nämlich etwa 2 ms, nachdem die Druckluft durch die Leitung 30 auf dem Kolben 120 wirksam geworden ist, wird die durch das Röhrchen 28 zuge-
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führte Druckluft abgeschaltet und auf Unterdruck umgeschaltet, um das Chip 19a gegen den Gummiring 36 festzuhalten, sobald dieser auf dem Chip aufliegt (Fig. 4). Für den ordnungsgemäßen Ablauf des beschriebenen Vorganges ist es jedoch nicht wesentlich, ob das Vakuum bereits kurz vor oder erst kurz nach dem Aufsetzen der Sonde 22 auf dem Chip 19a eingeschaltet wird. Anschließend, nämlich etwa 50 ms später, wird die Nadel 33 durch das Band 18 :hindurch gegen die Unterseite des Chips 19a aufwärtsbewegt.
Der Haltering-<21 sichert währenddessen die Lage sämtlicher um das Chip 19a herum liegender Chips und verhindert, daß deren Lage von der Bewegung der Nadel 33 beeinflußt wird, d.h., ein Verschieben, Verdrehen oder Anheben ist ausgeschlossen. Weiterhin ist eine Beschädigung der Kanten der benachbarten Chips vermieden, wenn das j Chip 19a durch die Nadel 33 gegen den Gummiring 36 gedrückt wird.
,'Wenn das Chip 19a durch die Nadel 33 von dem Band 18 abgehoben istj, drückt die Nadel 33 das Chip und die Sonde 22 gegen die durch den Druck in der Kammer 38 ausgeübte Abwärtskraft und bewegt die Sonde !22 in der Kolbenstange 121 aufwärts. Der Hub des Antriebs der Naj del 33 ist so bemessen, daß zwischen der Oberkante des Kopfes am oberen Ende der Sonde 22 und dem abgesetzten Teil des Gehäuseteils 25 noch ein Spalt bleibt (Fig. 5). Dabei halten der auf die Sonde 22 wirksame Überdruck und das auf das Chip 19a wirksame Vakuum dieses horizontal auf der Spitze der Nadel und verhindern ein Kippen oder Drehen des Chips. Auf diese Weise wird ein Verschmieren von kleinen Lotkügelchen auf der Oberfläche der Chips verhindert .
Anschließend wird der durch die Leitung 30 zugeführte Druck abgeschaltet, somit die Leitung 30 drucklos, und stattdessen, wie in Fig. 6 durch den Pfeil 53 dargestellt, Druckluft von etwa 2 bar durch die Leitung 31 zugeführt. Diese Strömung wird durch die Ringnut 47 und die Drosselkanäle 45a, 45b in die Ausdrehung 43 geleitet, wo sie den Kolben 120 von der Unterseite beaui-
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schlagt und vom Schließring 23 abhebt. Im Verlauf dieser Aufwärtsbewegung gibt die untere Fläche 52 des Kolbens 120 den Spalt an der Ringnut 47 frei, so daß das Druckmedium nun ungehindert einströmen kann und der Kolben 120 beschleunigt nach oben bewegt ■wird. Wenn sich die obere Fläche 44 des Kolbens 120 dem Schließring 24 nähert, erreicht sie die untere Kante der Ringnut 48 und schließt deren Ringspalt zunehmend, mit der Folge, daß der Weg der in die Leitung 30 abströmenden Luft mehr und mehr geldrosselt wird. Ein Teil der verdrängten Luft sammelt sich in der Ausdrehung 44 des Schließringes 24 und gelangt sodann durch die Drosselkanäle 46a und 46b zur Ringnut 48. Die Aufwärtsbewegung des Kolbens 120 mit dem Haltering 21 wird somit im Verlauf des |Erreichens der oberen Endstellung wirksam verzögert; auf diese Weise wird bei dem Hochfahren der Sonde 22 mit dem Chip 19a jede Stoß- oder Schlagwirkung vermieden.
jGleichzeitig mit dem Abschalten der Druckluftzufuhr zur Leitung 31 wird durch den Nockenantrieb die Nadel 33 in den Kopf 34 des Nadelgehäuses 16 zurückgeführt. Diese Rückstellbewegung erfolgt jedoch wesentlich langsamer als die Aufwärtsbewegung des Kolbens jl20 und des Halteringes 21, so daß die Sonde dazu neigt, in ih-Jrer Stellung zu verharren, bis die obere Kante der Kolbenstange 121 das Röhrchen 28 erfaßt, und zwar in der Phase, in der der Kolben 120 und die Kolbenstange 121 gerade in ihrer Aufwärtsbewegung verzögert werden. Sodann liegt, wie Fig. 6 zeigt, das juntere Ende der Sonde 22 mit dem Gummiring 36 und dem Chip 19a frei.
Nun wird mittels der Drehplatte 13 die Sondenführung 14 zu einer (nicht gezeigten) Entladestation weitergeschaltet. Sodann wird das am Röhrchen 28 anliegende Vakuum auf Druckluft umgeschaltet, so daß das Chip 19a von der Sonde 22 abfällt. Anschließend wird lie Sondenführung l4 wieder in ihre Ausgangsläge oberhalb des kopfes 34 geschaltet und der Waferträger 17 wird vorgerückt, am ein neues Chip mit der Sonde 22 auszurichten. Darauf beginnt ler oben beschriebene Zyklus von neuem.
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Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Einrichtung zum Aufnehmen und Transportieren eines einzelnen, kleinen, flachen Werkstücks aus einer Vielzahl solcher Werkstücke, wie z.B. Halbleiterplättchen für elektronische Schaltungen, die auf einer Unterlage mit adhäsiver Oberfläche aufliegen und mittels einer von der Unterseite wirksamen Nadel im Zusammenwirken mit einer darüber angeordneten Vakuumsonde einzeln abgehoben werden, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Sonde (22) in einem fluidbetätigten, mit einem als Niederhalter wirksamen Haltering (21) verbundenen Kolben (120) geführt ist, dessen Zuführ- und Rückführkanal (30, 3D in in der Kolbenbahn befindliche Ringnuten (47, 48) münden, deren Zuführ- und Rückführquerschnitt in den Endlagen zur allmählichen Beschleunigung und Verzögerung der Kolbenbewegung vom Kolben (120) selbst gesteuert wird, und daß die axiale Position der Sonde (22) relativ zum Kolben (120) durch ein mit der Oberkante der Kolbenstange (121) zusammenwirkendes Element (28) sowie die im Arbeitstakt wechselweise Umschaltung einer der Sonde (22) zugeordneten Kammer (38) auf überdruck bzw. Unterdruck bestimmt ist.
    2. Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in den die Kolbenbewegung begrenzenden Schließringen (23, 24) Ausdrehungeri (43, 44) mit zu den Ringnuten (47, 48) führenden Drosselkanälen (45a,b, 46a, b) angeordnet sind.
    Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der der Bewegung der Sonde (22) zugeordneten Kammer. (38) ein im Vergleich zur Kolbenbeaufschlagung geringer Druck aufrechterhalten wird.
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    4. Einrichtung nach Anspruch I9
    dadurch gekennzeichnet, .
    daß das die Bewegung der Sonde (22) begrenzende mechanische; Element als mit der Zentralbohrung der Sonde verbundenes ! Röhrchen (28) ausgebildet ist.
    5. Einrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, i
    daß das Röhrchen (28) wechselweise an Überdruck und Unter- \ druck anschaltbar ist. !
    6. Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Haltering (21) und die Sonde (20) an ihren Auflageflächen mit je einer flexiblen Auflage (Gummiringe 36, 42) versehen sind.
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    Leerseite
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