TW202336891A - 包含在電子元件處理設備中的力測量裝置 - Google Patents

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Abstract

一種用於測量在將元件鍵合到元件載體時或在將元件封裝時施加到元件上的力的裝置，包括可變形部和連接到可變形部的接觸杆。可變形部被配置成包含用於檢測由於力的施加引起的可變形部的變形程度，以便測量力的感測器。在使用時，接觸杆可定位成接觸元件或元件載體，使得可變形部在力施加到元件時變形。一個或多個這樣的裝置可以包括在用於測量所述力的燒結或封裝設備中。

Description

包含在電子元件處理設備中的力測量裝置
本發明一般涉及例如在將元件鍵合到載體的過程中或在將元件封裝的過程中對施加到元件上的按壓力的測量，並且更具體地涉及對這種力的即時原位測量。
在半導體組裝和封裝過程中，銀燒結已被廣泛用於將電子元件鍵合到襯底或載體上。需要準確地測量施加到電子元件上的燒結壓力，以評估電子元件是否已經在施加正確的燒結壓力的情況下成功地鍵合到襯底上，並提高它們之間形成的鍵合的品質。
已經嘗試在燒結設備中用測壓元件測量施加在被鍵合到襯底上的電子元件上的燒結壓力。然而，這種測壓元件只能用於測量施加在襯底上的力，而無法測量施加到在襯底上的每個管芯或電子元件上的壓力或力。此外，由於測壓元件無法在高溫環境下工作(燒結溫度通常在300℃以上)，因此需要冷卻裝置以將測壓元件保持在可接受的工作溫度下，同時還需要額外的熱擴散元件來加快襯底支撐件的加熱，以便有效地進行燒結技術。因此，燒結設備的結構就非常複雜，這將延長燒結設備組裝和安裝所需的時間，並增加製造成本。
在標題為“元件處理設備，例如壓力燒結設備或元件封裝設備”的PCT國際公開號2021/075966A1中描述的另一種用於燒結壓力測量的現有方法中，使用光纖布拉格光柵(FBG)應變感測器來測量當元件被鍵合到元件載體上時施加在元件上的力。FBG應變感測器安裝在形成於壓模中的通孔中，用於向元件施加燒結壓力。因此，位於壓模的通孔下方的元件的一部分將不會受到燒結壓力。此外，當FBG應變感測器的電纜從壓模的頂表面露出時，它可能會干擾均勻分佈的燒結壓力在壓模上的施加。
類似地，準確測量在模制過程中施加到電子元件的表面的至少一部分上的按壓力也很重要，以避免模塑膠覆蓋電子元件的被施加力的所述表面的至少一部分。因此，無論是在燒結過程中還是在封裝過程中，提供一種用於準確測量這種力的解決方案都是有益的，這可以至少避免在燒結或封裝過程中用於力測量的常規方法所面臨的一些上述缺點。
因此，本發明的目的是尋求提供一種改進的機構，用於測量燒結設備中的燒結壓力或測量施加在封裝設備中的元件上的按壓力。
根據本發明的第一態樣，提供了一種用於測量在元件被鍵合到元件載體上時或者在元件被封裝時施加到元件上的力的裝置。該裝置包括可變形部，該可變形部被配置成包含用於檢測由於力的施加引起的可變形部的變形程度以便測量該力的感測器，以及連接到可變形部的接觸杆，該接觸杆可定位成接觸元件或元件載體，使得當力被施加到元件時，可變形部變形。在本發明的實施例中，該力可以是當元件被鍵合到元件載體時施加到元件的燒結壓力，或當元件被封裝時施加到元件的按壓力。
利用所提出的力測量裝置，當力被施加到元件以將元件鍵合到元件載體或封裝元件時，可變形部由於力的施加而變形，使得包含到可變形部中的感測器可檢測可變形部的變形程度。因此，可以基於感測器的檢測結果來確定施加到元件的力。因此，所提出的裝置使得在燒結或封裝設備中進行元件或管芯級的力測量。
在一些實施例中，用於測量力的裝置還可以包括包含到可變形部中的感測器。如果感測器是有線感測器，則裝置中還可以包括感應電纜。
在一些實施例中，可變形部可以限定容器，該容器被配置為用於保持/安裝/容納感測器並且感測器附接到容器的內表面，以檢測由於力的施加引起的內表面的變形程度。在一個實施例中，可變形部包括被配置成用於安裝感測器的切口或溝槽。
在一些實施例中，可變形部還可以包括至少一個開口，每個開口被配置成允許連接到感測器的感應電纜穿過。應當注意，如果感測器是無線裝置，則是不需要該至少一個開口的。
在一些實施例中，該裝置可以具有T形結構。具體地，可變形部沿基本垂直於力的施加方向的方向的橫截面寬度大於接觸杆的對應的橫截面寬度，以形成T形結構。在一個實施例中，感測器和連接到感測器的感應電纜沿平行於可變形部的該橫截面寬度的方向放置或設置在可變形部中。
當該裝置用於測量施加到元件的力時，為了避免由於力的施加引起的該裝置的磨損和撕裂以及為了減輕應力，該裝置還可以包括收窄連接部，該收窄連接部位於可變形部和接觸杆之間，從而使當力施加到元件時，可變形部可圍繞連接部相對於接觸杆移動。
為了提供適用於測量施加到具有不同形狀和/或尺寸的元件的力的裝置，接觸杆可以包括可拆卸端部，該端部的形狀和/或尺寸被設計成用於接觸元件，以測量施加到該元件的力。在一個實施例中，該裝置可以包括多個可拆卸端部。因此，當該裝置用於在燒結設備或封裝設備中進行力測量時，選擇合適的端部並將其聯接至接觸杆的固定部。
在一些實施例中，感測器包括高溫應變計，該高溫應變計被配置成在150℃和500℃之間的工作溫度下起作用。
在一些實施例中，可變形部可以與部分或整個接觸杆一體成型。如果該裝置還包括收窄連接部，則可變形部可以與接觸杆的至少一部分和收窄連接部一體成型。
在一些實施例中，裝置的可變形部可由楊氏模量(Young’s modulus)小於製成接觸杆的至少一部分的材料的楊氏模量的材料製成。換句話說，與接觸杆的至少一部分(例如接觸杆的端部)相比，可變形部可以由更易於變形的材料製成。連接部可以由與可變形部或接觸杆相同的材料製成。
在本發明的一些實施例中，該裝置被佈置在要被鍵合到元件載體或要被封裝的元件之上並且用於力的施加和用於管芯級的力追蹤。也就是說，力測量的特徵被包含到用於向燒結或封裝設備中的元件施加力的壓模中。在這些實施例中，裝置的接觸杆可定位成當裝置在使用時接觸元件，並且裝置還包括按壓部，該按壓部可拆卸地安裝到可變形部，以通過可變形部和接觸杆向元件施加力。
本發明實施例中的“可拆卸地安裝到”可以指，但不限於，“直接放置於”或“可拆卸地固定到”。對於可拆卸地安裝到可變形部上的按壓部，在一實施例中，按壓部可以直接放置在可變形部上，以通過可變形部和接觸杆對元件施加力。在另一實施例中，為了防止施加力時按壓部和可變形部之間的相對運動，該裝置還可以包括用於將按壓部固定到可變形部的聯接件。在一個示例中，該聯接件包括位於按壓部上的第一聯接結構和位於可變形部上的第二聯接結構，並且第一聯接結構和第二聯接結構被配置成彼此可拆卸地接合。
在一些實施例中，該裝置可以佈置在元件載體下方，使得施加到元件的力經由元件載體傳遞到該裝置。在這些實施例中，當裝置在使用時，可變形部和接觸杆位於元件載體的與施加力的一側相對的一側，並且接觸杆定位成與元件載體接觸，以便通過元件載體將力接收到接觸杆，從而使可變形部變形。
根據本發明的第二態樣，提供了一種燒結或封裝設備，該燒結或封裝設備包括用於測量當元件被鍵合到元件載體上時或當元件被封裝時施加到元件上的力的裝置，其中該裝置包括可變形部，該可變形部被配置成包含用於檢測由於力的施加引起的可變形部的變形程度，以便測量該力的感測器，以及連接到可變形部的接觸杆，該接觸杆可定位成接觸元件或元件載體，使得當將力施加到元件時，可變形部變形。燒結或封裝設備可以包括一個或一個以上所提出的力測量裝置，每個裝置可以被配置為測量施加到一個或多個元件的力。
在一些實施例中，當裝置在使用時，接觸杆可定位成接觸元件，並且裝置還包括按壓部，該按壓部可拆卸地安裝到可變形部，以通過可變形部和接觸杆向元件施加力。在該實施例中，力的施加和測量的功能結合在該裝置中。換句話說，該裝置既用作向元件施加力的壓模，又用作管芯級或元件級的力測量裝置。為了在元件被鍵合到元件載體或被封裝時確保裝置相對於元件的位置，可變形部和按壓部可以佈置在設備的上壓模保持器中並且接觸杆佈置在設備的下壓模保持器中。此外，設置在上壓模保持器中的可變形部可以在平行於力的施加方向的方向上與下壓模保持器間隔預定距離，使得可變形部在使用時不接觸下壓模保持器，從而準確測量施加到元件上的力。
可替換地，該裝置可以佈置在元件載體的與施加力的一側相對的一側上，以測量在將元件鍵合到元件載體時或當將元件封裝時施加到元件上的力。在這些實施例中，可變形部和接觸杆位於元件載體的與施加力的一側相對的一側，並且接觸杆定位成與元件載體接觸，以便經由元件載體將力接收到接觸杆，從而使可變形部變形。為了當力被施加到元件時固定裝置相對於元件載體的位置，該設備還可以包括被配置為保持裝置的至少一部分的裝置保持器。裝置保持器可以形成在設備的現有支撐塊中。裝置保持器可具有引導件/容器，該引導件/容器的形狀和/或尺寸設計成可滑動地接收用於測量力的裝置，以固定裝置相對於元件載體的位置。為了便於安裝，特別是當感應電纜連線到安裝在裝置的可變形部中的感測器時，裝置保持器可以包括上部和下部，上部可拆卸地安裝到下部上。此外，為了確保施加在元件上的力不會傳遞到設備的裝置保持器，接觸杆的一部分可以向上延伸遠離裝置保持器，以避免元件載體和裝置保持器之間的接觸，使得施加到元件上的力只傳遞到相應的裝置上。
在本發明的一些實施例中，該設備可以包括燒結設備，該燒結設備被配置為當該元件被鍵合到該元件載體時將該力施加到該元件，或者該封裝設備用於當正施加按壓力以至少部分地覆蓋元件的表面時封裝元件。
根據本發明的第三態樣，提供了一種用於測量當元件被燒結設備鍵合到元件載體時或當元件被封裝設備封裝時施加到元件的力的方法。該方法包括以下步驟：在燒結或封裝設備中提供力測量裝置，該裝置包括可變形部和連接到可變形部的接觸杆；將裝置的接觸杆定位成與元件或元件載體接觸並向元件施加力；並且利用包含在在可變形部中的感測器，通過檢測由力引起的可變形部的變形程度來測量施加到元件上的力。
關於描述部分、所附權利要求和附圖，將更好地理解這些和其他特徵、方面和優點。
概括地說，本發明提出了一種用於測量當元件被燒結設備鍵合到元件載體時或當元件被封裝設備封裝時施加到元件的力的機構。在該機構中，將感測器(例如高溫應變計)包含到用於力測量裝置的適當的順應部或可變形部中，以檢測由於力的施加引起的可變形部的變形程度。
在本發明的實施例中，當在燒結過程中施加力，以將元件鍵合到元件載體上時，待鍵合到元件載體上的元件可以包括，但不限於，以下中的任何一種或多種： • 晶片，其通過燒結而鍵合到襯底上； • 銅箔，其通過燒結而鍵合到晶片上； • 夾具，其通過燒結而鍵合到襯底上； • 柔性印刷電路(FPC)，其通過燒結而鍵合到晶片或襯底上； • 間隔件/柱，其通過燒結而鍵合到襯底或晶片上； • 端子/引線框/匯流條，其通過燒結而鍵合到襯底上； • 襯底或金屬板，其通過燒結而鍵合到底板或散熱片上； • 一個結構，其通過燒結被燒結至另一個可燒結結構； • 模制封裝件，其通過燒結而鍵合到底板或散熱片上。
圖1A和圖1B分別示出了根據本發明第一實施例的用於測量當元件被鍵合到元件載體時施加到元件的力或燒結壓力的裝置100的透視圖和前視圖。根據本發明的第一實施例，用於測量燒結壓力的裝置100還可以包括感測器和連接到感測器的感應電纜。圖1C和圖1D分別示出了當感測器151和連接到感測器151的感應電纜152安裝在裝置100中時裝置100的透視圖和前視圖。
參考圖1A至圖1D，裝置100包括按壓部110、可變形部120以及連接到可變形部120的接觸杆130。按壓部110可拆卸地安裝到可變形部120。可變形部120包括或限定被配置成用於保持或安裝感測器151和感應電纜152的切口或溝槽121。具體地，感測器151附接到溝槽121的內表面122，且可變形部120還包括至少一開口123，該開口123被配置為允許連接到感測器151的感應電纜152穿過。需要說明的是，如果該實施例中採用無線感測器，則可以不需要感應電纜152，相應地，可變形部120可以不包括這樣的開口123。在該實施例中，裝置100還包括位於可變形部120和接觸杆130之間的收窄連接部140。該收窄連接部140為圓弧狀的缺口。
在使用時，裝置100安裝在燒結設備中，用於測量當元件被燒結設備鍵合到元件載體時施加到元件的燒結壓力。每個燒結設備可以包括一個或多個裝置100，並且每個裝置100用於測量施加到正被接觸杆130施加燒結壓力的元件的燒結壓力。裝置100還可以包括處理器或計算系統，其被配置為基於可變形部120經受的應變自動計算施加到元件的燒結壓力，該應變由感測器151基於感測器151的讀數和施加的相關的燒結力之間的已知關係檢測到。在將裝置100用於燒結壓力測量之前，可以預先進行校準過程，以確定在可變形部120中檢測到的應變與施加的燒結壓力之間的關係。
圖2為根據本發明第一實施例的包括用於測量燒結壓力的裝置100的燒結設備10的橫截面視圖。燒結設備10用於將元件11鍵合到元件載體12。如圖2所示，燒結設備10還包括形狀和尺寸適合保持裝置100的裝置保持器。在該實施例中，裝置保持器包括上壓模保持器13和下壓模保持器14，上壓模保持器13可拆卸地安裝到下壓模保持器14上。裝置100安裝在上壓模保持器13和下壓模保持器14中。具體地，按壓部110和安裝有按壓部110的可變形部120均佈置在上壓模保持器13中，接觸杆130佈置在下壓模保持器14中。至於收窄連接部140，其部分佈置在上壓模保持器13中，部分佈置在下壓模保持器14中，使得可變形部120與下壓模保持器14間隔預定距離，以避免可變形部120與下壓模保持器14之間的接觸，以便準確地測量施加到元件11的燒結壓力。可變形部120距下壓模保持器14的預定距離可基於可變形部120的變形程度和機械性能來確定。另外，為了便於安裝，上壓模保持器13還可以包括第一部分和第二部分，第一部分可拆卸地安裝到第二部分上。第一部分的形狀和尺寸設計成保持按壓部110，第二部分的形狀和尺寸設計成保持可變形部120和從可變形部120伸出的感應電纜152。
感測器151和感應電纜152包含到裝置100的可變形部120中。上壓模保持器13還包括通道13a，該通道13a被配置為允許感應電纜152穿過該通道13a。因此，在燒結設備10中，裝置100既用於向元件11施加燒結壓力又用於測量所施加的燒結壓力。
當通過燒結設備10將元件11鍵合到元件載體12時，裝置100連同上下壓模保持器13、14一起朝元件11向下移動，直到接觸杆130接觸元件11。然後按壓部110接收燒結壓力並將其接收的燒結壓力施加到可變形部120，使得燒結壓力通過可變形部120和接觸杆130傳遞到元件11。當將燒結壓力施加到元件11時，元件11對接觸杆130施加反作用力，可變形部120開始變形。附接到可變形部120的內表面的感測器151檢測由於向元件11施加燒結壓力而引起的可變形部120的變形程度，從而測量燒結壓力。
如圖2所示，裝置100在Y-Z平面內具有大致T形的橫截面，以便於施加燒結壓力和檢測可變形部120的變形。具體地，按壓部110和可變形部120在Y-Z平面中沿Y軸的橫截面寬度W1大於接觸杆130在Y-Z平面中沿Y軸的橫截面寬度W2。感測器151和感應電纜152沿Y軸放置或佈置，即，平行於可變形部120的橫截面寬度W1的方向。
為了確保準確檢測由於施加燒結壓力引起的內表面122的變形，本實施例中的可變形部120的形狀和尺寸被設計成保持感測器151和感應電纜152，使得當燒結壓力施加到元件11時，感測器151僅檢測由於燒結壓力引起的可變形部120的內表面122的變形程度。因此，可變形部120沿Z軸的高度應足以避免在對元件11施加燒結壓力時感測器151和感應電纜152與按壓部110的底面111接觸。
在該實施例中，位於可變形部120與接觸杆130之間的收窄連接部140呈圓弧狀的缺口。可替換地，收窄連接部140可以是其他形式，例如任何形狀的缺口或凹口，只要連接部140不與燒結設備10的下壓模保持器14接觸即可。此外，設置收窄連接部140，使得可變形部120可圍繞收窄連接部140相對於接觸杆130移動，這有助於可變形部120的變形。
在裝置100中，可變形部120容納感測器151和感應電纜152。可替換地，可變形部120可以是平板的形式，感測器151附接到其上，而按壓部110可以是可拆卸地安裝到可變形部120上的倒U形蓋的形式。按壓部110的形狀和尺寸應設計成可拆卸地安裝到可變形部120上，並且避免感測器152和按壓部110之間的接觸，使得當燒結壓力由按壓部110經由可變形部120和接觸杆130施加到元件11時，感測器152檢測可變形部120的變形程度(不受按壓部110和下壓模保持器14的阻礙)。
在該實施例中，裝置100的不同部分可由相同材料製成，例如相同類型的不銹鋼。然而，為了進一步提高可變形部120的可變形性，裝置100可以由兩種不同的材料製成，例如，可變形部120和連接部140可以由楊氏模量小於製成接觸杆130的材料的楊氏模量的材料製成。
在該實施例中，可變形部120可以與接觸杆130及收窄連接部140一體成型。可替換地，裝置100可由分開的部分形成，這些部分在有或沒有聯接機構或結構的情況下彼此聯接。例如，可變形部120可以與連接部140一體成型，但是接觸杆130可以是單獨的部分，該部分通過分別形成在連接部140和接觸杆130上的聯接機構或結構聯接到連接部140。
需注意的是，在其他實施例中，裝置100可以不包括收窄連接部140。換句話說，接觸杆130可以直接連接到可變形部120。
在如圖1A至圖1D所示的裝置100中，按壓部110直接安裝在可變形部120上而無需任何聯接裝置或聯接結構。然而，在其他實施例中，為了進一步防止當將燒結壓力施加到元件11時按壓部110和可變形部120之間的相對運動，裝置100還可以包括用於將按壓部110固定到可變形部120的聯接機構。聯接機構可包括分別形成在按壓部110和可變形部120上的聯接結構。圖3A至圖3B分別示出了根據本發明第二實施例的裝置300的透視圖及前視圖。參考圖3A和圖3B，相較於裝置100，裝置300還包括形成於按壓部310上的第一聯接結構313以及形成於可變形部320上的第二聯接結構323。第一聯接結構313和第二聯接結構323被配置為相互接合，以將按壓部310固定至可變形部320，而可變形部320還連接到接觸杆330以接觸元件11。
圖4A至圖4C示出了根據本發明第三實施例的用於測量燒結壓力的裝置400的不同視圖。參考圖4A至圖4C，裝置100與裝置400之間的主要區別在於接觸杆430包括可拆卸端部434。圖4A示出了當端部434與接觸杆430的固定部433分離時裝置400的透視圖。圖4B和圖4C分別示出了當端部434聯接到接觸杆430的固定部433時裝置400的透視圖和前視圖。端部434包括接觸部434a和配合杆434b。接觸部434a在X-Y平面內的橫截面為四邊形，其橫截面積大於固定部433在X-Y平面內的橫截面積。接觸杆430的固定部433還包括聯接結構(例如孔)，該聯接結構的形狀和尺寸設計成接收配合杆343b，使得端部434可附接到接觸杆430的固定部433。第三實施例中的端部434僅用於說明目的。在其他實施例中，該端部可以具有適合於接觸不同元件的不同形狀和/或尺寸。這樣，通過簡單地更換合適的端部而不改變整個裝置400，裝置400可用於測量施加到具有不同尺寸和/或形狀的不同類型的元件的燒結壓力。
圖5為根據本發明第三實施例的包括兩個用於燒結壓力測量的裝置400的燒結設備50的橫截面視圖。與燒結設備10相比，該燒結設備50包括兩個裝置400，每個裝置400被配置為當每個元件51被鍵合到公共元件載體52時測量施加到相應元件51的燒結壓力。由於每個裝置400的接觸杆430具有可拆卸端部434，因此燒結設備50的下壓模保持器54的形狀和尺寸被設計成保持每個裝置400的接觸杆430。具體地，下壓模保持器54包括兩個引導件，該引導件被配置為可滑動地接收或保持兩個裝置400。燒結設備50的上壓模保持器53包括兩個通道53a，每個通道53a都被配置為允許連接到安裝在相應裝置400的可變形部中的感測器151的感應電纜152穿過該通道53a。
在兩個燒結設備10、50中，裝置100、400安裝在元件11、51上方，使得裝置100、400既用於向元件11、51施加燒結壓力又用於測量施加到元件11、51上的燒結壓力。可替換地，在一些其他實施例中，用於測量燒結壓力的裝置可以安裝在元件載體下方。
圖6A至圖6C分別示出了根據本發明第四實施例的用於燒結壓力測量的裝置600的透視圖、側視圖及前視圖。參考圖6A至圖6C，裝置600包括可變形部620和接觸杆630。可變形部620被配置為包含感測器151，該感測器151用於檢測由於施加燒結壓力引起的可變形部620的變形程度，以便測量燒結壓力。感測器151附接到可變形部620的溝槽621的內表面622。感應電纜152穿過可變形部620的開口623而連接到感測器151。不同於裝置100，裝置600不包括按壓部110，並且當裝置600用於測量施加到被鍵合到元件載體的元件的燒結壓力時，裝置600位於元件載體下方。因此，接觸杆630被定位成與元件載體接觸，以接收施加到元件的燒結壓力，從而引起可變形部620變形。接觸杆630具有與裝置100中的接觸杆130類似的結構。在其他實施例中，接觸杆630可具有與裝置400的接觸杆430類似的結構，即，接觸杆630可以包括可拆卸端部，該可拆卸端部的形狀和尺寸設計成接觸待鍵合到元件載體的元件。
圖7為根據本發明第四實施例的包括兩個用於燒結壓力測量的裝置600的燒結設備70的橫截面視圖。在每個裝置600中，安裝有感測器151和連接到感測器151的感應電纜152。參考圖7，燒結設備70包括兩個裝置600，每個裝置600被配置為當元件61被鍵合到單獨的元件載體62時測量施加到相應元件61的燒結壓力。與先前描述的燒結設備10、50不同，每個裝置600佈置在各自的元件載體62的下方。燒結設備70還包括裝置保持器71，該裝置保持器被配置成用於保持每個裝置600的至少一部分，以固定每個裝置600相對於相應元件載體62的位置。裝置保持器71可以限定/形成在燒結設備70的現有支撐塊中。如圖7所示，裝置保持器71包括兩個倒T形的引導件或容器，並且每個引導件的形狀和尺寸被設計成可滑動地接收相應的裝置600，以固定裝置600相對於相應的元件載體62的位置。裝置保持器71還包括通道71a，該通道71a被配置為允許連接到安裝在每個裝置600中的感測器151的感應電纜152穿過該通道71a。為了便於安裝，裝置保持器71可以包括上部71A和下部71B，上部71A可拆卸地安裝到下部71B上。
當通過壓模66將燒結壓力施加到元件61以將元件61鍵合到元件載體62時，施加到元件61的燒結壓力被傳遞到位於元件載體62下方並與元件載體62的底面接觸的裝置600。裝置600的接觸杆630接收通過元件載體62傳遞的力，並且可變形部620因接觸杆630接收的力而變形。附接到可變形部620的內表面622的感測器151檢測內表面622的變形程度，以測量施加到元件61的燒結壓力。
如圖7所示，接觸杆630的一部分向上延伸遠離裝置保持器71以避免元件載體62與裝置保持器71之間的接觸，使得施加到元件61的燒結壓力僅傳遞到對應的裝置600。
為了確保準確檢測由施加燒結壓力引起的內表面622的變形，在該實施例中，可變形部620的形狀和尺寸被設計成保持感測器151以及感應電纜152，使得當燒結壓力施加到元件61時，感測器151僅檢測可變形部620的內表面622的變形程度。例如，可變形部620沿Z軸的高度應足以避免當燒結壓力施加到元件61時感測器151與裝置保持器71的下表面71b之間的接觸以及感應電纜152與下表面71b之間的接觸。
圖8A和圖8B分別示出了根據本發明第五實施例的力測量裝置800的透視圖與前視圖。參考圖8A和8B，裝置800包括按壓部810、可變形部820和連接到可變形部820的接觸杆830。按壓部810可拆卸地安裝到可變形部820上，以通過可變形部820和接觸杆830對待封裝的元件施加按壓力。可變形部820限定了切口、溝槽或空間821，其被配置為用於保持或安裝感測器851和感應電纜852，以測量在封裝過程中施加的按壓力。如圖8A所示，感測器851附接到可變形部820的內表面822，可變形部820還包括至少一個開口823，以供連接至感測器851的感應電纜852通過。在該實施例中，裝置800還包括位於可變形部820和接觸杆830之間的收窄連接部840。
在使用時，裝置800安裝在封裝設備中，用於測量當元件被封裝設備封裝時施加到元件的力。每個封裝設備可以包括一個或多個裝置800，並且每個裝置800可以用於測量施加到一個或多個元件的力。
圖8C為根據本發明第五實施例的包括力測量裝置800的封裝設備80的橫截面視圖。封裝設備80用於封裝已經被鍵合到元件載體82(例如襯底)的元件81。如圖8C所示，封裝設備80還包括形狀和尺寸適合保持裝置800的裝置保持器。在該實施例中，裝置保持器包括上壓模保持器83和下壓模保持器84，上壓模保持器83可拆卸地安裝到下壓模保持器84上。裝置800安裝在上下壓模保持器83、84中。具體地，按壓部810和其上安裝有按壓部810的可變形部820均佈置在上壓模保持器83中，接觸杆830佈置在下壓模保持器84中。至於收窄連接部840，它部分設置在上壓模保持器83中，部分設置在下壓模保持器84中，使得可變形部820與下壓模保持器84間隔預定距離，以避免可變形部820與下壓模保持器84之間的接觸，從而準確地測量施加到元件81上的力。上壓模保持器83還包括通道83a，該通道83a構造為允許感應電纜852穿過該通道83a。此外，為了便於安裝，上壓模保持器83還可以包括第一部分和第二部分，第一部分可拆卸地安裝到第二部分上。第一部分的形狀和尺寸設計成保持按壓部810，第二部分的形狀和尺寸設計成保持可變形部820和延伸出可變形部820的感應電纜852。
當元件81被封裝設備80封裝時，施加到裝置800的按壓部810的力經由裝置800的可變形部820和接觸杆830傳遞到元件81。這是為了防止模塑膠覆蓋每個元件81的頂表面。當在元件81的封裝過程中對元件81施加力時，元件81對接觸杆830施加反作用力，裝置800的可變形部820開始變形。附接到可變形部820的內表面的感測器851檢測由於按壓力的施加引起的可變形部820的變形程度，從而測量所述按壓力。
在第五實施例中，裝置800用於測量施加到一個或多個元件的按壓力。然而，在其他實施例中，裝置800可用於測量施加到單個元件(例如管芯)的按壓力，該元件已經鍵合到元件載體(例如襯底)。進一步地，在本發明的其他實施例中，封裝設備可以包括一個以上的力測量裝置(例如裝置800)，每個裝置可以用於測量施加到一個或多個元件的按壓力。
另外，類似於圖7所示的燒結設備，至少一個力測量裝置也可以位於元件載體的與施加按壓力的一側相反的一側，以測量按壓力，並且接觸杆定位成與元件載體接觸，以接收經由元件載件施加至接觸杆的按壓力，從而使可變形部變形。
本發明的實施例所公開的燒結設備10、50、70或封裝設備80還可以包括：人機介面(HMI)，該人機介面與感測器151/851可操作通信，以接收並顯示來自感測器151/851的測量結果；用於接收和存儲來自感測器151/851的測量結果的資料庫或記憶體；與感測器151/851可操作通信的製造執行系統(MES)，該製造執行系統用於基於來自感測器151/851的測量結果進行力追蹤；和/或自我調整系統，該自我調整系統被配置和操作以確定用於燒結或封裝設備的補償因數，以基於來自感測器151/851的測量結果進行後續的燒結工藝或封裝工藝，從而改進工藝。力追蹤可以是元件或管芯級力追蹤。
圖9是示出了適用於本文描述的本發明的各種實施例的用於力測量的方法900的流程圖。
在步驟901中，在燒結設備或封裝設備中設置力測量裝置，該裝置包括可變形部和連接到可變形部的接觸杆。
在燒結或封裝設備中設置該裝置的步驟可以包括在裝置中安裝感測器的步驟。具體地，感測器附接到可變形部的內表面。如果感測器不是無線感測器，則設置裝置的步驟還可以包括將感應電纜連線到感測器的步驟。此外，感應電纜穿過裝置的可變形部的開口。
當裝置100、300、400或800安裝在燒結設備或封裝設備中時，裝置佈置在燒結設備或封裝設備的上壓模保持器和下壓模保持器中，使得當元件被燒結設備鍵合到元件載體時或當元件被封裝設備封裝時，裝置的接觸杆被定位成接觸元件。當裝置600安裝在燒結設備中時，該裝置被佈置在元件載體下方的燒結設備的裝置保持器中，以固定裝置相對於元件載體的位置。
在步驟902，裝置的接觸杆被定位成接觸元件或元件載體並且將力施加到元件。
當裝置100、300或400安裝在燒結設備中時，該步驟包括：裝置向下朝向元件移動，使得裝置的接觸杆接觸元件，並通過裝置的可變形部和接觸杆經由裝置的按壓部向元件施加燒結壓力。
當裝置600安裝在燒結設備中時，裝置的接觸杆被定位成接觸元件載體，並且操作燒結設備中的壓模，以向元件施加燒結壓力。
當裝置800安裝在封裝設備中時，裝置的接觸杆被定位成與待封裝的元件接觸，並且通過裝置的可變形部和接觸杆經由裝置的按壓部向元件施加按壓力。
在步驟903，通過利用包含在可變形部處的感測器檢測由施加到元件的力引起的裝置的可變形部的變形程度，來測量施加到元件的力。
施加到元件的力可以基於感測器測量的應變來確定。在該實施例中，力測量裝置還可以包括處理器或計算系統，其被配置為基於感測器的讀數和由感測器檢測到的應變數和施加到元件的力之間的預定變化來自動計算施加到元件上的力。該預定變化可以通過在使用該裝置測量力之前進行的校準過程來確定。
從以上描述可以理解，在本發明所描述的實施例中提供了用於燒結設備或封裝設備中管芯級或元件級力測量的各種裝置。在所提出的裝置中，諸如高溫應變計的感測器被包含到裝置的可變形部中，以檢測由施加到元件(例如管芯)的燒結壓力或按壓力引起的可變形部的變形程度。當本發明的實施例中提出的多個裝置被安裝在用於將多個元件鍵合到一個或多個元件載體上的燒結設備中時，施加到每個元件的燒結壓力可以由相應的裝置準確地測量。因此，本發明的實施例中提出的裝置和燒結設備能夠實現管芯級或元件級燒結力追蹤。類似地，根據本發明實施例的裝置和封裝設備將實現管芯級或元件級力追蹤。進一步地，由於感測器被保持在由可變形部限定的空間中並且僅與可變形部的內表面接觸，因此將感測器引入到力測量裝置中不會影響力施加到元件上。如果在燒結設備中存在聚醯亞胺薄膜，則用於將燒結壓力均勻分佈到燒結設備的壓模上的聚醯亞胺薄膜的功能也不受影響。因此，所提出的用於燒結壓力測量的裝置可以具有簡單且緊湊的結構，使得能夠容易地將裝置安裝在燒結設備中。此外，與傳統的燒結設備相比，由於將高溫應變計包含到力測量裝置中，因此在燒結設備中既不需要冷卻系統來為感測器提供合適的操作環境，也不需要用於加速襯底支撐件的加熱的額外的熱擴散元件。
儘管已經參照某些實施例相當詳細地描述了本發明，但是其他實施例也是可能的。因此，所附申請專利範圍的精神和範圍不應限於本文所包含的實施例的描述。
10:燒結設備 100:裝置 11:元件 110:按壓部 111:底面 12:元件載體 120:可變形部 121:溝槽 122:內表面 123:開口 13:上壓模保持器 13a:通道 130:接觸杆 14:下壓模保持器 140:收窄連接部 151:感測器 152:感應電纜 300:裝置 310:按壓部 313:第一聯接結構 320:可變形部 323:第二聯接結構 330:接觸杆 400:裝置 430:接觸杆 433:固定部 434:可拆卸端部 434a:接觸部 434b:配合杆 50:燒結設備 51:元件 52:公共元件載體 53:上壓模保持器 53a:通道 54:下壓模保持器 600:裝置 61:元件 62:元件載體 620:可變形部 621:溝槽 622:內表面 623:開口 630:接觸杆 66:壓模 70:燒結設備 71:裝置保持器 71A:上部 71a:通道 71B:下部 71b:下表面 80:封裝設備 800:裝置 81:元件 810:按壓部 82:元件載體 820:可變形部 821:空間 822:內表面 823:開口 83:上壓模保持器 83a:通道 830:接觸杆 84:下壓模保持器 840:收窄連接部 851:感測器 852:感應電纜 900:方法 901:步驟 902:步驟 903:步驟 W1:橫截面寬度 W2:橫截面寬度
圖1A和圖1B分別示出了根據本發明第一實施例的用於燒結壓力測量的裝置的透視圖與前視圖。圖1C和圖1D分別示出了根據本發明第一實施例的將感測器和連接到感測器的感應電纜安裝於其中的用於燒結壓力測量的裝置的透視圖及前視圖。 圖2為根據本發明第一實施例的用於燒結壓力測量的裝置的燒結設備的橫截面視圖。 圖3A至圖3B分別示出了根據本發明第二實施例的用於燒結壓力測量的裝置的透視圖和前視圖。 圖4A示出了根據本發明第三實施例的當接觸杆的端部與接觸杆的固定部分離時用於燒結壓力測量的裝置的透視圖；圖4B和圖4C分別示出了根據本發明第三實施例的當接觸杆的端部聯接到接觸杆的固定部時用於燒結壓力測量的裝置的透視圖和前視圖。 圖5為根據本發明第三實施例的包括兩個用於燒結壓力測量的裝置的燒結設備的橫截面視圖。 圖6A至圖6C分別示出了根據本發明第四實施例的用於燒結壓力測量的裝置的透視圖、側視圖及前視圖。 圖7為根據本發明第四實施例的包括兩個用於燒結壓力測量的裝置的燒結設備的橫截面視圖。 圖8A和圖8B分別示出了根據本發明第五實施例的用於在封裝過程中進行力測量的裝置的透視圖和前視圖。圖8C為根據本發明第五實施例的包括用於力測量的裝置的封裝設備的橫截面視圖。 圖9是示出適用於本文描述的本發明的各種實施例的力測量方法的流程圖。 在附圖中，相似的部分由相似的附圖標記表示。
10:燒結設備
11:元件
110:按壓部
111:底面
12:元件載體
120:可變形部
13:上壓模保持器
13a:通道
130:接觸杆
14:下壓模保持器
140:收窄連接部
151:感測器
152:感應電纜
W1:橫截面寬度
W2:橫截面寬度

Claims (20)

  1. 一種用於當元件被鍵合到元件載體時或當元件被封裝時測量施加到元件的力的裝置，其中，所述裝置包括： 可變形部，所述可變形部被配置成包含用於檢測由於所述力的施加引起的所述可變形部的變形程度以便測量所述力的感測器，以及 接觸杆，所述接觸杆連接到所述可變形部，所述接觸杆能定位成接觸所述元件或所述元件載體，使得當將所述力施加到所述元件時，所述可變形部變形。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，所述可變形部包括溝槽，所述溝槽被配置成用於安裝所述感測器，所述感測器附接於所述溝槽的內表面，以檢測由於所述力的施加引起的所述內表面的變形程度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，所述可變形部還包括開口，所述開口被配置成允許連接到所述感測器的感應電纜穿過。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，所述可變形部沿基本垂直於所述力的施加方向的方向的橫截面寬度大於所述接觸杆的對應的橫截面寬度，以形成T形結構。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，還包括位於所述可變形部和所述接觸杆之間的收窄連接部，由此當所述力施加到所述元件時，所述可變形部能相對於所述接觸杆圍繞所述連接部移動。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，所述接觸杆包括可拆卸端部，該端部的形狀和/或尺寸被設計成接觸所述元件，以測量施加到所述元件的力。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，所述感測器包括高溫應變計，所述高溫應變計被配置為在150℃和500℃之間的技術溫度下起作用。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，所述可變形部與所述接觸杆的至少一部分一體成型。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，所述可變形部由楊氏模量小於製造所述接觸杆的至少一部分的材料的楊氏模量的材料製成。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，當所述裝置在使用時，所述接觸杆能定位成接觸所述元件，並且所述裝置還包括按壓部，所述按壓部可拆卸地安裝到所述可變形部上，以通過所述可變形部和所述接觸杆向所述元件施加力。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之裝置，還包括用於將所述按壓部固定到所述可變形部，以防止它們之間的相對運動的聯接件。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之裝置，其中，所述聯接件包括位於所述按壓部上的第一聯接結構和位於所述可變形部上的第二聯接結構，並且所述第一聯接結構和第二聯接結構被配置成彼此可拆卸地接合。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中，使用時，所述可變形部和所述接觸杆位於所述元件載體的與施加力的一側相對的一側上，並且所述接觸杆定位成與所述元件載體接觸，以便接收經由元件載體施加到所述接觸杆的力，從而使所述可變形部變形。
  14. 一種燒結或封裝設備，包括：用於當元件被所述設備鍵合到元件載體時，或者當所述元件被所述設備封裝時測量施加到所述元件的力的裝置，其中所述裝置包括： 可變形部，所述可變形部被配置成包含用於檢測由於所述力的施加引起的所述可變形部的變形程度以便測量所述力的感測器，以及 接觸杆，所述接觸杆連接到所述可變形部，所述接觸杆能定位成接觸所述元件或所述元件載體，使得當將所述力施加到所述元件時，所述可變形部變形。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之設備，其中，所述接觸杆可定位成接觸所述元件，並且所述裝置還包括按壓部，所述按壓部可拆卸地安裝到所述可變形部上，以通過所述可變形部和所述接觸杆向所述元件施加力，並且其中，所述可變形部和所述按壓部設置在所述設備的上壓模保持器中，所述接觸杆設置在所述設備的下壓模保持器中，並且其中，所述上壓模保持器可拆卸地安裝到所述下壓模保持器上。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之設備，其中，設置在所述上壓模保持器中的所述可變形部在平行於所述力的施加方向的方向上與所述下壓模保持器間隔預定距離，使得所述可變形部在使用時不接觸所述下壓模保持器。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之設備，其中，所述可變形部和所述接觸杆位於所述元件載體的與施加力的一側相對的一側上，並且所述接觸杆被定位成與所述元件載體接觸，以便接收經由元件載體施加至所述接觸杆的力，從而使所述可變形部變形。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之設備，進一步包括具有引導件的裝置保持器，所述引導件的形狀和/或尺寸設計成能滑動地接收所述裝置，以固定所述裝置相對於所述元件載體的位置。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之設備，進一步包括：人機界面(HMI)，所述人機界面與所述感測器可操作通信，以接收和顯示來自所述感測器的力測量結果；資料庫，所述資料庫用於接收和存儲來自所述感測器的力測量結果；製造執行系統(MES)，所述製造執行系統與所述感測器可操作通信，以基於來自所述感測器的力測量結果進行力追蹤；和/或自我調整系統，所述自我調整系統被配置和操作以基於來自所述感測器的力測量結果來確定用於所述設備的補償因數，以進行後續燒結或封裝技術。
  20. 一種用於當通過燒結設備將元件鍵合到元件載體時或當通過封裝設備將所述元件封裝時測量施加到所述元件的力的方法，所述方法包括： 提供用於燒結或封裝設備中的力測量裝置，其中，所述裝置包括可變形部和連接到所述可變形部的接觸杆， 將所述裝置的接觸杆定位成與所述元件或所述元件載體接觸，並向所述元件施加力，以及 利用包含在所述裝置的可變形部中的感測器，通過檢測由於力引起的所述可變形部的變形程度來測量施加到所述元件的力。
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