CH695075A5 - Greifwerkzeug. - Google Patents

Description

  



   Die Erfindung betrifft ein Greifwerkzeug zum Montieren von Halbleiterchips  auf einem Substrat. Solche Greifwerkzeuge sind bekannt unter den  Fachbegriffen "die collet" oder "die bonding tool". 



   Bei der Montage von Halbleiterchips werden die aus einem Wafer gesägten  und auf einer Folie haftenden Halbleiterchips vom Greifwerkzeug ergriffen  und auf einem Substrat platziert. Ein solches Greifwerkzeug besteht  im Wesentlichen aus einem Metallschaft und einem daran befestigten  Saugorgan, das einen gegen das zu ergreifende Bauteil gerichteten,  über eine Bohrung mit Vakuum beaufschlagbaren Hohlraum aufweist.  Sobald das Saugorgan auf dem Bauteil aufliegt, bewirkt das Vakuum  die Haftung des Bauteils am Saugorgan. 



   Die Befestigung des Halbleiterchips auf dem Substrat erfolgt je nach  Anwendungsbereich mit unterschiedlichen Klebematerialien. Neben Weichlot,  bei dem der Halbleiterchip auf das Substrat aufgelötet wird, und  Klebefolie kommen hauptsächlich elektrisch leitende, Silber enthaltende,  als auch elektrisch nicht leitende, flüssige Klebstoffe auf Epoxybasis  zur Anwendung. Neuerdings sind aber auch Klebstoffe bekannt geworden,  die auf neuen Molekularsystemen beruhen, die in vergleichsweise viel  kürzerer Zeit aushärten. Die Klebstoffschicht muss einerseits die  Haftung des Halbleiterchips auf dem Substrat gewährleisten, andererseits  muss sie in der Lage sein, Schubspannungen, die beispielsweise durch  Temperaturschwankungen bedingt sind, auszugleichen.

   Da die Eigenschaften  der genannten Klebstoffe stark von ihrer Schichtdicke abhängen, ist  eine gleichbleibende Klebstoffschichtdicke in engen Grenzen erforderlich,  um zuverlässige Produkte mit identischen Eigenschaften herstellen  zu können. 



   Um auch minimalste Verletzungen des Halbleiterchips bei der Montage  zu vermeiden, werden Greifwerkzeuge verwendet, deren Saugorgan aus  Gummi besteht. Gummi hat zusätzlich den Vorteil, dass es die Hohlkammer  gut abdichtet, so dass der Halbleiterchip mit relativ grosser Ansaugkraft  von der Folie abgelöst werden kann. 



   Diese Gummiwerkzeuge haben jedoch den schwerwiegenden Nachteil, dass  sie nicht mit ausreichender Präzision hergestellt werden können.  Die Gummiwerkzeuge sind in der Regel 2 bis 3 mm dick. Für die Herstellung  werden teure Spritzwerkzeuge benötigt. Trotzdem weisen die fertigen  Gummiwerkzeuge in der Dicke Schwankungen von 50  mu m und mehr auf.  In der Folge treten insbesondere bei der Montage vergleichsweise  grosser Halbleiterchips, also bei Halbleiterchips mit einer Kantenlänge  von 20 mm und mehr, Probleme auf, weil der Klebstoff unter dem Halbleiterchip  schlecht verteilt ist, Luftblasen einschliesst, nicht überall bis  zu den Kanten des Halbleiterchips fliesst, ungleichmässig dick ist  etc. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Greifwerkzeug zu entwickeln,  das eine problemlose Montage grosser Halbleiterchips ermöglicht. 



     Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale  des Anspruchs 1. 



   Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäss dadurch, dass das  Greifwerkzeug eine Saugplatte aus formstabilem Material aufweist,  deren eine, dem Halbleiterchip zugewandte, Oberfläche Strukturen  aus einem aushärtbaren Klebstoff aufweist. Als Klebstoff dient ein  in der Halbleiterindustrie bewährter und akzeptierter Klebstoff.  Die Saugplatte gewährleistet die Steifigkeit bzw. Formstabilität  des Greifwerkzeugs. Die Strukturen aus ausgehärtetem Klebstoff garantieren  die nötige Elastizität, damit der Halbleiterchip nicht verkratzt  wird und damit der zwischen dem Greifwerkzeug und dem Halbleiterchip  gebildete Hohlraum vakuumdicht wird. 



   Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der  Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 und 2 ein Greifwerkzeug.                                                          



   Die Fig. 1 und 2 zeigen in Aufsicht und im Querschnitt ein Greifwerkzeug,  das einen Schaft 1 und als eigentliches Saugorgan eine Saugplatte  2 aus einem formstabilen Material umfasst. Der Schaft 1 ist so ausgebildet,  dass die Saugplatte 2 stabil und rechtwinklig zur Längsachse des  Schaftes 1 gehalten wird. Vorzugsweise ist die Saugplatte 2 nicht  nur auf den Schaft 1 aufgepresst, sondern zusätzlich mit einem thermisch  schnellaushärtenden Kleber fixiert. Die Saugplatte 2 weist im Zentrum  eine über den Schaft 1 mit einer Vakuumquelle verbindbare Bohrung  3 auf. 



   Die Saugplatte 2 besteht aus einer etwa zwei Millimeter dicken formstabilen  Platte 4, deren eine Oberfläche 5 mit Strukturen 6 aus einem in der  Halbleiterindustrie bewährten Material versehen ist. Als Material  für die Platte 4 dient vorzugsweise eloxiertes Aluminium. Eloxiertes  Aluminium bietet gegenüber nicht eloxiertem Aluminium den Vorteil  der Korrosionsbeständigkeit. Die Platte 4 kann aber auch aus einem  Kohlefaserverbundwerkstoff oder einem formstabilen Kunststoff gefertigt  sein. Eine Platte 4 aus Kunststoff lässt sich beispielsweise preisgünstig  im Spritzgussverfahren herstellen. Sowohl Kohlefaserverbundwerkstoffe  als auch Kunststoffe weisen gegenüber Metallen den Vorteil des geringeren  Gewichts bei trotzdem ausreichender oder sogar grösserer Formstabilität  auf.

   Als Material für die Strukturen 6 dient ein schnell aushärtender  Klebstoff, der als Füllmaterial vorzugsweise einen grossen Anteil  an Teflon< <TM> > enthält. Ein solches Material ist beispielsweise  unter der Bezeichnung QMI536 von der Firma Dexter erhältlich. Das  Material QMI536 ist ein elektrischer Isolator und hat einen Elastizitätsmodul  von 300 MPa. Die Strukturen 6 sind somit elastisch genug, dass sie  den Halbleiterchip nicht verkratzen. Es ist auch möglich, für die  Strukturen 6 einen elektrisch leitenden Klebstoff zu verwenden, der  im Betrieb entweder direkt oder über die in diesem Fall vorzugsweise  nicht eloxierte Platte 4 mit Erde verbunden ist. Ein geeignetes Material  ist unter der Bezeichnung QMI506 von der Firma Dexter erhältlich.  Es enthält Silber als Füllmaterial und weist einen Elastizitätsmodul  von 630 MPa auf. 



     Die Aluminiumplatte 4 kann in verschiedenen Farben ausgeführt  sein. Die eloxierte Aluminiumplatte 4 bietet eine optimale Oberfläche  für die Strukturen 6. Die Strukturen 6 umfassen eine geschlossene  Berandungslinie 7 sowie sternförmig vom Zentrum der Aluminiumplatte  4 ausgehende Abstützlinien 8. Die Höhe der Strukturen 6 beträgt typisch  etwa 0.2 mm. Um eine hohe Konstanz der Höhe der Strukturen 6 zu erreichen,  wird der Klebstoff zunächst mit einem Schreibkopf in einer Dicke  von etwa 0.25 mm aufgetragen, ausgehärtet und dann planparallel zur  Oberfläche der Aluminiumplatte 4 um etwa 0.05 mm abgeschliffen. 



   Die Berandungslinie 7 der Strukturen 6 hat die Aufgabe, die durch  die Aluminiumplatte 4, die Berandungslinie 7 und den gegriffenen  Halbleiterchip gebildete Vakuumzone abzudichten. Die Abstützlinien  8 haben die Aufgabe, den Halbleiterchip abzustützen und zu verhindern,  dass sich der Halbleiterchip beim Absetzen auf das Substrat verbiegt.  Die Strukturen 6 müssen zudem aus einem Material gefertigt sein,  das einerseits jegliche Beschädigung des Halbleiterchips ausschliesst  und andererseits unter keinen Umständen Rückstände auf der Chipoberfläche  hinterlässt. 



   Das erfindungsgemässe Greifwerkzeug weist die folgenden Vorteile  auf: 



   Die Steifigkeit bzw. Formstabilität des Greifwerkzeugs ist markant  höher als bei einem herkömmlichen Greifwerkzeug mit einem Saugorgan  aus Gummi. Die Abstützlinien 8 verhindern, dass sich der Halbleiterchip  beim Absetzen auf das Substrat verbiegt. Der Klebstoff breitet sich  daher gleichmässig unter dem Halbleiterchip aus und es bildet sich  eine Klebstoffschicht konstanter Dicke, die frei von Lufteinschlüssen  ist. 



   Die Strukturen 6 selbst haften nicht am Halbleiterchip. Nach dem  Ausschalten des Vakuums bleibt der Halbleiterchip lagegenau auf der  auf das Substrat aufgebrachten Klebstoffportion liegen. 



   Die geringe Höhe der Strukturen 6 hat zur Folge, dass das Volumen  der zwischen dem Halbleiterchip und der Aluminiumplatte 4 gebildeten  Hohlkammer sehr klein ist, so dass der Kraftaufbau beim Aufbau des  Vakuums und der Kraftabfall beim Lösen des Vakuums sehr schnell erfolgen.                                                      



   Selbst für die grössten Chipabmessungen ergeben sich schlanke und  sehr leichte Greifwerkzeuge. 



   Es ist von Vorteil, sofern die Vakuumhaltekraft gross genug ist,  die Abmessungen des Greifwerkzeugs kleiner, typischerweise um etwa  70%, zu bemessen als die Abmessungen des Halbleiterchips. Auf diese  Weise kann erreicht werden, dass sich der Rand des Halbleiterchips,  vom Zentrum des Saugorgans her gesehen, immer nach oben durchbiegt.  Das Resultat sind eine perfekte Ausbreitung des Klebstoffes bis an  die Kanten des Halbleiterchips sowie die nachträgliche Ausbildung  des Fillet mit genügend Klebstoff und ohne Lufteinschlüsse. 



     Das Greifwerkzeug eignet sich auch für kleine Halbleiterchips.  Allerdings können dann die Abstützlinien 8 entfallen.

Claims (6)

1. Greifwerkzeug mit einem Saugorgan zum Montieren von Halbleiterchips auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugorgan eine Platte (4) aus einem formstabilen Material ist, deren eine Oberfläche (5) mit Strukturen (6) aus einem ausgehärteten Klebstoff versehen ist.

2. Greifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (4) aus Aluminium ist.

3. Greifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (4) aus Aluminium ist, deren eine Oberfläche (5) eloxiert ist.

4. Greifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (4) aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff besteht.

5. Greifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (4) aus Kunststoff besteht.

6.

Greifwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen (6) eine Berandungslinie (7) und Abstützlinien (8) umfassen.