CH706512B1 - Werkzeug mit einer heiz- und kühlbaren Saugvorrichtung. - Google Patents

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CH706512B1
CH706512B1 CH00686/12A CH6862012A CH706512B1 CH 706512 B1 CH706512 B1 CH 706512B1 CH 00686/12 A CH00686/12 A CH 00686/12A CH 6862012 A CH6862012 A CH 6862012A CH 706512 B1 CH706512 B1 CH 706512B1
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Andreas Mayr
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Abstract

Ein Werkzeug hat ein Saugorgan (2) und einen Heizer (3) mit einander gegenüberliegenden Kontaktflächen (9, 10). Die Kontaktfläche (10) des Saugorgans (2) und/oder die Kontaktfläche (9) des Heizers (3) weist mindestens eine Vertiefung (12) auf, um zwischen dem Saugorgan 2 und dem Heizer (3) mindestens eine Kammer (7) zu bilden. Der Heizer (3) weist mindestens eine Bohrung (15) auf, die in die mindestens eine Kammer (7) mündet. Der Heizer (3) ist beweglich und federnd am Saugorgan (2) gelagert. Der mindestens einen Bohrung (15) ist zum Kühlen des Saugorgans (2) ein unter Druck stehendes gasförmiges Medium zuführbar. Das gasförmige Medium bewirkt, dass der Heizer (3) vom Saugorgan (2) abhebt, so dass zwischen den Kontaktflächen (9, 10) des Heizers (3) und des Saugorgans (2) ein Spalt entsteht, durch den das gasförmige Medium strömt und in die Umgebung gelangt.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Werkzeug mit einer heiz- und kühlbaren Saugvorrichtung.
[0002] Ein solches Werkzeug wird beispielsweise in der Halbleiterindustrie zum Thermokompressions(TC)-Bonden eines Halbleiterchips (englisch «die» genannt) auf ein Substrat eingesetzt. Die Verbindungsbildung erfolgt unter Einwirkung von Temperatur.
[0003] Bestimmte Bondprozesse, wie beispielsweise das TC-Bonden, erfordern das Aufheizen und Abkühlen des Halbleiterchips während des Bondens auf dem Substrat. Dieses Aufheizen und Abkühlen nimmt Zeit in Anspruch und bestimmt wesentlich die Zykluszeit und damit den Durchsatz der Maschine.
[0004] Im Stand der Technik sind solche Werkzeuge bekannt, die eine Saugvorrichtung und einen Heizer aufweisen. Der Heizer umfasst eine elektrische Widerstandsheizung, um die Saugvorrichtung aufzuheizen. Um die Saugvorrichtung zu kühlen, sind verschiedene Lösungen bekannt, nämlich <tb>1.<SEP>Der Heizer und/oder die Saugvorrichtung ist mit Kühlkanälen versehen, durch die jeweils ein Kühlmedium, beispielsweise Druckluft, geleitet wird. <tb>2.<SEP>Der Heizer und/oder die Saugvorrichtung ist mit Kühlrippen versehen, über die das Kühlmedium geleitet wird.
[0005] Diese Lösungen haben mehrere Nachteile. Zum einen wird die Kühlleistung aufgrund einer nicht beliebig vergrösserbaren Kühlfläche und/oder aus Platzgründen begrenzten Maximalgrösse des notwendigen Kühlkörpers begrenzt. Wenn die Kühlkanäle an der Grenze zwischen der Saugvorrichtung und dem Heizer angeordnet sind, wird die Kontaktfläche und damit auch der Wärmeübergang zwischen der Saugvorrichtung und dem Heizer verkleinert. Dies verlängert die Aufheizzeit.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlleistung eines solchen Werkzeugs zu verbessern, ohne die Heizleistung zu verringern.
[0007] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
[0008] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnung näher erläutert. <tb>Fig. 1 und 2<SEP>zeigen in perspektivischer Ansicht ein erfindungsgemässes Werkzeug mit einem Saugorgan von oben bzw. unten, <tb>Fig. 3<SEP>zeigt das erfindungsgemässe Werkzeug in einer Schnittdarstellung, <tb>Fig. 4 und 5<SEP>zeigen das Saugorgan in perspektivischer Ansicht von oben bzw. unten, <tb>Fig. 6<SEP>zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Heizers für das Saugorgan, <tb>Fig. 7<SEP>zeigt schematisch das Saugorgan und den Heizer im Heizmodus, und <tb>Fig. 8<SEP>zeigt schematisch das Saugorgan und den Heizer im Kühlmodus.
[0009] Die Fig. 1 und 2 zeigen in perspektivischer Ansicht ein erfindungsgemässes Werkzeug 1, die Fig. 3 zeigt das Werkzeug 1 in einer Schnittdarstellung. Das Werkzeug 1 dient beispielsweise zum Thermokompressionsbonden eines Halbleiterchips auf einem Substrat und ist in diesem Fall vorzugsweise lösbar am Bondkopf eines Montageautomaten befestigt. Die für die Erfindung wesentlichen Aspekte werden im Folgenden anhand dieser spezifischen Anwendung im Detail erläutert. Das Werkzeug 1 umfasst ein Saugorgan 2 zum Ansaugen und Festhalten eines Objekts, nämlich hier eines Halbleiterchips, einen Heizer 3 (Fig. 3 ), um das Saugorgan 2 auf eine vorgegebene Temperatur T1aufzuheizen, und ist ausgestaltet, um ein unter Druck stehendes gasförmiges Medium, beispielsweise Druckluft, zuzuführen, um das Saugorgan 2 auf eine vorgegebene Temperatur T2abzukühlen. Das Saugorgan 2 ist beispielsweise plattenförmig, wobei eine Seite eine Saugfläche 4 bildet. Das Saugorgan 2 weist weiter eine Bohrung 5 auf, die in Vertiefungen 6 mündet, die in der Saugfläche 4 angeordnet sind. Die Vertiefungen 6 bilden eine Kavität. Das Werkzeug 1 umfasst die notwendigen Zuleitungen und Anschlüsse, um das Saugorgan 2 mit Vakuum zu beaufschlagen: so ist die Bohrung 5 des Saugorgans 2 über eine durch das Werkzeug 1 führende Vakuumleitung 8 mit Vakuum beaufschlagbar, um in der Saugfläche 4 eine Saugkraft zum Ansaugen des Halbleiterchips zu erzeugen. Das Saugorgan 2 ist an der Unterseite des Werkzeugs 1 befestigt, so dass es an seiner Saugfläche 4 den Halbleiterchip aufnehmen kann. Das Werkzeug 1 umfasst zudem die notwendigen Zuleitungen und Anschlüsse, um das gasförmige Medium an die für die Kühlung des Saugorgans 2 nötige Stelle zu führen. Weitere Details werden anhand der Fig. 3 erläutert.
[0010] Der Heizer 3 ist auf der Saugfläche 4 der gegenüberliegenden Seite des Saugorgans 2 angeordnet. Die einander gegenüberliegenden Seiten des Heizers 3 und des Saugorgans 2 sind Kontaktflächen 9 bzw. 10, die im Heizbetrieb des Heizers 3 aneinander anliegen, damit die Wärme auf effiziente Weise vom Heizer 3 auf das Saugorgan 2 übertragen wird, und die im Kühlbetrieb des Heizers 3 voneinander beabstandet sind. Das Saugorgan 2 ist fest am Werkzeug 1 befestigt, während der Heizer 3 zum Saugorgan 2 beweglich, vorzugsweise federnd, am Werkzeug 1 gelagert ist. Der Heizer 3 ist senkrecht zur Kontaktfläche 10 des Saugorgans 2 in der als z-Richtung bezeichneten Richtung bewegbar. Die federnde Lagerung erfolgt beispielsweise mittels Federn 11, deren eines Ende am Werkzeug 1 und deren anderes Ende am Heizer 3 befestigt ist. Die Federn 11 sind so vorgespannt, dass sie den Heizer 3 gegen das Saugorgan 2 drücken. Die federnde Lagerung des Heizers 3 kann jedoch auch pneumatisch erfolgen, oder der Heizer 3 kann elektromechanisch bewegbar sein. Die Kontaktfläche 9 des Heizers 3 und/oder die Kontaktfläche 10 des Saugorgans 2 ist mit mindestens einer Vertiefung 12 ausgebildet. Wenn die Kontaktflächen 9 und 10 des Heizers 3 und des Saugorgans 2 aneinander anliegen, dann bildet die Vertiefung 12 bzw. bilden die Vertiefungen 12 eine oder mehrere geschlossene Kammern 7. Die Kammern 7 sind über eine entsprechende Druckleitung mit dem gasförmigen Medium beaufschlagbar. Der Heizer 3 enthält eine erste Bohrung 13, durch die eine die Vakuumleitung 9 beendende Vakuumdüse 14 geführt ist. Die Vakuumdüse 14 mündet luftdicht in die Saugöffnung des Saugorgans 2. Der Durchmesser der ersten Bohrung 13 des Heizers 3 ist grösser als der Durchmesser der Vakuumdüse 14, so dass zwischen der Vakuumdüse 14 und dem Heizer 3 ein umlaufender Spalt gebildet ist. Dies ermöglicht es, den Heizer 3 ohne Reibung an der Vakuumdüse 14 gegenüber dem Saugorgan 2 zu bewegen. Der Heizer 3 enthält mindestens eine zweite Bohrung 15, durch die, fakultativ, eine die Druckleitung abschliessende Einblasdüse 16 geführt ist. Im Beispiel sind zwei zweite Bohrungen 15 und zwei Einblasdüsen 16 vorhanden. Die zweiten Bohrungen 15 haben einen grösseren Durchmesser als die Einblasdüsen 16, so dass zwischen dem Heizer 3 und den Einblasdüsen 16 ein umlaufender Luftspalt besteht. Dieser Luftspalt muss so klein sein, dass der Druckverlust des gasförmigen Mediums in der Kammer 7 so klein ist, dass sein Druck ausreicht, um den Heizer 3 im Kühlbetrieb entgegen der von den Federn 11 ausgeübten Kraft vom Saugorgan 2 abzuheben.
[0011] Der Wechsel zwischen Heizbetrieb und Kühlbetrieb erfolgt mittels eines (nicht gezeigten) Ventils, das die Zuführung des gasförmigen Mediums steuert. Im Heizbetrieb ist das Ventil geschlossen, und die Federn 11 drücken den Heizer 3 gegen das Saugorgan 2. Im Kühlbetrieb ist das Ventil geöffnet und das gasförmige Medium strömt durch die Druckleitung und die Einblasdüsen 16 in die durch die Vertiefungen 12 gebildete Kammer(n) 7. Die Federkonstante der Federn 11, die von der mindestens einen Vertiefung 12 belegte Fläche und der Druck des gasförmigen Mediums sind so aufeinander abgestimmt, dass der in der mindestens einen Kammer 7 vom gasförmigen Medium ausgeübte Druck ausreicht, um den Heizer 3, entgegen der Kraft der Federn 11, vom Saugorgan 2 abzuheben, so dass zwischen den Kontaktflächen 9 und 10 des Heizers 3 bzw. des Saugorgans 2 ein Spalt 21 (Fig. 8 ) entsteht, durch den das gasförmige Medium strömt und entweicht. Die Breite des Spalts 21 kann durch einen Anschlag 17 oder Abstandhalter begrenzt sein. Das Werkzeug 1 ist zudem mit Öffnungen versehen, durch die das gasförmige Medium nach dem Strömen durch den Spalt 21 in die Umgebung entweichen kann.
[0012] Die Fig. 4 und Fig. 5 zeigen in perspektivischer Ansicht das Saugorgan 2 in einer Ausführung, bei der die dem Heizer 3 gegenüber liegende Kontaktfläche 10 des Saugorgans 2 mit der Vertiefung 12 ausgebildet ist. Die Fig. 4 zeigt das Saugorgan 2 mit der dem Heizer 3 zugewandten Kontaktfläche 10. Die Fig. 5 zeigt die dem Heizer 3 abgewandte Seite. Die Vertiefung 12 besteht aus mehreren miteinander verbundenen Kanälen. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass der zum Abheben des Heizers 3 vom Saugorgan 2 nötige Druck eine flächige Kraft erzeugt.
[0013] Die Fig. 6 zeigt eine vorteilhafte Ausführung des Heizers 3 und der Federn 11. Der Heizer 3 besteht vorzugsweise aus einem keramischen Werkstoff wie z.B. Siliziumnitrid und enthält eine elektrische Widerstandsheizung, vorzugsweise in Form eines eingesinterten elektrischen Widerstandsstreifens 18 (Fig. 3 ). Aber auch andere Heizverfahren, wie z.B. Heizung durch Induktion sind möglich. Die Federn 11 sind hier zwei Blattfedern. Die Federn 11 dienen dazu, den Heizer 3 im Heizbetrieb gegen das Saugorgan 2 zu drücken und im Kühlbetrieb das Sich-Einstellen des Spalts 21 zwischen den Kontaktflächen 9 und 10 des Heizers 3 bzw. des Saugorgans 2 zu ermöglichen. Die Federn 11 dienen mit Vorteil zudem dazu, den für den Heizbetrieb nötigen Strom zum Widerstandsstreifen 18 zu leiten. Die eine der Federn 11 kontaktiert daher das eine Ende des Widerstandsstreifens 18, die andere der Federn 11 kontaktiert das andere Ende des Widerstandsstreifens 18. Der Heizer 3 enthält mindestens zwei Bohrungen, bei diesem Beispiel drei Bohrungen: Die beiden äusseren Bohrungen 19 nehmen die Einblasdüsen 16 auf, die mittlere Bohrung 20 nimmt die Vakuumdüse 14 auf.
[0014] Die Fig. 7 zeigt schematisch den Zustand des Werkzeugs 1 im Heizmodus: Die Kontaktfläche 9 des Heizers 3 und die Kontaktfläche 10 des Saugorgans 2 berühren einander. Die Fig. 8 zeigt schematisch den Zustand des Werkzeugs im Kühlmodus: Die Kontaktflächen 9 und 10 sind durch den Spalt 21 getrennt. Die Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums ist durch Pfeile dargestellt.
[0015] Bei der Montage eines Halbleiterchips auf einem Substratplatz wird der am sogenannten Pickort bereitgestellte Halbleiterchip auf eine Temperatur von beispielsweise 150 °C vorgeheizt. Der Bondkopf nimmt den Halbleiterchip mit dem Saugorgan 2 auf und setzt ihn auf der Lotportion auf. Die Lotportion wurde vorgängig auf dem Substratplatz deponiert. Sobald der Bondkopf den Halbleiterchip aufgesetzt hat, wird der Widerstandsstreifen 18 des Heizers 3 mit einem Strom beaufschlagt, der den Heizer 3 und damit das Saugorgan 2 und den Halbleiterchip aufheizt, beispielsweise auf 350 °C. Sobald das Lot flüssig geworden ist und die Unterseite des Halbleiterchips benetzt, wird der Strom abgestellt oder reduziert und das Ventil geöffnet, so dass das unter Druck stehende gasförmige Medium in die durch die Vertiefungen 12 gebildete(n) Kammer(n) 7 strömt, den Heizer 3 vom Saugorgan 2 abhebt, entlang der Kontaktfläche 10 des Saugorgans 2 durch den Spalt 21 strömt und so das Saugorgan 2 kühlt. Sobald das Lot wieder erstarrt ist, kann die Beaufschlagung des Saugorgans 2 mit Vakuum beendet und der Bondkopf ohne Halbleiterchip weggefahren werden. Die genannten Temperaturen von 150 °C bzw. 350 °C sind nur beispielhaft zu verstehen, sie sind prozessspezifische Temperaturen.
[0016] Das erfindungsgemässe Werkzeug 1 kann aber auch für andere Anwendungen ausgebildet werden. Beispielsweise kann das Saugorgan 2 ein Tisch oder ein Teil eines Tisches sein, auf dem ein Substrat zu halten ist, wobei es darum geht, das vom Saugorgan 2 festgehaltene Substrat auf effiziente Weise, d.h. möglichst schnell, zu heizen bzw. zu kühlen.

Claims (5)

1. Werkzeug mit einem Saugorgan (2) und einem Heizer (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Saugorgan (2) und der Heizer (3) einander gegenüberliegende Kontaktflächen (9, 10) aufweisen, dass die Kontaktfläche (10) des Saugorgans (2) und/oder die Kontaktfläche (9) des Heizers (3) mindestens eine Vertiefung (12) aufweist, um zwischen dem Saugorgan (2) und dem Heizer (3) mindestens eine Kammer (7) zu bilden, dass der Heizer (3) beweglich zum Saugorgan (2) gelagert ist, dass der Heizer (3) mindestens eine Bohrung (15) aufweist, die in die mindestens eine Kammer (7) mündet, und dass im Betrieb des Werkzeugs (1) der mindestens einen Bohrung (15) ein unter Druck stehendes gasförmiges Medium zuführbar ist, um zu bewirken, dass der Heizer (3) vom Saugorgan (2) abhebt, so dass zwischen den Kontaktflächen (9, 10) des Heizers (3) und des Saugorgans (2) ein Spalt (21) entsteht.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizer (3) federnd am Werkzeug (1) gelagert ist.
3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizer (3) eine elektrische Widerstandsheizung aufweist.
4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Federn (11) vorgesehen sind, die die federnde Lagerung des Heizers (3) bewirken, und die den für den Betrieb der Widerstandsheizung erforderlichen Strom zu Anschlüssen der Widerstandsheizung leiten.
5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Anschlag (17) oder Abstandshalter die maximale Auslenkung des Heizers (3) begrenzt.
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