CN100547720C - 用于芯片分离装置的驱动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于驱动分离工具的驱动机构和驱动方法，该分离工具被用来从装配有芯片的粘胶带上分离芯片，该驱动机构包含有：第一驱动器，其和分离工具相连并有效驱动分离工具沿着基本垂直于芯片表面的第一轴线移动；第二驱动器，其和分离工具相连并有效驱动分离工具沿着垂直于第一轴线的第二轴线移动接近芯片宽度的距离；第一驱动器被设置来驱动分离工具沿着相对于芯片的第一轴线进行可设计的移动，同时第二驱动器驱动分离工具移动接近芯片宽度的距离，以为芯片和粘胶带之间分离的扩散提供可控的芯片提升。

Description

用于芯片分离装置的驱动机构
技术领域
本发明涉及在处理过程中从粘胶带处分离安装于该粘胶带上的半导体晶粒或集成电路芯片，尤其是涉及用于完成这种分离的驱动机构。
背景技术
在半导体封装件装配过程中，可能需要在芯片焊接或者倒装芯片焊接处理中从粘胶带载体上分离半导体芯片。通常这种分离是必须的，其中包含有大量所述半导体芯片的一片晶圆被安装于粘胶带(如聚酯薄膜)上以进行切割(dicing)，每个切割后的芯片必须从该粘胶带上移离并放置于焊接位置处。
通常，分离处理的第一步包括：在半导体芯片和粘胶带之间产生分离(delamination)或剥离(peeling)动作。这通过由设置于芯片和粘胶带下方的上推工具所施加的上推力引起，由来自牵制粘胶带的真空平台处的吸力所加强。在由粘胶带处完全移离以前，从该带体的粘胶表面充分分离通常是必要的。那样会增强从该粘胶带分离芯片的能力，同时也避免损坏芯片。尤其对于更薄更大的芯片，表面之间的粘着可能在芯片中引起弯曲力矩或形变。如果这种情形太强，该芯片将会爆裂或破裂。
现有技术中存在几种装置来寻求提高芯片和粘胶带之间的分离。其普遍包括一固定粘胶带的固定器(holder)和安装于该固定器与粘胶带下方的机动线性驱动机构(motorized linear actuators)，以控制分离或上推工具。用于从粘胶带分离半导体芯片或器件的最普遍的方法是使用单个或多个上推针作为上推工具，以当平台由真空吸力牵制该带体时在平台上方向上提升芯片，例如专利号为5,755,373、发明名称为“晶粒上推设备”的美国专利。这些针的上推动作将产生力以将该芯片从粘胶带上剥离。对于这种技术，驱动机构包含有设置于所述真空平台下方的机动线性驱动机构(参见该专利中的图2)。通过这种线性驱动机构来驱动上推针以进行上下的垂直移动。另一种结构也被用来从粘胶带上剥离芯片，例如专利号为4,990,051、发明名称为“预剥离晶粒弹推装置”的美国专利，其表述了具有包含外容置部和内容置部的两个或多个台阶(steps)，以控制粘胶带的形变，而提高所述上推针的效能。
使用上推针的缺点是：如果引入力不是足够大来使得该芯片从粘胶带上脱落，那么通过上推动作在半导体芯片上将会引入强大的弯曲力矩。芯片的底面将会在上推针直接作用于芯片的位置处经受很高的压缩应力(stress)。当芯片弯曲时，直接位于上推针上方的芯片的顶面将承受很高的张力。如果通过该弯曲力矩引起的形变超过其临界应变(critical strain)，芯片将容易破裂。当半导体芯片变得更薄时，这种情形将会更加突出。
另一种方法是利用上推针沿着真空平台横向移动，以使得一组切割后的薄半导体器件从粘胶带上脱离。这样的一种装置公开于专利号为6,629,553、发明名称为“用于安装半导体器件、半导体器件分离系统的装置与方法，和用于构造IC卡的方法”的美国专利中。在该装置中，切割后的半导体器件的脱离通过上推工具的横向移动扩散，该上推工具抵靠于粘胶带的非粘性背面而被提升到一适当高度，并移动穿过所述背面以在其被再次降低以前将一行半导体器件剥离。
在该芯片分离处理中，上推工具是一个具有曲面的物体。其被安装于一移动组件上并且该物体通过一个机动台(motorized table)横向移动穿越整个晶圆的宽度。在晶圆的一端提升该物体之后，当该物体到达晶圆的相对的另一端时，降低该物体以准备下一个分离周期。这种配置不打算使用于晶粒贴附系统(die attachment system)中，该晶粒贴附系统适合于在芯片分离处理中一次分离和拾取放置(pick-and-place)一个分割后(singulated)的半导体芯片。而且该物体在相同的高度处移动穿越整行半导体芯片。其没有考虑更薄和更大芯片的脆弱性，这种芯片可能需要对于每个芯片进行可控的垂直和水平移动，以在不损坏芯片的同时优化剥离动作。
发明名称为“晶片拾取(Pellet Picking)方法和晶片拾取装置”的美国专利6,561,743讨论了类似的方法。但是，公开于该专利中的方法利用一个给定高度的台体取代前述的物体。该台体在真空平台上部沿着水平面在一个方向上移动。通过该平台上的孔洞所提供的真空吸力和形成于台体上的台阶一起在粘胶带上产生足够的张力，以将其从切割后的芯片上剥离。
上面描述的这些现有系统或者在上下垂直方向上，或者沿着水平面横向驱动上推工具。通过使用上推针在垂直方向驱动的芯片分离在包括大(如宽度大于10mm)而薄(如厚度小于50微米)的半导体芯片的重要应用上可能不切实可行。另一方面，如果驱动机构仅仅为上推工具提供横向移动，那么在分离大而薄的半导体芯片中对于给定的上推工具可能不容易优化操作系统。
因此，开发一种在垂直和水平的联合动作中可有效移动上推工具，以有助于每个芯片的分离，尤其是大而薄的芯片的分离，是令人期望的。同样，该驱动机构是可设计的以便于针对不同的操作需要而增加调整的多功能性，也是令人期望的。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种驱动机构，其在半导体芯片从粘胶带上分离的过程中可被操作来将垂直和水平移动赋予给分离工具。
本发明一方面是提供一种用于驱动分离工具的驱动机构，该分离工具被用来从装配有芯片的粘胶带上分离芯片，该驱动机构包含有：用于该分离工具的支撑体；第一驱动器，其和支撑体相连并有效驱动分离工具沿着第一轴线移动；轴承，其固定有支撑体；第二驱动器，其和轴承相连并有效驱动分离工具沿着垂直于第一轴线的第二轴线移动；该第二驱动器以第一驱动器和第二驱动器可相互断开的方式和轴承相连；第一驱动器被设置来沿着相对于芯片的第一轴线驱动分离工具，同时第二驱动器沿着第二轴线驱动分离工具移动，以为芯片和粘胶带之间分离的扩散提供可控的芯片提升。
本发明另一方面是提供一种用于驱动分离工具的驱动机构的方法，该分离工具被用来从装配有芯片的粘胶带上分离芯片，该方法包含有下述步骤：使用第一驱动器驱动设有分离工具的支撑体，以沿着第一轴线移动分离工具；使用第二驱动器驱动固定有支撑体的轴承，以沿着垂直于第一轴线的第二轴线以第一驱动器和第二驱动器可相互断开的方式移动分离工具；其中，分离工具被驱动以沿着第一轴线进行移动，同时驱动分离工具进行移动，以为芯片和粘胶带之间分离的扩散提供可控的芯片提升。
参阅后附的描述本发明实施例的附图，随后来详细描述本发明是很方便的。附图和相关的描述不能理解成是对本发明的限制，本发明的特点限定在权利要求书中。
附图说明
根据本发明较佳实施例的装置和方法的示例现参见附图进行说明，其中：
图1是根据本发明较佳实施例包含有驱动机构的芯片分离装置的立体示意图。
图2是图1芯片分离装置的侧视剖面图，其包含有所述的驱动机构。
图3为图2中所示的驱动机构的平面剖面图。
图4(a)-4(d)为图2的芯片分离装置和驱动机构的侧视剖面图，其表明了芯片分离过程中驱动机构动作的不同阶段。
具体实施方式
现结合如图1-3所示的芯片分离装置对根据本发明的驱动机构的实施例进行描述。图1是根据本发明较佳实施例包含有驱动机构的芯片分离装置10的立体示意图。该芯片分离装置10包括有真空部件12以产生真空吸力。在真空部件12的顶部，设置有平整的真空平台14。该平台14包含有多个槽孔16，当其上装配有分割后的半导体芯片的粘胶带放置于该平台14上的时候，通过该槽孔施加真空吸力。当通过设置于平台14上的多个孔洞20和槽孔16施加真空吸力时，环绕于该平台14上部的橡胶环形垫圈18在真空产生期间沿着该平台14和粘胶带之间的接口提供真空密封。
当在真空部件12中施加真空吸力时，粘胶带将被固定在平台14上。分离工具，可以是用于分离半导体芯片的上推工具22的形式，可包含有多个槽形凸起(slotted projections)，如图1所示，其适合于凸伸穿过平台14的槽孔16。这些多个槽孔16延伸跨越平台14的表面。该上推工具22上部的曲面前引导端和直角跟随垂直端有助于半导体芯片的分离。
图2是图1芯片分离装置10的侧视剖面图，其包含有本较佳实施例的驱动机构。该芯片分离装置包括两个主要部件：(i)应用成套工具，由真空部件12和上推工具22组成；(ii)安装于安装座26上的机动驱动组件24，其在芯片分离处理中为上推工具22提供可设计的垂直方向和水平方向上的驱动。
由第一驱动器(actuator)28(较好地为线性马达的形式，更好地为音圈马达的形式)驱动垂直移动，其和上推工具22相耦接并有效驱动该上推工具22沿着大体垂直于待分离的芯片表面的第一轴线移动。由第二驱动器30(较好地为旋转马达驱动线性凸轮机构)驱动水平移动，其和上推工具22相耦接并有效驱动该上推工具22沿着垂直于第一轴线的第二轴线移动接近芯片的宽度。
真空部件12安装于一适配器(adapter)32上，该适配器最好针对不同的应用设计为可替代的形式。这种适配器32为驱动组件24的部件13构成封盖34的一部分，该驱动组件稳固地固定在安装座26上。上推工具22插置和固紧于支撑体，如杆状支撑体36上。接着该杆状支撑体36被安装于可水平移动的线性平台44之上。该线性平台44装配于和第一驱动器28相连的垂直移动座38上。该垂直移动座38和线性平台44分别由前面提及的第一驱动器28和第二驱动器30所驱动。
图3为图2中所示的驱动机构的平面示意图。驱动组件24的第一驱动器28(音圈马达组件)是一个线性马达驱动机构，其提供垂直驱动力以上下移动上推工具22。第一驱动器28安装并固定在安装座26上。和第一驱动器28相连的推杆29推抵于垂直移动座38，并提升和降低线性平台44以使之上下移动。垂直移动座38的垂直移动是由球笼轴承(ball cage bearings)40所引导。
除了第一驱动器28的马达驱动机构垂直上下移动上推工具22之外，驱动组件24还包含有第二驱动器30，例如旋转马达驱动线性凸轮机构，其能前后(或者在图3中为左右)水平驱动上推工具22。插置于杆状支撑体36上的上推工具22在线性平台44上水平移动，该线性平台由一对LM块(LM block)46所引导，如图3所示。当推动器平台(pusher table)42和推动器杆(pusher rod)48水平移动时，由轴承从动器(bearing follower)50和连接器52所固定的杆状支撑体36将会被推动，以在线性平台44上作相应的移动。第二驱动器30(旋转马达)驱动和转动线性凸轮机构，如线性凸轮(linear cam)54，以通过凸轮从动滚子(cam follower roller)56为推动器平台42提供线性驱动。当线性凸轮54顺时针方向转动时，推动器平台42和推动器平台42向前移动。值得注意的是，由于第二驱动器30在本实施例中所描述的上述配置，所以上推工具22能被用来沿着第二轴线进行往复运动一大体等同于待移除芯片的宽度的距离。该芯片宽度可以宽至20mm。
推动器平台42的线性移动是通过一对交叉滚子导轨(cross-rollerguides)58所引导。凸轮从动滚子56中的轴承能大大减少线性凸轮54和凸轮从动滚子56(其被固定在推动器平台42上)之间的、在它们运动时的摩擦。推动器平台42最好具有被预压的弹性。为此目的，一对弹簧60一端固定于推动器平台42上，另一端固定在安装座26上。在动作过程中，该弹簧60被用于拉动抵靠线性凸轮54的推动器平台42的凸轮从动滚子56，以便于朝向线性凸轮54偏置杆状支撑体36。来自弹簧60的足够的预压被需要来确保在上推工具22的整个水平/横向移动动作时，凸轮从动滚子56和线性凸轮54之间不存在间隙。该弹簧60也被用来提供朝向推动器平台42的回复力。该推动器平台42向后的驱动力是由该对弹簧60的收缩力所提供。
在本结构中，装配有上推工具22的杆状支撑体36可在线性平台44上水平移动，和在垂直方向上与垂直移动座38一起移动。杆状支撑体36上的轴承从动器50可有效断开(decouple)该驱动机构的垂直和水平/横向移动。
因此，第一驱动器28被配置来驱动上推工具22以沿着相对于该芯片的第一轴线进行可设计的移动，同时第二驱动器30驱动上推工具22以在芯片宽度附近进行移动，以便于提供芯片可控的提升而进行芯片和粘胶带之间分离的扩散。
根据本发明的芯片分离的原理现结合图4(a)到(d)进行描述。
在芯片分离处理开始时，上推工具22被设置在初始水平位置，并停留在刚好位于平台14上表面下方的待命高度处(standby height)。目标半导体芯片64将被设置在一位置处，在该位置处芯片端缘紧密地接近并对齐于上推工具22的直立垂直跟随端(straight vertical trailingedge)。该上推工具22的垂直跟随端最好应该在半导体芯片64端缘内小于0.5mm处。通过真空平台14的空洞20和槽孔16施加真空吸力，以致于粘胶带62被牵制在平台14上。真空部件12和部件13的密封应该足够好，以确保这些部件内的真空水平大约为-85kPa。
然后提升上推工具22到一预定高度，以致于其从平台14的上表面凸伸出来，并抵靠半导体芯片64的背部在粘胶带62上施加力。在粘胶带62上引起的张力将粘胶带62从半导体芯片64处剥离。同时，粘胶带62上的张力将在上推工具22上引起向下的反作用力。该反作用力必须通过由第一驱动器28(音圈马达)所提供的驱动力来平衡。半导体芯片64和粘胶带62之间的界面分离开始了。上推工具22的凸伸部被保持在平台14上方一个高度(较好在0.2-1mm之间)。在该高度处，上推工具22沿着槽孔16以一可设计的速度横向(水平)移动穿越所述的平台14。
上推工具22的水平或横向移动是由第二驱动器30(旋转马达)通过联接器所驱动，该联接器包括：线性凸轮54、凸轮从动滚子56、推动器平台42、推动器杆48、连接器52和轴承从动器50。第二驱动器30应能为上推工具22提供约3kgf的向前推动，以克服在平台14上方水平移动上推工具22时由张紧的粘胶带62所产生的反作用力。当上推工具22开始水平移动时，由于该工具22的这种水平/横向移动在其推抵于粘胶带62时将会在粘胶带上产生附加的张力，所以将会存在一个附加向下的反作用力作用在上推工具22上。这种附加向下的反作用力必须由应该能提供向上的约3kgf的推动的第一驱动器28所平衡。当上推工具22移动穿越半导体芯片64时，粘胶带62和半导体芯片64之间的界面分离将会继续，并扩散通过整个芯片64。上推工具22的横向移动速度不能大于这种界面分离的扩散速度。否则，芯片64和粘胶带62之间的完全分离将不会完成。这种界面分离的扩散速度由分布于半导体芯片64和粘胶带62之间界面的粘着力所规定。
减小粘胶带62的粘着力的一种方法是采用在提高温度时操作该模块(module)。其是通过使用设置于真空部件12中的加热单元(未示)而提升真空平台14的上表面的温度到40-90摄氏度来实现。采用提高作业温度除了减小界面粘着力之外，界面分离的扩散速度也将会增加。
当上推工具22移动到半导体芯片64的相对另一端时，芯片64应该基本上从粘胶带62上分离。其次第二驱动器30停下来同时上推工具22停留在这个位置。接着第一驱动器28驱动上推工具22向下移动到其待命高度，在此上推工具22将完全后退到平台14的上表面以下。然后，第二驱动器30向后转动线性凸轮54并使上推工具22移动回到其左侧初始位置，同时准备下一次的分离过程。当上推工具22移动回复到其初始位置时，拾取工具66能降低下来拾取已经分离的半导体芯片64’。在另一种可选的处理顺序中，拾取工具66在分离周期开始时降低到一高度，该高度距离获取部分分离的半导体芯片64足够近，并在分离过程中为半导体芯片64提供支撑。
值得欣赏的是，此处已经描述了具有最小感应弯曲应力(inducedbending stress)的用于从粘胶带上分离半导体芯片的新机构。其应用在要求分离大(宽度大于10mm)而薄(厚度小于50微米)的芯片上尤其有用。在所述的实施例中，该驱动机构提供了联合的和独立的垂直和横向移动以驱动上推工具。因此，上推工具的移动曲线能够被精确调整，以为不同尺寸和特性的待分离的半导体芯片实现优化的分离处理。
这种驱动机构实现了一体化的结构，该结构为用于半导体芯片分离的上推工具提供了独立的垂直和水平移动。同样其也具有紧凑结构的优点，因为对于近似应用而言，其尺寸和单一垂直移动的驱动机构相比是具有可比性的。
由于这种设计，对于芯片分离处理而言，初始工具的高度、横向移动的时延和水平/垂直移动的速度成为可设计的参数。能够使用这些额外的处理参数来优化芯片分离处理。因此，例如分离很大和很薄的芯片的关键应用是有可能的。相应地，复杂的同步移动控制曲线(synchronized motion control profiles)对于应用工具是可能来优化芯片分离处理。该应用工具的水平/垂直移动的速度能够设计在一个很大的动态范围内。其允许芯片分离装置使用包括小粘着力度(例如UV带)和大粘着力度(例如正常切割带或非UV带)的粘胶带。
另外，这种机构被设计来机械上兼容于传统的单一垂直移动、多上推针式芯片分离装置中的驱动组件。因此，其能被应用于具有使用两轴(垂直和水平)移动控制或者单轴(垂直)移动控制的芯片分离装置的系统中。
此处描述的本发明在所具体描述的内容基础上很容易产生变化、修正和/或补充，可以理解的是所有这些变化、修正和/或补充都包括在本发明的上述描述的精神和范围内。

Claims (15)

1、一种用于驱动分离工具的驱动机构，该分离工具被用来从装配有芯片的粘胶带上分离芯片，该驱动机构包含有：
用于该分离工具的支撑体；
第一驱动器，其和支撑体相连并驱动分离工具沿着第一轴线移动，该第一轴线垂直于该芯片；
轴承，其固定有支撑体；
第二驱动器，其和轴承相连并驱动分离工具沿着垂直于第一轴线的第二轴线移动；
该第二驱动器以第一驱动器和第二驱动器可相互断开的方式和轴承相连；
第一驱动器被设置来沿着相对于芯片的第一轴线驱动分离工具，同时第二驱动器沿着第二轴线驱动分离工具移动，以为芯片和粘胶带之间分离的扩散提供可控的芯片提升。
2、如权利要求1所述的驱动机构，其中该第二驱动器被用于驱动分离工具沿着第二轴线往复移动一段距离，该距离基本相等于该芯片的宽度。
3、如权利要求1所述的驱动机构，其中该第一驱动器包含有线性马达。
4、如权利要求3所述的驱动机构，其中该线性马达包含有音圈马达。
5、如权利要求3所述的驱动机构，其中线性马达通过可沿着第一轴线移动的活动座和支撑体相连，该驱动机构还包含有可沿着第二轴线移动的线性平台，其安装于该活动座上。
6、如权利要求5所述的驱动机构，其中该第二驱动器被设置来驱动支撑体随该线性平台移动。
7、如权利要求1所述的驱动机构，其中该第二驱动器包含有旋转马达，该旋转马达驱动线性凸轮机构。
8、如权利要求7所述的驱动机构，该驱动机构包含有弹性机构，该弹性机构可朝向线性凸轮机构偏置该支撑体。
9、一种用于驱动分离工具的驱动机构的方法，该分离工具被用来从装配有芯片的粘胶带上分离芯片，该方法包含有下述步骤：
使用第一驱动器驱动设有分离工具的支撑体，以沿着第一轴线移动分离工具，该第一轴线垂直于该芯片；
使用第二驱动器驱动固定有支撑体的轴承，该第二驱动器和轴承相连，以沿着垂直于第一轴线的第二轴线以第一驱动器和第二驱动器可相互断开的方式移动分离工具；
其中，分离工具被驱动以沿着第一轴线进行移动，同时驱动分离工具沿着第二轴线进行移动，以为芯片和粘胶带之间分离的扩散提供可控的芯片提升。
10、如权利要求9所述的方法，其中，该沿着第二轴线驱动分离工具的步骤还包含有：沿着第二轴线往复移动该分离工具至一段距离，该距离基本相等于该芯片的宽度。
11、如权利要求9所述的方法，其中该分离工具由线性马达沿着第一轴线驱动。
12、如权利要求11所述的方法，该线性马达包含有音圈马达。
13、如权利要求11所述的方法，该方法包含有：通过可沿着第一轴线移动的活动座将线性马达和支撑体相连，还包含有将可沿着第二轴线移动的线性平台安装于该活动座上。
14、如权利要求9所述的方法，其中该分离工具由旋转马达驱动线性凸轮机构沿着第二轴线所驱动。
15、如权利要求14所述的方法，该方法还包含有：使用弹性机构沿着第二轴线朝向线性凸轮机构偏置该支撑体。
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