CN102318056A - 划片系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于从衬底划片集成电路单元的分割系统，包括：用于容纳所述衬底的工作台，所述工作台能够从衬底接收台移动到划片台；第一切割锯，用于当所述衬底位于所述划片台时将所述衬底划片；第二切割锯，用于当所述衬底位于所述划片台时将所述衬底划片；其中所述第一切割锯和所述第二切割锯是不同类型的，以便对所述衬底执行不同的划片功能。

Description

划片系统和方法

技术领域

本发明涉及包含多个单独的集成电路单元的衬底分割(singulation)。特别地，本发明涉及在需要包括不同类型的衬底和不同形式的分割在内的不同条件的情况下加工这种衬底的系统和方法。

背景技术

在用于大量相似的IC(集成电路)单元的集成电路加工中，加工设备的关键的决定因素可能是单元被加工的速度和质量。

在不同的市场中，需要各种类型的集成电路或者对其加工具有不同的要求，于是，关键的决定因素还可以是质量还有加工设备的灵活性。

例如，在将衬底划片成单独IC单元的过程中，划片或者分割系统可能需要应对不同的条件，任何特殊状况下衬底的体积都可能实质下降。因此，与达成这种灵活性的能力相比，速度可能不是那么重要。

目前实现这种灵活性的系统包括处理小体积衬底的多台机器，以便获得所需的结果。但使用多台机器的资本成本极高，如果能够实现资本占用量较小的方案，将是优选的。

发明内容

在第一方面中，本发明提供一种用于从衬底划片集成电路单元的分割系统，包括：用于容纳所述衬底的工作台，所述工作台能够从衬底接收台移动到划片台；第一切割锯，用于当所述衬底位于所述划片台时将所述衬底划片；第二切割锯，用于当所述衬底位于所述划片台时将所述衬底划片；其中所述第一切割锯和所述第二切割锯是不同类型的，以便对所述衬底执行不同的划片功能。

在第二方面中，本发明提供一种从衬底划片集成电路单元的方法，该方法包括下列步骤：提供包括第一切割锯和第二切割锯的分割系统；将所述衬底移动到所述第二切割锯；使用所述第二切割锯部分切割所述衬底的金属层；将所述衬底移动到所述第一切割锯，使用所述第一切割锯完成所述衬底的切割。

在第三方面中，本发明提供一种用于加工包含集成电路单元的阵列的衬底的加工系统，该系统包括：用于保存多种不同的衬底类型的装载台；用于将所述衬底划片成单独的集成电路单元的分割系统；所述分割系统包括用于将所述衬底传送到多个切割锯的至少两个传送系统，所述切割锯被设置为对所述衬底执行不同的划片功能。

因此，本发明通过在所述分割系统内整合不同类型的切割锯来提供灵活性。这种系统的使用将提供一种整合方法，该方法中的任一衬底需要不同的分割加工，例如，具有不同的材料或者对所述衬底施加不同的切割厚度。

应了解的是，本发明可以包括控制系统，以识别单一衬底或者特定批次内的不同衬底类型的衬底系列所需要的不同参数。

例如，两个切割锯可以是不同厚度的，单一衬底或者单一批次内的不同衬底需要不同厚度的切割。在可以实施控制系统的情况下，控制系统将操作例如切割承片盘(chuck table)上的衬底运动，以便相对于具有该特殊切割所需的特性的切割锯来对准衬底。

根据本发明的分割系统提供的不同条件可包括不同厚度的切割。或者，其可以涉及切割同一衬底内的不同材料的衬底，或者切割所述分割系统所加工的同一批次内的不同材料的衬底。

在另一实施例中，可以实施第三切割装置，例如第三切割锯。第三切割装置的益处可包括具有与第一切割锯或者第二切割锯类似的特性的切割锯，以便提高对该种类型的切割能力。或者，第三切割锯可具有第三特性，从而根据该实施例的分割系统可能能够提供三种不同的切割。在另一实施例中，第三切割装置可以是适合于诸如水注或者激光切割之类的成形切割的装置。

在一个实施例中，分割系统可以是较大的加工系统的一部分，所述加工系统用于将衬底装载到分割系统并且随后将所述分割好的IC单元分成不同的类别。所述加工系统可在所述加工系统的装载台处或其附近包括检测装置。该检测装置可被设置为检测正装载到系统中的衬底的质量、尺寸或翘曲。所述检测装置还可以具有识别不同类型的衬底的能力。在后一种情况下，当识别特殊的衬底时，所述信息可以被发送到分割系统，从而根据所述衬底的所需特性通过分割系统实施预定的分割过程。

在另一实施例中，衬底或同一批次内的不同衬底具有不同材料的不同层。在这种情况下，分割系统可包括适用于不同类型的材料的切割锯，例如一个锯在切割金属更具优势。在这种情况下，可以优化该过程，以便利用金属切割锯来完全或者部分切割金属，从而第二锯可以切割第二锯可能更加适合的衬底的剩余部分或者该批次内的其他衬底。在优化所述系统时，优化标准可包括切割速度、切割刀片的使用寿命和/或切割刀片的成本。例如，当两个切割锯的刀片可能都能切割金属层的时候，通过能够抵抗切割所述金属层的磨损特性，一个切割锯的刀片与第二切割锯的刀片相比可以具有更长的使用寿命。

在刀片在所需的切割厚度方面有所不同的另一实施例中，两个切割锯可以具有一个厚刀片(例如1mm厚)和一个薄刀片(例如0.3mm厚)。在另一实施例中，可以进一步增强分割系统的灵活性，如果需要不与第一切割锯和第二切割锯的厚度相对应的切割，但所述厚度大于最薄的刀片的厚度的话，则该过程中可以包括薄刀片的多个来回切割，以便获得准确厚度的切割。因此，在另一实施例中，与提供IC衬底分割的典型常见或者标准厚度相比，可以优化刀片厚度的选择，以使所需的来回切割次数最小化。

衬底可以是同质的。或者其可以是分层的，具有不同的层材料。在另一实施例中，多个衬底可以叠置，从而分割系统可能需要容纳为了形成更加集成的器件而布置的多个衬底。

附图说明

参考显示本发明的可能设置的附图，将便于进一步描述本发明。本发明的其他设置也是可能的，因此附图的特殊性不应被理解为取代本发明的上述描述的一般性。

图1A和图1B是根据本发明的一个实施例的分割系统的俯视图和正视图；

图2A和图2B是根据本发明的第二实施例的分割系统的俯视图和正视图；

图3A和图3B是根据本发明的第三实施例的分割系统的俯视图和正视图；

图4是根据本发明的另一实施例的加工系统的俯视图；

图5A和图5B是图4的加工系统的装载机(onloader)的俯视图；

图6A、图6B和图6C是图4的加工系统的切割承片盘设置的不同视图；

图7是图6C的切割承片盘设置的正视图；

图8是图7的切割承片盘设置的正视图；

图9是根据图4的加工系统的切割承片盘和网状盘设置的正视图；

图10是图9的切割承片盘和网状盘设置的正视图；

图11是图10的切割承片盘和网状盘设置的正视图；

图12A、图12B和图12C是图4的加工系统的分选系统的不同视图；

图13A、图13B、图13C和图13D是图4的加工系统的卸载机(offloader)的不同视图。

具体实施方式

在接下来的描述中，术语划片(dicing)、锯切(sawing)、切割(cutting)和分割(singulation)全部表示从衬底上分离或部分分离IC单元。

在一个方面中，本发明提供一种分割系统，该分割系统包括至少两个切割锯，从而该切割锯执行不同的功能，以便满足不同的目的。

在图1、图2和图3的不同实施例中示范了该系统，其中设有一对切割锯，以便根据正在涉及的衬底的不同需要共同实现累积结果。

图1A和图1B显示了衬底31的划片中的不同阶段。衬底31位于工作台(block)上，例如能够转动以便沿两条限定单独集成电路32的切割线45、50对准衬底31的切割承片盘30。

因此，在该实施例中，分割系统5包括一对切割锯10、15，其是具有位于其上的个别刀片20、25的轴(spindles)。衬底是在将要沿八边形的主轴45、50被划片的整体衬底31内形成的单独集成电路单元32的设置。

根据该实施例的分割系统5与现有技术相比所提供的优点在于，集成电路单元32需要使八边形的轴45、50具有不同的厚度。短轴45需要1mm的余隙40，以便分隔相邻IC单元之间的电路。不过，纵轴50只需要0.30mm的标准余隙35。为达此目的，第一切割锯10的刀片20具有与所需的余隙40相匹配的厚度，为1mm厚。因此，图1B中显示的切割承片盘30已转动成使短轴45与第一切割锯10对准，为更宽的余隙40做好准备。应了解的是，两个刀片的实际厚度可以根据工业标准、被加工衬底的经济体积以及其他具体的操作标准而变化。

在第一划片切割之前或者之后所实现，如图1A所示的第二切割锯15将具有刀片厚度45以匹配所需的余隙35的刀片25对准以切割纵轴50。因此，通过提供具有不同特性(在这种情况下即不同厚度的刀片20、25)的两个源(source)10、15，使用一个分割系统5获得需要两种不同类型的切割的衬底。

图2A和图2B显示了分割系统55的另一实施例，其中本发明应用于解决切割用在不同类型的衬底上的不同材料的问题。在这种情况下，衬底80是多个QFN单元，QFN单元具有由铜制成的第一层85和下方的聚合物模具(polymer mould)90。未显示的是BGA单元的衬底，其中聚合物的PCB还由此放置在聚合物模具上。通过提供具有不同材料的刀片70、75的源60、65，分割系统55可用于对不同类型的衬底划片，而不会在划片源60、65的刀片70、75上造成不适当的磨损。

分割系统55包括具有适合于划片BGA单元的金属刀片的第一切割锯60。第二切割锯65具有适合于为QFN单元切割铜层85的树脂结合剂刀片(resin bond blade)75。因此，对于该分割系统55，切割BGA衬底可以使用沿正交坐标轴的第一切割锯60，允许切割承片盘旋转以便对准相应的刀片。抵在BGA衬底的聚合物模具上的金属刀片可以持续极长的时间，因此具有使用寿命长的优点。但是，如果第一切割锯60的金属刀片被应用于QFN衬底的铜层，则会很快退化。首先令QFN衬底80经过第二切割锯65，适用于切割铜层85的树脂结合剂刀片75。但是，第二切割锯将仅执行铜层85的部分切割95。然后将部分切割的衬底80对准第一切割锯60，通过聚合物模具90的完全切割100来完成衬底的分割。于是较贵的树脂结合剂刀片75不需要经历不必要的聚合物磨具的切割，从而稍微延长了树脂结合剂刀片75的寿命。因此，分割系统55通过明智地使用切割锯60、65的不同刀片70、75的功能，实现了能够在划片QFN、BGA和任意其他多层衬底的同时优化刀片的使用寿命和成本的双重目的。

图3A和图3B显示了另一实施例，其中分割系统105可以进一步提高不同类型的衬底的划片的功能性和适用性。

此处，衬底120是由安装在QFN衬底130上以形成单个衬底的BGA衬底125形成的。本发明具有多个集成单元。但是，为了实现这种集成，根据现有技术的分割系统将承受大量的磨损，因为划片源是同一类别的，因此不能优化不同类型的源的使用。

因此，分割系统105又具有第一切割锯110和第二切割锯115，第一切割锯110和第二切割锯115具有不同类型的刀片135、140。与图2A和图2B中的实施例相同，第一切割锯110具有适合于切割BGA衬底的金属刀片，第二切割锯115具有适合于切割下方的QFN衬底130的铜层的树脂结合剂刀片140。

操作方法类似于图2A和图2B中所描述的方法。但是，BGA衬底125是在上面，通过第二切割锯115的金属刀片140对BGA衬底执行部分切割145。然后把被部分切割的衬底120移到具有树脂结合剂刀片135的第一切割锯110。此处，由于树脂结合剂刀片135切割QFN衬底130的剩余铜层，完成切割150。

图4显示了分割系统190位于其中的加工系统160。加工系统160包括用于将衬底装载入分割台(singulation station)170的装载平台165。如前所述，分割台170包括从切割承片盘设置185接收衬底的分割系统190。切割承片盘设置185和分割系统190之间设有检测区195。入口轨道(衬底转盘(tunable))区域180将衬底角度与拣选器(picker)的方向对准。

当分割时，将单独IC单元移动到网状盘设置200，网状盘设置200将IC单元提供到分选系统205中。然后，IC单元从这里被分到不同的箱(bin)210中以运往最终用户。

图5A和图5B显示了特别适用于处理多种衬底类型的装载平台165。装载平台165包括其上按顺序排列了多个衬底220的盘215。包括推料机225的装载机226被设置为将衬底230传送到转盘235。在图5A中，BGA衬底被传送到转盘235，随后转盘235转动240衬底以便与拣选器245对准以传送到切割承片盘设置(未显示)。转盘用作也用于通过安装在具有拣选器245的轨道上的检测装置250检测的平台。拣选器245和检测装置250从转盘沿着轨道260移动，以便在检测装置类型和朝向之后传送衬底。

在检测之后，BGA衬底被拣选器245从转盘上取走，并且在这种情况下被更换成同样被推料机225推动到转盘的QFN衬底265。

检测装置以与现有技术类似的方式工作。但是，检测装置还可能能够根据直观来识别衬底的种类，因此通知下游分割系统以采用与识别出的衬底相对应的不同过程。可以从衬底的已知特性来识别，所述已知特性也可以包括条码，检测装置也可以包括条码读取器。在另一实施例中，衬底可以包括可以通过RFID读取器(未显示)读取的RFID装置，RFID读取器还与分割系统通信，告知挣被传送的特定类型的衬底。

图6、图7和图8显示了充当到分割系统的传送系统的切割承片盘设置。在这种情况下，如上文所述，加工系统160(图4)被配置为根据图2所示的分割系统的实施例来加工衬底和集成电路。因此，加工系统160是以齿轮装配的，以加工两种不同类型的衬底。在这种情况下，所考虑的两个衬底是在IC单元的底面具有焊球以直接安装到封装上的球栅阵列单元(bold grid array unit)。第二种类型是方形扁平无引脚单元。BGA单元由放在聚合物模具上的聚合物印刷电路板表征。QFN单元是由放在类似的聚合物模具上的铜层制成的。在这种情况下，加工系统160被设置为处理这两种类型的衬底，其需要不同的切割锯以处理基本聚合物BGA单元和铜QFN单元两者。因此，回到图6、图7和图8，切割承片盘设置涉及将BGA衬底和QFN衬底从转盘235传送到各自的切割承片盘266、271。如上文所述，无论哪个衬底位于衬底转盘235上，拣选器245都与之接合并沿直线轨道260将其传送到适当的切割承片盘266、271。由于每次传送一个衬底，衬底拣选器245顺次将这些衬底交替传送到BGA切割承片盘266和QFN切割承片盘271之间。同时通过检测装置250执行检测，如上文所述。图6C显示了传送到各自的切割承片盘266、271的衬底，图7显示了传送到分割系统268的BGA衬底267。在这种情况下，设有第一切割锯269和第二切割锯273。与图2所示的设置相同，第一切割锯269被设置为切割聚合物层，第二切割锯273被设置为切割铜层。当分割BGA衬底267时，可以使用任何一个锯，这会产生能力和瓶颈的问题。

图8显示了所分割的BGA衬底的撤回以及QFN衬底向分割系统268的传送。已结合图2描述了划片QFN衬底的方法，因此此处不再重复。

在QFN衬底的分割过程中，然后BGA单元将通过单元拣选器275输送到清洗台280，单元拣选器275在这种情况下沿着与衬底拣选器255相同的直线轨道260移动。图9、图10和图11显示了下一阶段，在分割的QFN单元的划片和撤回之后，将新的BGA衬底279传送到分割系统268。在这期间，第一BGA衬底已被转移到包括在其上沉积分割好的单元的干燥工作台(dry block)300的分选部分。干燥工作台用于充当清洗台280后面的分选台200与在进一步的分选之前处于干燥工作台300上的BGA和QFN单元两者之间的接口。分选台200内是具有专用于BGA单元335的一侧和专用于QFN单元330的另一侧的双单元拣选器。双单元拣选器将单元从干燥工作台300传送到升降鳍(flipper)315，然后再使用各自的如图10所示的BGA拣选器335或者如图11所示的QFN拣选器330将其单独传送到BGA网状盘310或者QFN网状盘325。

双单元拣选器进一步包括检测装置340，以便当在空闲工作台(idleblock)320上时检测各个单元。

检测装置340可包括在分割之后检测IC单元的质量。检测装置340还可以确认不存在分割的阵列内的或者可能不在原本位置上的缺少的单元。检测装置可以进一步探测可能仍陷在分割好的单元之间的由分割加工所造成的碎屑。

图12A、图12B和图12C显示了下一阶段，BGA网状盘310和QFN网状盘325沿着直线滑道(linear slides)移动，以便将其带到平行的直线轨道390、395、400附近。直线轨道与又是专用于各自的IC类型的单元拣选器相关联。例如，BGA网状盘310进入具有安装在其上的三个BGA拣选器360、370、380的两个直线轨道390、395附近。拣选器360、370、380被设置为接合网状盘310上的单元并且将其传送到BGA架(rack)425、430，然后BGA架425、430将BGA单元传送到专门的BGA箱405、410。BGA拣选器360、370、380可以与前面的检测装置340通信，因此可以预先编程以将损坏的单元传送到用于废弃或重新加工的次级箱。所述拣选器370之一进一步包括用于执行最终检测的检测装置，其可以主要针对网状盘310上缺少的或者未对准的单元。还应注意的是，在直线轨道390、395附近，网状盘310可以在转盘350上转动，以便确保所有的IC全都能够被三个单元拣选器360、370、380够到。

图12A、图12B和图12C还显示了用于QFN单元的并行系统，QFN网状盘325进入两个直线轨道395、400附近。应注意的是，为了方便和高效起见，中心直线轨道395容纳BGA拣选器360和QFN拣选器375两者。还应了解的是，每个直线轨道可以独立或者共同地服从完成的加工系统的要求。

因此，QFN网状盘325沿着直线轨道移动，以便可以被三个QFN拣选器365、375、385够到，从而将QFN单元传送到两个架435、440，架435、440将QFN单元传送到箱415、420。

架到箱的通信可以参见图13A、图13B、图13C和图13D，其中架沿着直线轨道移动，以便传送单元箱450、455、460、465。当各个箱装满架时，可将所述架作为盒子(cassette)取出，可以实现进一步容纳各个单元的能力。

Claims (11)

1.一种用于从衬底划片集成电路单元的分割系统，包括：

用于容纳所述衬底的工作台，所述工作台能够从衬底接收台移动到划片台；

第一切割锯，用于当所述衬底位于所述划片台时将所述衬底划片；

第二切割锯，用于当所述衬底位于所述划片台时将所述衬底划片；

其中所述第一切割锯和所述第二切割锯是不同类型的，以便对所述衬底执行不同的划片功能。

2.根据权利要求1所述的分割系统，其中安装到所述第一切割锯的第一刀片的厚度大于安装到所述第二切割锯的第二刀片的厚度。

3.根据权利要求1所述的分割系统，所述系统被设置为通过所述第二切割锯部分切割所述衬底，并且通过所述第一切割锯完成所述部分切割。

4.根据权利要求3所述的分割系统，其中所述部分切割包括位于所述衬底上的金属层的完全切割。

5.根据前述权利要求中任一项所述的分割系统，其中安装到所述第一切割锯的第一刀片是金属刀片，安装到所述第二切割锯的第二刀片是树脂结合剂刀片。

6.一种从衬底划片集成电路单元的方法，该方法包括下列步骤：

提供包括第一切割锯和第二切割锯的分割系统；

将所述衬底移动到所述第二切割锯；

使用所述第二切割锯部分切割所述衬底的金属层；

将所述衬底移动到所述第一切割锯，使用所述第一切割锯完成所述衬底的切割。

7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括在将所述衬底移动到所述第二切割锯的步骤之前的将所述衬底移动到所述第一切割锯以及部分切割所述衬底的顶层的步骤。

8.一种从衬底划片集成电路单元的方法，所述集成电路单元在具有不同的横向间隔与纵向间隔的矩形阵列中隔开，该方法包括下列步骤：

提供具有第一锯和第二锯的分割系统，所述第一锯和所述第二锯具有安装在其上的不同厚度的刀片；

沿横轴移动所述衬底以便对准所述第一锯的刀片，并且沿所述横轴锯切；

将所述衬底移动到所述第二锯以便将纵轴与所述第二锯上的刀片对准，并且锯切所述纵轴。

9.一种用于加工包含集成电路单元的阵列的衬底的加工系统，该系统包括：

用于保存多种不同的衬底类型的装载台；

用于将所述衬底划片成单独的集成电路单元的分割系统；

所述分割系统包括用于将所述衬底传送到多个切割锯的至少两个传送系统，所述切割锯被设置为对所述衬底执行不同的划片功能。

10.根据权利要求9所述的加工系统，进一步包括分选台，所述分选台用于接收划片而成的集成电路单元以及为了分选将其分成不同的批次。

11.一种用于从多个衬底上划片集成电路单元的加工系统，包括：

用于装载不同类型的衬底的装载台；

用于保存所述衬底的分割系统，所述分割系统为根据权利要求1至8中任一项所述的分割系统。

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