CN103311159A - 一种ic芯片剥离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IC芯片安全剥离装置，包括安装板、位置调整机构、滑台机构、顶针机构以及真空发生器；所述顶针机构包括：套筒，安装于滑台上；直线电机，安装于套筒内，其控制端连接外部控制中心的输出端；直线传动机构，安装于套筒内，其下端与直线电机的输出轴相接；力传感器，安装于直线电机的输出轴和直线传动机构之间，其信号输出端连接外部控制中心的输入端；顶针座，安装于套筒顶部，其表面开有气孔，通过该气孔与真空器气管连接；顶针夹持件，安装于顶针座内，与直线传动机构的上端相接；顶针，被顶针夹持件夹持。本发明采用闭环式力控方案，在不对芯片造成损伤的前提下进行芯片剥离，具有安全、高效、剥离可靠性高的特点。

Description

一种IC芯片剥离装置

技术领域

本发明涉及半导体芯片的封装技术领域，特别涉及一种IC芯片安全剥离装置，用于在IC封装技术的芯片组装工艺中，从粘接有IC芯片的晶圆蓝膜上顶起芯片。

背景技术

集成电路（IC）工业俨然是当今全球经济发展的高速增长点，是我国国民经济中最具活力的组成部分，是关乎国民经济和社会发展的基础性和战略性产业。电子封装作为IC工业的后道工序，将通过电测试的IC芯片与其他器件连接、固定到管壳或基板上，从而组成一个具有特定功能的器件投入实际应用。芯片拾取过程是电子封装中不可或缺的一个关键工艺步骤，完成单片IC芯片从蓝膜基板到拾取头的首次转移，以衔接后续工艺过程，如视觉引导贴片、键合等。随着工艺的发展，IC芯片变得更薄、面积/功能比更小，给无损伤快速转移芯片带来了困难，尤其是由于顶针作用导致的芯片背面的局部损伤和划痕给后续封装工艺流程以及产品性能带来潜在的失效风险，容易诱导电性能失效和机械失效。

一般地，芯片转移过程如下：首先，一个半导体晶圆盘（Wafer盘）被粘附在蓝膜上，通过划片切割工艺将其分割成微型IC芯片的阵列；然后，Wafer盘局部被吸附固定在一顶针座上；接着，一个带真空通路的拾取头下移到接近芯片的上表面，顶针升起将芯片从蓝膜上剥离；最后，拾取头向上提起，完成芯片从Wafer的剥离与转移。

专利文献200510108938.6仅对顶针的材质与相关结构特征进行探讨，并未涉及顶针工作的整个工艺过程的研究；专利文献CN102254792A发表了一种所谓的安全顶针，通过调节顶针有效受压长度，以调整其欧拉临界载荷使其具有预设屈曲特性，即达到预设的额定顶起力时，该顶针发生屈曲，从而保护芯片，但是该技术实际较难实施，并未见用于批量的实际生产；专利文献CN101707181A通过降低顶针顶起速度从而减小对半导体芯片的冲击，但是此方案对对生产效率有一定影响，且无法测定对芯片作用力。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种IC芯片安全剥离装置，能够将顶针顶起力控制在安全范围内，在不对芯片造成损伤的前提下完成芯片从Wafer蓝膜的剥离，具有适用性广、安全、高效和可靠的特点。

一种IC芯片剥离装置，包括：

安装板，用于将整个芯片剥离装置安装于生产设备上；

位置调整机构，安装于安装板上，用于实现滑台在X、Y、Z三个自由度方向的微调；

滑台机构，安装于位置调整机构上，用于将顶针机构上升至工作位置；

顶针机构，安装于滑台上，用于从粘接有IC芯片的晶圆蓝膜上顶起芯片；

真空发生器，靠近顶针机构安装，并与顶针机构连接，用于在顶针机构内部形成真空，使得晶圆蓝膜在大气压作用下吸附在顶针机构表面；

所述顶针机构包括：

套筒，安装于滑台上；

直线电机，安装于套筒内，其控制端连接外部控制中心的输出端；

直线传动机构，安装于套筒内，其下端与直线电机的输出轴相接；

力传感器，安装于直线电机的输出轴和直线传动机构之间，其信号输出端连接外部控制中心的输入端，用于测量顶针剥离芯片时所受的反作用力，并缓冲芯片剥离过程中芯片所受的冲击；

顶针座，安装于套筒顶部，其表面开有气孔，通过该气孔与真空器气管连接；

顶针夹持件，安装于顶针座内，与直线传动机构的上端相接；

顶针，被顶针夹持件夹持。

进一步地，所述力传感器为膜片式力传感器或由力传感器与弹性件叠放组成。

进一步地，所述直线传动机构采用滚珠花键副。

进一步地，所述顶针机构还包括调整件，安装于直线传动机构的上端，所述顶针位于其上，通过调整调整件安装位置调整顶针的高度。

进一步地，所述直线电机采用压电陶瓷直线电机通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明采用闭环式力控方案，通过力传感器实时检测并反馈顶针的顶起力，控制中心通过该测量值与预设值的比较产生控制信号控制直线驱动电机的状态，从而使得顶针顶起力得以控制在安全范围之内，在不对芯片造成损伤的前提下进行芯片剥离。本发明能根据不同的实际工况设置需要的顶起力，拓宽了使用范围。本发明能在X、Y、Z三个方向上对顶针位置进行调节以适应不同的芯片顶起位置，消除了由于机械加工、装配等造成的不利影响。

进一步地，力传感器采用膜片式结构，不仅能检测顶针的顶起力，而且还能在顶针顶起的过程中起到缓冲的作用，避免了顶针对芯片的冲击，起到安全保护作用。

进一步地，本发明采用滚珠花键副实现从电机到顶针的传动，不仅直线运动精度高，而且限制其周向旋转，从而避免了顶偏现象的发生，增加剥离可靠性。

进一步地，本发明还增设调整件，安装在直线传动机构的上端，所述顶针位于其上，用于通过调整其安装位置调整顶针的高度。

进一步地，直线电机优选压电陶瓷直线电机作为顶针顶起的动力源，它是利用压电元件的逆压电效应激发弹性体的微幅振动并通过摩擦将微幅振动转换成动子宏观的直线运动,从而直接推动负载，它动作灵敏、分辨率高、结构紧凑，能够达到传统的直线和旋转电动机所不能匹敌的精度。

附图说明

图1为本发明IC芯片剥离装置示意图；

图2为本发明IC芯片剥离装置的顶针机构剖视图；

图3为本发明顶针机构的滚珠花键副结构示意图；

图4为本发明顶针机构的顶针座结构图；

图5为本发明顶针机构的顶针座的俯视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本发明一种IC芯片安全剥离装置的较佳实施例，包括安装板1、位置调整机构2、滑台安装板3、滑台机构4、吸附气管接头5、顶针机构6、顶针机构安装板7、真空发生器8和滑台气管接头9。安装板1，用于将整个芯片剥离装置安装于生产设备上；位置调整机构2，安装于安装板1上，用于对滑台机构4在X、Y、Z三个自由度方向的微调；滑台机构4，通过滑台安装板3安装于位置调整机构2上，用于将顶针机构6快速上升至工作位置；顶针机构6，安装于滑台机构4上，用于从粘接有IC芯片的晶圆蓝膜上顶起芯片；真空发生器8，靠近顶针机构6安装，并与顶针机构6连接，用于在顶针机构6内部形成真空，使得晶圆蓝膜在大气压作用下吸附在顶针机构表面。

参见图2，所述顶针机构6包括套筒61、直线电机62、力传感器63、直线传动机构64、顶针座65、调整件66、顶针夹持件67以及顶针68。套筒61是一个套筒类结构，安装于滑台上，用于连接顶针座。直线电机62通过顶针机构安装板7安装于套筒61内，作为顶针顶起的动力源。力传感器63安装于直线电机的输出轴和直线传动机构之间，用于实时监测并反馈顶针的顶起力。力传感器为膜片式力传感器或由力传感器与弹性件叠放组成，优选体积小、动态响应快、测量精度高、使用方便的膜片式固态压阻型力传感器；其内部设置有膜片式结构，不仅可以通过检测它的变形实现对顶起力的检测，而且该膜片还能在顶针顶起的过程中起到缓冲的作用，避免了顶针对芯片的冲击。直线传动机构64是顶针机构的传动部件，优选滚珠花键副，它的花键轴套筒固定在安装套筒644内，花键轴641能在其中带动顶针完成精密的直线运动；顶针座65通过螺纹连接在套筒61顶部，其在顶面上开有微小的气孔652，使用过程中通过在其内部形成一定的真空，从而使吸附有芯片的蓝膜在大气压的作用下吸附在其表面上；顶针夹持件67安装在调整件66的顶端，其内部开有与顶针直径相等的小孔，用于实现对顶针的夹持。为了方便调整顶针的高度，还可在在滚珠花键轴的顶端安装调整件66，通过调整其安装位置调整顶针的高度。

参见图3，所述滚珠花键副64包括滚珠花键轴641、保持器642、滚珠643、花键轴套644、挡圈645、密封垫片646。花键轴641可直接插入花键轴套644，并在其中自由滑动，花键轴套644限制了花键轴641的径向和周向自由度。花键轴641端部设置有内螺纹，用于连接力传感器63和调整件66。

参见图4，所述顶针座65是一套筒类结构，通过内螺纹安装在安装套筒61的顶端，并形成一定的空腔。顶针座65的侧面开有气管接头连接孔651，顶面开有吸附气孔652。气管接头连接孔651通过吸附气管接头5与真空发生器8相连，从而在顶针机构6内部形成一定的真空。芯片剥离装置工作时，需要将蓝膜吸附在顶针座的顶面，确保顶针伸出时能可靠地将芯片剥离。

直线电机优选压电陶瓷直线电机作为顶针顶起的动力源，它是利用压电元件的逆压电效应激发弹性体的微幅振动并通过摩擦将微幅振动转换成动子宏观的直线运动,从而直接推动负载，它动作灵敏、分辨率高、结构紧凑，能够达到传统的直线和旋转电动机所不能匹敌的精度。

开始工作时，需要根据每一种特定的工况（芯片尺寸、芯片与wafer蓝膜的粘接强度等）预设相应的顶起力，学习合适的顶针高度。手动调整顶针在夹持件中的轴向位置以初步调整顶针的顶起高度，依次手动控制滑台工进到位、直线电机伸出到位，检查顶针顶起高度是否合适，若不合适则调整滑台机构Z向自由度进行调整。自动加工过程中，控制系统驱动滑台工进到位、wafer移动机构将一个合格的芯片移动至顶针机构正上方，真空吸附打开，使得蓝膜在大气压的作用下紧紧贴在顶针套筒顶端，直线电机伸出到位，将芯片顶起；完成该步骤后，直线电机驱动顶针缩回，真空发生器释放真空，wafer移动机构将下一个芯片移动至工作位，依次重复上述工作步骤直至停止加工。加工过程中，通过力传感器实时检测并反馈顶针的顶起力，外部控制中心通过该测量值与预设值的比较产生控制信号控制直线驱动电机的状态，从而使得顶针顶起力得以控制在安全范围之内，在不对芯片造成损伤的前提下进行芯片剥离。停止加工时，直线电机先驱动顶针缩回，真空发生器释放真空，滑台复位，以便其他运动部件回初始位。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种IC芯片剥离装置，包括：

安装板，用于将整个芯片剥离装置安装于生产设备上；

位置调整机构，安装于安装板上，用于实现滑台在X、Y、Z三个自由度方向的微调；

滑台机构，安装于位置调整机构上，用于将顶针机构上升至工作位置；

顶针机构，安装于滑台上，用于从粘接有IC芯片的晶圆蓝膜上顶起芯片；

真空发生器，靠近顶针机构安装，并与顶针机构连接，用于在顶针机构内部形成真空，使得晶圆蓝膜在大气压作用下吸附在顶针机构表面；

所述顶针机构包括：

套筒，安装于滑台上；

直线电机，安装于套筒内，其控制端连接外部控制中心的输出端；

直线传动机构，安装于套筒内，其下端与直线电机的输出轴相接；

力传感器，安装于直线电机的输出轴和直线传动机构之间，其信号输出端连接外部控制中心的输入端，用于测量顶针剥离芯片时所受的反作用力，并缓冲芯片剥离过程中芯片所受的冲击；

顶针座，安装于套筒顶部，其表面开有气孔，通过该气孔与真空器气管连接；

顶针夹持件，安装于顶针座内，与直线传动机构的上端相接；

顶针，被顶针夹持件夹持。

2.根据权利要求1所述的IC芯片剥离装置，其特征在于，所述力传感器为膜片式力传感器或由力传感器与弹性件叠放组成。

3.根据权利要求1所述的IC芯片剥离装置，其特征在于，所述直线传动机构采用滚珠花键副。

4.根据权利要求1或2或3所述的IC芯片剥离装置，其特征在于，所述顶针机构还包括调整件，安装于直线传动机构的上端，所述顶针位于其上，通过调整调整件安装位置调整顶针的高度。

5.根据权利要求1或2或3所述的IC芯片剥离装置，其特征在于，所述直线电机采用压电陶瓷直线电机。

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