CN108097533A - 一种集成电路用单晶硅棒自动涂胶粘接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种集成电路用单晶硅棒自动涂胶粘接方法，用于单晶硅棒经滚圆切断后进行自动涂胶粘接。在储料罐内储存双组份胶水，利用气压胶泵使导管内的双组份胶水自动均匀混合，达到准确配比。采用编程与程序设定自动控制涂胶机械手臂的涂胶路径，同时控制出胶针头直径、出胶流量和出胶针头移动速度，使出胶针头在树脂条上表面的长度方向上自动进行间隔式涂胶，形成厚度、间隔均匀的条纹状粘胶带。采用带压力感应装置的机械手无损夹持单晶硅棒，进行树脂条与单晶硅棒的均匀自动粘接，形成均匀、稳定的粘接胶层，改善单晶硅棒粘接效果，提高良品率。
Description
技术领域
本发明属于集成电路用单晶硅片加工制造领域，尤其是单晶硅棒经滚圆切断后粘接技术领域，具体为粘接工艺中自动化涂胶粘接方法。
背景技术
在集成电路级单晶硅片制造工艺中，大尺寸单晶硅棒切片普遍采用多线切割技术，在线切割之前需将单晶硅棒粘接到工件板上。单晶硅棒粘接的主要目的是为了按照单晶硅棒的晶向将其固定，实现线切割时对单晶硅棒的无损夹持，同时保持切割方向、晶向的固定，避免切割时出现晶向偏差、硅片崩边和碎片等不良情况。因此，单晶硅棒粘接是硅片加工制造的第一道工序，对后续产品的加工和良率影响重大。
粘接采用环氧胶水将单晶硅棒与工件板粘接固定，在单晶硅棒和工件板的中间使用承载件过度。然而，目前环氧树脂的涂抹步骤大多由手工采用调胶刀进行操作，即人工称取一定质量比例的A胶水和B胶水后，用调胶刀将AB胶简单调和后，再用调胶刀刮涂在树脂条的粘接面上。这种人工调和与涂胶的方法，带来诸多缺点：
首先，人工称取A胶水和B胶水，无法保证称量的胶水比例达到准确比例；同时，人工用调胶刀简单调和A胶水和B胶水，两者混合达不到均匀的程度。比例与混合的不稳定使得在涂胶不均匀处A胶水和B胶水发挥的作用不同，造成粘接局部过硬或过软，在粘接后可能造成粘接不牢而掉棒，也可能在线切割过程中造成粘接强度不同而发生晶片震动或晃动，从而出现较大的BOW和WARP现象。另外，调胶产生气泡带来胶水平整度差、涂胶厚度不均匀等一系列问题。
其次，人工涂胶操作将带来涂胶厚度不均匀，胶层局部区域过厚或过薄。其不良后果是粘接强度过强或强度不足而导致切片时出现掉棒、掉片事故，或因局部粘接不良而产生异常振动导致碎片、崩边等异常。另外，如果局部粘接强度差别过大，甚至在清洗时由于脱胶时间或软化程度的不一致导致硅片剥离时发生崩边或碎片，将很大程度地降低切片良品率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中单晶硅棒粘接存在的不足，提供一种集成电路用单晶硅棒自动涂胶粘接方法，在单晶硅棒涂胶粘接过程中通过自动化程序设置控制胶水比例与涂胶路径、涂胶层厚度，形成均匀、稳定的粘接胶层，改善单晶硅棒粘接效果，提高良品率。本发明提供的一种集成电路用单晶硅棒自动涂胶粘接方法，通过以下技术方案实现：
两组储料罐内对应储存双组份胶水，利用气压胶泵，推动导管内的双组份胶水流动且自动均匀混合，达到双组份胶水的准确配比。采用编程与程序设定自动控制涂胶机械手臂的运动路径，同时控制出胶针头直径、出胶流量和出胶针头移动速度，实现树脂条表面的三轴式自动涂胶。涂胶机械手臂控制出胶针头在树脂条上表面的长度方向上自动进行间隔式涂胶，形成厚度、间隔均匀的条纹状粘胶带。采用机械手无损夹持单晶硅棒，实现树脂条与单晶硅棒的均匀自动粘接。
本发明专利的技术特征在于：采用上表面呈圆弧面、下表面为矩形的树脂条作为单晶硅棒和工件板之间连接的承载板（如图1），选取的树脂条规格为：长度比单晶硅棒长10mm，上表面圆弧面半径与单晶硅棒半径相等，下表面矩形的宽度与工件板的宽度相等。
本发明专利的技术特征在于：双组份胶水（A胶和B胶）分别加入两组储料桶，两支导管（a1、a2）一端连接储料桶底部、另一端连接胶泵（输入口），泵以气压作动力源；导管b一端连接胶泵（输出口）、一端连接出胶针头，A胶和B胶在胶泵内经旋转叶片均匀混合，通过导管b输出到出胶针头。
本发明专利的技术特征在于，对涂胶系统进行编程与参数设定，编程与参数设定的特征如下：
①以气压调节模式控制A胶和B胶的出胶量，AB胶的比例范围为1:1至1:3，即：或 ；
②通过泵与活塞的调节控制涂胶针头的胶水流量Q（mm3/s），控制涂胶机械手臂移动速度即出胶针头移动速度v（mm/s），两者与出胶针头直径φ（mm）之间的关系为：
（1）
其中，出胶针头移动速度v的范围为30mm/s至100mm/s，出胶针头直径φ范围为0.76mm至2.55mm，相应地，胶水流量Q范围为13.6mm3/s至510.5mm3/s；
③涂胶机械手臂自动控制出胶针头，在树脂条上表面进行三轴式作业（水平长度方向-X轴、水平宽度方向-Y轴、竖直方向-Z轴），出胶针头在树脂条的圆弧面沿着X轴方向涂直线胶条。出胶针头直径φ与涂胶层厚度的关系为：
（2）
式中，d为涂胶层厚度。涂胶层厚度d的范围为0.15mm 至0.5mm。
本发明专利的技术特征在于：出胶针头沿X轴进行间隔式涂胶，形成间隔的直线胶带条（如图2），其胶带条间距或涂胶间距S1与出胶针头直径φ的关系为：
（3）
本发明专利的技术特征在于：由于树脂条上表面呈圆弧面的特殊性质，通过编程与参数设定控制机械手臂涂胶时，保证对同一树脂条涂胶时的针头出胶与树脂条涂胶面的垂直距离S2与出胶针头直径φ的关系为：
（4）
本发明专利的技术特征还在于：按照上述方案进行涂胶后，使用机械手夹持单晶硅棒放在已固定位置的树脂条上，当感应装置感应到树脂条对单晶硅棒的反作用力大于5N至10N时，机械手不再夹持晶棒而恢复原位置。机械手夹持的特征在于：a）无损夹持，即机械手夹持单晶棒的接触部位的材质为橡胶或其它软体材质，不损坏单晶硅棒；b）夹持位置为单晶硅棒长边（X轴方向）中点处，夹持点高度（Z轴方向）为30%—40%处（如图3）。
本发明专利的技术特征还在于：粘接时利用晶棒的自身重力和外加恒定压力，对树脂条粘接面的涂胶层施以均匀压力进行按压。由于胶水的半固态性质，其在受到外力作用时具有一定延展性。因此，经过上述的操作之后，胶水恰好在单晶硅棒和树脂条的粘接面完全均匀延展开，在粘接面形成厚度均匀的胶水层，实现单晶硅棒的均匀、有效自动粘接。
附图说明
图1 单晶硅棒与粘接的树脂条。
图2 出胶针头在树脂条上涂间隔胶带路径示意图。
图3 机械手夹持位置示意图。
具体实施例
实施例1
粘接长度为310mm、直径200mm的单晶硅棒。清洁单晶硅棒，保持晶棒表面无尘。树脂条长度为320mm，宽度为100mm，上表面弧面半径为100mm，最低处距下表面13mm；树脂条完全水平地放置于工作台上，清洁并保持树脂条表面无尘。控制粘胶层厚度为0.15mm粘接单晶硅棒。胶水选用AB胶，调节胶泵气压控制AB胶的比例为1:1。出胶针头直径0.76mm；设置涂胶机械手臂的自动涂胶程序，出胶流量13.6mm3/s，针头在树脂条上表面沿着长边进行涂胶，涂胶速度（即针头移动速度）30mm/s，涂胶间距为1.52mm，针头与树脂条表面保持垂直距离0.76mm。完成涂胶后，机械手抓取单晶硅棒中点部位高度30%处，然后将单晶硅棒平稳放置于树脂条上，感应到反作用力为5N时松开，利用单晶硅棒自身重力将其固定，约3-4小时粘胶固化。
经检测，双组份胶水混合达到100%，涂胶胶层厚度均匀，平整度高。胶层粘接强度均匀，未出现局部粘接强度不足或强度过高的问题。线切割过程中未出现因粘接不良导致的掉棒或掉片，也未出现因粘接不良造成切割时产生振颤而导致Bow、Warp、TTV超标等不良。脱胶过程中，各硅片同一时间段内脱胶，未出现部分硅片提前脱胶或部分硅片滞后脱胶的现象。同时也未出现脱胶过程中硅片崩边的现象，生产效率与产品质量均得到提高。
实施例2
粘接长度为360mm、直径200mm的单晶硅棒。清洁单晶硅棒，保持晶棒表面无尘。树脂条长度为370mm，宽度为100mm，上表面弧面半径为100mm，最低处距下表面13mm；树脂条完全水平地放置于工作台上，清洁并保持树脂条表面无尘。控制粘胶层厚度为0.2mm粘接单晶硅棒。胶水选用AB胶，调节胶泵气压控制AB胶的比例为1:2。出胶针头直径1.02mm；设置涂胶机械手臂的自动涂胶程序，出胶流量40.8mm3/s，针头在树脂条上表面沿着长边进行涂胶，涂胶速度（即针头移动速度）50mm/s，涂胶间距为2.04mm，针头与树脂条表面保持垂直距离1.02mm。完成涂胶后，机械手抓取单晶硅棒中点部位高度33%处，然后将单晶硅棒平稳放置于树脂条上，感应到反作用力为6N时松开，利用单晶硅棒自身重力将其固定，约3-4小时粘胶固化。
经检测，双组份胶水混合达到100%，涂胶胶层厚度均匀，平整度高。胶层粘接强度均匀，未出现局部粘接强度不足或强度过高的问题。线切割过程中未出现因粘接不良导致的掉棒或掉片，也未出现因粘接不良造成切割时产生振颤而导致Bow、Warp、TTV超标等不良。脱胶过程中，各硅片同一时间段内脱胶，未出现部分硅片提前脱胶或部分硅片滞后脱胶的现象。同时也未出现脱胶过程中硅片崩边的现象，生产效率与产品质量均得到提高。
实施例3
粘接长度为410mm、直径200mm的单晶硅棒。清洁单晶硅棒，保持晶棒表面无尘。树脂条长度为420mm，宽度为100mm，上表面弧面半径为100mm，最低处距下表面13mm；树脂条完全水平地放置于工作台上，清洁并保持树脂条表面无尘。控制粘胶层厚度为0.3mm粘接单晶硅棒。胶水选用AB胶，调节胶泵气压控制AB胶的比例为1:3。出胶针头直径1.53mm；设置涂胶机械手臂的自动涂胶程序，出胶流量147mm3/s，针头在树脂条上表面沿着长边进行涂胶，涂胶速度（即针头移动速度）80mm/s，涂胶间距为3.06mm，针头与树脂条表面保持垂直距离1.53mm。完成涂胶后，机械手抓取单晶硅棒中点部位高度38%处，然后将单晶硅棒平稳放置于树脂条上，感应到反作用力为8N时松开，利用单晶硅棒自身重力将其固定，约3-4小时粘胶固化。
经检测，双组份胶水混合达到100%，涂胶胶层厚度均匀，平整度高。胶层粘接强度均匀，未出现局部粘接强度不足或强度过高的问题。线切割过程中未出现因粘接不良导致的掉棒或掉片，也未出现因粘接不良造成切割时产生振颤而导致Bow、Warp、TTV超标等不良。脱胶过程中，各硅片同一时间段内脱胶，未出现部分硅片提前脱胶或部分硅片滞后脱胶的现象。同时也未出现脱胶过程中硅片崩边的现象，生产效率与产品质量均得到提高。
实施例4
粘接长度为460mm、直径200mm的单晶硅棒。清洁单晶硅棒，保持晶棒表面无尘。树脂条长度为470mm，宽度为100mm，上表面弧面半径为100mm，最低处距下表面13mm；树脂条完全水平地放置于工作台上，清洁并保持树脂条表面无尘。控制粘胶层厚度为0.5mm粘接单晶硅棒。胶水选用AB胶，调节胶泵气压控制AB胶的比例为1:3。出胶针头直径2.55mm；设置涂胶机械手臂的自动涂胶程序，出胶流量510.5mm3/s，针头在树脂条上表面沿着长边进行涂胶，涂胶速度（即针头移动速度）100mm/s，涂胶间距为5.1mm，针头与树脂条表面保持垂直距离2.55mm。完成涂胶后，机械手抓取单晶硅棒中点部位高度40%处，然后将单晶硅棒平稳放置于树脂条上，感应到反作用力为10N时松开，利用单晶硅棒自身重力将其固定，约3-4小时粘胶固化。
经检测，双组份胶水混合达到100%，涂胶胶层厚度均匀，平整度高。胶层粘接强度均匀，未出现局部粘接强度不足或强度过高的问题。线切割过程中未出现因粘接不良导致的掉棒或掉片，也未出现因粘接不良造成切割时产生振颤而导致Bow、Warp、TTV超标等不良。脱胶过程中，各硅片同一时间段内脱胶，未出现部分硅片提前脱胶或部分硅片滞后脱胶的现象。同时也未出现脱胶过程中硅片崩边的现象，生产效率与产品质量均得到提高。
Claims (8)
1.一种集成电路用单晶硅棒自动涂胶粘接方法，特征在于，两组储料罐内对应储存双组份胶水，利用气压胶泵，推动导管内的双组份胶水流动且自动均匀混合，达到双组份胶水的准确配比；采用编程与程序设定自动控制涂胶机械手臂的运动路径，同时控制出胶针头直径、出胶流量和出胶针头移动速度，进行树脂条表面的三轴式自动涂胶；涂胶机械手臂控制出胶针头在树脂条上表面的长度方向上自动进行间隔式涂胶，形成厚度、间隔均匀的条纹状粘胶带；采用机械手无损夹持单晶硅棒，实现树脂条与单晶硅棒的均匀自动粘接。
2.根据权利要求1所述的集成电路用单晶硅棒自动涂胶粘接方法，其特征在于，胶泵通过气压调节模式控制A胶和B胶的出胶量，AB胶的比例范围为1:1至1:3，即：或 。
3.根据权利要求1所述的集成电路用单晶硅棒自动涂胶粘接方法，其特征在于：出胶流量Q和出胶针头移动速度v与出胶针头直径φ之间的关系为：，φ为出胶针头直径，直径φ的范围为0.76mm至2.55mm，针头移动速度v的范围为30mm/s至100mm/s。
4.根据权利要求1所述的集成电路用单晶硅棒自动涂胶粘接方法，其特征在于：出胶针头在树脂条的圆弧面沿着长度方向涂直线胶条；出胶针头直径φ与涂胶层厚度的关系为：，d为涂胶层的厚度，涂胶层厚度d的范围为0.15mm 至0.5mm。
5.根据权利要求1所述的集成电路用单晶硅棒自动涂胶粘接方法，其特征在于：出胶针头进行间隔式涂胶，涂胶的胶带条间距S1与出胶针头直径φ的关系为：。
6.根据权利要求1所述的集成电路用单晶硅棒自动涂胶粘接方法，其特征在于：涂胶时出胶针头与树脂条涂胶面的垂直距离S2，与出胶针头直径φ的关系为：。
7.一种集成电路用单晶硅棒自动涂胶粘接方法，其特征在于：机械手夹持晶棒时，与单晶硅棒的接触部位材质为橡胶或其它软体材质，夹持点位置为单晶硅棒长边中点、高度30%—40%处；当树脂条对单晶硅棒的反作用力大于5N至10N时，机械手不再夹持单晶硅棒并恢复原位置。
8.一种集成电路用单晶硅棒自动涂胶粘接方法，其特征在于：粘接时利用单晶硅棒的自身重力和外加恒定压力对粘接面涂胶层施以均匀压力按压。
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