CN116553173A - 一种高可靠非接触式芯片拾取装置与在线控制方法 - Google Patents

一种高可靠非接触式芯片拾取装置与在线控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高可靠非接触式芯片拾取装置与在线控制方法,属于芯片拾取控制相关技术领域,该装置包括有旋流拾取头,所述旋流拾取头上连接有气源接头,所述旋流拾取头上还设有用于实时监测和被拾取芯片之间间距的高精密光纤传感器。本发明提供的高可靠非接触式芯片拾取装置,结构简单,可对旋流拾取头和芯片之间的间距进行实时调整,使芯片的拾取过程更加稳定可靠,避免脱料。

Description

一种高可靠非接触式芯片拾取装置与在线控制方法
技术领域
本发明属于芯片拾取控制相关技术领域,更具体地,涉及一种高可靠非接触式芯片拾取装置与在线控制方法。
背景技术
集成电路芯片的工艺技术不停的迅速发展,使得芯片内部电路的密度愈来愈高,芯片的焊垫和导线面积愈来愈小。芯片堆叠技术就成为提高芯片性能的一个重要发展方向,在对芯片进行拾取的过程中,需要对芯片表面微小电路的进行保护,防止在拾取过程中造成破坏,影响后续工艺步骤和生产效率。现有技术中,一般通过旋流拾取的方式能够很好的做到保护芯片,确保芯片最终的良品率,但是在旋流拾取的过程中,无法精确测得芯片实时的拾取高度(即旋流拾取头和芯片之间的间距),并根据实际的拾取情况进行实时调整,导致芯片拾取的过程不够稳定,甚至出现脱料的风险。
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高可靠非接触式芯片拾取装置与在线控制方法,旨在解决现有技术中无法根据实际的拾取情况对芯片的拾取高度进行实时调整的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种高可靠非接触式芯片拾取装置,包括有旋流拾取头,所述旋流拾取头上连接有气源接头,所述旋流拾取头上还设有用于实时监测和被拾取芯片之间间距的高精密光纤传感器。
更进一步地,所述气源接头和精密压力控制系统连接,所述高精密光纤传感器和控制器连接,所述精密压力控制系统和所述控制器电连接。
更进一步地,所述精密气压控制系统对所述旋流拾取头的气压调整精度小于等于0.1kpa。
更进一步地,所述高精密光纤传感器的间距检测精度小于等于1um。
更进一步地,所述高精密光纤传感器还可检测被拾取芯片的有无。
一种高可靠非接触式芯片拾取装置的在线控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S100、通过旋流拾取头将芯片进行吸附;
S200、通过高精密光纤传感器测得芯片和旋流拾取头之间的实际间距;
S300、根据测得的实际间距计算出旋流拾取头需要对应的气压;
S400、通过精密气压系统调整旋流拾取头的气压。
更进一步地,步骤S200和S300可替换为:设置标准间距,以及和标准间距对应的标准气压,将实际间距和标准间距进行对比,并将实际间距调整为最接近的标准间距,将旋流拾取头的气压对应调整为标准气压,实时改变旋流拾取头的气压以及实时间距。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果:
本发明提供的高可靠非接触式芯片拾取装置与在线控制方法,能够有效保护芯片表面电路的不被破坏,大幅度的提高芯片后续工艺的良品率,设有高精密光纤传感器,能实时监控旋流拾取头和芯片之间的间距;此外,气源接头和精密压力控制系统连接,高精密光纤传感器和控制器连接,精密压力控制系统和控制器电连接,可对旋流拾取头和芯片之间的间距进行实时调整,使芯片的拾取过程更加稳定可靠,避免脱料。
附图说明
图1是本发明提供的高可靠非接触式芯片拾取装置的结构示意图;
图2是本发明提供的高可靠非接触式芯片拾取装置的在线控制方法的流程图;
图3是本发明提供的高可靠非接触式芯片拾取装置的在线控制方法的电气原理图;
图4是本发明实施例中旋流拾取装置的原理示意图;
图5是本发明实施例中旋流拾取装置的原理图中硅片上表面流体微元的示意图,流体微元高度等于芯片上表面和旋流拾取装置下表面的距离;
图6是扩散压力损失示意图;
图7是图4中硅片与壁面间隙在轴向的速度分布示意图。
附图中各数字标记对应的结构为:100-旋流拾取头,200-气源接头,300-高精密光纤传感器。
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。
参阅图1,本发明提供一种高可靠非接触芯片拾取装置,其包括有旋流拾取头100,旋流拾取头100上连接有气源接头200,为方便实时监测旋流拾取头100和被拾取芯片之间间距,旋流拾取头100上还设有高精密光纤传感器300,其中,旋流拾取头100为非接触式吸盘,高精密光纤传感器300还可检测被拾取芯片的有无。
图2是本发明提供的高可靠非接触式芯片拾取装置的在线控制方法的流程图,图3是本发明提供的高可靠非接触式芯片拾取装置的在线控制方法的电气原理图,结合两图可知,为了实现旋流拾取头100和被拾取芯片之间的间距调整,高精密光纤传感器300的导线和控制器连接,精密压力控制系统和气源接头200连接,控制器和精密压力控制系统电连接,进行信号传输,依据以上在线控制方法的电气原理图,本发明还提供一种高可靠非接触式芯片拾取装置的在线控制方法,包括以下步骤:
S100、通过旋流拾取头将芯片进行吸附;
S200、通过高精密光纤传感器测得芯片和旋流拾取头之间的实际间距;
S300、根据测得的实际间距计算出旋流拾取头需要对应的气压;
S400、通过精密气压系统调整旋流拾取头的气压。
进一步地,为实现对实际间距和气压进行同步调整,步骤S200和S300可替换为:设置标准间距,以及和标准间距对应的标准气压,将实际间距和标准间距进行对比,并将实际间距调整为最接近的标准间距,将旋流拾取头的气压对应调整为标准气压,实时改变旋流拾取头的气压以及实时间距。
其具体的控制过程为,高精密光纤传感器300检测到旋流拾取头100到芯片实际间距,传感器将数据传递给控制器,控制器通过将实际间距与标准间距进行对比后,将实际间距替换为最为接近的标准间距,将升高或降低气压的命令传递给精密压力控制系统,压力控制系统将气压按照控制器要求的值进行升高或降低气压,从而改变旋流拾取头的压力,进而改变芯片到旋流拾取头的间距,最终实现芯片的实时在线控制。
为进一步提升拾取装置的控制精度,精密气压控制系统对旋流拾取头100的气压调整精度小于等于0.1kpa,在本实施例中,优选为0.1kpa;高精密光纤传感器300的间距检测精度小于等于1um,在本实施例中,优选为1um。
为了更好的说明本发明申请的旋流拾取,下面更进一步结合图示详细说明。图4是本发明实施例中旋流拾取装置的原理示意图,如图4所示装置,进气压力为Δp,进气口直径为D,进气流量为Q,可以将旋流拾取头100的非接触式吸盘的吸盘流场分为两部分:旋流区域(半径从0到r)和间隙区域(半径从r到R)进行理论分析。
(1)旋流区域(0<r0<r)压力分析
图5是本发明实施例中旋流拾取装置的吸盘与工件间隙模型图,图中示出了硅片上表面流体微元放大图,流体微元高度等于芯片上表面和旋流拾取装置下表面的距离,设吸盘旋流室内的气体回旋角速度为ω,在旋流内部,气流如同刚体一样以相同的角速度ω绕轴心旋转,则在硅片表面任一半径r0处取一微元体,微元体如图5中横截面为扇形的柱台,径向的压差提供微元体旋转的向心力。应用牛顿第二定律有:
化简得:
进一步积分得:
已知气流在边缘的进口压力为Δp,因此
进一步有:
以上各式中,ρ为大气压下空气密度,气体回旋角速度为ω由进气条件决定,满足:即/>此外,其他各个参数的含义分别是:l:硅片上表面到旋流拾取装置下表面的间距;r0:代表微元体半径的中间变量;α:代表微元体角度的中间变量;p:微元体所在区域的压强;C1:积分所得出的待定常数。
(2)间隙区域(r<r0<R)压力分析
图5是本发明实施例中旋流拾取装置的原理图中硅片上表面流体微元的示意图,由图可知,其径向压力损失由两部分组成:第一部分:气流从间隙射出时沿径向扩散使流速降低造成的压力降低Δp1;第二部分:气体粘性作用造成的沿途压力损失Δp2。图6是扩散压力损失示意图,如图6所示,因此,间隙部分的总压力损失:
(1)对于气流径向扩散的压力损失,根据伯努利方程:
省略高阶小项式上式可简化为:
其中:ur0为气体在任意径向位置r0处的径向平均速度。设吸盘流量为Q,则:
所以
以上各式中,参数的含义与前述相同。
(2)在计算气体粘性所造成的压力损失时,将间隙模型简化为气体在两平行壁面间的平行流动(泊肃叶流动)。图7是图4中硅片与壁面间隙在轴向的速度分布示意图,如图7所示,上下两壁面均保持静止不动,则平板缝隙间的速度分布和压降的关系根据文献可知,该文献是指雷凯文发表在北京化工大学学报的名为《在水润滑橡胶轴承润滑特性及温度场分析》的论文。平板缝隙间的速度分布和压降的关系如下述公式:
在厚度方向上对速度积分可得气流流量与压降之间的关系:
因此,
以上各式中,各个参数的含义与前述相同,此外,y是指气流微元体的纵坐标,μ是指气流微元体的运动粘度。
以上对于间隙压力损失的分析是在假设气流沿径向流动,但由于旋流的作用,间隙处流场的流线方向与径向存在一定的倾斜角度。因此,实际间隙处的压力损失应大于气流沿径向流动的压力损失。定义比例系数k,则间隙处实际压力损失为:
对压力关于r0的偏导数积分得:
因为吸盘间隙出口压力等于大气压,其边界条件为所以有:
所以:
则吸取力F的表达式为(带入):
其中,R是指旋流拾取装置底面外轮廓半径,r是指旋流拾取装置底面的旋流区域外轮廓半径,D是指旋流拾取装置底面外轮廓直径,其他参数含义与上述相同。
当吸取力F与芯片重力相等时,芯片处于稳定悬浮状态,此时有F=mg。因此根据上式可求得进气压力为Δp,进气流量为Q与芯片-吸盘间距l之间的定量关系。
本发明提供的高可靠非接触式芯片拾取装置与在线控制方法,能够有效保护芯片表面电路的不被破坏,大幅度的提高芯片后续工艺的良品率,设有高精密光纤传感器,能实时监控旋流拾取头和芯片之间的间距;此外,气源接头和精密压力控制系统连接,高精密光纤传感器和控制器连接,精密压力控制系统和控制器电连接,可对旋流拾取头和芯片之间的间距进行实时调整,使芯片的拾取过程更加稳定可靠,避免脱料。
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 (7)

1.一种高可靠非接触式芯片拾取装置,其特征在于:包括有旋流拾取头(100),所述旋流拾取头(100)上连接有气源接头(200),所述旋流拾取头(100)上还设有用于实时监测自身与被拾取芯片之间间距的高精密光纤传感器(300)。
2.如权利要求1所述的高可靠非接触式芯片拾取装置,其特征在于:所述气源接头(200)和精密压力控制系统连接,所述高精密光纤传感器(300)和控制器连接,所述精密压力控制系统和所述控制器电连接。
3.如权利要求2所述的高可靠非接触式芯片拾取装置,其特征在于:所述精密气压控制系统对所述旋流拾取头(100)的气压调整精度小于等于0.1kpa。
4.如权利要求1所述的高可靠非接触式芯片拾取装置,其特征在于:所述高精密光纤传感器(300)的间距检测精度小于等于1um。
5.如权利要求1所述的高可靠非接触式芯片拾取装置,其特征在于:所述高精密光纤传感器(300)还能检测被拾取芯片的有无。
6.一种高可靠非接触式芯片拾取装置的在线控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S100、通过旋流拾取头将芯片进行吸附;
S200、通过高精密光纤传感器测得芯片和旋流拾取头之间的实际间距;
S300、根据测得的实际间距计算出旋流拾取头需要对应的气压;
S400、通过精密气压系统调整旋流拾取头的气压。
7.如权利要求6所述的高可靠非接触式芯片拾取装置的在线控制方法,其特征在于,步骤S200和S300可替换为:设置标准间距,以及和标准间距对应的标准气压,将实际间距和标准间距进行对比,并将实际间距调整为最接近的标准间距,将旋流拾取头的气压对应调整为标准气压,实时改变旋流拾取头的气压以及实时间距。
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