CN1670906A - 使用线性马达的晶粒分离系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于从粘合表面移除晶粒的晶粒分离系统和方法。该系统包含有：一分离工具，其是相对于该晶粒有效移动，藉此将该晶粒推动；该分离工具可由套筒夹持器和分离销阵列组成。一轴杆用于支持该分离工具，并依序连接于一线性马达的转子。该转子可相对于该线性马达的定子移动；当该分离工具将晶粒推动后，一晶粒拾取装置从粘合表面移除该晶粒。

Description

使用线性马达的晶粒分离系统
技术领域
本发明涉及一种机械系统，其用于从粘合膜上移离装设于该粘合膜(adhesive film)的半导体裸芯片或晶粒，尤其是指一种装置，其用于在晶粒完全移离之前，促使晶粒从该粘合膜上部分分层(partialdelamination)。
背景技术
在半导体封装工序中，大量彼此相互连接的包含于晶圆中的单个半导体裸芯片或晶粒通常装设在用于晶圆环(wafer ring)上延伸切断(singulation)的粘合膜上，以将晶粒彼此分离。聚脂薄膜(mylar film)通常用于带有粘合表面的薄膜以便固定晶圆。切断完成后，根据该应用将晶粒从粘合膜中逐个拾取，并置放在其他的晶粒、引线框、层状衬底(laminate substrate)或其他载体之上。为了自动拾取该晶粒，采用晶粒分离系统(die ejection system)以便实现该晶粒的有效移离。为了避免晶粒爆裂的危险，在通过拾取头进行晶粒的整体移除之前，将晶粒从粘合膜上进行部分分离是有益的。因此，该晶粒分离系统具有晶粒分离销(ejector pins)，用于从与粘合膜安装面相对的另一面提升晶粒，以从粘合膜上将晶粒部分分离，其后，拾取头从粘合表面完全移离该晶粒。
传统上，使用晶粒分离系统的晶粒键合机是基于某种传送/联接机械，该机械被用于将旋转马达的圆周运动转换成用于实现晶粒分离的平移运动。例如，第5,755,373号美国专利为一种“晶粒上推设备”，公开了一种包含有上推顶针(push-up needle)的机械，该上推顶针通过旋转马达驱动的凸轮(cam)提升和降低。
图1很详细地表示了传统分离系统各部件的整体结构示意简图。该分离销1由夹体1a固定，而该夹体1a则安装在轴杆2的末端。滚轴15贴附于该轴杆较低的一端。旋转马达20用于带动高精度的凸轮16，其经由滚轴15驱动该轴杆2以减少摩擦力。通常，由调速传送带(timingbelt)18和滑轮(pulleys)17，19组成的减速传动装置(step-downtransmission)用于驱动凸轮16。也可以使用其他适合的传动装置。
图2显示了分离销用于促使设置在粘合聚脂薄膜片上的晶粒的部分分离的典型动作。如图2a所示，通常该分离销1恰好位于大量晶粒22的下方，而该晶粒22固定在该聚脂薄膜片21的粘合表面上。这也就允许支撑该聚脂薄膜片21的晶圆台能够在水平面上做自由的定位(indexing)动作而不会受到该分离销1的任何阻挡。该晶圆台完成定位动作以便于在该分离平台23上的拾取位置处定位该晶粒后，该分离销1按照图2b所示向上移动，并且同时，以点划线箭头所示的方向从该聚脂薄膜片21的下方施加真空压力24。该分离销1接触到该聚脂薄膜片21并与之一起顶起该晶粒22。然而，从下面施加的强大真空压力用于保持该聚脂薄膜片21的某些区域与该分离平台23的上表面紧密接触。提供有一橡胶密封条(rubber seal)25以便在该拾取位置的周围区域集中真空压力。
与前述传统的晶粒分离系统相比较，在该驱动马达20和末端执行器(end-effector)，即分离销阵列(ejector pin array)1之间存在几个组件，其在系统中带来了基本柔顺度(与硬度相反)，摩擦力，对抗性反应和滞后作用的问题。这减少控制带宽(bandwidth)，从而更加限制了该分离系统的性能。其二，在分离过程中控制晶粒上分离销的碰撞是困难的。这就可能导致晶粒的爆裂，在半导体工业中正在引进应用的更薄(ever-thinner)晶粒时更加如此。
因此，人们渴望研制一种直接驱动式分离装置以更好的控制其分离销1的动作。此外，其具有柔性轴承(flexure bearing)的设计与直接驱动式分离装置以提高移动的精确度和再现性也同样是有益的。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种改良的晶粒分离系统，以避免如上所述的现有技术中的某些不足。
本发明一方面提供一种用于从粘合表面移除晶粒的晶粒分离系统，其包含有：一分离工具，其是相对于该晶粒有效移动，藉此将该晶粒推动；一轴杆，用于支持该分离工具；一线性马达，其是包含有转子和定子，其中该转子与该轴杆相连接并可相对于该定子移动；以及一晶粒拾取装置，用于当该分离工具将晶粒推动后，从粘合表面移除该晶粒。
本发明另一方面提供一种用于从粘合表面移除晶粒的方法，该方法包括下述步骤：提供一分离工具，其可以相对于该晶粒移动；将该分离工具安装在轴杆之上；将该轴杆与线性马达的转子连接，该转子可以相对于该线性马达的定子移动；该转子相对于该定子移动，藉此以靠着该晶粒推动该分离工具；以及从粘合表面移除该晶粒。
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
现参考附图描述本发明所述的装置和方法，其通过本发明的非限定性说明的范例单独表述，其中：
图1所示为现有的分离系统范例的示意图，其中使用了凸轮作业式分离系统；
图2所示为在晶粒从粘合带层局部分离中所使用的分离销的典型作业示意图；
图3是根据本发明较佳实施例一种晶粒分离装置的较佳实施的侧视剖视图；
图4a和4b分别是柔性砌体的侧视图和平面图，而图4c-4c所示为包含于该柔性砌体的柔性体、边框隔断及中心隔断的示意图；
图5所示为具有极向对称的三种柔性体结构的示意图。
具体实施方式
下面参照附图具体描述一下本发明的较佳实施方式。图3为根据本发明一种晶粒分离设备的较佳实施例的侧视剖面图。该分离设备装置被设计来实现分离工具相对晶粒的直线移动，藉此推动晶粒。通过音圈马达驱动该装置的活动部件，这样有效的驱动力和带动该分离工具的轴杆同轴。
包含有分离销阵列1和套筒夹持器(collet holder)1a的分离工具如此贴附安装固定在该顶部轴杆2a的一端。最好是，在该顶部轴杆2a和底部轴杆2b之间设置有压力传感器14以用于检测由该分离销阵列1所施加的压力。该底部轴杆2b自主支撑件(main support)4利用柔性轴承(flexure bearings)悬挂起来，该柔性轴承是以包含有扁平环状柔性圆盘(flexure discs)的柔性砌体(flexure stacks)3的形式，其连接于底部轴杆2b。通常，由一适当的距离隔开的两组柔性砌体3应用在该晶粒分离设备上。将该两组柔性砌体3分别安置在该线性马达相对的侧面上也是同样可取的。
该柔性砌体3通过间隔管体(spacer tube)12、活动部位上的音圈9的绕组支架8和通过固定部位的主支撑件4分隔开。然后，包含有一可移动的译码器标尺7b的光学译码器7利用一标尺支架7c装配在底部轴杆2a上。其次，所有的移动子部件通过螺帽10夹紧。一种位置传感器，例如静态译码器读取头(stationary encoder read-head)7a，再和译码器标尺7b大致对准并与其相联结。任何其他类型的位置传感器，诸如一电容式传感器，电感式传感器或其他传感器，都能用来合适地替代光学译码器7。
该线性马达的定子(stator)，如呈径向磁化(radially-magnetized)的永磁铁11，如通过胶贴附安装在该主架体(main housing)4内表面的周围。该永磁铁11最好是由高能量密度的材质制成，如钕铁硼(Neodymium Ferrous Boron)。依照这种结构，径向磁场在该永磁铁11和该主架体4的内部4a之间的环状气体间隙(air gap)13中产生。在移动的转子上施加一轴向力，如用来传送电流的绕组9，此时该活动转子大体位于该磁性气体间隙13内并通过电流激活。当电流的方向相反时，该绕组9上的压力也反向。因而，前述的音圈马达被应用于直接驱动并移动该分离销阵列1。音圈马达的选择结构(alternativetopology)或多相线性马达可以用来替代前述的音圈马达。而且，用于选择性的构造，该活动转子可以包含有永磁铁，而该定子可以包括用于传送电流的绕组。
该压力传感器14直接感测由分离销1施加于该聚脂薄膜片21底面上的压力。来自压力传感器14的信号可用来使该晶粒上分离销的冲击最小化，也可以施加所需的可被控制总量的分离力以部分分离。一旦为了方便移除而将该晶粒完全分离后，该晶粒拾取装置(未示)能够固定其上并从该聚脂薄膜片21的粘合表面上移除该晶粒。
图4a和4b分别为柔性砌体3的侧视和平面示意图。图4c-4e分别为包含于该柔性砌体3中的柔性部(flexure)3a，边框隔断(rim spacer)5及中心隔断6的示意图。每个柔性砌体3是包括一或多个柔性圆盘(flexure discs)或柔性部3a组成，其通过以边框隔断5和中心隔断6形式的隔断相分散布置。每个边框隔断5被塑造定形以使之相邻定位并覆盖于该柔性部3a的想要固定的局部。边框隔断具有孔洞5a、其用于将柔性砌体3固定在主架体4上。每个中心隔断6具有一个孔洞6a，其与该底部轴杆2b相匹配以方便安装到那里。该中心隔断6被如此塑造定型以致于相邻定位并覆盖于该柔性部3a的一部分，其相对于打算固定的前述柔性部3a的局部移动，但不伸缩(flex)。该柔性圆盘3a的曲臂(flex-arms)3b没有被隔断5，6的任意一个所覆盖，并能在活动部分与固定部分之间伸缩而获得所需的轴线移动。在柔性部3a及在该柔性砌体3的不同柔性部3a内的曲臂3b的相互连接向整体悬挂组件提供了很高的径向硬度，同时保持该柔性砌体3相对较低的轴向硬度。
柔性部3a尤其适合于引导该分离销1的移动，其归因于他们的移动轨道所具有的良好的固有的再现性和光滑度，同时避免了与传统轴承相关的摩擦和磨损。图5为几种典型的柔性部的结构图。该柔性部结构可以设计为厚度不到1mm的扁平圆盘状的形式。每个圆盘具有一定数量的开槽(通常但不局限于三个)，其可为螺旋形，直线形或圆弧形，或为这些形状相结合的形状。所述的开槽最好为规则形状，并采用导线放电加工(Electro-Discharge Machining)，光影蚀刻(photo-lithography)或其他任何适合的方式进行加工，以用于生产出大量的承受活动部件负载的柔性“臂”(arms)。通过使用这种柔性体，径向硬度和轴向硬度之间很高的比值就能够实现。
如图5所示，具有极向对称的柔性体能承受围绕该移动轴而作的小幅依附旋转(parasitic rotation)。这种柔性体被应用于长寿命的压缩机及低温冷却器，例如，其曾公开于美国专利号5,351,490中。由于目前的应用中即使是很小的依附旋转也是不能容许的，故柔性体最好是设计和应用于不存在任何依附移动的情况。如图4所示的较佳实施例柔性圆盘则不受纯粹的依附移动的制约。
使用圆形对称的柔性体的晶粒分离器装置，其驱动最好是通过包含有采用永磁铁的无刷线性马达的方式实施。该线性马达既可以为单相(通常称作音圈马达)又可以为多相马达，但是无论是何种可能的连接结构，通常其多数为圆柱状设计。为了更好的利用有效空间以获得紧凑设计，该圆柱状音圈马达保持驱动力或推力实质上对准于柔性圆盘的轴线，沿着该轴线该柔性圆盘被用于伸缩。该位置传感器提供有位置反馈以确保该马达在闭合回路伺服模式下运转，以便非常精确的控制安装在移动轴杆上的分离销阵列的轴向位置。
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、修正和补充都包括在本发明的上述描述的精神和范围内。

Claims (24)

1、一种用于从粘合表面移除晶粒的晶粒分离系统，其包含有：
一分离工具，其是相对于该晶粒有效移动，藉此将该晶粒推动；
一轴杆，用于支持该分离工具；
一线性马达，其包含有转子和定子，其中该转子与该轴杆相连接并可相对于该定子移动；以及
一晶粒拾取装置，用于当该分离工具将晶粒推动后，从粘合表面移除该晶粒。
2、如权利要求1所述的晶粒分离系统，其中该转子包含有用于输送电流的线圈。
3、如权利要求1所述的晶粒分离系统，其中该定子包含有永磁铁。
4、如权利要求1所述的晶粒分离系统，包含有柔性轴承，其与轴杆相连接，以用于导引该分离工具相对于晶粒的移动。
5、如权利要求4所述的晶粒分离系统，包含有第二柔性轴承，其与轴杆相连接。
6、如权利要求5所述的晶粒分离系统，其中该柔性轴承和第二柔性轴承安装在线性马达相对的侧边上。
7、如权利要求4所述的晶粒分离系统，其中该轴杆上产生推力的轴线与该柔性轴承适于伸缩所顺沿的轴线相对齐。
8、如权利要求4所述的晶粒分离系统，其中该柔性轴承包含有可伸缩的部分，以用于实现该柔性轴承的非伸缩部分的相对轴向移动。
9、如权利要求8所述的晶粒分离系统，其中该柔性轴承包含有隔断，该隔断相邻定位并至少覆盖该非伸缩部分的局部，以达到将该非伸缩部分安装于一个或多个安装表面
10、如权利要求4所述的晶粒分离系统，其中该柔性轴承包含有柔性圆盘。
11、如权利要求4所述的晶粒分离系统，其包含有规则形状的开槽，该开槽形成于带有极向对称的柔性轴承之上。
12、如权利要求1所述的晶粒分离系统，其中该线性马达是圆柱形。
13、如权利要求1所述的晶粒分离系统，其包含有压力传感器，其与该轴杆相连接，以用于检测施加在该分离工具上的力。
14、如权利要求1所述的晶粒分离系统，其包含有位置传感器，其与该轴杆相连接，以用于提供位置反馈，藉此以确定该分离工具的位置。
15、一种用于从粘合表面移除晶粒的方法，该方法包括下述步骤：
提供一分离工具，其可以相对于该晶粒移动；
将该分离工具安装在轴杆之上；
将该轴杆与线性马达的转子连接，该转子可以相对于该线性马达的定子移动；
该转子相对于该定子移动，藉此以靠着该晶粒推动该分离工具；以及
从粘合表面移除该晶粒。
16、如权利要求15所述的方法，其中该转子包含有用于输送电流的线圈。
17、如权利要求15所述的方法，其中该定子包含有永磁铁。
18、如权利要求15所述的方法，其包括：
连接该柔性轴承到该轴杆上，并使用该柔性轴承导引该分离工具相对于晶粒移动。
19、如权利要求18所述的方法，其包括：
连接第二柔性轴承到该轴杆上。
20、如权利要求19所述的方法，其包括：
将该柔性轴承和第二柔性轴承设置于线性马达相对的侧面上。
21、如权利要求18所述的方法，其包括：
将该轴杆上产生推力的轴线与该柔性轴承适于伸缩所顺沿的轴线相对齐。
22、如权利要求18所述的方法，其中该柔性轴承包含有柔性圆盘。
23、如权利要求15所述的方法，其包括：
检测施加在该分离工具上的压力。
24、如权利要求15所述的方法，其包括：
提供位置反馈以确定该分离工具的位置。
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