CN208861945U - 一种大尺寸超薄芯片阶段化高速剥离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种大尺寸超薄芯片阶段化高速剥离装置，包括旋转电机、电机固定板、偏心轮、固定座、顶针连杆机构、套筒、子顶针盖、母顶针盖，所述旋转电机与电机固定板固定连接，所述偏心轮固定设置于所述旋转电机的输出端，所述固定座与所述电机固定板固定连接；所述顶针连杆机构包括钢珠、顶针连杆、锁紧螺帽、剥离套筒、第一压缩复位弹簧和顶针。采用本实用新型，可大幅提高剥离的效率和可靠性，解决大尺寸超薄芯片的剥离问题具有普适性，有效地解决大尺寸薄芯片可靠剥离和降低碎片率问题。

Description

一种大尺寸超薄芯片阶段化高速剥离装置

技术领域

本实用新型涉及芯片加工技术领域，尤其涉及一种大尺寸超薄芯片阶段化高速剥离装置。

背景技术

IC芯片剥离(peeling off)广泛应用于CPU，DSP，LED，RFID等高性能芯片器件的测试与封装，是芯片封测品质和效率提升的关键。

芯片的晶圆片常常粘附在基膜上，芯片－胶层－基膜三层结构属于典型的膜基粘结结构，其特征是芯片和基膜(聚乙烯氯化物类)中间夹有一薄层粘结材料(丙烯酸树脂漆(Acrylic)类，厚度约5～10um)。晶圆片切割完成以后需要进行测试和分选。分选就是将芯片从其粘附基膜上进行剥离，再通过运送装置将芯片放至其对应质量等级的分类区中。目前，芯片剥离有四种技术形式：①顶升剥离；②差速转印；③激光剥离；④卷到卷剥离(Rollto Roll，R2R)。顶升方式，顶针从基膜下方向上顶，拾取头在上方吸，芯片在两者共同作用下从膜面脱离，目前顶升剥离主要利用凸轮机构带动顶针进行竖直方向运动对芯片进行顶升剥离。即利用电机驱动凸轮进行旋转，将凸轮旋转运动转换为顶针在竖直方向上运动，由顶针将芯片从膜面顶起。这种方法在超薄大尺寸芯片的高速剥离中会产生问题。在芯片顶起过程中，由于芯片粘附在基膜上，粘力最大、最不易剥离的地方是芯片的四个边缘，加之芯片脆而且薄，顶针在顶升剥离过程中，顶针中心的顶起冲击以及顶升力与边缘粘力形成的力偶对，会将对芯片造成致命性损害，如冲击碎裂，或者断裂。差速转印方式，利用速度与吸附力的关系，由上方Stamp吸附芯片并快速提升，将芯片从基板上剥离，然后在接收端，慢速将芯片放置到位，利用切向粘结力使芯片脱离。激光剥离方式，在粘接层与芯片之间置有耗散层，利用激光使耗散层起泡，将芯片从基膜上剥离。卷到卷方案也称共形剥离，利用行进路线上的剥离刀突变结构使器件与载带在共形变化中剥离。其中，差速转印和激光剥离方式目前仅处于理论探索和试验阶段，工业化应用仍没有实现。R2R工艺不方便实现微型芯片精准定位，很少应用到芯片的Inlay级封装。

芯片剥离工艺发展远不能满足现实需求，主要原因就在于芯片剥离的效率和可靠性难以提高。随着芯片平面尺寸变大、厚度变薄，在剥离过程中，芯片会发生碎裂、断裂等失效行为，剥离变得越来越困难。当芯片薄至75um以下时，在其标准装置上拾取芯片的生产效率退化到难以接受的程度。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种大尺寸超薄芯片阶段化高速剥离装置及其方法。可通过力点迁移避免顶针顶起时芯片承受较大的力偶矩而产生破损，大幅提高剥离的效率和可靠性。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种大尺寸超薄芯片阶段化高速剥离装置，包括旋转电机、电机固定板、偏心轮、固定座、顶针连杆机构、套筒、子顶针盖、母顶针盖；

所述旋转电机与电机固定板固定连接，所述偏心轮固定设置于所述旋转电机的输出端，所述固定座与所述电机固定板固定连接；

所述顶针连杆机构包括钢珠、顶针连杆、锁紧螺帽、剥离套筒、第一压缩复位弹簧和顶针，所述钢珠安装于所述顶针连杆底部的凹槽内，且所述钢珠与所述偏心轮外周接触配合，所述顶针连杆穿设于所述固定座的中心孔直至所述子顶针盖、母顶针盖中，所述锁紧螺帽将所述顶针固定设置于所述顶针连杆顶部上，所述剥离套筒垂直滑动设置于所述顶针连杆顶部上，并将所述顶针套设于其内，所述第一压缩复位弹簧设置于所述剥离套筒与所述顶针连杆顶部之间；所述母顶针盖气密地固定设置于所述套筒上，所述子顶针盖固定套设于所述母顶针盖上，所述子顶针盖顶部设置有使所述剥离套筒伸出的孔位，所述母顶针盖设置有连通至所述套筒上设置的抽真空负压气路连接件的气道。

进一步地，还包括导向滑块机构，所述导向滑块机构包括滑块、导向轴、第二压缩复位弹簧、压缩复位弹簧固定板，所述滑块固定设置于所述顶针连杆下部，所述导向轴固定设置于所述固定座下方，所述滑块与所述导向轴滑动连接，所述第二压缩复位弹簧顶部通过所述压缩复位弹簧固定板固定设置于所述固定座下端，底部作用于所述顶针连杆。

更进一步地，所述压缩复位弹簧固定板与所述固定座之间设置有第一O形密封圈。

更进一步地，所述母顶针盖与所述套筒设置有第二O形密封圈。

更进一步地，所述固定座顶部具有凸台，所述凸台置于所述套筒的中心通孔内。

更进一步地，所述凸台与所述套筒之间设置有第三O形密封圈。

更进一步地，所述顶针连杆顶部呈若干瓣结构，所述顶针置于所述若干瓣结构中部，所述锁紧螺帽锁紧于所述若干瓣结构外部的螺纹上。

更进一步地，所述剥离套筒包括上下固定连接的上套筒、下套筒，所述下套筒具有里凸沿，所述若干瓣结构上分别固定设置有置于所述里凸沿上方的挡片。

更进一步地，所述电机输出轴上还设置有连接摆臂。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：本实用新型充分利用顶升机构和吸嘴机构的协同控制，可大幅提高剥离的效率和可靠性，对解决大尺寸超薄芯片的剥离问题具有普适性。首先，针对不同尺寸和厚度的芯片，可通过对嵌套式顶针和吸嘴结构进行匹配设计构建耦合力面，大幅降低粘结层初始破裂中的边缘奇异力，提升芯片剥离可靠性。其次，充分利用顶升机构和吸嘴机构的协同控制作用，初始剥离阶段上压下顶激发剥离，裂纹扩展阶段上吸下顶加速剥离，提升剥离效率。这种协同控制方法是解决大尺寸薄芯片剥离易碎问题的关键。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型剖视的结构示意图；

图3是本实用新型的局部剖视结构示意图；

图4是本实用新型的分解结构示意图；

图5是本实用新型的另一实施例的结构示意图；

图6是示出图5中的A部的局部剖视的结构示意图；

图7是本实用新型的方法进行芯片剥离的示意图a；

图8是本实用新型的方法进行芯片剥离的示意图b；

图9是本实用新型的方法进行芯片剥离的示意图c；

图10是本实用新型的方法进行芯片剥离的示意图d；

图11是本实用新型的方法进行芯片剥离的示意图e；

图12是本实用新型的方法进行芯片剥离的示意图f；

图13是本实用新型的方法进行芯片剥离的示意图g。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

参照图1所示的结构示意图。

本实用新型实施例的一种大尺寸超薄芯片阶段化高速剥离装置，包括旋转电机1、电机固定板2、连接摆臂3、偏心轮4、抽真空负压气路连接件5、钢珠 6、导向轴7、滑动轴承8、滑块9、压缩复位弹簧10、压缩复位弹簧固定板11、 O型密封圈12、固定座13、套筒14、O型密封圈15、滑动轴承16、顶针连杆 17、O型密封圈18、母顶针盖19、子顶针盖20、顶针21、锁紧螺帽22、滑动轴承23、压缩复位弹簧24、剥离套筒25。

导向滑块机构包括滑块9、导向轴7、压缩复位弹簧10、压缩复位弹簧固定板11。

旋转电机1通过螺钉固定于电机固定板2，并通过电机固定板2的定位孔伸出输出轴与连接摆臂3上的通孔进行孔轴配合，并通过连接摆臂3上的螺纹孔拧入顶紧螺钉进行固定；连接摆臂3上的圆柱凸台作为传动轴与偏心轮4的内孔进行过盈配合，传递电机轴的旋转运动，带动偏心轮进行旋转；钢珠6安装于顶针连杆17底部的一个凹槽中且其露出凹槽的那部分与偏心轮4保持接触。

导向轴7一端与固定座13通过螺钉连接，导向轴7主体穿过滑块9上的一个大孔，两者之间安装滑动轴承8；压缩复位弹簧10一端与滑块9的凹槽接触，另一端则固定于压缩复位弹簧固定板11上，而压缩复位弹簧固定板11用螺钉固定于固定座13上并压着O型密封圈12。

固定座13通过螺钉固定于电机固定板2上，套筒14通过螺钉固定于固定座 13上，固定座13的中心通孔顶端有一个滑动轴承16，且固定座13的凸台伸至套筒14的中心通孔中；套筒14的侧面安装有抽真空负压气路连接件，母顶针盖 19通过螺纹连接在套筒14的顶部，且套筒14中心通孔的两端有沟槽用于放置 O型密封圈18和O型密封圈15；子顶针盖20内孔底部的螺纹孔与母顶针盖19 顶部的外螺纹相啮合，并通过螺钉进一步固定。

顶针连杆17从下至上分别穿过滑块9、压缩复位弹簧10、压缩复位弹簧固定板11、固定座13、滑动轴承16所形成的通路，底部与滑块9通过螺钉固定，顶端是分切成四部分的凸台，凸台外表面有螺纹用于和锁紧螺帽22配合，四部分凸台的中间放置顶针，凸台的顶部还套有一个滑动轴承23，滑动轴承23的外部套着剥离套筒25，且剥离套筒25的凸台伸至子顶针盖20与母顶针盖19通孔所形成的通路中，通路中的负压使基膜26吸附在子顶针盖20顶面，芯片28通过粘结层27粘附在基膜26上，吸嘴31则从上方吸附着芯片。

作为本实用新型的另一实施例，如图5、图6所示。

在上述实施例的基础上，正常状态下，顶针连杆17的顶部被分为四部分的四瓣结构，顶针连杆17的顶部凸台存在缝隙且中间可插入顶针21，当锁紧螺帽 22旋入时将四部分分离的凸台聚拢在一起且同时将顶针21锁紧，使顶针连杆17、锁紧螺帽22和顶针21成为一体。

具体的，滑动轴承16减少顶针连杆17运动的摩擦阻力并保持运动的直线性。

剥离套筒25进一步包括上下固定连接的上套筒27、下套筒25，两者优选通过螺钉进行固定连接。

下套筒具有置于上套筒27、下套筒25之间内腔里凸沿，顶针连杆顶部的若干瓣结构的上分别固定设置有置于里凸沿上方的挡片26，挡片26优选通过螺钉固定设置于若干瓣结构上，使得剥离套筒25在静止状态时，避免由于弹簧的作用被弹簧顶起，并能够及时响应往返运动的需求，当顶针连杆机构快速上升时可承受住较大的推力不发生明显的形变，可以较快的响应速度将套筒顶起一同做上升运动；当顶针连杆机构回落时，通过挡片刚性地带动下套筒和上套筒一起回落。整个系统较之前的方案有了更强的刚性，运动和定位有了更准确的保证，且在挡片26的作用下，系统处于稳定的状态。

本实用新型实施例还提供了使用上述大尺寸超薄芯片阶段化高速剥离装置进行芯片剥离的方法，方法过程为：

旋转电机1直接驱动连接摆臂3进行转动继而带动偏心轮4进行转动；由于顶针连杆17底部与滑块9通过螺钉固定，两者可同时进行运动，并且由导向轴 7和滑动轴承8相互配合保持运动的直线性并减少摩擦，钢珠6位于顶针连杆17 底部的凹槽中并被偏心轮4进行限位，当偏心轮4转动时会带动钢珠6和顶针连杆17进行竖直方向上的直线运动，由于复位弹簧10在滑块9与复位弹簧固定板 11之间处于压缩状态，故而能使钢珠6与偏心轮4保持接触并且保证钢珠6、顶针连杆17、顶针21、锁紧螺帽22、滑动轴承23、压缩复位弹簧24、分体剥离下套筒25、挡片26和分体剥离上套筒27以偏心轮的轮廓线为基准进行竖直方向的垂直运动。

具体的，由抽真空负压气路连接件5、套筒14内孔腔道、固定座13凸台、子顶针盖20与母顶针盖19内孔腔道形成抽真空负压的通路，并由套筒14两端沟槽内的O型密封圈15和O型密封圈18进行密封。首先定位装置移动粘附有芯片的基膜，将要剥离的芯片定位至子顶针盖20顶部中心，此时内部开始抽真空，子顶针盖20的上端面将基膜28吸附住。

具体的，由于顶针连杆机构，即所述钢珠6、顶针连杆17、顶针21、锁紧螺帽22和压缩复位弹簧24受偏心轮驱动进行竖直方向的直线往返运动，所以此直线运动有上止点和下止点，滑动轴承16减少顶针连杆17运动的摩擦阻力并保持运动的直线性。当顶针机构位于下止点时，状态如图4所示，压缩复位弹簧 24处于压缩状态，剥离套筒上端面与子顶针盖20顶部端面平齐。

具体的，正常状态下，顶针连杆17的顶部四瓣结构存在缝隙且中间可插入顶针21，当锁紧螺帽22旋入时将四部分分离的凸台聚拢在一起且同时将顶针21 锁紧，使顶针连杆17、锁紧螺帽22和顶针21成为一体。进一步的，顶针连杆 17的四瓣结构的每一瓣顶部端面上都有一个螺纹孔，通过此螺纹孔利用螺钉将挡片26固定于顶针连杆17的顶面上。当顶针连杆机构处于凸轮机构运动的下止点时，压缩复位弹簧24处于压缩状态，分体剥离上套筒27有向上运动的趋势，但是与其连接的分体剥离下套筒25受挡片26的限位，且分体剥离下套筒25内孔与滑动轴承23配合，故而两个分体套筒处于稳定的状态，此时与子顶针盖20 顶部端面平齐。

如图7所示，顶针连杆机构处于凸轮机构运动的下止点，分体剥离上套筒27与子顶针盖20顶部端面平齐，抽真空负压气路开始工作，在内部腔道内建立真空负压环境，通过子顶针盖20上的孔路吸附基膜，吸嘴31下降至待剥离芯片 30上表面初步吸附芯片；其后如图8所示，顶针机构开始上升，两个分体剥离套筒也开始一同上升，分体剥离上套筒27将芯片30向上顶起，吸嘴31前端柔性部分的吸嘴头受力形变继而对芯片产生一个向下的力，分体剥离上套筒27向上顶起的力和吸嘴31向下压的力构成耦合的对向力面限制了芯片中部的形变，而芯片的边缘部分产生形变使芯片边缘附近的粘结层处于破裂初始激发阶段，芯片的四个边缘开始与基膜分离；如图9所示，当顶针连杆机构上升至预定高度时，分体剥离上套筒27上升至其凸台阶梯面抵住母顶针盖19内孔端面停止向上运动，此时分体剥离上套筒27上端面已超出子顶针盖20顶部端面，芯片被部分顶起且芯片的四边缘进一步与芯片基膜剥离开，完成芯片粘结层的破裂初始激发；再如图10所示，此后顶针连杆机构与吸嘴31继续上升，由于母顶针盖 19对分体剥离上套筒27限位作用，剥离套筒25停止向上运动，压缩复位弹簧 24再进一步被压缩，顶针21的顶端开始超越分体剥离上套筒27的上端面，芯片30被顶针21将顶起，与此同时吸嘴31连带吸附着的芯片向上运动，顶针21 的顶升和吸嘴31的吸抬动作使粘结层进入断裂扩展阶段，即粘结层破裂初始激发阶段中芯片与基膜剥离的部分由芯片的四边缘逐步向中心扩展，芯片和基膜进一步分离；再如图11所示，当顶针连杆机构达到运动的上止点时顶针21的顶端超出剥离套筒25的上端面并将芯片完全顶起，由吸嘴完成最后一小部分的剥离，至此芯片剥离过程结束；再如图12所示，芯片完成剥离后，顶针21回落至针尖与分体剥离上套筒27上表面平齐的高度，此时挡片26抵住分体剥离下套筒 25的上端面，顶针连杆17通过挡片26连带分体剥离上套筒27和分体剥离下套筒25一同向下运动；最后如图13所示，顶针连杆机构下降至预定最低高度，分体剥离上套筒27上端面与子顶针盖20顶部端面平齐，整个剥离机构恢复至最初状态并解除气路中抽真空负压的状态释放吸附的基膜，整个剥离过程完全结束。若需要剥离下一个芯片，步骤将按图7开始再次循环。

本实用新型相对于传统顶升剥离方法，本实用新型的关键点在于：1、通过吸嘴和顶升机构的多物理量协同配合控制进行芯片的剥离；2、芯片的剥离采用阶段化剥离的方式，即分为由剥离套筒、吸嘴共同激发的粘结层初始破裂阶段和顶针、吸嘴共同作用的裂纹扩展阶段。在这种方式下，初始剥离阶段，吸嘴下压，顶升机构顶起，特殊结构的顶升机构面和吸嘴面构成耦合力，在该耦合力的作用下，芯片承受的折弯力矩作用点将由芯片中心向边缘迁移，大幅降低粘结层初始断裂过程中的边缘奇异力，从而激发芯片的初始剥离，并且限制了芯片中部的形变，避免了芯片由于过大的形变而发生的碎裂。其后，嵌套顶针进一步顶起，吸嘴由下压改变为向上吸抬，顶针的顶升与吸嘴的吸抬共同作用，实现粘结层断裂的加速扩展，直至芯片由膜面分离。这种方法能够大幅降低剥离过程中粘结力偶矩过大造成的芯片形变过大而碎裂的失效影响，通过剥离顶升力点的迁移降低了激发初始剥离的难度，极大提高了大尺寸超薄芯片高速剥离的成功率和可靠性，也保证了芯片在剥离时的姿态稳定。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种大尺寸超薄芯片阶段化高速剥离装置，其特征在于，包括旋转电机、电机固定板、偏心轮、固定座、顶针连杆机构、套筒、子顶针盖、母顶针盖；

所述旋转电机与电机固定板固定连接，所述偏心轮固定设置于所述旋转电机的输出端，所述固定座与所述电机固定板固定连接；

所述顶针连杆机构包括钢珠、顶针连杆、锁紧螺帽、剥离套筒、第一压缩复位弹簧和顶针，所述钢珠安装于所述顶针连杆底部的凹槽内，且所述钢珠与所述偏心轮外周接触配合，所述顶针连杆穿设于所述固定座的中心孔直至所述子顶针盖、母顶针盖中，所述锁紧螺帽将所述顶针固定设置于所述顶针连杆顶部上，所述剥离套筒垂直滑动设置于所述顶针连杆顶部上，并将所述顶针套设于其内，所述第一压缩复位弹簧设置于所述剥离套筒与所述顶针连杆顶部之间；所述母顶针盖气密地固定设置于所述套筒上，所述子顶针盖固定套设于所述母顶针盖上，所述子顶针盖顶部设置有使所述剥离套筒伸出的孔位，所述母顶针盖设置有连通至所述套筒上设置的抽真空负压气路连接件的气道。

2.根据权利要求1所述的大尺寸超薄芯片阶段化高速剥离装置，其特征在于，还包括导向滑块机构，所述导向滑块机构包括滑块、导向轴、第二压缩复位弹簧、压缩复位弹簧固定板，所述滑块固定设置于所述顶针连杆下部，所述导向轴固定设置于所述固定座下方，所述滑块与所述导向轴滑动连接，所述第二压缩复位弹簧顶部通过所述压缩复位弹簧固定板固定设置于所述固定座下端，底部作用于所述顶针连杆。

3.根据权利要求2所述的大尺寸超薄芯片阶段化高速剥离装置，其特征在于，所述压缩复位弹簧固定板与所述固定座之间设置有第一O形密封圈，所述母顶针盖与所述套筒设置有第二O形密封圈。

4.根据权利要求1所述的大尺寸超薄芯片阶段化高速剥离装置，其特征在于，所述固定座顶部具有凸台，所述凸台置于所述套筒的中心通孔内。

5.根据权利要求4所述的大尺寸超薄芯片阶段化高速剥离装置，其特征在于，所述凸台与所述套筒之间设置有第三O形密封圈。

6.根据权利要求1－5任一项所述的大尺寸超薄芯片阶段化高速剥离装置，其特征在于，所述顶针连杆顶部呈若干瓣结构，所述顶针置于所述若干瓣结构中部，所述锁紧螺帽锁紧于所述若干瓣结构外部的螺纹上。

7.根据权利要求6所述的大尺寸超薄芯片阶段化高速剥离装置，其特征在于，所述剥离套筒包括上下固定连接的上套筒、下套筒，所述下套筒具有里凸沿，所述若干瓣结构上分别固定设置有置于所述里凸沿上方的挡片。