DE102013021952A1

DE102013021952A1 - Nadelanordnung zum Abheben eines Chips von einem Trägermaterial

Info

Publication number: DE102013021952A1
Application number: DE102013021952.3A
Authority: DE
Inventors: Axel Hülsmann; Markus Rießle
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-25

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Nadelanordnung zum Abheben eines Chips von einem Trägermaterial, wobei der Chip eine viereckförmige erste Fläche aufweist, und an eine der Seiten der viereckförmigen ersten Fläche daran vorspringend eine viereckförmige zweite Fläche anschließt, wobei die Seite der zweiten Fläche, mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt wesentlich kürzer ist als die Seite der ersten Fläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelanordnung derart angeordnet ist, dass eine erste Nadel in der ersten Fläche beim Anheben des Chips ansetzt und mindestens eine zweite Nadel in der zweiten Fläche des Chips ansetzt, um ein Abbrechen der ersten Fläche von der zweiten Fläche beim Abheben des Chips zu verhindern.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft das Gebiet der Handhabung von elektronischen Bauelementen, welche üblicherweise auf einem Wafer prozessiert werden. Nach der Fertigstellung der einzelnen Bauelemente auf dem Wafer werden die Bauelemente vereinzelt. Dazu wird der Wafer auf einem Trägermaterial aufgebracht. Die zu vereinzelnden Bauelemente bzw. Chips werden auf dem Trägermaterial gesägt, ohne dass das Trägermaterial mit durchgesägt wird. Nach dem Sägen liegen die einzelnen Bauelemente durch Sägegräben voneinander getrennt auf dem Trägermaterial. Zur weiteren Verarbeitung müssen die Bauelemente von dem Trägermaterial abgehoben werden. Für dieses Abheben der einzelnen Bauelemente bzw. Chips von dem Trägermaterial werden in der Halbleiterindustrie spezielle Werkzeuge eingesetzt. Diese Ausstoßwerkzeuge heben die Chips mit Nadeln von der Rückseite des Trägers her ab.
Die EP 0 565 781 B1 zeigt ein solches Werkzeug nach dem Stand der Technik. Hier wird mit einer Nadel der Chip von der Seite her angehoben, die auf dem Trägermaterial angebracht ist. Das Trägermaterial ist üblicherweise eine adhäsive Trägerfolie. Dabei löst sich durch das gemeinsame Anheben von Trägermaterial und Chip die Haftung des Trägermaterials am Rand des Chips. Der Chip wird nun zur weiteren Bearbeitung mit einem Vakuumgreifer, abgenommen.
Das Problem beim Vorgang des Abhebens der vereinzelten Chips aus dem Waferverbund ist, dass dabei die Gefahr besteht, dass der Chip zu Bruch geht bzw. die angrenzenden Chips beschädigt werden. Problematisch ist dies insbesondere bei Halbleiterwafern, mit prozessierten irregulären Chipformen, die von der üblichen rechteckigen Form abweichen.
Zum Beispiel sind Verstärker für den Frequenzbereich über 80 GHz am Eingang und Ausgang mit Hohlleiteranschlüssen ausgestattet. Innerhalb des Verstärkergehäuses gibt es einen Übergang vom Hohlleiter zum Eingang des Halbleiter-Chips und am Ausgang vom Halbleiter-Chip zum Hohlleiter. Dieser Übergang wird häufig durch kleine, über Mikrostreifenleitungen angeschlossene Patch-Antennen auf Quarz-Substraten realisiert. Die Quarz-Substrate haben dabei vorzugsweise die gleiche Dicke wie die Halbleiter-Chips und damit eine Dicke von wenigen μm bis 100 μm. Die Patch-Antenne ragt dabei als Cantilever in den Hohlleiter. Die elektrische Verbindung von der Mikrostreifenleitung zum Halbleiterchip wird jeweils durch einen flachen Bond-Draht hergestellt.
Diese Bond-Draht-Verbindungen vom Quarz-Substrat zum Halbleiterchip führen bei Frequenzen über 300 GHz zu nicht tolerierbaren Übergangsverlusten oder sind aufgrund ihrer sehr kleinen Abmessungen sehr schwierig zu hantieren. Um diese Verluste zu vermeiden, werden die Patch-Antennen in den Chip integriert. So entstehen irreguläre Chipformen.
Auf den Wafern befinden sich bei diesen Verstärker-Chips mehrere hundert bis tausend Verstärker-Chips, die bei Frequenzen oberhalb von 300 GHz eine nichtrechteckige Form aufweisen, und entsprechend ausgesägt werden. Dieser Sägevorgang geschieht auf einer Adhäsionsfolie, damit die Chips fixiert bleiben. Die Halbleiter-Chips werden nach dem Sägen von einer Nadel angehoben, die durch die Folie hindurch den Chip anhebt und so den Chip von der Adhäsionsfolie vom Rand her trennt, so dass die Auflagefläche des Chips auf der Folie sich soweit reduziert hat und die Haftung sich soweit verringert hat, dass der Chip von einem Aufnahmewerkzeug, z. B. einem Vakuumgreifer, abgeholt werden kann.
Durch die integrierten Patch-Antennen ist der Halbleiter-Chip nicht mehr rechteckig, sondern wird zum Polygon mit negativen Ecken (nichtkonvexes orthogonales Polygon). Dies führt häufig beim Ablösevorgang zum Abbrechen der Antennen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Chipbruchgefahr zu vermindern und damit die Ausbeute an funktionierenden Chips zu erhöhen. Insbesondere für Halbleiter-Chips, die keine einfache rechteckige Form aufweisen, weil sie z. B. Patch-Antennen monolithisch mit integriert haben, soll ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden, die auch hier ein beschädigungsfreies Abheben der Chips ermöglichen bzw. die Ausbeute an unbeschädigten Chips erhöhen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Vorgesehen ist eine Nadelanordnung zum Abheben eines Chips von einem Trägermaterial, wobei der Chip eine viereckförmige erste Fläche aufweist, und an eine der Seiten der viereckförmigen ersten Fläche daran vorspringend eine viereckförmige zweite Fläche anschließt, wobei die Seite der zweiten Fläche, mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt wesentlich kürzer ist als die Seite der ersten Fläche an die sie anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelanordnung derart angeordnet ist, dass eine erste Nadel in der ersten Fläche beim Anheben des Chips ansetzt und mindestens eine zweite Nadel in der zweiten Fläche des Chips ansetzt, um ein Abbrechen der ersten Fläche von der zweiten Fläche beim Abheben des Chips zu verhindern.
Als Chipfläche wird hier diejenige Fläche des Chips angesehen, die auf dem Trägermaterial haftet bzw. aufliegt. Die erfindungsgemäße Nadelanordnung ist insbesondere für Chipflächen, die nicht nur aus einer einfachen rechteckförmigen Chipfläche besteht, sondern sich aus mehreren viereckförmigen Flächen zusammensetzt. Die Halbleiter-Chips, für die die erfindungsgemäße Nadelanordnung vorgesehen ist, setzen sich aus einer ersten viereckförmigen Fläche, auch Grundfläche genannt, und mindestens einer zweiten viereckförmigen Fläche, – auch vorspringende Fläche genannt, zusammen. Dadurch entsteht ein nichtkonvexes Polygon. Dieses nichtkonvexe Polygon kann orthogonal oder auch nicht-orthogonal sein. Die Gesamtfläche des Chips ist die gesamte Fläche, die auf dem Trägermaterial aufliegt. Die Gesamtfläche setzt sich also aus mindestens zwei viereckförmigen Flächen, der Grundfläche und mindestens einer vorspringenden Fläche, zusammen und bildet ein nichtkonvexes Polygon. Die Gesamtfläche bestimmt die Chipform.
Unter viereckförmig wird ein Viereck verstanden, dass vier Seiten und vier Ecken aufweist, wobei die Ecken auch abgerundet sein können. Insbesondere sind Vierecke Rechtecke, Quadrate, Parallelogramme, Trapeze und Rauten.
Unter einer Nadel wird hier eine stabförmige Vorrichtung gesehen, wobei der Chip während des Abhebevorgangs auf der Nadelspitze aufliegt. Zum Abheben des Chips wird die Nadel gegen das Trägermaterial und den daraufliegenden Chip gedrückt. Zur Lösung der Aufgabe wird hier eine Nadelanordnung aus mindestens zwei Nadeln verwendet, wobei davon mindestens eine Nadel pro Grundfläche, also pro erster viereckförmiger Fläche des Chips ansetzt und mindestens eine weitere Nadel so in der Nadelanordnung angebracht ist, dass sie beim Abheben des Chips an der vorspringenden Fläche, also an der zweiten viereckförmigen Fläche des Chips ansetzt.
Der abzuhebende Chip ist bevorzugt ein Halbleiter-Chip, der auf einem Halbleiter-Wafer gefertigt wurde. Insbesondere ist eine elektronische Schaltung in den Chip integriert, die im Frequenzbereich 100 bis 300 GHz arbeitet oder auch im Bereich oberhalb 300 GHz. Insbesondere Chips oberhalb 300 GHZ sind aufgrund ihrer sehr kleinen Abmessungen sehr schwierig zu hantieren, da sie oft Patch-Antennen integriert haben, um die Übergangsverluste zu minimieren. So entstehen irreguläre Chipformen.
Insbesondere wird also an Chips gedacht, deren vorspringende Fläche eine integrierte Patch-Antenne ist. Üblicherweise können auch zwei Patch-Antennen am Chip integriert sein. Beispielsweise befinden sich diese an gegenüberliegenden Seiten der viereckförmigen ersten Fläche. Die erfindungsgemäße Nadelanordnung unterstützt beim Abheben die Antennenausläufer und die Grundfläche mit mindestens je einer Nadel.
Üblicherweise haben Patch-Antennen für Verstärker-Chips eine Breite von 20 μm bis 250 μm. Eine Ausführungsform der Nadelanordnung ist also insbesondere für Verstärker-Chips, bei denen die Breite der Seite der zweiten Fläche, mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt, üblicherweise im Bereich 20 μm bis 250 μm liegt.
Die Grundfläche eines Verstärker-Chips weist üblicherweise eine Breite von 0,2 mm bis 3 mm auf. Dies heißt, dass die Breite der Seite der ersten Fläche, an die die Seite der zweiten Fläche anschließt, in dieser Ausführungsform üblicherweise im Bereich 0,2 mm bis 3 mm liegt.
Als Trägermaterial wird hier bevorzugt eine adhäsive Trägerfolie verwendet, auf der der Wafer zum Vereinzeln der Chips aufgebracht wird und an dieser haften bleibt. Dies kann z. B. eine Kunststofffolie sein.
Als vorspringend wird dabei insbesondere bezeichnet, dass die Seite der zweiten Fläche mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt, wesentlich kürzer ist als die Seite der ersten Fläche, an die sie anschließt. Dies heißt, dass die Seite der zweiten viereckförmigen Fläche eine wesentlich geringere Breite aufweist, als die Seite der ersten viereckförmigen Fläche, an die sie anschließt.
Insbesondere ist eine wesentlich geringere Breite dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Seite der zweiten viereckförmigen Fläche zur Breite der Seite der ersten viereckförmigen Fläche 50% oder weniger als 50% beträgt. Das Verhältnis von Breite der Seite der zweiten Fläche zur Breite der Seite der ersten Fläche ist 50% oder weniger.
Eine weitere Ausführungsform der Nadelanordnung zum Abheben eines Chips von einem Trägermaterial ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelanordnung mindestens eine dritte Nadel aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie in einer weiteren viereckförmigen Fläche beim Anheben des Chips ansetzt, wobei die weitere viereckförmige Fläche an mindestens eine der Seiten der viereckförmigen ersten Fläche daran vorspringend anschließt, wobei die Seite der weiteren Fläche, mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt, wesentlich kürzer ist als die Seite der ersten Fläche, an die sie anschließt.
Wesentlich kürzer heißt insbesondere, dass die Seite der weiteren viereckförmigen Fläche eine wesentlich geringere Breite aufweist, als die Seite der ersten viereckförmigen Fläche, an die sie anschließt.
Insbesondere gilt auch hier, dass eine wesentlich geringere Breite dadurch gekennzeichnet ist, dass die Breite der Seite der weiteren viereckförmigen Fläche zur Breite der Seite der ersten viereckförmigen Fläche 50% oder weniger als 50% beträgt. Das Verhältnis von Breite der Seite der weiteren Fläche zur Breite der Seite der ersten Fläche ist 50% oder weniger.
Eine weitere Ausführungsform der Nadelanordnung zum Abheben eines Chips von einem Trägermaterial ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelanordnung mindestens eine dritte Nadel aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie in einer weiteren viereckförmige Fläche beim Anheben des Chips ansetzt, wobei die weitere viereckförmige Fläche an der zur zweiten Fläche gegenüberliegenden Seite der ersten viereckförmigen Fläche daran vorspringend anschließt, wobei die Seite der weiteren Fläche, mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt, wesentlich kürzer ist als die Seite der ersten Fläche, an die sie anschließt. Diese Ausführungsform behandelt insbesondere Halbleiter-Chips mit zwei integrierten Patch-Antennen.
Eine weitere Ausführungsform nimmt eine Nadel als Unterstützungspunkt für jede weitere vorspringende Fläche, die an die Grundfläche des Chips anschließt.
Dabei können auch mehrere vorspringende Flächen an einer Seite der ersten Fläche anschließen oder auch an beliebigen Seiten der ersten Fläche zwei oder mehrere vorspringende Flächen ansetzen.
Eine erfindungsgemäße Nadelanordnung zum Abheben eines Chips von einem Trägermaterial ist dadurch gekennzeichnet, dass die viereckförmigen Flächen quadratisch oder rechteckig sind. Die Nadelanordnung passt sich diesen Flächengeometrien und der sich daraus ergebenden Chipform an.
Eine weitere erfindungsgemäße Nadelanordnung zum Abheben eines Chips von einem Trägermaterial ist derart mit Nadeln bestückt ist, dass auf die viereckförmige erste Fläche mindestens so viele Nadeln ansetzen, dass pro 0,2 mm² Chipfläche der ersten Fläche 1 Nadel ansetzt, und dass auf die viereckförmige zweite Fläche mindestens so viele Nadeln ansetzen, dass pro 0.079 mm² Chipfläche der zweiten Fläche 1 Nadel ansetzt.
Dies bedeutet, dass wenn die erste Chipfläche 1 mm² groß ist, dass hier 5 Nadeln ansetzen würden und wenn die zweite daran vorspringende Fläche 0,160 mm² groß ist, hier zwei Nadeln ansetzen.
Eine weitere Ausführungsform der Nadelanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelanordnung so bestückt ist, dass für jede weitere viereckförmige Fläche, die an die erste Fläche anschließt, eine Nadel pro 0,079 mm² der weiteren viereckförmigen Fläche angeordnet ist.
In einer weiteren Nadelanordnung zum Abheben eines Chips von einem Trägermaterial sind die Nadeln entlang ihres vorderen Teils mit einer Schneide zum Durchschneiden des Trägermaterials versehen. Der vordere Teil der Nadel ist der sich an die Nadelspitze anschließende Teil der Nadel, der direkt am Abhebevorgang beteiligt ist. Zum Abheben des Chips wird die Nadel gegen das Trägermaterial und den darauf liegenden Chip gedrückt. Dabei wird das Trägermaterial nur zu Beginn leicht angehoben bis die Spitze der Nadel das Trägermaterial leicht durchsticht, beim weiteren Hochfahren der Nadel wird aufgrund der Schneide entlang des vorderen Teils der Nadel das Trägermaterial durchschnitten und dadurch nicht weiter angehoben. Der Chip mit intergrierter Antenne oder integrierten Antennen liegt dann vollständig vom Trägermaterial abgelöst, lose auf der Nadelanordnung und kann von dem Vakuumgreifer abgeholt werden, der üblicherweise als Aufnahmewerkzeug für den Chip dient.
Dabei kann die Nadel mindestens eine Schneide aufweisen, die als scharfe Seitenkante entlang des vorderen Teils der Nadel geschliffen ist.
Besonders vorteilhaft ist ein Schliff der Nadel mit drei scharfen Schneiden, also Seitenkanten, die z. B. pyramidenförmig geschliffen sind entlang des vorderen Teils der Nadeln.
In einer weiteren Nadelanordnung zum Abheben eines Chips von einem Trägermaterial befinden sich die Nadeln in einer Ausstoßvorrichtung, in der die Nadeln fixiert sind.
Dabei kann in einer Ausführungsform die Ausstoßvorrichtung aus einem Oberteil und einem Unterteil bestehen, wobei beide Teile über eine Druckfeder verbunden sind. Im Oberteil und im Unterteil sind jeweils Bohrungen angebracht, sogenannte Führungsbohrungen, um die Nadeln entsprechend der gewählten Nadelanordnung gemäß der abzuhebenden Chipform bzw. Gesamtchipfläche aufzunehmen und zu fixieren.
Als erfindungsgemäßes Verfahren zum Abheben eines Chips von einem Trägermaterial wird ein Verfahren gezeigt mit einer Nadelanordnung, die entsprechend der Chipform angeordnet ist.
Dabei weist das Verfahren zum Abheben eines Chips von einem Trägermaterial eine Nadelanordnung auf, wobei der Chip eine viereckförmige erste Fläche aufweist, und an eine der Seiten der viereckförmigen ersten Fläche eine viereckförmige zweite Fläche anschließt, wobei die Seite der zweiten Fläche, mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt wesentlich kürzer ist als die Seite der ersten Fläche, an die sie anschließt, wobei das Abheben des Chips vom Trägermaterial derart erfolgt, dass eine erste Nadel der Nadelanordnung in der ersten Fläche des Chips beim Abheben ansetzt und mindestens eine zweite Nadel der Nadelanordnung in der zweiten Fläche des Chips ansetzt, um ein Abbrechen der ersten Fläche von der zweiten Fläche beim Abheben des Chips zu verhindern.
Dabei schließt die zweite viereckförmige Fläche insbesondere vorspringend an die erste viereckförmige Fläche an.
Es wird zur Erläuterung der einzelnen Verfahrensschritte auf die Ausführungen zu den erfindungsgemäßen Nadelanordnungen verwiesen, die auch die Verfahrensschritte näher erläutern.
Ein weitere Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Nadelanordnung mindestens eine dritte Nadel aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie in einer weiteren viereckförmigen Fläche beim Anheben des Chips ansetzt, um ein Abbrechen der weiteren Fläche von der ersten Fläche beim Abheben des Chips zu verhindern, wobei die weitere viereckförmige Fläche an mindestens eine der Seiten der viereckförmigen ersten Fläche daran vorspringend anschließt, wobei die Seite der weiteren Fläche, mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt, wesentlich kürzer ist als die Seite der ersten Fläche, an die sie anschließt.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelanordnung mindestens eine dritte Nadel aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie in einer weiteren viereckförmigen Fläche beim Anheben des Chips ansetzt, wobei die weitere viereckförmige Fläche an der zur zweiten Fläche gegenüberliegenden Seite der ersten viereckförmigen Fläche anschließt, wobei die Seite der weiteren Fläche, mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt, wesentlich kürzer ist als die Seite der ersten Fläche, an die sie anschließt.
Insbesondere bedeutet hier wesentlich kürzer, dass die Seite der zweiten oder jeder weiteren viereckförmigen Fläche eine wesentlich geringere Breite aufweist, als die Seite der ersten viereckförmigen Fläche, an die sie anschließt.
Das heiß also, dass die Seite der zweiten Fläche und/oder der weiteren viereckförmigen Fläche, mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt, 50% oder weniger als 50% der Breite der Seite der ersten Fläche, an die sie anschließt, aufweist.
Auf die Ausführungen der Nadelanordnung zu den Halbleiter-Chips wird verwiesen. Insbesondere sind die Halbleiterchips, für die die erfindungsgemäße Nadelanordnung und das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird, Chips mit integrierten Antennen, wobei die zweite viereckförmige Fläche eine Patch-Antenne ist an einem Verstärker-Chip.
Insbesondere können die viereckförmigen Flächen des Halbleiterchips quadratisch oder rechteckig sein. Spezielle Ausgestaltungen der viereckförmigen Flächen des Chips können auch Parallelogramme und Rauten sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist die Nadelanordnung derart mit Nadeln bestückt, dass auf die viereckförmige erste Fläche mindestens so viele Nadeln ansetzen, dass pro 0,2 mm² Chipfläche der ersten Fläche 1 Nadel ansetzt, und dass auf die viereckförmige zweite Fläche mindestens so viele Nadeln ansetzen, dass pro 0.079 mm² Chipfläche der zweiten Fläche 1 Nadel ansetzt.
Weiterhin kann die Nadelanordnung so bestückt sein, dass für jede weitere viereckförmige Fläche, die an die erste Fläche anschließt, eine Nadel pro 0,079 mm² der weiteren viereckförmigen Fläche angeordnet ist.
Insbesondere hat sich gezeigt, dass das Abheben der Chips mit Nadeln, die entlang ihres vorderen Teils eine Schneide aufweisen, um das Trägermaterial beim Anheben der Chips zu durchschneiden, zu guten Ergebnissen führt.
Ein entsprechendes erfindungsgemäßes Verfahren sieht vor, dass das Abheben des Chips von der dem Trägermaterial zugewandten Seite des Chips her erfolgt, wobei das Abheben derart erfolgt, dass die Nadeln entlang ihres vorderen Teils mindestens eine Schneide aufweisen und die Nadeln durch das Trägermaterial hindurch den Chip abheben, und beim Abheben das Trägermaterial durch die Schneiden durchschnitten wird.
Zu den besonderen Ausführungsformen der Schneide wird als Erläuterung auf die Erläuterungen bei der Nadelanordnung verwiesen.
Es hat sich gezeigt, dass das Verfahren zum Abheben eines Chips von einem Trägermaterial insbesondere durch folgende Schritte unterstützt wird: dass das Abheben derart erfolgt, dass die Nadeln der Nadelanordnung durch das Trägermaterial hindurch den Chip anheben, derart, dass die Nadeln in einem ersten Schritt um eine erste Strecke nach oben fahren, und dabei den Chip um die erste Strecke anheben, und in einem zweiten Schritt die Nadeln in Höhe der ersten Strecke stoppen, und in einem dritten Schritt die Nadeln um eine zweite Strecke weiter nach oben fahren, so dass der Chip dann in der Position zum Abheben durch einen Chipaufnehmer liegt. Als Chipaufnehmer dienen beispielsweise Vakuumgreifer.
Im Weiteren werden anhand der bis die weiteren Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung beschrieben.
: zeigt eine einen Halbleiter-Chip mit integrierten Antennen in der geöffneten Gehäusehälfte eines Split-Block-Moduls mit Hohlleiter
: zeigt eine Nadelanordnung in einer Ausstoßvorrichtung bestehend aus Oberteil und Unterteil
: zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus mit einer Nadelanordnung beim Abheben eines Halbleiter-Chips von der Trägerfolie
: zeigt typische Abmessungen eines Halbleiter-Chips mit integrierten Patch-Antennen
: zeigt eine Nadelanordnung für das Abheben eines Halbleiter-Chips mit integrierten Antennen
: zeigt typische Abmessungen eines Halbleiter-Chips mit integrierten Patch-Antennen
: zeigt Chipformen aus Grundfläche und Vorsprung
: Chipform aus Grundfläche und einem Vorsprung
: Chipform aus Grundfläche und zwei Vorsprüngen
: Chipform aus trapezförmiger Grundfläche und trapezförmigen Vorsprung
: Chipform aus rechteckförmiger Grundfläche und trapezförmigen Vorsprung und rechteckförmigen Vorsprung
: Chipform mit abgerundeten Ecken
: Nadel mit Schneiden
zeigt einen Halbleiter-Chip 1 mit integrierten Antennen 13. Dieser Halbleiter-Chip 1 ist in ein Gehäuse 11 gesetzt. Zu sehen ist der Chip 1 in der geöffneten Gehäusehälfte 11 eines Split-Block-Moduls. Die integrierten Antennen 13 ragen als Cantilever in die Hohlleiter 12, die hier im Schnitt als Rillen zu sehen sind. Die zwei gegenüberliegenden integrierten Patch-Antennen 13 bilden zusammen mit der Grundfläche des Halbleiter-Chips 1 die Form eines nichtkonvexen orthogonalen Polygons.
zeigt eine Ausstoßvorrichtung 15, die zum Abheben eines Chips 1 mit integrierten Antennen 13 von einem Trägermaterial 2, hier einer Adhäsionsfolie, benötigt wird. Die Adhäsionsfolie 2 wird über ein poröses, gesintertes, Vakuum-durchlässiges Metall 3 nach unten gesaugt. Das Vakuum wird über den Ansaugstutzen 4 zugeführt. Die Ausstoßvorrichtung 15 besteht aus einem Oberteil 5 und einem Unterteil 9, die die Nadeln 10 über Führungsbohrungen aufnehmen. Ober- 5 und Unterteil 9 lassen sich axial gegeneinander drücken, wobei die Druckkraft durch die Druckfeder 6 aufgebracht wird. Die Madenschraube 8 verhindert, dass sich Ober- 5 und Unterteil 9 voneinander trennen. Ein O-Ring 7 dichtet das Vakuum ab.
zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus . Zu erkennen ist die Anordnung der Nadeln 10, die so geartet ist, dass der Chip 1 mit integrierten Antennen 13 an mehreren Stellen, der Form des Chips entsprechend, gleichmäßig unterstützt wird. Die Abbildung zeigt ferner den Zustand, bei dem Oberteil 5 und Unterteil 9 gegeneinander gedrückt sind und die Nadeln 10 die Adhäsionsfolie 2 durchstochen haben, während das Vakuum die Adhäsionsfolie 2 auf dem Vakuumdurchlässigen Metall 3 nach unten gesaugt hat und hält.
In einer Ausführungsform des Verfahrens geschieht das Abheben der Chips in mehreren zeitlich unterbrochenen Schritten, um der Adhäsionsfolie zu ermöglichen, sich langsam vom Chip zu trennen. Während das Vakuum die Unterseite der Folie auf die Austoßvorrichtung gesaugt hält, fahrt die Nadelanordnung um einen kleinen Schritt nach oben, z. B. um 0,1 bis 1 mm. Dann verweilen die Nadeln in dieser Position. Nach einer Weile, z. B. nach 1 s–10 s, fahren die Nadeln die restliche Wegstrecke nach oben, wo sich der Chip dann in der Position befindet, wo er vom Chipabnehmer, z. B. ein Vakuumgreifer, abgenommen wird. Durch das Hochfahren in kleinen Schritten übt die Adhäsionsfolie nicht eine zu große Spannung auf die zum abzuhebenden Chip benachbarten Chips beim Ablösen des Chips aus, da die Adhäsionsfolie so nur in kleinen Schritten abgelöst wird. Dies verhindert, dass die benachbarten Chips zu Bruch gehen. Verstärkt wird dieser positive Effekt wenn die Nadeln entlang ihres vorderen Teils mindestens eine Schneide aufweisen, von der die Adhäsionsfolie durchschnitten wird und glatt nach unten rutscht.
zeigt eine typische Chipform 1 mit zwei integrierten Antennen 13. Die Grundfläche 14 des Chips beträgt 0,775 mm², wobei die beiden Seitenlängen a₁ = 0,5 mm und b = 1,55 mm betragen. Die Antennen setzen jeweils ungefähr mittig an den beiden kürzeren Seiten a₁ der viereckförmigen, hier rechteckförmigen Grundfläche an. Die Seitenlänge a₂ der Antennen, mit denen diese an a₁ ansetzen beträgt 0,18 mm. Die längere Seite der Antennen betägt 0,44 mm. Auch die beiden integrierten Antennen 13 sind hier rechteckförmig. Jede Antenne hat eine Fläche von 0,0792 mm₂. Insgesamt setzt sich die Chipform aus einer rechteckförmigen Grundfläche und zwei daran anschließenden rechteckförmigen Antennenflächen zusammen. Die gesamte Chipfläche beträgt 0,934 mm² und bildet insgesamt ein nichtkonvexes orthogonales Polygon. Das Verhältnis der jeweiligen aneinader anschließenden Seiten von der zweiten Fläche, d. h. einer Antenne, zur ersten Fläche, d. h. Grundfläche, a₂ zu a₁, beträgt 0,18/0,5, also 36%.
zeigt einen Halbleiter-Chip 1 mit zwei integrierten Antennen 13, die an zwei gegenüberliegenden Seiten der Grundfläche des Chips anschließen als Draufsicht, wobei die Nadelanordnung 10 mit der dieser Chip 1 abgehoben wird, eingezeichnet ist. Die Nadeln in einer Nadelanordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung setzen mit 5 Nadeln über die Grundfläche verteilt an, sowie je einer weiteren Nadel an je einer Antennenfläche. Insgesamt sind also 7 Nadeln auf 0,934 mm² Fläche verteilt. Dies ergibt insgesamt eine Nadeldichte von 1 Nadel auf 0,13 mm². Diese Anordnung verteilt die Spannung, die beim Abheben des Chips über die Adhäsionskräfte der Folie auf den Chip ausgeübt werden. Insbesondere werden die Antennenausläufer unterstützt, so dass ein Abbrechen dieser beim Abheben verhindert wird. Als Schema sind durch den Chip die Führungsbohrungen 17 für die Nadeln 10 im Nadelhalter 15 zu sehen.
Bevorzugt werden Nadeln 10 mit einem Durchmesser von 0,25 mm verwendet, die dann zur Spitze hin sich verjüngen. Durch den Nadeldurchmesser von 0,25 mm lassen sich mehrere Nadeln pro Fläche anordnen, als mit den im Stand der Technik üblichen Nadeldurchmessern von 0,5 mm. Die höhere Flächendichte und die Möglichkeit, auch die kleinen Antennenausläufer mitunterstützen zu können, verhindert ein Abbrechen der integrierten Antennenelemente vom Chip. Die Anzahl an unbeschädigten Chips steigt.
Insbesondere läßt sich auch für die Antennenausläufer eine Nadelanordnung bilden, die entlang des Antennenausläufers eine Nadellinie bilden, die über die Länge der Seite, also über b₂, eine Linie von Nadeln bilden. Diese Linie führt von der ersten Fläche über die gesamte Länge des Antennenausläufers. Diese Linie wird so gebildet, dass in möglichst dichten Abstand Nadelspitzen am Antennenausläufer ansetzen. Insbesondere ist hier durch die erfindungsgemäße Wahl des Nadeldurchmessers ein Abstand von ungefähr 0,4 mm zwischen zwei Nadelspitzen möglich oder auch geringer. Ein Nadelspitzenabstand von 0,35 mm oder geringer kann mit diesen Nadeldurchmessern auch noch erreicht werden. Die Wandstärke einer Führungsbohrung zwischen zwei benachbarten Führungsbohrungen in der Ausstoßvorrichtung beträgt mindestens 0,1 mm, auch 0,11 mm oder 0,15 mm. Mit diesen mindest Wandstärken ergibt sich ein Nadelspitzenabstand von 0,4 mm bis hin zu 0,35 mm.
zeigt den Chip 1 aus mit zwei integrierten Antennen 13. Die Grundfläche des Chips beträgt 1,19 mm², wobei die beiden Seitenlängen a₁ = 0,7 mm und b₁ = 1,7 mm betragen. Die Antennen setzen jeweils ungefähr mittig an den beiden kürzeren Seiten a₁ der viereckförmigen, hier rechteckförmigen Grundfläche an. Die Seitenlänge der Antennen, a₂, mit denen diese an a₁ ansetzen beträgt 0,25 mm. Die längere Seite b₂ der Antenne beträgt 0, 6 mm. Auch die beiden integrierten Antennen sind hier rechteckförmig. Insgesamt setzt sich die Chipform aus einer rechteckförmigen Grundfläche und zwei daran anschließenden rechteckförmigen Antennenflächen zusammen. Die gesamte Chipfläche beträgt 1,49 mm² und bildet insgesamt ein nichtkonvexes orthogonales Polygon. Wie in gezeigt, ist die erfindungsgemäße Nadelanordnung derart angeordnet, dass insgesamt 10 Nadeln angeordnet sind, und zwar derart, dass je zwei Nadeln an die Flächen der Antennen ansetzen, also zwei Nadeln je vorspringender Fläche, und 6 Nadeln an die Grundfläche ansetzen. Dabei können die 6 Nadeln regelmäßig oder unregelmäßig über die Grundfläche verteilt sein. An dem Chip nach und setzen also an die Grundfläche eine Nadeldichte von 1 Nadel auf 0,2 mm² an, und an die beiden vorspringenden Flächen je eine Nadeldichte von 1 Nadel auf 0,075 mm². Für die gesamte Chipfläche ergibt dies eine Nadeldichte von 1 Nadel auf 0,14 mm². Auch hier werden bevorzugt Nadeln mit einem Durchmesser von 0,25 mm eingesetzt, wobei sich dieser Durchmesser zur Nadelspitze hin verjüngt. Diese Nadelform ermöglicht eine derart hohe Nadeldichte.
zeigt beispielhaft Chipformen, die sich aus einer viereckförmigen Grundfläche 14 und daran anschließend vorspringende Flächen 13 zusammensetzen, für die das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung das Problem löst, dass beim Abheben der Chips Teile des Chips abbrechen. Erfindungsgemäß orientiert sich die Anordnung der Nadeln, die zum Abheben verwendet werden, an der abzuhebenden Chipform. Die Chipform wird von der Nadelanordnung derart nachgebildet, dass pro an die Grundfläche des Chips anschließende, vorspringende Fläche mindestens eine Nadel ansetzt, sowie mindestens eine Nadel an die Grundfläche ansetzt.
zeigt einen Chip 1 aufweisend eine Grundfläche 14 und eine vorspringende Fläche 13, wobei beide Flächen rechteckförmig sind. a₁ ist die Seite der Grundfläche, also der ersten viereckförmigen Fläche, an die die vorspringende Fläche mit der Seitenlänge a₂ anschließt. Es entsteht also eine Kontaktstelle von der Länge der Seitenlänge a₂. Das Verhältnis a₂/a₁ beträgt 50% oder weniger als 50%, das heißt a₂ ist höchstens halb so lang als a₁.
zeigt einen Chip 1 mit zwei vorspringenden Flächen 13, z. B. zwei Patch-Antennen. Auch hier sind sowohl Grundfläche 14 als auch die beiden vorspringenden Flächen 13 jeweils rechteckförmig.
Die Antennenstrukturen können auch in ihrer Form variieren und auch an unterschiedlichen Stellen des Chips angebracht sein, also nicht nur an gegenüberliegenden Seiten der Grundfläche, sondern auch an benachbarten Seiten der Grundfläche oder an allen vier Seiten der Grundfläche. Hier schließt an die Seite a₁ der ersten Fläche eine vorspringende Fläche 13 mit der Seite a₂ an, sowie and eine weitere Seite c₁ der ersten Fläche eine weitere vorspringende Fläche mit der Seite c₂ an.
zeigt einen Chip 1 mit trapezförmiger Grundfläche 14 und daran anschließend eine Antennenstruktur 13, die eine rechteckförmige Fläche aufweist. An die lange Seite a₁ der trapezförmigen ersten Fläche schließt die rechteckförmige Antennenstruktur mit der Seite a₂ an.
zeigt einen Chip 1 mit rechteckförmiger Grundfläche 14 und daran anschließend eine trapezförmige Antennestruktur als vorspringende Fläche 13, wobei die Seiten a₁ der Grundfläche und die Seite a₂ der vorspringenden Fläche aneinanderschließen. Eine weitere vorspringende Fläche, und zwar eine rechteckförmige Fläche, schließt sich an eine weitere Seite b₁ der ersten Fläche 14 an mit der Seite b₃.
einen Chip 1, wobei die Ecken 16 der Grundfläche 14 abgerundet sind. Alle bisher vorgestellten Chipformen können auch abgerundete Ecken aufweisen. Das Verhältnis a₁ zu a₂ ergibt sich dann aus den Seitenlängen, die sich ergeben, wenn die Seiten bis zur Ecke, also den Schnittpunkt zweier Seiten, fortgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiter-Chip
2: Trägermaterial
3: Vakuum-durchlässiges Metall
4: Ansaugstutzen für Vakuum
5: Oberteil
6: Druckfeder
7: O-Ring (zum Abdichten des Vakuums
8: Madenschrauben (zum Verbinden von Ober- und Unterteil)
9: Unterteil
10: Nadeln
11: Gehäusehälfte eines Split-Block-Moduls
12: Hohlleiter
13: Patch-Antennen
14: Chip-Grundfläche
15: Ausstoßvorrichtung
16: abgerundete Ecke
a: Seite einer Fläche
b: Seite einer Fläche
c: Seite einer Fläche
d: Seite einer Fläche
17: Führungsbohrung
18: Schneide
19: Nadelspitze
d: Nadeldurchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0565781 B1 [0002]

Claims

Nadelanordnung zum Abheben eines Chips (1) von einem Trägermaterial (2), wobei der Chip (1) eine viereckförmige erste Fläche (14) aufweist, und an eine der Seiten (a₁, b₁, c₁, d₁) der viereckförmigen ersten Fläche daran vorspringend eine viereckförmige zweite Fläche (13) anschließt, wobei die Seite (a₂, b₂, c₂, d₂) der zweiten Fläche, mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt wesentlich kürzer ist als die Seite der ersten Fläche, an die sie anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelanordnung derart ausgebildet ist, dass eine erste Nadel (10) in der ersten Fläche beim Anheben des Chips ansetzt und mindestens eine zweite Nadel (10) in der zweiten Fläche des Chips ansetzt, um ein Abbrechen der ersten Fläche von der zweiten Fläche beim Abheben des Chips zu verhindern.
Nadelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelanordnung mindestens eine dritte Nadel (10) aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie in einer weiteren viereckförmigen Fläche (13) beim Anheben des Chips ansetzt, wobei die weitere viereckförmige Fläche (13) an mindestens eine der Seiten (a₁, b₁, c₁, d₁) der viereckförmigen ersten Fläche (14) daran vorspringend anschließt, wobei die Seite der weiteren Fläche (a₃, b₃, c₃, d₃), mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt, wesentlich kürzer ist als die Seite der ersten Fläche, an die sie anschließt.
Nadelanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelanordnung mindestens eine dritte Nadel (10) aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie in einer weiteren viereckförmigen Fläche (13) beim Anheben des Chips ansetzt, wobei die weitere viereckförmige Fläche an der zur zweiten Fläche gegenüberliegenden Seite der ersten viereckförmigen Fläche daran vorspringend anschließt, wobei die Seite der weiteren Fläche, mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt, wesentlich kürzer ist als die Seite der ersten Fläche, an die sie anschließt.
Nadelanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite der zweiten Fläche (a₂, b₂, c₂, d₂) und/oder der weiteren viereckförmigen Fläche (a₃, b₃, c₃, d₃), mit der diese an die Seite (a₁, b₁, c₁, d₁) der ersten Fläche anschließt, 50% oder weniger als 50% der Breite der Seite der ersten Fläche, an die sie anschließt, aufweist.
Nadelanordnung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die viereckförmigen Flächen (13, 14) quadratisch oder rechteckig sind.
Nadelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nadelanordnung derart mit Nadeln bestückt ist, dass auf die viereckförmige erste Fläche (14) mindestens so viele Nadeln (10) ansetzen, dass pro 0,2 mm² Chipfläche der ersten Fläche 1 Nadel ansetzt, und dass auf die viereckförmige zweite Fläche (13) mindestens so viele Nadeln ansetzen, dass pro 0.079 mm² Chipfläche der zweiten Fläche 1 Nadel ansetzt.
Nadelanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelanordnung so bestückt ist, dass für jede weitere viereckförmige Fläche, die an die erste Fläche anschließt, eine Nadel pro 0,079 mm² der weiteren viereckförmigen Fläche angeordnet ist.
Nadelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadeln (10) entlang ihres vorderen Teils eine Schneide (18) zum Durchschneiden des Trägermaterials (2) aufweisen.
Nadelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Ausstoßvorrichtung (15), in der die Nadeln (10) fixiert sind.
Verfahren zum Abheben eines Chips (1) von einem Trägermaterial (2) mit einer Nadelanordnung, wobei der Chip (1) eine viereckförmige erste Fläche (14) aufweist, und an eine der Seiten (a₁, b₁, c₁, d₁) der viereckförmigen ersten Fläche eine viereckförmige zweite Fläche (13) anschließt, wobei die Seite (a₂, b₂, c₂, d₂) der zweiten Fläche, mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt wesentlich kürzer ist als die Seite der ersten Fläche, an die sie anschließt, wobei das Abheben des Chips vom Trägermaterial derart erfolgt, dass eine erste Nadel (10) der Nadelanordnung in der ersten Fläche des Chips beim Abheben ansetzt und mindestens eine zweite Nadel (10) der Nadelanordnung in der zweiten Fläche des Chips ansetzt, um ein Abbrechen der ersten Fläche von der zweiten Fläche beim Abheben des Chips zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelanordnung mindestens eine dritte Nadel (10) aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie in einer weiteren viereckförmigen Fläche (13) beim Anheben des Chips ansetzt, um ein Abbrechen der weiteren Fläche von der ersten Fläche beim Abheben des Chips zu verhindern, wobei die weitere viereckförmige Fläche (13) an mindestens eine der Seiten (a₁, b₁, c₁, d₁) der viereckförmigen ersten Fläche (14) anschließt, wobei die Seite der weiteren Fläche (a₃, b₃, c₃, d₃), mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt, wesentlich kürzer ist als die Seite der ersten Fläche, an die sie anschließt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelanordnung mindestens eine dritte Nadel (10) aufweist, die derart angeordnet ist, dass sie in einer weiteren viereckförmigen Fläche (13) beim Anheben des Chips ansetzt, wobei die weitere viereckförmige Fläche an der zur zweiten Fläche gegenüberliegenden Seite der ersten viereckförmigen Fläche anschließt, wobei die Seite der weiteren Fläche, mit der diese an die Seite der ersten Fläche anschließt, wesentlich kürzer ist als die Seite der ersten Fläche, an die sie anschließt.
Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite der zweiten Fläche (a₂, b₂, c₂, d₂) und/oder der weiteren viereckförmigen Fläche (a₃, b₃, c₃, d₃), mit der diese an die Seite (a₁, b₁, c₁, d₁) der ersten Fläche anschließt, 50% oder weniger als 50% der Breite der Seite der ersten Fläche, an die sie anschließt, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die viereckförmigen Flächen quadratisch oder rechteckig sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Nadelanordnung derart mit Nadeln bestückt ist, dass auf die viereckförmige erste Fläche mindestens so viele Nadeln ansetzen, dass pro 0,2 mm² Chipfläche der ersten Fläche 1 Nadel ansetzt, und dass auf die viereckförmige zweite Fläche mindestens so viele Nadeln ansetzen, dass pro 0.079 mm² Chipfläche der zweiten Fläche 1 Nadel ansetzt.
Verfahren nach Anspruch 11, 12, 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelanordnung so bestückt ist, dass für jede weitere viereckförmige Fläche, die an die erste Fläche anschließt, eine Nadel pro 0,079 mm² der weiteren viereckförmigen Fläche angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Abheben des Chips (1) von der dem Trägermaterial zugewandten Seite des Chips her erfolgt, wobei das Abheben derart erfolgt, dass die Nadeln (10) entlang ihres vorderen Teils mindestens eine Schneide (18) aufweisen und die Nadeln durch das Trägermaterial hindurch den Chip abhebt, und beim Abheben das Trägermaterial durch die mindestens eine Schneide durchschnitten wird.
Verfahren zu Abheben eines Chips von einem Trägermaterial nach Anspruch 10 bis 17, wobei das Abheben derart erfolgt, dass die Nadeln (10) der Nadelanordnung durch das Trägermaterial (2) hindurch den Chip (1) anheben, derart, dass die Nadeln (10) in einem ersten Schritt um eine erste Strecke nach oben fahren, und dabei den Chip um die erste Strecke anheben, und in einem zweiten Schritt die Nadeln in Höhe der ersten Strecke stoppen, und in einem dritten Schritt die Nadeln um eine zweite Strecke weiter nach oben fahren, so dass der Chip dann in der Position zum Abheben durch einen Chipaufnehmer liegt.