DE102014109923B4

DE102014109923B4 - Lotkugeltransfervorrichtung zur Aufnahme einer Lotkugelanordnung und Übertragung auf einen Wafer

Info

Publication number: DE102014109923B4
Application number: DE102014109923.0A
Authority: DE
Inventors: Ghassem Azdasht
Original assignee: Pac Tech Packaging Technologies GmbH
Current assignee: Pac Tech Packaging Technologies GmbH
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2034-07-16
Also published as: DE102014109923A1; CN204167280U

Abstract

Lotkugeltransfervorrichtung (10) zur Aufnahme einer Lotkugelanordnung aus einem Lotkugelreservoir (12) und Übertragung der Lotkugelanordnung auf eine Kontaktflächenanordnung eines Wafers, wobei die Lotkugeltransfervorrichtung eine mit einem Unterdruckanschluss (22) versehene Unterdruckkammer (23) mit einer mit Strömungskanälen (33) versehenen Bodenplatte (24) aufweist, die auf einer Außenseite mit einer Aufnahmeöffnungen (20) zur Aufnahme einzelner Lotkugeln (16) aufweisenden Transferschablone (11) versehen ist, wobei die Aufnahmeöffnungen in einem Lochmuster (21) angeordnet sind, derart, dass die Lotkugelanordnung der Kontaktflächenanordnung entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte mit einer Klappenanordnung (30) versehen ist, die eine Drosslung der die Strömungskanäle (33) der Bodenplatte (24) durchströmenden Luftmenge ermöglicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lotkugeltransfervorrichtung zur Aufnahme einer Lotkugelanordnung aus einem Lotkugelreservoir und Übertragung der Lotkugelanordnung auf eine Kontaktflächenanordnung eines Wafers, wobei die Lotkugeltransfervorrichtung eine mit einem Unterdruckanschluss versehene Unterdruckkammer mit einer mit Strömungskanälen versehenen Bodenplatte aufweist, die auf einer Außenseite mit einer Aufnahmeöffnungen zur Aufnahme einzelner Lotkugeln aufweisenden Transferschablone versehen ist, wobei die Aufnahmeöffnungen in einem Lochmuster angeordnet sind, derart, dass die Lotkugelanordnung der Kontaktflächenanordnung entspricht.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2004 051 983 B3 bekannt. Die bekannte Vorrichtung ist oberhalb eines Lotkugelreservoirs angeordnet und dient dazu, Lotkugeln aus einem in dem Lotkugelreservoir aufgenommenen Lotkugel-Gemenge mittels Unterdruckbeaufschlagung gegen die Transferschablone anzusaugen, wobei durch die Verteilung von in der Transferschablone ausgebildeten Aufnahmeöffnungen eine definierte Lotkugelanordnung an der Transferschablone vorgegeben wird, die mit der Verteilung bzw. Anordnung von Kontaktflächen eines Wafers, auf die die Lotkugeln mittels der Transferschablone übertragen werden sollen, übereinstimmen.
Nachfolgend der Applikation der Lotkugeln auf den Kontaktflächen eines Wafers ist es dann möglich, durch ein Umschmelzen die auf den Kontaktflächen angeordneten Lotkugeln zu erhöhten Kontaktmetallisierungen (Bumps) umzubilden.
Im Betrieb der bekannten Vorrichtung hat sich herausgestellt, dass die Befüllung der an der Transferschablone ausgebildeten Aufnahmeöffnungen sowie die Unterdruckbeaufschlagung der Aufnahmeöffnungen durch die mit Strömungskanälen perforierte Bodenplatte hindurch nicht gleichzeitig erfolgt, sondern dass in einer Anfangsphase der Lotkugelaufnahme durch die Transferschablone zunächst nur ein Teil der Aufnahmeöffnungen mit Lotkugeln befüllt wird und sukzessive weitere Aufnahmeöffnungen oder Gruppen von Aufnahmeöffnungen mit Lotkugeln befüllt werden, bis schließlich sämtliche Aufnahmeöffnungen befüllt sind. Daraus folgt, dass mit zunehmender Befüllung der Transferschablone, also bei größer werdender Anzahl der mit Lotkugeln befüllten, also geschlossenen Aufnahmeöffnungen, die noch nicht mit Lotkugeln befüllten Aufnahmeöffnungen bei konstanter Unterdruckbeaufschlagung der Unterdruckkammer aufgrund des insgesamt reduzierten Strömungsquerschnitts der Bodenplatte mit einer beschleunigten Strömung beaufschlagt werden, so dass an den noch offenen Aufnahmeöffnungen eine vergleichsweise größere Saugkraft wirkt. Dies führt dazu, dass gleichzeitig mehrere Lotkugeln gegen die noch offenen Aufnahmeöffnungen gesaugt werden können, die sich gegenseitig blockieren und die gewünschte definierte Anordnung von jeweils einer Lotkugel in einer Aufnahmeöffnung verhindern.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Lotkugeltransfervorrichtung so weiter zu entwickeln, dass die vorstehend erörterten Nachteile verhindert oder zumindest in ihren Auswirkungen reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Lotkugeltransfervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lotkugeltransfervorrichtung weist eine Bodenplatte auf, die mit einer Klappenanordnung versehen ist, die eine Drosslung der die Strömungskanäle der Bodenplatte durchströmenden Luftmenge ermöglicht.
Mittels der erfindungsgemäß ausgebildeten Lotkugeltransfervorrichtung ist es möglich, die Unterdruckkammer mit einem konstanten Unterdruck zu beaufschlagen und mittels der Klappenanordnung eine Reduzierung der die nach teilweiser Füllung der Aufnahmeöffnungen der Transferschablone noch offenen Aufnahmeöffnungen durchströmenden Luftmengen zu ermöglichen, um eine Anpassung der Saugkraft an den kleiner werdenden Strömungsquerschnitt zu ermöglichen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Klappenanordnung auf einer der Unterdruckkammer zugeordneten Innenseite der Bodenplatte angeordnet, so dass die auf der Außenseite der Bodenplatte angeordnete Transferschablone nicht beeinträchtigt wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Anpassung an den geänderten Strömungsquerschnitt der Transferschablone die Klappenanordnung mit einer Klappenstelleinrichtung zur Einstellung des Abstands der Klappenanordnung gegenüber der Bodenplatte versehen ist, so dass eine kontinuierliche Abstandsänderung ermöglicht wird.
Wenn die Klappenanordnung eine Mehrzahl von Klappen aufweist, die mit einer Mehrzahl von Strömungsaustrittsflächen der Bodenplatte zusammenwirken, in denen jeweils eine Mehrzahl von Strömungsaustrittsquerschnitten der Strömungskanäle angeordnet sind, ist es möglich, die Transferschablone in mehrere Segmente aufzuteilen und diese Segmente einzeln oder in beliebigen Kombinationen zu aktivieren, also bei Bedarf ausgewählte Segmente mittels der zugeordneten Klappen abzudichten und andere Segmente zur Unterdruckbeaufschlagung freizugeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Klappenanordnung einen Klappenträger auf, der zur Anordnung sämtlicher Klappen dient und der zur synchronisierten Verstellung der Klappen mit der Klappenstelleinrichtung verbunden ist.
Wenn die Klappenstelleinrichtung eine außerhalb der Unterdruckkammer angeordnete Antriebseinrichtung aufweist, die über ein in die Unterdruckkammer eingeführtes Stellelement mit dem Klappenträger verbunden ist, ist es möglich, die Antriebseinrichtung unabhängig von der Unterdruckkammer zu installieren.
Vorzugsweise ist die Transferschablone mit Abstand zur Bodenplatte angeordnet und in einem zwischen der Bodenplatte und der Transferschablone ausgebildeten Zwischenraum eine Strömungsleiteinrichtung angeordnet. Diese Strömungsleiteinrichtung kann bevorzugt dazu genutzt werden, um in dem Zwischenraum eine parallel zur Bodenplatte bzw. zur Transferschablone ausgerichtete Querströmung auszubilden, die zu einer Homogenisierung der Strömungsverhältnisse in den Aufnahmeöffnungen der Transferschablone führt.
Zur Ausbildung der Strömungsleiteinrichtung hat sich ein Strömungsgitter besonders bewährt, das vorzugsweise als Drahtgewebe ausgebildet ist.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform der Lotkugeltransfervorrichtung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eine Transfervorrichtung, die oberhalb eines Lotkugelreservoirs angeordnet ist;
2 eine isometrische Darstellung der Lotkugeltransfervorrichtung in Unteransicht;
3 eine isometrische Darstellung der Lotkugeltransfervorrichtung in Draufsicht;
4 eine Explosionsdarstellung der in den 2 und 3 dargestellten Lotkugeltransfervorrichtung;
5 eine teilsweise vergrößerte Darstellung der in 4 dargestellten Lotkugeltransfervorrichtung;
6 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung gemäß Schnittlinienverlauf VI-VI in 5.
1 zeigt eine Lotkugeltransfervorrichtung 10, die mit einer Transferschablone 11 versehen ist und in ein Lotkugelreservoir 12 längs einer vertikalen z-Achse abgesenkt ist.

Das Lotkugelreservoir 12 weist eine ringförmig ausgebildete Umfangswandung 13 mit einer den unteren stirnseitigen Abschluss der Umfangswandung 13 bildeten Bodenwandung 14 auf. Die Bodenwandung 14 ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem netzartigen Drahtgewebe gebildet, das eine Maschenweite aufweist, die zumindest geringfügig kleiner ist als der Durchmesser von im Lotkugelreservoir 12 aufgenommenen Lotkugeln 16, die in ihrer Gesamtheit eine Lotkugelschicht 17 im Lotkugelreservoir 12 bilden.
Um eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Lotkugeln 16 im Lotkugelreservoir 12 zu erreichen, wird die Umfangswandung 13 mittels einer in 1 nicht dargestellten Ultraschalleinrichtung mit Schwingungen beaufschlagt. Außerdem wird ein Fluidbett für die Lotkugeln 16 im Lotkugelreservoir 12 dadurch erzeugt, dass die Bodenwandung 14 von unten mit einer vorzugsweise als Stickstoffströmung ausgebildeten Gasströmung beaufschlagt wird. Vorzugsweise lässt sich eine besonders gleichmäßige Strömungsbeaufschlagung der Bodenwandung 14 mittels einer parallel zur Bodenwandung 14 angeordneten und um eine senkrechte Achse rotierenden Düsenleiste mit einer Vielzahl in Längsrichtung der Düsenleiste angeordneten Düsen erzielen.
Die in 1 dargestellte Lotkugeltransfervorrichtung 10 ist an einer Unterseite einer Anschlusseinrichtung 18 an einer Handhabungseinrichtung 19 angeordnet, die ein Verfahren der Lotkugeltransfervorrichtung 10 bzw. der Transferschablone 11 der Lotkugeltransfervorrichtung 10 längs den Raumachsen x, y, z ermöglicht.
Wie insbesondere die Darstellungn in 2, 4 und 6 zeigen, ist die Transferschablone 11 der Lotkugeltransfervorrichtung 10 mit einer Vielzahl von Aufnahmeöffnungen 20 versehen, die zur Aufnahme jeweils einer Lotkugel 16 aus dem Lotkugelreservoir 12 dienen, derart, dass durch die Anordnung der Aufnahmeöffnungen 20 in der Transferschablone 11 die Anordnung der einzelnen in den Aufnahmeöffnungen 20 aufgenommenen Lotkugeln 16 definiert ist.
4 zeigt ein durch die Anordnung der Aufnahmeöffnungen 20 in der Transferschablone 11 definiertes Lochmuster 21, das in 4 zum Zwecke der Erläuterung in stark vergrößerter Darstellung gezeigt ist. Tatsächlich entspricht der Abstand der Aufnahmeöffnungen 20 des Lochmusters 21 der Transferschablone 11 dem Abstand („pitch“) von Kontaktflächen einer auf der Oberfläche eines Wafers ausgebildeten Kontaktflächenanordnung.
Die in 4 dargestellte Lotkugeltransfervorrichtung 10 ist mit einer einen Unterdruckanschluss 22 aufweisenden Unterdruckkammer 23 mit einer perforierten Bodenplatte 24 versehen. Auf einer Außenseite 24 der Bodenplatte ist die mit den Aufnahmeöffnungen 20 versehene Transferschablone 11 angeordnet.
1 zeigt die Lotkugeltransfervorrichtung 10 während einer Anfangsphase einer Aufnahme von Lotkugeln 16 aus dem Lotkugelreservoir 12. Über den Unterdruckanschluss 22 wird die Unterdruckkammer 23 mit Unterdruck beaufschlagt, so dass durch die perforierte Bodenplatte 24 hindurch, die mit Strömungskanälen 33 (6) versehen ist, die Lotkugeln 16 aus dem Lotkugelreservoir 12 gegen die Transferschablone 11 gesaugt werden.
Insbesondere aufgrund der Tatsache, dass die Lotkugeln 16 im Lotkugelreservoir 12 nicht in definierter Verteilung, sondern als beliebiges Gemenge vorliegen, erfolgt in der in 1 dargestellten Anfangsphase keine gleichzeitige Befüllung sämtlicher Aufnahmeöffnungen 20 (6) der Transferschablone 11. Vielmehr werden zunächst lediglich Teilbereiche 27 des Lochmusters 21 der Transferschablone befüllt, wohingegen andere Teilbereiche 28 nicht befüllt werden, so dass die Aufnahmeöffnungen 20 der Teilbereiche 28 immer noch mit einer Saugströmung beaufschlagt werden.
Da sich aufgrund der geschlossenen Teilbereiche 27 des Lochmusters 21 der maximale Strömungsquerschnitt der Transferschablone 11, der durch die Gesamtheit der Aufnahmeöffnungen 20 definiert ist, reduziert hat, ergibt sich für die in den Teilbereichen 27 angeordneten Aufnahmeöffnungen 20 eine beschleunigte Saugströmung mit einer entsprechenden Saugkrafterhöhung, so dass die Gefahr besteht, dass mittels der erhöhten Saugkraft nicht nur eine, sondern mehrere Lotkugeln 16 gegen eine Aufnahmeöffnung 20 angesaugt werden, wobei die Lotkugeln 16 gegenseitig blockieren, so dass keine definierte Anordnung einer Lotkugel 16 in einer Aufnahmeöffnung 20 erfolgt.
Wie nun insbesondere in den 4 und 5 dargestellt, ist die Bodenplatte 24 auf ihrer der Unterdruckkammer 23 zugewandten Innenseite 29 mit einer Klappenanordnung 30 versehen, die eine Mehrzahl von Klappen 31 aufweist, welche jeweils einer Strömungsaustrittsfläche 32 einer der Anzahl der Klappen 31 entsprechenden Mehrzahl von Strömungsaustrittsflächen 32 zugeordnet sind.
Wie die vergrößerte Teilschnittdarstellung in 6 zeigt, sind die Kappen 31 der Klappenanordnung 30 so ausgebildet, dass sie bei einer Anlage gegen die jeweils zugeordnete Strömungsaustrittfläche 32, in welche die Strömungskanäle 33 münden, die Strömungsaustrittfläche 32 abdecken können.
Wie 5 weiter zeigt, sind die Klappen 31 der Klappenanordnung 30 mit einem gemeinsamen Klappenträger 34 verbunden, der mit einer Klappenstelleinrichtung 44 zusammenwirkt. Die Klappenstelleinrichtung 44 weist eine Stellstange 35 auf, die aus der Unterdruckkammer 23 hinausgeführt ist und mit einem oberhalb der Unterdruckkammer 23 an der Anschlusseinrichtung 18 angeordneten Stellzylinder 36 verbunden ist. Der Stellzylinder 36 ermöglicht eine Verstellung der Stellstange 35 in z-Achsen Richtung und mittels des Klappenträgers 34 eine synchrone Verstellung des Abstandes a der Klappen 31 gegenüber den Strömungsaustrittsflächen 32 der Bodenplatte 24.
Wie aus der Darstellung in 6 deutlich wird, ermöglicht die Reduzierung des Abstandes a eine proportionale Reduzierung eines der jeweiligen Klappen 31 zugeordneten Strömungsaustrittsquerschnitts der Bodenplatte 24, der im Fall des in 6 dargestellten Ausführungsbeispiels durch die Spaltweite s eines zwischen der Klappe 31 und der Bodenplatte 26 ausgebildeten Umfangsspaltes 37 definiert ist. Mit einer Reduzierung des Umfangsspaltes 37 ist eine entsprechende Reduzierung der den Umfangsspalt 37 durchströmenden Luftmenge verbunden, so dass die an den Aufnahmeöffnungen 20 ausgebildete Saugkraft entsprechend reduziert werden kann.
Um eine automatische Anpassung der an den Aufnahmeöffnungen 20 der Transferschablone 11 anstehenden Saugkraft vornehmen zu können, kann durch eine geeignete Einrichtung die Saufkraft gemessen und zur Einstellung einer konstanten Saugkraft eine saugkraftabhängige Regelung des Abstands a der Klappen 31 von den zugeordneten Strömungsaustrittsflächen 32 vorgesehen werden.
Wie 5 weiter zeigt, ist der Klappenträger 34 mit Führungshülsen 38 versehen, die mit Führungsbolzen 39 zusammenwirken, welche beispielsweise mit einer Oberseite der Unterdruckkammer 23 verbunden sein können, um bei einer Veränderung des Abstandes a eine Gleitführung des Klappenträgers 34 auf den Führungsbolzen 39 zu ermöglichen. Darüber hinaus zeigt insbesondere die Darstellung in 5, dass die Lotkugeltransfervorrichtung 10 mit einer Mehrzahl von Schwingungseinrichtungen 39 versehen ist, die vorzugsweise als Ultraschalltransducer ausgeführt sein können, um die Aufnahme der Lotkugeln 16 aus dem Lotkugelreservoir 12 bei Bedarf mit Ultraschallschwingungen überlagern zu können.
In einem durch Abstandsringe 40, 41 (54) definierten Zwischenraum 42 (6) zwischen der Transferschablone 11 und der Bodenplatte 24 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels noch ein als Drahtgewebe ausgebildetes Strömungsgitter 43 vorgesehen, um in dem Zwischenraum 42 Querkomponenten der Strömung parallel zur Bodenplatte 24 zu induzieren.

Claims

Lotkugeltransfervorrichtung (10) zur Aufnahme einer Lotkugelanordnung aus einem Lotkugelreservoir (12) und Übertragung der Lotkugelanordnung auf eine Kontaktflächenanordnung eines Wafers, wobei die Lotkugeltransfervorrichtung eine mit einem Unterdruckanschluss (22) versehene Unterdruckkammer (23) mit einer mit Strömungskanälen (33) versehenen Bodenplatte (24) aufweist, die auf einer Außenseite mit einer Aufnahmeöffnungen (20) zur Aufnahme einzelner Lotkugeln (16) aufweisenden Transferschablone (11) versehen ist, wobei die Aufnahmeöffnungen in einem Lochmuster (21) angeordnet sind, derart, dass die Lotkugelanordnung der Kontaktflächenanordnung entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte mit einer Klappenanordnung (30) versehen ist, die eine Drosslung der die Strömungskanäle (33) der Bodenplatte (24) durchströmenden Luftmenge ermöglicht.
Lotkugeltransfervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappenanordnung (30) auf einer der Unterdruckkammer (23) zugewandten Innenseite (29) der Bodenplatte (24) angeordnet ist.
Lotkugeltransfervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappenanordnung (30) mit einer Klappenstelleinrichtung (44) zur Einstellung des Abstands a der Klappenanordnung gegenüber der Bodenplatte versehen ist.
Lotkugeltransfervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappenanordnung (30) eine Mehrzahl von Klappen (31) aufweist, die mit einer Mehrzahl von Strömungsaustrittsflächen (32) zusammenwirken, in denen jeweils eine Mehrzahl von Strömungsaustrittsquerschnitten der Strömungskanäle (33) angeordnet sind.
Lotkugeltransfervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappenanordnung (30) einen Klappenträger (34) aufweist, der zur Anordnung sämtlicher Klappen (30) dient und der zur synchronisierten Verstellung der Klappen mit der Klappenstelleinrichtung (44) verbunden ist.
Lotkugeltransfervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappenstelleinrichtung (44) eine außerhalb der Unterdruckkammer (23) angeordnete Antriebseinrichtung aufweist, die über ein in die Unterdruckkammer eingeführtes Stellelement mit dem Klappenträger (34)verbunden ist.
Lotkugeltransfervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transferschablone (11) mit Abstand zur Bodenplatte (24) angeordnet ist und in einem zwischen der Bodenplatte und der Transferschablone gebildeten Zwischenraum (42) eine Strömungsleiteinrichtung angeordnet ist.
Lotkugeltransfervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung als Strömungsgitter (43) ausgebildet ist.
Lotkugeltransfervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsgitter als Drahtgewebe ausgebildet ist.