DE102018125903A1 - Haftstempel und Verfahren zum Transfer fehlender Halbleiterchips - Google Patents

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Abstract

Haftstempel (30) zum Transfer von Halbleiterchips (40) mit einer Vielzahl von in einem Array angeordneten längenveränderbaren Stempelkörpern (32), wobei jeder Stempelkörper (32 eine Anhaftfläche (34) für einen Halbleiterchip (40) auf einem Kopfbereich (39) des Stempelkörpers (32) aufweist.

Description

  • Es wird ein Haftstempel angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Transfer fehlender Halbleiterchips in einem vorgegebenen Muster auf einem Träger anzuordnender Halbleiterchips angegeben.
  • Ein Haftstempel ermöglicht den gleichzeitigen Transfer einer Vielzahl von Halbleiterchips von einem Quellträger auf einen Zielträger. So lässt sich eine Vielzahl von Bauteilen im Verbund fertigen, bei denen der Zielträger mit den darauf montierten Halbleiterchips in einem späteren Fertigungsschritt vereinzelt worden ist. Die Halbleiterchips können beispielsweise LEDs, insbesondere in kleiner Bauform - sogenannte µLEDs - sein. Auch für Bauteile mit einer Vielzahl von darauf montierten Halbleiterchips, wie Displays mit einer Vielzahl von LEDs, ist der gleichzeitige Transfer von Halbleiterchips geeignet. Der beschriebene gleichzeitige Transfer wird auch als paralleler Transfer bezeichnet.
  • Der parallele Transfer vieler Halbleiterchips auf ein Trägersubstrat ist kostengünstig und zeitsparend. Dabei ist wünschenswert, dass das parallele Aufnehmen der Halbleiterchips vom Quellsubstrat und Absetzen auf dem Zielsubstrat kontrolliert und zuverlässig erfolgt. Allerdings sind selbst bei einem zu 99,9 % erfolgreichen Transfer von µLEDs auf ein Zielsubstrat für ein Display anschließend noch etliche tausende µLEDs defekt und erfordern einen selektiven Reparaturmechanismus, um die defekten, aber auch möglicherweise fehlenden µLEDs zu ersetzen beziehungsweise zu ergänzen.
  • Ein konventioneller paralleler Transfer von Halbleiterchips mittels eines Polymer-Haftstempels ermöglicht einerseits, kleinere Partikel und Oberflächenrauigkeiten zu kompensieren und erlaubt so relativ zuverlässig die Halbleiterchips aufzunehmen. Bei der Aufnahme erfolgt die Haftung mittels Van-der-Waals-Kräfte. Das Ablösen des Halbleiterchips wird bewirkt durch Scherkräfte, durch eine Seitenbewegung des Haftstempels nach dem Aufsetzen der Halbleiterchips auf dem Zielträger oder durch stärkere Kräfte auf Grund eines Klebers, auf den der Halbleiterchip gesetzt wird und der diesen mit dem Zielträger verbindet. Allerdings wird der Transferprozess bei der Aufnahme nur durch Haftungskräfte bestimmt und hat damit den Nachteil, dass die Haftung auf dem Haftstempel beim Transferprozess nicht selektiv an- und abgeschaltet werden kann. Des Weiteren ist ein Reparaturmechanismus für fehlende oder fehlerhafte Halbleiterchips aufwändig, da ein zweiter Stempel mit einem einzelnen Stempelkörper, auch als Einzelpad bezeichnet, seriell alle nicht erfolgreich transferierten Positionen, die von einem fehlerhaften Transfer oder defekten Halbleiterchips herrühren, nachbestücken muss.
  • Es stellt sich die Aufgabe, einen verbesserten Haftstempel und ein geeignetes Transferverfahren für einen Reparaturmechanismus anzugehen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Haftstempel und ein Verfahren gemäß der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
  • Der Haftstempel zum Transfer von Halbleiterchips weist eine Vielzahl von in einem Array angeordneten längenveränderbaren Stempelkörpern auf, wobei jeder Stempelkörper eine Anhaftfläche für einen Halbleiterchip auf einem Kopfbereich des Stempelkörpers aufweist.
  • Der Haftstempel ermöglicht die gleichzeitige Aufnahme und Ablage von einer Vielzahl von Halbleiterchips, die in einem mit dem Array korrespondierenden vorgegebenen Muster angeordnet sind. Das Array korrespondiert derart, dass im vorgegebenen Muster jeder Position ein Stempelkörper zugeordnet ist, der geeignet ist, im ausgefahrenen Zustand einen Halbleiterchip auf dieser Position aufzunehmen oder abzulegen. Darüber hinaus ist es möglich, nur einen Teil der Halbleiterchips im Muster zu transferieren, um fehlende Halbleiterchips im Muster zu ergänzen und/oder fehlerhafte Halbleiterchips aus dem Muster zu entfernen.
  • Der Stempelkörper kann sockelförmig ausgebildet sein mit der Anhaftfläche auf dem Kopfbereich. Der Kopfbereich ist während des Transfers den Halbleiterchips zugewandt. Ein Fußbereich ist während des Transfers von den Halbleiterchips abgewandt. Die Anhaftfläche ist geeignet, einen Halbleiterchip aufzunehmen, während seines Transfers zu halten und dann abzulegen. Sie kann als runde oder rechteckige, vorteilhafterweise ebene Fläche ausgebildet sein. Ihre Abmessung korrespondiert mit der des Halbleiterchips oder ist größer. Ihr Durchmesser oder ihre Kantenlänge kann im Bereich zwischen 3 bis 300 Mikrometern liegen.
  • In einer Ausführung ist im Kopfbereich des Haftstempels eine erste Elektrode angeordnet, an die eine Ladung anlegbar ist, deren Polarität veränderbar ist. Die Elektrode im Bereich der Anhaftfläche erlaubt mittels Elektrostatik die direkte Haftkraft an- und abzuschalten und so einen vorteilhafterweise vorgeladenen Halbleiterchip aufzunehmen, zu halten und wieder abzulegen.
  • In einer Ausführung ist außerdem in einem Fußbereich des Stempelkörpers eine zweite Elektrode angeordnet, an die eine Ladung anlegbar ist, deren Polarität veränderbar ist. Die Länge des Stempelkörpers zwischen Kopf und Fuß ist in Abhängigkeit der an der ersten und der zweiten Elektrode anliegenden Ladungen veränderbar. Die Längenveränderung ermöglicht gezielt und ortsfein den Stempelkörper einzuziehen, sodass dessen Anhaftfläche gegenüber einem Zustand, in dem keine Ladungen anliegen, in Richtung Fußbereich zurückgesetzt wird. Im Array können so gezielt beliebige Stempelkörper eingefahren werden. Hierdurch kann mittels eines Transferschritts gezielt ein beliebiges Muster von defekten Halbleiterchips korrigiert werden, das heißt entfernt und ersetzt werden, da nur die nicht eingefahrenen Stempelkörper Halbleiterchips transferieren.
  • Die Anhaftfläche ist in einer Ausführung aus einer Ruheposition in eine dem Fußbereich nähere Position bewegbar, wenn an der ersten und zweiten Elektrode Ladungen unterschiedlicher Polarität anliegen. Bei Anlegen der unterschiedlichen Ladungen an die erste und zweite Elektrode ziehen sich diese an und bewirken eine Verkürzung des Stempelkörpers. Wenn keine Ladungen anliegen, kehrt die Anhaftfläche wieder in ihre Ruheposition zurück. Gleiches kann der Fall sein, wenn gleiche Ladungen anliegen.
  • Die Anhaftfläche ist in einer Ausführung aus einer Ruheposition in eine dem Fußbereich fernere Position bewegbar, wenn an der ersten und zweiten Elektrode Ladungen gleicher Polarität anliegen. Bei Anlegen der gleichen Ladungen an die erste und zweite Elektrode stoßen sich diese ab und bewirken eine Verlängerung des Stempelkörpers. Wenn keine Ladungen anliegen, kehrt die Anhaftfläche wieder in ihre Ruheposition zurück.
  • Die Längenveränderung lässt sich erreichen, indem der Stempelkörper aus einem elastischen Material geformt ist, das aus einer vorgegebenen Form in der Ruheposition durch die Ladungskräfte gestreckt und/oder verkürzt werden kann. Das elastische Material ist zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet. Ohne Krafteinwirkung kehrt es in seine vorgegebene Form zurück. Alternativ ist auch ein Stempelkörper mit mehreren ineinander versenkbaren oder zueinander verschiebbaren Elementen denkbar.
  • In einer Ausführung weist der Stempelkörper ein elektrisch isolierendes Material auf und die erste und zweite Elektrode sind elektrisch voneinander isoliert, sodass ein Ladungsfluss zwischen den Elektroden verhindert wird. Die erste Elektrode kann als elektrisch leitende Schicht auf einer Oberfläche des Kopfbereichs angeordnet sein, und die zweite Elektrode kann als elektrisch leitende Schicht auf einer Oberfläche des Fußbereichs angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die erste und/oder die zweite Elektrode als elektrisch leitende Schicht im Inneren des Kopf- beziehungsweise Fußbereichs angeordnet sein. Solch eine Ausführung lässt sich beispielsweise durch Vergießen der Elektroden mit dem isolierenden Material ausbilden.
  • Beispielsweise weist der Stempelkörper ein Polymer auf oder ist aus einem Polymer gebildet. Bevorzugt weist der Stempelkörper ein Elastomer auf oder ist aus einem Elastomer gebildet. Besonders bevorzugt weist der Stempelkörper ein Silikon auf oder ist aus einem Silikon gebildet. Beispielsweise weist der Stempelkörper Polydimethylsiloxan (PDMS) auf oder ist aus PDMS gebildet. PDMS ist in der Regel transparent, chemisch inert und weist eine hohe Elastizität auf. Der Stempelkörper kann ein transparentes, elektrisch isolierendes Material aufweisen oder ist aus einem transparenten, elektrisch isolierenden Material gebildet sein. Mit dem Begriff „transparent“ ist vorliegend gemeint, dass ein derart bezeichnetes Element für mindestens 80 %, bevorzugt für mindestens 85 % und besonders bevorzugt für mindestens 90 % eingestrahlter elektromagnetischer Strahlung eines gewissen Wellenlängenbereichs durchlässig ist. Besonders bevorzugt ist der Stempelkörper transparent für sichtbares Licht. Solch ein transparenter Stempelkörper erlaubt die visuelle Justierung des Haftstempels auch von der den Anhaftflächen abgewandten Seite durch den Stempelkörper hindurch.
  • In einer Ausführung weist der Stempelkörper eine MEMS-Komponente, vorteilhafterweise einen MEMS-Aktor, auf. „MEMS“ ist die Abkürzung des englischen Begriffs „microelectromechanical system“, das heißt mikro-elektromechanisches System, kurz auch als Mikrosystem bezeichnet. Es kann einen oder mehrere Sensoren oder Aktoren und eine Steuerungselektronik auf einem Substrat umfassen. Die Längenveränderung des Stempelkörpers erfolgt in dieser Ausführung durch die MEMS-Komponente, vorteilhafterweise einen ausfahrbaren MEMS-Aktor, als Alternative zum elektrostatischen Einfahren der Anhaftfläche.
  • Die beschriebenen Ausführungen des Haftstempels können bei einem Verfahren zum Transfer fehlender Halbleiterchips in einem vorgegebenen Muster auf einem Träger anzuordnender Halbleiterchips eingesetzt werden. Das Verfahren umfasst Aufnahme und Ablage der fehlenden Halbleiterchips auf dem Träger mittels eines Haftstempels mit einer Vielzahl in einem Array, das mit dem vorgegebenen Muster korrespondiert, angeordneten längenveränderbaren Stempelkörpern mit Anhaftflächen, wobei die Anhaftflächen, die keine Halbleiterchips aufnehmen, gegenüber den Anhaftflächen, die die fehlenden Halbleiterchips aufnehmen, in einer zurückgesetzten Position sind.
  • Dieses Verfahren ist ein Transferschritt in einem Reparaturmodus, der nach einem vorangegangenen Transferschritt, der als Bestückungstransfer bezeichnet werden kann, durchgeführt wird. Beim Bestückungstransfer soll die Vielzahl von Halbleiterchips im vorgegebenen Muster transferiert werden. Die Anhaftflächen der Vielzahl von Stempelkörpern sind in einer Ebene angeordnet, um eine Vielzahl von Halbleiterchips gleichzeitig aufzunehmen und dann gleichzeitig abzulegen. Der Transferschritt im Reparaturmodus ergänzt fehlende Halbleiterchips im vorgegebenen Muster. Dies ermöglicht, fehlende Positionen im vorgegebenen Muster von Halbleiterchips auf dem Zielträger gleichzeitig mit Halbleiterchips zu besetzen.
  • Durch das gezielte Einfahren der Stempelkörper, die mit einer besetzten Position im vorgegebenen Muster korrespondieren, nehmen nur Stempelkörper, die mit einer freien Position korrespondieren, einen noch fehlenden Halbleiterchip auf. Die Position der Anhaftflächen, die die fehlenden Halbleiterchips aufnehmen, korrespondiert im Array mit der Position der fehlenden Halbleiterchips im vorgegebenen Muster. Im Gegensatz zur konventionellen Korrektur, bei der die fehlenden Halbleiterchips seriell ergänzt werden, erlaubt das beschriebene Verfahren den Transfer mehrerer fehlender Chips gleichzeitig und ist deshalb zeit- und kosteneffizienter.
  • Das Verfahren kann auch nach der Detektion fehlerhafter Halbleiterchips im vorgegebenen Muster und deren Aufnahme und Entfernung mittels eines Haftstempels verwendet werden. Die Anhaftflächen, die keine Halbleiterchips aufnehmen, sind gegenüber den Anhaftflächen, die die fehlerhaften Halbleiterchips aufnehmen, in einer zurückgesetzten Position. Dies erlaubt nur die Aufnahme der zuvor als fehlerhaft im Muster detektierten Halbleiterchips. Die Position der Anhaftflächen, die die fehlerhaften Halbleiterchips aufnehmen, korrespondiert im Array mit der Position der fehlerhaften Chips im vorgegebenen Muster. Durch das gezielte Ansteuern der einzelnen Stempelkörper lassen sich beliebige defekte Bereiche gezielt in einem parallelen Transferschritt im Reperaturmodus korrigieren, was die Gesamtkosten reduziert.
  • Auch dem oben beschriebenen Entfernen und Ersetzen fehlerhafter Halbleiterchips geht der Bestückungstransfer voraus. Dabei auftretende Fehler werden durch die zuvor beschriebenen Schritte korrigiert.
  • Bei diesen Reparaturschritten werden die Stempelkörper der Anhaftflächen, die keine Halbleiterchips aufnehmen sollen, eingefahren, indem an den ersten und zweiten Elektroden der Stempelkörper Ladungen unterschiedlicher Polarität angelegt werden. Vorteilhafterweise liegen beim Aufnahmeschritt an den ersten und zweiten Elektroden der Stempelkörper, die Halbleiterchips aufnehmen sollen, Ladungen gleicher Polarität an, sodass einerseits diese Stempelkörper eine ausgefahrene Position haben und anderseits die Haftung durch die Ladung unterstützt wird.
  • Im Aufnahmeschritt mittels eines Haftstempels mit ersten und zweiten Elektroden an den Stempelkörpern wird der Halbleiterchip von der Anhaftfläche aufgenommen, und im Ablegeschritt wird der Halbleiterchip auf einem Träger abgelegt. Im Aufnahmeschritt liegt an der ersten Elektrode eine Ladung an, deren Polarität sich von der an der ersten Elektrode anliegenden Ladung beim Ablegeschritt unterscheidet. Dies bewirkt eine gezielte Abstoßung des Halbleiterchips beim Ablegen auf dem Zielträger. Im Aufnahmeschritt kann der Halbleiterchip derart aufgeladen sein, beispielsweise durch Lichteinfall, dass er eine zur ersten Elektrode gegensätzliche Polarität hat. Die durch die Ladung einstellbare Haftung ermöglicht eine bessere Kontrolle des Aufnahme- und Ablegeprozesses. Die oben beschriebene Steuerung der Haftung durch Elektrostatik vergrößert das Prozessfenster für den Pick-and-Place-Transfer.
  • Im Folgenden werden der Haftstempel und das Transferverfahren anhand von Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Haftstempels 30.
    • 2 zeigt schematisch einen Transfer eines Halbleiterchips von einem Quellträger zu einem Zielträger.
    • 3 zeigt in der Aufsicht ein vorgegebenes Muster von Halbleiterchips auf dem Zielträger.
    • 4 zeigt den in 1 beschriebenen Haftstempel in einem Reparaturmodus.
    • 5 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Haftstempels im Reparaturmodus.
    • 6 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Haftstempels.
  • 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Haftstempels 30. Der Haftstempel 30 umfasst eine Vielzahl von Stempelkörpern 32. Jeder Stempelkörper 32 hat einen Kopfbereich 39 und einen Fußbereich 38. Die miteinander verbundenen Fußbereiche 39 der Stempelkörper 32 formen eine Stempelplatte 36. Am äußeren Ende des Kopfbereiches 39 jedes Stempelkörpers 32 ist eine Anhaftfläche 34. Mit der Anhaftfläche 34 erfolgt die Aufnahme eines zu übertragenden Halbleiterchips 40 (in 1 nicht dargestellt). Sie hält den Halbleiterchip 40 bis er wieder abgesetzt wird. In einem Ruhezustand, wie in 1 dargestellt, sind die Anhaftflächen 34 in einer Ebene parallel zur Stempelplatte 36 positioniert.
  • Die sich von der Stempelplatte 36 zur Anhaftfläche 34 erstreckenden Bereiche der Stempelkörper 32 sind sockelförmig, beispielsweise mit rechteckigem oder rundem Querschnitt, und können sich zur Anhaftfläche 34 hin verjüngen. In diesem Ausführungsbeispiel verjüngt sich der Querschnitt stufenförmig. Alternativ ist eine kontinuierliche Verjüngung oder eine Zylinderform denkbar.
  • Zumindest die sich von der Stempelplatte 36 zur Anhaftfläche 34 erstreckenden Bereiche der Stempelkörper 32 sind aus einem isolierenden elastischen Material ausgebildet, das derart verformbar ist, dass die Länge des Stempelkörpers 32 zwischen Kopf und Fuß veränderbar ist, beispielsweise durch Stauchung oder Streckung. Der Stempelkörper 32 kann PDMS als elastisches, isolierendes Material aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel ist der Stempelkörper 32 innen hohl, um die Längenverkürzung bei Verformung zu erleichtern.
  • Im Kopfbereich 39 des Stempelkörpers 32 ist eine erste Elektrode 10, vorteilhafterweise benachbart zur Anhaftfläche 34, angeordnet. Im Fußbereich 38 des Stempelkörpers 32 ist eine zweite Elektrode 20 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist sie auf der den Anhaftflächen 34 zugewandten Seite der Stempelplatte 36 angeordnet. Die erste und zweite Elektrode 10, 20 können auch als untere beziehungsweise obere Elektrode bezeichnet werden.
  • Die erste und zweite Elektrode 10, 20 können als elektrisch leitende Bereiche an der Außenseite des Stempelkörpers 32 aufgebracht sein. Alternativ können sie auch zumindest teilweise im Stempelkörperinneren angeordnet sei. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Elektrode 10 auf einem Stufenplateau im Kopfbereich 39 aufgebracht, über das lediglich noch die Anhaftfläche 34 hinausragt. Die zweite Elektrode 20 ist im Fußbereich 38 zwischen der Stempelplatte 36 und den daraus herausragenden Bereich des Stempelkörpers 32 angeordnet. Durch eine geeignete Ansteuerung kann auf die erste und zweite Elektrode 10, 20 jedes Stempelkörpers 30 gezielt elektrische Ladung aufgebracht werden. Sowohl die Ladungsmenge als auch deren Polarität ist veränderbar. Es ist möglich, lediglich Ladung auf eine der Elektroden 10, 20 aufzubringen oder auf beide. Im letztgenannten Fall kann die Ladung gleiche oder unterschiedliche Polarität haben, die eine abstoßende beziehungsweise anziehende Kraft zwischen der ersten und zweiten Elektrode 10, 20 bewirkt.
  • Die Vielzahl von Stempelkörpern 32 ist in einem Array angeordnet. Die Anordnung korrespondiert mit einem Muster, indem die Halbleiterchips 40 auf einem Zielträger abgelegt werden sollen. Jede Position im vorgegebenen Muster korrespondiert mit der Position einer Anhaftfläche 34 im Array des Haftstempels 30. In einem Ausführungsbeispiel sind im Array genauso viele Stempelkörper 32 wie Positionen im Muster vorgesehen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel sind im Array mehr Stempelkörper 32 als Positionen im Muster vorgesehen. In einem Ausführungsbeispiel sind die Stempelkörper 32 im Array in Zeilen und Spalten gitterförmig angeordnet.
  • Die Vielzahl von Stempelkörpern im Array kann einstückig geformt sein, sodass sowohl die Stempelplatte 36 als auch die herausragenden Stempelkörperbereiche als einstückiges Kunststoffteil geformt sind, auf oder in dem die Elektroden 10, 20 angeordnet sind. Alternativ können auf einer Stempelplatte 36 aus starrem Material, beispielsweise Glas, herausragenden Stempelkörperbereiche aus einem elastischen Material aufgebracht sein. Letztgenannte Ausgestaltung ermöglicht beispielsweise die einfache Fertigung eines Haftstempels 30 durch Aufbringen der zweiten Elektroden 20 auf der Stempelplatte 36 und das anschließende Aufbringen der herausragenden Stempelkörperbereiche aus elastischem Material auf den zweiten Elektroden 20.
  • 2 veranschaulicht schematisch einen Transfer eines Halbleiterchips 40 von einem Quellträger 50 zu einem Zielträger 60 mittels des in 1 dargestellten Haftstempels 30. Vom Haftstempel 30 ist lediglich ein Stempelkörper 32 dargestellt.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterchip 40 eine LED kleiner Bauart, die auch als „µLED“ bezeichnet wird. Der Halbleiterchip 40 kann ungehäust sein, was auch als „Die“ bezeichnet wird. Der Halbleiterchip 40 ist vor der Aufnahme auf dem Quellträger 50 positioniert, wie auf dem linken Teilbild dargestellt. Der Halbleiterchip 40 kann in einem Ausführungsbeispiel lediglich auf dem Quellträger 50 aufliegen oder in einem alternativen Ausführungsbeispiel mit dem Quellträger 50 verbunden sein. Dies kann beispielsweise über dünne Brücken erfolgen, die während des Aufnahmevorgangs durch die Bewegung des Halbleiterchips 40 brechen.
  • Beim Aufnahmevorgang wird die Anhaftfläche 34 über dem Halbleiterchip 40 positioniert. Die erste Elektrode 10 ist geladen. In diesem Ausführungsbeispiel ist sie negativ aufgeladen. Dies wird durch die „-“-Zeichen veranschaulicht. Der Halbleiterchip 40 ist mit Ladung gegensätzlicher Polarität geladen. Dies kann beispielsweise durch Lichteinstrahlung erfolgt sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterchip 40 positiv aufgeladen. Dies wird durch die „+“-Zeichen veranschaulicht. Bei der Aufnahme des Halbleiterchips 40 kommt die Anhaftfläche 34 mit dem Halbleiterchip 40 in Kontakt. Auf Grund der unterschiedlichen Ladungen wird die Haftung zwischen Halbleiterchip 40 und Anhaftfläche 34 verstärkt, sodass er aufgenommen und durch eine Bewegung des Haftstempels 30 vom Quellträger 50 entfernt und zum Zielträger 60 bewegt werden kann, wie durch den Pfeil angedeutet.
  • Der oben für einen Stempelkörper 32 und einen Halbleiterchip 40 beschriebene Aufnahmeschritt erfolgt gleichzeitig für eine Vielzahl von Chips auf dem Quellträger 50, die mit den Stempelkörpern 32 des Haftstempels 30 aufgenommen und bewegt werden.
  • Nach der Bewegung des Haftstempels 30 zum Zielträger 60 wird der Halbleiterchip 40 auf einer vorgegebenen Position auf dem Zielträger 60 abgesetzt, wie auf dem rechten Teilbild von 2 dargestellt. Zur Ablösung des Halbleiterchips 40 wird die Polarität der Ladung in der ersten Elektrode 10 geändert, sodass in diesem Ausführungsbeispiel nunmehr positive Ladungen anliegen. Dies führt zur abstoßenden Kraft zwischen dem Halbleiterchip 40 und der ersten Elektrode 10, die es ermöglicht, dass es zu einer sicheren Ablösung von Halbleiterchip 40 und Anhaftfläche 34 kommt, wenn der Haftstempel 30 mit dem Stempelkörper 32 vom Halbleiterchip 40 weg bewegt wird.
  • Der Transfervorgang mit einem Aufnahme- und Ablegeschritt wird auch mit dem englischen Ausdruck „Pick and Place“ bezeichnet.
  • Der oben für einen Stempelkörper 32 und einen Halbleiterchip 40 beschriebene Aufnahme- und Ablegeschritt erfolgt gleichzeitig für eine Vielzahl von Chips auf dem Zielträger 60. Dieses ermöglicht den Transfer einer Vielzahl von Halbleiterchips 40 und ihre Ablage in einem vorgegebenen Muster auf dem Zielträger 60. Bei diesem Bestückungstransfer sind die Anhaftflächen 34 der Vielzahl der Stempelkörpern 32 des Haftstempels 30 in einer Ebene angeordnet, um eine Vielzahl von Halbleiterchips 40 gleichzeitig aufzunehmen und dann gleichzeitig abzulegen.
  • Bei der Bestückung des Zielträgers 60 mit der Vielzahl der Halbleiterchips 40 erfolgt zunächst der gleichzeitige Transfer der Vielzahl von Halbleiterchips 40 und ihre Ablage im vorgegeben Muster auf dem Zielträger 50. Obgleich das oben beschriebene Verfahren durch die ladungsabhängige einstellbare Anhaftung die Kontrolle über Aufnahme und Ablösen des Halbleiterchips 40 an seiner gewünschten Position erhöht, kann es vorkommen, dass Halbleiterchips 40 im vorgegebenen Muster auf dem Zielträger 60 fehlen. Sei es, dass sie nicht aufgenommen worden sind oder dass sie sich während der Bewegung des Haftstempels 30 vom Quell- zum Zielträger 50, 60 gelöst haben oder dass sie sich auf dem Zielträger 60 nicht vom Haftstempel 30 gelöst haben. Ein weiteres Problem ist der erfolgreiche Transfer von Halbleiterchips 45, die sich in einem anschließenden Kontroll- und Detektionsschritt jedoch als fehlerhaft erweisen. Im erstgenannten Fall sollen die fehlenden Halbleiterchips 40 im Muster ergänzt werden. Im letztgenannten Fall sollen die fehlerhaften Halbleiterchips 45 entfernt und durch fehlerfreie ersetzt werden.
  • 3 zeigt in der Aufsicht ein vorgegebenes Muster von Halbleiterchips auf dem Zielträger 60. Allerdings sind nach dem Transfer der Vielzahl von Halbleiterchips 40 nicht alle Positionen mit fehlerfreien Halbleiterchips 40 besetzt. Bei einem Teil der Positionen, im Folgenden „Fehlerpositionen“ genannt, fehlt entweder der Halbleiterchip oder ist fehlerhaft. Fehlerhafte Halbleiterchips 45 und fehlende Halbleiterchips 44 werden im Reparaturmodus korrigiert. Ein Teil der fehlerhaften Halbleiterchips 45 lässt sich möglicherweise durch Lasertrimmen, das heißt durch laserstrahlinduzierte Materialveränderungen, in einen betriebsbereiten Zustand überführen, sodass ein Austausch nicht erforderlich ist.
  • Für den selektiven Austausch fehlerhafter Halbleiterchips 45 ist es erforderlich, diese zunächst zu detektieren. Gleiches gilt für fehlende Halbleiterchips 44, sodass die Mustererkennung für fehlende und/oder fehlerhafte Halbleiterchips eine Eingangsgröße für einen Reparaturmodus bereitstellt. Dies kann beispielsweise mit einem lasergestützten Verfahren erfolgen, dessen Ergebnis die Erkennung eines Fehlermusters mit den Positionen der fehlenden oder fehlerhaften Halbleiterchips 44, 45 innerhalb des vorgegebenen Musters ist. Im Reparaturmodus werden fehlerfreie Halbleiterchips 40 auf diese Fehlerposition abgelegt.
  • Falls noch fehlerhafte Halbleiterchips 45 auf den Fehlerpositionen positioniert sind, ist es erforderlich, diese gezielt zu entfernen, ohne die Positionierung der anderen Halbleiterchips 40 zu verändern. Dies erfolgt mit dem Haftstempel 30, der geeignet ist, gleichzeitig lediglich die Halbleiterchips 45 von den Fehlerpositionen aufzunehmen und vom Zielträger 60 wegzubewegen. Es sei bemerkt, dass es nicht erforderlich ist, dass die Fehlerpositionen auch mit fehlerhaften Halbleiterchips 45 besetzt sind. Im Falle eines fehlenden Halbleiterchips 44 erfolgt bei diesem Schritt dann keine Aufnahme, was das Ziel nicht beeinträchtigt, dass auf allen Fehlerpositionen kein Halbleiterchip mehr positioniert ist. Nichtsdestotrotz ist es natürlich auch denkbar, dass der Haftstempel 30 geeignet ist, gleichzeitig lediglich Halbleiterchips 44 von den Fehlerpositionen aufzunehmen, auf denen fehlerhafte Chips detektiert worden sind. Er kann keine Halbleiterchips 40 von anderen Positionen, unabhängig davon, ob dort ein Halbleiterchip ist oder nicht, aufnehmen.
  • 4 zeigt den in 1 beschriebenen Haftstempel 30 im Reparaturmodus, sodass er für die oben beschriebenen Schritte zur Entfernung fehlerhafter Halbleiterchips 45 oder zum Transfer fehlender Halbleiterchips 44 geeignet ist.
  • Im Reparaturmodus des Haftstempels 30 werden die Stempelkörper 32 im Array so angesteuert, dass die Länge der mit den Fehlerpositionen korrespondierenden Stempelkörper 32 größer ist als die Länge der anderen Stempelkörper 32. Die mit den Fehlerpositionen korrespondieren Stempelkörper 32 ermöglichen, gezielt fehlerhafte Halbleiterchips 45 zu entfernen und durch andere Halbleiterchips 40 zu ersetzen. Die Anhaftflächen 34 der kürzeren Stempelkörper 32 sind der Stempelplatte 36 näher als die Anhaftflächen 34 der längeren Stempelkörper 32. Lediglich die letztgenannten sind geeignet, Halbleiterchips 40 aufzunehmen. Deshalb kann deren Zustand auch als An-Stellung („on position“) bezeichnet werden. Der Zustand der kürzeren Stempelkörper 32 kann als Aus-Zustand („off position“) bezeichnet werden.
  • Im in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Länge der Stempelkörper 32, die nicht mit den Fehlerpositionen korrespondieren, verkürzt, indem an ihrer ersten und zweiten Elektrode 10, 20 Ladungen unterschiedlicher Polarität angelegt werden. In diesem Ausführungsbeispiel liegt an der ersten Elektrode 10 eine negative Ladung an, und an der zweiten Elektrode 20 liegt eine positive Ladung an. In 4 sind dies die äußeren Stempelkörper 32. Auf Grund der elektrostatischen Kraft zwischen der ersten und zweiten Elektrode 10, 20 wird der Stempelkörper 32 deformiert und seine Länge L2 zwischen der ersten und zweiten Elektrode 10, 20 ist geringer als die Länge L1 der mit den Fehlerpositionen korrespondierenden Stempelkörper 32 zwischen der ersten und zweiten Elektrode 10, 20, an denen keine Ladungen angelegt werden. Der Längenunterschied zwischen den aus- und eingefahrenen Stempelkörpern 32 kann im Bereich von 1 % liegen.
  • Bei der Positionierung des Haftstempels 30 über dem Muster auf dem Zielträger 60 kommen nunmehr lediglich die Anhaftflächen 34 der ausgefahrenen Stempelkörper 32 mit den Halbleiterchips 40 in Kontakt. Auf diese Weise lassen sich lediglich die defekten Halbleiterchips 45 entfernen.
  • Nach dem Entfernen der defekten Halbleiterchips 45 können mit dem Haftstempel 30 im Reparaturmodus Halbleiterchips 40 von einem Quellträger 50 aufgenommen werden, zum Zielträger 60 bewegt und dort an den nunmehr freien Positionen im Muster abgelegt werden. Lediglich die ausgefahrenen Stempelkörper 32 nehmen bei diesem Schritt Halbleiterchips 40 auf und transferieren sie. Der Transfer kann sowohl erfolgen, wenn keine Ladung an den ersten Elektroden 10 der Stempelkörper 32, mit denen der Transfer erfolgt, anliegt als auch wenn Ladung anliegt, wie in Zusammenhang mit den 1 und 2 bereits beschrieben worden ist.
  • 5 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Haftstempels 30 im Reparaturmodus. Es werden lediglich die Unterschiede zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen beschrieben.
  • Der Haftstempel 30 umfasst eine Vielzahl von Stempelkörpern 32. Jeder Stempelkörper 32 hat einen Kopfbereich 39 und einen Fußbereich 38. Die miteinander verbundenen Fußbereiche 38 der Stempelkörper 32 formen eine Stempelplatte 36. Am äußeren Ende des Kopfbereiches 39 jedes Stempelkörpers 32 ist eine Anhaftfläche 34. In einem Ruhezustand sind die Anhaftflächen 34 in einer Ebene parallel zur Stempelplatte 36 positioniert.
  • Die zweite Elektrode 20 jedes der Stempelkörper 32 ist auf der den Anhaftflächen 34 abgewandten Seite der Stempelplatte 36 angeordnet. Im Bereich des Stempelkörpers 32, der von der Stempelplatte 36 zur Anhaftfläche 34 ragt, ist in seinem Inneren die erste Elektrode 10 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Elektrode 10 der Stempelplatte 36 näher als in dem in 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel kann beispielsweise aus einer Trägerplatte gefertigt sein, auf deren einer Seite die zweiten Elektroden 20 aufgebracht werden und auf deren anderer Seite aus einem elastischen Material die über die Stempelplatte ragenden Bereiche geformt werden, in denen die ersten Elektroden 10 vergossen sind.
  • Im Reparaturmodus des Haftstempels 30 werden die Stempelkörper 32 im Array so angesteuert, dass die Länge L1 zwischen den Elektroden 10, 20 der mit dem Fehlermuster korrespondierenden Stempelkörper 32 größer ist als die Länge L2 zwischen den Elektroden 10, 20 bei den anderen Stempelkörpern. Die mit dem Fehlermuster korrespondieren Stempelkörper 32 ermöglichen, gezielt fehlerhafte Halbleiterchips 45 zu entfernen und durch fehlerfreie Halbleiterchips 40 zu ersetzen. Im in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Länge L2 zwischen den Elektroden 10, 20 der Stempelkörper 32, die nicht mit dem Fehlermuster korrespondieren, verkürzt, indem an ihrer ersten und zweiten Elektrode 10, 20 Ladungen unterschiedlicher Polarität angelegt werden. Auf Grund der elektrostatischen Kraft zwischen der ersten und zweiten Elektrode 10, 20 wird der Stempelkörper 32 deformiert und seine Länge L2 zwischen den Elektroden 10, 20 ist geringer als die Länge L1 zwischen den Elektroden 10, 20 der mit dem Fehlermuster korrespondierenden Stempelkörper 32, an deren erster und zweiter Elektrode 10, 20 gleiche Ladungen angelegt werden, sodass zwischen den Elektroden 10, 20 eine abstoßende Kraft wirkt, die entweder die Stempelkörper 32 in ihrer Ruheposition hält oder derart formt, dass die Länge L1 zwischen den Elektroden 10, 20 vergrößert wird.
  • Der Austausch fehlerhafter Halbleiterchips 45 und das Füllen freier Positionen 44 im vorgegebenen Muster erfolgt wie bereits beschrieben.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Haftstempels 30, dass sich von dem in 5 lediglich dadurch unterscheidet, dass statt erster und zweiter Elektroden MEMS-Aktoren 80 in den Stempelkörpern 32 angeordnet sind. Die Aktoren setzen elektrische Signale in eine mechanische Bewegung, in diesem Fall eine Längenänderung des Aktors 80, um. Die Aktoren 80 sind in einem Träger 86 angeordnet, an dessen Unterseite Bereiche der Stempelkörper 32 angeordnet sind. Mit einer Längenveränderung des Aktors 80 geht auch eine Längenveränderung des Stempelkörpers 32 einher, da der ausfahrende Aktor 80 den Bereich des Stempelkörpers 32 an der Trägerunterseite vom Träger 86 wegdrückt.
  • Durch die beschriebenen Haftstempel 30 lassen sich Halbleiterchips 40, wie bereits oben beschrieben, im Bestückungs- und Reperaturmodus transferieren.
  • Das Verfahren zum Austausch fehlerhafter Halbleiterchips 45 sowie zum Transfer fehlender Halbleiterchips 44 erlaubt auch im Reparaturmodus mehrere Halbleiterchips selektiv parallel zu transferieren und hat zudem den Vorteil, dass der beschriebene Haftstempel 30 konventionelle Haftstempel mit anschließender serieller Korrektur auf einfache Weise ersetzen kann, sodass keine große Umstellung des Bestückungsprozesses erforderlich ist.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    erste Elektrode
    20
    zweite Elektrode
    30
    Haftstempel
    32
    Stempelkörper
    34
    Anhaftfläche
    36
    Stempelplatte
    38
    Fußbereich
    39
    Kopfbereich
    40
    Halbleiterchip
    44
    fehlender Halbleiterchip
    45
    fehlerhafter Halbleiterchip
    50
    Quellträger
    60
    Zielträger
    80
    MEMS-Aktor

Claims (15)

  1. Haftstempel (30) zum Transfer von Halbleiterchips (40) mit einer Vielzahl von in einem Array angeordneten längenveränderbaren Stempelkörpern (32), wobei jeder Stempelkörper (32 eine Anhaftfläche (34) für einen Halbleiterchip (40) auf einem Kopfbereich (39) des Stempelkörpers (32) aufweist.
  2. Haftstempel (30) nach Anspruch 1, wobei im Kopfbereich (39) eine erste Elektrode (10) angeordnet ist, an die eine Ladung anlegbar ist, deren Polarität veränderbar ist.
  3. Haftstempel (30) nach Anspruch 2, wobei in einem Fußbereich (38) des Stempelkörpers (32) eine zweite Elektrode (20) angeordnet ist, an die eine Ladung anlegbar ist, deren Polarität veränderbar ist, und wobei die Länge des Stempelkörpers (32) in Abhängigkeit der an der ersten Elektrode (10) und der zweiten Elektrode (20) anliegenden Ladungen veränderbar ist.
  4. Haftstempel (30) nach Anspruch 3, wobei die Anhaftfläche (34) aus einer Ruheposition in eine dem Fußbereich (38) nähere Position bewegbar ist, wenn an der ersten Elektrode (10) und der zweiten Elektrode (20) Ladungen unterschiedlicher Polarität angelegt werden.
  5. Haftstempel nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Anhaftfläche (34) aus einer Ruheposition in eine dem Fußbereich (38) fernere Position bewegbar ist, wenn an der ersten Elektrode (10) und der zweiten Elektrode (20) Ladungen gleicher Polarität angelegt werden.
  6. Haftstempel (30) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die erste Elektrode (10) als elektrisch leitende Schicht auf einer Oberfläche des Kopfbereichs (39) oder als leitende Schicht im Inneren des Kopfbereichs (39) angeordnet ist und die zweite Elektrode (20) als elektrisch leitende Schicht auf einer Oberfläche des Fußbereichs (38) oder als leitende Schicht im Inneren des Fußbereichs (38) angeordnet ist.
  7. Haftstempel (30) nach einem der Anspruche 1 bis 6, wobei der Stempelkörper (32) ein elastisches Material umfasst.
  8. Haftstempel (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Stempelkörper (30) eine MEMS-Komponente (80) umfasst.
  9. Verfahren zum Transfer fehlender Halbleiterchips (44) in einem vorgegebenen Muster auf einem Träger (60) anzuordnender Halbleiterchips (40) umfassend: Aufnahme und Ablage der fehlenden Halbleiterchips (44) auf dem Träger (60) mittels eines Haftstempels (30) mit einer Vielzahl in einem Array, das mit dem vorgegebenen Muster korrespondiert, angeordneten längenveränderbaren Stempelkörpern (32) mit Anhaftflächen (34), wobei die Anhaftflächen (34), die keine Halbleiterchips (40) aufnehmen, gegenüber den Anhaftflächen (34), die die fehlenden Halbleiterchips (44) aufnehmen, in einer zurückgesetzten Position sind.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend fehlerhafte Halbleiterchips (45) im vorgegebenen Muster zu detektieren sowie diese aufzunehmen und zu entfernen mittels des Haftstempels (30), wobei die Anhaftflächen (34), die keine Halbleiterchips (40) aufnehmen, gegenüber den Anhaftflächen (34), die die fehlerhaften Halbleiterchips (45) aufnehmen, in einer zurückgesetzten Position sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Positionen der Anhaftflächen (34), die die fehlenden oder fehlerhaften Halbleiterchips (44, 45) aufnehmen, im Array mit den Positionen der fehlenden Halbleiterchips beziehungsweise fehlerhaften Halbleiterchips (44, 45) im vorgegebenen Muster korrespondieren.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 mit einem Haftstempel (30) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem an den ersten und zweiten Elektroden (10, 20) der Stempelkörper (32) mit den Anhaftflächen (34), die keine Halbleiterchips (40) aufnehmen, Ladungen unterschiedlicher Polarität anliegen.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12 mit einem Haftstempel (30) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem an den ersten und zweiten Elektroden (10, 20) der Stempelkörper (32) mit den Anhaftflächen (34), die Halbleiterchips (40, 45) aufnehmen, Ladungen gleicher Polarität anliegen.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13 mit einem Haftstempel (30) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei im Aufnahmeschritt der Halbleiterchip (40) von der Anhaftfläche (34) aufgenommen wird und im Ablegeschritte der Halbleiterchip (40) auf dem Träger abgelegt wird, derart, dass im Aufnahmeschritt an den ersten Elektroden (10) Ladung anliegt, deren Polarität sich von der an den ersten Elektroden (10) anliegenden Ladung beim Ablegeschritt unterscheidet.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei bei einem weiteren Transferschritt die Anhaftflächen (34) der Vielzahl von Stempelkörpern (32) in einer Ebene angeordnet sind, um eine Vielzahl von Halbleiterchips (40) gleichzeitig aufzunehmen und dann gleichzeitig abzulegen.
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