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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Halbleiterchips, die
auf einem Substrat angebracht werden. Insbesondere betrifft die
vorliegende Erfindung ein Verfahren, mit dem auf einem Substrat angebrachte
Träger
selektiv entfernt und für
Instandsetzungszwecke ausgetauscht werden können.
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Bildsensoren
zum Abtasten von Dokumentenbildern, wie beispielsweise ladungsgekoppelte Schaltungen
(charge coupled devices – CCD),
haben normalerweise eine Reihe bzw. lineare Anordnung von Fotozellen
(photosites), die zusammen mit einer geeigneten Trägerschaltung
auf einem Siliziumchip integriert sind. Normalerweise wird ein Sensor
verwendet, um Zeile für
Zeile über
die Breite eines Dokumentes abzutasten, während das Dokument synchron
dazu bewegt bzw. in Längsrichtung
schrittweise verschoben wird. Eine typische Architektur für eine derartige
Sensoranordnung ist beispielsweise in US-A-5,153,421 dargestellt.
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Bei
einer Bildabtasteinrichtung mit Seitenbreite ist eine lineare Anordnung
kleiner Fotosensoren vorhanden, die sich über die gesamte Breite eines
Originaldokumentes, so beispielsweise 11 Inch (27,4 cm), erstreckt.
Diese Fotosensoren können
mit einer Dichte bis zu 600 pro Inch (120 pro mm) auf jedem Chip
angeordnet sein. Wenn sich das Originaldokument an der linearen
Anordnung vorbeibewegt, wandelt jeder der Fotosensoren von dem Originalbild reflektiertes
Licht in elektrische Signale um. Die Bewegung des Originalbildes
senkrecht zu der linearen Anordnung bewirkt, dass eine Sequenz von
Signalen von jedem Fotosensor ausgegeben wird, die in digitale Daten
umgewandelt werden kann.
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Eine
gegenwärtig
bevorzugte Ausführung zum
Erzeugen einer derartigen langen linearen Anordnung von Fotosensoren
besteht in der Bereitstellung eines Satzes relativ kleiner Halbleiterchips,
wobei jeder Halbleiterchip eine lineare Anordnung von Fotosensoren
zusammen mit zusätzlichen
Schaltungsvorrichtungen aufweist. Diese Chips sind normalerweise
ungefähr
3/4 Inch (19 mm) lang, und um eine Anordnung zu erzeugen, die tatsächlich Seitenbreite
hat, können
bis zu zwanzig oder mehr dieser Chips auf Stoß zusammengefügt werden,
um eine einzelne lineare Anordnung von Fotosensoren zu bilden. Die
zusammengefügten
Chips werden normalerweise auf einer Trägerplattform montiert. Diese Trägerplattform
enthält
auch Schaltungen, so beispielsweise auf einer Leiterplatte, die
bei einem System in der Praxis auf die Schaltungsvorrichtungen auf den
einzelnen Chips zugreift. Die Verbindungen zwischen den relativ
großen
Leitern auf der Leiterplatte und den relativ kleinen Kontaktflecken
auf den Halbleiterchips werden vorzugsweise mit Drahtbondverbindungen
hergestellt, die mit Ultraschall sowohl an den Leitern der Leiterplatte
als auch an den Kontaktflecken auf den Chips angeschweißt werden.
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Bei
einem Abtastsystem ist die Bildauflösung proportional zum Verhältnis der
Abtastbreite zu der Anzahl von Fotozellen der Anordnung. Da es schwierig
ist, eine Anordnung von Fotozellen zu konstruieren und herzustellen,
die bezüglich
der Länge
mit der Breite eines Bildes vergleichbar ist, ist die optische Verringerung
der Abtastzeile auf eine Länge,
die erheblich kürzer
ist als die tatsächliche
Breite des Bildes, bei Scannern und Faxgeräten, die derzeit erhältlich sind,
weit verbreitet. Aufgrund der optischen Verringerung ist die heute
normalerweise verfügbare Bildauflösung vergleichsweise
gering, wenn damit eine ganze Zeile abgetastet wird. Eine lange
Anordnung, die sich über
die gesamte Breite erstreckt, und die eine Länge hat, die der Dokumentenzeile
entspricht oder größer ist
als diese, und die eine dichte Anordnung kolinearer Fotozellen aufweist,
um hohe Auflösung
zu gewährleisten,
war und ist ein sehr erstrebenswertes Ziel. Um eine lange Anordnung,
bzw. eine Anordnung, die sich über
die gesamte Breite erstreckt, herzustellen, ist häufig vorgeschlagen
worden, die Anordnung auszubilden, indem mehrere Chips auf Stoß zusammengefügt werden.
Jedoch hat sich die entscheidende Voraussetzung, Chips mit Fotozellen
zu schaffen, die sich bis zur Grenze bzw. zur Kante des Chips erstrecken,
um so Kontinuität
zu gewährleisten,
wenn der Satz von Chips zu einer Anordnung kompletter Breite zusammengesetzt
wird, und gleichzeitig Kanten zu schaffen, die glatt und gerade
genug sind, so dass sie ohne den Verlust von Bilddaten zusammengesetzt
werden können,
als ein erhebliches Hindernis erwiesen. Obwohl mit dem Standardverfahren
des Ritzens und Spaltens von Silizium-Wafern, das seit vielen Jahren
in der Halbleiterindustrie eingesetzt wird, Chips hergestellt werden,
die recht gut steuerbare Abmessungen haben, schließt der mikroskopische
Schaden, der an der Chipoberfläche
beim Ritzvorgang entsteht, effektiv die Anordnung von Fotozellen
an der Chipkante aus. Es sind in der Technik verschiedene Verfahren
vorgeschlagen worden, mit denen Wafer so zu Chips gespalten werden,
dass die Genauigkeit der Abmessung erhalten bleibt und Beschädigung der
Chips vermieden wird. Ein Beispiel eines derartigen Verfahrens,
das das chemische Ätzen
von V-förmigen
Nuten vor dem Schritt des Sägens
einschließt,
ist in US-A-4,814,296 offenbart.
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Bei
der Herstellung einer hochgenauen Bilderzeugungseinrichtung, wie
beispielsweise von Sensorleisten (sensor bars) und/oder Tintenstrahl-Druckköpfen mit
Seitenbreite ist ein erheblicher Kostenfaktor mit der "Ausbeute" der einzelnen Chips
bei der ursprünglichen
Herstellung verbunden. Für
bestimmte Einsatzzwecke von Fotosensor-Chips beträgt eine
normale Ausbeute beispielsweise lediglich ungefähr 75%, d. h. es ist nicht
ungewöhnlich, dass
bei jeder Charge von Chips, die aus einem Silizium-Wafer hergestellt
werden, 25% der Chips nicht ausreichend für die Installation in einer
Chip-Anordnung sind. Noch wichtiger ist, dass es nicht ungewöhnlich ist,
dass gravierende Fehler an einem bestimmten Chip erst entdeckt werden,
nachdem der Chip in der Chip-Anordnung installiert worden ist. Wenn
ein derartiger Fehler an einem installierten Chip entdeckt wird,
ist es vorteilhaft, wenn nicht die gesamte Chip-Anordnung wegen
eines fehlerhaften Chips ausgesondert werden muss. Daher besteht
ein Bedarf nach einem Verfahren, mit dem einzelne mangelhafte Chips
aus einer Anordnung entfernt und ersetzt werden können.
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Ein
praktisches Problem beim Austauschen einzelner Chips in einer vorhandenen
Chip-Anordnung besteht
darin, dass das Entfernen des Chips, so beispielsweise durch Wärme oder
Druck, es erforderlich machen kann, dass die gesamte Leiste Bedingungen
ausgesetzt wird, die andere Chips in der Chip-Anordnung beschädigen könnten, die
ansonsten vollkommen funktionsfähig
sind. Daher ist es wünschenswert,
ein Verfahren zum Entfernen eines ausgewählten fehlerhaften Chips aus
einer Chip-Anordnung zu schaffen, bei dem die mögliche Beschädigung benachbarter
Chips auf ein Minimum verringert wird.
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Dem
Stand der Technik nach offenbart US-A-3,811,186 ein Verfahren zum
Ausrichten und Tragen von Mikroschaltungsvorrichtungen auf Substrat-Leitern,
bei dem geformtes, flexibles Isoliermaterial zwischen den Vorrichtungen
und ihren entsprechenden Leitern angeordnet wird, um wärmeschmelzbare
Anschlüsse
der Vorrichtungen auf passende Leiter-Kontaktflächen ausgerichtet zu halten.
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US-A-5,093,708
offenbart ein mehrschichtiges IC-Modul, das integrierte Schaltungschips
trägt und
die Chips mit externen Schaltungen verbindet. Jede integrierte Schaltung
enthält
leitende Kontaktflecken, die auf abgeschrägten Kanten angeordnet sind.
Abgeschrägte
seitliche Kanten, die in dem Schaltungsmodul ausgebildet sind, tragen
die IC-Chips auf
den abgeschrägten
Flächen
derselben.
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US-A-5,258,330
offenbart einen Halbleiterchip mit Kontakten an der Oberseite, der
einen Zwischenträger
enthält,
der den Mittelabschnitt der Oberseite überdeckt. Randkontakt-Zuleitungen
erstrecken sich von dem Randkontakt zu Mittelkontakten auf dem Zwischenträger nach
innen. Die Zuleitungen und der Zwischenträger sind flexibel, so dass die
Anschlüsse
in Bezug auf die Kontakte auf dem Chip bewegt werden können, um
die Wärmeausdehnung
des Chips und des Substrats auszugleichen.
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US-A-5,272,113
offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Fotosensor-Anordnung,
die eine Vielzahl auf Stoß zusammengefügter Silizium-Chips umfasst.
Alle Chips werden mit nicht ausgehärtetem Epoxydharz auf dem Substrat
angeklebt, wobei die Baugruppe vor dem Erhitzen des Aushärtschritts
auf eine niedrige Temperatur gebracht wird.
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US-A-5,318,926
offenbart ein Verfahren, mit dem ein Kunststoffgehäuse so umgestaltet
wird, dass ein IC-Chip darin installiert werden kann. Ein vorgeformtes
Kunststoffgehäuse
wird über
einem Chip-Anbringungsfleck geschliffen. Dann wird ein neuer Chip auf
dem Montagefleck montiert, und neue Drahtbondverbindungen werden
zwischen dem neuen Chip und der Leiterplatine hergestellt.
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US-A-5,286,679
offenbart ein Verfahren zum Anbringen eines Halbleiterchips an einer
Leiterplatine, das die Schritte des Ausbildens einer strukturierten
Klebeschicht auf einem Halbleiterwafer vor dem Abtrennen der Chips
von dem Wafer umfasst. Die Klebeschicht ist so strukturiert, dass
Drahtbondpads auf den Chips sowie die Gassen zwischen den Chips frei
von Klebstoftmaterial sind.
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Dokument
WO-A-9 212 453 offenbart ein Verfahren zum Entfernen einer Reihe
von Chips von einer Chipanordnung mit einer Vielzahl von Reihen von
Chips, wobei jeder Chip mit einem Klebstoff an einem flexiblen Substrat
angebracht wird, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a) Bewirken, dass das Substrat eine konvexe Krümmung annimmt,
indem es auf einem Zylinder angebracht wird;
- b) Überführen des
Substrats von dem Zylinder auf einen flachen Rahmen; und
- c) Bewirken, dass der Klebstoff die ausgewählte Reihe von Chips an dem
Substrat anbringt, um die ausgewählte
Reihe von Chips zu lösen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Entfernen eines ausgewählten Chips von
einer Chip-Anordnung mit einer Vielzahl von Chips geschaffen, wobei
jeder Chip mit einem Klebstoff an einem flexiblen Substrat angebracht
ist, wobei es die folgenden Schritte umfasst:
- (a)
Bewirken, dass das Substrat eine konvexe Krümmung annimmt; und
- (b) während
bewirkt wird, dass das Substrat eine konvexe Krümmung annimmt, Bewirken, dass
der Klebstoff, mit dem der ausgewählte Chip an dem Substrat angebracht
ist, den ausgewählten
Chip freigibt.
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Vorzugsweise
wird eine Nut in einem Abschnitt jedes Chips, der an einen anderen
Chip in der Chip-Anordnung angrenzt, und an das Substrat angrenzend
erzeugt, um so einen ausgeschnittenen Hohlraum zwischen aneinandergrenzenden
Chips unmittelbar an das Substrat angrenzend in der Chip-Anordnung
auszubilden, und der ausgebildete Chip in der Nähe der Nut desselben gesägt, um so
einen Abschnitt des ausgewählten
Chips zu entfernen, der nicht mit Klebstoff an dem Substrat angebracht ist.
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Ausführungen
der Erfindung werden im Folgenden als Beispiel unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine Perspektivansicht
eines Fotosensors bzw. einer Tintenstrahl-Chip-Anordnung kompletter Seitenbreite ist;
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2 eine Ansicht einer Chip-Anordnung während eines
Schritts des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, bei dem die Anordnung in eine konvexe Krümmung gedrückt wird;
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3 eine Draufsicht auf die
Chip-Anordnung in 2 während eines
folgenden Schrittes ist, die den Chip von dem Substrat entfernt
zeigt;
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4 eine Ansicht einer Chip-Anordnung
ist, die einen Schritt eines Verfahrens gemäß einem alternativen Aspekt
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 eine Draufsicht auf die
Chip-Anordnung in 4 ist,
die einen Chip von dem Substrat entfernt zeigt;
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6 eine Draufsicht ist, die
einen Wafer zeigt, der gemäß einem
Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
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7A und 7B Draufsichten auf relativ lange Chips
bzw. kurze Chips sind, die gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden; und
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8 ein Diagramm ist, das
statistische Verteilung relativ langer und kurzer Chips zeigt, die
gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden.
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1 zeigt ein Substrat 10 mit
einer Vielzahl auf Stoß zusammengefügter Silizium-Chips 12a, 12b,
... 12z, die darauf angebracht sind. Obwohl die in der
Figur dargestellten Chips 12a–12z hinsichtlich der
Funktion nicht spezifiziert sind, versteht sich, dass jeder von
ihnen einen Teil einer CCD, einen anderen Typ eines lichtempfindlichen
Halbleiterchips, eine LED-Druckleiste, einen Chip, der für die Thermo-Tintenstrahl-Technologie
oder für
jeden beliebigen anderen Zweck bestimmt ist, darstellen kann, bei dem
eine Reihe von Halbleiterchips erforderlich sind, die auf Stoß zusammengefügt sind.
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Die
Halbleiterchips 12 können
auf dem Substrat 10 entweder in einer eindimensionalen
oder in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet werden, wobei
dies vom beabsichtigten Einsatzzweck abhängt. Ein Beispiel eines Verfahrens
zum Ausbilden der Chips 12 in einer derartigen Anordnung
wird in der europäischen
Patentanmeldung 96 xxx xxx offenbart, die US-Anmeldung
S. N. 08/415,811 entspricht, die gleichzeitig eingereicht wurde.
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An
den seitlichen Grenzflächen
zwischen aneinandergrenzenden Chips 12 auf dem Substrat 10 sind
vorzugsweise Ausschnitte 13 ausgebildet. Die Ausschnitte 13 sind
Nuten mit offenen Enden, die an die Oberfläche von Substrat 10 angrenzend
angeordnet sind und dazu dienen, schmale Hohlräume zwischen den aneinandergrenzenden
Chips und dem Substrat 10 zu erzeugen. Derartige Ausschnitte
sind beispielsweise in US-A-4,814,296 dargestellt. In einem typischen
Anwendungsbeispiel auf Stoß zusammengefügter Chips
auf einem Substrat haben die Chips 12a–12z eine Dicke von
ungefähr
17 mil (432 μm),
mit Ausschnitten an den Kanten derselben, durch die die Dicke jedes
Chips im Bereich eines Ausschnitts ungefähr 6 mil (152 μm) beträgt. Die Hohlräume, die
durch die Ausschnitte 13 gebildet sind, dienen unter anderem
dazu, überschüssige Mengen
an Epoxydharz aufzunehmen, die auf das Substrat 10 aufgebracht
und beim Vorgang des Zusammensetzens der Anordnung unter den Chips ausgepresst
werden, wie dies weiter unten erläutert wird.
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Des
Weiteren ist auf jedem Chip 12a, 12b, ... 12z ein
Satz sich wiederholender Strukturen 14 ausgebildet. Der
Begriff "sich wiederholende
Strukturen" bezieht
sich hier auf Vorrichtungen bzw. Strukturen in regelmäßigen Abständen auf
jedem Chip, die ein gleichmäßiges Muster
bilden. Diese Strukturen können
beispielsweise, ohne dass dies eine Einschränkung darstellt, Fotozellen
in einer CCD, LEDs, oder Kapillarkanäle oder Widerstände in Abschnitten
von Thermo-Tintenstrahl-Druckköpfen
sein. Der gleichmäßige Abstand
dieser sich wiederholenden Strukturen ist, wie oben erwähnt, normalerweise
wichtig, um die Zwischenräume
von Chip zu Chip zwischen aneinandergrenzenden Chips aufrechtzuerhalten.
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Für die meisten
Halbleiter-Einsatzzwecke ist das üblichste Ausgangsmaterial für die Chips 12a–12z kristallines
Silizium. Eine bevorzugte Substanz zum Ausbilden von Substrat 10 ist
die unter dem Handelsnamen CERACOM vertriebene Platte, die von Ibiden
Corporation aus Japan hergestellt wird und im Allgemeinen einen
Keramikkern mit einem Glasfaser-Harz-Laminat darauf umfasst. Anderes Material,
das sich für
das Sub strat 10 eignet, schließt das Leiterplattenmaterial,
das als "FR-4" bekannt ist, oder
ein relativ dünnes
Substrat aus Aluminiumoxid ein.
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2 ist eine detaillierte
Ansicht der in 1 dargestellten
Chip-Anordnung, die eine Technik zum Entfernen eines ausgewählten Halbleiterchips,
wie beispielsweise 12b, gemäß dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht. Wie in der detaillierten Darstellung
zu sehen ist, ist jeder der veranschaulichenden Chips, die hier
mit 12a, 12b und 12c dargestellt sind, 10 mit
einem einzelnen Tröpfchen 16 aus
einem Klebstoff, wie beispielsweise Epoxydharz, an dem Substrat
angebracht. Da die Klebstofftropfen 16 entlang der Anordnung
von Chips nicht durchgehend sind, befindet sich vorzugsweise wenig
oder kein restlicher Klebstoff zwischen aneinandergrenzenden Chips,
d. h. insbesondere in den Bereichen der Ausschnitte 13.
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In 2 ist zu sehen, dass als
Teil des Vorgangs zum Entfernen des Chips das Substrat 10 leicht
konvex gebogen wird, wobei auf die Oberfläche von Substrat 10,
die die Chips 12 trägt,
Zug ausgeübt wird
und auf die gegenüberliegende
Fläche
desselben Druck ausgeübt
wird. Dieses konvexe Biegen kann beispielsweise durchgeführt werden,
indem das Substrat 10 gleichmäßig an eine Bearbeitungsfläche (nicht
dargestellt) gedrückt
wird, die bewirkt, dass das Substrat 10, wie dargestellt,
eine konvexe Form annimmt. Als Alternative dazu ist es vorstellbar,
dass das Substrat an den Enden desselben, so beispielsweise durch
Klemmen, zusammengedrückt
wird, um die gewünschte
konvexe Biegung zu erreichen.
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Der
Zweck des konvexen Biegens beim Verfahren der vorliegenden Erfindung
besteht darin, den Abstand zwischen aneinandergrenzenden Chips 12 zu
vergrößern. Dieses
konvexe Biegen bewirkt, wie in 2 dargestellt,
dass der Abstand zwischen den oberen Kanten aneinandergrenzenden
Chips zunimmt, und zwar insbesondere um die in der Ansicht in 2 als die oberen dargestellten
Flächen
der Chips 12 herum. Dieser zusätzliche Abstand zwischen benachbarten
Chips, der durch das Biegen bewirkt wird, ermöglicht es, einen einzeln ausgewählten Chip 12 zu
entfernen, wobei gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit, dass beim
Vorgang des Entfernens benachbarte Chips beschädigt werden, auf ein Minimum
verringert wird.
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3 ist eine Draufsicht auf
den Abschnitt der Chip-Anordnung, die in 1 dargestellt ist, und die zeigt, wie
ein ausgewählter
Chip, der hier mit 12b gekennzeichnet ist, mit einer beliebigen
Reihe bekannter physikalischer Verfahren zum Entfernen von durch
Epoxydharz miteinander verklebter Elemente voneinander von dem Substrat 10 entfernt
werden kann. In dem speziellen Fall, der in 3 dargestellt ist, wird der Chip 12 von
dem Substrat 10 durch seitlichen Druck parallel zur Oberfläche des
Substrats 10 mit einem Werkzeug, wie dem mit 20 gekennzeichneten,
entfernt, wobei dieser Druck mit einer Wärmeeinwirkung kombiniert werden
kann, um auch den Klebstoff zu lösen.
Das konvexe Biegen des Substrats 10 stellt, wie in 2 dargestellt, eine zusätzliche
Maßnahme
zum Trennen des Chips, der entfernt wird, von den benachbarten Chips
dar, wodurch die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass benachbarte Chips,
wie beispielsweise 12a und 12c, beschädigt werden.
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4 ist eine weitere detaillierte
Ansicht eines Teils der Chip-Anordnung, wie sie in 1 dargestellt ist, die ein modifiziertes
Verfahren zum Entfernen eines ausgewählten Chips von der Chip-Anordnung
darstellt. Das in 4 dargestellte
Verfahren kann in Kombination mit dem im Zusammenhang mit 2 oben beschriebenen Substrat-Biegeverfahren eingesetzt
werden. Eine Reihe Chips 12a, 12b, 12c sind,
wie in 4 dargestellt,
mit einzelnen Epoxydharztröpfchen 16 so
angebracht, dass die Menge an etwa vorhandenem überflüssigen Klebstoff in den Bereichen
auf ein Minimum verringert wird, die Ausschnitten 13 zwischen
aneinandergrenzenden Chips entsprechen. Bei dem Verfahren in 4 werden zwei Sägeschnitte,
die hier mit 30a und 30b dargestellt sind, in
dem Halbleiterchip 12b hergestellt, der entfernt werden
soll. Vorzugsweise werden die Sägeschnitte 30a und 30b relativ
nah an den Ausschnitten 13 des Chips 12b hergestellt,
um die Abschnitte des Chips 12b unmittelbar an die Ausschnitte 13 angrenzend
wirkungsvoll abzuschneiden.
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Aufgrund
des Fehlens von Klebstoftmaterial, das den Abschnitt des Chips 12b in
der Nähe
des Ausschnitts 13 an dem Substrat 10 anbringt,
löst sich der
abgeschnittene Abschnitt an den Rändern des Chips 12 einfach
nach dem Schneidverfahren. Diese losen Abschnitte des Chips 12b sind
als Abschnitte 32a und 32b dargestellt. Die Sägeschnitte 30a und 30b werden
normalerweise mit einer Diamantschneide einer vorgegebenen Dicke
hergestellt, mit der die gewünschte
Entfernung der losen Abschnitte 32a und 32b erreicht
wird. Die losen Abschnitte können weggewischt
oder weggeblasen werden, so dass nur der Mittelabschnitt von Chip 12b zurückbleibt.
Dieser Rest des Chips 12b ist von beiden benachbarten Chips 12a und 12b ausreichend
beabstandet und kann so mit Verfahren, beispielsweise unter Einsatz von
Wärme und/oder
Druck, entfernt werden, ohne dass große Gefahr besteht, das benachbarte
Chips beschädigt
werden. 5 zeigt eine
Draufsicht auf das Verfahren zum Entfernen des Chips 12b von
der Chip-Anordnung
und zeigt auch, dass die losen Abschnitte 32a, 32b einfach
vor dem Verfahren des Entfernens des "Rumpfes" von Chip 12b, wie beispielsweise
mit Wärme
und/oder Druckwerkzeug 20, beiseite geschoben werden können.
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Beim
Einrichten eines Herstellungsverfahrens, mit dem eine relativ große Anzahl
von Chips 12 in einem einzelnen Wafer erzeugt werden, der
anschließend
in einzelne Chips geteilt wird, ist es vorteilhaft, dass die Unvermeidlichkeit
des Austauschs von Chips nach ihrer Installation in einer Chip-Anordnung
im Stadium der Gestaltung des Wafers berücksichtigt wird. Chips, die
verwendet werden, um Chips zu ersetzen, die von der bereits vorhandenen Chip-Anordnung
entfernt worden sind, sind hinsichtlich der wichtigen Abmessung
von Chip zu Chip vorzugsweise kleiner als die Basischips. Das heißt, nachdem
ein fehlerhafter Chip aus einer Chip-Anordnung entfernt worden ist,
ist es vorteilhaft, den entfernten Chip durch einen Ersatzchip zu
ersetzen, der ansonsten funktionell mit den anderen Chips in der Chip-Anordnung
identisch ist (d. h. die gleiche Anzahl von Fotosensoren und dazugehörigen Schaltungen hat),
der jedoch, was wichtig ist, im Voraus so gestaltet wird, dass er
eine etwas geringere Länge
hat. Natürlich
können
aufgrund von etwa vorhandenen sich wiederholenden Strukturen, wie
beispielsweise einer linearen Anordnung von Fotosensoren oder von
Abschnitten von Tintenstrahl-Ausstoßeinrichtungen, die Ersatzchips
nicht erheblich kürzer
sein als die normalen Chips, weil sonst die kürzere Länge die ordnungsgemäße Positionierung
der sich wiederholenden Struktur in der längeren Anordnung beeinträchtigen würde.
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6 ist eine Draufsicht, die
einen Silizium-Wafer 100 zeigt, in dem Schaltungsgruppen,
die einer Vielzahl im Wesentlichen identischer Chips entsprechen,
mit bekannten Mitteln ausgebildet werden, um ihn anschließend in
einzelne, im Wesentlichen identische Chips, zu schneiden. Eine "Schaltungsgruppe" ist, wie in den
Ansprüchen
verwendet, als eine Gruppe von Schaltungen mit einer vorgegebenen
Funktion definiert, so dient sie beispielsweise der Bereitstellung
einer bestimmten Anzahl von Fotosensoren mit dazugehörigen Schaltungen,
oder ansonsten von Abschnitten einer bestimmten Anzahl von Abschnitten
von Tintenstrahl-Ausstoßvorrichtungen in
einem Tintenstrahl-Druckkopf. Ein typischer Wafer enthält Schaltungsgruppen
für einen
ersten Satz Chips 12, die zusammen in dem Chip als Gruppe 102 dargestellt
sind, und auch einen Satz von Schaltungsgruppen, die mit 104 gekennzeichnet
sind und eine Reihe von Chips 112 umfassen. Die Chips 112 in
Gruppe 104 sind funktionell identisch mit den Chips 12 in
Gruppe 102, wobei der ausschlaggebende Unterschied darin
besteht, dass die Chips 112 so ausgeführt sind, dass sie eine etwas
geringere effektive Länge
haben als die Chips 12. Bei einem Beispiel mit Fotosensor-Chips
beträgt
eine typische Länge
12 entlang der linearen Anordnung von Fotozellen derselben 15,748
mm (Länge
A wie in der Figur dargestellt), wobei die etwas kürzeren Chips 12 eine
effektive Länge
von 15,743 mm (Länge
B wie in der Figur dargestellt) haben sollen. Wenn die verschiedenen Chipsätze, die
Chips 12 und 112 entsprechen, auf dem Ausgangswafer
ausgebildet worden sind, werden diese Längen durch das Vorhandensein
geätzter V-Nuten
definiert, die die Enden eines einzelnen Chips definieren. Nuten 106 oder 108 in
dem Wafer 100 dienen dazu, die Ränder des Chips zu definieren und
dienen auch als Positionen, an denen eine Schneideklinge, wie beispielsweise
eine Diamantschneide, den Wafer 100 schneidet, um einzelne
Chips herzustellen.
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Die
Anzahl kurzer Chips 112 im Verhältnis zu langen Chips 12 in
einem Wafer 100 kann auf Basis empirischer Studien darüber ausgewählt werden,
wie viele Chips normalerweise nach der Installation in einer Chip-Anordnung
ausgetauscht werden müssen.
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7A und 7B sind Draufsichten auf repräsentative
Chips 12 und 112.
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In
jedem Fall sind auf dem Chip 248 sich wiederholende Strukturen,
in diesem Fall Fotozellen, vorhanden, die hier größtenteils
um einen Abstand von 63,5 μm
getrennt sind. In dem Chip 12 kompletter Länge, der
in 7A dargestellt ist,
sind alle Fotosensoren 14 durch die Mitten derselben über die
gesamte Länge
des Chips 12 um 63,5 μm
beabstandet, wobei die Abschluss-Fotozellen in der linearen Anordnung
vom Rand des Chips um die Hälfte
des Abstandes bzw. 31,75 μm
beabstandet sind. Diese Anordnung sich wiederholender Strukturen 14 bewirkt im
Allgemeinen, dass ein gleichmäßiger Abstand auch
dann aufrechterhalten wird, wenn eine Vielzahl von Chips 12 auf
Stoß zusammengefügt werden,
um eine Anordnung kompletter Breite auszubilden, d. h. der kur ze
Abstand an den Abschluss-Fotozellen ergibt den gleichen Abstand
von 63,5 μm
für die
Abschluss-Fotozellen aneinandergrenzender Chips.
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Bei
dem kürzeren
Chip 112, der in 7B dargestellt
ist, sind ebenfalls Fotozellen 248 zwischen den Rändern vorhanden,
jedoch sind, was einen wichtigen Unterschied darstellt, die letzten
fünf Fotozellen
in Richtung beider Enden des Chips nicht um die normalen 63,5 μm beabstandet,
sondern statt dessen mit einem Abstand von 63,0 μm zwischen den Mittelpunkten
aneinandergrenzender Fotozellen leicht zusammengeschoben. Bei den
meisten der 248 Fotozellen jedoch wird der übliche Abstand
von 63,5 μm
beibehalten. Des Weiteren sind die Fotozellen am Rand um 31,25 μm vom Rand
entfernt. Der Grund dieses Zusammenschiebens der fünf Abschluss-
Fotozellen an beiden Enden des Chips besteht darin, dass 248 ausreichend
gleichmäßig beabstandete
Fotozellen innerhalb eines etwas kürzeren Chips untergebracht
werden müssen,
der im Unterschied zu den 15,748 mm des Chips 12 15,743
mm misst. Dieses begrenzte Zusammenschieben einer relativ kleinen
Untergruppe von Fotozellen auf jedem Chip führt in der Praxis zu keiner
erheblichen Einschränkung
beim Aufzeichnen oder Erzeugen von Bildern mit dem Chip. Es ist
denkbar, dass bei dem kürzeren
Chip, wie beispielsweise 112, die erforderliche Verkürzung über die
gesamte Gruppe sich wiederholender Strukturen verteilt wird, um
einen gleichmäßigen Abstand über den
Chip 112 beizubehalten, jedoch hat sich herausgestellt,
dass das Zusammenschieben einer lediglich geringen Teilgruppe an
beiden Enden des Chips zufriedenstellend ist. Die kurzen Abstände können auch
zu den mittleren Fotozellen des Chips anstelle der Abschluss- Fotozellen
hin auftreten.
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Die
effektive Länge
der Chips 12 bzw. 112 wird, wie oben beschrieben,
prinzipiell durch den Abstand zwischen den Haupt-V-Nuten bestimmt,
die in den Ausgangs-Wafer 100 geätzt werden, um den einzelnen
Chip auszubilden. Derartige Nuten, die als Führung für die Schneide beim Schneiden
des Wafers 100 in einzelne Chips dienen, können durch
fotolithografisches Ätzen,
wie es in der Technik bekannt ist, außerordentlich genau auf den
Wafer 100 aufgebracht werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind
die V-Nuten an den
Enden der kurzen Chips 112 bewusst enger angeordnet als
die entsprechenden Nuten für
die normalen Chips 12. Beim Schneidvorgang jedoch stellt
die Wirkung der mechanischen Schneide eine Quelle von Unsicherheit
für die
beabsichtigte Länge
der entstehenden Chips 12 oder 112 dar. Dieser
Ungenauigkeit kann mit statistischen Verfahren Rechnung getragen
werden.
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8 ist ein Beispiel eines
Diagramms, das die Verteilung der tatsächlich gemessenen Längen mechanisch
aus einem Wafer, wie beispielsweise 100, geschnittener
Chips zeigt. Die mit 812 gekennzeichnete Verteilung, die
die Verteilung von Chips einer bestimmten Länge für Chips 12 darstellt,
ist, wie zu sehen ist, eine Normalverteilung, wobei der häufigste
Wert um die beabsichtigte Länge
von 15,748 mm herum zentriert ist, wie dies in 7A dargestellt ist. Die Verteilungskurve 8112,
die der Verteilung der tatsächlichen
Längen
von Chips 112 in 7B entspricht,
ist desgleichen eine Normalverteilung, wobei der häufigste
Wert derselben um die optimale Länge von
15,743 mm herum liegt. Die tatsächlichen
Formen der jeweiligen Verteilungskurven hängen letztendlich von der Genauigkeit
des mechanischen Schneidverfahrens ab, obwohl hier davon ausgegangen
wird, dass ein identisches mechanisches Schneidverfahren sowohl
für die
Chips 12 als auch 112 durchgeführt wird, das zur gleichen
statistischen Varianz für
jede Verteilung führt.
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Die
entsprechenden häufigsten
Werte für
die langen Chips 12 und die kurzen Chips 112,
die der Anordnung der ursprünglichen
geätzten
V-Nuten entsprechen, die fotolithografisch in dem Wafer ausgebildet
werden, sollten so ausgewählt
werden, dass bei den Normalverteilungen der langen und kurzen Chips
die oberen 3σ für die kürzeren Chips
nicht mehr sind als die unteren 3σ für die Verteilung
der längeren
Chips. Die Auswahl der gewünschten
häufigsten
Werte, die den beabsichtigten Abstand der V-Nuten für die langen
und die kurzen Chips bestimmt, steht in engem Zusammenhang mit der
Varianz der Chiplängen,
die mit einem bestimmten mechanischen Schneidverfahren erzeugt wird.
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Der
spezielle Grund dafür,
dass die oberen 3σ des
kürzeren
Chips den unteren 3σ der
Verteilung für
den längeren
Chip entsprechen sollten oder kleiner sein sollten als diese, besteht
darin, dass selbst bei einem grundlegenden Fall, bei dem keine beabsichtigte
Länge eines
Chips vorliegt ist, Chips, die um mehr als 3σ von dem häufigsten Wert abweichen, den
Abstand von Chips in der Chip-Anordnung zu stark stören und
in jedem Fall ausgesondert werden. Wenn die häufigsten Werte der langen und
der kurzen Chips wie in 8 dargestellt
getrennt werden, muss nur eine minimale Anzahl an Chips zu mindest aus
dem Grund ausgesondert werden, dass sie mehr als 3σ vom häufigsten
Wert entfernt sind.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf die offenbarte Struktur beschrieben
wurde, ist sie nicht auf die dargestellten Details beschränkt, sondern
soll Abwandlungen oder Veränderungen
abdecken, wie sie in den Schutzumfang der folgenden Ansprüche fallen
können.