JP7086070B2 - パターンアレイ直接移転装置及びそのための方法 - Google Patents
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Description
本出願は、全体が参照により本明細書によって組み込まれている「PATTERN ARRAY DIRECT TRANSFER APPARATUS AND METHOD THEREFOR」と題する2016年11月23日出願の米国特許出願第15/360,645号の継続出願であり、その優先権を主張するものである。
図1は、ウェハテープからのパッケージングされていない半導体構成要素(または「ダイ」)を製品基板に直接移転するために使用される装置100の一実施形態を示している。ウェハテープはまた、本明細書においては、半導体デバイスダイ基板、または単純にダイ基板とも称す場合がある。装置100は、製品基板搬送機構102、及びウェハテープ搬送機構104を含むことができる。製品基板搬送機構102及びウェハテープ搬送機構104はそれぞれ、互いに対して所望の位置調整位置まで搬送すべきそれぞれの基板を留め付けるためのフレーム系または他の手段を含むことができる。装置100は、移転機構106をさらに含むことができ、この移転機構106は、示されているように、ウェハテープ搬送機構104より上に垂直方向に配置される。いくつかの例では、移転機構106は、ウェハ基板にほぼ接触するように位置決めされる。加えて、装置100は、固定機構108を含むことができる。固定機構108は、移転位置において移転機構106と位置調整して製品基板搬送機構102より下に垂直方向に配置され、ダイは、この移転位置において、製品基板上に据え付けられる。後述するように、図2A及び図2Bは、装置100の例示的な詳細を示している。
上述したように、針の先端部300のプロファイル形状については、図3に関して論じ、図3は、先端部300の概略的プロファイル形状の一例を示している。一実施形態では、先端部300は、テーパ付き部分304に隣接する側壁302、隅部306、及び針の対向側と交差して延在することができる底端部308を含む、針の端部として定義付けされる。先端部300の具体的なサイズ及び形状は、たとえば、移転されるダイ220のサイズ、ならびに移転動作の速度及び衝撃力など、移転工程の要因により変わる場合がある。たとえば、図3に見られ、針の中心軸の長手方向と、テーパ付き部分304との間で測定された角度θは、約10°から15°までの範囲とすることができ、隅部306の半径rは、約15ミクロンから50ミクロン強までの範囲とすることができ、底端部308の幅wは、約0ミクロンから100ミクロン強(μm)までの範囲とすることができ、ただし、wは、移転されるダイ220の幅以下であってよく、テーパ付き部分304の高さhは、約1mmから2mmまでの範囲とすることができ、ただし、hは、移転動作のストローク中、針が進む距離よりも大きくてよく、針226の直径dは、およそ1mmとすることができる。
図4には、針作動性能プロファイルの一実施形態が示されている。つまり、図4は、ウェハテープ218の平面に対する針先端部の高さが時間とともに変わるにつれてそれを表示することによって、移転動作中に行われるストロークパターンの一例を示している。したがって、図4における「0」位置は、ウェハテープ218の上側表面とすることができる。さらには、針のアイドリング時間及び針の準備時間は、プログラミングされた工程に応じて、または第1のダイを移転する間の時間と第2のダイに到達して移転するのにかかる時間との持続時間が変わることに応じて変わる場合があるので、ストロークパターンのアイドリング相及び準備相に示されている破線は、この時間が、概算であり、ただし、持続時間がより長くても、またはより短くてもよいことを示している。その上、レーザの使用について示されている実線は、本明細書とともに示されている実施形態の例示的な時間であり、ただし、レーザオン及びレーザオフの時間の実際の持続時間は、回路を形成する際に使用される材料(回路トレースの材料選択肢など)、製品基板のタイプ、所望の効果(溶融前回路トレース、部分的接合、完全接合など)、接合点(すなわち、製品基板の上側表面)からのレーザの距離、移転されるダイのサイズ、及びレーザのパワー/強度/波長などに応じて変わる場合があることを理解されたい。したがって、図4に示されているプロファイルの次の説明は、針プロファイルの一例示的実施形態とすることができる。
図5は、加工済みの製品基板500の一例示的実施形態を示している。製品基板502は、回路トレースの第1の部分504Aを含むことができ、この第1の部分504Aは、電力がそれに印加されたとき、負または正の電力端子として実行する。回路トレースの第2の部分504Bは、回路トレースの第1の部分504Aに隣接して延在することができ、電力がそれに印加されたとき、対応する正または負の電力端子として機能することができる。
直接移転システム600の一実施形態の簡略化した例が、図6に示されている。移転システム600は、パーソナルコンピュータ(PC)602(またはサーバ、データ入力デバイス、ユーザインターフェースなど)、データストア604、ウェハテープ機構606、製品基板機構608、移転機構610、及び固定機構612を含むことができる。ウェハテープ機構606、製品基板機構608、移転機構610、及び固定機構612のより詳細な説明については本明細書に前述したので、これらの機構に関する具体的な詳細は、ここでは繰り返さない。しかしながら、ウェハテープ機構606、製品基板機構608、移転機構610、及び固定機構612が、PC602とデータストア604との間の相互作用にどのように関わっているかについての簡単な説明は、本明細書に以降、説明する。
移転システム700のそれぞれの要素間の通信経路の概略については、次のように説明することができる。
1つまたは複数のダイがウェハテープから製品基板に直接移転される直接移転工程を実行する方法800が、図8に示されている。本明細書に記載の方法800のステップは、特定の順序でなくてもよく、したがって、所望の製品状態を達成するための条件を満たした任意の順序で実行されてもよい。方法800は、移転工程データをPC及び/またはデータストアにロードするステップ802を含むことができる。移転工程データは、ダイマップデータ、回路CADファイルデータ、及び針プロファイルデータなどのデータを含むことができる。
ダイをウェハテープ(または図9の説明を簡単にするために「ダイ基板」とも呼ばれる、ダイを保持する他の基板)から製品基板に直接移転させる直接移転動作の方法900が、図9に示されている。本明細書に記載の方法900のステップは、特定の順序でなくてもよく、したがって、所望の製品状態を達成するための条件を満たした任意の順序で実行される。
図10に関して説明した一実施形態では、上述の直接移転装置の構成要素のうちのいくつかが、コンベヤ/組立ラインシステム1000(本明細書において以降、「コンベヤシステム」)において実装される。具体的には、図2A及び図2Bは、製品基板210が、製品基板コンベヤフレーム214によって保持され、製品基板テンショナフレーム216によって張力がかけられていることが示されている。装置200に関して示されているモータ、レール、及び歯車系によって限られた領域で製品基板コンベヤフレーム214を留め付けることの代替案として、図10は、製品基板コンベヤフレーム214がコンベヤシステム1000を介して搬送されていることを示しており、ここでは、製品基板は、組立ラインスタイル工程を通過する。搬送される製品基板において行われる動作間の実際の搬送手段として、コンベヤシステム1000は、複数の製品基板コンベヤフレーム214を順次、搬送する一連のレール、ローラ、及びベルト1002、及び/または他のハンドリングデバイスを含むことができ、それぞれ、製品基板を保持する。
直接移転装置の別の実施形態では、図11A及び図11Bでわかるように、「軽量ストリング」が形成される。装置1100の機能の多くは、図2A及び図2Bの装置200のものと実質的に同様のままとすることができるが、図11A及び図11Bに示されている製品基板搬送機構1102は、製品基板212とは異なる製品基板1104を搬送するように構成される。具体的には、図2A及び図2Bでは、製品基板搬送機構202は、コンベヤフレーム214及びテンショナフレーム216を含み、それらは、シート状の製品基板212を張力の下で留め付けている。しかしながら、図11A及び図11Bの実施形態では、製品基板搬送機構1102は、製品基板リールシステムを含むことができる。
直接移転装置の追加の実施形態では、図12でわかるように、装置1200は、ウェハテープ搬送機構1202を含むことができる。具体的には、図2A及び図2Bに示されているウェハテープコンベヤフレーム222及びテンショナフレーム224の代わりに、ウェハテープ搬送機構1202は、ダイを単一の基板に移転するための、装置1200の移転位置からダイ220を搬送する1つまたは複数のリール系1204を含むことができる。具体的には、各リール1204は、狭く連続的な細長いストリップとして形成されていている基板1206を含むことができ、この基板1206には、ダイ220がストリップの長さに沿って連続して付着されている。
図13は、直接移転装置1300の一実施形態を示している。図2A及び図2Bと同様に、製品基板搬送機構202は、ウェハテープ搬送機構204に隣接して配置される。しかしながら、搬送機構202と204との間には空間が存在し、この空間の中に、ウェハテープ218から製品基板210へのダイ220の移転を実施するための移転機構1302が配置される。
いくつかの例では、ほんのいくつかのダイのみが含まれているように、製品についての回路は設計される。他の例では、製品の設計目的を達成するのにはるかにより多数のダイが回路に必要であるように、製品は設計される。これらのいずれの場合でも、いくつかのダイまたは多数のダイが、所定のパターンで配置され、または据付けのための所定のパターンが存在しない場合であっても、ダイは、製品についての回路上の所定の場所に配置される。その上、ダイは、近接して位置調整されたダイの集合もしくは群で配置されても、または実質的な間隙を相互間に有する故意に離間された場所に配置されてもよい。さらには、回路は、回路基板の大きく拡張性のある、及び/または特異的に形状付けられた表面領域にわたって延びるダイのアレイを含むように設計されていてもよい。本出願では、「アレイ」という用語は、回路に移転するための任意のパターン化された、またはパターン化されていないダイの群を含むことに留意されたい。
複数のダイをウェハテープから製品基板に同時に直接移転する直接移転動作の方法1900が、図19に示されている。本明細書に記載の方法1900のステップは、任意の特定の順序でなくてもよく、したがって、所望の製品状態を達成すように任意の条件を満たした順序で実行されてもよい。とりわけ、方法1900のステップのうちのいくつかが図19に関して示され、説明されているが、必ずしもすべてのステップがここに列挙されているわけでも、または明示的に説明されているわけでもない。むしろ、移転または移転後の工程に有用でありるいくつかのステップは、ここには詳述されておらず、方法900に関して上述される。したがって、方法900のいくつかのステップを方法1900に統合してもよい。
一実施形態では、図20でわかるように、ウェハテープ2000は、複数のダイ2004の少なくとも1つのアレイ2002(1)、2002(2)などがあらかじめ載置され、示されているように、複数のアレイ2002(1)、2002(2)などを有することができる。具体的には、ダイ2004のアレイ2002(1)は、ウェハテープ2000上に編成され、据え付けられて、ロゴ、印、名称、符号、または他の記号などの所定の形状を形成することができる。したがって、ウェハテープ2000は、1つまたは複数の製品基板上への同時的な複数のダイ直接移転の高速加工のための1つまたは複数のあらかじめ載置されたアレイ2002(1)、2002(2)などを有することができる。さらには、上述のウェハテープ2000は、たとえば、図10に関して上述した移転ステーション1006における製造組立ラインシステム及び工程において使用されることが企図される。
A:複数の半導体デバイスダイ(「ダイ」)を、第1の側及び第2の側を有するウェハテープから、回路トレースを有する製品基板に同時に移転するための装置であって、前記複数のダイが、前記ウェハテープの前記第1の側に配置され、前記装置が、前記ウェハテープを保持するように構成された第1のフレームと、前記回路トレースが前記ウェハテープ上の前記複数のダイに向いて配置されるように、前記製品基板をクランプするようにして構成された第2のフレームと、前記ウェハテープの前記第2の側に隣接して配置された移転要素であって、前記移転要素の先端部が前記複数のダイからなるダイの群にわたるようにサイズ決めされた実装面積を有する、前記移転要素と、前記移転要素をダイ移転位置に移動させるように前記移転要素に連結されたアクチュエータであって、前記ダイ移転位置において、前記移転要素が、前記ウェハテープの前記第2の側を押付けて、ダイの前記群を、前記製品基板上の前記回路トレースに接触するように前記ウェハテープ上に押し付ける、前記アクチュエータと、前記移転位置に対応する前記製品基板の一部分に方向付けられた少なくとも1つのエネルギー源であって、前記移転位置において、前記回路トレースにエネルギーを印加してダイの前記群を前記回路トレースに取り付けるように、ダイの前記群が前記回路トレースに接触する、前記少なくとも1つのエネルギー源とを備えた、前記装置。
いくつかの実施形態について、構造的特徴及び/または方法論的処置に特有の文言で説明してきたが、特許請求の範囲が、説明した特定の特徴または処置に限定されるとは必ずしも限らないことを理解されたい。そうではなく、特定の特徴及び処置は、特許請求される主題を実装する例示的な形態として開示される。さらには、本明細書における「~できる、してもよい(may)」という用語の使用は、必ずしもすべての実施形態とは限らないが、1つまたは複数の様々な実施形態に使用される特定の特徴の可能性を示すために使用されている。
Claims (20)
- 複数の半導体デバイスダイを、第1の側及び第2の側を有するウェハテープから、回路トレースを有する製品基板に同時に移転するための装置であって、前記複数のダイは前記ウェハテープの前記第1の側に配置され、当該装置は、
前記ウェハテープを保持するように構成された第1のフレームと、
前記回路トレースが前記ウェハテープ上の前記複数の半導体デバイスダイに向いて配置されるように、前記製品基板をクランプするようにして構成された第2のフレームと、
前記ウェハテープの前記第2の側に隣接して配置された移転要素であって、前記移転要素の先端部が、前記複数の半導体デバイスダイからなるダイの群にわたるようにサイズ決めされた実装面積を有し、前記先端部は、前記移転要素の先端部であり、および、前記ダイの群は、2つ以上の半導体デバイスダイを含む、前記移転要素と、
前記移転要素をダイ移転位置に移動させるように前記移転要素に連結されたアクチュエータであって、前記ダイ移転位置において、前記移転要素が、前記ウェハテープの前記第2の側を押付けて、前記ダイの群の各半導体デバイスダイを、前記製品基板上の前記回路トレースに接触するように前記ウェハテープ上に押し付けて、これにより、前記ダイの群を同時に前記製品基板上に移転させる、前記アクチュエータと
を備えたことを特徴とする装置。 - 前記移転要素の前記先端部の前記実装面積は、移転される前記ダイの群の形状構成に対応する形状を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記移転要素の前記先端部の前記実装面積は、ロゴ、印、名称、符号、または記号の形状に対応する形状を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記移転要素の前記先端部は、包括的な幾何学的形状として形状付けられていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記移転要素の前記先端部は、線状配列の少なくとも2つの半導体デバイスダイの同時的な直接移転を容易にする細長いバーとして形状付けられていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記細長いバーは直線状であることを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 前記細長いバーは、1つまたは複数の湾曲した部分を有することを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 前記細長いバーの幅は移転される前記半導体デバイスダイのサイズに関して異なり、前記厚さは移転される前記ダイの群のほぼ最小幅寸法以下であり、
前記最小幅寸法は半導体デバイスダイの前記群のダイの上方視点から決定されることを特徴とする請求項5に記載の装置。 - 前記移転要素の前記先端部は、非線状配列の3つ以上の半導体デバイスダイの同時的な移転を容易にする形状を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 半導体デバイスダイを、ウェハテープから回路に直接移転するための移転要素であって、
本体と、
前記本体の端部表面における先端部と
を備え、
前記先端部は、複数の半導体デバイスダイにわたるようにサイズ決めされた実装面積を有し、
前記先端部は、当該移転要素の先端部であり、および、前記先端部は、前記複数の半導体デバイスダイを同時に前記回路上に移転させることができる表面領域を有することを特徴とする移転要素。 - 前記本体は、細長いロッドであることを特徴とする請求項10に記載の移転要素。
- 前記移転要素の前記先端部の前記実装面積は、移転される前記複数の半導体デバイスダイの形状構成に対応する形状を有することを特徴とする請求項10に記載の移転要素。
- 前記移転要素の前記先端部の前記実装面積は、ロゴ、印、名称、符号、または記号の形状に対応する形状を有することを特徴とする請求項10に記載の移転要素。
- 複数の電気的に作動可能な要素をウェハテープから製品基板上の移転固定場所に直接移転する移転機構であって、前記複数の電気的に作動可能な要素からなる電気的に作動可能な要素の群を同時に移転するように構成された先端部を備えた移転要素を含み、
前記先端部は、前記移転要素の先端部であり、および、前記先端部は、前記複数の電気的に作動可能な要素を同時に前記製品基板上に移転させることができる表面領域を有する、前記移転機構
を備えたことを特徴とする装置。 - 前記移転機構は、前記移転固定場所に向かって及び前記移転固定場所から離れるように前記移転要素を移動させるアクチュエータをさらに含み、
前記移転要素の作動が前記複数の電気的に作動可能な要素を前記移転固定場所に強制的に押し付けるように、前記移転機構が前記ウェハテープに隣接して配置されたことを特徴とする請求項14に記載の装置。 - 前記移転要素の前記先端部は、線状配列の少なくとも2つの電気的に作動可能な要素の同時的な直接移転を容易にする細長いバーとして形状付けられていることを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記移転要素の前記先端部は、非線状配列の3つ以上の電気的に作動可能な要素の同時的な移転を容易にする形状を有することを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 連続的な一連の移転が前記製品基板の回路上の所望のパターンを完成するように、固定機構を制御するコントローラをさらに備え、前記パターンは、ロゴ、印、名称、符号、または記号のうちの1つであることを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記先端部は、異なる形状になるように位置付けし直すことができるように再構成可能であることを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記先端部は、複数の微細針ヘッドを含むことを特徴とする請求項19に記載の装置。
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