TW200930645A - Pick-up tool and method for grasping and mounting small dies - Google Patents
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Description
200930645 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種拾取工具及抓取並裝配小晶 法。該用語「晶粒(die)」用在此領域中係與裸露的 晶片同義者。 【先前技術】 . 在裝配晶粒期間,該等晶粒(其係自一晶圓移出 —薄膜上)係被一拾取工具抓取並放在一基板上。此 © 工具大體上由一金屬轉軸及一固定於其中之夾取構 成,並包含一可應用真空之吸附口。一旦該夾取構 在該晶粒上,則該真空會引起該晶粒對該夾取構件 〇 爲了避免於裝配期間即使係該晶粒之最小損壞 何時均使用具有由橡膠組成之夾取構件的該拾取工 膠可帶來附加益處,其對該吸附口之密封非常好。 製成之夾取構件無法用來裝配小晶粒,因爲該等構 〇 ¥ 以必要的精確度被製造。「小晶粒(small dies)」可 爲半導體晶片中,側邊長度僅在0.1mm至約1.2mm 內者。由塑膠(最好爲聚醯亞胺(Vespel))製成之夾取 用以裝配小晶粒。 藉由接合機所屬技術領域中被稱爲接合機的裝 來裝配。一接合機包含一取置系統,其以一具有一 具之接合頭於晶圓台與基板之間來往移動。該拾取 固定在該晶片夾具上》該晶片夾具以充氣方式或藉 粒之方 半導體 並黏至 一拾取 件所組 件放置 之附著 ,無論 具。橡 由橡膠 件無法 被解釋 的範圍 構件係 配機械 晶片夾 工具係 由一彈 -5- 200930645 簧而載送至該接合頭,使得於該晶粒自該晶圓台之抓取期 間及將該晶粒接合至該基板上之期間’將使該晶片夾具偏 離。 於裝配時之放置需求是非常高的。一方面,於該基板 上放置該等晶粒之精確度要求非常高。爲達成此目的,該 夾取構件係被嚴格地固定至該晶片夾具上。另一方面,該 < 裝配機械之產量要求儘可能愈高愈好,其意指該拾取工具 必須以高速自該晶圓台移至該基板並再移回來。雖然該拾 © 取工具穩固地被煞住以接收來自該晶圓台之該晶粒,以及 雖然該晶片夾具依照與該晶粒之接觸而偏離,但該拾取工 具仍將碰觸該晶粒。因此,在此所產生之外力將造成各種 不期望之影響: -總是有多數晶粒受該拾取工具之碰觸而破損。 -該夾取構件相對地磨損較快,因爲其被大量該等晶粒之碰 觸而變形。 【發明内容】 ® 本發明係以在該裝配機械之高放置精確度及高產量且 不會產生上述問題下而可裝配小晶粒爲目的。 依照本發明之一種用以抓取一晶粒之拾取工具,包含 一套筒,該套筒包括一排洩口,在縱向方向上延伸並與該 排洩口相連之一縱向孔以及一夾取構件,其中該夾取構件 係插入於該套筒中,該夾取構件位在該套筒中而於該縱向 方向中作適當移置,並具有自該套筒突出之部分,其中, 在缺乏作用於自該套筒突出之該夾取構件之部分上外为 -6- 200930645 時,該夾取構件假定一相對於該套筒之預設位置’其中自 該套筒突出之該夾取構件之部分係至少於該套筒之排洩口 之區域中,以任意方式被沿徑固持至該縱向方向,以及其 中,於該縱向方向內對自該套筒突出之該夾取構件之部分 上作用一外力之情況下,該夾取構件更可插入該套筒中, 以及接著可沿徑移至該套筒之縱向孔中之縱向方向。 較佳地,該夾取構件爲長方形且該套筒之縱向孔的內
I 徑係大於該夾取構件之最大外徑,並且該套‘筒包含一排洩 〇 口,其直徑係小於該夾取構件之最大外徑,以及自該套筒 突出之該夾取構件之至少一部分具有一比該套筒之排洩口 還小之外徑。 , 較佳地,具有一手段,其對該排洩口按壓該夾取構件, 該手段包含例如一彈簧或一磁鐵或一流體緩衝物。該夾取 構件一般爲一吸入構件。 【實施方式】 本發明藉由參照一拾取工具來說明,其中該拾取工具 ❹ 係用以藉由一接合機裝配該等晶粒。該接合機包含一取置 系統’其係於該晶圓台與該基板之間來回移動一接合頭。 相對於該接合頭以一充氣方式或藉由一彈簧,一晶片夾具 係以可移置方式來固持,使得於自該晶圓台抓取該等晶粒 時及將該晶粒接合至該基板上之期間,將使該晶片夾具偏 離。該拾取工具係固定於該晶片夾具。 第1圖係依據本發明槪要顯示具有該拾取工具3之該 接合頭1與該晶片夾具2之側視圖。部分該接合頭ι(其對 200930645 於本發明之瞭解來說是不必要的)沒有顯示。在此範例中, 該晶片夾具2係以充氣方式固持於黏附在該接合頭1內之 壓力腔室4中。該晶片夾具2也可以不同方式位於該接合 頭1內,例如,藉由一預張開的彈簧。該拾取工具3包含 —具有縱向孔9之套筒5,其中該縱向孔9係在一縱向方向 上延伸並與該套筒5之排洩口 13相連,於該孔中插入一夾 . 取構件6。該夾取構件6係被移置固持於縱向孔9之縱向方 向中,並於套筒5中以一彈回方式固持於該縱向方向中。 〇 於該縱向方向中之彈回固持係意指在本發明之範圍內提供 一手段,其在該縱向方向中已完成該夾取構件6之移置 後,將該夾取構件6往後推至其初始位置。該夾取構件6 具有一自該套筒5突出之部分以及以一尖端構成。自該套 筒5突出之該夾取構件6之部分於此範例中係連續逐漸變 細。該連續逐漸變細之部分僅於該套筒5之該排洩口 13之 區域中是必要的,以確保即使在該夾取構件6僅微小移置 於該套筒5中之情況下,該夾取構件6仍可沿徑移至該縱 向軸。該連續逐漸變細之部分可被隨意配置。然而,較佳 地’將以球形逐渐變細以及更佳地.以圓錐形逐漸變細實現。 依照第1圖之該晶片夾具2包含一縱向孔8,其接收該 拾取工具3。該套筒5係可卸下固定至晶片夾具2»該夾取 構件6最好爲一般基於吸力原則或白努利(Bernouin)效應 之吸入構件。在該吸力原則之範圍內,於該套筒5內產生 負壓(或真空)’以及其於該白努利效應之範圍內,空氣或 氣體自該夾取構件6流出以產生一吸力。在該白努利效應 -8- 200930645 之範圍內,以壓縮的空氣或氣體供應該夾取構件6以於朝 向將被夾取之晶粒之方向建立一空氣或氣體流。該夾取構 件6可以下列方式來架構:該晶粒可以不接觸方式被夾 取。該夾取構件6具有一縱向孔10,其於該尖端7之前端 打開一開口 11,其中該開口在該夾取構件6基於該吸力原 則之情況下爲一吸入口。該等三個縱向孔8、9及1 0係位 在一般縱向軸並在壓力上互相連接,使得施加於晶片夾具 2之該縱向孔8之負壓或過壓也被施加至該夾取構件6之開 Ο □ 1 1。 現在參照第2圖說明該夾取構件6之詳細內容,其中 第2圖係以剖面視圖,顯示該拾取工具3。該套筒5之該縱向 孔9具有一注入口 12及一排洩口 13。該套筒5具有一突出 進入該縱向孔9之突出部14,其末端面向該夾取構件6之 頂部7,其中該突出部降低該排洩口 13中該縱向孔9之直 徑:因此該套筒5之排洩口 13之直徑小於該套筒5之注入 口 12之直徑。導入該套筒5中之該夾取構件6之部分的最 ® 大外徑係大於該套筒5之該排洩口 13之直徑,以及小於該 套筒5之該縱向孔9之內徑。該夾取構件6係經由該套筒5 之注入口 12而引入該套筒5。該套筒5之突出部14可防止 該夾取構件6會自該排洩口 13掉出。 第3圖係以一放大尺寸顯示第2圖具有該頂部7之切 面的一部分,其中該突出部14可明顯看到。其中包圍該排 洩口 13之表面15爲平面且理想地將平面延伸至將被接收 之該晶粒之表面。在一般例示中,該套筒5之該縱向孔9 -9- 200930645 之內徑爲1.60mm,該夾取構件6之外徑爲1.58 mm,以及該 排洩口 13之直徑爲1.40mm。儘管有0.02mm的空間,爲確 保該夾取構件6之頂部7的開口 11總是處於相同位置上, 導入該套筒5之縱向孔9之該夾取構件6的長度係比該夾 取構件6之最大外徑的至少三倍還大。該夾取構件6之外 徑與該套筒5之該縱向孔9之內徑之間的差額,於該夾取 構件6之個別長度中也可大於0.0 2 mm,一般最多〇.〇5mm。 如第2圖中所示,藉由被固定於該夾取構件6與栓入 〇 該套筒5之該縱向孔9中之螺釘17之間的彈簧16,造成實 施例中該套筒5中之該夾取構件6的彈回動作(resilient bearing)。該套筒5之該縱向孔9因此而設有一相匹配的螺 紋。該螺釘17包含一中央孔18,以便施加至該晶片夾具2 之該真空可直達該夾取構件6之開口 11。該彈簧爲預張開 的,使得其將以一預定力對該夾取構件6施壓。此力必須 大於施加真空於該夾取構件6上期間所施加的力,以致使 該彈簧16將按壓該夾取構件6之尖端7,總之,其可能以 ® 機械方式遠於該套筒5之外。 該彈簧16之彈賛係數一般在5 00mN/mm到lN/mm之範 圍內。該彈簧16之預開力於此例示中大約爲750mN。藉由 施加約150mN之真空吸力來降低該夾取構件6上所施加的 力,使得該有效力僅爲600mN。在此例示中,在碰觸該晶 粒期間,該夾取構件6之尖端7被壓入該套筒5中的距離 以0.7mm爲最大値。由該夾取構件6施加於該晶粒上的最 大作用力係計算如下: -10- 200930645 作用力=預開力-真空吸力+(彈簧常數*最大偏離路徑),
因此在彈簧常數爲500mN/mm時達到最大値約950mN 特別是在該等小晶粒爲最小的情況下,由於陶瓷 種非常硬的材料,比起其它材料來說,其可耐受較長 夾取構件6於該晶粒上之碰觸期間所產生的外力,故 取構件6最好爲由陶瓷製成的毛細管。該套筒5最好 不銹鋼製成,以致使其不會腐蝕。此組材料(用於該套 之不銹鋼以及用於該夾取構件6之陶瓷)更提供不需潤 〇 或抗阻塞劑之益處。 在爲稍大之晶粒的情況下,該夾取構件6亦可由 亞胺(Vespel)製成,其適用在若圍住該開口 11之表面 可以一足夠大的方式來形成,使得其可充分耐受所產 力而不會被變形及快速磨損而造成表面過度負載。 這些由陶瓷或聚醯亞胺製成之夾取構件6可被用 同的裝配方法上,其包括以一環氧基接合劑、易熔焊 所謂軟焊料來接合,其中該基板係被加熱至攝氏450° g% ¥ 依據本發明之該拾取工具3係基於二種態樣,其 少一者,但較佳爲二者,需要被實現以達成該目的。 種態樣係一旦該夾取構件6已碰觸到將被拾取之該 時,則用以自該套筒5以機械方式解開與該夾取構件 連結,並稍微壓入該套筒5中,因此其作用力不會降 放置精確度。本架構可確保下列功效:在缺乏自該套 突出之該夾取構件6之部分上的任何外部作用力時, 簧對該突出部14以該縱向孔9之縱向方向按壓該夾取 以及 〇 爲一 之該 該夾 爲由 :筒5 滑劑 聚醯 15已 生之 在不 劑或 〇 中至 第一 晶粒 6之 低該 筒5 該彈 構件 -11- 200930645 6,使得自該套筒5突出之該夾取構件6之部分假定一相對 於該套筒5之預定位置,其中自該套筒5突出之該夾取構 件6之部分係以任意方式沿徑固持至至少該套筒5之排洩 口區域中之縱向方向。由於該夾取構件6被該彈簧16對著 該套筒5之突出部14按壓,故該夾取構件6無法於半徑方 向(亦即,於延伸橫貫該縱向方向之任何隨機方向中)內之 區域中移動。此狀態係顯示於第4圖中。一旦對自該套筒 5突出之該夾取構件6之部分作用外力,例如,與將被抓 〇 取之晶粒交互作用,該夾取構件6稍微壓入該套筒5中, 則失去於該夾取構件6之圓錐漸細尖端7與該套筒5之該 突出部14之間之所有端緣上接觸。該夾取構件6目前係沿 徑移動。此狀態顯示於第5圖中。在此例示中,該夾取構 件6與該套筒5之間所存之間隙至少爲ΐ〇μπι»然而其也可 爲較大的,以及可大至25 μιη或可能甚至更大。此間隙一方 面夠大,使得於該接合頭1之強力制動期間所產生之該接 合頭1(第1圖)之振動不會傳送至該夾取構件6。另一方面 ® 該間隙夠大使得於碰觸該晶粒期間動作之該夾取構件6之 慣性質量不會因摩擦力而增加。 相較於習知技術,該第二態樣係用以顯著地降低於該 夾取構件6之碰觸期間作用於該晶粒上的質量。此係以下 述方式來完成:該夾取構件6之重量非常低(一般僅具有 〇.〇15g (公克)或直至0.05g),使得由該夾取構件6之慣性質 量所施加碰觸至該晶粒上之衝量實質上沒有作用。因此, 在已將該夾取構件6壓入該套筒5中而該夾取構件6碰觸 -12- 200930645 該晶粒後,於該晶粒上之最大作用力僅相當於該彈簧16施 加在該夾取構件6上的力。當該夾取構件6與該套筒5之 間的摩擦夠小,則該夾取構件6之質量可到1 g。此仍爲一 個小於依照習知技術之晶片夾具(其質量大於10g且於碰觸 期間產生一非常大的衝量)之尺寸等級。由於本發明之此態 樣,故該晶片夾具之質量不會於碰觸期間提供作用於該晶 粒上之力。 於該套筒5中該夾取構件6之彈力方式除了上述方式 © 外’也可被以其它方式來完成,諸如,例如以磁性方式。 以磁性方式之一個例示係顯示於第6圖中。取代該彈簧 16,提出二個磁鐵19及20,其中之一磁鐵19係固定。至該 夾取構件6之端部且另一磁鐵20係配置爲一中央孔18之 螺釘,如同第2圖中所示之螺釘,並栓入該套筒5之該縱 向孔9中。該磁鐵19與20之二個互相面對磁極爲相同極 性,亦即兩者非均北極就是兩者均爲南極,使得該等二磁 鐵19與20將互相排斥。 ® 磁性方式之另一例示係顯示於第7圖中。取代該彈簧 16’ 一磁鐵19或一由鐵磁性材料製成之本體係固定至該夾 取構件6之端部,以及一線圈係沿著該套筒5纏繞。爲了 於該夾取構件6上施加力,對該線圈21供應一直流電流。 由於該力係正比於該電流強度,故此方式可控制該力。在 此情況下’該螺釘17係用來鎖緊該夾取構件6以免掉落。 於該套筒5中該夾取構件6之彈力方式更可藉由一流 體墊,由電氣力或光學力來實現。 -13- 200930645 依據本發明之該拾取工具3特別適用以裝配晶粒。爲 此,該拾取工具3之該套筒5係被固定至晶片夾具2。該晶 粒之夾取係發生於下列步驟: •使該拾取工具以一預定方向朝向將被抓取之晶粒接近,直 到該拾取工具3之該夾取構件6碰觸到該晶粒10,以及 -更使該拾取工具接近直到該夾取構件6沿徑移動固持至該 預定方向。 該晶粒之裝配係發生於下列步驟: Ο -以上述方式抓取將被裝配之晶粒; -將該晶粒運送至經判定可用來裝配之位置,以及 -放置該晶粒。 , 雖然已顯示並說明本發明之實施例及應用,惟對於具 有此揭露利益之熟悉該項技術者來說,作比前述技術更多 之變更是顯而易知且不脫離在此所揭露之發明槪念。因 此,本發明除了隨附之申請專利範圍及其等同物以外並不 侷限於此。 ® 隨附圖式(其係倂入並構成本說明書之一部分)係說明 本發明之一或多個實施例並與詳細之發明說明一起作爲解 釋本發明之原理及實施。該等圖式並非按照比例。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示依據本發明之具有拾取工具之晶片夾具 的接合頭之槪要側視圖; 第2圖係以一剖面視圖顯示拾取工具; 第3圖係以放大視圖顯示第2圖之剖面視圖; -14- 200930645 第4〜5圖係說明本發明之第一態樣,以及 第6〜7圖係以剖面視圖進一步顯示拾取工具。 【主要元件符號說明】
1 接合頭 2 晶片夾具 3 拾取工具 4 壓力腔室 5 套筒 6 夾取構件 7 尖端 8~10 縱向孔 11 開口 12 注入口 13 排洩口 14 突出部 15 表面 16 彈簧 17 螺釘 18 中央孔 19~20 磁鐵 21 線圈 -15-
Claims (1)
- 200930645 十、申請專利範圍: 1. 一種用以夾取一晶粒之拾取工具,包含: 一套筒,包含一排洩口以及一縱向孔,其中該縱向孔 係以縱向方向延伸並與該排洩口相連,以及 一夾取構件,係插入該套筒中,該夾取構件位在該套 筒中而於該縱向方向中作適當移置,並具有自該套筒突 出之部分,其中,在缺乏作用於自該套筒突出之該夾取 構件之部分上外力時,該夾取構件假定一相對於該套筒 〇 之預設位置,其中自該套筒突出之該夾取構件之部分係 至少於該套筒之排洩口之區域中,以任意方式被沿徑固 持至該縱向方向,以及其中,於該縱向方向內對自該套 筒突出之該夾取構件之部分上作用一外力之情況下,該 夾取構件更可插入該套筒中,以及接著可沿徑移至該套 筒之縱向孔中之縱向方向。 2. 如申請專利範圍第1項之拾取工具,其中該夾取構件之 質量不超過1克。3. 如申請專利範圍第1項之拾取工具,其中該夾取構件爲 長方形,其中該套筒之縱向孔的內徑係大於該夾取構件 之最大外徑,其中該套筒包含一排洩口,其直徑係小於 該夾取構件之最大外徑,以及其中自該套筒突出之該夾 取構件之至少一部分具有一比該套筒之排洩口還小之外 徑。 4.如申請專利範圍第2項之拾取工具,其中該夾取構件爲 長方形,其中該套筒之縱向孔的內徑係大於該夾取構件 -16- 200930645 之最大外徑,其中該套筒包含一排洩口,其直徑係小於 該夾取構件之最大外徑,以及其中自該套筒突出之該夾 取構件之至少一部分具有一比該套筒之排洩口還小之外 徑。 5. 如申請專利範圍第1項之拾取工具,其中自該套筒突出 之該夾取構件之部分至少於該套筒之排洩口之區域中連 續逐漸變細。 6. 如申請專利範圍第3項之拾取工具,其中自該套筒突出 0 之該夾取構件之部分至少於該套筒之排洩口之區域中連 續逐漸變細。 7. 如申請專利範圍第1項之拾取工具,其中該夾取構件爲 一由陶瓷製成之毛細管。 8. 如申請專利範圍第5項之拾取工具,其中該套筒係由不 銹鋼製成。 9. 如申請專利範圍第1項之拾取工具,其中更包含—手段 ,其對該排洩口按壓該夾取構件。 Q 1〇·如申請專利範圍第9項之拾取工具,其中該手段包含一 彈簧或磁鐵或流體緩衝物。 11. 如申請專利範圍第3項之拾取工具,其中更包含一手段 ’其對該排洩口按壓該夾取構件。 12. 如申請專利範圍第π項之拾取工具,其中該手段包含一 彈簧或磁鐵或流體緩衝物。 13. 如申請專利範圍第1項之拾取工具,其中該夾取構件爲 一吸入構件。 -17- 200930645 14. 如申請專利範圍第3項之拾取工具,其中該夾取構件爲 —吸入構件。 15. 如申請專利範圍第1〇項之拾取工具,其中該夾取構件爲 一吸入構件。 16. 如申請專利範圍第1至15項中任何一項之拾取工具,其 中該夾取構件(6)被導入該套筒(5)之縱向孔(9)內之長度 係比導入該套筒(5)內之該夾取構件(6)之部分之最大外 徑的三倍還長。 〇 17.—種用以抓取晶粒之方法,包含: 使依照申請專利範圍第1至16項中任何一項之拾取工 具(3)以一預定方向朝向將被夾取該晶粒接近,直到該拾 取工具(3)之該夾取構件(6)接觸到該晶粒,以及 使該拾取工具(3)更接近直到該夾取構件(6)沿徑移動 固持至該預定方向。 18.如申請專利範圍第17項之方法,其中更包含·· 將該晶粒運送至決定裝配之位置,以及 Q 將該晶粒設置在一基板上。 -18-
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