TWI405292B - Non - contact alignment method and device - Google Patents

Description

非接觸式對位方法及裝置

本發明是有關於一種對位方法及裝置，特別是指一種可以定位微小感磁元件的非接觸式對位方法及裝置。

由於人類對微小化元件的殷切需求，目前國內產業已由微米(10^-6 m)科技領域進入了奈米(10^-9 m)科技領域，在面臨21世紀高科技發展的競爭中，奈米技術將是國家高科技發展政策中不可或缺的一環。

以半導體產業為例，諸如靜態隨機儲存器(Static Random-Access Memory,SRAM)、磁性隨機記憶體(magnetic random access memory,MRAM)、場效電晶電體(Field-Effect Transistor,FET)等元件尺寸，都已能小至90nm。

惟，前述微小元件並不適用於一般傳統的定位平台控制系統，因此，目前主要的作業方式，仍然是以人工或以機械手臂逐一夾取微小元件定位在預設的位置，再進行後續的加工處理，不但耗費時間、耗用人力，且產量受限於逐一夾取的動作，而無法提升產量，有成本較高、不符合產業需求的缺失。

因此，本發明之目的，即在提供一種創新的定位方式，可以簡化對位程序、大幅提昇產量，並有效降低成本的非接觸式對位方法及裝置。

於是，本發明非接觸式對位方法，是以一基板為載體，及以該基板上的焊劑為黏結劑，包含下列步驟：步驟1：使該感磁元件散落在焊劑上。步驟2：使該感磁元件受一磁性扭矩作用，在焊劑上旋動，且逐漸擴增與焊劑的重合區域。步驟3：該感磁元件完全覆蓋於焊劑，且獲得定位。

本發明非接觸式對位裝置，包含一第一磁力組，是可旋動地設置在該基板一側，且相對該感磁元件產生磁性扭矩，使該感磁元件逐漸擴增與焊劑的重合區域，至完全覆蓋於焊劑而獲得定位。

本發明的功效是能藉由磁性扭矩旋動感磁元件至與焊劑重合，達到自動化對位的目的。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1、圖2，本發明對位裝置的一較佳實施例，是以一基板1為載體，及以該基板1上的焊劑2固結一微小感磁元件3(如晶片)。該基板1具有塗佈在一外表面的一疏水層11，及界定在該疏水層11間且供焊劑2塗佈的一親水區12。該疏水層11是以鍍鎳或鍍銅方式形成，除了可以疏離焊劑2外，更兼具有良好的磁力穿透性。焊劑2在本較佳實施例是一種熔點約為72℃的焊錫材料。該對位裝置包含一第一磁力組4、一第二磁力組5，及一溫控單元6。

該第一磁力組4具有位於該基板1一下方側的一第一 磁塊41，及驅動該第一磁塊41旋轉的一馬達42。

該第二磁力組5具有固定在該基板1一上方側的一第二磁塊51。

該溫控單元6具有與該基板1疊合且用於控制該基板1溫度的一電熱板61。

參閱圖1、圖2，及圖3，以下即針對本發明使用該對位裝置定位該微小感磁元件1的方法並結合實施例步驟說明如后：

步驟71：於該基板1外表面塗佈該疏水層11，及形成有界定在該疏水層11間的親水區12。

步驟72：塗佈焊劑2於該基板1的親水區12。

步驟73：透過該電熱板61加熱該基板1，使該基板1上的焊劑2熔化，且受限於該疏水層11的材料特性，而匯聚在該親水區12內。

步驟74：參閱圖3、圖4，使該微小感磁元件3隨機的散落在焊劑2上，此時，該微小感磁元件3是以任意角度θ與焊劑2交疊，且與焊劑2間形成有相互黏滯的表面作用力。

參閱圖4、圖5，以垂直通過焊劑2的一Y軸(90度)為中心，可以看出，該微小感磁元件3與焊劑2間的表面能是隨著交疊角度θ增加而提升，當該微小感磁元件3與焊劑2的交疊角度θ趨近0度時，表面能最小，當交疊角度趨近90度時，表面能最大。

步驟75：參閱圖1、圖3，以該第二磁塊51產生的磁 場吸引該微小感磁元件3，使該微小感磁元件3受前述磁性吸力作用浮貼於焊劑2上，藉此，可以克服部份表面能，使該微小感磁元件3容易被旋動。

步驟76：以該馬達42驅動該第一磁塊41旋動，使該第一磁塊41相對該微小感磁元件3產生一磁性扭矩，使該微小感磁元件3受前述磁性扭矩作用，在焊劑2上旋動，逐漸擴增與焊劑2的重合區域，及降低系統總表面能。

參閱圖6、圖7，可以看出，該微小感磁元件3被旋動所需的扭力，大致上是隨著交疊角度θ減小而提升，該第一磁塊41相對該微小感磁元件3產生的磁性扭矩，是隨著旋轉角度，及該微小感磁元件3與焊劑2的交疊角度θ變化，在任意交疊角度θ的情形下，該微小感磁元件3都可以受正轉或逆轉之磁性扭矩作用在焊劑2上旋動。

步驟77：參閱圖3、圖8，當該微小感磁元件3完全覆蓋於焊劑2時，該第一磁塊41產生的磁性扭矩，已無法再旋動該微小感磁元件3，使該微小感磁元件3穩定於焊劑2上，完成對位程序。

參閱圖1、圖4，值得一提的是，本發明也可以透過一監控裝置(圖未示)，辨識該微小感磁元件3與該焊劑2的交疊角度與方向是位於(X、Y)象限內，或位於(-X、Y)象限內，藉此，控制該馬達42選擇性正、逆向驅動該第一磁塊41，使該微小感磁元件3能以最小角度旋轉至完全對位。

參閱圖9，及附件1、附件2，以交疊角度θ=45度為例，該微小感磁元件3旋動至完全與焊劑2重合，大約費 時13.3秒，當交疊角度θ=90度，該微小感磁元件3旋動至完全與焊劑2重合，大約費時26.5秒。

據上所述可知，本發明之非接觸式對位方法及裝置具有下列優點及功效：

本發明是藉由磁力，在不接觸微小感磁元件3的情形下，達到自動對位的目的。由於本發明對位裝置的特殊結構與定位方法，可配合該微小感磁元件3縮小尺寸或大量複製，因此，設備成本低，不但能節省對位時間、人力及成本，且能大幅提昇產量，使本發明更具有經濟效益。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

附件1：該微小感磁元件的與焊劑交疊角度θ=45度時的對位照片。

附件2：該微小感磁元件的與焊劑交疊角度θ=90度時的對位照片。

1‧‧‧基板

11‧‧‧疏水層

12‧‧‧親水區

2‧‧‧焊劑

3‧‧‧感磁元件

4‧‧‧第一磁力組

41‧‧‧第一磁塊

42‧‧‧馬達

5‧‧‧第二磁力組

51‧‧‧第二磁塊

6‧‧‧溫控單元

61‧‧‧電熱板

圖1是一立體圖，說明本發明一非接觸式對位裝置的一較佳實施例；圖2是該較佳實施例中一基板塗佈有焊劑的一立體圖； 圖3是本發明一非接觸式對位方法的一流程圖；圖4是該較佳實施例中一感磁元件與焊劑交疊的一示意圖；圖5是該較佳實施例中交疊角度與表面能的一曲線圖；圖6是該較佳實施例中交疊角度與所需扭矩的一曲線圖；圖7是該較佳實施例中一第一磁塊旋轉角度與磁性扭矩的一曲線圖；圖8是該較佳實施例中該感磁元件與焊劑重合的一立體圖；及圖9是該較佳實施例中該感磁元件的交疊角度與重合時間的一曲線圖。

1‧‧‧基板

11‧‧‧疏水層

12‧‧‧親水區

2‧‧‧焊劑

3‧‧‧感磁元件

4‧‧‧第一磁力組

41‧‧‧第一磁塊

42‧‧‧馬達

5‧‧‧第二磁力組

51‧‧‧第二磁塊

6‧‧‧溫控單元

61‧‧‧電熱板

Claims (7)

1. 一種非接觸式對位方法，是以一基板為載體，及以該基板上的焊劑固結一感磁元件，該對位方法包含下列步驟：步驟1：使該感磁元件散落且交疊在焊劑上；步驟2：使該感磁元件受一磁性吸力作用，浮貼於焊劑上；步驟3：使該感磁元件受一磁性扭矩作用，在焊劑上旋動，且逐漸擴增與焊劑的重合區域，該磁性扭矩是由旋動的磁場所產生；及步驟4：該感磁元件完全覆蓋於焊劑，且獲得定位。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之非接觸式對位方法，更包含有步驟1-1：於該基板塗佈一疏水層，及形成有界定在該疏水層間且供焊劑塗佈的至少一親水區。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之非接觸式對位方法，更包含有步驟1-2：加熱該基板，使焊劑熔化。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之非接觸式對位方法，其中，該磁性吸力是由固定不動的磁場所產生。
5. 一種非接觸式對位裝置，是以一基板為載體，及以該基板上的焊劑固結一感磁元件，該對位裝置包含：一第一磁力組，是可旋動地設置在該基板一側，且相對該感磁元件產生磁性扭矩，使該感磁元件逐漸擴增與焊劑的重合區域，至完全覆蓋於焊劑而獲得定位；及 一第二磁力組，具有固定在該基板上方且相對該感磁元件產生磁性吸力的一第二磁塊，使該感磁元件受前述磁性吸力作用，浮貼於焊劑上。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之非接觸式對位裝置，其中，該第一磁力組具有設置在該基板下方的一第一磁塊，及驅動該第一磁塊旋轉的一馬達。
7. 依據申請專利範圍第5項所述之非接觸式對位裝置，更包含有用於控制該基板溫度的一溫控單元。