TWI459496B - 積體電路晶粒的傳輸裝置與處理方法 - Google Patents

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Description

積體電路晶粒的傳輸裝置與處理方法
本發明係有關於晶粒取放工具，且特別是有關於一種真空取放吸嘴(pick and place vacuum tip)及其製程上的應用。
先進電子電路，特別是半導體製程中的積體電路(ICs)通常需要使用傳送積體電路晶粒的設備以作各種操作。舉例而言，為了將焊料凸塊或焊球設置於晶粒(die)的電路終端以作外部連接，需要進行一助熔劑製程(flux operation)。助熔劑製程需要撿取晶粒並放置在液態焊接助熔劑(solder flux)的頂部，並將一部分的積體電路浸入助熔劑(flux)中以塗覆焊料凸塊或焊球。
真空取放(pick and place)工具通常利用真空將晶粒附著在工具的吸嘴，其具有一真空埠以及將數個孔洞耦接至真空源的真空路徑。習知的真空吸嘴工具提供有橡膠或其他順從邊緣(compliant edge)。積體電路晶粒的表面只沿著此橡膠邊緣接觸取放工具，而積體電路晶粒表面的其餘部分則未被支撐並曝露於真空中。一旦真空吸嘴與晶粒接觸並施加真空加以吸附後，便可牢固地提起晶粒並加以移動，亦即所謂的”取放”晶粒。此晶粒可被移至其他工具並進行各種操作，上述的助熔劑製程僅是其中一種可能。一旦晶粒被放置在另一製程工具或儲存區域，真空被釋放掉，而吸嘴則從晶粒移開。
近來隨著晶粒尺寸縮小與半導體製程的進步，晶圓厚度與所製得的積體電路晶粒的厚度也隨著下降。如此一來，晶粒的厚度相較於習知晶粒下降許多，因此使用習知的真空取放工具進行吸附時可能造成晶粒扭曲或水平變形。這樣的扭曲可能會造成製程的不一致。例如在上述的焊料凸塊助熔劑製程中可能造成良率的問題，因為位於晶粒中央部分的焊料凸塊可能因為晶粒扭曲或水平變形而朝向真空孔洞移置。在助熔劑製程中，位於晶粒變形區域的焊料凸塊可能接收到較少的助熔劑，或甚至沒有助熔劑而導致良率的問題。當此晶粒後續裝設在基板時，一或多個沒有接收到足夠助熔劑的焊料凸塊可能會造成”冷接(cold joint)”失效。其他需要放置晶粒的製程步驟，例如晶粒堆疊，也可能因為真空工具造成的扭曲導致良率下降。在晶粒堆疊或其他型態的組合元件中也可能會有晶粒破裂或接合失敗的問題。
業界因此亟需可改善習知缺點的真空取放工具與方法。
本發明一實施例提供一種積體電路晶粒的傳輸裝置，包括：一真空吸嘴，用以吸附一積體電路晶粒，該真空吸嘴具有一上表面與一下表面，且包括一真空埠，該真空埠連接至該上表面的一真空源；以及至少一真空孔耦接至該真空埠，且延伸穿過該真空吸嘴並於該真空吸嘴的下表面露出；其中該真空吸嘴的下表面被配置以物理性接觸該積體電路晶粒的一表面。
本發明另一實施例提供一種積體電路晶粒的傳輸裝置，包括：一真空吸嘴，其頂部具有一真空埠以連接至一真空源；複數個真空孔耦接至該真空埠，且延伸穿過該真空吸嘴並於該真空吸嘴的下表面露出；其中該真空吸嘴的下表面被配置以物理性接觸該積體電路晶粒的一表面。
本發明又一實施例提供一種積體電路晶粒的處理方法，包括：提供一真空吸嘴，其頂部具有一真空埠以接收一真空源，該真空吸嘴具有至少一真空孔延伸穿過該真空吸嘴且耦接至該真空埠，且具有一平坦下表面露出該至少一真空孔；提供一積體電路晶粒，其具有一表面；定位該真空吸嘴使其與該積體電路晶粒對準；放置該真空吸嘴的平坦下表面，使其與該積體電路晶粒的該表面進行物理性接觸；以及對該真空埠施加真空，以將該積體電路晶粒吸附至該真空吸嘴。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
以下實施例將詳述新穎的晶粒取放工具，以及不會造成晶粒變形的取放方法，特別是針對厚度小於10密爾(mils)，更佳小於5密爾(mils)的晶粒而言。這些工具可適用於利用真空取放晶粒的製程，例如將晶粒傳送至工作台，並將晶粒部份浸入助熔劑浴(flux bath)中，使得焊料凸塊均勻地暴露在液態的助熔劑中，以將助熔劑塗覆在晶粒背面的焊料凸塊。
在一實施例中，真空取放工具的設置方式是與積體電路晶粒的大部分表面積作物理接觸。真空吸嘴可由例如酚醛塑料(bakelite)所構成，其為一種熱固性酚醛樹脂(phenol formaldehyde resin)的可塑型塑膠(moldable plastics)。它是一種非導電性阻熱材料。亦可使用其他樹脂、塑膠、陶瓷、玻璃、金屬作為替代，而不以酚醛塑料為限，且亦可使用複合材料與合金。真空吸嘴也可加入襯材與塗膜。
第1圖為一剖面圖，其繪示一真空取放吸嘴15位於積體電路晶粒17上方的實施例。真空取放吸嘴(或簡稱”真空吸嘴”)15具有真空埠11用以接收真空源。真空吸嘴15具有與晶粒類似的剖面區域，側邊約10微米，然而該區域可能會隨著晶粒類型與用來製造晶粒的半導體製程技術而有所不同。圖示中的晶粒具有約4密爾(mils)的厚度t。然而晶粒的厚度可能在例如1-10密爾的範圍內改變，而且雖然使用厚度小於10密爾的晶粒可以達到最大的改良效果，但實施例也可能使用厚度大於10密爾的晶粒。圖中顯示真空孔21連接至真空埠11，在其他實施例中可提供額外的真空孔連接至真空埠11。
真空吸嘴15是特別設計成與晶粒17上表面的大部分剖面區域作物理接觸。這是本實施例的重要優點，且與習知利用邊緣接觸的真空吸嘴有明顯差異。在各種替代實施例中，真空吸嘴15可與80%或更多(例如至少90%)的晶粒表面積接觸。
第2圖為使用真空吸嘴取起晶粒的示意圖。如第2圖所示，真空吸嘴15與晶粒17在介面13進行接觸。當接觸發生後，施加真空以將晶粒17固定至吸嘴。真空的供應是由真空埠11到真空孔21，因而到晶粒17的表面。真空具有足夠的強度使得真空吸嘴15牢固地抓住晶粒17。當要釋放晶粒時，將真空移除且真空吸嘴15可從晶粒移開，而不需要進一步移動晶粒。當真空施加至晶粒17的上表面以吸附晶粒至真空吸嘴15時，晶粒的大部分表面積都具有支撐，因此即使非常薄的晶粒也不會出現變形或扭曲。隨著半導體製程的進步，晶粒變得越來越薄，因此晶粒上表面的物理支撐可避免晶粒於真空施加下變形或扭曲。如此一來，晶粒可以保持水平對準，且施加於底部表面的製程，例如塗覆助熔劑至焊料凸塊19，可在整個晶粒都得均勻的結果，因此減少或解決習知真空吸嘴的良率問題。實施例的真空取放吸嘴可適用在任何具有取放操作的製程中，例如封裝、晶粒堆疊、焊料凸塊、焊料助熔劑、或其他製程。
第3圖為一平面圖，其繪示一實施例中真空吸嘴15的下表面。第3圖顯示位於真空吸嘴15底部的真空孔21圖案。雖然第3圖顯示5個真空孔21，但也可使用更多或更少數量的真空孔21。真空孔21之間的材料形成一平坦下表面；當施加真空時，該平坦下表面與半導體晶粒的上表面接觸並提供晶粒所需的機械支撐力。上述材料可接觸至少80%的晶粒表面積。因此，當施加真空至真空吸嘴15時，晶粒可以被支撐住而不會造成變形或扭曲。如此一來，當晶粒被吸附至吸嘴時，對晶粒所施行的製程可以得到一致的結果。
第4圖為一平面圖，其繪示另一實施例中真空吸嘴15的下表面。在第4圖中，真空吸嘴15的真空路徑23從中央的真空孔21放射狀地向外延伸。同樣地，在進行真空取放操作時，真空路徑周圍的材料將接觸至少80%積體電路晶粒的上表面並提供機械支撐力。當施加真空時，此機械支撐力可避免晶粒變形，因此當晶粒被吸附至吸嘴時，對晶粒所施行的製程可以得到一致的結果。
雖然在一實施例中可使用酚醛塑料(bakelite)塑膠，但在其他實施例中也可使用其他負擔得起的、耐用的、且可提供所需機械支撐力的材料。真空取放吸嘴可使用陶瓷、塑膠、樹脂、玻璃、與其他材質形成，也可使用金屬例如不鏽鋼。真空取放吸嘴可由複合材或合金構成，且在真空取放吸嘴上可設置塗膜或襯層以增加性能或使用壽命。
真空吸嘴15應提供足夠的真空以將晶粒吸附至吸嘴，並且與晶粒大部分的上表面(至少80%)接觸以提供機械支撐力。真空吸嘴15的剖面區域應近似於晶粒的剖面區域，但可小於晶粒的剖面區域，只要真空取放吸嘴可以提供足夠的機械支撐力以避免晶粒在施加真空下變形或扭曲即可。可在真空取放吸嘴對準晶粒的上表面並與之接觸後施加真空，如第2圖所示。在真空吸嘴的下表面接觸晶粒的上表面之前，不對真空吸嘴施加真空。進行對位與接觸之後，施加真空以將晶粒牢固地吸附至真空吸嘴，再利用真空吸嘴將晶粒移動至另一位置進行製程。當晶粒準備好要從真空吸嘴放下時，便可去除真空，而真空吸嘴可以安全地從晶粒移開。
本發明實施例可適用的製程包括(但不限於)：焊接助熔劑(solder flux)、晶粒堆疊、封裝、晶粒分級(die sorting)、以及其他需要利用取放操作將晶粒從一位置移動至另一位置的製程。真空取放吸嘴可在無塵室或無塵工具(clean tool)中使用、可用於手動工具或作為自動化製程工具的一部分、或者以機械手臂進行操作，但並非以此為限。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
11．．．真空埠
13．．．介面
15．．．真空吸嘴
17．．．積體電路晶粒
19．．．焊料凸塊
21．．．真空孔
23．．．真空路徑
t．．．厚度
第1圖為一剖面圖，其繪示一真空吸嘴位於積體電路晶粒上方的實施例。
第2圖為一剖面圖，其繪示一真空吸嘴與積體電路晶粒接觸的實施例。
第3圖為一平面圖，其繪示位於真空吸嘴下表面的真空埠的實施例。
第4圖為一平面圖，其繪示位於真空吸嘴下表面的真空埠的另一種實施例。
11．．．真空埠
13．．．介面
15．．．真空吸嘴
17．．．積體電路晶粒
19．．．焊料凸塊
21．．．真空孔

Claims (10)

  1. 一種積體電路晶粒的傳輸裝置，包括：一真空吸嘴，具有與一積體電路晶粒類似的剖面區域，並用以吸附該積體電路晶粒，該真空吸嘴具有一上表面與一下表面，且包括一真空埠，該真空埠連接至該上表面的一真空源；以及至少一真空孔耦接至該真空埠，且延伸穿過該真空吸嘴並於該真空吸嘴的下表面露出；其中該真空吸嘴的下表面被配置以物理性接觸該積體電路晶粒的一表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路晶粒的傳輸裝置，其中該真空吸嘴包括：塑膠、陶瓷、酚醛塑料(bakelite)、熱固性樹脂、玻璃、或前述之組合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路晶粒的傳輸裝置，其中該真空吸嘴更包括至少三個真空孔排列成一圖案。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路晶粒的傳輸裝置，其中該真空吸嘴的下表面被配置以物理性接觸該積體電路晶粒之該表面的至少80%。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之積體電路晶粒的傳輸裝置，其中該真空吸嘴的下表面被配置以物理性接觸該積體電路晶粒之該表面的至少90%。
  6. 一種積體電路晶粒的處理方法，包括：提供一真空吸嘴，其頂部具有一真空埠以接收一真空源，該真空吸嘴具有至少一真空孔延伸穿過該真空吸 嘴且耦接至該真空埠，且具有一平坦下表面露出該至少一真空孔；提供一積體電路晶粒，其具有一表面；定位該真空吸嘴使其與該積體電路晶粒對準；放置該真空吸嘴的平坦下表面，使其與該積體電路晶粒的該表面進行物理性接觸；以及對該真空埠施加真空，以將該積體電路晶粒吸附至該真空吸嘴。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之積體電路晶粒的處理方法，其中該積體電路晶粒具有複數個焊料凸塊，該些焊料凸塊位於該表面的相反面，且該處理方法更包括：將該積體電路晶粒與該真空吸嘴傳送至一助熔劑儲槽；以及利用該真空吸嘴機械性地放置該積體電路晶粒以將助熔劑塗覆至該些焊料凸塊。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之積體電路晶粒的處理方法，其中該真空吸嘴之下表面物理性接觸該積體電路晶粒之該表面的至少80%。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之積體電路晶粒的處理方法，其中該真空吸嘴之下表面物理性接觸該積體電路晶粒之該表面的至少90%。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之積體電路晶粒的處理方法，其中該積體電路晶粒之厚度小於10密爾(mils)。
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