TWI534944B - 用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭 - Google Patents

用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭 Download PDF

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Description

用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭
本發明是有關於一種用於在半導體封裝製造過程中拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭，且特別是有關於一種用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭，所述夾頭經配置以易於將板和吸引橡膠從夾頭固持器上分離以進行更換，提高吸引到吸引橡膠上的半導體晶片的吸引性能並且由此隨後防止在半導體晶片與引線框之間的接合介面中形成空隙，且確切地說，通過在半導體晶片被吸引到吸引橡膠上時防止靜電的產生將有缺陷的半導體晶片的比例降至最低。
半導體封裝保護半導體晶片免受外部環境影響，並且以實體方式附接到電子系統上用於將半導體晶片電連接到電子系統上。如今，封裝技術變得如此重要以至於其決定半導體裝置的性能以及最終產品的價格、性能和可靠性。
一般來說，半導體封裝裝配過程的附接過程涉及將相應的晶片(或晶粒)從晶片上分離並且通過使用環氧黏合劑將晶片附接到例如引線框或印刷電路板(printed circuit board；PCB)等 基底上的過程。晶片附接過程是用於通過個別地分離在晶片上安置成一組的晶片來製造產品的第一步。因此，在晶片附接過程之前，將晶片切割並且分成各自具有個別晶片的若干片。
如上文所描述，在半導體晶片封裝過程中，在其上形成了多個晶片的晶片被切割成各自具有個別晶片的若干片，並且隨後個別晶片需要被個別地拾起並且傳遞到封裝主體的安裝部分上用於將個別晶片附接到封裝主體上。此時，半導體晶片傳遞裝置用以從晶片的若干片上拾起半導體晶片並且傳遞半導體晶片，並且半導體晶片傳遞裝置與晶片直接接觸的一部分被稱為夾頭。
相關技術的傳統夾頭由施加真空的管、夾頭固持器以及柔性的吸引橡膠組成，在施加真空的管中形成固持器真空孔，夾頭固持器連接到施加真空的管的下端上，其中固持器真空孔在夾頭固持器的下表面處露出，並且柔性的吸引橡膠具有與固持器真空孔連通並且插入到夾頭固持器的下表面中以進行耦合的橡膠真空孔。
當吸引橡膠耦合到夾頭固持器上時，吸引橡膠的底部必須保持平坦，使得半導體晶片可以平滑地附接。然而，由於吸引橡膠由例如橡膠等柔性材料製成，因此在耦合過程中難以使吸引橡膠保持平坦，並且吸引橡膠可能變形。這些問題導致半導體晶片附接的缺陷以及在半導體晶片與封裝基底之間的接合強度不佳。
為了解決此些限制，韓國第20-0414775號新型已經公開 了一種晶片傳遞裝置，其中通過將金屬板耦合到吸引橡膠上使吸引橡膠附接到磁化的夾頭固持器上，並且將吸引橡膠插入到夾頭固持器中並且借助於金屬板將吸引橡膠附接到夾頭固持器上。
然而，在所公開的晶片傳遞裝置中，當金屬板耦合到吸引橡膠上時，在其間會形成細微的間隙，並且因此如果夾頭使用了較長一段時間，那麼吸引橡膠會因局部形成的間隙而不能保持平坦。在極端的情況下，吸引橡膠從金屬板上分離，導致晶片傳遞裝置的壽命降低以及產品缺陷。
為了解決上述限制，在第10-2013-21754號韓國專利申請案中，發明人已經提出一種用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭。在所公開的夾頭中，使用黏合層用於在吸引橡膠與板的整個接觸表面之間的可靠接合，使吸引橡膠與板耦合起來，由此增加夾頭的耐久性和壽命並且提高所要製造的半導體封裝的品質。
然而，在所公開的夾頭中，難以分離吸引橡膠以進行更換，因為板是以密封的方式耦合到夾頭固持器的板耦合凹口上。
此外，由於在吸引橡膠的中心區域中僅形成單個真空孔用於提供真空，在拾起過程中吸引力不能均勻地施加到半導體晶片上，且因此(例如)由於在其間空隙的產生導致半導體晶片可能無法緊密地接合到引線框上。
另外，當拾起半導體晶片時，在吸引橡膠與半導體晶片的表面之間可能產生靜電，導致半導體晶片的嚴重缺陷。
本發明的一個目的是為了提供用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭，所述夾頭經配置以通過固定並且從夾頭固持器的外部將板拉出從而易於分離並更換吸引橡膠，並且經配置以在使用吸引橡膠拾起半導體晶片時向半導體晶片均勻地施加穩定的吸引力，從而隨後防止在半導體晶片與引線框之間的接合介面之間形成空隙，並且因此提高其間的接合強度。
本發明的另一個目的是為了提供用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭，所述夾頭經配置以在半導體晶片被拾起並且傳遞時防止靜電的產生以便將有缺陷的半導體晶片的比例降至最低。
本發明的另一個目的是為了提供用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭，所述夾頭經配置以對甚至相對較薄的半導體晶片施加穩定的吸引力，並且還根據在將半導體晶片接合到引線框上時實現的穩定接合防止了空隙的產生。
為了實現上述目的，提供一種用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭，所述夾頭包含：具有磁性特徵以及長方體形狀的夾頭固持器，所述夾頭固持器包含從其上側伸出的施加真空的管以及在其下側中形成的矩形的板耦合凹口，所述施加真空的管包含朝下穿過管的固持器真空孔；通過實體安裝以及磁性耦合到板耦合凹口上的金屬板；以及接合到板的下側上的柔性的吸引橡膠，其中，通過斜切沿著對角線彼此面對的夾頭固持器的拐角形成板伸出部分以便打開板耦合凹口，並且在板耦合凹口上形成真空感應空間，其中，通過板以規律的間距成行以及成列地形成多個板 真空孔，並且當板耦合到板耦合凹口上時，多個板真空孔與真空感應空間連通並且分佈將要施加的真空吸引力，其中，吸引橡膠包含：耦合到板上的上部耦合部分；具有外圓周小於上部耦合部分外圓周並且從上部耦合部分的下側伸出的吸引部分，吸引部分與上部耦合部分形成為一整塊；以及通過吸引橡膠以規律的間距成行以及成列地形成的橡膠真空孔，橡膠真空孔垂直地與相應的板真空孔對準。
此外，真空感應空間可以通過使夾頭固持器的板耦合凹口的上側的中心區域凹陷來形成，並且真空感應空間可以大於其中佈置有板真空孔的整個區域。
此外，在夾頭固持器的板耦合凹口的上側中可以形成環形的密封件耦合凹槽，並且可以將柔性的密封件插入到密封件耦合凹槽中，其插入方式使得密封件可以在朝下方向上部分地伸出，以便在密封件的伸出部分內部形成真空感應空間，真空感應空間可以大於其中佈置有板真空孔的整個區域。
此外，吸引橡膠的吸引部分的下側可以彎曲成朝下凸起的形狀。
此外，吸引橡膠可以具有導電性，並且可以通過加熱以及壓縮以下成分製成：重量百分比為70%到80%的橡膠或矽酮作為主要成分；重量百分比為3%到15%的抗靜電劑；重量百分比為2%到20%的可以選自包括炭黑、科琴黑(Ketjen black)、石墨或其組合的群組的碳基底；以及重量百分比為0.5%到10%的碳奈米 管，使得吸引橡膠可以具有105Ω/sq到1012Ω/sq的表面電阻值。
在用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭中，夾頭固持器成對角線的拐角經斜切以露出板以及吸引橡膠，並且因此易於分離以及更換吸引橡膠。此外，由於在板耦合凹口與板之間形成真空感應空間，並且在板以及吸引橡膠中形成真空孔，因此吸引力可以均勻地分佈，從而獲得以下效果：向半導體晶片施加穩定的吸引力並且將半導體晶片緊密地接合到引線框上，在其間不具有空隙。
此外，由於吸引橡膠具有導電性，因此在使用吸引橡膠拾起並且傳遞半導體晶片時可以不產生靜電，並且因此可以防止半導體晶片的缺陷。
另外，由於吸引部分的下側具有凸起的形狀，因此在拾起過程中，可以對相對較薄的半導體晶片施加與施加到吸引部分下側上的吸引力相等的吸引力，並且因此在隨後的操作中當半導體晶片被接合到引線框上時，可以在從半導體晶片的中心部分的徑向方向上形成接合而在其間不具有空隙。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
1‧‧‧夾頭
100‧‧‧夾頭固持器
101‧‧‧磁體
110‧‧‧管
111‧‧‧固持器真空孔
120‧‧‧板耦合凹口
121‧‧‧真空感應空間
130‧‧‧板縮回部分
140‧‧‧密封件
141‧‧‧密封件耦合凹槽
200‧‧‧板
211、211’‧‧‧板真空孔
300‧‧‧吸引橡膠
310‧‧‧上部耦合部分
311、311’‧‧‧橡膠真空孔
320‧‧‧吸引部分
圖1是示出根據本發明的實施例的用於拾起並且傳遞半導體 晶片的夾頭的分解透視圖。
圖2是示出根據本發明的實施例的用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭的裝配狀態的仰視圖。
圖3是示出根據本發明的實施例的用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭的裝配狀態的截面視圖。
圖4是示出根據本發明的另一實施例的用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭的夾頭固持器的視圖。
圖5是示出根據本發明的另一實施例的用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭的吸引橡膠的視圖。
在本說明書以及權利要求書中使用的術語和詞語不應被解釋為限於一般的含義或字典定義，而應基於發明人可以恰當地定義術語從而以最佳方式描述其發明的原理根據本發明的技術概念以及想法來解釋。
此外，在以下描述中參考附圖所描述的配置並不表示本發明的所有技術概念或想法，而應視為本發明的示例性實施例。應理解，在填寫申請時的本發明的精神和範圍內可以設計實施例的各種修改以及等效物。
現將參考附圖詳細描述本發明的優選實施例。
圖1是示出根據本發明的實施例的用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭1的分解透視圖，圖2是示出根據本發明的實施 例的用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭1的裝配狀態的仰視圖，並且圖3是示出根據本發明的實施例的用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭1的裝配狀態的截面視圖。
參考圖1到3，本發明的實施例的夾頭1包含夾頭固持器100、板200以及吸引橡膠300。
夾頭固持器100具有長方體形狀。施加真空的管110從夾頭固持器100的上側伸出。施加真空的管110連接到能夠提供真空吸引力以此用於拾起並且傳遞常規的半導體晶片的裝置(未示出)上。固持器真空孔111通過施加真空的管110形成以接收真空吸引力。具有矩形形狀的板耦合凹口120在夾頭固持器100的下側中形成並且與固持器真空孔111連通。
此外，夾頭固持器100具有磁性特徵。為此，夾頭固持器100可以由磁性材料製成，或者磁體101可以嵌入在夾頭固持器100中。前一方法以及後一方法中的任一者可以選擇性地用以製造具有磁性特徵的夾頭固持器100。
夾頭固持器100包含板縮回部分130，使得板200(將隨後描述)的拐角可以通過板縮回部分130朝外縮回。沿著對角線彼此面對的夾頭固持器100的拐角被斜切成45°從而形成板縮回部分130並且因此露出板耦合凹口120。
此外，真空感應空間121在板耦合凹口120中形成以便與固持器真空孔111連通。
真空感應空間121可以通過使板耦合凹口120的上側的 底部中心區域凹陷而形成為凹口形狀。
或者，如圖4中所示，可以在板耦合凹口120的底側中形成具有矩形環形狀的密封件耦合凹槽141，並且可以將柔性的密封件140插入到密封件耦合凹槽141中，其插入方式使得柔性的密封件140可以朝下部分地伸出。也就是說，可以在柔性的密封件140的伸出部分內部形成真空感應空間121。
優選地，部分地伸出的柔性密封件140可以不超出板耦合凹口120的範圍。
板200具有矩形平板形狀並且由鋼製成以便通過磁體吸引。板200插入到在夾頭固持器100的下側中形成的板耦合凹口120中以進行耦合。當板200插入到板耦合凹口120中以進行耦合時，在對角線上彼此面對的板200的拐角通過板縮回部分130而暴露於外部。
多個板真空孔211和211'在板200中形成以便與在夾頭固持器100的板耦合凹口120中形成的真空感應空間121連通。優選地，板真空孔211和211'可以以規律的間距成行以及成列地佈置，並且板真空孔211和211'的整個範圍可以不超出真空感應空間121的範圍。
也就是說，在其中板200通過實體安裝以及磁性緊密地耦合到在夾頭固持器100的下側中形成的板耦合凹口120上的狀態中，通過固持器真空孔111施加到真空感應空間121上的真空吸引力可以通過板真空孔211和211'均勻地分佈。
吸引橡膠300由例如橡膠或矽酮等柔性材料製成。吸引橡膠300包含通過使用黏合劑接合到板200的下側上的上部耦合部分310以及從上部耦合部分310的下側伸出用於通過吸引拾起半導體晶片(未示出)的吸引部分320。上部耦合部分310以及吸引部分320形成為一整塊。
此外，吸引橡膠300包含穿過其垂直地形成的並且垂直地與板真空孔211和211'對準的多個橡膠真空孔311和311'。橡膠真空孔311和311'以規律的間距成行以及成列地佈置。
優選地，吸引部分320的外圓周小於上部耦合部分310的外圓周。
此外，如圖5中所示，吸引橡膠300的吸引部分320的下側可以具有朝下凸起的中心區域。
此外，優選地，吸引橡膠300可以具有導電性以防止在與半導體晶片進行接觸時產生靜電。
為此，吸引橡膠300可以通過加熱以及壓縮以下成分製成：重量百分比為70%到80%的橡膠或矽酮作為主要成分；重量百分比為3%到15%的抗靜電劑；重量百分比為2%到20%的可以選自包括炭黑、科琴黑、石墨或其組合的群組的碳基底；以及重量百分比為0.5%到10%的碳奈米管。在此情況下，吸引橡膠300可以具有105Ω/sq到1012Ω/sq的表面電阻值。
下文將解釋如何使用或操作夾頭1進行拾起並且傳遞半導體晶片。
參考圖1到3，本發明的實施例的夾頭1經配置使得吸引橡膠300耦合到其上的板200可以易於附接到夾頭固持器100上並且從夾頭固持器100上拆卸。夾頭固持器100以及板200按以下方式耦合。
在夾頭固持器100的磁性的影響下，通過將板200安裝到在夾頭固持器100的下側中形成的板耦合凹口120上從而將板200耦合到夾頭固持器100上。
此時，沿著板200的對角線彼此面對的板200的拐角被安裝到板耦合凹口120的成對角線的拐角，並且沿著板200的其它對角線彼此面對的板200的其它拐角通過由斜切夾頭固持器100形成的板縮回部分130來容置並且通過板縮回部分130而暴露於夾頭固持器100的外部。
附接到板200(板200如以上所述耦合到夾頭固持器100上)上的吸引橡膠300在使用預定的一段時間之後使用新的橡膠進行更換。在此情況下，根據本發明的實施例，通過將板200的拐角固定伸出通過夾頭固持器100的板縮回部分130並且拉出板200的拐角，可以易於從夾頭固持器100的板耦合凹口120上拆卸吸引橡膠300以及板200。也就是說，吸引橡膠300可以非常方便地與夾頭固持器100分離並且使用新的橡膠進行更換。
此外，根據本發明的實施例，在通過使用吸引橡膠300拾起半導體晶片時，由於在夾頭固持器100的板耦合凹口120中形成的真空感應空間121、板200的板真空孔211和211'以及吸引 橡膠300的橡膠真空孔311和311'，吸引力可以穩定地施加到夾頭1上。
也就是說，如圖3和4中所示，如果通過施加真空的管110的固持器真空孔111施加真空吸引力，那麼真空吸引力會傳送至真空感應空間121並且傳送至板真空孔211和211'以及橡膠真空孔311和311'。
因此，吸引力可以從吸引橡膠300的吸引部分320均勻地施加到半導體晶片的上側上，並且因此半導體晶片的吸引部分可以不變形，例如，變成凸起的形狀。因此，在傳遞半導體晶片之後，半導體晶片可以均勻地接合到引線框上，在其間不具有空隙。
如果如圖4中所示在板耦合凹口120中通過密封件140形成真空感應空間121，那麼可以通過密封件140防止外來雜質引入真空感應空間121中，並且因此可以不破壞真空。因此，可以提高吸引效率。同時，可以在將任何外來雜質附接到夾頭固持器100或板耦合凹口120上時破壞真空。
此外，如果如圖5中所示，吸引橡膠300的吸引部分320的下側(也就是吸引橡膠300的吸引部分320的半導體晶片接觸側)是凸起的，那麼半導體晶片可以被穩定地吸引並且易於接合到引線框上。
具體來說，具有相對較薄厚度的半導體晶片可以通過吸引力變形。也就是說，當相對較薄的半導體晶片通過吸引力被附 接到吸引部分320上時，半導體晶片的中心部分可以根據吸引部分320的彎曲的形狀變形為凸起的形狀。其後，當半導體晶片接合到引線框上時，半導體晶片的中心部分可以最先與引線框進行接觸，並且隨後如果吸引力移除，那麼通過半導體晶片的復原力，半導體晶片可以從半導體晶片的中心部分到徑向外部部分平滑地接合到引線框上。
也就是說，如上文所描述，如果半導體晶片在徑向方向上從半導體晶片的中心部分開始平滑地接合到引線框上，那麼在用於將半導體晶片接合到引線框上的黏合劑中殘留的氣泡可以被完全移除，並且因此在半導體晶片接合到引線框上之後可以不保留空隙。
此外，吸引橡膠300的吸引部分320具有導電性以及105Ω/sq到1012Ω/sq的表面電阻值。因此，儘管在拾起並且傳遞半導體晶片時會頻繁產生靜電，但是吸引部分320可以移除靜電的影響，並且因此易受靜電影響的半導體晶片可以安全地受到保護以防止其缺陷。
吸引橡膠300可以通過加熱以及壓縮以下成分製成：重量百分比為70%到80%的橡膠或矽酮作為主要成分；重量百分比為3%到15%的抗靜電劑；重量百分比為2%到20%的可以選自包括炭黑、科琴黑、石墨或其組合的群組的碳基底；以及重量百分比為0.5%到10%的碳奈米管，使得吸引橡膠300可以具有105Ω/sq到1012Ω/sq的表面電阻值。
如果吸引部分320由具有大於1012Ω/sq的表面電阻值的常規非導電性橡膠材料製成，那麼由於吸引部分320是不導電的，因此在吸引並且傳遞半導體晶片時產生的靜電造成的電化電流的流動可能受限。因此，不管在其上安裝了吸引橡膠300的設備是否接地或不接地，半導體晶片均可能受靜電破壞，並且因此可能產生半導體晶片的缺陷。
如果吸引部分320的表面電阻值小於105Ω/sq，那麼當吸引橡膠300使用了較長一段時間之後形成污染物時，附加到吸引橡膠300中用於使吸引橡膠300能導電的添加劑會與吸引部分320分離。因此，如果在沒有移除分離的添加劑的情況下完成半導體裝配過程，那麼在半導體晶片被吸引、傳遞、接合到引線框上並且進行導線接合時，與吸引部分320分離的添加劑可能會黏住導線，引起相鄰導線之間的短路，因為相鄰導線之間的距離很短。
如上文所描述，根據本發明，用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭經配置使得可以易於從夾頭固持器上拆卸板以及吸引橡膠並且進行更換。此外，當半導體晶片被吸引以被拾起時，吸引力可以穩定地施加到半導體晶片上，並且可以將在拾起並且傳遞半導體晶片時產生的有缺陷的半導體晶片的比例降至最低。
1‧‧‧夾頭
100‧‧‧夾頭固持器
110‧‧‧管
111‧‧‧固持器真空孔
120‧‧‧板耦合凹口
121‧‧‧真空感應空間
130‧‧‧板縮回部分
200‧‧‧板
211、211’‧‧‧板真空孔
300‧‧‧吸引橡膠
310‧‧‧上部耦合部分
311、311’‧‧‧橡膠真空孔
320‧‧‧吸引部分

Claims (5)

  1. 一種用於拾起並且傳遞半導體晶片的夾頭，所述夾頭包括：具有磁性特徵以及長方體形狀的夾頭固持器，所述夾頭固持器包括從其上側伸出的施加真空的管以及在其下側中形成的矩形的板耦合凹口，所述施加真空的管包括朝下穿過所述管的固持器真空孔；通過實體安裝以及磁性耦合到所述板耦合凹口上的金屬板；以及接合到所述板的下側上的柔性的吸引橡膠，其中，通過斜切沿著對角線彼此面對的所述夾頭固持器的拐角形成板縮回部分以便打開所述板耦合凹口，並且在所述板耦合凹口上形成真空感應空間，其中，通過所述板以規律的間距成行以及成列地形成多個板真空孔，並且當所述板耦合到所述板耦合凹口上時，所述板真空孔與所述真空感應空間連通並且分佈施加到其上的真空吸引力，而所述板對應於所述板縮回部分的拐角通過所述板縮回部分而暴露於所述夾頭固持器的外部，其中，所述吸引橡膠包括：耦合到所述板上的上部耦合部分；具有外圓周小於所述上部耦合部分的外圓周並且從所述上部耦合部分的下側伸出的吸引部分，所述吸引部分與所述上部耦合部分形成為一整塊；以及通過所述吸引橡膠以規律的間距成行以及成列地形成的橡膠真空孔，所述橡膠真空孔垂直地與板真空孔對準。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的夾頭，其中所述真空感應空間通過使所述夾頭固持器的所述板耦合凹口的上側的中心區域 凹陷來形成，並且所述真空感應空間大於其中佈置有所述板真空孔的整個區域。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的夾頭，其中在所述夾頭固持器的所述板耦合凹口的上側中形成環形的密封件耦合凹槽，並且將柔性的密封件插入到所述密封件耦合凹槽中，其插入方式使得所述密封件在朝下方向上部分地伸出，以便在所述密封件的伸出部分內部形成所述真空感應空間，並且所述真空感應空間大於其中佈置有所述板真空孔的整個區域。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的夾頭，其中所述吸引橡膠的所述吸引部分的下側彎曲成朝下凸起的形狀。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的夾頭，其中所述吸引橡膠具有導電性，並且通過加熱以及壓縮以下成分製成：重量百分比為70%到80%的橡膠或矽酮作為主要成分；重量百分比為3%到15%的抗靜電劑；重量百分比為2%到20%的選自炭黑、科琴黑、石墨或其組合的碳基底；以及重量百分比為0.5%到10%的碳奈米管，使得所述吸引橡膠具有105Ω/sq到1012Ω/sq的表面電阻值。
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