WO2007079769A1 - Werkzeug zum aufnehmen, absetzen oder anpressen eines flächigen objektes und verwendung des werkzeugs - Google Patents

Werkzeug zum aufnehmen, absetzen oder anpressen eines flächigen objektes und verwendung des werkzeugs Download PDF

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WO2007079769A1
WO2007079769A1 PCT/EP2005/057149 EP2005057149W WO2007079769A1 WO 2007079769 A1 WO2007079769 A1 WO 2007079769A1 EP 2005057149 W EP2005057149 W EP 2005057149W WO 2007079769 A1 WO2007079769 A1 WO 2007079769A1
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tool head
shaft
tool according
face
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PCT/EP2005/057149
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French (fr)
Inventor
Jochen Köhler
Johannes Schuster
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Alphasem Gmbh
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67132—Apparatus for placing on an insulating substrate, e.g. tape
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    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6838—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping with gripping and holding devices using a vacuum; Bernoulli devices

Definitions

  • the invention relates to a tool for receiving, depositing or pressing a flat object, in particular a semiconductor chip or an adhesive film from or onto a work surface according to the preamble of claim 1.
  • a flat object in particular a semiconductor chip or an adhesive film from or onto a work surface according to the preamble of claim 1.
  • Such devices may, for example, for picking ("pecking") of semiconductor chips of a Wafer or a magazine can be used.
  • Such devices are further used in particular in the field of chip mounting.
  • semiconductor chips in particular unhoused semiconductor chips (so-called "dice"), are deposited or bonded onto corresponding substrates or onto other dice, followed by further method steps such as repressing, curing, wire bonding, soldering, encapsulation and dicing.
  • Gluing For connecting the chip to a substrate or other work surface, there are a variety of different processes such as e.g. Gluing, soldering or laminating. Regardless of which bonding process is used, there is basically the requirement that the chip should be connected as plane-parallel as possible to the work surface after completion of the bonding process.
  • Another problem is that the adhesives or other materials applied to form the joint may be irregularly distributed. As a result, during the bonding process, irregular force distributions and also internal stresses in the semiconductor chip can continue to occur, which in turn can have a negative effect on the reliability of the encapsulated component.
  • the tool should be designed in such a way that internal stresses in the placed or fixed planar object are practically excluded and, in particular, that statistically distributed imbalances can be independently compensated for each operation via different bond positions.
  • the tool should continue to be versatile and easy to produce.
  • the tool should also be suitable as a pick tool in a pick process, whereby damage to the chip can be ruled out and work can be done with minimal picking forces.
  • the tool head can preferably be provided with a flat end face.
  • semiconductor chips particularly preferably unhoused semiconductor chips, come into consideration as planar objects.
  • the device can press-on already deposited semiconductor chips onto a substrate or onto other semiconductor chips by means of pressure or in one working step, as in US 2003/0115747 A1. lay and press. Of course, but also adhesive films (as flat objects) could be used.
  • a preferably approximately flat end face of the tool head By using a preferably approximately flat end face of the tool head, a uniform application over the entire surface of the object can be ensured. With the joint arrangement also obliquely lying flat objects can be applied in an advantageous manner by means of pressure.
  • the device is also suitable for receiving flat elements with the aid of a so-called "pick and place" device. Such devices are known and used for example from WO 97/32460. In such facilities usually only low pressing forces are needed.
  • the tool head is a plate made of a hard material.
  • the plate may in particular be made of a metal, e.g. Steel exist.
  • Such a tool is simple and inexpensive to produce.
  • Other hard materials such as e.g. Ceramics are conceivable.
  • Such tool heads are known from EP 1 489 655 A1 and / or US 2003/0115747 A1.
  • the tool head may be supported by a ball joint on the shaft.
  • a spherical concave portion and a complementary convex portion may be arranged on the shaft for the ball and socket joint.
  • the joint arrangement has a joint center, which between the end face and a Rear side of the tool head is located.
  • the joint center is located approximately on the front side of the tool head. With this arrangement, lateral movements can be avoided when compensating for the imbalance.
  • Joint center is understood here as the pivot point of the joint arrangement.
  • the joint arrangement can be designed as a hinge or as a bending joint.
  • the joint arrangement may contain a compensating means, which yields upon application of the stop surface by means of pressure in the pressing direction, whereby the flat object is treated particularly gently.
  • the compensating means may consist of an elastic material, in particular rubber, rubber or a rubber-like material.
  • Either the tool head or the shaft may have a condyle that is received in a corresponding socket of either the shaft or the tool head.
  • the joint assembly may further comprise an O-ring (as compensating means) disposed between the condyle and the socket.
  • O-ring as compensating means
  • the shaft has a joint head with a preferably circumferential groove for the O-ring.
  • the provided with the O-ring shaft can be snapped into the socket of the tool head.
  • the socket can have a corresponding undercut (preferably formed by a groove).
  • the tool is an assembly tool with which the object can be picked up, placed and fixed at the same time.
  • it can have a vacuum channel arranged in the tool head and at least one distribution channel arranged in the tool head for sucking the object against the end face of the tool head.
  • a central cavity may be formed which communicates with the vacuum channel of the stem and from which one or more distribution channels emanate laterally from the condyle.
  • the cavity provides an advantageous distribution chamber for a vacuum system for aspirating objects.
  • the invention also relates to the use of a tool as described above for lifting (picking) of isolated, adhering to a wafer film semiconductor chips, which are brought by suitable means in a detachment position (eg needle picking).
  • a tool as described above for lifting (picking) of isolated, adhering to a wafer film semiconductor chips, which are brought by suitable means in a detachment position (eg needle picking).
  • the problem with these stripping methods is that, depending on the surroundings of the chip to be picked up, different lateral forces act on the chip via the film and, if appropriate, a sliding surface may result in the stripping position on the ejection means. This sliding surface apparently affects the suction effect, which must be compensated with an increased contact pressure. In an unfavorable constellation, however, the entire contact force is initiated on a single needle tip or on another ejection means, whereby mechanical damage can occur.
  • the inventive tool cannot be avoided. Without excessive contact forces, the Picktool always lies flat on the chip, which ensures a good
  • the use of a tool according to the invention is also particularly advantageous for receiving and / or depositing an adhesive film in a process for processing semiconductor chips.
  • the handling of these adhesive films is particularly difficult in the precision required in such processes.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a tool according to the invention for pressing on a flat object already placed on a substrate
  • FIG. 2 shows an alternative exemplary embodiment to FIG. 1, in which the tool is an assembly tool, a flat object to be fixed being detachably attached to the tool head,
  • FIG. 3 a schematic representation of a tool in a first unloaded position
  • FIG. 4 shows the tool according to FIG. 3 in a second position, in which an end face of the tool head impinges on one stop face on one side (tilted position),
  • FIG. 5 shows the tool according to FIG. 3 in a third position, in which the tool head is adapted to the stop surface for a pressing operation;
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a tool with a ball joint
  • FIG. 7 shows an alternative tool with a ball joint
  • FIG. 8 shows an embodiment of a tool with a bending joint of an elastic material
  • FIG. 9 shows a further exemplary embodiment of a tool with a spring element
  • FIG. 10 shows a side view with a partial section of a tool
  • FIG. 11 shows an exploded view of the tool according to FIG. 10 (in each case in cross section), FIG.
  • FIG. 12 shows a perspective view of a tool head for the tool according to FIG. 10,
  • FIG. 13 shows a view of the end face of the tool head of the tool according to FIG. 10, FIG.
  • FIG. 14 shows a further side view of the tool head of the tool according to FIG. 10,
  • Figure 15 is a side view of a multi-chip arrangement consisting of two stacked chips
  • Figure 16 is a schematic representation of a tool as a picking tool in a needle pick-removal method.
  • FIG. 1 shows a device for fixing a semiconductor chip 2, for example an unhoused semiconductor chip, to a substrate 7 lying on a substrate support 21.
  • the semiconductor chip 2 was previously placed on the working surface 8 covered with an adhesive 24.
  • the adhesive may - before curing - be liquid or have a pasty consistency.
  • an adhesive film of the known type or a solid adhesive can be used.
  • the semiconductor chip 2 can be pressed against the working surface 8.
  • the tool 3 consists of a movable against the working surface 8 shaft 4 and a tool head 5, which is mounted by means of a hinge assembly 12 articulated on the shaft 4.
  • the tool head 5 has an end face 6, which can act on a stop surface 22 of the object 2.
  • the stop surface 22 and the end face 6 are plane-parallel already in the illustrated rest position of the tool. In an existing imbalance deviations are compensated by means of the joint assembly 12 in the working position, so that the semiconductor chip 2 is pressed over the entire surface and evenly.
  • the tool 3 can also be used as an assembly tool.
  • the tool head 5 is to be designed in such a way that the semiconductor chip 2 can be fastened detachably on the end face 6 of the tool head 5.
  • an adhesive film or another flat object could also be deposited on the substrate (cf also FIG. 15).
  • the underside 9 of the chip runs approximately plane-parallel to the end face 6 of the tool head. With such a deposit function Obviously, deviations in the plane parallelism between the underside 9 of the chip and the working surface 8 are compensated, which is limited here by the adhesive layer.
  • FIGS. Figures 6 and 7 show a ball joint with a joint center designated 15.
  • the ball joint according to FIG. 7 has a shank at whose front end a spherically concave section 13 is arranged. Accordingly, a complementary convex portion 14 is arranged on the tool head 5.
  • the arrangement according to FIG. 7 is therefore particularly advantageous because the joint center 15 lies on the end face 6.
  • FIGS. 8 and 9 show that the joint arrangement 12 can also be designed as a bending joint.
  • FIG. 8 and 9 show that the joint arrangement 12 can also be designed as a bending joint.
  • the shaft 4 for producing the joint is connected to the tool head 5 by means of an element 30 made of an elastic and / or deformable material.
  • the shaft 4 is connected to the tool head 5 via a spring arrangement 31 in order to produce the joint.
  • the spring arrangement may be, for example, a helical spring or else a plate spring, which is clamped between the shank 4 and the tool head 5.
  • the joint center 15 is preferably always located between the end face 6 and the rear side 23 of the tool head 5. In certain cases, however, another geometric arrangement would be conceivable. In addition, it would be possible to limit the joint movement with limiting elements, either only with respect to the maximum possible angle of inclination and / or with respect to the permitted deflection direction.
  • FIGS. 10 to 14 show a particularly advantageous embodiment of a tool 3 for fixing flat objects on a substrate.
  • the shaft 4 is snapped with the O-ring 16 in the socket 11 of the tool head 5.
  • a central cavity 25 is formed, which is in communication with a vacuum channel 20. From this distribution channels for sucking objects go to the end face 6 (see the following figures 11 to 14).
  • the individual components of the tool are shown in FIG.
  • the O-ring 16 is advantageously made of rubber or other elastic material and can be used in the designated 17 groove at the front end of the shaft 4 become.
  • a groove 18 is arranged for receiving the O-ring 16.
  • distribution channels 26 can be made in a simple manner by means of bores.
  • the other transverse bores 28 each extend parallel to the end face 6 and are designed such that a channel connection between the cavity (FIG. 10) and suction holes 27 is formed.
  • the holes 28 can each be closed by steel balls or other fasteners to the outside.
  • FIG. 15 shows the structure of a "stacked die".
  • a second semiconductor chip 2 is to be placed on an adhesive film 29.
  • This adhesive film is mounted on a first semiconductor chip labeled 2 f , which is adhesively bonded to a substrate 7 embedded in an epoxy adhesive 24.
  • the upper side of the adhesive film 29 and thus also the working surface 8 does not extend plane-parallel to the substrate 7 or to the underside 9 of the chip 2. Consequently, the underside 9 of the second chip 2 must be able to adapt to the corresponding skew, which is made possible by the described tool becomes.
  • FIG. 16 shows the use of a tool according to the invention as a picking tool, in particular for so-called needle picking.
  • a tool according to the invention as a picking tool, in particular for so-called needle picking.
  • already isolated semiconductor chips 2 are lifted from a wafer foil 32 in a manner known per se, the detachment process being assisted by the foil by ejection needles 33 which are pushed against the foil from below in the region of the chip to be removed.
  • An adjacent chip 34 remains unaffected by this process, whereby its existing or non-existent, however, may affect the movement behavior of the wafer film 32.
  • the tool 3 compensates for the possibly existing skew, so that no excessive point load on individual needles occurs when the chip is picked up.
  • the use of the inventive tool is not limited to the needle picking. Even with other picking method, the compensation of a possible imbalance is advantageous.

Abstract

Zum Handhaben eines flächigen Objekts (2) wie z.B. eines Halbleiterchips (2) relativ zu einer Arbeitsfläche (7) ist ein gegen die Arbeitsfläche bewegbares Werkzeug (3) vorgesehen, das einen Schaft (4) und einen mit dem Schaft verbundenen Werkzeugkopf (5) mit einer ebenen Stirnseite (6) zum Beaufschlagen einer Anschlagfläche (22) des Objekts mittels Druck aufweist, wobei der Werkzeugkopf (5) mit Hilfe einer Gelenkanordnung (12) derart gelenkig am Schaft (4) gelagert ist, dass zum Ausgleich einer Schieflage in Bezug auf die Winkellage des Objektes (2) und/oder der Arbeitsfläche (7) die Stirnseite (6) anpassbar ist.

Description

Werkzeug zum Aufnehmen, Absetzen oder Anpressen eines flächigen Objektes und Verwendung des Werkzeugs
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Aufnehmen, Absetzen oder Anpressen eines flächigen Objektes, insbesondere eines Halbleiterchips oder einer Klebefolie von einer bzw. auf eine Arbeitsfläche gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige Vorrichtungen können beispielsweise zum Abnehmen ("Picken") von Halbleiterchips von einem Wafer oder einem Magazin eingesetzt werden. Derartige Vorrichtungen werden weiter insbesondere im Bereich der Chipmontage verwendet. Dabei werden Halbleiterchips, insbesondere ungehäuste Halbleiterchips (so genannte „Dice") auf entsprechende Substrate oder auf andere Dice abgelegt bzw. ge- bondet . Danach können weitere Verfahrensschritte wie z.B. Nachpressen, Aushärten, Wirebonding, Aufschmelzen von Lötverbindungen, Verkapseln und Vereinzeln folgen.
Für das Verbinden des Chips mit einem Substrat oder mit einer anderen Arbeitsfläche gibt es eine Vielzahl verschiedener Prozesse wie z.B. Kleben, Löten oder Laminieren. Unabhängig davon, welcher Bondprozess angewendet wird, besteht grundsätzlich die Forderung, dass der Chip nach Abschluss des Bondprozesses möglichst planparallel mit der Arbeitsfläche verbunden sein soll.
Die Forderung nach Planparallelität hat insbesondere mit der Weiterverarbeitung in sogenannten Drahtbondern zu tun, welche ansonsten die Verbindungsdrähte auf verschiedenen Höhen absetzen müssten. Andererseits ist eine ungleichmässige Verbindung immer ungünstig in Bezug auf die Zuverlässigkeit des verkapselten Bauelementes. Derartige elektronische Bauelemente sind entweder bereits zu Beginn defekt oder weisen eine kurze Lebensdauer auf. Die genannten Probleme treten in besonders ausgeprägter Form bei sogenannten Multichip-Packages auf, bei denen mehrere einzelne Chips in einem Paket aufeinander gestapelt werden. Bei diesen Multichip-Packages besteht eine zusätzliche Schwierigkeit darin, dass die im Stapel weiter oben liegenden Chips auf ggf. schon zur Arbeitsfläche geneigt liegende untere Chips gebondet werden müssen. Diese Schiefläge hat zudem einen statistisch in alle Richtungen verteilten Anteil, welcher nicht durch einen Einstellungsmechanismus mit fixem Winkel ausgeglichen werden kann.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass die zur Herstellung der Verbindung aufgebrachten Kleber oder andere Matarialien unregel- mässig verteilt sein können. Dadurch kann es weiterhin beim Bondprozess zu unregelmässigen Kraftverteilungen und auch zu inneren Spannungen im Halbleiterchip kommen, was sich wiederum negativ auf die Zuverlässigkeit des gekapselten Bauelementes auswirken kann.
Es sind bereits Lösungsansätze bekannt, die sich mit dieser Problematik beschäftigen. Die US 2003/0115747 Al beschreibt beispielsweise ein Montage-Werkzeug, an dessen Werkzeugkopf ein Halbleiterchip ansaugbar ist. Der Werkzeugkopf weist eine konvexe Stirnseite auf und besteht aus einem elastisch deformierbaren Material. Nachteilig an diesem Werkzeug ist, dass der elastisch deformierbare Werkzeugkopf unter Druck zwar in Bewegungsrichtung nachgibt, sich jedoch gleichzeitig in Querrichtung ausdehnt. Auf den Halbleiterchip wirken somit unvorteilhafte Querkräfte. Weiterhin entsteht hier auch eine inhomogene Kraftverteilung, da der Werkzeugkopf in der Mitte stärker verformt wird. Eine ähnliche Vorrichtung zeigt ebenfalls die EP 1 489 655 Al. Hier wird jedoch statt eines Halbleiterchips eine Klebefolie auf ein Substrat fixiert. Nachteilig ist auch hier, dass beim Pressvorgang unvorteilhafte Querkräfte wirken. Die Klebefolie kann sich beim Pressvorgang verziehen oder allenfalls verschieben. Aber auch beim Lösen und Aufnehmen eines Chips von einem Wafer können sich erhebliche Probleme durch Abweichungen bezüglich der Parallelität zwischen Aufnahmewerkzeug und Chipoberfläche ergeben. Derartige Pickverfahren sind beispielsweise beschrieben in der US 6 561 743. Eine Lateralbewegung des Chips gegen das Aufnahmewerkzeug während des Pickprozesses sollte dabei möglichst vermieden werden. Eine derartige Lateralbewegung kann sich jedoch beim Ansaugen des Chips einstellen, wenn eine Schrägstellung des Picktools relativ zur Chipoberseite gegeben ist.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden, insbesondere ein Werkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem ein zu handhabendes, insbesondere ein zu fixierendes oder ein abzuhebendes flächiges Objekt auf schonende Art und Weise behandelt wird. Das Werkzeug soll derart ausgebildet sein, dass innere Spannungen im platzierten bzw. fixierten flächigen Objekt praktisch ausgeschlossen sind und insbesondere dass über verschiedene Bondpositionen statistisch verteilte Schieflagen bei jedem Vorgang selbständig kompensierbar sind. Das Werkzeug soll weiter vielseitig anwendbar und einfach herstellbar sein. Schliesslich soll sich das Werkzeug auch als Pick-Werkzeug in einem Pick-Prozess eignen, wobei Beschädigungen des Chips ausgeschlossen werden und wobei mit minimalen Pickkräften gearbeitet werden kann.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäss mit einer Vorrichtung gelöst, die die Merkmale im Anspruch 1 aufweist. Der Werkzeugkopf kann bevorzugt mit einer ebenen Stirnseite versehen sein. Als flächige Objekte kommen insbesondere Halbleiterchips, besonders bevorzugt ungehäuste Halbleiterchips in Frage. Die Vorrichtung kann dabei bereits abgelegte Halbleiterchips auf ein Substrat oder auf andere Halbleiterchips mittels Druck nachpressen oder in einem Arbeitsschritt - wie bei der US 2003/0115747 Al - auf- legen und anpressen. Selbstverständlich könnten aber auch Klebefolien (als flächige Objekte) verwendet werden. Durch die Verwendung einer vorzugsweise etwa planen Stirnseite des Werkzeugkopfs kann eine gleichmässige Beaufschlagung über die gesamte Fläche des Objektes gewährleistet werden. Mit der Gelenkanordnung können auch schief liegende flächige Objekte auf vorteilhafte Art und Weise mittels Druck beaufschlagt werden. Die Vorrichtung eignet sich weiter auch zum Aufnehmen von flächigen Elementen mit Hilfe einer sogenannten "Pick and Place"- Einrichtung. Derartige Einrichtungen sind beispielsweise aus der WO 97/32460 bekannt und gebräuchlich. Bei solchen Einrichtungen sind in der Regel nur geringe Presskräfte nötig.
Vorteilhaft kann es sein, wenn wenigstens die Stirnseite des Werkzeugkopfes starr ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Werkzeugkopf eine Platte aus einem harten Material ist. Die Platte kann insbesondere aus einem Metall wie z.B. Stahl bestehen. Ein solches Werkzeug ist einfach und kostengünstig herstellbar. Auch andere harte Werkstoffe wie z.B. Keramik sind denkbar. Selbstverständlich könnte es aber auch vorteilhaft sein, die Gelenkanordnung mit einem Werkzeugkopf zu kombinieren, der aus einem elastisch deformierbaren Material besteht und/oder dessen Stirnseite konkav ausgebildet ist. Derartige Werkzeugköpfe sind aus der EP 1 489 655 Al und/oder der US 2003/0115747 Al bekannt.
Der Werkzeugkopf kann durch ein Kugelgelenk am Schaft gelagert sein. Für das Kugelgelenk kann beispielsweise am Schaft ein sphärisch konkaver Abschnitt und am Werkzeugkopf ein komplementärer konvexer Abschnitt angeordnet sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Gelenkanordnung ein Gelenkzentrum auf, das zwischen der Stirnseite und einer Rückseite des Werkzeugkopfs liegt. Versuche haben gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn das Gelenkzentrum etwa auf der Stirnseite des Werkzeugkopfs liegt. Mit dieser Anordnung können Querbewegungen beim Ausgleich der Schieflage vermieden werden. Unter Gelenkzentrum wird hier der Drehpunkt der Gelenkanordnung verstanden.
Die Gelenkanordnung kann als Drehgelenk oder als Biegegelenk ausgestaltet sein.
Die Gelenkanordnung kann ein Kompensationsmittel enthalten, das beim Beaufschlagen der Anschlagfläche mittels Druck in Pressrichtung nachgibt, wodurch das flächige Objekt besonders schonend behandelt wird.
Das Kompensationsmittel kann aus einem elastischen Material, insbesondere aus Gummi, Kautschuk oder einem gummiähnlichen Material bestehen.
Entweder der Werkzeugkopf oder der Schaft kann einen Gelenkkopf aufweisen, der in eine korrespondierende Gelenkpfanne entweder des Schafts oder des Werkzeugkopfs aufgenommen ist. Die Gelenkanordnung kann weiter einen O-Ring (als Kompensationsmittel) aufweisen, welcher zwischen Gelenkkopf und Gelenkpfanne angeordnet ist. Selbstverständlich sind auch andere Elemente aus Gummi oder einem anderen elastischen Material vorstellbar.
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn der Schaft ein Gelenkkopf mit einer vorzugsweise umlaufenden Nut für den O-Ring aufweist. Dabei kann der mit dem O-Ring versehene Schaft in die Gelenkpfanne des Werkzeugkopfs aufschnappbar sein. Für eine solche Schnappverbindung kann die Gelenkpfanne eine entsprechende Hin- terschneidung (vorzugsweise gebildet durch eine Nut) aufweisen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass je nach Objekt verschiedene Werkzeugköpfe auf einfach Art und Weise an den Schaft befestigt werden können. Somit zeichnet sich die Vorrichtung durch einen vielseitigen Einsatzbereich aus.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Werkzeug ein Montage-Werkzeug ist, mit welchem das Objekt gleichzeitig aufgenommen, aufgelegt und fixiert werden kann. Dazu kann es einen im Werkzeugkopf angeordneten Vakuumkanal und wenigstens einen im Werkzeugkopf angeordneten Verteilkanal zum Ansaugen des Objekts an die Stirnseite des Werkzeugkopfs aufweisen.
Zwischen Gelenkkopf und Gelenkpfanne kann ein zentraler Hohlraum gebildet sein, der mit dem Vakuumkanal des Schafts in Verbindung steht und von welchem seitlich ein oder mehrere Verteilkanäle vom Gelenkkopf ausgehen. Der Hohlraum schafft eine vorteilhafte Verteilkammer für ein Vakuum-System zum Ansaugen von Objekten.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Werkzeugs wie oben beschrieben zum Abheben (picken) von vereinzelten, auf einer Waferfolie haftenden Halbleiterchips, welche mit Hilfe von geeigneten Mitteln in eine Ablöseposition gebracht werden (z.B. needle picking) . Bei diesen Ablöseverfahren tritt nämlich das Problem auf, dass je nach Umgebung des abzuhebenden Chips unterschiedliche Lateralkräfte über die Folie auf den Chip einwirken und dass sich gegebenenfalls in der Ablöseposition auf den Aus- stossmitteln eine Schiefläge ergeben kann. Diese Schiefläge beeinträchtigt ersichtlicherweise die Saugwirkung, was mit einem erhöhten Anpressdruck kompensiert werden muss. Bei einer ungünstigen Konstellation wird dabei jedoch die gesamte Anpresskraft auf eine einzige Nadelspitze oder auf ein anderes Ausstossmittel eingeleitet, wodurch mechanische Beschädigungen eintreten können. Durch die Verwendung des erfindungsgemässen Werkzeugs können diese Nachteile vermieden werden. Ohne übermässige Anpresskräfte liegt das Picktool immer flächig auf dem Chip auf, womit eine gute Ansaugwirkung gewährleistet ist. Bei einem optimalen Kontakt zwischen Werkzeugkopf und Chipoberseite werden laterale Verschiebungen zwischen Werkzeug und Chip vermieden.
Die Verwendung eines erfindungsgemässen Werkzeugs eignet sich auch besonders vorteilhaft zum Aufnehmen und/oder Absetzen einer Klebefolie in einem Prozess zum Verarbeiten von Halbleiterchips. Die Handhabung dieser Klebefolien ist bei der in solchen Prozessen geforderten Präzision besonders schwierig.
Weitere Vorteile und Einzelmerkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und aus den Zeichnungen. Es zeigen:
Figur 1 eine schematisierte Darstellung eines erfindungsgemässen Werkzeugs zum Anpressen eines bereits auf ein Substrat aufgelegten flächigen Objekts,
Figur 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel zu Figur 1, bei welchem das Werkzeug ein Montage-Werkzeug ist, wobei an den Werkzeugkopf ein zu fixierendes flächiges Objekt lösbar angebracht ist,
Figur 3 eine schematisierte Darstellung eines Werkzeugs in einer ersten unbeaufschlagten Stellung,
Figur 4 das Werkzeug gemäss Figur 3 in einer zweiten Stellung, in welcher eine Stirnseite des Werkzeugkopfs einseitig auf eine Anschlagfläche auftrifft (Schieflage) , Figur 5 das Werkzeug gemäss Figur 3 in einer dritten Stellung, in welcher der Werkzeugkopf für einen Pressvorgang an die Anschlagfläche angepasst ist,
Figur 6 eine schematische Darstellung eines Werkzeugs mit einem Kugelgelenk,
Figur 7 ein alternatives Werkzeug mit einem Kugelgelenk,
Figur 8 ein Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs mit einem Biegegelenk aus einem elastischen Material,
Figur 9 ein weiters Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs mit einem Federelement,
Figur 10 eine Seitenansicht mit einem Teilschnitt auf ein Werkzeug,
Figur 11 eine Explosionsdarstellung des Werkzeugs gemäss Figur 10 (jeweils im Querschnitt) ,
Figur 12 eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugkopfs für das Werkzeug gemäss Figur 10,
Figur 13 eine Ansicht auf die Stirnseite des Werkzeugkopfs des Werkzeugs gemäss Figur 10,
Figur 14 eine weitere Seitenansicht auf den Werkzeugkopf des Werkzeugs gemäss Figur 10,
Figur 15 eine Seitenansicht auf eine Multi-Chip-Anordnung bestehend aus zwei gestapelten Chips, und Figur 16 die schematische Darstellung eines Werkzeugs als Pickwerkzeug bei einem Needle-Pick-Ablöseverfahren.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum Fixieren eines Halbleiterchips 2, beispielsweise eines ungehäusten Halbleiterchips, auf ein auf einer Substratauflage 21 liegendes Substrat 7. Der Halbleiterchip 2 wurde vorgängig auf der mit einem Klebstoff 24 bedeckten Arbeitsfläche 8 aufgesetzt. Der Klebstoff kann - vor dem Aushärten - flüssig sein oder eine pastöse Konsistenz aufweisen. Selbstverständlich kann als Klebstoff auch eine Klebefolie der bekannten Art oder ein fester Klebstoff verwendet werden. Mit Hilfe eines mit 3 bezeichneten Werkzeugs kann der Halbleiterchip 2 gegen das die Arbeitsfläche 8 gepresst werden. Das Werkzeug 3 besteht aus einem gegen die Arbeitsfläche 8 bewegbaren Schaft 4 und aus einem Werkzeugkopf 5, der mit Hilfe einer Gelenkanordnung 12 gelenkig am Schaft 4 gelagert ist. Der Werkzeugkopf 5 verfügt über eine Stirnseite 6, welche eine Anschlagfläche 22 des Objekts 2 beaufschlagen kann. Im Idealfall verlaufen die Anschlagfläche 22 und die Stirnseite 6 bereits in der dargestellten Ruhestellung des Werkzeugs planparallel. Bei einer vorhandenen Schieflage werden Abweichungen mit Hilfe der Gelenkanordnung 12 in der Arbeitsstellung kompensiert, sodass der Halbleiterchip 2 vollflächig und gleichmässig angepresst wird.
Wie Figur 2 zeigt, kann das Werkzeug 3 ebenfalls als Montagewerkzeug verwendet werden. Dazu ist der Werkzeugkopf 5 derart auszubilden, dass der Halbleiterchip 2 lösbar an der Stirnseite 6 des Werkzeugkopfs 5 befestigbar ist. Statt eines Halbleiterchips könnte auch eine Klebefolie oder ein anderes flächiges Objekt auf das Substrat abgelegt werden (vgl. dazu auch Fig. 15) . Die Unterseite 9 des Chips verläuft etwa planparallel zur Stirnseite 6 des Werkzeugkopfs . Bei einer derartigen Ablegefunktion werden ersichtlicherweise Abweichungen in der Planparallelität zwischen der Unterseite 9 des Chips und der Arbeitsfläche 8 kompensiert, welche hier durch die KlebstoffSchicht begrenzt wird.
Anhand der Figuren 3 bis 5 ist die grundsätzliche Funktionsweise des Werkzeugs 3 dargestellt. In der in Figur 3 gezeigten ersten Stellung befindet sich der Werkzeugkopf 5 vor dem Beaufschlagen der Anschlagfläche 22 in einer Ruhestellung. Wie aus Figur 4 hervorgeht, liegen die Stirnseite 6 einerseits und die Anschlagfläche 22 andererseits nicht auf planparallelen Ebenen. Diese Ebenen definieren eine mit Y gekennzeichneten Neigungswinkel (Schieflage) . Wird das Werkzeug 3 weiter in e-Richtung bewegt, so passt sich wegen der Gelenkanordnung 12 die Stirnseite 6 des Gelenkkopfs 5 an die Anschlagfläche 22 an. Diese Stellung ist in Figur 5 gezeigt, in welcher der Werkzeugkopf an der Anschlagfläche 22 anliegt. Wird die Anschlagfläche 22 nun weiter mit einer Kraft F beaufschlagt, so ergibt sich beim Pressvorgang wenigstens im Bereich der Stirnseite des Werkzeugkopfs eine gleichmäs- sige Kräfteverteilung auf die Anschlagfläche 22. Im Falle einer fixen Werkzeugkopf-Schaft-Anordnung, würde sich beim Pressvorgang eine einseitige Kraftverteilung ergeben und zu den oben angegebenen Nachteilen führen.
In den Figuren 6 bis 9 sind Ausführungsbeispiele von Gelenkanordnungen 12 dargestellt. Die Figuren 6 und 7 zeigen ein Kugelgelenk mit einem mit 15 bezeichneten Gelenkzentrum. Das Kugelgelenk gemäss Figur 7 weist einen Schaft auf, an dessen vorderen Ende ein sphärisch konkaver Abschnitt 13 angeordnet ist. Entsprechend ist am Werkzeugkopf 5 ein komplementärer konvexer Abschnitt 14 angeordnet. Die Anordnung gemäss Figur 7 ist deshalb besonders vorteilhaft, weil das Gelenkzentrum 15 auf der Stirnseite 6 liegt. Damit können Querbewegungen bzw. Querkräfte bei einem Pressvorgang auf ein zu fixierendes Objekt oder bei einem Platziervorgang mit anschliessendem Bondprozess vollständig vermieden werden. Die Figuren 8 und 9 zeigen, dass die Gelenkanordnung 12 auch als Biegegelenk ausgestaltet sein kann. In Figur 8 ist der Schaft 4 zur Herstellung des Gelenks mit dem Werkzeugkopf 5 durch ein Element 30 aus einem elastischen und/oder deformierbaren Material verbunden. In Figur 9 ist zur Herstellung des Gelenks der Schaft 4 über eine Federanordnung 31 mit dem Werkzeugkopf 5 verbunden. Bei der Federanordnung kann es sich beispielsweise um eine Schraubenfeder handeln oder auch um eine Tellerfeder, welche zwischen Schaft 4 und Werkzeugkopf 5 eingespannt ist.
Das Gelenkzentrum 15 liegt vorzugsweise immer zwischen der Stirnseite 6 und der Rückseite 23 des Werkzeugkopfs 5. In bestimmten Fällen wäre allerdings auch eine andere geometrische Anordnung denkbar. Ausserdem wäre es möglich, die Gelenkbewegung mit Begrenzungselementen zu begrenzen und zwar entweder nur in Bezug auf den maximal möglichen Neigungswinkel und/oder auch in Bezug auf die erlaubte Auslenkrichtung.
Die Figuren 10 bis 14 zeigen eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines Werkzeugs 3 zum Fixieren flächiger Objekte auf einem Substrat. Beim in Figur 10 gezeigten Werkzeug 3 ist der Schaft 4 mit dem O-Ring 16 in der Gelenkpfanne 11 des Werkzeugkopfs 5 aufgeschnappt. Zwischen Gelenkkopf 10 und Gelenkpfanne 11 ist ein Zentraler Hohlraum 25 gebildet, der mit einem Vakuumkanal 20 in Verbindung steht. Von diesem gehen Verteilkanäle zum Ansaugen von Objekten an die Stirnseite 6 aus (vgl. nachfolgende Figuren 11 bis 14) . Die einzelnen Bauteile des Werkzeugs sind in Figur 11 dargestellt. Der O-Ring 16 besteht vorteilhaft aus Gummi oder einem anderen elastischen Material und kann in die mit 17 bezeichnete Nut am vorderen Ende des Schafts 4 eingesetzt werden. Am Werkzeugkopf 5 ist zur Aufnahme des O-Rings 16 eine Nut 18 angeordnet.
Wie aus den Figuren 12 bis 14 hervorgeht, können Verteilkanäle 26 auf einfache Art und Weise mit Hilfe von Bohrungen hergestellt werden. Zur Herstellung der Sauglöcher 27 an der Stirnseite 6 des Werkzeugkopfs werden Sacklöcher gebohrt. Die übrigen Querbohrungen 28 verlaufen jeweils parallel zur Stirnseite 6 und sind derart ausgestaltet, dass eine Kanal-Verbindung zwischen Hohlraum (Figur 10) und Sauglöcher 27 entsteht. Die Bohrungen 28 können jeweils durch Stahlkugeln oder andere Verschlusselemente nach aussen verschlossen werden.
In Figur 15 ist der Aufbau eines "stacked die" gezeigt. Ein zweiter Halbleiterchip 2 soll auf eine Klebefolie 29 platziert werden. Diese Klebefolie ist auf einem mit 2f bezeichneten ersten Halbleiterchip angebracht, der eingebettet in einem Epo- xykleber 24 auf einem Substrat 7 angeklebt ist. Die Oberseite der Klebefolie 29 und damit auch die Arbeitsfläche 8 verläuft jedoch nicht planparallel zum Substrat 7 bzw. zur Unterseite 9 des Chips 2. Demzufolge muss sich auch die Unterseite 9 des zweiten Chips 2 der entsprechenden Schräglage anpassen können, was durch das beschriebene Werkzeug ermöglicht wird.
In Figur 16 ist der Einsatz eines erfindungsgemässen Werkzeugs als Pickwerkzeug insbesondere für das sogenannte Nadelpicken dargestellt. Dabei werden auf an sich bekannte Weise bereits vereinzelte Halbleiterchips 2 von einer Waferfolie 32 abgehoben, wobei der Ablöseprozess von der Folie durch Ausstossnadeln 33 unterstützt wird, welche im Bereich des abzuhebenden Chips von unten gegen die Folie gestossen werden. Ein benachbarter Chip 34 bleibt von diesem Vorgang unbeeinflusst, wobei dessen Vorhanden- sein oder NichtVorhandensein allerdings das Bewegungsverhalten der Waferfolie 32 beeinflussen kann.
Ist zwischen der Stirnseite 6 des Werkzeugkopfs 5 und der Anschlagfläche 22 des Chips 2 beim Ausstossen der Nadeln keine Planparallelität vorhanden, kompensiert das Werkzeug 3 die allenfalls vorhandenen Schieflage, sodass beim Aufnehmen des Chips keine übermässige punktuelle Belastung an einzelnen Nadeln eintritt.
Selbstverständlich ist die Verwendung des erfindungsgemässen Werkzeugs nicht auf das Nadelpicken beschränkt. Auch bei anderen Pickverfahren ist die Kompensation einer möglichen Schieflage vorteilhaft .

Claims

Patentansprüche
1. Werkzeug (3) zum Aufnehmen, Absetzen oder Anpressen eines flächigen Objektes (2), insbesondere eines Halbleiterchips oder einer Klebefolie von einer bzw. auf eine Arbeitsfläche (8) , mit einem aus einer Ruhestellung gegen die Arbeitsfläche in eine Arbeitsstellung bewegbaren Schaft (4) und mit einem mit dem Schaft verbundenen Werkzeugkopf (5) , der eine Stirnseite (6) zum Beaufschlagen einer Anschlagfläche (22) des Objekts (2) vorzugsweise unter Druck aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkopf (5) mit Hilfe einer Gelenkanordnung (12) derart gelenkig am Schaft (4) gelagert ist, dass die Stirnseite (6) des Werkzeugkopfs in der Arbeitsstellung selbständig an jede Schieflage des Objekts und/oder der Arbeitsfläche (8) anpassbar ist.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkopf (5) eine Platte aus einem harten Material, insbesondere aus Metall ist.
3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkopf (5) durch ein Kugelgelenk am Schaft (4) gelagert ist.
4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkanordnung (12) ein Gelenkzentrum (15) aufweist, das zwischen der Stirnseite (6) und einer
Rückseite (23) des Werkzeugkopfs (5) , vorzugsweise näher bei der Stirnseite (6) und besonders bevorzugt etwa auf der Stirnseite (6) des Werkzeugkopfs (5) liegt.
5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkanordnung ein Kompensationsmittel enthält, das beim Beaufschlagen der Anschlagfläche (22) unter Druck in Pressrichtung nachgibt.
6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsmittel aus einem elastischen Material, insbesondere aus Gummi oder einem gummiähnlichen Material besteht.
7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der Werkzeugkopf (5) oder der Schaft (4) einen Gelenkkopf (10) aufweist, der in eine korrespondierende Gelenkpfanne (11) entweder des Schafts (4) oder des Werkzeugkopfs (5) aufgenommen ist, wobei zwischen Gelenkkopf (10) und Gelenkpfanne (11) ein O-Ring (16) angeordnet ist.
8. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (4) einen Gelenkkopf (10) mit einer Nut (17) für den O-Ring (16) aufweist, wobei der mit dem O-Ring (16) versehene Schaft (4) in die Gelenkpfanne (11) des Werkzeugkopfs
(5) einschnappbar ist.
9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (4) wenigstens einen Vakuumkanal (20) und der Werkzeugkopf (3) wenigstens einen Verteilkanal (26) zum Ansaugen des Objekts (2) an die Stirnseite (6) aufweist .
10. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gelenkkopf (10) und Gelenkpfanne (11) ein zentraler Hohlraum (25) gebildet ist, der mit dem Vakuumkanal (20) in Verbindung steht und von welchem seitlich ein oder mehrere Verteilkanäle (26) ausgehen.
11. Verwendung eines Werkzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 10, zum Abheben (Picken) von vereinzelten, auf einer Wafer- folie haftenden Halbleiterchips, welche in eine Ablöseposition gebracht werden.
12. Verwendung eines Werkzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Aufnehmen und/oder Absetzen einer Klebefolie in einem Prozess zum Verarbeiten von Halbleiterchips.
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