專利名稱：用于分離電子元件的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分離電子元件的方法，和一種相關(guān)裝置。
背景技術(shù)：
對組裝好的電子元件進行分離有多種應(yīng)用。例如分離帶有選擇性封裝 有電子元件的晶片、包和載體(也被稱為導(dǎo)引架或者導(dǎo)引板)。其他的例子包括分離所說的芯片實驗室(lab-on-chips )或者玻璃芯片，該芯片實 驗室或者玻璃芯片例如包括通道、混合器、存儲器、擴散室、集成電極、 泵、閥等等。該種裝置總體大小只有幾毫米，其中還有繼續(xù)變小的趨勢。 根據(jù)條件，已知的分離方法是利用旋轉(zhuǎn)鋸片(saw blade)將用于處理的 產(chǎn)品鋸開。電子元件組件是通過操控器拾起、快速夾持并且沿著期望的切 割線相對于鋸片移動，組件因此沿著切割線^皮鋸開。在鋸切的過程中，例 如通過真空吸附力，電子元件被操控器保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｈ欢?，小尺?的電子元件意味著，不再可能容易地通過真空吸附力將這些元件保持在適 當(dāng)?shù)奈恢?。因此，粘結(jié)膜(adhesive f oi 1)還^f皮用于這個目的，在元件 分離之后，該粘結(jié)膜需要被去除。另外，這樣的膜還會將殘留物留在電子 元件上的背面，當(dāng)然這是不希望的。當(dāng)粘結(jié)膜使用時，還需要提供具有附 加部件的已知裝置，例如膜解開單元，檢查系統(tǒng)，UV源(在UV膜使用的 情況下)，以及將殘留物去除的洗滌系統(tǒng)。這會大大地增加成本。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種改進方法和在前序部分所述類型的裝置，利 用該方法和裝置，至少能防止上面所述的問題，并且與現(xiàn)有技術(shù)的方法和 裝置相比，能夠獲得更高的分離精度。為此，本發(fā)明提供了一種具有如權(quán)利要求l特征的方法。更具體而言，根據(jù)本發(fā)明的用于分離電子元件的方法包括將電子元件放置在操控器上， 利用操控器沿著第 一切割工具傳輸電子元件，從而組件在其厚度的方向沿 著切割線只是部分地被切開，以及利用操控器沿著第二切割工具傳輸部分 切開的組件，從而切割線幾乎完全切斷，優(yōu)選是完全切斷。通過將根據(jù)本 發(fā)明的切割分為兩個子處理，其中在第一子處理中，第一切割工具只是沿 著期望的切割線部分地切入組件，而后，最終的切開是在第二子處理中通 過第二切割工具實現(xiàn)，由此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，能夠避免使用粘結(jié)膜，而不 會負面影響分離精度的質(zhì)量，這還特別用于小尺寸的電子元件。在第一處理步驟中，組件在厚度方向部分切開的深度沒有限制。因此，例如可以形成切口的深度是厚度的1oy。到多于90°/。。該深度優(yōu)選總計為組件厚度的35°/ 和65%之間。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，由此，根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu) 點體現(xiàn)得最明顯。在典型的應(yīng)用中，具有厚度為850的所謂的QFN (Quad Flad No Lead)組件在第一處理步驟中鋸開的厚度為300到500。實際上，操控器沿著切割工具可以傳輸具有多個線性移動的電子元件， 為此，操控器在平面內(nèi)可移動。還可選地，在操控器所移動的平面內(nèi)能夠 旋轉(zhuǎn)。因此，鋸切口可以在電子元件組件的不同方向上實現(xiàn)；在將電子元 件旋轉(zhuǎn)過例如90°后，鋸切口可以在相對于組件旋轉(zhuǎn)之前所形成的鋸切口 的90°角度處形成。在開始分離處理之前，操控器可以移動到加載位置，用于將電子元件 加載到操控器，并且在執(zhí)行完分離操作之后，可以移動到卸載位置，用于 將其卸載，其中加載位置和卸載位置是分開的位置。因此，電子元件的搬 運的部分是由操控器提供的，如果操控器在鋸片上方移動，這也是有好處 的。為此，電子元件必須安裝在操控器的下側(cè)。如上已經(jīng)所述的，本發(fā)明 的優(yōu)點在于，電子元件的接合不需要太多的力，并且可以利用很簡單的方 式來實現(xiàn)，例如利用負壓。在才艮據(jù)本發(fā)明特別優(yōu)選的實施例中，組件沿著至少一^片的形式的 第一切割工具在厚度方向傳輸，用于部分切割。由于根據(jù)本發(fā)明的組件只 是通過鋸片部分地被切割，因此，組件仍然作為一個整體動作，組件容易 地保持在適當(dāng)?shù)奈恢?，如果希望的話，不需要利用粘結(jié)膜或者其他的輔助 設(shè)備。由于在產(chǎn)品中一般必須設(shè)置大量平行的鋸切口，因此，合理的是(盡管不是必要的)，在帶有由兩個不同的軸驅(qū)動的兩個平行的鋸片的分離裝 置內(nèi)執(zhí)行該方法，從而，在鋸片之間的相互距離是可調(diào)的，以適應(yīng)于要處 理的產(chǎn)品的大小和鋸切口所形成的方式。 一旦設(shè)定了鋸片之間的相互距 離，鋸片相對于用于處理的產(chǎn)品移動，以執(zhí)行鋸切操作。根據(jù)本發(fā)明的方 法的另外一個優(yōu)點在于，鋸片的磨損比已知的方法要小，由此不必要頻繁 地更換。如上面已經(jīng)示出的，在已知的處理中，組件(例如是以條的形式)首 先設(shè)置在膜上。膜是必需的，從而能夠在條已經(jīng)被完全鋸開之后，能夠持 住電子元件。在已知的方法和根據(jù)本發(fā)明的方法中，都推薦的是，在將組 件條鋸開之后，將其干燥(并且對于本發(fā)明是部分切開之后)。由于在已 知的方法中，膜是必需的，因此干燥溫度受到限制。根據(jù)本發(fā)明的方法， 沒有這種限制，因此，干燥可以在遠比已知方法中的情形溫度高的情況下 來實施，這提高了生產(chǎn)速度。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，為了幾乎完全切開的目的，組件然后 沿著包括至少一個激光束的第二切割工具被傳輸，其中，組件被操控為4吏 激光束沿著已經(jīng)預(yù)切的切割線載運，且其中這些切割線被進一步切割。實 際上，對于激光束，通過移動平面鏡而使其掃描組件的表面來使得激光束 能夠移動是可能的。在第二處理步驟中，激光束的焦點深度一般選擇為， 使得切割線被完全切開，因此組件整體分離。然而，根據(jù)本發(fā)明，也可調(diào) 整激光的焦點深度而使得組件部分在厚度方向不完全切開。在這種情況 下，然后通過最終處理步驟來獲得完全的分離，其中組件沿著切割線斷開。 當(dāng)組件(及其電子元件)形成由相對脆弱和相對延展層的時候，這特別有 益。延展層例如是銅層，然后可以在第一處理步驟中預(yù)切割，例如通過鋸 片。然后，相對易碎層(例如陶瓷襯底)，通過激光束然后被進一步部分 地切開，此后，通過斷開部分切開的陶瓷層而獲取最終的分離。在第二處 理且一般是最終處理步驟中，應(yīng)用激光束的好處在于，與已知的方法(其 中，水對于冷卻鋸片的重要的)相比，不需要在這里使用水。在利用水冷的過程中，其中的至少一部分會滲it^已經(jīng)分離的電子元件內(nèi)。因此，在 分離后，這些必須在加高的溫度下進行干燥，這產(chǎn)生了附加的成本，并且 可能會引起產(chǎn)品質(zhì)量的降低。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，沒有這樣的缺陷。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施例中，其特征在于，第一切割工具和第二 切割工具作用在組件的相同的表面上。這樣的優(yōu)點在于，組件可以沿著第 一和第二切割工具由相同的操控器導(dǎo)向，由此提高了處理的速度和精度。在另一優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的方法表現(xiàn)為，第一切割工具和第二切 割工具作用在組件的第 一和第二表面上。這在分離包含多層的組件中具有 特殊的好處。如上面已經(jīng)所述的，多層組件可以包括不同材料層或者不同 材料的結(jié)合。例如，典型的組件包括硅和玻璃層，這兩層通過塑料粘結(jié)層 相互連接起來。這個單元典型地設(shè)置有導(dǎo)電金屬層，例如銅。通過利用鋸 片從組件的第 一表面形成第 一預(yù)切割深度的鋸切口的第 一 圖案，然后有利 地應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法，其中，選取的該第一表面是在其上的層可以通 過鋸片相對容易地被切開的表面。在第二處理步驟中，利用激光束在組件 的第二表面(優(yōu)選與第一表面相對)隨后形成鋸切口的第二對應(yīng)的圖案， 該圖案的切割深度大體延伸到第一鋸切口的切割深度的平面，其中，可以 相對比較容易地通過激光束切開的表面優(yōu)選位于第二表面上。根據(jù)本發(fā)明 的方法的另一個優(yōu)點在于，可以從不同的表面獲取不同的切割特性。這應(yīng) 該理解為，例如能夠從表面(例如上表面)，利用激光束切開相對復(fù)雜的 樣式(利用激光束特別適合這個目的)，而從相反的表面(例如下表面)， 利用鋸片獲得相對光滑的切口 (鋸片切割特別適合于這個目的)。這增大 了實施的靈活性。本發(fā)明還有其他的優(yōu)點，才艮據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，第一切割工 具的切割厚度不同于第二切割工具的切割厚度。切割厚度應(yīng)該理解為，從 組件的表面可以看到的所形成的切割線(部分的)厚度。通過這種方式， 可以獲得不是完全線性而是偏置的側(cè)表面的分離，例如沿著深度的一半分 離。這對于具體的應(yīng)用是很有好處的。本方法的另 一優(yōu)選實施例包括，第 一切割工具從第 一表面以第 一厚度 切割遠至第 一切割深度，以及第二切割工具從第二表面以第二切割厚度切 割組件的多個層。在特別優(yōu)選的實施例中，這里的第二切割深度部分地疊 蓋第一切割深度，由此，多個層(已經(jīng)被第一切割工具切割到第一切割厚 度)隨后被第二切割工具從另一表面再次被切割到第二切割厚尾通過選4奪比第一切割厚度更大的第二切割厚度，由此可以用簡單的方式獲得分離 的電子元件，該分離元件優(yōu)選地設(shè)置有沿著至少 一側(cè)相對于下層伸出的外 導(dǎo)電層。該元件例如可以是在一側(cè)具有銅導(dǎo)電層的芯片，該銅導(dǎo)電層相對 于下陶瓷或者塑料層稍微伸出。通過利用鋸片以第 一切割厚度在組件內(nèi)進 行第一切割(第一切割的深度遠至大體等于銅層厚度)，以及接著通過利 用激光束從另一側(cè)切入層內(nèi)，遠到銅層的第二切割厚度(該第二切割厚度 比第一切割厚度更大)，然后可以獲得該元件。本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求11所述的將電子元件分離的方法。該裝 置包括連接驅(qū)動裝置的至少第一和第二切割工具，至少一個用于相對于切 割工具攜帶和移動電子元件組件的操控器，用于沿著第 一切割工具傳輸操 控器的驅(qū)動裝置，從而組件沿著其厚度方向的切割線只是部分地切開和用 于沿著第二切割工具傳輸操控器的驅(qū)動裝置，從而使切割線幾乎完全地被 切斷。本裝置的優(yōu)選設(shè)施包括以鋸片形式的第 一切割工具。另 一優(yōu)選設(shè)施包括以激光源形式的第二切割工具。其他的優(yōu)選實施例如在權(quán)利要求14-17 中所述。對于他們的優(yōu)點，請參考前面所述的關(guān)于本發(fā)明方法方面的優(yōu)點。根據(jù)本發(fā)明的裝置所獲取的功能，例如在于，操控器可以在兩個水平 方向和垂直方向移動，并且可以在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。如果裝置還包括用于支 撐至少驅(qū)動裝置和操控器的框架，也是適合并且有效的。另外，框架還適 于包括加載位置和卸載位置，控制裝置(例如計算機)，傳感器，控制器， 顯示器，冷卻裝置，清潔裝置等等。在實施例的有利的變形中，操控器進 一步位于切割工具的上方。因此，廢棄材料不會在分離過程中引起過多的 中斷，并且在重力的作用下，廢料可以從電子元件去除(部分地)。在優(yōu)選的變形中，裝置設(shè)置有具有反饋的測量/控制機構(gòu)，用.于確定操 控器相對于切割工具的位置。由于，需要精確地確定部分切割的切割深度 (當(dāng)然在第一處理步驟中)，因此，這特別地重要。盡管才艮據(jù)本發(fā)明的裝置可以以 一種緊湊的方式構(gòu)成，其中例如第 一和 第二工具可以設(shè)置在同一個框架上，根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)點還在于，包 括第一和第二單元，其中第一單元包括連接有驅(qū)動裝置的至少一個第一切 割工具，用于相對于第一切割工具攜帶和移動電子元件組件的至少一個才喿控器，以及用于沿著第一切割工具傳輸操控器的驅(qū)動裝置，從而組件可以 沿著在其厚度方向的切割線部分地被切開，并且，其中第二單元包括連4妄 有驅(qū)動裝置的至少一個第二切割工具，用于相對于第二切割工具攜帶和移 動電子元件組件的至少 一個操控器，以及用于沿著第二切割工具傳輸操控 器的驅(qū)動裝置，從而切割線被完全切開。利用該種裝置，可以根據(jù)需要分 別執(zhí)行兩個處理步驟，例如當(dāng)兩個處理步驟的i4;復(fù)不同時，這是有效的。該種裝置的另一優(yōu)選的變形還包括傳輸裝置，用于將部分電子元件切 開的組件從第一單元移動到第二單元。該裝置具有另外的優(yōu)點在于，由于 部分切割將產(chǎn)生電性絕緣的包裝，同時在第一和第二處理步驟之間，部分 切開的組件可以整體被測試。根據(jù)最終產(chǎn)品的大小和用于持住部分陂切割 組件的所應(yīng)用的方法，后者可通過由放置在所謂的真空吸頭上所引起的負 壓而被支撐，用于第二處理步驟。另一選擇包括玻璃卡盤形式的支撐，或 者便宜的晶片帶。


在附圖中所示的非限制性示例性實施例的基礎(chǔ)上，對本發(fā)明進行進一步地闡述。圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一單元的示意頂視圖， 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二單元的示意頂視圖， 圖3a示出了執(zhí)行第一步處理步驟之后，部分被切開的電子元件組件的頂視圖，圖3b示出了圖3a中的組件的側(cè)^L圖，以及圖3c示出了完全分離之后的電子元件的最終側(cè)視圖。
具體實施方式
圖1示出了具有框架2的裝置1的第一部分(第一單元)，該框架上i殳 置有兩個旋轉(zhuǎn)鋸片3、 4。旋轉(zhuǎn)鋸片3、 4通過各自的旋轉(zhuǎn)軸5、 6被攜帶和 旋轉(zhuǎn)。第一旋轉(zhuǎn)軸5可垂直于視圖平面(在Z方向)移動，而第二旋轉(zhuǎn)軸 6可在Y方向移動。每個鋸片3、 4都由電動機(未示出)通過他們各自的旋轉(zhuǎn)軸5、 6被驅(qū)動。操控器7在四個方向(X、 Y、 Z和U方向)可移動。 為此，操控器通過垂直旋轉(zhuǎn)軸8 (U方向)與載架9組裝，該載架9沿著 導(dǎo)向載架10可線性移動(在Y方向)。反過來，導(dǎo)向載架10沿著靜止的 線性導(dǎo)軌ll可線性移動(在X方向)。對于垂直運動(Z方向)，操控器7 通過旋轉(zhuǎn)軸8也可以在該方向移動。框架還i殳置有加載位置12和卸載位 置13,該加載位置用于將電子元件加載到操控器7，該卸載位置，用于卸 載操控器7。圖2示出了具有框架22的裝置21的第二部分(第二單元)，該框架上 設(shè)置有可移動載架23。載架23適于支撐要處理的電子元件組件24?？蚣?22還通過臂25支撐激光源26，利用該激光源可以產(chǎn)生激光束27，該激光 束指向已經(jīng)部分切開的電子元件組件24，由于激光束的作用，電子元件組 件24沿著期望切開線設(shè)置有切口 28。栽架23和激光源26相對于彼此可 移動。該種相對移動還必須理解為，意思是利用定向裝置(未示出)，例 如平面鏡和/或棱鏡，將激光束27相對于栽架23移動。該種情形例如發(fā) 生在檢流型(galvohead)激光裝置的情形下。如果需要，第二單元21進 一步設(shè)置有光學(xué)設(shè)備，用于在組件上將激光束27導(dǎo)向所期望的聚焦距離。 激光源26可選地適于產(chǎn)生脈沖激光束。由于#4居本發(fā)明的組件24已經(jīng)在 第一處理步驟中部分地被切開，因此與已知的方法相比，在激光切割的過 程中在要分開的元件24上會產(chǎn)生較少的材料堆積。通過裝置1的第一部分部分地切開的電子元件組件100，通過傳輸裝 置(未示出)從第一單元移動到第二單元。圖3a示出了在第一處理步驟之后的部分切開的電子元件110的組件 100。組件100設(shè)置有鋸切口 120、 121，沿著期望的切割線延伸。這里， 在圖3a的水平延伸的鋸切口 121的厚度"dl"與垂直延伸的鋸切口 120 的厚度"d2"相同，盡管這不是必須的。組件100在其頂側(cè)包括導(dǎo)電部(銅 引腳122)?，F(xiàn)參考圖3b,組件100在橫截面上由兩層構(gòu)成例如填充有 玻璃的塑料或者陶t:材料的襯底130，和例如填充有玻璃的塑料結(jié)合了多 個導(dǎo)電部122 (例如銅)的第二層131。如圖3b所示，組件設(shè)置有鋸切口 120,該鋸切口在厚度方向延伸"d3，，的深度，直到層130。還參考圖3c， 在第二處理步驟中，通過激光束在部分切開的組件10Q內(nèi)從連接層130的底表面132上形成切口 140,獲得分離的電子元件110。這些切口在圖3b 中用虛線表示。這里切口 140延伸遠至與銅引腳112的交界面。所形成了 分離的電子元件110，包括外導(dǎo)電層122,該外導(dǎo)電層相對于下層130、 131 沿著至少一側(cè)133突出。在一些應(yīng)用中，這些突出的導(dǎo)電層是有益的。根 據(jù)本發(fā)明的方法，具有不為此執(zhí)行分離操作(例如將層切掉)的額外的優(yōu) 點。
權(quán)利要求
1.一種用于分離電子元件的方法，包括處理步驟A)放置電子元件組件在操控器上，B)利用操控器沿著第一切割工具傳輸電子元件，從而使組件在其厚度方向沿著切割線僅僅部分地被切開，C)利用操控器沿著第二切割工具傳輸部分被切開的組件，由此切割線被幾乎全部切開。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述第一切割工具包^4&片。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述第二切割工具包括激 光束。
4. 如權(quán)利要求l-3中的任一項所述的方法，其特征在于，所述第一切 割工具和第二切割工具作用在組件的相同的表面上
5. 如權(quán)利要求l-3中的任一項所述的方法，其特征在于，所述第一切 割工具和第二切割工具作用在組件的第 一和第二表面上
6. 如上述權(quán)利要求的任一項所述的方法，其特征在于，所述組件包括 多層。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述層包括不同的材料或 者不同材料的結(jié)合。
8. 如上述權(quán)利要求的任一項所述的方法，其特征在于，所述第一切割 工具的切割厚度與所述第二切割工具的切割厚度不同。
9. 如上述權(quán)利要求的任一項所述的方法，其特征在于，所述第一切割 工具從第一表面以第一厚度切割遠至第 一切割深尾以及第二切割工具乂人 第二表面以第二切割厚度切割組件的多個層。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，第二切割深度至少部分 地疊蓋所述第一切割深度。
11. 一種分離電子元件的裝置，包括 連接有驅(qū)動裝置的至少第 一和第二切割工具，至少 一個操控器，用于相對于切割工具攜帶和移動電子元件組件，用于沿著第一切割工具傳輸操控器的驅(qū)動裝置，由此組件在其厚度的 方向沿著切割線僅僅部分地被切開，用于沿著第二切割工具傳輸:澡控器的驅(qū)動裝置，由此，切割線幾乎完全被切開。
12. 如權(quán)利要求ll所述的裝置，其特征在于，所述第一切割工具包括 鋸片。
13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述第二切割工具包括
14. 如權(quán)利要求11-13中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述第 一切割工具和第二切割工具被設(shè)置為作用在組件的同一表面上。
15. 如權(quán)利要求11-13中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述第 一切割工具和第二切割工具被設(shè)置為作用在組件的第 一和第二表面上。
16. 如權(quán)利要求11-15中的任一項所述的裝置，其特征在于，第一切 割工具的切割厚度與第二切割工具的切割厚度不同。
17. 如權(quán)利要求11-16中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝 置設(shè)置有具有反饋的測量/控制機構(gòu)，用于確定操控器相對于切割工具的 位置。
18. 如上述權(quán)利要求11-17中的任一項所述的裝置，所述裝置包括第 一和第二單元，其中，第一單元包括 與驅(qū)動裝置相連的至少一個第一切割工具，用于相對于第 一切割工具攜帶和移動電子元件組件的至少 一個操控器，用于沿著第一切割工具傳輸操控器的驅(qū)動裝置，由此，.組件在其厚度 方向沿著切割線僅僅部分地;故切開， 以及，第二單元包括與驅(qū)動裝置相連的至少一個第二切割工具，用于相對于第二切割工具攜帶和移動電子元件組件的至少 一個操控器，用于沿著第二切割工具傳輸操控器的驅(qū)動裝置，由此，組件切割線幾乎被完全切開。
19. 如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，還包括用于將部分切開 的電子元件組件從第一單元移動到第二單元的傳輸裝置。
20. —種可以由權(quán)利要求1-10中任一項所述的方法得到的分離的電子 元件，并且"&置有沿著相對于下層的至少一側(cè)伸出的外導(dǎo)電層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分離電子元件的方法，包括處理步驟放置電子元件組件在操控器上，利用操控器沿著第一切割工具傳輸電子元件，從而使組件在其厚度方向沿著切割線僅僅部分地被切開，利用操控器沿著第二切割工具傳輸部分被切開的組件，從而切割線被幾乎全部切開。本發(fā)明還涉及一種分離電子元件的裝置，和利用該方法得到的分離的電子元件。
文檔編號B28D5/00GK101263592SQ200680033067
公開日2008年9月10日 申請日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月21日
發(fā)明者F·H·因特費爾德, H·溫辛克, J·L·J·齊芝洛 申請人:飛科公司