專利名稱：用于裝配半導(dǎo)體芯片的拾取工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于裝配半導(dǎo)體芯片的拾取工具。這種工具的術(shù)語稱為“芯片夾頭”或“芯片粘合工具”。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體芯片的裝配過程中，從晶片上切開并粘到薄片上的半導(dǎo)體芯片被拾取工具拾起并放置到基片上。這種拾取工具主要包括金屬軸和連接在金屬軸上面的吸氣機(jī)構(gòu)。吸氣機(jī)構(gòu)具有朝向待取半導(dǎo)體芯片的空腔，通過鉆孔可以將真空應(yīng)用到空腔上。一旦吸氣機(jī)構(gòu)停留在半導(dǎo)體芯片上，真空使得半導(dǎo)體芯片吸附到吸氣機(jī)構(gòu)上。在行業(yè)中，吸氣機(jī)構(gòu)稱為拾取工具或者橡膠嘴(rubber tip)。
半導(dǎo)體芯片也被裝配到彼此的上面，行業(yè)中將這種裝配到彼此上面的半導(dǎo)體芯片稱為“疊層芯片”。通常，和傳統(tǒng)的方法一樣，通過由環(huán)氧樹脂制成的粘合劑，首先將第一芯片裝配到基片上。第二半導(dǎo)體芯片裝配到第一半導(dǎo)體芯片上則是通過第二半導(dǎo)體芯片背面的粘合劑薄膜進(jìn)行的。這里，在一個(gè)帶有第二半導(dǎo)體芯片的晶片的背面涂敷上粘合劑，然后將晶片粘貼到薄片上并將其切開為單個(gè)的第二半導(dǎo)體芯片。隨后，采用拾取和裝配系統(tǒng)將第二半導(dǎo)體芯片拾起，并在100到150℃的溫度范圍內(nèi)通過加壓將第二半導(dǎo)體芯片層壓到第一半導(dǎo)體芯片上。這種裝配過程在行業(yè)中稱為“預(yù)涂敷芯片工藝”或者“薄膜粘合”。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于粘合劑薄膜的厚度一致，因此裝配的半導(dǎo)體芯片不發(fā)生傾斜。而且，粘合劑涂敷在第二半導(dǎo)體芯片的整個(gè)背面，因此沒有氣孔的危險(xiǎn)以及在第二半導(dǎo)體周圍沒有粘合劑帶。這使得可直接在第一半導(dǎo)體芯片上鄰近第二半導(dǎo)體芯片為用于連接兩個(gè)半導(dǎo)體芯片的焊絲提供連接區(qū)(焊盤)。
為了避免在裝配時(shí)對(duì)半導(dǎo)體芯片甚至最小的損害，使用吸氣機(jī)構(gòu)由橡膠制成的拾取工具。橡膠有另外的優(yōu)點(diǎn)，就是它很好地密封空腔，從而以相對(duì)大的吸力使半導(dǎo)體芯片能夠從薄片上分離出來。
為了節(jié)省空間，半導(dǎo)體芯片制得越來越薄。然而，對(duì)于大約150μm的厚度，可能發(fā)生由拾取工具拾起的半導(dǎo)體芯片發(fā)生彎曲的情況，因?yàn)榘雽?dǎo)體芯片是被真空產(chǎn)生的壓力壓到吸氣口上的。對(duì)于100μm的厚度，這是沒有例外的事實(shí)。在將半導(dǎo)體芯片放置到下面的半導(dǎo)體芯片上時(shí)，由于彎曲的芯片首先在邊緣處接觸第一半導(dǎo)體芯片，因此不受歡迎的氣泡在第二半導(dǎo)體芯片下形成，而且在兩個(gè)半導(dǎo)體芯片間形成的空腔是密封的，因此聚集的空氣再不能溢出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是開發(fā)一種可以沒有任何困難地裝配薄半導(dǎo)體芯片的拾取工具。
本發(fā)明包含權(quán)利要求1和9中給出的特征。先進(jìn)的設(shè)計(jì)來自于從屬權(quán)利要求。
任務(wù)通過采用一種拾取工具得以成功地解決，這種拾取工具有一個(gè)由可彈性變形材料制成的吸氣機(jī)構(gòu)，吸氣機(jī)構(gòu)上用于拾取半導(dǎo)體芯片的表面是凸面。為了提供真空，吸氣機(jī)構(gòu)上用于拾取半導(dǎo)體芯片的表面具有，例如，可以將真空應(yīng)用到上面的、排列在邊緣區(qū)域的開口。作為選擇，吸氣機(jī)構(gòu)還具有至少一個(gè)被多孔材料填充的空腔，經(jīng)由空腔真空被送到凸面上。在放置半導(dǎo)體芯片到以及裝配好的半導(dǎo)體芯片上時(shí)，在逐漸增加的壓力作用下，凸面逐漸變形直到凸面和拾取的半導(dǎo)體芯片平直為止。壓力是從吸氣機(jī)構(gòu)的中心向外逐步形成。通過這個(gè)過程，半導(dǎo)體芯片被碾壓到下面的半導(dǎo)體芯片上，其中空氣可以不斷地溢出。
因而，在該裝配過程中，在放置到裝配好的半導(dǎo)體芯片上之前，吸氣機(jī)構(gòu)拾取的半導(dǎo)體芯片成為凸起的形狀，然后在裝配過程的最后階段回復(fù)到正常形狀。
一種用于將第二半導(dǎo)體芯片裝配到第一半導(dǎo)體芯片之上的方法，其中第二半導(dǎo)體芯片的背面涂敷有一層粘合劑薄膜，該方法包含以下步驟—使用具有凸起形狀表面的拾取工具將半導(dǎo)體芯片拾起，凸起形狀表面用作使第二半導(dǎo)體芯片變形成凸起形狀；—降低拾取工具以將第二半導(dǎo)體芯片放置到第一半導(dǎo)體芯片上，從而第二半導(dǎo)體芯片的中心首先壓到第一半導(dǎo)體芯片上；—逐步形成使吸氣機(jī)構(gòu)發(fā)生變形的壓力，從而使得正常的凸面變平，以及—將沒有第二半導(dǎo)體芯片的拾取工具升高。


在下文中將基于附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明的實(shí)施例。圖例沒有按比例給出而是直觀表明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。
圖1為拾取工具的橫截面，拾取工具有吸氣機(jī)構(gòu)，吸氣機(jī)構(gòu)上有用于裝配半導(dǎo)體芯片的凸面，圖2A，B為凸面的平面視圖，圖3為第二種拾取工具的橫截面，圖4A為第三種拾取工具的橫截面，圖4B為第三種拾取工具凸面的平面視圖，以及圖5，6為裝配過程中的簡(jiǎn)要說明。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為拾取工具1的橫截面，該拾取工具1已經(jīng)拾起半導(dǎo)體芯片2。拾取工具包含軸3和吸氣機(jī)構(gòu)4，吸氣機(jī)構(gòu)4采用可彈性變形的材料比如橡膠制成并固定在軸3上。由尺寸穩(wěn)定材料制成的板5被附在軸3的下端。通常，軸3和板5做成一體。板5支撐吸氣機(jī)構(gòu)4以傳遞放置半導(dǎo)體芯片2時(shí)整個(gè)吸氣機(jī)構(gòu)4上由軸3產(chǎn)生的壓力，以及阻止吸氣機(jī)構(gòu)4向板5的方向向上彎曲。根據(jù)本發(fā)明，吸氣機(jī)構(gòu)4朝向半導(dǎo)體芯片2的表面6做成凸面。凸面的凸起程度，也就是凸面6中心和邊緣之間的高度差，采用字符H標(biāo)出。利用通過軸3內(nèi)縱向鉆孔7傳送到凸面6的真空，吸氣機(jī)構(gòu)4吸住半導(dǎo)體芯片2。接下來，對(duì)兩個(gè)具體實(shí)施方式
進(jìn)行說明，這兩個(gè)具體實(shí)施方式
中真空提供的方式不同。
實(shí)例1該具體實(shí)施方式
中，吸氣機(jī)構(gòu)4面對(duì)半導(dǎo)體芯片2的凸面6有可以用于供給真空的開口8。開口8靠近表面6的邊緣排列，而且表面6的中心沒有開口。圖2A和圖2B所示為表面6的平面視圖。開口8，例如，與狹長(zhǎng)切口10平行，狹長(zhǎng)切口10沿吸氣機(jī)構(gòu)4的邊緣9分布，如圖2A所示，或者如圖2B所示，包含大量排列在邊緣9區(qū)域的鉆孔11。
圖2A還示出了笛卡兒坐標(biāo)系，坐標(biāo)軸以X和Y表示。表面6或者形成為單一方向相關(guān)的凸面，例如X方向，或者形成為與X和Y方向相關(guān)的凸面。
圖3所示為拾取工具1的具體實(shí)施方式
，對(duì)于該拾取工具1，真空通道18在軸3和板5內(nèi)部盡可能長(zhǎng)地延伸。在吸氣機(jī)構(gòu)4中，真空管道18僅在垂直方向上延伸。在這種方法中，吸氣機(jī)構(gòu)4中心區(qū)域的機(jī)械穩(wěn)定性得到提高。
實(shí)例2基于圖4A和4B說明的具體實(shí)施方式
中，吸氣機(jī)構(gòu)4具有由多孔材料填充的空腔12，向該空腔施加真空?？涨?2位于，例如，在吸氣機(jī)構(gòu)4表面6的中心。
在提供根據(jù)實(shí)例1的狹長(zhǎng)切口10和/或鉆孔11時(shí)，存在進(jìn)一步使用多孔材料填充狹長(zhǎng)切口10和/或鉆孔11的可能性。
圖5和圖6各自示出了將半導(dǎo)體芯片2放置到半導(dǎo)體芯片14的上面的過程瞬態(tài)圖，半導(dǎo)體芯片14已經(jīng)裝配到基片13的上面，其中未提供拾取工具1的細(xì)節(jié)。粘合劑薄膜15粘貼到半導(dǎo)體芯片2的背面。下文中，半導(dǎo)體芯片2的意思是指半導(dǎo)體芯片2以及其背面粘貼的粘合劑薄膜15。由于開口8(圖1)中真空的作用，使半導(dǎo)體芯片2自身適應(yīng)于吸氣機(jī)構(gòu)4的凸面6的曲率。因此，半導(dǎo)體芯片2的中心首先壓緊到半導(dǎo)體芯片14上。這種情況呈現(xiàn)在圖5中。當(dāng)拾取工具1的軸3進(jìn)一步降低時(shí)，壓力逐漸形成并導(dǎo)致吸氣機(jī)構(gòu)4及其凸面6變形增大，直到半導(dǎo)體芯片2平直地放置到半導(dǎo)體芯片14上。這種情況呈現(xiàn)在圖6中。由于表面6凸起的形狀，壓力由吸氣機(jī)構(gòu)4的中心向外逐漸形成。通過這個(gè)過程，半導(dǎo)體芯片2被碾壓到半導(dǎo)體芯片14上，其中空氣可以不斷地溢出。半導(dǎo)體芯片2的邊緣16只是在最后才壓緊到半導(dǎo)體芯片14上。為了使粘合劑薄膜顯示出粘合性，通常將基片13加熱到必要的溫度。在傳統(tǒng)的方法中，一旦半導(dǎo)體芯片14被粘合劑帶17圍繞，這樣的帶將不能與半導(dǎo)體芯片2粘合在一起。
吸氣機(jī)構(gòu)4的表面6的凸起程度數(shù)量級(jí)最好為粘合劑薄膜15厚度的一半。因此，例如，對(duì)于厚度為60μm的粘合劑薄膜15，表面6中心和邊緣的高度差H(圖1)為大約30μm。
因?yàn)?，與表面6的尺寸(典型為10mm*10mm)相比，表面6的凸起度相對(duì)很小，因此，當(dāng)吸氣機(jī)構(gòu)4本身，一方面，具有必要的剛度或硬度，另一方面，具有對(duì)于放置半導(dǎo)體芯片2所必需的必要的彈性，從而使表面6從未負(fù)載的凸起狀態(tài)(圖5)轉(zhuǎn)變?yōu)槠教範(fàn)顟B(tài)(圖6)，此時(shí)可省略板5。
在從圖5所示的半導(dǎo)體芯片2壓到半導(dǎo)體芯片14上到圖6所示的半導(dǎo)體芯片2平放到半導(dǎo)體芯片14上的過渡階段，拾取工具1的降低可以，例如，按恒定的速度或者按與理想的壓力或力形成曲線相適應(yīng)的速度進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.用于裝配半導(dǎo)體芯片的拾取工具(1)，包括軸(3)，和與所述軸連結(jié)在一起的吸氣機(jī)構(gòu)(4)，吸氣機(jī)構(gòu)由可彈性變形材料制成并包含用于拾取半導(dǎo)體芯片(2)的表面(6)，所述表面(6)被制成凸面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的拾取工具，其中用于拾取半導(dǎo)體芯片(2)的吸氣機(jī)構(gòu)(4)中，表面(6)具有排列在邊緣(9)區(qū)域的、可向其施加真空的開口(8)，而且表面(6)的中心沒有開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的拾取工具(1)，其中開口(8)被多孔材料填充。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的拾取工具(1)，其中吸氣機(jī)構(gòu)(4)至少具有一個(gè)被多孔材料填充的空腔(12)，可向該空腔施加真空。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的拾取工具(1)，其中用于支撐吸氣機(jī)構(gòu)(4)的板(5)配置在軸(3)的下端。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的拾取工具(1)，其中用于支撐吸氣機(jī)構(gòu)(4)的板(5)配置在軸(3)的下端。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的拾取工具(1)，其中用于支撐吸氣機(jī)構(gòu)(4)的板(5)配置在軸(3)的下端。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的拾取工具(1)，其中用于支撐吸氣機(jī)構(gòu)(4)的板(5)配置在軸(3)的下端。
9.用于將第二半導(dǎo)體芯片(2)裝配到第一半導(dǎo)體芯片(14)上的方法，第二半導(dǎo)體芯片(2)的背面涂敷有粘合劑薄膜(15)，該方法包含以下步驟使用拾取工具拾取第二半導(dǎo)體芯片(2)，拾取工具由可彈性變形材料制成并具有用于使第二半導(dǎo)體芯片變形為凸起形狀的凸面(6)；降低拾取工具以將第二半導(dǎo)體芯片(2)放置到第一半導(dǎo)體芯片(14)上，其中第二半導(dǎo)體芯片的中心首先壓到第一半導(dǎo)體芯片上；逐步形成的壓力使吸氣機(jī)構(gòu)(4)彈性變形，從而使正常的凸面(6)變成平面；以及升高沒有第二半導(dǎo)體芯片的拾取工具。
全文摘要
對(duì)于一種帶有由可彈性變形材料制成的吸氣機(jī)構(gòu)(4)的拾取工具(1)，用于拾取半導(dǎo)體芯片(2)的表面(6)被加工成凸面。在放置半導(dǎo)體芯片(2)到已經(jīng)裝配好的半導(dǎo)體芯片(14)上時(shí)，半導(dǎo)體芯片(2)的中心首先壓緊。在逐步形成的壓力作用下凸面(6)逐漸變形，直到凸面和拾取的半導(dǎo)體芯片(2)平直為止。壓力是從吸氣機(jī)構(gòu)(4)的中心向外逐步形成。通過這個(gè)過程，半導(dǎo)體芯片(2)被碾壓到下面的半導(dǎo)體芯片(14)上，其中空氣可以不斷地溢出。
文檔編號(hào)H01L21/683GK1427459SQ02157568
公開日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2002年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月21日
發(fā)明者蓋多·赫吉里, 羅爾夫·赫韋勒, 丹尼爾·施內(nèi)特扎勒 申請(qǐng)人:Esec貿(mào)易公司