專利名稱：使用線性馬達的晶粒分離系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機械系統(tǒng)，其用于從粘合膜上移離裝設(shè)于該粘合膜(adhesive film)的半導(dǎo)體裸芯片或晶粒，尤其是指一種裝置，其用于在晶粒完全移離之前，促使晶粒從該粘合膜上部分分層(partialdelamination)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體封裝工序中，大量彼此相互連接的包含于晶圓中的單個半導(dǎo)體裸芯片或晶粒通常裝設(shè)在用于晶圓環(huán)(wafer ring)上延伸切斷(singulation)的粘合膜上，以將晶粒彼此分離。聚脂薄膜(mylar film)通常用于帶有粘合表面的薄膜以便固定晶圓。切斷完成后，根據(jù)該應(yīng)用將晶粒從粘合膜中逐個拾取，并置放在其他的晶粒、引線框、層狀襯底(laminate substrate)或其他載體之上。為了自動拾取該晶粒，采用晶粒分離系統(tǒng)(die ejection system)以便實現(xiàn)該晶粒的有效移離。為了避免晶粒爆裂的危險，在通過拾取頭進行晶粒的整體移除之前，將晶粒從粘合膜上進行部分分離是有益的。因此，該晶粒分離系統(tǒng)具有晶粒分離銷(ejector pins)，用于從與粘合膜安裝面相對的另一面提升晶粒，以從粘合膜上將晶粒部分分離，其后，拾取頭從粘合表面完全移離該晶粒。
傳統(tǒng)上，使用晶粒分離系統(tǒng)的晶粒鍵合機是基于某種傳送/聯(lián)接機械，該機械被用于將旋轉(zhuǎn)馬達的圓周運動轉(zhuǎn)換成用于實現(xiàn)晶粒分離的平移運動。例如，第5,755,373號美國專利為一種“晶粒上推設(shè)備”，公開了一種包含有上推頂針(push-up needle)的機械，該上推頂針通過旋轉(zhuǎn)馬達驅(qū)動的凸輪(cam)提升和降低。
圖1很詳細地表示了傳統(tǒng)分離系統(tǒng)各部件的整體結(jié)構(gòu)示意簡圖。該分離銷1由夾體1a固定，而該夾體1a則安裝在軸桿2的末端。滾軸15貼附于該軸桿較低的一端。旋轉(zhuǎn)馬達20用于帶動高精度的凸輪16，其經(jīng)由滾軸15驅(qū)動該軸桿2以減少摩擦力。通常，由調(diào)速傳送帶(timingbelt)18和滑輪(pulleys)17，19組成的減速傳動裝置(step-downtransmission)用于驅(qū)動凸輪16。也可以使用其他適合的傳動裝置。
圖2顯示了分離銷用于促使設(shè)置在粘合聚脂薄膜片上的晶粒的部分分離的典型動作。如圖2a所示，通常該分離銷1恰好位于大量晶粒22的下方，而該晶粒22固定在該聚脂薄膜片21的粘合表面上。這也就允許支撐該聚脂薄膜片21的晶圓臺能夠在水平面上做自由的定位(indexing)動作而不會受到該分離銷1的任何阻擋。該晶圓臺完成定位動作以便于在該分離平臺23上的拾取位置處定位該晶粒后，該分離銷1按照圖2b所示向上移動，并且同時，以點劃線箭頭所示的方向從該聚脂薄膜片21的下方施加真空壓力24。該分離銷1接觸到該聚脂薄膜片21并與之一起頂起該晶粒22。然而，從下面施加的強大真空壓力用于保持該聚脂薄膜片21的某些區(qū)域與該分離平臺23的上表面緊密接觸。提供有一橡膠密封條(rubber seal)25以便在該拾取位置的周圍區(qū)域集中真空壓力。
與前述傳統(tǒng)的晶粒分離系統(tǒng)相比較，在該驅(qū)動馬達20和末端執(zhí)行器(end-effector)，即分離銷陣列(ejector pin array)1之間存在幾個組件，其在系統(tǒng)中帶來了基本柔順度(與硬度相反)，摩擦力，對抗性反應(yīng)和滯后作用的問題。這減少控制帶寬(bandwidth)，從而更加限制了該分離系統(tǒng)的性能。其二，在分離過程中控制晶粒上分離銷的碰撞是困難的。這就可能導(dǎo)致晶粒的爆裂，在半導(dǎo)體工業(yè)中正在引進應(yīng)用的更薄(ever-thinner)晶粒時更加如此。
因此，人們渴望研制一種直接驅(qū)動式分離裝置以更好的控制其分離銷1的動作。此外，其具有柔性軸承(flexure bearing)的設(shè)計與直接驅(qū)動式分離裝置以提高移動的精確度和再現(xiàn)性也同樣是有益的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種改良的晶粒分離系統(tǒng)，以避免如上所述的現(xiàn)有技術(shù)中的某些不足。
本發(fā)明一方面提供一種用于從粘合表面移除晶粒的晶粒分離系統(tǒng)，其包含有一分離工具，其是相對于該晶粒有效移動，藉此將該晶粒推動；一軸桿，用于支持該分離工具；一線性馬達，其是包含有轉(zhuǎn)子和定子，其中該轉(zhuǎn)子與該軸桿相連接并可相對于該定子移動；以及一晶粒拾取裝置，用于當該分離工具將晶粒推動后，從粘合表面移除該晶粒。
本發(fā)明另一方面提供一種用于從粘合表面移除晶粒的方法，該方法包括下述步驟提供一分離工具，其可以相對于該晶粒移動；將該分離工具安裝在軸桿之上；將該軸桿與線性馬達的轉(zhuǎn)子連接，該轉(zhuǎn)子可以相對于該線性馬達的定子移動；該轉(zhuǎn)子相對于該定子移動，藉此以靠著該晶粒推動該分離工具；以及從粘合表面移除該晶粒。
參閱后附的描述本發(fā)明實施例的附圖，隨后來詳細描述本發(fā)明是很方便的。附圖和相關(guān)的描述不能理解成是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的特點限定在權(quán)利要求書中。


現(xiàn)參考附圖描述本發(fā)明所述的裝置和方法，其通過本發(fā)明的非限定性說明的范例單獨表述，其中圖1所示為現(xiàn)有的分離系統(tǒng)范例的示意圖，其中使用了凸輪作業(yè)式分離系統(tǒng)；圖2所示為在晶粒從粘合帶層局部分離中所使用的分離銷的典型作業(yè)示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明較佳實施例一種晶粒分離裝置的較佳實施的側(cè)視剖視圖；圖4a和4b分別是柔性砌體的側(cè)視圖和平面圖，而圖4c-4c所示為包含于該柔性砌體的柔性體、邊框隔斷及中心隔斷的示意圖；圖5所示為具有極向?qū)ΨQ的三種柔性體結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式
下面參照附圖具體描述一下本發(fā)明的較佳實施方式。圖3為根據(jù)本發(fā)明一種晶粒分離設(shè)備的較佳實施例的側(cè)視剖面圖。該分離設(shè)備裝置被設(shè)計來實現(xiàn)分離工具相對晶粒的直線移動，藉此推動晶粒。通過音圈馬達驅(qū)動該裝置的活動部件，這樣有效的驅(qū)動力和帶動該分離工具的軸桿同軸。
包含有分離銷陣列1和套筒夾持器(collet holder)1a的分離工具如此貼附安裝固定在該頂部軸桿2a的一端。最好是，在該頂部軸桿2a和底部軸桿2b之間設(shè)置有壓力傳感器14以用于檢測由該分離銷陣列1所施加的壓力。該底部軸桿2b自主支撐件(main support)4利用柔性軸承(flexure bearings)懸掛起來，該柔性軸承是以包含有扁平環(huán)狀柔性圓盤(flexure discs)的柔性砌體(flexure stacks)3的形式，其連接于底部軸桿2b。通常，由一適當?shù)木嚯x隔開的兩組柔性砌體3應(yīng)用在該晶粒分離設(shè)備上。將該兩組柔性砌體3分別安置在該線性馬達相對的側(cè)面上也是同樣可取的。
該柔性砌體3通過間隔管體(spacer tube)12、活動部位上的音圈9的繞組支架8和通過固定部位的主支撐件4分隔開。然后，包含有一可移動的譯碼器標尺7b的光學(xué)譯碼器7利用一標尺支架7c裝配在底部軸桿2a上。其次，所有的移動子部件通過螺帽10夾緊。一種位置傳感器，例如靜態(tài)譯碼器讀取頭(stationary encoder read-head)7a，再和譯碼器標尺7b大致對準并與其相聯(lián)結(jié)。任何其他類型的位置傳感器，諸如一電容式傳感器，電感式傳感器或其他傳感器，都能用來合適地替代光學(xué)譯碼器7。
該線性馬達的定子(stator)，如呈徑向磁化(radially-magnetized)的永磁鐵11，如通過膠貼附安裝在該主架體(main housing)4內(nèi)表面的周圍。該永磁鐵11最好是由高能量密度的材質(zhì)制成，如釹鐵硼(Neodymium Ferrous Boron)。依照這種結(jié)構(gòu)，徑向磁場在該永磁鐵11和該主架體4的內(nèi)部4a之間的環(huán)狀氣體間隙(air gap)13中產(chǎn)生。在移動的轉(zhuǎn)子上施加一軸向力，如用來傳送電流的繞組9，此時該活動轉(zhuǎn)子大體位于該磁性氣體間隙13內(nèi)并通過電流激活。當電流的方向相反時，該繞組9上的壓力也反向。因而，前述的音圈馬達被應(yīng)用于直接驅(qū)動并移動該分離銷陣列1。音圈馬達的選擇結(jié)構(gòu)(alternativetopology)或多相線性馬達可以用來替代前述的音圈馬達。而且，用于選擇性的構(gòu)造，該活動轉(zhuǎn)子可以包含有永磁鐵，而該定子可以包括用于傳送電流的繞組。
該壓力傳感器14直接感測由分離銷1施加于該聚脂薄膜片21底面上的壓力。來自壓力傳感器14的信號可用來使該晶粒上分離銷的沖擊最小化，也可以施加所需的可被控制總量的分離力以部分分離。一旦為了方便移除而將該晶粒完全分離后，該晶粒拾取裝置(未示)能夠固定其上并從該聚脂薄膜片21的粘合表面上移除該晶粒。
圖4a和4b分別為柔性砌體3的側(cè)視和平面示意圖。圖4c-4e分別為包含于該柔性砌體3中的柔性部(flexure)3a，邊框隔斷(rim spacer)5及中心隔斷6的示意圖。每個柔性砌體3是包括一或多個柔性圓盤(flexure discs)或柔性部3a組成，其通過以邊框隔斷5和中心隔斷6形式的隔斷相分散布置。每個邊框隔斷5被塑造定形以使之相鄰定位并覆蓋于該柔性部3a的想要固定的局部。邊框隔斷具有孔洞5a、其用于將柔性砌體3固定在主架體4上。每個中心隔斷6具有一個孔洞6a，其與該底部軸桿2b相匹配以方便安裝到那里。該中心隔斷6被如此塑造定型以致于相鄰定位并覆蓋于該柔性部3a的一部分，其相對于打算固定的前述柔性部3a的局部移動，但不伸縮(flex)。該柔性圓盤3a的曲臂(flex-arms)3b沒有被隔斷5，6的任意一個所覆蓋，并能在活動部分與固定部分之間伸縮而獲得所需的軸線移動。在柔性部3a及在該柔性砌體3的不同柔性部3a內(nèi)的曲臂3b的相互連接向整體懸掛組件提供了很高的徑向硬度，同時保持該柔性砌體3相對較低的軸向硬度。
柔性部3a尤其適合于引導(dǎo)該分離銷1的移動，其歸因于他們的移動軌道所具有的良好的固有的再現(xiàn)性和光滑度，同時避免了與傳統(tǒng)軸承相關(guān)的摩擦和磨損。圖5為幾種典型的柔性部的結(jié)構(gòu)圖。該柔性部結(jié)構(gòu)可以設(shè)計為厚度不到1mm的扁平圓盤狀的形式。每個圓盤具有一定數(shù)量的開槽(通常但不局限于三個)，其可為螺旋形，直線形或圓弧形，或為這些形狀相結(jié)合的形狀。所述的開槽最好為規(guī)則形狀，并采用導(dǎo)線放電加工(Electro-Discharge Machining)，光影蝕刻(photo-lithography)或其他任何適合的方式進行加工，以用于生產(chǎn)出大量的承受活動部件負載的柔性“臂”(arms)。通過使用這種柔性體，徑向硬度和軸向硬度之間很高的比值就能夠?qū)崿F(xiàn)。
如圖5所示，具有極向?qū)ΨQ的柔性體能承受圍繞該移動軸而作的小幅依附旋轉(zhuǎn)(parasitic rotation)。這種柔性體被應(yīng)用于長壽命的壓縮機及低溫冷卻器，例如，其曾公開于美國專利號5,351,490中。由于目前的應(yīng)用中即使是很小的依附旋轉(zhuǎn)也是不能容許的，故柔性體最好是設(shè)計和應(yīng)用于不存在任何依附移動的情況。如圖4所示的較佳實施例柔性圓盤則不受純粹的依附移動的制約。
使用圓形對稱的柔性體的晶粒分離器裝置，其驅(qū)動最好是通過包含有采用永磁鐵的無刷線性馬達的方式實施。該線性馬達既可以為單相(通常稱作音圈馬達)又可以為多相馬達，但是無論是何種可能的連接結(jié)構(gòu)，通常其多數(shù)為圓柱狀設(shè)計。為了更好的利用有效空間以獲得緊湊設(shè)計，該圓柱狀音圈馬達保持驅(qū)動力或推力實質(zhì)上對準于柔性圓盤的軸線，沿著該軸線該柔性圓盤被用于伸縮。該位置傳感器提供有位置反饋以確保該馬達在閉合回路伺服模式下運轉(zhuǎn)，以便非常精確的控制安裝在移動軸桿上的分離銷陣列的軸向位置。
本發(fā)明在所具體描述的內(nèi)容基礎(chǔ)上很容易產(chǎn)生變化、修正和/或補充，可以理解的是所有這些變化、修正和補充都包括在本發(fā)明的上述描述的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于從粘合表面移除晶粒的晶粒分離系統(tǒng)，其包含有一分離工具，其是相對于該晶粒有效移動，藉此將該晶粒推動；一軸桿，用于支持該分離工具；一線性馬達，其包含有轉(zhuǎn)子和定子，其中該轉(zhuǎn)子與該軸桿相連接并可相對于該定子移動；以及一晶粒拾取裝置，用于當該分離工具將晶粒推動后，從粘合表面移除該晶粒。
2.如權(quán)利要求1所述的晶粒分離系統(tǒng)，其中該轉(zhuǎn)子包含有用于輸送電流的線圈。
3.如權(quán)利要求1所述的晶粒分離系統(tǒng)，其中該定子包含有永磁鐵。
4.如權(quán)利要求1所述的晶粒分離系統(tǒng)，包含有柔性軸承，其與軸桿相連接，以用于導(dǎo)引該分離工具相對于晶粒的移動。
5.如權(quán)利要求4所述的晶粒分離系統(tǒng)，包含有第二柔性軸承，其與軸桿相連接。
6.如權(quán)利要求5所述的晶粒分離系統(tǒng)，其中該柔性軸承和第二柔性軸承安裝在線性馬達相對的側(cè)邊上。
7.如權(quán)利要求4所述的晶粒分離系統(tǒng)，其中該軸桿上產(chǎn)生推力的軸線與該柔性軸承適于伸縮所順沿的軸線相對齊。
8.如權(quán)利要求4所述的晶粒分離系統(tǒng)，其中該柔性軸承包含有可伸縮的部分，以用于實現(xiàn)該柔性軸承的非伸縮部分的相對軸向移動。
9.如權(quán)利要求8所述的晶粒分離系統(tǒng)，其中該柔性軸承包含有隔斷，該隔斷相鄰定位并至少覆蓋該非伸縮部分的局部，以達到將該非伸縮部分安裝于一個或多個安裝表面
10.如權(quán)利要求4所述的晶粒分離系統(tǒng)，其中該柔性軸承包含有柔性圓盤。
11.如權(quán)利要求4所述的晶粒分離系統(tǒng)，其包含有規(guī)則形狀的開槽，該開槽形成于帶有極向?qū)ΨQ的柔性軸承之上。
12.如權(quán)利要求1所述的晶粒分離系統(tǒng)，其中該線性馬達是圓柱形。
13.如權(quán)利要求1所述的晶粒分離系統(tǒng)，其包含有壓力傳感器，其與該軸桿相連接，以用于檢測施加在該分離工具上的力。
14.如權(quán)利要求1所述的晶粒分離系統(tǒng)，其包含有位置傳感器，其與該軸桿相連接，以用于提供位置反饋，藉此以確定該分離工具的位置。
15.一種用于從粘合表面移除晶粒的方法，該方法包括下述步驟提供一分離工具，其可以相對于該晶粒移動；將該分離工具安裝在軸桿之上；將該軸桿與線性馬達的轉(zhuǎn)子連接，該轉(zhuǎn)子可以相對于該線性馬達的定子移動；該轉(zhuǎn)子相對于該定子移動，藉此以靠著該晶粒推動該分離工具；以及從粘合表面移除該晶粒。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中該轉(zhuǎn)子包含有用于輸送電流的線圈。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中該定子包含有永磁鐵。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其包括連接該柔性軸承到該軸桿上，并使用該柔性軸承導(dǎo)引該分離工具相對于晶粒移動。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其包括連接第二柔性軸承到該軸桿上。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其包括將該柔性軸承和第二柔性軸承設(shè)置于線性馬達相對的側(cè)面上。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其包括將該軸桿上產(chǎn)生推力的軸線與該柔性軸承適于伸縮所順沿的軸線相對齊。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中該柔性軸承包含有柔性圓盤。
23.如權(quán)利要求15所述的方法，其包括檢測施加在該分離工具上的壓力。
24.如權(quán)利要求15所述的方法，其包括提供位置反饋以確定該分離工具的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于從粘合表面移除晶粒的晶粒分離系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包含有一分離工具，其是相對于該晶粒有效移動，藉此將該晶粒推動；該分離工具可由套筒夾持器和分離銷陣列組成。一軸桿用于支持該分離工具，并依序連接于一線性馬達的轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子可相對于該線性馬達的定子移動；當該分離工具將晶粒推動后，一晶粒拾取裝置從粘合表面移除該晶粒。
文檔編號H01L21/00GK1670906SQ20051005393
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月15日
發(fā)明者高內(nèi)加·阿吉特, 多森·蓋瑞·彼得, 歐鋼 申請人:先進科技新加坡有限公司