專利名稱：一種具有安全頂針的芯片剝離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片的封裝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于倒裝鍵合等IC封裝技術(shù)的芯片組裝工藝中，從粘晶膜上頂起超薄(< οομπι)半導(dǎo)體芯片的芯片剝離裝置。
背景技術(shù)：
各類消費(fèi)電子產(chǎn)品和無線通信設(shè)備的快速發(fā)展推動了對高性能IC器件的需求， 手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和其他無線設(shè)備要求最大化地將功能集成在最小外形和低成本的封裝內(nèi)， IC封裝發(fā)展體現(xiàn)出超薄化、小外形化和高功能集成度的趨勢，在器件的封裝工藝過程中，隨著芯片減薄，在剝離和拾取時很容易產(chǎn)生破裂的問題。芯片的抗彎剛度與厚度的三次方成正比，芯片越薄，則越容易產(chǎn)生裂紋或缺損，包括芯片的中心裂紋、周角破損以及邊緣缺口等。在現(xiàn)有的剝離、拾取裝置下，厚度小于100 μ m的薄芯片，常常發(fā)生破裂或缺損，造成IC 封裝工業(yè)批量化生產(chǎn)中的大損失。專利文獻(xiàn)CN 101707181A通過降低頂針頂起速度從而減小對半導(dǎo)體芯片的沖擊， 但是上述技術(shù)方案降低了產(chǎn)品生產(chǎn)率。CN1669119A采用真空工具剝離芯片，但是僅采用真空方式剝離芯片，可靠性和生產(chǎn)率都會下降，特別是對于大而薄的芯片。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種芯片剝離裝置，采用可保護(hù)芯片的安全頂針，將傳統(tǒng)剝離與拾取技術(shù)對芯片造成的損傷消除或降至最低，并且適用于不同類型芯片的頂起剝離，與傳統(tǒng)的頂針剝離工藝兼容，具有安全、高效率、高可靠性的特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的具體技術(shù)方案為一種芯片剝離裝置，用于倒裝鍵合等IC封裝工藝中芯片與粘晶膜的剝離，該裝置包括套筒，所述粘晶膜置于該套筒一端端面上并被真空吸附固定，待剝離的芯片粘接在所述粘晶膜上。頂針，設(shè)置在套筒內(nèi)，用于在驅(qū)動裝置驅(qū)動下頂起芯片從而與粘晶膜剝離；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，設(shè)置在套筒內(nèi)，用于夾持頂針，并調(diào)整頂針有效受壓長度，以調(diào)整其歐拉臨界載荷；其特征在于，所述頂針為一種安全頂針，具有預(yù)設(shè)屈曲特性，滿足達(dá)到設(shè)計的額定頂起力時，頂針發(fā)生屈曲，其中，額定頂起力的值介于芯片剝離力和芯片損傷力之間。本發(fā)明的安全頂針，利用壓桿屈曲原理，具有本質(zhì)安全的特性。頂針在頂起芯片過程中，可以通過發(fā)生屈曲以保護(hù)芯片不受損傷，即處于附圖1所示載荷-撓度曲線的OA段和AC的初始段，且其歐拉臨界力大于芯片從粘晶膜上剝離所需的力，而小于芯片發(fā)生損傷的力。即頂針?biāo)峁┑捻斊鹆ψ阋詫?shí)現(xiàn)芯片與粘晶膜的剝離，且在損壞芯片前發(fā)生屈曲，此時頂針對芯片的作用力不再增加，保持固定值，保護(hù)芯片不受損傷。本發(fā)明的頂針夾持調(diào)整裝置，通過調(diào)整頂針的夾持位置，改變其有效受壓長度，從而提供不同大小的歐拉臨界力，以適于不同類型芯片的剝離。按照本發(fā)明的第一個方面設(shè)計頂針組內(nèi)各個頂針的高度配置和截面形狀形成屈曲頂針組。頂起過程初始時，只有高度最大的頂針提供頂起力，隨著頂起過程進(jìn)行，若高度較高的頂針屈曲時所提供的力不足以將芯片剝離，則由于其屈曲，高度變小，故高度較小的頂針也逐漸開始提供頂起力，從而可以自動調(diào)節(jié)工作頂針的數(shù)量，提供不同大小的頂起力， 以適于不同類型芯片的剝離，且為分布式分級加載，有效減小對芯片的沖擊。需要說明的是，安全頂針的使用和傳統(tǒng)頂針是兼容的，經(jīng)過試機(jī)調(diào)整好參數(shù)之后， 它們的使用方法是相同的。對于大而薄的芯片，應(yīng)首先選擇屈曲頂針組的配置。本發(fā)明具有如下效果由于安全頂針和頂針組可以通過發(fā)生屈曲保護(hù)芯片，且有效受壓長度可調(diào)，故可實(shí)現(xiàn)從粘晶膜上安全地頂起和剝離超薄的半導(dǎo)體芯片，達(dá)到對貴重脆性芯片的保護(hù)。由于屈曲現(xiàn)象易于觀察，而且增大了工藝參數(shù)窗口，故在初始調(diào)試工藝參數(shù)時，可在頂針發(fā)生較大變形時進(jìn)行，防止裂片、斷針現(xiàn)象的發(fā)生，并有效減少換針的輔助工藝時間。與傳統(tǒng)的芯片剝離、拾取工藝兼容，具有高效率、高可靠性的特點(diǎn)。而且在其他裝置只需進(jìn)行少量更改的情況下，可以升級傳統(tǒng)頂針為安全頂針，故成本低。


圖1為壓桿的軸向力與壓桿撓度的曲線圖，其中，F(xiàn)ra為臨界歐拉載荷，Vmax，1分別為壓桿的最大撓度和初始長度；圖2為壓桿受力示意圖，F(xiàn)為軸向力，1為桿長；圖3為本發(fā)明的第一實(shí)施例，圖3a為俯視圖，圖北為前視圖，圖3c為立體圖；圖4為本發(fā)明的第二實(shí)施例，圖如為俯視圖，圖4b為前視圖，圖如為立體圖；圖5為本發(fā)明的第三實(shí)施例中芯片剝離裝置主要組成部分的剖視圖；圖6為本發(fā)明的第三實(shí)施例中芯片剝離裝置主要組成部分的外輪廓立體圖；圖7為本發(fā)明的第三實(shí)施例中芯片剝離裝置的配套旋轉(zhuǎn)調(diào)整工具立體圖；圖8為本發(fā)明的第四實(shí)施例中芯片剝離裝置主要組成部分的剖視圖；圖9為本發(fā)明的第四實(shí)施例中芯片剝離裝置主要組成部分的外輪廓立體圖；圖10為本發(fā)明的第四實(shí)施例中芯片剝離裝置主要組成部分外輪廓圖的局部放大圖。圖中符號意義說明如下1 第一頂針；2 第二頂針群，其內(nèi)各頂針尺寸相同，且長度小于第一頂針；31 待剝離的芯片；32 粘晶膜；33 套筒上用于調(diào)整頂針夾持位置的內(nèi)螺紋；34:頂針夾持裝置上的孔，一是用于保證真空泵與粘晶膜之間氣流通暢，二是用于調(diào)整頂針夾持裝置的位置高度；35 頂針夾持裝置，其外圓有用于調(diào)整其位置的外螺紋；
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36 基于壓桿屈曲原理的安全頂針；37 套筒；38 頂針座，其下連接使頂針上下運(yùn)動的驅(qū)動裝置；39 用來旋轉(zhuǎn)頂針夾持裝置的配套工具；310 孔，防止39與頂針干涉；41 套筒上所開的燕尾槽，用以固定滑塊；42 滑塊，其上固連引出桿43和夾持圈45 ；43 引出桿，連接滑塊42和夾持圈45 ；44 螺釘，用于固定滑塊42 ；45 夾持圈，用于夾持頂針；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明應(yīng)用于Flip Chip倒封裝等IC封裝工藝過程中芯片與粘晶膜的剝離，該裝置包括套筒、安全頂針和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。所述粘晶膜置于套筒一端端面上并被真空吸附固定，待剝離的芯片粘接在所述粘晶膜上。所述安全頂針，實(shí)施例如附圖3所示，其設(shè)置在套筒內(nèi)，用于在驅(qū)動裝置驅(qū)動下頂起芯片以與粘晶膜剝離，所述頂針滿足達(dá)到設(shè)計的額定頂起力時，頂針發(fā)生屈曲，其中，額定頂起力的值介于芯片剝離力和芯片損傷力之間。(1)下端固定于頂針座，上端頂著粘晶膜的頂針，其可視為一端固定，一端球鉸的細(xì)長壓桿，其發(fā)生屈曲現(xiàn)象(失穩(wěn))的歐拉臨界載荷為Fcr=J^i .............................................⑴
權(quán)利要求
1.一種芯片剝離裝置，用于封裝工藝中芯片與粘晶膜的剝離，該裝置包括，套筒(37)，所述粘晶膜(32)置于該套筒(37) —端端面上，待剝離的芯片(31)粘接在所述粘晶膜(32)上；頂針(1)，設(shè)置在套筒(37)內(nèi)，用于在驅(qū)動裝置驅(qū)動下頂起芯片(31)以與粘晶膜(32) 剝離；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，設(shè)置在套筒(37)內(nèi)，用于夾持頂針(1)，并調(diào)整頂針(1)有效受壓長度，以調(diào)整其歐拉臨界載荷；其特征在于，所述頂針(1)為一種安全頂針，具有預(yù)設(shè)屈曲特性，即達(dá)到預(yù)設(shè)的額定頂起力時，該頂針發(fā)生屈曲，其中，所述額定頂起力的值介于芯片剝離力和芯片損傷力之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片剝離裝置，其特征在于，所述額定頂起力為頂針(1)的歐拉臨界載荷值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的芯片剝離裝置，其特征在于，所述頂針(1)截面為圓形、 矩形、橢圓或多邊形，且在頂針長度相同時，截面為矩形、橢圓或多邊形的頂針與截面為圓形的頂針具有相等的截面慣性矩。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的芯片剝離裝置，其特征在于，所述頂針(1)截面為圓形，該頂針尺寸滿足如下條件ι ,…^>1122 —— (1)dV °"rnax-^-<0.99(2)d2 VF-\ min式中，1為頂針長度，d為頂針截面直徑，E為頂針材料的彈性模量，F(xiàn)fflin為剝離芯片時所需的最小頂起力即芯片剝離力，σ max為不受損傷所能承受的極限應(yīng)力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的芯片剝離裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)呈圓盤形， 外周有螺紋，頂針(1)通過其中心孔被夾持在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中，所述套筒(37)內(nèi)攻有內(nèi)螺紋 (33)，兩者螺紋連接實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在套筒(37)內(nèi)上下移動，從而實(shí)現(xiàn)頂針(1)有效受壓長度的調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的芯片剝離裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為滑塊夾持機(jī)構(gòu)，包括滑塊G2)和用于夾持頂針(1)的夾持圈(45)，所述套筒(37)內(nèi)壁上開有燕尾槽(41)，所述夾持圈05)通過引出桿03)與滑塊02)固結(jié)，滑塊G2)在該燕尾槽Gl) 內(nèi)滑動帶動夾持圈0 上下移動，實(shí)現(xiàn)對頂針(1)有效受壓長度的調(diào)整。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的芯片剝離裝置，其特征在于，所述頂針為多根，形成頂針組。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有安全頂針的芯片剝離裝置，可以用于FlipChip等IC封裝工藝中芯片與粘晶膜的剝離。粘晶膜置于該套筒一端端面上，待剝離的芯片粘接在所述粘晶膜上；頂針設(shè)置在套筒內(nèi)，用于在驅(qū)動裝置驅(qū)動下頂起芯片以與粘晶膜剝離；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置在套筒內(nèi)，用于夾持頂針，并調(diào)整頂針有效受壓長度，以調(diào)整其歐拉臨界載荷；其中頂針為一種安全頂針，能保護(hù)半導(dǎo)體芯片不受損傷，其具有預(yù)設(shè)屈曲特性，即達(dá)到預(yù)設(shè)的額定頂起力時，該頂針發(fā)生屈曲，所述額定頂起力的值介于芯片剝離力和芯片損傷力之間。本發(fā)明的芯片剝離裝置可以與傳統(tǒng)的芯片剝離、拾取工藝兼容，具有安全、高效率、剝離可靠性高的特點(diǎn)。
文檔編號H01L21/683GK102254792SQ20111019202
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者劉洵, 尹周平, 彭波, 黃永安 申請人:華中科技大學(xué)