具有可加熱和可冷卻抽吸構(gòu)件的結(jié)合頭的制作方法
【專利摘要】一種用于將半導(dǎo)體芯片安裝在基片上的結(jié)合頭(1)，該結(jié)合頭包括結(jié)合頭本體(2)和形成為單件的抽吸構(gòu)件(3)。抽吸構(gòu)件的加熱、冷卻和溫度監(jiān)控所需的元件全都被集成到抽吸構(gòu)件(3)中，使得加熱元件和冷卻元件都不由于防止傳熱的表面而與半導(dǎo)體芯片(11)隔離開。結(jié)合頭本體(2)僅包含向抽吸構(gòu)件(3)供應(yīng)電力和冷卻介質(zhì)所需的元件。
【專利說明】具有可加熱和可冷卻抽吸構(gòu)件的結(jié)合頭
[0001] 申請(qǐng)人:在此要求于2013年I月21日提交的瑞士專利申請(qǐng)N0.245/13的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容在此通過引用而并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種具有可加熱和可冷卻抽吸構(gòu)件的結(jié)合頭。
【背景技術(shù)】
[0003]這種結(jié)合頭在半導(dǎo)體工業(yè)中用于將半導(dǎo)體芯片(稱為模具)以普通方式結(jié)合或熱壓結(jié)合(TC結(jié)合)在基片上。在溫度以及可選的壓力作用下形成連接。
[0004]某些結(jié)合工藝諸如TC結(jié)合在基片上進(jìn)行結(jié)合期間需要加熱和冷卻半導(dǎo)體芯片，即，使用極端的加熱和冷卻速率來操控溫度分布。這種加熱和冷卻需要時(shí)間并且大體確定周期的時(shí)間以及因此確定機(jī)器的處理量。
[0005]從美國專利N0.6，821，381可知一種熱壓結(jié)合頭，該熱壓結(jié)合頭包括由陶瓷制成的抽吸構(gòu)件，抽吸構(gòu)件被旋擰到結(jié)合頭上。抽吸構(gòu)件包含被附接在抽吸構(gòu)件的凹部中的電阻加熱器。熱電偶被附加地布置在抽吸構(gòu)件的外側(cè)。抽吸構(gòu)件的上側(cè)包含凹部，使得冷卻通道被形成在結(jié)合頭和抽吸構(gòu)件之間，冷卻通道能夠被供應(yīng)壓縮空氣以冷卻抽吸構(gòu)件。壓縮空氣在水平方向上流過冷卻通道并在冷卻通道的端部處到達(dá)外部環(huán)境。
[0006]從W02012002300可知一種熱壓結(jié)合頭，該熱壓結(jié)合頭包括結(jié)合頭本體和抽吸構(gòu)件，結(jié)合頭本體具有一體的加熱器和能夠被供應(yīng)壓縮空氣的冷卻通道，抽吸構(gòu)件能夠利用真空被保持在結(jié)合頭本體上。抽吸構(gòu)件還包括能夠被供應(yīng)壓縮空氣的冷卻通道。
[0007]使用這種從現(xiàn)有技術(shù)可知的結(jié)合頭，能夠以100°C /s的加熱速率加熱半導(dǎo)體芯片，并且以50°C /s的冷卻速率冷卻該半導(dǎo)體芯片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明基于改善這種結(jié)合頭的目的，即具體是增加抽吸構(gòu)件的加熱速率和冷卻速率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]被并入并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖圖示了本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，并且和詳細(xì)描述一起用來解釋發(fā)明的原理和實(shí)施方式。附圖不按比例。在附圖中:
[0010]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合頭的截面視圖；
[0011]圖2示出了抽吸構(gòu)件的底側(cè)；并且
[0012]圖3示出了抽吸構(gòu)件的上側(cè)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]一種半導(dǎo)體安裝設(shè)備包括拾取和放置系統(tǒng)，該拾取和放置系統(tǒng)一個(gè)接一個(gè)地拾取半導(dǎo)體芯片并將它們放置在基片上。該拾取和放置系統(tǒng)包括結(jié)合頭I。圖1示意性地示出了結(jié)合頭I的理解本發(fā)明所必需的部分。結(jié)合頭I在與基片表面垂直地延伸的方向上被可移位地安裝在拾取和放置系統(tǒng)上，該方向通常是豎直方向并且在此標(biāo)示為Z方向。結(jié)合頭I包括結(jié)合頭本體2以及可加熱和可冷卻的抽吸構(gòu)件3，抽吸構(gòu)件3被可拆卸地固定到結(jié)合頭本體2。
[0014]抽吸構(gòu)件3具有彼此相對(duì)并且相對(duì)于彼此平行延伸的底側(cè)4和上側(cè)5。結(jié)合頭本體2具有底側(cè)6，抽吸構(gòu)件3的上側(cè)5擱置在底側(cè)6上。結(jié)合頭本體2的底側(cè)6或者抽吸構(gòu)件3的上側(cè)5設(shè)有一個(gè)或更多個(gè)第一凹部7，一個(gè)第一通道8或數(shù)個(gè)第一通道8通向第一凹部7，該槽能夠被供應(yīng)真空以便抽吸和緊固地保持?jǐn)R置在底側(cè)6上的抽吸構(gòu)件3。
[0015]圖2示出了抽吸構(gòu)件3的底側(cè)4。底側(cè)4包括一個(gè)(如示出的)或更多個(gè)凹部9。結(jié)合頭本體2和抽吸構(gòu)件3包含至少一個(gè)第二通道10，第二通道10通向所述的一個(gè)或更多個(gè)凹部9并且能夠被供應(yīng)真空以抽吸半導(dǎo)體芯片11。底側(cè)4的完全被一個(gè)或更多個(gè)凹部9覆蓋的表面區(qū)域形成用于抽吸半導(dǎo)體芯片11的抽吸區(qū)域，而底側(cè)4的不被一個(gè)或更多個(gè)凹部9覆蓋的表面區(qū)域允許在加熱半導(dǎo)體芯片11期間的熱量的傳遞或者在冷卻半導(dǎo)體芯片11期間的熱量的消散。這兩個(gè)表面區(qū)域的比例就他們的比率而言被確定為，使得一方面能夠以需要的力抽吸半導(dǎo)體芯片11，另一方面半導(dǎo)體芯片11能夠被有效地加熱和冷卻。
[0016]抽吸構(gòu)件3包含一個(gè)或更多個(gè)冷卻通道12，冷卻通道12各自包括入口 13和出口14，入口 13和出口 14通向側(cè)壁15或優(yōu)選地通向抽吸構(gòu)件3的上側(cè)5。結(jié)合頭本體2的底側(cè)6形成有一個(gè)或更多個(gè)第二凹部16以及一個(gè)或更多個(gè)第三凹部17。結(jié)合頭本體2包含一個(gè)或若干個(gè)第三通道18以及一個(gè)或若干個(gè)第四通道19，所述一個(gè)或若干個(gè)第三通道18通向所述一個(gè)或更多個(gè)第二凹部16，而所述一個(gè)或若干個(gè)第四通道19通向所述一個(gè)或更多個(gè)第三凹部17。當(dāng)抽吸構(gòu)件3擱置在結(jié)合頭本體2的底側(cè)6上時(shí)，所述一個(gè)或更多個(gè)凹部16形成一個(gè)或更多個(gè)連接冷卻通道12的入口 13的腔，并且所述一個(gè)或更多個(gè)凹部17形成一個(gè)或更多個(gè)連接冷卻通道12的出口 14的腔。抽吸構(gòu)件3因此能夠通過一個(gè)或更多個(gè)第三通道18供應(yīng)冷卻介質(zhì)并且通過一個(gè)或更多個(gè)第四通道19排出冷卻介質(zhì)而被冷卻。例如，冷卻介質(zhì)是壓縮空氣，壓縮空氣被供應(yīng)到一個(gè)或更多個(gè)第三通道18，由此其流過冷卻通道12并經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)第四通道19被排出到外部環(huán)境。一個(gè)或更多個(gè)第三通道18以及一個(gè)或更多個(gè)第四通道19也能夠是封閉的冷卻回路的一部分，氣態(tài)或液態(tài)冷卻介質(zhì)能夠在該冷卻回路中循環(huán)。
[0017]抽吸構(gòu)件3還包含被集成在抽吸構(gòu)件3中的電阻加熱器20和溫度傳感器21。溫度傳感器21優(yōu)選地是隨溫度變化的電阻器并且用于測(cè)量抽吸構(gòu)件3的當(dāng)前溫度。例如，抽吸構(gòu)件3包含側(cè)向突出的突起22，如此處示出的，突起22的上側(cè)定位成比抽吸構(gòu)件3的上側(cè)5低并且突起22的底側(cè)定位成比抽吸構(gòu)件3的底側(cè)4高。突起22的上側(cè)包含兩個(gè)第一電接觸區(qū)域23和兩個(gè)第二電接觸區(qū)域24，第一電接觸區(qū)域23連接到電阻加熱器20，第二電接觸區(qū)域24連接到形成溫度傳感器21的隨溫度變化的電阻器。電接觸區(qū)域也能夠被集成在抽吸構(gòu)件3的上側(cè)5和/或側(cè)壁15中。
[0018]圖3以頂視圖示出了抽吸構(gòu)件3。該圖示出了具有冷卻通道12的入口 13和出口14的上側(cè)5，以及第一電接觸區(qū)域23和第二電接觸區(qū)域24。
[0019]電接觸元件25諸如接觸銷(如示出的)或支架等被附接到結(jié)合頭本體2，該接觸元件優(yōu)選地被以彈性方式安裝并且被電連接到控制單元，控制單元供應(yīng)電阻加熱操作需要的以及溫度傳感器21操作需要的電流。當(dāng)抽吸構(gòu)件3被抽吸到結(jié)合頭本體2的底側(cè)6時(shí)，電接觸元件25與接觸區(qū)域23、24接觸，從而建立與電阻加熱器20和溫度傳感器21的電連接。
[0020]冷卻通道12優(yōu)選地被直接布置在抽吸構(gòu)件3的上側(cè)5的下方。電阻加熱器20優(yōu)選地被布置在冷卻通道12的下方，但是也能夠被布置在冷卻通道12的上方，即在冷卻通道12和上側(cè)5之間。溫度傳感器21優(yōu)選地被直接布置在抽吸構(gòu)件3的底側(cè)4的上方，但是也能夠位于抽吸構(gòu)件3中的另一個(gè)位置處。抽吸構(gòu)件3由單件燒結(jié)陶瓷材料構(gòu)成。例如，以如下方式生產(chǎn)產(chǎn)品，數(shù)層陶瓷材料、電阻加熱器20和溫度傳感器21以期望的順序彼此堆疊然后燒結(jié)在一起，從而產(chǎn)生形成抽吸構(gòu)件3的單個(gè)陶瓷元件。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合頭I的特征在于，抽吸構(gòu)件3的加熱、冷卻和溫度監(jiān)控所需的元件全都被集成在抽吸構(gòu)件3中，并且結(jié)合頭本體2僅包括向抽吸構(gòu)件3供應(yīng)電力和冷卻介質(zhì)所需的元件。而且，另一方面，所述元件的布置和構(gòu)造以如下方式完成，使得抽吸構(gòu)件3是扁平的，即，在底側(cè)4和上側(cè)5之間的距離明顯小于最大寬度B，即在彼此相對(duì)的側(cè)壁15之間的最大距離(不考慮突起22)。具有一體的電阻加熱器20和一體的溫度傳感器21的單件燒結(jié)陶瓷材料的抽吸構(gòu)件3的緊湊布置一方面導(dǎo)致抽吸構(gòu)件3的非常低的熱質(zhì)量，另一方面加熱或冷卻并不由于防止傳熱的表面而與半導(dǎo)體芯片11隔離開，而在電阻加熱器20和/或冷卻通道12被集成在結(jié)合頭本體2的情況下，加熱或冷卻由于防止傳熱的表面而與半導(dǎo)體芯片11隔離開。
[0022]冷卻通道12優(yōu)選地被布置在與抽吸構(gòu)件3的上表面5平行延伸的僅單個(gè)平面中，而不被布置在以一個(gè)平面在另一個(gè)平面之上的方式定位的數(shù)個(gè)平面中。冷卻通道12在該構(gòu)造中僅形成低的高度，從而獲得抽吸構(gòu)件3的扁平結(jié)構(gòu)。扁平結(jié)構(gòu)意味著低的整體高度。
[0023]在利用壓縮空氣或惰性氣體進(jìn)行冷卻的實(shí)施例的情況下，一個(gè)或更多個(gè)第四通道19優(yōu)選地如圖示地在相對(duì)于抽吸構(gòu)件的底側(cè)4傾斜的方向上延伸，并且通向外部環(huán)境。因此，一個(gè)或更多個(gè)第四通道19的出口開口比一個(gè)或更多個(gè)第四通道19的入口開口更遠(yuǎn)離抽吸構(gòu)件3的底側(cè)4。因此，排出的壓縮空氣在向上方向上流出，因此減小了排出的壓縮空氣將已經(jīng)安裝的、與基片的連接尚未完全穩(wěn)固的半導(dǎo)體芯片移位或吹開的可能性，或者對(duì)于已經(jīng)被涂覆粘合劑材料但尚未放置半導(dǎo)體芯片的相鄰基片位置減小粘合劑材料產(chǎn)生漂移的可能性。
[0024]因?yàn)槌槲鼧?gòu)件3被可拆卸地固定到結(jié)合頭本體2或利用真空被保持在結(jié)合頭本體2上，所以抽吸構(gòu)件3能夠容易地自動(dòng)地更換，以便將半導(dǎo)體安裝裝置調(diào)整為不同尺寸的半導(dǎo)體芯片。
[0025]雖然已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例和應(yīng)用，但是顯而易見的是，對(duì)于受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在不脫離此處的發(fā)明構(gòu)思的情況下，能夠得到比上面提及的更多的變型。因此，除了所附權(quán)利要求及其等同物的精神以外，本發(fā)明不受限制。
【權(quán)利要求】
1.一種結(jié)合頭(1)，包括: 結(jié)合頭本體(2)，以及 扁平的抽吸構(gòu)件(3)，所述抽吸構(gòu)件(3)由單件燒結(jié)陶瓷材料構(gòu)成并具有彼此相對(duì)的底側(cè)⑷和上側(cè)(5)， 其中，在所述抽吸構(gòu)件(3)中: 所述底側(cè)(4)形成有至少一個(gè)凹部(9)， 一個(gè)或更多個(gè)冷卻通道(12)被設(shè)置在所述上側(cè)(5)的下方，所述冷卻通道包括入口(13)和出口(14)， 電阻加熱器(20)被布置在所述冷卻通道(12)的下方或上方，并且集成有溫度傳感器(21)，其中，所述電阻加熱器(20)被連接到第一接觸區(qū)域(23)并且所述溫度傳感器(21)被連接到第二接觸區(qū)域(24)； 其中，所述結(jié)合頭本體⑵的底側(cè)(6)或者所述抽吸構(gòu)件(3)的上側(cè)(5)包括一個(gè)或更多個(gè)凹部(7)，并且其中，所述結(jié)合頭本體(2)包括一個(gè)或更多個(gè)第一通道(8)，所述一個(gè)或更多個(gè)第一通道(8)通向所述一個(gè)或更多個(gè)凹部(7)并且能夠被供應(yīng)真空用于抽吸所述抽吸構(gòu)件⑶； 其中，所述結(jié)合頭本體(2)和所述抽吸構(gòu)件(3)包括至少一個(gè)第二通道(10)，所述至少一個(gè)第二通道(10)通向所述抽吸構(gòu)件(3)的底側(cè)(4)中的所述至少一個(gè)凹部(9)并且能夠被供應(yīng)真空用于抽吸半導(dǎo)體芯片(11); 其中，所述結(jié)合頭本體(2)包括一個(gè)或更多個(gè)第三通道(18)以及一個(gè)或更多個(gè)第四通道(19)，所述一個(gè)或更多個(gè)第三通道(18)與所述冷卻通道(12)的所述入口(13)連通，且所述一個(gè)或更多個(gè)第四通道(19)與所述冷卻通道(12)的所述出口(14)連通；并且 其中，接觸元件(25)被附接到所述結(jié)合頭本體(2)，當(dāng)所述抽吸構(gòu)件(3)被抽吸時(shí)，所述接觸元件(25)與所述第一接觸區(qū)域(23)或所述第二接觸區(qū)域(24)接觸，使得所述抽吸構(gòu)件(3)能夠被所述電阻加熱器(20)加熱，能夠通過所述第三通道(18)供應(yīng)冷卻介質(zhì)并且通過所述第四通道(19)排出冷卻介質(zhì)而被冷卻，并且使得由所述溫度傳感器(21)測(cè)量到的溫度能夠被傳遞到控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合頭，其中，所述第四通道(19)在相對(duì)于所述抽吸構(gòu)件(3)的底側(cè)(4)傾斜布置的方向上延伸并且通向外部環(huán)境，使得所述第四通道(19)的出口開口比所述第四通道(19)的入口開口更遠(yuǎn)離所述抽吸構(gòu)件(3)的底側(cè)(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)合頭，其中，所述冷卻通道(12)、所述第三通道(18)以及所述第四通道(19)屬于封閉回路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)所述的結(jié)合頭，其中，所述冷卻通道(12)被布置在與所述抽吸構(gòu)件(3)的上側(cè)(5)平行地延伸的單個(gè)平面中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項(xiàng)所述的結(jié)合頭，其中，所述接觸元件(25)被彈性地安裝在所述結(jié)合頭本體(2)上。
【文檔編號(hào)】H01L21/603GK103943520SQ201410027342
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月21日
【發(fā)明者】安德魯斯·邁爾 申請(qǐng)人:貝思瑞士股份公司