具有可加热和可冷却抽吸构件的结合头的制作方法
【专利摘要】一种用于将半导体芯片安装在基片上的结合头(1)，该结合头包括结合头本体(2)和形成为单件的抽吸构件(3)。抽吸构件的加热、冷却和温度监控所需的元件全都被集成到抽吸构件(3)中，使得加热元件和冷却元件都不由于防止传热的表面而与半导体芯片(11)隔离开。结合头本体(2)仅包含向抽吸构件(3)供应电力和冷却介质所需的元件。
【专利说明】具有可加热和可冷却抽吸构件的结合头
[0001] 申请人:在此要求于2013年I月21日提交的瑞士专利申请N0.245/13的优先权，其公开内容在此通过引用而并入本文。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种具有可加热和可冷却抽吸构件的结合头。
【背景技术】
[0003]这种结合头在半导体工业中用于将半导体芯片(称为模具)以普通方式结合或热压结合(TC结合)在基片上。在温度以及可选的压力作用下形成连接。
[0004]某些结合工艺诸如TC结合在基片上进行结合期间需要加热和冷却半导体芯片，即，使用极端的加热和冷却速率来操控温度分布。这种加热和冷却需要时间并且大体确定周期的时间以及因此确定机器的处理量。
[0005]从美国专利N0.6，821，381可知一种热压结合头，该热压结合头包括由陶瓷制成的抽吸构件，抽吸构件被旋拧到结合头上。抽吸构件包含被附接在抽吸构件的凹部中的电阻加热器。热电偶被附加地布置在抽吸构件的外侧。抽吸构件的上侧包含凹部，使得冷却通道被形成在结合头和抽吸构件之间，冷却通道能够被供应压缩空气以冷却抽吸构件。压缩空气在水平方向上流过冷却通道并在冷却通道的端部处到达外部环境。
[0006]从W02012002300可知一种热压结合头，该热压结合头包括结合头本体和抽吸构件，结合头本体具有一体的加热器和能够被供应压缩空气的冷却通道，抽吸构件能够利用真空被保持在结合头本体上。抽吸构件还包括能够被供应压缩空气的冷却通道。
[0007]使用这种从现有技术可知的结合头，能够以100°C /s的加热速率加热半导体芯片，并且以50°C /s的冷却速率冷却该半导体芯片。
【发明内容】
[0008]本发明基于改善这种结合头的目的，即具体是增加抽吸构件的加热速率和冷却速率。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]被并入并构成本说明书的一部分的附图图示了本发明的一个或更多个实施例，并且和详细描述一起用来解释发明的原理和实施方式。附图不按比例。在附图中:
[0010]图1示意性地示出了根据本发明的结合头的截面视图；
[0011]图2示出了抽吸构件的底侧；并且
[0012]图3示出了抽吸构件的上侧。
【具体实施方式】
[0013]一种半导体安装设备包括拾取和放置系统，该拾取和放置系统一个接一个地拾取半导体芯片并将它们放置在基片上。该拾取和放置系统包括结合头I。图1示意性地示出了结合头I的理解本发明所必需的部分。结合头I在与基片表面垂直地延伸的方向上被可移位地安装在拾取和放置系统上，该方向通常是竖直方向并且在此标示为Z方向。结合头I包括结合头本体2以及可加热和可冷却的抽吸构件3，抽吸构件3被可拆卸地固定到结合头本体2。
[0014]抽吸构件3具有彼此相对并且相对于彼此平行延伸的底侧4和上侧5。结合头本体2具有底侧6，抽吸构件3的上侧5搁置在底侧6上。结合头本体2的底侧6或者抽吸构件3的上侧5设有一个或更多个第一凹部7，一个第一通道8或数个第一通道8通向第一凹部7，该槽能够被供应真空以便抽吸和紧固地保持搁置在底侧6上的抽吸构件3。
[0015]图2示出了抽吸构件3的底侧4。底侧4包括一个(如示出的)或更多个凹部9。结合头本体2和抽吸构件3包含至少一个第二通道10，第二通道10通向所述的一个或更多个凹部9并且能够被供应真空以抽吸半导体芯片11。底侧4的完全被一个或更多个凹部9覆盖的表面区域形成用于抽吸半导体芯片11的抽吸区域，而底侧4的不被一个或更多个凹部9覆盖的表面区域允许在加热半导体芯片11期间的热量的传递或者在冷却半导体芯片11期间的热量的消散。这两个表面区域的比例就他们的比率而言被确定为，使得一方面能够以需要的力抽吸半导体芯片11，另一方面半导体芯片11能够被有效地加热和冷却。
[0016]抽吸构件3包含一个或更多个冷却通道12，冷却通道12各自包括入口 13和出口14，入口 13和出口 14通向侧壁15或优选地通向抽吸构件3的上侧5。结合头本体2的底侧6形成有一个或更多个第二凹部16以及一个或更多个第三凹部17。结合头本体2包含一个或若干个第三通道18以及一个或若干个第四通道19，所述一个或若干个第三通道18通向所述一个或更多个第二凹部16，而所述一个或若干个第四通道19通向所述一个或更多个第三凹部17。当抽吸构件3搁置在结合头本体2的底侧6上时，所述一个或更多个凹部16形成一个或更多个连接冷却通道12的入口 13的腔，并且所述一个或更多个凹部17形成一个或更多个连接冷却通道12的出口 14的腔。抽吸构件3因此能够通过一个或更多个第三通道18供应冷却介质并且通过一个或更多个第四通道19排出冷却介质而被冷却。例如，冷却介质是压缩空气，压缩空气被供应到一个或更多个第三通道18，由此其流过冷却通道12并经由一个或更多个第四通道19被排出到外部环境。一个或更多个第三通道18以及一个或更多个第四通道19也能够是封闭的冷却回路的一部分，气态或液态冷却介质能够在该冷却回路中循环。
[0017]抽吸构件3还包含被集成在抽吸构件3中的电阻加热器20和温度传感器21。温度传感器21优选地是随温度变化的电阻器并且用于测量抽吸构件3的当前温度。例如，抽吸构件3包含侧向突出的突起22，如此处示出的，突起22的上侧定位成比抽吸构件3的上侧5低并且突起22的底侧定位成比抽吸构件3的底侧4高。突起22的上侧包含两个第一电接触区域23和两个第二电接触区域24，第一电接触区域23连接到电阻加热器20，第二电接触区域24连接到形成温度传感器21的随温度变化的电阻器。电接触区域也能够被集成在抽吸构件3的上侧5和/或侧壁15中。
[0018]图3以顶视图示出了抽吸构件3。该图示出了具有冷却通道12的入口 13和出口14的上侧5，以及第一电接触区域23和第二电接触区域24。
[0019]电接触元件25诸如接触销(如示出的)或支架等被附接到结合头本体2，该接触元件优选地被以弹性方式安装并且被电连接到控制单元，控制单元供应电阻加热操作需要的以及温度传感器21操作需要的电流。当抽吸构件3被抽吸到结合头本体2的底侧6时，电接触元件25与接触区域23、24接触，从而建立与电阻加热器20和温度传感器21的电连接。
[0020]冷却通道12优选地被直接布置在抽吸构件3的上侧5的下方。电阻加热器20优选地被布置在冷却通道12的下方，但是也能够被布置在冷却通道12的上方，即在冷却通道12和上侧5之间。温度传感器21优选地被直接布置在抽吸构件3的底侧4的上方，但是也能够位于抽吸构件3中的另一个位置处。抽吸构件3由单件烧结陶瓷材料构成。例如，以如下方式生产产品，数层陶瓷材料、电阻加热器20和温度传感器21以期望的顺序彼此堆叠然后烧结在一起，从而产生形成抽吸构件3的单个陶瓷元件。
[0021]根据本发明的结合头I的特征在于，抽吸构件3的加热、冷却和温度监控所需的元件全都被集成在抽吸构件3中，并且结合头本体2仅包括向抽吸构件3供应电力和冷却介质所需的元件。而且，另一方面，所述元件的布置和构造以如下方式完成，使得抽吸构件3是扁平的，即，在底侧4和上侧5之间的距离明显小于最大宽度B，即在彼此相对的侧壁15之间的最大距离(不考虑突起22)。具有一体的电阻加热器20和一体的温度传感器21的单件烧结陶瓷材料的抽吸构件3的紧凑布置一方面导致抽吸构件3的非常低的热质量，另一方面加热或冷却并不由于防止传热的表面而与半导体芯片11隔离开，而在电阻加热器20和/或冷却通道12被集成在结合头本体2的情况下，加热或冷却由于防止传热的表面而与半导体芯片11隔离开。
[0022]冷却通道12优选地被布置在与抽吸构件3的上表面5平行延伸的仅单个平面中，而不被布置在以一个平面在另一个平面之上的方式定位的数个平面中。冷却通道12在该构造中仅形成低的高度，从而获得抽吸构件3的扁平结构。扁平结构意味着低的整体高度。
[0023]在利用压缩空气或惰性气体进行冷却的实施例的情况下，一个或更多个第四通道19优选地如图示地在相对于抽吸构件的底侧4倾斜的方向上延伸，并且通向外部环境。因此，一个或更多个第四通道19的出口开口比一个或更多个第四通道19的入口开口更远离抽吸构件3的底侧4。因此，排出的压缩空气在向上方向上流出，因此减小了排出的压缩空气将已经安装的、与基片的连接尚未完全稳固的半导体芯片移位或吹开的可能性，或者对于已经被涂覆粘合剂材料但尚未放置半导体芯片的相邻基片位置减小粘合剂材料产生漂移的可能性。
[0024]因为抽吸构件3被可拆卸地固定到结合头本体2或利用真空被保持在结合头本体2上，所以抽吸构件3能够容易地自动地更换，以便将半导体安装装置调整为不同尺寸的半导体芯片。
[0025]虽然已经示出和描述了本发明的实施例和应用，但是显而易见的是，对于受益于本公开的本领域技术人员来说，在不脱离此处的发明构思的情况下，能够得到比上面提及的更多的变型。因此，除了所附权利要求及其等同物的精神以外，本发明不受限制。
【权利要求】
1.一种结合头(1)，包括: 结合头本体(2)，以及 扁平的抽吸构件(3)，所述抽吸构件(3)由单件烧结陶瓷材料构成并具有彼此相对的底侧⑷和上侧(5)， 其中，在所述抽吸构件(3)中: 所述底侧(4)形成有至少一个凹部(9)， 一个或更多个冷却通道(12)被设置在所述上侧(5)的下方，所述冷却通道包括入口(13)和出口(14)， 电阻加热器(20)被布置在所述冷却通道(12)的下方或上方，并且集成有温度传感器(21)，其中，所述电阻加热器(20)被连接到第一接触区域(23)并且所述温度传感器(21)被连接到第二接触区域(24)； 其中，所述结合头本体⑵的底侧(6)或者所述抽吸构件(3)的上侧(5)包括一个或更多个凹部(7)，并且其中，所述结合头本体(2)包括一个或更多个第一通道(8)，所述一个或更多个第一通道(8)通向所述一个或更多个凹部(7)并且能够被供应真空用于抽吸所述抽吸构件⑶； 其中，所述结合头本体(2)和所述抽吸构件(3)包括至少一个第二通道(10)，所述至少一个第二通道(10)通向所述抽吸构件(3)的底侧(4)中的所述至少一个凹部(9)并且能够被供应真空用于抽吸半导体芯片(11); 其中，所述结合头本体(2)包括一个或更多个第三通道(18)以及一个或更多个第四通道(19)，所述一个或更多个第三通道(18)与所述冷却通道(12)的所述入口(13)连通，且所述一个或更多个第四通道(19)与所述冷却通道(12)的所述出口(14)连通；并且 其中，接触元件(25)被附接到所述结合头本体(2)，当所述抽吸构件(3)被抽吸时，所述接触元件(25)与所述第一接触区域(23)或所述第二接触区域(24)接触，使得所述抽吸构件(3)能够被所述电阻加热器(20)加热，能够通过所述第三通道(18)供应冷却介质并且通过所述第四通道(19)排出冷却介质而被冷却，并且使得由所述温度传感器(21)测量到的温度能够被传递到控制单元。
2.根据权利要求1所述的结合头，其中，所述第四通道(19)在相对于所述抽吸构件(3)的底侧(4)倾斜布置的方向上延伸并且通向外部环境，使得所述第四通道(19)的出口开口比所述第四通道(19)的入口开口更远离所述抽吸构件(3)的底侧(4)。
3.根据权利要求1所述的结合头，其中，所述冷却通道(12)、所述第三通道(18)以及所述第四通道(19)属于封闭回路。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的结合头，其中，所述冷却通道(12)被布置在与所述抽吸构件(3)的上侧(5)平行地延伸的单个平面中。
5.根据权利要求1到4中的任一项所述的结合头，其中，所述接触元件(25)被弹性地安装在所述结合头本体(2)上。
【文档编号】H01L21/603GK103943520SQ201410027342
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2013年1月21日
【发明者】安德鲁斯·迈尔 申请人:贝思瑞士股份公司