УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНТАЖА КРИСТАЛЛА Российский патент 2002 года по МПК H01L21/58 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к устройствам для монтажа кристаллов.

Известно устройство для монтажа методом перевернутого кристалла, содержащее микроскоп, инструмент с вакуумной присоской, полупрозрачное зеркало и нагреваемый стол с манипулятором [1]. Кристалл захватывают инструментом с вакуумной присоской с поверхности полупрозрачного зеркала. На стол укладывают плату, на которую монтируют кристалл. При этом в поле микроскопа наблюдают одновременно два изображения - кристалла и подложки.

С помощью манипулятора стола совмещают оба изображения, обеспечивая совмещение контактных площадок кристалла с контактными площадками платы. Затем инструмент с захваченным кристаллом опускают на плату, и за счет давления и температуры обеспечивают соединение контактных площадок кристалла и платы.

Недостатком этого устройства является низкое качество монтажа из-за низкой точности совмещения контактных площадок кристалла и платы вследствие оптического искажения изображения, наблюдаемого в микроскоп под углом через полупрозрачное зеркало, а также из-за низкой точности совмещения стола и инструмента.

Известно устройство для монтажа методом перевернутого кристалла - прототип, содержащее инфракрасный микроскоп с длиной волны инфракрасного источника 1 мкм, инструмент с вакуумной присоской, выполненный в виде полого цилиндра с отверстием для подачи вакуума, закрытого сверху прозрачной шайбой для наблюдения изображения сквозь полость цилиндра, и нагреваемый стол с манипулятором [2] . Для захвата кристалла отверстие цилиндра соединяют с вакуумом.

Перед началом работы совмещают плоскости стола и нижней плоскости цилиндра, для чего на стол укладывают мягкую алюминиевую полосу и на нее опускают цилиндр. По отпечатку на алюминиевой полосе определяют, совмещены ли плоскость стола и нижняя плоскость цилиндра. При нечетком опечатке на алюминиевой полосе подстраивают с помощью юстировочных винтов нижнюю плоскость цилиндра и вновь делают отпечаток и так до получения четкого отпечатка на алюминиевой полосе.

Далее на стол укладывают плату. Кристалл захватывают с помощью вакуума через отверстие в цилиндре и устанавливают над платой. При этом через прозрачную шайбу наблюдают в поле зрения микроскопа два изображения: платы и кристалла, так как кристалл прозрачен для волны 1 мкм. С помощью манипулятора стола совмещают изображение на кристалле с изображением на плате. Затем цилиндр вместе с кристаллом опускают на плату, и за счет давления и температуры обеспечивают соединение контактных площадок кристалла и платы.

Недостатком этого устройства является также низкое качество монтажа из-за, во-первых, сложности и невысокой точности совмещения плоскостей стола и инструмента с вакуумной присоской и, во-вторых, из-за невысокой точности совмещения контактных площадок кристалла и платы, которая обусловлена малым диаметром полости цилиндра в инструменте с вакуумной присоской и тем, что совмещение ведут по реперным знакам.

Техническим результатом изобретения является повышение качества монтажа за счет повышения точности совмещения плоскостей стола и инструмента при одновременном повышении точности совмещения контактных площадок кристалла и платы.

Технический результат достигается тем, что устройство для монтажа кристалла, содержащее инструмент с вакуумной присоской для захвата кристалла и опускания его на плату, выполненный в виде цилиндра с отверстием для подачи вакуума, закрытого сверху прозрачной шайбой, нагреваемый стол, на котором размещают плату и который снабжен манипулятором для совмещения контактных площадок кристалла и платы, инфракрасный микроскоп для наблюдения, дополнительно снабжено второй прозрачной шайбой, инструмент с вакуумной присоской выполнен в виде шаровой пары цилиндр-полусфера, при этом в цилиндре выполнены второе отверстие и круговая проточка в месте контакта полусферы и цилиндра для подачи вакуума, а к нижней части полусферы присоединена вторая прозрачная шайба и в них выполнены соосные отверстия вертикально относительно плоскости стола, причем отверстие в полусфере равно описанной окружности кристалла, а отверстие в шайбе в два раза меньше вписанной окружности кристалла.

Выполнение инструмента с вакуумной присоской в виде шаровой пары цилиндр-полусфера, причем последняя снабжена снизу прозрачной шайбой, позволит за счет поворота полусферы автоматически совмещать плоскости стола и инструмента с высокой точностью, а с помощью второго отверстия и проточки в цилиндре зафиксировать полусферу вакуумом и тем самым повысить качество монтажа.

Большое отверстие в полусфере, равное описанной окружности кристалла, позволит видеть его целиком и отказаться от реперных знаков для совмещения, а малое отверстие в прозрачной шайбе, в два раза меньшее вписанной окружности кристалла и соосное с большим отверстием в полусфере, позволит надежно захватывать кристалл и тем самым обеспечить высокую точность совмещения контактных площадок кристалла и платы, а следовательно, повысить качество монтажа.

Устройство для монтажа кристалла поясняется чертежом, где показаны:
инструмент с вакуумной присоской, выполненный в виде цилиндра 1, прозрачная шайба 2, отверстие 3, второе отверстие 4, круговая проточка для подачи вакуума 5, полусфера 6 с отверстием и соединенная с ней прозрачная кварцевая шайба 7 с соосным отверстием;
нагреваемый стол 8 с манипулятором;
плата 9 и кристалл 10;
инфракрасный микроскоп 11, который состоит из микроскопа с инфракрасным осветителем и видеокамерой и монитора для наблюдения объекта.

Устройство работает следующим образом.

Инструмент с вакуумной присоской (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) с помощью манипулятора опускают по оси Z на нагреваемый стол 8 с манипулятором. За счет поворота полусферы 6 происходит самосовмещение плоскости стола 8 и второй прозрачной шайбы 7. Затем через второе отверстие 4 в цилиндре и проточку 5 подают вакуум и тем самым фиксируют полусферу 6, а инструмент с вакуумной присоской (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) поднимают манипулятором по оси Z.

На нагреваемый стол 8 с манипулятором размещают плату 9, например, с помощью пинцета. Инструментом с вакуумной присоской (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) захватывают кристалл 10 путем подачи вакуума через отверстие 3 в цилиндре.

Кристалл 10 и плату 9 одновременно наблюдают на экране монитора 11. С помощью манипулятора стола 8 совмещают контактные площадки кристалла 10 и платы 9. После совмещения кристалл 10 опускают на плату 9. За счет усилия, прикладываемого к инструменту, и температуры нагретого стола обеспечивают термокомпрессионное соединение контактных площадок кристалла 10 и платы 9.

Изобретение позволит повысить качество монтажа за счет повышения точности совмещения плоскостей стола и инструмента при одновременном повышении точности совмещения контактных площадок кристалла и платы.

Устройство особенно успешно может быть использовано для монтажа методом перевернутого кристалла.

Источники информации
1. В.Д. Гимпельсон, Ю.А. Радионов. Тонкопленочные микросхемы для приборостроения и вычислительной техники. Москва. - "Машиностроение", 1976 г., стр.283-299.

2. Хагл, Банберг, Педротти. Монтаж НС методом "флип-чип". "Зарубежная электронная техника", 1970 г., 4, стр.3-15 - прототип.

Использование: в электронной технике. Сущность изобретения: инструмент выполнен в виде шаровой пары цилиндр-полусфера, что позволяет автоматически совмещать плоскости стола и инструмента с высокой точностью. Наличие прозрачной шайбы с отверстием, присоединенной к нижней части полусферы, позволяет видеть одновременно на экране монитора микроскопа контактные площадки кристалла и платы и совмещать их с высокой точностью, а также надежно захватывать кристалл. Техническим результатом изобретения является повышение качества монтажа за счет повышения точности совмещения плоскостей стола и инструмента при одновременном повышении точности совмещения контактных площадок кристалла и платы. 1 ил.

Устройство для монтажа кристалла, содержащее инструмент с вакуумной присоской для захвата кристалла и опускания его на плату, выполненный в виде цилиндра с отверстием для подачи вакуума и закрытого сверху прозрачной шайбой, нагреваемый стол, на котором размещают плату и который снабжен манипулятором для совмещения контактных площадок кристалла и платы, инфракрасный микроскоп для наблюдения, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено второй прозрачной шайбой, инструмент с вакуумной присоской выполнен в виде шаровой пары цилиндр-полусфера, при этом в цилиндре выполнены второе отверстие и круговая проточка в месте контакта полусферы и цилиндра для подачи вакуума, а к нижней части полусферы присоединена вторая прозрачная шайба и в них выполнены соосные отверстия вертикально относительно плоскости стола, причем отверстие в полусфере равно описанной окружности кристалла, а отверстие в шайбе в два раза меньше вписанной окружности кристалла.