Устройство для присоединения кристаллов к основаниям полупроводниковых приборов

 

Использование: в микроэлектронике при монтаже полупроводниковых кристаллов. Сущность изобретения: устройство снабжено механизмом распределения сжатого воздуха, состоящим из эжектора с дросселем в подводящем патрубке и с соплом и электромагнитного клапана, состоящего из электромагнита, якорь которого штоком соединен с конусной заслонкой сопла. Закрывая или открывая сопло, в центральном отверстии инструмента создают вакуум или избыточное давление. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в процессе монтажа полупроводниковых кристаллов и интегральных схем.

Известен комбинированный пневматический схват, содержащий полый корпус с базовой поверхностью, соединенный с вакуумным и сжатого воздуха каналами. Вокруг вакуумного канала установлена заглушка из пористого материала, образующая с корпусом пневмокамеру [1].

Недостаток известного устройства заключается в ограниченных технологических возможностях. Устройство может захватывать только один тип плоских деталей, например кристаллов, но этим устройством их невозможно крепить (монтировать). Кроме того, устройство требует сложной пневматической системы.

Известно устройство для напайки кристаллов полупроводниковых приборов, содержащее основание, механизм подачи и нагрева корпусов приборов, механизм перемещения и подъема кристаллов, проектор и механизм установки кристаллов на корпусе приборов, выполненный в виде привода, системы передач и рычага с вакуумным захватом [2].

Недостаток известного устройства заключается в ограниченных технологических возможностях. Устройство посредством механизма перемещения и подъема кристаллов может крепить кристаллы к корпусам только посредством механического воздействия инструмента на достаточно твердый кристалл.

Другой недостаток устройства состоит в том, что оно не обеспечивает достаточного выхода годных приборов при монтаже. В силу механического воздействия на кристаллы они имеют сколы или раскалываются, особенно хрупкие.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является установка группового присоединения кристаллов к основаниям полупроводниковых приборов, содержащая станину, механизм подачи оснований на позицию присоединения кристаллов, предметный стол для кристаллов, механизм присоединения кристаллов к основаниям с инструментом, блок управления установкой, связанный с механизмом подачи оснований и механизмом присоединения кристаллов, и вакуумную систему [3].

Одним из недостатков установки являются ограниченные технологические возможности, т. к. механизм присоединения кристаллов работает по принципу прямого контакта хрупкого кристалла с поверхностями инструмента. Механизм присоединения кристаллов не приспособлен к работе с инструментами, работающими на эффекте Бернулли, т.к. устройство не имеет нагнетательной системы для рабочего тела.

Другим недостатком является недостаточный выход годных приборов из-за сколов поверхности некоторых кристаллов или их разрушения.

Целью предложенного технического решения является расширение технологических возможностей устройства и повышение выхода годных приборов.

Поставленная цель в устройстве для присоединения кристаллов к основаниям полупроводниковых приборов, содержащем основание, механизм присоединения кристаллов с инструментом, систему подвода рабочего тела, блок управления и нагреватель, достигается тем, что устройство снабжено распределителем рабочего тела, выполненным в виде эжектора, встросенного в систему подвода рабочего тела, и электромагнитного клапана, причем электромагнитный клапан выполнен в виде конусной заслонки сопла и якоря, соединенных штоком, установленным параллельно оси эжектора.

Распределитель рабочего тела установлен на механизме присоединения кристаллов, а эжектор пропущен через цилиндрическую полость над инструментом.

Распределитель рабочего тела установлен на основании, а эжектор пропущен через канал системы подвода рабочего тела.

В механизме присоединения кристаллов выполнена кольцевая полость, концентричная полости под сменный инструмент, в которой расположен нагреватель.

Распределитель рабочего тела позволяет создавать вакуум или давление в системе его подвода, что дает возможность проводить присоединение кристаллов (монтаж) с использованием механического и газового давлений, а при сменных инструментах проводить монтаж с использованием эффекта Бернулли. Это расширяет технологические возможности устройства. Создание давления на кристалл подогретым газом увеличивает выход годных приборов.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области техники, т. е. в микроэлектронике, позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом устройстве для присоединения кристаллов, и признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - механизм присоединения кристаллов с распределением рабочего тела в момент захвата кристалла инструментом; на фиг. 3 - то же, в момент посадки кристалла; на фиг. 4 - узел I на фиг. 3 (распределение нагрузки на кристалл в момент посадки).

Устройство для присоединения (крепления) полупроводникового кристалла содержит основание 1, на котором закреплен механизм 2 присоединения кристаллов, имеющий корпус 3 с цилиндрической 4 и глухой кольцевой 5 полостями. В цилиндрической полости 4 установлен инструмент 6 с центральным отверстием 7 и присасывающей поверхностью 8, выполненной в виде углубления по форме усеченной пирамиды. Инструмент 6 в цилиндрической полости 4 закреплен, например, посредством винта 9. В кольцевой полости 5 корпуса 3 через изолирующую прокладку 10 расположен нагреватель 11, выполненный в виде спирали и соединенный с источником тока (на чертежах не показан) с напряжением, например, 11-13В, скомпонованный с блоком 12 управления. В верхней части корпуса 3 установлена вакуумная система 13, снабженная механизмом распределения сжатого воздуха, выполненным в виде эжектора и электромагнитного клапана. Эжектор выполнен из полого подводящего патрубка 14 с дроссельным отверстием 15 на конце и сопла 16, расположенного соосно подводящему патрубку 14 и выступающего pаструбом за габариты корпуса 3. Смежные торцы патрубка 14 и сопла 16 установлены с зазором 17. Электромагнитный клапан выполнен в виде конусной заслонки 18, сопла 16 и якоря 19, соединенных между собой штоком 20, установленным параллельно оси 21 эжектора с возможностью осевого перемещения под воздействием электромагнита 22 на якорь 19. Механизм распределения сжатого воздуха может быть установлен на основании 1. Для этого в вакуумную систему 13 встроен переходник 23, через полость которого пропущены патрубок 14 и сопло 16 эжектора. Через переходник также пропущен шток 20 электромагнитного клапана. Вакуумная система 13 через вентили 24 и 25 соединена с источниками сжатого воздуха 26 и инертного газа 27. Перед источниками 26 и 27 в систему 13 встроен автоматический клапан 28, например, марки П-ЭПК-12-У4. Блок 12 управления электропроводами 29, 30 и 31 соединен соответственно с нагревателем 11, электромагнитом 22 и клапаном 28.

Устройство работает следующим образом. Перед началом работы в цилиндрическую полость 4 корпуса 3 вставляют инструмент 6 со сквозным центральным отверстием 7 и присасывающей поверхностью 8, соответствующей форме монтируемого кристалла 32. Инструмент 6 в корпусе 3 закрепляют, например, винтом 9.

В момент подвода инструмента 6 к кристаллу 32 в кассете (на чертежах) не показана) в систему 13, например, из источника 26 нагнетают сжатый воздух, при этом вентили 24 и клапан 28 открыты. Сжатый воздух в направлении стрелки А поступает в подводящий патрубок 14 эжектора и, пройдя через дроссельное отверстие 15, с увеличенной скоростью вытекает через сопло 16 наружу так как электромагнит 22 обесточен, а заслонка 18 отведена в исходное положение. В результате высокой скорости истечения сжатого воздуха в зоне зазора 17 возникает разрежение, в которое устремляется воздух в направлении стрелки Б, находящийся в части цилиндрической полости 4 и центральном отверстии 7 инструмента. Это отсасывание воздуха продолжается до момента соприкосновения кристалла 32 с присасывающими поверхностями 8 инструмента 6. После выхода воздуха из полости 4 и отверстия 7 в них образуется вакуум и кристалл 32, надежно удерживаемый инструментом 6, переносят к месту посадки (монтажа) механизмом 2 присоединения кристаллов в направлении стрелок Г и Д. В момент касания кристалла 32 поверхности посадки (на чертежах не показана) включают вибратор (на чертежах не показан). Одновременно с вибратором включают электромагнит 22, который притягивает якорь 19 и перемещает шток 20, закрывая заслонкой 18 сопло 16. Сжатый воздух из патрубка 14 через зазор 17 поступает в направлении стрелки В в цилиндрическую полость 4 и отверстие 7 и создает равномерное статическое давление на рабочую поверхность кристалла 32 без механического воздействия на его ребра (фиг. 4). Перед захватом кристалла 32 включают нагреватель 11, который подогревают перемещаемый через отверстие 7 воздух, предотвращая растрескивание кристаллов от атмосферных воздействий.

При переходе на более ответственный монтаж кристаллов с повышенной стерильностью вентиль 24 перекрывают, а открывают вентиль 25 и в систему 13 нагнетают инертный газ. Далее устройство работает в описанной последовательности.

При посадке (монтаже) полупроводниковых кристаллов 32 другого размера или при изменении способа посадки, например при использовании эффекта Бернулли, инструмент заменяют.

Примеры лабораторных испытаний предлагаемого устройства.

Для проведения испытаний была взята партия (28000 шт) приборов типа 533ИЕ7, разбитая на четыре части по 7000 шт в каждой подпартии. Эксперимент проводили на установке ЭМ-415.

П р и м е р 1. В цилиндрическую полость корпуса механизма присоединения кристаллов установки устанавливали известный вакуумный инструмент. За смену было установлено 850 кристаллов с выходом годных 97%.

П р и м е р 2. Для монтажа второй подпартии кристаллов в корпус устанавливали инструмент, работающий на эффекте Бернулли. За смену было установлено 870 кристаллов с выходом годных 97,2%.

П р и м е р 3. В цилиндрическую полость корпуса механизма присоединения кристаллов установки устанавливали известный вакуумный инструмент, а вакуумную систему снабжали механизмом распределения сжатого воздуха и проводили посадку кристаллов третьей подпартии. Производительность в смену 880 шт с выходом годных 97,5%.

П р и м е р 4. Устанавливали инструмент, работающий на эффекте Бернулли, и механизм распределения сжатого воздуха и проводили посадку четвертой партии кристаллов. Производительность в смену составила 950 шт с выходом годных 98%.

На основании проведенных экспериментов можно сделать вывод, что при использовании предлагаемого механизма распределения сжатого воздуха в любой из известных установок для посадки кристаллов производительность установки повышается на 3,5-9,2%, а выход годных возрастает на 0,5-0,8%. При использовании предлагаемого устройства также расширяются технологические возможности установки (монтажа) кристаллов за счет использования инструментов, требующих как вакуумной, так и нагнетательной систем подачи сжатого воздуха без использования механического воздействия на кристалл. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет использовать в одной системе разные рабочие тела или их смесь.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИСОЕДИНЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ К ОСНОВАНИЯМ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, содержащее станину, механизм присоединения кристаллов к основаниям с инструментом, вакуумную систему, блок управления и нагреватель, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения выхода годных, вакуумная система снабжена механизмом распределения сжатого воздуха, выполненным в виде эжектора и электромагнитного клапана, состоящего из конусной заслонки, сопла, якоря и штока, при этом конусная заслонка, сопло и эжектор установлены соосно, а конусная заслонка связана с якорем посредством штока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм присоединения кристаллов выполнен в виде корпуса с центральной цилиндрической и глухой кольцевой концентричными полостями, инструмент установлен в центральной цилиндрической полости, а нагреватель - в глухой кольцевой полости.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что механизм распределения сжатого воздуха установлен на механизме присоединения кристаллов, при этом эжектор пропущен через цилиндрическую полость над инструментом.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм распределения сжатого воздуха установлен на станине, при этом эжектор соединен с каналом вакуумной системы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4