單一頂針高度異常模擬分析

我們刻意將某一根頂針高度設定與其他頂針高，此驗證為了模擬當某一 根頂針較高，它所呈現的應力情況。條件為此頂針高度與其它頂針相比約 高出 0.1mm，如圖 4.5 所示。從 ANSYS 模擬分析圖來看，如圖 4.6，最大應 力產生處為左下角，也就是高度異常頂針的位置。

頂針較高處

圖 4.6 單一頂針高度異常模擬分析 4.1.2 整列頂針高度異常模擬分析

另外我們刻意將某一列頂針高度設定與其他頂針高，為了模擬當某一列 的頂針高度刻意變高，它所呈現的應力情況。條件為頂針高度與其它頂針 相比約高出 0.1mm，如圖 4.7 整列頂針較高處示意圖所示。

圖 4.7 整列頂針較高處示意圖

而從模擬結果來看如圖 4.8 所示。所呈現最大應力集中區域，仍為整列高 度異常區域。

圖 4.8 整列頂針高度異常模擬分析

4.2 最佳化頂針機構頂針排列模擬分析

基於以上的模擬分析可得知當頂針高度異常或是頂針機構將頂針頂起時 若有應力集中時，很容易導致矽晶片破裂。而模擬的目的是在未進行研發 時能得知所遭遇的問題並且改善。此模擬將找出何種頂針排列較利於矽晶 片頂起作業，模擬時將設定所有頂針高度都相同，高度無異常之現象。若 模擬結果為矽晶片呈受相當大的應力集中則代表此頂針排列不佳。反之若 模擬結果為良好則將所規劃的頂針排列製作出實體頂針機構組，並且進行 實作取片作業若取片的結果及良率非常良好，則代表最佳化頂針排列已找 出。

在此先將進行最佳化頂針排列設計結果進行整理，從表 4.4 可知表格中

圖 4.9 6.2x9.6mm-20 頂針排列設計

將設計好的頂針排列進行有限元素分析模擬，如同圖 4.10 頂針排列 6.2x9.6mm 發現矽晶片表面呈受許多應力，也表示矽晶片容易遭受到破壞。

圖 4.10 6.2x9.6mm-20 頂針排列有限元素模擬

4.2.2 第二組頂針排列 6.6x9.6mm-20 根設計

若刻意將頂針 X 方向範圍增加，並且頂針排列使用交錯式且針與針之間

切割膠膜分離而達到取片之目的，設計重點如下:

(1)頂針 X 方向最大範圍距離:由 6.2mm 更改為 6.6mm。

(2)頂針 X 方向間距:由 2mm 更改為 2.2mm。

(3)頂針 Y 方向最大範圍距離:維持 9.6mm 不變動。

(4)頂針 Y 方向間距:由 1.92mm 更改為 1.6mm。

(5)頂針中間部份:擺放 2 根頂針。

(6)頂針數量:20 根。

設計完成如圖 4.11 所示。

圖 4.11 6.6x9.6mm-20 交錯式頂針排列設計

將設計好的頂針排列進行有限元素分析模擬，如圖 4.12 頂針排列 6.6x9.6mm 從矽晶片表面應力看來，此設計它所承受的應力與非交錯頂針排 列來比大的許多不利於取片作業。

圖 4.12 6.6x9.6mm-20 頂針排列有限元素模擬

4.2.3 第三組頂針排列 6.8x9.6mm-27 根設計

經由有限元素分析結果，非交錯排列它所呈現矽晶片表面應力並不理 想，故仍回到非交錯型頂針設計。進行吸取矽晶片作業時矽晶片需要很平 穩的被頂針頂起，故此次設計的重點為增加頂針範圍，並且縮小頂針與頂 針之間的間距。而頂針排列於中間部份採菱形設計，目的是當頂針頂起時 中間雙菱形設計可支撐矽晶片使矽晶片不易產生變形因而降低應力產生，

設計重點如下:

(1)頂針 X 方向最大範圍距離:由 6.6mm 更改為 6.8mm。

(2)頂針 X 方向間距:由 2.2mm 更改為 1.7mm。

(3)頂針 Y 方向最大範圍距離:維持 9.6mm 不變動。

(4)頂針 Y 方向間距: 維持 1.6mm 不變動。

(6)頂針數量:27 根。

設計完成如圖 4.13 所示。

圖 4.13 6.8x9.6mm-27 頂針排列設計

將頂針設計使用有限元素進行模擬，如圖 4.14。可發現矽晶片表面所承 受的應力變小並且優於之前頂針排列設計，利用此模擬結果可將問題提前 被反應出來，以縮短研發過程中所遇到的問題。但此模擬結果需進行實作 加以佐證所模擬出來的結果是正確的，故將此頂針排列製作出一組新的頂 針機構並且進行實作，驗證良率是否有提升。

圖 4.14 6.8x9.6mm-27 頂針排列有限元素模擬

第五章 黏晶機晶粒頂出機構的改善對策與驗證

實驗部份將針對魚骨圖分析，所描述容易造成矽晶片破裂的原因進行研 究。魚骨圖分析中針對人員、機台、材料及方法將有可能造成晶片破裂的 原因列出並且於此章節分析及進行對策改善，最後在利用實驗驗證改善結 果。

5.1 對策 1:人員操作程序改善 5.1.1 頂針裝設改善實驗

裝設頂針為黏晶機作業前非常重要的步驟，頂裝裝設正確可減少頂針機 構進行頂出時所產生的異常，也可降低作業時造成矽晶片損傷，圖 5.1 頂 針裝設流程圖。

圖 5.1 頂針裝設流程圖 5.1.1.1 頂針裝設準備治具

裝設頂針前需準備相關治具，例如:頂針機構組、頂針高度校正治具、頂

針、止附螺絲及六角板手，如圖 5.2 所示。

圖 5.2 裝設頂針相關治具準備

頂針機構組主要分為四大組件，分別是頂針蓋、頂針銅座、延長桿及套筒，

如圖 5.3 所示。

(1)頂針蓋:上蓋有數個孔洞，目的是利用真空將膠膜吸住，再由頂針從 這數個孔洞頂出達到頂起工作物之目的。

(2)頂針銅座:頂針銅座鑽上數個小孔，將頂針放置於這些小孔中鎖緊固 定。頂針位置配置是依據晶粒大小而設計，目的於達到平穩 及有效率將晶粒頂起。

(3)延長桿:延長桿主要是連接頂針銅座，當下方伺服馬達轉動時會帶動 延長桿進行前、後移動。而帶動頂針銅軸座上的頂針進行上 升及下降移動而達到將晶粒頂起之動作。

(4)套筒:將上蓋、頂針銅座、頂針銅軸心，組裝至主體內就完成頂針治 具。

圖 5.3 頂針治具示意圖(未依比例劃出)

5.1.1.2 頂針高度校正治具

頂針高度校正治具主用途在於當頂針裝設於頂針機構時需確保每一根頂 針高度都一樣不可有高低之情況，圖 5.4 頂針校正治具外觀圖。頂針高度 校正治具與頂針接觸部份採用不易變形鎢鋼材質表面粗糙度 0.001mm，如圖 5.5 鎢鋼材質部份。

頂針蓋

頂針銅座

延長桿

套筒

圖 5.4 頂針校正治具外觀圖

圖 5.5 鎢鋼材質部份

5.1.1.3 頂針裝設

將頂針機構放入頂針高度校正治具並且固定，如圖 5.6 所示。依序將頂 針放入頂針銅座上的孔洞，如圖 5.7 所示。為了避免放置頂針時造成頂針 掉落，放置時使用鑷子(Tweezers)挾持放置。

鎢鋼材質部份

圖 5.6 放入頂針機構

圖 5.7 放置頂針

5.1.1.4 頂針固定

再來我們將頂針高度校正治具移動端接觸頂針，如圖 5.8 所示。治具鎢

鋼平面部份接觸到頂針後，我們將頂針高度校正治具垂直放立，將止附螺 絲放入預先鑽好的螺絲孔洞再使用六角板手將螺絲固定，固定頂針有一個 技巧當止附螺絲固定頂針時，頂針有可能因止附螺絲的接觸因而移動，這 時鑷子就要挾住頂針並且往下拉，邊拉邊鎖頂針才會緊密的接觸鎢鋼平 面，如圖 5.9 所示，而頂針完成裝設如圖 5.10 所示。

圖 5.8 移動固定平面

圖 5.10 頂針裝設完成 5.1.1.5 透光性檢驗

雖然按照上列步驟可確保頂針高度平整，但畢竟人員裝設還是有疏失的 可能，我們利用 LED 藍光從左前方進行燈光照設，如圖 5.11 頂針高度透光 性檢驗，若頂針高度異常會造成透光，則需將高度異常的頂針重新裝設。

圖 5.11 頂針高度透光性檢驗

最後我們在蓋上頂針蓋，就完成整個頂針裝設，如圖 5.12 頂針頂出狀 態。

圖 5.12 頂針頂出狀態 5.2 對策 2:吸取治具及頂出高度校正改善

5.2.1 吸取治具非平面式設計

吸取矽晶片所使用之吸嘴為重要治具之一，吸嘴有分一般吸嘴及平面式 吸嘴。一般吸嘴於橡膠中間有真空孔，而整個橡膠為凹槽設計成為一個真 空室利用此真空室達到吸取矽晶片之功用，如圖 5.13 所示。吸嘴貼附於矽 晶片上方進行吸取真空之動作，而頂針向上頂起當膠膜與矽晶片脫離時，

吸嘴往上移動就可以將矽晶片從膠膜上取走。

圖 5.13 一般吸嘴吸取矽晶片示意圖

可以很清楚的看到如上述所描寫的，一般吸嘴中間有凹槽設計主要是建立 真空使用，而平面吸嘴表面為平面再利用吸嘴上數個真空孔進行吸取，圖 5.15 右邊的圖是將吸嘴裝入吸嘴柱的側視圖，由表 5.1 矽晶粒尺寸與吸嘴 尺寸來看，一般吸嘴比矽晶粒小的許多，而平面吸嘴在尺寸大小上與矽晶 粒相比明顯較大。

圖 5.15 一般吸嘴與平面吸嘴比較圖

表 5.1 一般吸嘴與平面吸嘴比較圖

將一般吸嘴與平面吸嘴裝置於黏晶機上進行吸片實驗，一般吸嘴當頂針 頂起時由於吸嘴表面非平面式故矽晶片的支撐較弱，容易造成矽晶片破 裂，平面吸嘴由於吸嘴表面是平面有較佳的支撐可減少矽晶片破裂。表 5.2 為使用一般吸嘴及平面吸嘴進行取片實驗，可以從實驗中得知平面吸嘴在

吸嘴資訊 矽晶片尺寸 一般吸嘴尺寸 平面吸嘴尺寸 單位 1 7.8x10.8 6.0x9.0 7.9x11.5 mm

矽晶片破裂上有較佳的改善。

表 5.2 一般吸嘴及平面吸嘴進行取片實驗結果

5.2.2 頂針機構頂出高度校正

作業時因黏晶機無法得知頂針機構的起始高度及吸嘴吸取高度的接觸高 度，這時我們需要使用起始高度校正治具，如圖 5.16 所示。我們把它裝設 於吸取手臂上。並且啟動高度校正功能，當校正治具碰觸頂針那一瞬間，

機台上的 Sensor 就得知頂針頂起的高度為多少，這個高度就是基準高度 零，如圖 5.17 所示。而另外一端就是吸取手臂的吸取高度，校正治具碰觸 頂針機構上的頂針蓋，而頂針蓋與校正治具之間就是基準高度零，如圖 5.18 所示。如此一來在進行參數設定時才能得到正確的機構動作。

圖 5.16 高度校正治具

實驗組別 矽晶片數量 矽晶片破裂數量 良率 備註 1 50 顆 17 顆 66% 一般吸嘴

實驗組別 矽晶片數量 矽晶片破裂數量 良率 備註 1 50 顆 17 顆 66% 一般吸嘴