｜LED晶圓取放之模擬與應力分析技術

摘要：現今將LED晶圓取放於製程用晶圓盤的動作均是以人工方式進行，操作過程中容易因為人員的取放疏失而導致晶圓破片，並且耗時耗工。隨著製程技術的進步，且因應晶圓朝向大尺寸及薄化的需求，自動化LED晶圓上下料取放傳輸技術為必然之趨勢，可用來降低以人工方式取放晶圓發生破片的風險，並減少人工成本及提高產能等益處。本文針對取放傳輸系統中夾爪夾持晶圓時的應力進行模擬，分析夾爪機構中撓性元件的彈簧係數k值對應力的影響，對於夾持裝置的設計，提供更有效的設計依據。

Abstract: Currently the LED wafers are picked and placed manually for process tray, and it will inevitably have the risk of breaking the LED wafers. With the advances in process technology, and should be toward the large size and thin wafer demand, the automation LED wafer loading and unloading transmission technology is an inevitable trend. There is a method of picking and placing the LED wafer automatically to reduce the probability of the wafer breakages and personnel costs, and raise the speed of wafer handling. In this paper, we use Working Model4D software to simulate the wafer’s stress and provide more efficient design for the clamping device.

關鍵詞：自動取放、LED晶圓、撓性夾爪

Keywords：Automatic pick-and-place, LED wafer, Compliant gripper

前言
發光二極體（Light Emitting Diode；LED）屬半導體元件之一種，由於LED具有體積小、壽命長、耗電量小、反應速度快等特性，隨著全球發光二極體市場之各項應用領域之發展，帶動了發光二極體之世界規模。在能源危機的時代，由於LED非常省電的特性，在近幾年被譽為下一個世代的照明元件，使其具有全面取代傳統光源及照明的未來性。近年因LED應用的市場非常廣，包括資訊、通訊、消費性電子、汽車市場、號誌、看板以及照明市場，隨著全球LED產業高速成長，所需設備市場規模逐年擴大，已成為全球機械設備產業成長幅度最高的應用領域之一；LED產業上下游化學製程設備多為專用機，但台灣LED產業自動化比例偏低，已成為製程良率提升的關鍵問題，尤以製程之自動化設備，具有提升台灣LED產業競爭力的戰略意義。因為LED產業競爭日益嚴峻，所以如何提升產能與降低成本便成為了競爭的關鍵，而台灣亟需以自動化設備突破勞力成本較高劣勢，吸引業者回流設廠，而自動化設備上，可先由晶圓自動上下料技術開始由點突破，以提升國產智慧型自動化設備、關鍵零組件之自製率與附加價值，並增進產品創新能力。

LED依製程可分為上、中、下游（如圖1所示），上游將原料製作成為單晶片與磊晶片的製造，中游負責整合成為LED晶圓，再將進行晶粒切割成單一晶粒（LED chip die），最後在下游將晶粒封裝成各式不同型態的LED如SMD、Lamp式的LED，其中中游晶粒段的磊晶製程，如圖2所示，其製程設備大多為專用機，但可在蒸鍍鍍膜、區域點測、背面研磨等製程之晶圓上下料配合使用自動化設備，以取代人工放片，提高整體製程設備的使用率及產能提升與降低成本，故晶圓取放自動化設備良莠將會扮演極重要的角色。

目前以LED半導體蒸鍍的製程為例，需將晶圓先放置於弧形蒸鍍盤上，再送入蒸鍍機內進行蒸鍍的製程。此一上下料程序目前均由人力來進行晶圓取出或放置於弧形蒸鍍盤的動作，過程耗時且晶圓破片的風險高，如圖3、圖4所示。隨著製程技術的進步，且因應晶圓朝向大尺寸及薄化的需求，自動化LED晶圓上下料取放傳輸技術發展為必然之趨勢，以取代人工，達到降低人工成本、縮短取放時間並減少晶圓破片的風險。

自動化LED晶圓上下料取放傳輸技術，又特別著重於夾爪的機構設計，在過去的文獻專利中，可發現有許多學者對於夾爪的機構提出了多樣化的設計，當中大多為剛性機構的夾爪，例如可用滑塊四連桿機構、多連桿機構、齒輪機構或雙滑塊機構等方式使夾爪開合[1-4]；而對於撓性夾爪，有利用凸輪、楔形塊及齒條驅動等方式來驅動夾爪張開，而閉合則是利用彈簧的彈性使夾爪自動收合至符合晶圓大小等等的設計[5-7]。然而，根據使用的場合與設計目標的不同，設計出來的撓性夾爪也會有所差異，本文是以夾持薄型晶圓並且不造成破片為設計目標來設計撓性夾爪機構，此外，為了瞭解夾持晶圓時的情況，對於晶圓夾持時的所受應力進行模擬分析；但在現有的文獻中，針對這一部份的探討，發表的相關文獻還不多，因此，本文主要將著墨於晶圓的夾持應力的模擬與應力分析。