JP6007289B2 - ボンディングヘッド及びこれを含むダイボンディング装置 - Google Patents

Description

本発明の実施例は、ボンディングヘッド及びこれを含むダイボンディング装置に関する。より詳細には、ウェハからダイをピックアップして基板上にボンディングするためのボンディングヘッドと、これを含むダイボンディング装置に関する。

一般的に、ダイボンディング工程においては、ソーイング工程を通じて個別化したダイを印刷回路基板、リードフレームなどのような基板上にボンディングするためにウェハから前記ダイをピックアップして前記基板上にボンディングするボンディングヘッドを用いることができる。前記ボンディングヘッドは、真空圧を用いて、ダイをピックアップするためのコレットと、前記コレットが装着される本体を具備することができ、前記ダイを移動させるための駆動部に装着することができる。

一方、前記ボンディングヘッドは、前記ダイを前記基板上にボンディングするために、前記ダイを加熱することができ、これのためにヒータを含むことができる。一例として、特許文献１には、セラミックヒータアセンブリとボンディングツールを備える電子部品実装装置が開示されている。

特に、前記ボンディングツールは、前記セラミックヒータアセンブリに装着され、前記セラミックヒータアセンブリは、セラミックヒータが内蔵されたヒータベースを含む。前記ヒータベースとボンディングツールには、前記ヒータベースを冷却するための第１冷却流路と、前記ボンディングツールを冷却するための第２冷却流路が具備される。前記第１及び第２冷却流路には、冷媒として空気を供給することができ、前記空気は、前記第１及び第２冷却流路から外部に排出される。

前記のような従来技術によれば、前記ヒータベースとボンディングツールを冷却するための空気は、前記ヒータベースと前記ボンディングツールから前記ダイボンディング工程が行われるプロセスチャンバの内部に排出されるので、前記排出された空気によって、前記工程チャンバの内部でパーティクルの飛散が発生することがあり、これによって、前記ウェハと基板などが前記パーティクルによって汚染されることがある。

また、前記空気を用いて、前記ヒータベースと前記ボンディングツールを全体的に冷却する構成なので、前記ヒータベースと前記ボンディングツールを冷却するのに相当な時間を要し、これによって、前記ダイボンディング工程の生産性が低下する恐れがある。

韓国公開特許第２０１３−７６５７号公報

本発明は、ダイボンディング工程が行われる工程チャンバの内部の汚染を減少させ、ボンディングヘッドの温度調節に要する時間を短縮することができるボンディングヘッドを提供することを目的とする。

本発明は、上述のようなボンディングヘッドを含むダイボンディング装置を提供することを他の目的とする。

前記の目的を達成するための本発明の一側面によれば、ダイを基板上にボンディングするためのボンディングヘッドにおいて、前記ボンディングヘッドは、前記ダイを移送するための駆動部に装着される本体と、前記本体の下面に装着される板状のヒータと、前記ヒータの下部面に装着され、空気圧を用いて前記ダイを把持するためのコレットと、前記本体を貫通して前記ヒータを冷却するための冷媒が提供される少なくとも一つの冷却管を含むことができる。前記本体の下面には、前記冷却管が配置される少なくとも一つの冷却チャネルを具備することができる。前記冷却チャネルには、前記ヒータの上部面と前記冷却管との間に熱伝達のための熱伝達部材を配置することができる。

本発明の実施例によれば、前記熱伝達部材は、カーボンナノチューブを含む粉末を前記ヒータの上部面と前記冷却管との間に充填し、焼結工程を行うことによって形成することができる。

本発明の実施例によれば、前記冷媒は、絶縁特性を有することが好ましい。
本発明の実施例によれば、前記ヒータと前記コレットには、互いに接続される貫通孔を各々具備することができ、前記本体には、前記ヒータの貫通孔に接続される真空流路を具備することができる。

本発明の実施例によれば、前記ヒータの下部面には、前記コレットを真空吸着するために少なくとも一つの真空チャネルを具備することができ、前記本体には、前記真空チャネルと接続される真空流路を具備することができる。

本発明の実施例によれば、前記本体は、前記駆動部に装着される固定ブロックと、前記固定ブロックの下部に装着される断熱ブロックを含むことができる。このとき、前記冷却管は、前記断熱ブロックを貫通して配置することができる。

前記の目的を達成するための本発明の他の側面によれば、ダイを基板上にボンディングするためのボンディングヘッドを含むダイボンディング装置において、前記ボンディングヘッドは、前記ダイを移送するための駆動部に装着される本体と、前記本体の下部面に装着される板状のヒータと、前記ヒータの下部面に装着された空気圧を用いて前記ダイを把持するためのコレットと、前記本体を貫通して前記ヒータを冷却するための冷媒が提供される少なくとも一つの冷却管を含むことができる。

上述のような本発明によれば、ボンディングヘッドのヒータを冷却するために、冷却管が前記本体を貫通するように配置され、前記冷却管を通じて冷媒を循環させることができるので、従来技術に比べて、ダイボンディング工程が行われる遂行チャンバの内部汚染を大幅に減少させることができる。

特に、前記ヒータが断熱ブロックによって熱的に隔離され、前記冷却管と前記ヒータとの間に熱伝達係数の高い物質からなる熱伝達部材が配置された場合には、従来技術と比較して、前記ヒータの冷却速度を大幅に向上することができる。

また、継手部分のない冷却管を用いた場合には、前記冷媒の漏れを防止することができ、前記冷媒の漏れによる基板とダイの損傷及び前記工程チャンバの汚染などを防止することができる。

図１は、本発明の実施例に係るダイボンディング装置を説明するための概略的な構成図である。 図２、図１に示したボンディングヘッドを説明するための概略的な底面図である。 図３は、図２に示したボンディングヘッドを説明するための概略的な断面図である。 図４は、図２に示したボンディングヘッドを説明するための概略的な断面図である。 図５は、図２に示したヒータを説明するための概略的な底面図である。 図６は、図２に示した断熱ブロックを説明するための概略的な底面図である。

以下、本発明の実施例は、添付図面を参照して詳細に説明される。しかし、本発明は、以下にて説明される実施例に限定されたとおり構成されるべきものではなく、この他の多様な形で具体化することができる。下記の実施例は、本発明を完全に完成するために提供されるというより、本発明の技術分野における熟練した当業者に、本発明の範囲を十分に伝達するために提供される。

本発明の実施例の一要素が、他の一要素上に配置されるかまたは接続されると説明される場合、上記要素は、前記他の一要素上に直接配置されるかまたは接続されることが可能であり、他の要素が、これらの間に介在されることも可能である。これとは異なり、一要素が他の一要素上に直接配置されるかまたは接続されると説明される場合、それらの間には、更に他の要素があることはない。多様な要素、組成、領域、層、及び／または部分のような、多様な項目を説明するために、第１、第２、第３などの用語を使用することができるが、上記の項目は、これらの用語によって限定されることはない。

本発明の実施例で使用された専門用語は、単に特定の実施例を説明するための目的として使用されるものであり、本発明を限定するためのものではない。また、特に限定しない以上、技術及び科学用語を含む全ての用語は、本発明の技術分野における通常の知識を有する当業者には理解することができる同一の意味を有する。通常の辞書において限定されるものと同じ上記の用語は、関連技術と本発明の説明の文脈からその意味と一致する意味を有するものと解釈され、明確に限定されない限り、理想的にまたは過度に外形的な直感で解釈されない。

本発明の実施例は、本発明の理想的な実施例の概略的な図解を参照して説明される。これにより、上記図解の形状からの変化、例えば、製造方法及び／または許容誤差の変化は、十分予想できるものである。したがって、本発明の実施例は、図解として説明された領域の特定形状に限定されるとおり説明されることはなく、形状においての偏差を含むものであり、図面に記載された要素は、全体的に概略的なものであり、これらの形状は要素の正確な形状を説明するためのものではなく、また、本発明の範囲を限定するものでもない。

図１は、本発明の実施例に係るダイボンディング装置を説明するための概略的な構成図であり、図２は、図１に示したボンディングヘッドを説明するための概略的な底面図である。

図１及び図２を参照すれば、本発明の一実施例に係るダイボンディング装置１０は、ソーイング工程を通じて個別化したダイで構成されるウェハ２０から前記ダイ３０をピックアップして印刷回路基板、リードフレームなどの基板４０上にボンディングするために用いることができる。図示していないが、前記ダイ３０は、ダイシングフィルム（図示せず）に付着された状態で提供することができ、前記ダイシングフィルムは、ほぼ円形環状のマウントフレーム（図示せず）に装着することができる。

また、図示していないが、前記ダイ３０は、ダイエジェクティングユニット（図示せず）によって選択的に前記ダイシングフィルムから分離することができ、ボンディングヘッド１００によってピックアップすることができる。特に、前記ダイボンディング装置１０は、前記ボンディングヘッド１００が装着される駆動部（図示せず）を含むことができ、前記駆動部は、前記ボンディングヘッド１００を用いて前記ダイ３０をピックアップして、前記ピックアップされたダイ３０を前記基板４０上にボンディングするために移動させることができる。一例として、前記駆動部は、直交座標ロボットの形態を有することができる。

本発明の一実施例によれば、前記ボンディングヘッド１００は、前記駆動部に装着される本体１１０と、前記本体１１０の下部面に装着される板状のヒータ１３０と、前記ヒータ１３０の下部面に装着され、前記ダイ３０をピックアップするためのコレット１４０と、前記本体１１０を貫通して前記ヒータ１３０を冷却するための冷媒が提供される冷却管１５０を含むことができる。一例として、前記ヒータ１３０としては、電気抵抗熱線を含むセラミックヒータを用いることができる。

前記本体１１０は、前記駆動部に装着される固定ブロック１１２と、前記固定ブロック１１２の下部に装着される断熱ブロック１１４とを含むことができる。前記断熱ブロック１１４は、前記ヒータ１３０から前記固定ブロック１１２への熱伝達を防止するために用いられることが可能であり、図示していないが、前記断熱ブロック１１４は、ボルトなどの締結部材を用いて前記固定ブロック１１２に装着することができる。一例として、前記断熱ブロック１１４は、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３から形成することができ、前記断熱ブロック１１４によって前記ヒータ１４０は、前記固定ブロック１１２及び前記駆動部から熱的に隔離されることが可能である。

また、図示していないが、前記ヒータ１３０は、ボルトなどの締結部材を用いて前記本体１１０の下部面、すなわち、前記断熱ブロック１１４の下部面に装着されることが可能であり、前記ダイ３０を前記基板４０上にボンディングするために、前記ダイ３０を加熱することができる。例えば、前記ボンディングヘッド１００は、前記ダイ３０を加熱して前記基板４０上に熱圧着することができる。前記コレット１４０は、前記ダイ３０のピックアップ及び移送のために、前記ダイ３０を把持することができ、ボンディングツールとして機能することができる。一例として、前記コレット１４０は、真空圧を用いて、前記ダイ３０を真空吸着することができ、前記ダイ３０を加圧して前記基板４０上にボンディングすることができる。

図３及び図４は、図２に示したボンディングヘッドを説明するための概略的な断面図であり、図５は、図２に示したヒータを説明するための概略的な底面図である。
図３乃至図５を参照すれば、本発明の一実施例によれば、前記ヒータ１３０とコレット１４０は、互いに接続される貫通孔１３２、１４２を各々具備することができ、前記本体１１０は、前記ヒータ１３０の貫通孔に接続される第１真空流路１１６を具備することができる。一例として、図示したように、前記ヒータ１３０とコレット１４０の中央部位には、互いに接続される貫通孔１３２、１４２が具備されることが可能であり、前記第１真空流路１１６は、前記本体１１０の中央部位、すなわち、前記固定ブロック１１２と前記断熱ブロック１１４の中央部位を貫通して形成することができる。

詳細は示していないが、前記第１真空流路１１６は、真空ポンプとバルブなどを含む真空モジュール（１６０；図１参照）に接続することができ、前記ボンディングヘッド１００は、前記真空モジュール１６０から提供される真空を用いて、前記ダイ３０を把持することができる。

また、本発明の一実施例によれば、前記コレット１４０は、真空圧を用いて、前記ヒータ１３０の下部面に装着することができる。例えば、前記ヒータ１３０の下部面は、前記コレット１４０を真空吸着するための真空チャネルを具備することができ、前記本体１１０は、前記真空チャネルに接続される第２真空流路を具備することができる。

本発明の一実施例によれば、図５に示すように、前記ヒータ１３０の下部面は、前記ヒータ１３０の中心部位を囲む内側の真空チャネル１３４と前記内側の真空チャネル１３４を囲む外側の真空チャネル１３６を具備することができる。一例として、前記内側及び外側の真空チャネル１３４、１３６が略四角の環状を有しているが、前記内側及び外側の真空チャネル１３４、１３６の形状は、多様に変更可能なので、これによって、本発明の範囲が制限されることはない。

また、図示したように、前記本体１１０は、前記内側の真空チャネル１３４に接続される内側の真空流路１１８と、前記外側の真空チャネル１３６に接続される外側の真空流路１２０を具備することができる。詳細は示していないが、前記内側及び外側の真空流路１１８、１２０は、前記真空モジュール１６０に接続することができ、前記ヒータ１３０は、前記内側及び外側の真空流路１１８、１２０と、前記内側及び外側の真空チャネル１３４、１３６を接続する貫通孔１３８、１３９を具備することができる。特に、前記内側及び外側の真空流路１１８、１２０は、前記ヒータ１３０の真空圧を均一に印加するために、図３に示すように、前記ヒータ１３０の中心部位を基準として両側に各々配置されることが可能である。

本発明の他の実施例によれば、前記ヒータ１３０の下部面には、略環状の形態を有する一つの真空チャネル（図示せず）が具備されてもよく、また、略螺旋状の形態を有する真空チャネル（図示せず）が具備されてもよい。

図６は、図２に示した断熱ブロックを説明するための概略的な底面図である。
図６を参照すると、前記冷却管１５０は、前記ヒータ１３０を冷却するために、前記断熱ブロック１１４を貫通するように配置することができる。特に、前記冷却管１５０は、前記ヒータ１３０に隣接するように配置されていることが好ましい。一例として、図示したように、前記断熱ブロック１１４の下部面には、前記冷却管が挿入される冷却チャネル１２２を形成することができる。図４及び図６の図示によれば、四つの冷却チャネル１２２に四つの冷却管１５０が挿入されているが、前記冷却チャネル１２２の数と冷却管１５０の数は、多様に変更可能なので、これによって本発明の範囲が制限されることはない。

図４を参照すれば、前記冷却管１５０と前記ヒータ１３０との間の空間、すなわち、前記冷却チャネル１２２に前記冷却管１５０が挿入された後、前記冷却チャネル１２２の残りの空間は、前記冷却管１５０による冷却効率を向上させるために、熱伝達係数の高い物質で満たされることが望ましい。一例として、前記冷却管１５０と前記ヒータ１３０の上部面との間には、熱伝達係数の高い物質からなる熱伝達部材１２４を配置することができる。

本発明の一実施例によれば、前記熱伝達部材１２４は、炭素ナノチューブを含む粉末を、前記冷却管１５０と、前記ヒータ１３０の上部面との間に充填し、前記粉末の焼結工程を行うことにより、形成することができる。例えば、前記の粉末としては、炭素ナノチューブと金属の複合物質を用いることができ、前記金属としては、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、銅酸化物（ＣｕＯ）、チタン酸化物（ＴｉＯ_２）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ_２）、アルミニウム酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３）などを用いることができる。

一方、図示によれば、前記冷却管１５０が、前記ヒータ１３０の上部面から所定間隔に離隔されているが、前記冷却管１５０は、前記ヒータ１３０の上部面に密着されることが可能である。

前記冷却管１５０は、冷却モジュール１７０に接続することができ、前記冷却モジュール１７０は、前記冷却管１５０を通じて冷媒を循環させることができる。前記冷媒としては、電気的な絶縁特性を有する絶縁冷媒を用いることが好ましい。これは、前記冷媒の漏れにより、前記基板４０またはダイ３０が損傷することを防止するためである。

本発明の一実施例によれば、前記冷却管１５０は、前記冷媒の漏れを防止するために、図３に示すように、継手部分のない一体型で構成することが好ましい。
一方、前記ダイボンディング装置１０は、前記ヒータ１３０と冷却モジュール１７０の動作を制御するための制御部（図示せず）を含むことができる。特に、図示していないが、前記ボンディングヘッド１００は、前記ヒータ１３０の温度を測定するための温度センサ（図示せず）を含むことができ、前記制御部は、前記温度センサによって測定された前記ヒータ１３０の温度に応じて前記冷却モジュール１７０の動作、例えば、前記冷媒の流量を制御することができる。一例として、前記温度センサとしては、熱電対（Ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）を用いることができる。

上述のような本発明の実施例によれば、ボンディングヘッド１００のヒータ１３０を冷却するための冷却管１５０が前記本体１１０を貫通するように配置され、前記冷却管１５０を通じて冷媒が循環されることが可能であるので、従来技術と比較してダイボンディング工程が行われる工程チャンバの内部汚染を大幅に減少させることができる。

特に、前記ヒータ１３０が断熱ブロック１１４によって熱的に隔離され、前記冷却管１５０と前記ヒータ１３０との間に熱伝達係数の高い物質からなる熱伝達部材１２４が配置されるので、従来技術と比較して、前記ヒータ１３０の冷却速度を大幅に向上させることができる。

また、継手部分のない冷却管１５０を用いるので、前記冷媒の漏れを防止することができ、前記冷媒の漏れによる基板４０とダイ３０の損傷及び前記工程チャンバの汚染などを防止することができる。

以上、本発明の好適な実施例を参照して説明したが、本発明はかかる例に限定されない。また、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想及び領域から逸脱しない範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、当然、これらについても、本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０…基板、２０…ウェハ、３０…ダイ、４０…基板、１０…ダイボンディング装置、１００…ボンディングヘッド、１１０…本体、１１２…固定ブロック、１１４…断熱ブロック、１１６…第１真空流路、１１８…内側の真空流路、１２０…外側の真空流路、１２２…冷却チャネル、１２４…熱部材、１３０…ヒータ、１４０…コレット、１５０…冷却管、１６０…真空モジュール、１７０…冷却モジュール。

Claims (7)

1. ダイを基板上にボンディングするためのボンディングヘッドにおいて、
   前記ダイを移送するための駆動部に装着される本体と、
   前記本体の下部面に装着される板状のヒータと、
   前記ヒータの下部面に装着され、空気圧を用いて前記ダイを把持するためのコレットと、
   前記本体を貫通して前記ヒータを冷却するための冷媒が提供される、少なくとも一つの冷却管とを含み、
   前記本体の下面には、前記冷却管が配置される少なくとも一つの冷却チャネルが具備され、
   前記冷却チャネルには、前記ヒータの上部面と前記冷却管との間に熱伝達のための熱伝達部材が配置されることを特徴とするボンディングヘッド。
2. 前記熱伝達部材は、炭素ナノチューブを含む粉末を前記ヒータの上部面と前記冷却管との間に充填し、焼結工程を行うことにより形成されることを特徴とする請求項１に記載のボンディングヘッド。
3. 前記冷媒は、絶縁特性を有することを特徴とする請求項１に記載のボンディングヘッド。
4. 前記ヒータと前記コレットには、互いに接続される貫通孔が各々具備され、
   前記本体には、前記ヒータの貫通孔に接続される真空流路が具備されることを特徴とする請求項１に記載のボンディングヘッド。
5. 前記ヒータの下部面には、前記コレットを真空吸着するために少なくとも一つの真空チャネルが具備され、
   前記本体は、前記真空チャネルに接続される真空流路が具備されることを特徴とする請求項１に記載のボンディングヘッド。
6. 前記本体は、
   前記駆動部に装着される固定ブロックと、
   前記固定ブロックの下部に装着される断熱ブロックを含み、
   前記冷却管は、前記断熱ブロックを貫通することを特徴とする請求項１に記載のボンディングヘッド。
7. ダイを基板上にボンディングするためのボンディングヘッドを含むダイボンディング装置において、前記ボンディングヘッドは、
   前記ダイを移送するための駆動部に装着される本体と、
   前記本体の下部面に装着される板状のヒータと、
   前記ヒータの下部面に装着され、空気圧を用いて前記ダイを把持するためのコレットと、
   前記本体を貫通し、前記ヒータを冷却するための冷媒が提供される少なくとも一つの冷却管とを含み、
   前記本体の下面には、前記冷却管が配置される少なくとも一つの冷却チャネルが具備され、
   前記冷却チャネルには、前記ヒータの上部面と前記冷却管との間に熱伝達のための熱伝達部材が配置されることを特徴とするダイボンディング装置。