KR0161436B1 - 다이 본딩 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 프레임(13)상에서 제어 가능하게 수평 이동할 수 있으며, 반도체 칩을 흡착 또는 분리할 수 있도록 수직 이동이 가능한 콜렛(24)을 구비한 제 1 본딩 헤드(11) 및 제 2 본딩 헤드(12); 상기 제 1 본딩 헤드(11) 또는 제 2 본딩 헤드(12)가 반도체 칩의 본딩 작업을 수행할 수 있는 위치로 리이드 프레임(17)을 이송시키는 리이드 프레임 이송수단(14); 상기 반도체 칩이 형성된 웨이퍼(18)를 지지하며, 상기 제 2 본딩 헤드(12)가 상기 웨이퍼(18)로부터 상기 반도체 칩을 분리할 수 있도록 플런저 수단(16)을 구비하는 웨이퍼 지지 수단(15); 및, 상기 웨이퍼(18)로부터 분리된 반도체 칩의 위치를 정렬하는 가위치 결정 수단(19)을 구비하는 다이 본딩 장치가 제공된다. 본 발명의 다이 본딩 장치는 2 개의 본딩 헤드가 리니어 모터에 의해 수평 이동하고, 각각의 본딩 헤드에 설치된 콜렛이 보이스 코일 모터에 의해 수직 이동하면서 필요에 따라 직접 본딩 또는 간접 본딩을 병행 실시할 수 있으므로 매우 유용하다.

Description

다이 본딩 장치
제1도는 본 발명에 따른 다이 본딩 장치의 정면도.
제2도는 제1도 장치의 다이 본딩 헤드에 대한 확대 정면도.
제3도는 제1도 장치의 가위치 결정 장치에 대한 확대 정면도.
제4(a)도 내지 제4(c)도는 본 발명의 장치를 이용하여 직접 본딩 작업을 수행하는 단계별 상태도.
제5(a)도 내지 제5(e)도는 본 발명의 장치를 이용하여 간접 본딩 작업을 수행하는 단계별 상태도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11, 12 : 본딩 헤드 14 : 프레임 이송 장치
15 : 웨이퍼 지지 장치 16 : 플런저 장치
19 : 가위치 결정 장치
본 발명은 다이 본딩 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 직접 본딩 작용(direct bonding) 및 간접 본딩 작용(indirect bonding)이 선택적으로 병행될 수 있는 다이 본딩 장치에 관한 것이다.
다이 본딩 장치는 반도체 소자를 리이드 프레임에 본딩시키는 장치이다. 리이드 프레임(lead frame)은 반도체 소자의 기능을 외부 회로에 전달함과 아울러 독립된 하나의 부품으로서 지지해주는 역할을 하며, 웨이퍼에 형성된 칩(chip) 형태의 반도체 소자는 리이드 프레임에 접합되는 본딩 작업을 거쳐야 한다. 본딩 작업은 가위치 결정 장치(prealignment system)의 사용 여부에 따라 직접 본딩과 간접 본딩 작업으로 구분할 수 있다.
최근에는 반도체의 집적화에 따라서 칩의 크기가 커지는 추세에 있다. 또한 GaAs 웨이퍼의 사용으로 칩의 두께가 0.25 ㎜ 까지 얇아지며 따라서 본딩 작업시에 고정도의 접합 정밀도를 필요로 한다. 이러한 경우에는 가위치 결정 장치가 설치된 다이 본딩 장치를 사용하여 간접 본딩 작업을 수행하는 것이 바람직스럽다.
한편 직접 본딩용 다이 본딩 장치는 반도체 칩을 웨이퍼로부터 분리한 후에 중간 단계를 거치지 아니하고 직접적으로 리이드 프레임에 접합하는 것이다. 직접 본디용 장치는 간접 본딩용 장치에 비해 접합 속도가 빠르고, 따라서 높은 생산성을 기대할 수 있다. 또한 장치가 간단하기 때문에 작동 및 정비가 용이하고 고장이 적다. 직접 본딩용 장치는 칩 크기의 변경에 따른 조정 부위가 적기 때문에 다품종 소량 생산에 적합하다.
종래에는 작업의 필요에 따라 직접 본딩용 다이 본딩 장치 또는 간접 본딩용 다이 본딩 장치를 선별하여 사용하였다. 이는 다이 본딩 장치가 기구적인 특성때문에 직접 본딩 또는 간접 본딩 전용으로 제작되기 때문이다. 따라서 다양한 작업 조건에 따라 직접 본딩 및 간접 본딩이 모두 필요한 경우에 이들 두가지 장비를 모두 구비하여야 하는데 이는 비용의 증가뿐만 아니라 장비 설치 공간이 부족하는등의 여러가지 문제점을 파생시켰다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 직접 본딩 및 간접 본딩 작업이 병행될 수 있는 다이 본딩 장치의 제공을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 프레임상에서 제어 가능하게 수평 이동할 수 있으며, 반도체 칩을 흡착 또는 분리할 수 있도록 수직 이동이 가능한 콜렛을 구비한 제 1 본딩 헤드 및 제 2 본딩 헤드; 상기 제 1 본딩 헤드 또는 제 2 본딩 헤드가 반도체 칩의 본딩 작업을 수행할 수 있는 위치로 리이드 프레임을 이송시키는 리이드 프레임 이송 수단; 상기 반도체 칩이 형성된 웨이퍼를 지지하며, 상기 제 2 본딩 헤드가 상기 웨이퍼로부터 상기 반도체 칩을 분리할 수 있도록 플런저 수단을 구비하는 웨이퍼 지지 수단; 및, 상기 웨이퍼로부터 분리된 반도체 칩의 위치를 정렬하는 가위치 결정 수단을 구비하는 다이 본딩 장치가 제공된다.
본 발명의 특징에 따르면, 상기 제 1 본딩 헤드 및 제 2 본딩 헤드의 수평 이동은 프레임에 설치된 리니어 구동 모터와 각각의 본딩 헤드에 설치된 인덕터에 의해 수행된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제 1 본딩 헤드 및 제 2 본딩 헤드는 본딩 헤드에 설치된 리니어 엔코더와 프레임 상에 설치된 리니어 스케일에 의해 수평 이동의 위치가 제어된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제 1 본딩 헤드 및 제 2 본딩 헤드에 설치된 각각의 콜렛의 수직 이동은 보이스 코일 모터에 의해 수행된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 콜렛의 수직 이동 위치 제어는 센싱 플레이트와 프록시미터 센서에 의해 수행된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제 1 본딩 헤드는 프레임의 최좌측에 설정된 대기 위치에 유지되며, 상기 제 2 본딩 헤드는 상기 웨이퍼 지지 수단상에 지지된 웨이퍼로부터 반도체 칩을 분리하여 상기 리이드 프레임 이송 수단에 의해 연속적으로 공급되는 리이드 프레임상에 본딩시키는 작업을 수행 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제 1 본딩 헤드는 상기 가위치 결정 수단상에 배치된 칩을 상기 리이드 프레임 이송 수단에 의해 연속적으로 공급되는 리이드 프레임상에 본딩시키는 작업을 수행하며, 상기 제 2 본딩 헤드는 상기 웨이퍼 지지 수단상에 지지된 웨이퍼로부터 반도체 칩을 분리하여 상기 가위치 결정 수단에 배치한다.
이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다.
제1도에는 본 발명에 따른 다이 본딩 장치의 정면도가 개략적으로 도시되어 있다. 다이 본딩 장치(10)는 2 개의 본딩 헤드(11,12), 리이드 프레임 이송 장치(14), 가위치 결정 장치(19), 웨이퍼 지지 장치(15) 및, 플런저 장치(16)를 구비한다.
본딩 헤드는 제 1 본딩 헤드(11)와 제 2 본딩 헤드(12)로 구분될 수 있으며, 이들은 리니어 모터에 의해 프레임(13) 상에서 수평으로 왕복 운동할 수 있다. 리이드 프레임 이송 장치(14)는, 본딩 헤드(11,12)가 웨이퍼(18)상에 형성된 반도체 칩을 리이드 프레임(17)에 본딩시킬 수 있도록, 리이드 프레임(17)을 소정의 위치로 연속 공급하는 기능을 지닌다. 가위치 결정 장침(19)는 간접 본딩 작업 작업시에만 이용되는 장치로서, 리이드 프레임 이송 장치(14)와 웨이퍼 지지 장치(15) 사이에 배치되는 것이 바람직스럽다.
웨이퍼 지지 장치(15)는 반도체 칩들이 형성된 웨이퍼(18)를 그 상부에 배치하는 것으로서, 본딩 헤드는 웨이퍼의 상부로 이동하여 반도체 칩을 웨이퍼로부터 분리하여 리이드 프레임(17)으로 운반한다.
웨이퍼 지지 장치는 각각의 반도체 칩이 분리 운반된 이후에 다음의 반도체 칩이 분리 운반될 수 있도록 소정의 수평면 변위를 일으킬 수 있다.
제2도는 제1도의 본딩 헤드(11)를 확대 도시한 것이다. 상술한 바와 같이 본딩 헤드(11)는 리니어 모터의 작용에 의해 수평 왕복 운동할 수 있도록 인덕터(21)를 구비하며, 수평의 위치는 리니어 엔코더(27)에 의해 제어된다. 또한 본딩 헤드(11)의 콜렛(24)은 웨이퍼상의 반도체 칩을 분리하거나 리이드 프레임에 반도체 칩을 적재할때 수직 방향으로 움직여야 하는데, 이는 보이스 코일 모터(VCM,29)의 작용에 의 해 수행된다. 보이스 코일 모터(29)는 홀더(22)에 지지되어 있다.
콜렛(24)의 수직 운동은 센싱 플레이트(25)와 프록시미터(26)에 의해 검지 및 제어될 수 있다.
제3도는 제1도의 가위치 결정 장치(19)를 확대 도시한 것이다.
가위치 결정 장치는 정렬부(38)의 표면에 배치된 반도체 소자를 정렬용 블레이드(32)를 사용하여 가위치를 결정할 수 있도록 한다. 제 2 본딩 헤드(12)는 웨이퍼(18)로부터 반도체 칩을 분리하여 가위치 결정 장치(19)의 정렬부(38) 표면에 배치한다. 정렬부(38)의 표면에는 진공홀(37)이 형성되어 있으므로, 여기에서 발생하는 진공은 칩을 흡착 유지한다. 모터(31)는 캠(33)을 구동시키며, 캠의 작동은 캠 종동부(34)를 통해 정렬 블레이드(32)에 전달된다. 정렬 블레이드(32)는 정렬부(38)의 표면에 배치된 칩을 소정의 위치로 변환시킨다. 위와 같은 가위치 결정 작용 이후에는 다시 본딩 헤드가 칩을 흡착하여 리이드 프레임상에 본딩하게 된다.
이하 본 발명의 다이 본딩 장치의 작용을 설명하기로 한다. 상술한 바와 같이 본 발명의 다이 본딩 장치는 직접 본딩 작업과 간접 본딩 작업을 병행할 수 있다.
제4(a)도에 도시된 것은 직접 본딩 작업에 있어서 본딩 헤드의 최초 위치를 나타낸 것으로서, 제 1 본딩 헤드(11)는 리이드 프레임 이송 장치(14)의 중심에 위치하고, 제 2 본딩 헤드(12)는 웨이퍼 지지 장치(15)의 중심부에 위치한다. 직접 본딩 작업 모드가 선택되면 제 1 본딩 헤드(11)는 사용되지 아니하고 제 2 본딩 헤드(12)만이 사용되므로, 제 1 본딩 헤드(11)는 대기 위치로 이동되어야 한다. 제4(b)도에 도시된 것은 제 1 본딩 헤드(11)가 대기 위치로 이동된 것을 도시하는 것으로서, 제 1 본딩 헤드(11)는 프레임(13)의 최좌측에 배치된다.
이후에 제 2 본딩 헤드(12)는 칩의 흡착 위치로 이동되어야 한다(제5도(c)도). 칩의 흡착 위치는 임의로 설정될 수 있으나 제4(c)도에 도시된 실시예에서는 프레임(13)의 최우측에 설정되어 있으며, 본딩 헤드(11,12)의 수평 위치 제어는 각각의 본딩 헤드에 설치된 리니어 엔코더(27)에 의해 피이드백이 수행된다. 제 2 본딩 헤드(12)가 최우측으로 이동하게 되면 보이스 코일 모터(29)의 작용에 의해 콜렛(24)이 하강하며, 이후에 웨이퍼(18)에 형성된 반도체 칩을 분리하여 흡착하게 된다. 이때 콜렛(24)의 하강 거리(h1)는 프록시미터 센서(proximitor,26)와 센싱 플레이트(25)에 의해 제어된다. 반도체 칩의 분리는 플런저 장치(16)로부터 니이들(needle)이 상승함으로써 수행된다.
콜렛(24)에 흡착된 반도체 칩은 다시 보이스 코일 모터(29)의 작용에 의해 상승된 이후에, 제 2 본딩 헤드(12)의 수평 이동에 의해 리이드 프레임 이송 장치(14)에 지지된 리이드 프레임(17)상으로 이동된다. 이후에 다시 콜렛(24)이 하강하고 진공이 해제됨으로써 칩이 리이드 프레임(17)의 소정 위치에 배치되며, 본딩 작업이 수행된다.
한편 선행의 반도체 칩을 웨이퍼(18)로부터 분리하여이동시키고 난 이후에는 차후의 반도체 칩을 분리 이동시킬 수 있도록 웨이퍼 지지 장치(15)가 스텝 이동되는 것이 바람직스럽다. 즉, 제 2 본딩 헤드(12)가 항상 동일한 위치에서 반도체 칩을 웨이퍼(18)로부터 흡착할 후 있도록 웨이퍼(18)의 위치를 제어하는 작용이 수행된다.
제5(a)도 내지 제5(e)도에 도시된 것은 간접 본딩 작업이 이루어지는 상태를 순차적으로 도시한 것이다.
다이 본딩 장치의 최초 상태는 제5(a)도에 도시된 것과 같이 제 1 본딩 헤드(11)가 리이드 프레임 장치(14)의 상부에 위치하며, 제 2 본딩 헤드(12)는 웨이퍼 지지 장치(15)의 상부에 위치한다. 간접 본딩 모드가 선택되면 제5(b)도에 도시된 바와 같이 제 1 본딩 헤드(11)는 이동하지 않는 반면에, 제 2 본딩 헤드(12)는 최우측에 설정된 칩의 흡착 위치로 이동하며, 이 위치에서 콜렛이 하강하여 칩을 흡착하고 다시 상승한다.
이후에 제 2 본딩 헤드(12)는 가위치 결정 장치(19)의 상부로 이동한다. 콜렛(24)에 흡착된 칩은 가위치 결정 장치(19)의 정렬부(38)상에 배치되며, 상술한 바와 같이 정렬 블레이드(32)에 의해 칩의 위치가 정렬된다.
제5(d)도에는 가위치 결정 장치(19)에 의해 칩의 위치가 정렬된 이후의 본딩 헤드 위치를 도시한다. 제 2 본딩 헤드(12)는 가위치 결정 장치(19)의 상부로부터 다시 칩의 흡착위치로 이동하게 되며, 제 1 본딩 헤드(11)는 가위치 결정 장치(19)의 상부로 이동한다. 이후에 각각의 본딩 헤드에 설치된 콜렛(24)이 하강하는데, 제 1 본딩 헤드(11)의 콜렛은 가위치 결정 장치(19)위의 칩을 흡착하여 상승하고, 제 2 본딩 헤드(12)의 콜렛은 웨이퍼(18)로부터 칩을 분리 흡착하여 상승한다.
제5(e)도에는 제 1 본딩 헤드(11)가 칩을 가위치 결정 장치(19)로부터 리이드 프레임(17)의 상부로 이동시키고, 제 2 본딩 헤드(12)가 칩을 웨이퍼(18)로부터 가위치 결정 장치(19)로 이동시킨 것이 도시되어 있다. 이후에 각각의 본딩 헤드에 설치된 콜렛은 하강하고, 칩을 콜렛으로부터 분리하며, 리이드 프레임(17)상에서는 본딩 작용이 수행되는 반면에, 가위치 결정 장치(19)에서는 칩의 위치 정렬이 수행된다. 상기의 모든 작용은 반복적으로 수행된다.
본 발명의 다이 본딩 장치는 2 개의 본딩 헤드가 리니어 모터에 의해 수평 이동하고, 각각의 본딩 헤드에 설치된 콜렛이 보이스 코일 모터에 의해 수직 이동하면서 필요에 따라 직접 본딩 또는 간접 본딩을 병행 실시할 수 있으므로 매우 유용하다. 즉, 종전에 제품 및 생산 라인의 특성에 따라 장비를 별도로 선정해야 했으나 본 발명의 장치에 의해서 이러한 불편이 완전히 해소되었으며, 따라서 생산성의 증가와 비용의 절감이 가능해졌다. 특히 본 발명은 리이드 프레임에 반도체 칩을 본딩하는 장치에 대해서만 설명되었으나, 이외에도 웨이퍼상의 칩을 트레이에 적재하는 칩 이송 장치, 웨이퍼 또는 트레이상의 칩을 인쇄 회로 기판에 본딩시키는 COB 본딩 장치, 또는 테이프 피이더(tape feeder) 또는 트레이상의 칩 혹은 팩키지를 인쇄 회로 기판에 본딩시키는 장치에 응용될 수도 있다.

Claims (7)

  1. 프레임(13)상에서 제어 가능하게 수평 이동할 수 있으며, 반도체 칩을 흡착 또는 분리할 수 있도록 수직 이동이 가능한 콜렛(24)을 구비한 제 1 본딩 헤드(11) 및 제 2 본딩 헤드(12); 상기 제 1 본딩 헤드(11) 또는 제 2 본딩 헤드(12)가 반도체 칩의 본딩 작업을 수행할 수 있는 위치로 리이드 프레임(17)을 이송시키는 리이드 프레임 이송수단(14); 상기 반도체 칩이 형성된 웨이퍼(18)를 지지하며, 상기 제 2 본딩 헤드(12)가 상기 웨이퍼(18)로부터 상기 반도체 칩을 분리할 수 있도록 플런저 수단(16)을 구비하는 웨이퍼 지지 수단(15); 및, 상기 웨이퍼(18)로부터 분리된 반도체 칩의 위치를 정렬하는 가위치 결정 수단(19)을 구비하는 다이 본딩 장치
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 1 본딩 헤드(11) 및 제 2 본딩 헤드(12)의 수평 이동은 프레임(13)에 설치된 리니어 구동 모터와 각각의 본딩 헤드에 설치된 인덕터(21)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제 1 본딩 헤드(11) 및 제 2 본딩 헤드(12)는 본딩 헤드에 설치된 리니어 엔코더(27)와 프레임 상에 설치된 리니어 스케일(28)에 의해 수평 이동의 위치가 제어되는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제 1 본딩 헤드(11) 및 제 2 본딩 헤드(12)에 설치된 각각의 콜렛(24)의 수직 이동은 보이스 코일 모터(29)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 콜렛(24)의 수직 이동 위치 제어는 센싱 플레이트(25)와 프록시미터 센서(26)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제 1 본딩 헤드(11)는 프레임(13)의 최좌측에 설정된 대기 위치에 유지되며, 상기 제 2 본딩 헤드(12)는 상기 웨이퍼 지지 수단(15)상에 지지된 웨이퍼(18)로부터 반도체 칩을 분리하여 상기 리이드 프레임 이송 수단(14)에 의해 연속적으로 공급되는 리이드 프레임(17)상에 본딩시키는 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제 1 본딩 헤드(11)는 상기 가위치 결정 수단(19)상에 배치된 칩을 상기 리이드 프레임 이송 수단(14)에 의해 연속적으로 공급되는 리이드 프레임(17)상에 본딩시키는 작업을 수행하며, 상기 제 2 본딩 헤드(12)는 상기 웨이퍼 지지 수단(15)상에 지지된 웨이퍼(18)로부터 반도체 칩을 분리하여 상기 가위치 결정 수단(19)에 배치하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치.
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