KR100628900B1 - 반도체 칩의 실장방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하부충전(underfill)용 접착제를 먼저 넣고 IC 칩을 실장하는 반도체 칩의 실장방법에 관한 것으로, 하부충전물의 필렛(fillet) 형상을 양호하게 형성하는 것을 과제로 한다. 본 발명은 범프를 갖는 헤드 IC 칩을 하부충전용 접착제가 도포된 패드를 갖는 서스펜션 상에 두고 본딩툴(bonding tool)로 가압하면서 초음파를 가하여 범프를 패드와 접합시키는 반도체 칩의 실장방법에 있어서, 가압하면서 초음파를 가할 때에 자외선(108)을 조사하여, 헤드 IC 칩(11)과 서스펜션(12)의 사이에서 눌려 퍼진 접착제(151)의 주위 부분(151a)을 경화시키는 것을 특징으로 한다.
헤드 IC 칩, 칩 실장방법, 하부충전

Description

반도체 칩의 실장방법{METHOD OF MOUNTING SEMICONDUCTOR CHIP}
도 1 은 하드디스크 장치를 나타내는 도면.
도 2 는 도 1 중 헤드 슬라이더 어셈블리를 나타내는 도면.
도 3 은 프린트 회로 기판 유닛을 나타내는 도면.
도 4 는 종래의 반도체 칩의 실장방법을 나타내는 도면.
도 5 는 제 1 과제를 설명하기 위한 도면.
도 6 은 제 2 과제를 설명하기 위한 도면.
도 7 은 제 4 과제를 설명하기 위한 도면.
도 8 은 종래의 장방형 패드의 예를 나타내는 도면.
도 9 는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 헤드 IC 칩 실장장치를 나타내는 도면.
도 10 은 도 9a, 9b 중 자외선 램프의 배치를 나타내는 평면도.
도 11 은 헤드 슬라이더 어셈블리의 제조공정을 나타내는 도면.
도 12 는 도 9a, 9b 의 헤드 IC 칩 실장장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍차트.
도 13 은 위치 정합 공정을 나타내는 도면.
도 14 는 가압·자외선 조사 공정을 설명하는 도면.
도 15 는 가압·초음파 발진·자외선 조사 공정을 설명하는 도면.
도 16 은 가압·초음파 발진·자외선 조사 공정이 종료되었을 때의 상태를 나타내는 도면.
도 17 은 제조된 헤드 슬라이더 어셈블리의 일부를 나타내는 도면.
도 18 은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 헤드 IC 칩 실장장치의 요부를 나타내는 도면.
도 19 는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 헤드 IC 칩 실장장치의 요부를 나타내는 도면.
도 20 은 도 19 중 본딩툴(bonding tool)의 선단부분의 형상을 나타내는 도면.
도 21 은 본딩툴의 제 1 변형예를 나타내는 도면.
도 22 는 본딩툴의 제 2 변형예를 나타내는 도면.
도 23 은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 헤드 IC 칩 실장장치를 나타내는 도면.
도 24 는 도 23 중 폴리이미드 필름 지지기구를 나타내는 도면.
도 25 는 헤드 슬라이더 어셈블리의 제조공정을 나타내는 도면.
도 26 은 도 23 의 헤드 IC 칩 실장장치의 동작을 나타내는 타이밍 차트.
도 27 은 위치 정합 공정을 설명하는 도면.
도 28 은 임시 위치 정합 공정을 설명하는 도면.
도 29 는 본딩툴 상동(上動)공정을 설명하는 도면.
도 30 은 폴리이미드 필름 개재(介在)공정을 설명하는 도면.
도 31 은 가압·초음파 발진 공정을 설명하는 도면.
도 32 는 본딩툴 상동(上動)·폴리이미드 필름 지지기구 퇴피(退避)공정을 설명하는 도면.
도 33 은 폴리이미드 필름 이송 공정을 설명하는 도면.
도 34 는 본 발명의 제 5 실시예에 의한 헤드 슬라이더 어셈블리를 나타내는 도면.
도 35 는 도 34 중 패드의 제조를 설명하는 도면.
도 36 은 도 35 에 이어서 패드의 제조를 설명하는 도면.
도 37 은 본 발명의 제 6 실시예에 의한 헤드 슬라이더 어셈블리를 나타내는 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
19A, 19G, 19H: 헤드 슬라이더 어셈블리
61G, 61H: Au 패드
100, 100F: 헤드 IC 칩 실장장치.
104 ~ 107: 자외선 램프
108: 자외선
112C: 본딩툴(bonding tool)
112Ca ~ 112Cd: V자 형상 측면
152: 경화가 개시된 부분
153: 경화가 진행된 부분
155: 하부충전물(underfill)
156: 필렛(fillet)
164 ~ 167: 히터
168: 열선
170: 폴리이미드 필름 지지기구
171: 폴리이미드 필름
본 발명은 반도체 칩 실장방법 및 제조장치에 관한 것이다.
본 발명의 반도체 칩의 실장방법은 도 1 에 나타낸 하드디스크 장치(10) 중 헤드 IC 칩(11)의 서스펜션(12) 상으로의 실장에 적용되거나, 또는 도 3 에 나타낸 프린트 회로기판 유닛(30) 중 IC 칩(31)의 기판(32) 상으로의 실장에 적용된다.
하드디스크 장치(10)는 도 1 에 나타낸 바와 같이 밀봉구조의 하우징(15) 내부에, 고속 회전하는 하드디스크(16), 액추에이터(17)로 구동되는 아암(18)의 선단에 헤드 슬라이더 어셈블리(19)가 조립되어 있는 구조이다. 헤드 슬라이더 어셈블리(19)는 도 2 에 나타낸 바와 같이, 서스펜션(12) 상에, 헤드 슬라이더(20)와 헤드 IC 칩(11)이 실장되어 있는 구성이다. 헤드 슬라이더(20)는 박막기술에 의해 형성된 자기 헤드(21)를 갖는다. 헤드 IC 칩(11)은 예컨대 자기 헤드에 의해 독출된 미약한 신호를 증폭하는 등 자기헤드를 제어하는 역할을 갖는다. 도 2 에 확대하여 나타낸 바와 같이, 헤드 IC 칩(11)은 하면의 Au 범프(22)를 서스펜션(12) 상의 배선 패턴(23)의 가장자리의 Au 패드(24)에 접합하고, 또한 절연성 접착제로 이루어진 하부충전물(25)에 의해 서스펜션(12) 상에 접착되어 있다.
프린트 회로기판 유닛(30)은 도 3a 에 나타낸 바와 같이 마더보드(mother board)(35) 상에 히트싱크(37)가 부착된 멀티칩 모듈(36), 메모리 소켓(38), I/O 커넥터(39)가 실장되어 있는 구조이다. 멀티칩 모듈(36)은 도 3b 에 아울러 나타낸 바와 같이 기판(40) 상에 복수의 IC 칩(31)이 실장되어 있는 구조이다. 도 3c 에 확대하여 나타낸 바와 같이, 헤드 IC 칩(31)은 하면의 Au 범프(42)를 기판(40) 상의 Au 패드(43)에 접합하고, 또 절연성 접착제로 이루어진 하부충전물(44)에 의해 기판(40) 상에 접착되어 있다.
도 4a, 도 4b, 도 4c 는 종래의 헤드 슬라이더 어셈블리의 제조방법을 나타낸다. 헤드 IC 칩(11)은 하면에 Au 범프(51)를 갖는다. 서스펜션(12)은 상면에 Au 패드(61)를 갖는 구성이다. 헤드 슬라이더 어셈블리의 구조는 이하와 같이 이루어진다.
1. 서스펜션(12)을 스테이지(70) 상에 고정한다.
2. 정밀 디스펜서(dispenser)(도시되지 않음)를 사용하여, 서스펜션(12)의 상면에 하부충전용 절연성 접착제(71)를 정밀도 좋게 소정량 도포한다.
3. 흡인공(76)을 갖는 툴(tool)(75)에 의해 헤드 IC 칩(11)을 진공 흡인하여 픽업(pick-up)하고, 헤드 IC 칩(11)을 서스펜션(12)의 상면으로 운반하여, 헤드 IC 칩(11)을 서스펜션(12)의 상면에 놓는다.
4. 툴(75)에 의해 화살표(A)로 나타낸 바와 같이 헤드 IC 칩(11)을 힘(F)으로 가압하고 또 화살표(B)로 나타낸 바와 같이 헤드 IC 칩(11)에 진폭이 수 ㎛의 초음파 진동을 수초간 부여한다. 이에 의해, Au 범프(51)가 Au 패드(61)에 접합된다.
5. 툴(75)의 진공 흡인을 해제하고 툴(75)을 분리하고 서스펜션(12)을 가열로(80)로 이동하여 가열하여, 접착제(71)를 열 경화시킨다. 이에 의해, 하부충전물(72)이 형성되고 헤드 IC 칩(11)이 하부충전물(72)에 의해 서스펜션(12) 상에 접착되어, 헤드 슬라이더 어셈블리(19)가 제조된다.
상기 종래의 헤드 슬라이더 어셈블리의 제조방법은 이하의 4개의 문제를 갖는다.
1. 하부충전물의 필렛(fillet)의 형상이 불안정하다.
하부충전용 접착제(71)는 서스펜션(60)의 상면에 도 5a 에 이점쇄선으로 나타낸 바와 같이 상방에서 보아 원형이고, 헤드 IC 칩(11)이 툴(75)에 의해 가압되면 헤드 IC 칩(11)의 하면으로 눌려서 화살표(C)로 나타낸 바와 같이 방사 상으로 퍼져서 헤드 IC 칩(11)의 하면의 주변부에 이른다. 하부충전용 접착제(71)가 퍼진 주위의 부분이 필렛(90)을 형성한다. 필렛(90)은 하부충전용 접착제(71)의 퍼진 상태에 의해 결정된다. 여기서, 하부충전용 접착제(71)가 퍼진 상태는 도포된 양, 도포된 위치 등의 편차에 따라 치우쳐서 필렛의 형상이 불안정하다. 경우에 따라, 도 5a, 도 5b 에 부호 91로 나타낸 바와 같이, 헤드 IC 칩(11)으로부터 서스펜션(12)의 상면으로 크게 삐져 나오는 일이 생겼다.
여기서, 하드디스크 장치의 소형화에 따라 서스펜션(12)은 폭(W1)이 좁아지는 경향에 있으며, 한편 헤드 IC 칩(11)은 기능의 추가에 따라 크기(변의 길이(L1))가 커지는 경향에 있다. 이 때문에, 서스펜션(12) 중, 실장된 헤드 IC 칩(11)보다 외측의 여유부분(92)의 폭(W2)이 좁아져서, 접착제가 크게 삐져 나온 것을 받아들이는 것이 곤란해지고 있다. 또한, 접착제가 크게 삐져 나온 것은 서스펜션(12)의 특성, 또는 헤드 슬라이더(20)의 하드디스크에 대한 부상 특성에 영향을 줄 염려도 있었다.
또한, 도 3 의 멀티칩 모듈(36)의 경우에는 기판(32)의 상면으로의 접착제가 크게 삐져 나온 것은 다른 부품의 실장을 방해하게 되어 부적합하였다.
2. 삐져 나온 접착제가 툴(75)에 부착된다.
하부충전용 접착제(71)의 도포된 양 및 도포된 위치에 따라서는, 헤드 IC 칩(11)이 툴(75)에 의해 가압되었을 때에, 도 6a, 도 6b 에서 부호 93으로 나타낸 바와 같이, 삐져 나온 접착제(71)가 헤드 IC 칩(11)의 상면으로 돌아 올라가서, 툴(75)의 선단에 부착되는 일이 일어날 수 있었다.
접착제(71)가 툴(75)의 선단에 부착하게 되면, 툴(75)이 다음의 헤드 IC 칩(11)을 흡착하는 동작이 불안정해진다. 그래서, 툴(75)의 선단을 클리닝(cleaning)할 필요가 있다. 그러나, 1개의 헤드 IC 칩(50)의 실장을 완료할 때마다 툴(75)의 선단을 클리닝하는 것은 번잡한 일이다.
또, 도포된 접착제(71)는 형상이 상방에서 보아 원형이고 방사형으로 퍼지기 때문에, 삐져 나온 접착제(71)가 헤드 IC 칩(11)의 상면으로 돌아 올라가는 것은 헤드 IC 칩(11)의 가장자리 부분에서 일어난다.
3. 툴(75)로부터 헤드 IC 칩(11)으로의 초음파 전도율이 좋지 않다.
도 4b 에 나타낸 바와 같이, 툴(75)과 헤드 IC 칩(11)이 직접 접촉한다. 툴(75)은 스테인레스 제이고, 헤드 IC 칩(11)은 실리콘이며, 툴(75)과 헤드 IC 칩(11) 사이의 마찰계수 μ1은 0.5 ~ 0.7로 비교적 낮다. 이 때문에, 툴(75)로부터 헤드 IC 칩(11)으로의 초음파 전도율이 좋지 않고, Au 범프(51)의 Au 패드(61)로의 접합에는 시간이 걸렸었다.
4. 헤드 IC 칩의 실장 어긋남이 생기기 쉽고, 그 실장 어긋남이 원인이 되어 실장불량이 발생하는 경우가 있다.
도 4b 에 나타낸 바와 같이, 툴(75)과 헤드 IC 칩(11)이 직접 접촉하고, 툴(75)의 선단면(75a)에는 약간의 방향성이 있기 때문에, 툴(75)이 초음파 진동될 때에 도 7a 에 나타낸 최초의 상태로부터 헤드 IC 칩(11)은 초음파 진동의 진동방향 중 1방향(예컨대 X1 방향)으로 약간씩 어긋날 수 있다. 따라서, 경우에 따라서는, 도 7b 에 나타낸 바와 같이 Au 범프(51)가 Au 패드(61)의 외측에까지 어긋나서, Au 범프(51)와 Au 패드(61)의 접합이 불량하게 되는 일이 있었다.
도 3 의 멀티칩 모듈(36)에 있어서, 기판(32)의 패드를 도 8 에 부호 43A로 나타낸 바와 같이 장방형으로 한 것이다. 그러나, 패드(43A)의 길이방향은 도 8 중 가로로 나열되어 있는 패드에서는 종방향이고, 종으로 나열되어 있는 패드에서는 횡방향이므로 동일하지는 않다. 따라서, 이 기판(32)의 패드는 툴(75)이 초음파 진동될 때의 헤드 IC 칩(11)의 어긋남에 대하여는 유효하지는 않다.
그래서, 본 발명은 상기 과제를 해결한 반도체 칩의 실장방법 및 제조방치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 청구항 제 1 항의 발명은 범프를 갖는 반도체 칩과 패드를 갖는 기판 사이에 절연성 접착제가 개재된 상태에서 상기 반도체 칩을 가압하여 상기 범프와 상기 패드를 접합시키는 제 1 공정과, 상기 반도체 칩과 상기 기판 사이에서 눌려 퍼진 상기 절연성 접착제를 경화시키는 제 2 공정을 갖는 반도체 칩의 실장방법에 있어서, 상기 제 1 공정의 상기 반도체 칩을 가압하는 과정에서, 상기 반도체 칩과 상기 기판 사이에서 눌려 퍼진 상기 절연성 접착제의 주위부분을 경화시키는 주위부분 경화공정을 갖는 구성으로 한 것이다.
반도체 칩을 가압하는 과정에서, 반도체 칩과 기판 사이에서 눌려 퍼진 절연성 접착제의 주위부분을 경화시킴으로써, 절연성 접착제가 반도체 칩보다 외측에 많이 삐져 나오는 것을 방지하여, 하부충전물의 필렛은 양호한 형상으로 형성된다.
청구항 제 2 항의 발명은 제 1 항의 반도체 칩의 실장방법에 있어서, 상기 제 1 공정에서 가압과 동시에 초음파 진동을 가함으로써 상기 반도체 칩에 형성된 범프와 상기 기판에 형성된 패드를 접합시키도록 한 것이다.
절연성 접착제가 반도체 칩보다 외측으로 많이 삐져 나오지 않기 때문에, 초음파 진동을 전달하는 본딩툴과 반도체 칩의 접점에 절연성 접착제가 들어오지 않 게 되어, 양호한 접점관계가 유지된다.
청구항 제 3 항의 발명은 제 1 항의 반도체 칩의 실장방법에 있어서, 상기 절연성 접착제의 주위부분은 빛 또는 열로 경화되도록 한 것이다.
빛 또는 열은 반도체 칩과 기판 사이에서 눌려 퍼진 절연성 접착제의 주위부분을 빨리 안정하게 경화시킨다.
청구항 제 4 항의 발명은 범프를 갖는 반도체 칩과 패드를 갖는 기판 사이에 절연성 접착제를 개재시킨 상태에서 상기 반도체 칩을 가압하는 기구를 갖고, 상기 범프와 상기 패드를 접합시킴으로써 상기 반도체 칩을 상기 기판상에 실장하는 반도체 칩의 실장장치에 있어서, 상기 반도체 칩을 가압하는 과정에서 상기 절연성 접착제 중 상기 반도체 칩의 주위로부터 노출되는 주위부분을 경화시키는 주위부분 경화수단을 갖는 구성으로 한 것이다.
반도체 칩을 가압하는 과정에서 반도체 칩과 기판 사이에서 눌려 퍼진 절연성 접착제의 주위부분을 경화시킴으로써 절연성 접착제가 반도체 칩보다 외측으로 많이 삐져 나오는 것이 방지되어, 하부충전물의 필렛은 양호한 형상으로 형성된다.
청구항 제 5 항의 발명은 제 4 항의 반도체 칩의 실장장치에 있어서, 상기 범프를 상기 패드에 초음파 접합하기 위한 초음파 진동자를 갖는 구성으로 한 것이다.
접착제가 반도체 칩보다 외측으로 많이 삐져 나오지 않기 때문에, 초음파 진동을 전달하는 본딩툴과 반도체 칩의 접점에 절연성 접착제가 들어오지 않아서 양호한 접점관계가 유지된다.
청구항 제 6 항의 발명은 제 4 항의 반도체 칩의 실장장치에 있어서, 상기 주위부분 경화수단은 빛 공급수단 또는 열 공급수단인 구성으로 한 것이다.
빛 공급수단 또는 열 공급수단은 반도체 칩과 기판 사이에서 눌려 퍼진 절연성 접착제의 주위부분을 빨리 안정하게 경화시킨다.
본 발명은 범프를 갖는 반도체 칩과 패드를 갖는 기판 사이에 절연성 접착제가 개재된 상태에서 상기 반도체 칩을 가압하는 동시에, 상기 범프와 상기 패드 사이를 초음파 접합하기 위한 본딩툴을 갖는 반도체 칩의 실장장치에 있어서, 상기 툴은 기본적인 형상이 4각기둥 형상이고, 각 측면이 인접한 모서리부를 지나는 가상의 평면에 대하여 후퇴되어 있는 형상인 구성으로 한 것이다.
툴로 반도체 칩을 가압하는 동시에 반도체 칩에 초음파를 가할 때에 절연성 접착제가 반도체 칩의 상면측으로 삐져 나오는 경우에, 절연성 접착제는 반도체 칩의 모서리부가 아니라 반도체 칩의 각 변으로부터 삐져 나온다. 여기서, 툴로서 기본적인 형상이 4각기둥 형상이고 주위의 측면이 인접하는 모서리부를 지나는 가상의 평면에 대하여 후퇴되어 있기 때문에, 절연성 접착제가 반도체 칩의 상면측으로 돌아 들어오는 경우에도, 돌아 들어온 절연성 접착제는 툴까지는 이르지 않아서 툴에는 부착되지 않는다. 따라서, 툴을 클리닝할 필요가 없다. 또한, 툴은 기본적인 형상이 4각기둥 형상이기 때문에, 반도체 칩은 모서리부의 근처도 눌리게 되고, 따라서 반도체 칩에는 크랙이 생기지 않는다.
본 발명은 범프를 갖는 반도체 칩과 패드를 갖는 기판 사이에 절연성 접착제를 개재시킨 상태에서 상기 반도체 칩을 가압하는 동시에 상기 범프와 상기 패드를 초음파 접합하는 본딩툴을 사용하여 상기 반도체 칩을 상기 기판상에 실장하는 반도체 칩의 실장방법에 있어서, 상기 반도체 칩과 상기 본딩툴 사이에 상기 본딩툴과 상기 반도체 칩이 접할 때에 생기는 마찰계수보다 큰 마찰계수를 상기 본딩툴과의 사이 및 상기 반도체 칩과의 사이에 각각 갖는 시트를 개재시킨 초음파 접합을 행하도록 한 것이다.
툴과 반도체 칩 사이에 개재하는 시트는 툴과 시트 사이의 마찰계수 및 시트와 반도체 칩 사이의 마찰계수가 함께 툴과 반도체 칩 사이의 마찰계수보다 크기 때문에 툴로부터의 반도체 칩으로의 에너지 전달이 효율 좋게 행해지고 반도체 칩의 범프의 기판의 패드로의 접합이 짧은 시간에 완료된다. 또, 반도체 칩의 위치 어긋남도 작아지게 된다.
본 발명은 범프를 갖는 반도체 칩과 패드를 갖는 기판 사이에 절연성 접착제가 개재된 상태에서 상기 반도체 칩을 가압하는 동시에 상기 범프와 상기 패드 사이를 초음파 접합하기 위한 본딩툴을 갖는 반도체 칩의 실장장치에 있어서, 상기 본딩툴과 상기 반도체 칩이 접할 때에 생기는 마찰계수보다 큰 마찰계수를, 상기 본딩툴과의 사이 및 상기 반도체 칩과의 사이에 각각 갖는 시트를 이동시켜 상기 본딩툴과 상기 반도체 칩 사이에 위치시키는 수단을 갖는 구성으로 한 것이다.
툴과 시트 사이의 마찰계수 및 시트와 반도체 칩 사이의 마찰계수는 모두 툴과 반도체 칩 사이의 마찰계수보다 크기 때문에, 시트를 이동시켜서 본딩툴과 반도체 칩 사이에 위치시킴으로써 툴로부터 반도체 칩으로의 에너지의 전달이 효율 좋게 행해져서, 반도체 칩의 범프의 기판의 패드로의 접합이 짧은 시간에 완료된다. 또, 반도체 칩의 위치 어긋남도 작아지게 된다.
본 발명은 초음파 접합에 의해 반도체 칩이 실장되는 기판으로서, 상기 반도체 칩에 가해진 초음파 진동의 진동방향에 따른 형상의 패드를 갖는 구성으로 한 것이다.
툴에 의해 반도체 칩에 초음파가 가해질 때에 툴이 갖는 방향성에 따라 반도체 칩이 어긋날 때에도, 범프가 패드로부터 벗어난 상태로는 되지 않아서, 접합불량으로는 되지 않는다.
(제 1 실시예)
제 1 실시예는 "하부충전물의 필렛 형상이 불안정하다"는 과제를 해결한 것이다.
도 9a, 도 9b 는 본 발명의 제 1 실시예인 헤드 IC 칩 실장장치(100)를 나타낸다. 헤드 IC 칩 실장장치(100)는 스테이지(101)와, 본딩 유닛(110)과, 제어 유닛(130)으로 구성된다.
스테이지(101)는 도 2 의 서스펜션(12)을 올려 놓기 위한 것으로, 서스펜션(12)을 흡인, 흡착하기 위한 흡착공(102)이 형성되어 있다. 또, 스테이지(101) 상에는, 도 10 에 나타낸 바와 같이, 4개의 자외선 램프(104~107)가 헤드 IC 칩 실장예정부(109)를 둘러싸고 또 실장된 헤드 IC 칩(11)의 각 변에 대향하며, 실장된 헤드 IC 칩(11)의 각 변을 향하는 4방향에서 자외선을 조사하도록 배치되어 있다.
본딩 유닛(110)은 본딩 헤드(111)와, 본딩 헤드(111)로부터 바로 아래의 본딩툴(112)과, 본딩툴(112)과 일체로 설치되어 있는 초음파 진동자(113)로 구성되어 있다. 본딩툴(112)은 승강기구(도시되지 않음)에 의해 상하 운동한다. 본딩 유닛(110)은 헤드 IC 칩 실장장치(100)의 프레임(103)에 이동 가능하게 지지되어 있고, 이동기구(도시되지 않음)에 의해 이동된다.
본딩 헤드(111)에는 로드셀·압압기구(114)와 밸브(115)가 내장되어 있고, 각각 도시되지 않은 전원 및 진공원에 접속되어 있다. 로드셀·압압기구(114)는 본딩툴(112)을 상하 이동시킴과 동시에 본딩툴(112)을 통하여 헤드 IC 칩(50)에 부여되는 힘을 측정한다.
본딩툴(112)에는 밸브(115)와 연통하는 흡입공(116)이 형성되어 있다. 초음파 진동자(113)를 발진시킴으로써 본딩툴(112)이 초음파 진동한다.
제어 유닛(130)에는 초음파 진동자(113)를 제어하는 제어기(131), 로드셀·압압기구(114)를 제어하는 제어기(132), 밸브(115)를 제어하는 제어기(133) 및 자외선 램프(104~107)를 제어하는 제어기(134)와, 이들 제어기(131, 132, 133, 134)를 총합적으로 제어하는 제어기(135)가 설치되어 있다.
다음에, 상기 구성의 헤드 IC 칩 실장장치(100)를 사용하여 도 2 의 헤드 슬라이더 어셈블리(19)를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
헤드 슬라이더 어셈블리(19)는 도 11 에 나타낸 공정(140~146)을 통하여 제조된다. 상기 공정(140~147) 중에서 상기 헤드 IC 칩 실장장치(100)가 도 12 에 나타낸 바와 같이 동작함으로써 공정(144~146)이 행해진다.
공정 140
헤드 IC 칩(11)에서, 와이어 본딩장치를 사용하여 하면에 Au 범프(51)를 형성한다.
공정 141, 142, 143
서스펜션(12)에서, Au 패드(61)를 형성하고, 또 헤드 IC 칩 실장장치(109)의 중앙에 하부충전용 접착제(150)를 도포한다. 이 서스펜션(12)을, Au 패드(61) 및 접착제(150)를 위로 향하게 하여 스테이지(101) 상에 두고 흡인하여 스테이지(101) 상에 고정한다(도 13 참조).
접착제(150)는 열경화성 접착제에 자외선 경화성분을 혼합한 자외선, 열경화 병용형 접착제이다. 구체적으로는, 우레탄아크릴레이트 수지를 주제로 하여 광중합 개시제로서 벤조인알킬에테르, 열경화성 개시제로서 아크릴산에스테르를 배합한 것이다.
위치 맞춤공정 144(도13, 도 12a 참조)
본딩 유닛(110)은 헤드 IC 칩(11)이 나열된 장소에 위치하게 된다. 승강기구(도시되지 않음)에 의해 본딩툴(112)이 아래로 이동하고, 도 12a 에 나타낸 바와 같이 제어기(133)로부터의 제어신호에 의해 밸브(115)가 열리고, 본딩툴(112)이 그 선단에 1개의 헤드 IC 칩(11)을 진공흡작하고, 본딩툴(112)이 위로 이동하며, 헤드 IC 칩(11)을 픽업(pick up)한다. 다음에, 본딩 유닛(110)이 이동기구(도시되지 않음)에 의해 프레임(103)을 따라 이동하여 헤드 IC 칩(11)을 반송한다. 본딩 유닛(110)의 이동이 소정 위치에서 정지하여 도 13 에 나타낸 바와 같이 헤드 IC 칩(11)이 서스펜션(12)에 대하여 위치 맞춰진 상태로 된다.
가압·자외선 조사공정 145(도 14, 도 12b, 도 12c 참조)
승강기구(도시되지 않음)가 동작하고, 제어기(132)로부터의 제어신호에 의해 로드셀·압압기구(114)가 도 12c 에 나타낸 바와 같이 동작하고, 도 14 에 나타낸 바와 같이 본딩툴(112)이 아래로 이동하여 헤드 IC 칩(11)을 소정의 힘(F)으로 가압하며, Au 범프(51)가 Au 패드(61)에 압압된다. 또, 헤드 IC 칩(11)이 접착제(150)를 눌러 퍼지게 한다. 접착제(150)는 그 퍼진 선단이 헤드 IC 칩(11)의 주위 가장자리로부터 삐져 나온 상태로 될 때까지 눌려 퍼진다. 부호 151 은 서스펜션(12) 상에서 헤드 IC 칩(11)에 의해 눌려 퍼진 접착제이다.
또한, 도 12b 에 나타낸 바와 같이 로드셀·압압기구(114)가 헤드 IC 칩(11)의 가압을 개시할 때에, 제어기(134)로부터의 제어신호에 의해 자외선 램프(104~107)가 점등하여 자외선(108)이 헤드 IC 칩(11)의 주위를 조사하고, 접착제(151) 중에서 헤드 IC 칩(11)의 주위 가장자리에 노출된 부분(151a)의 경화가 개시된다. 즉, 눌려 퍼진 접착제(151)가 부분적으로 경화된다. 부호 152 는 경화가 개시된 부분이다.
이와 같이, 접착제(151) 중에서 헤드 IC 칩(11)의 주위 가장자리로부터 삐져 나와서 노출된 부분(151a)이 경화되어, 접착제(151)는 헤드 IC 칩(11)의 주위 가장장자리로부터 삐져 나와 노출된 부분(151a)에 경화된 막이 형성된 상태로 되기 때문에, 헤드 IC 칩(11)을 서스펜션(12) 상에 가압할 때에 접착제가 서스펜션(12) 상으로 흘러나오는 것이 방지된다.
또, 자외선(108)은 헤드 IC 칩(11)의 하측까지는 이르지 않는다. 따라서, 접착제(151) 중에서 헤드 IC 칩(11)의 하측 부분은 경화되지 않는다. 이 때문에, 헤드 IC 칩(11)을 가압할 때에 접착제(150)가 눌려 퍼지는 동작은 원만하게 행해져서 Au 범프(51)는 Au 패드(61)에 정상적으로 눌려 붙게 된다.
가압·초음파 발진·자외선 조사공정 146(도 15, 도 16, 도 12a, 12b, 12c, 12d 참조)
도 12a, 12b, 12c 에 나타낸 바와 같이, 자외선 램프(104~107)가 점등이 계속되고, 본딩툴(112)이 헤드 IC 칩(11)을 계속 진공흡착하며, 로드셀·압압기구(114)가 헤드 IC 칩(11)을 계속 가압하는 상태에서, 제어기(131)로부터의 제어신호에 의해 초음파 진동자(113)가 발진을 개시하여 초음파 진동자(113)는 수초간 발진을 계속한다.
도 15 는 이 때의 상태를 나타낸다. 초음파 진동자(113)가 발진함으로써, 본딩툴(112)이 화살표(B)로 나타낸 바와 같이 초음파 진동하고, 본딩툴(112)의 초음파 진동이 헤드 IC 칩(11)의 Au 범프(51)에 전도되며, Au 범프(51)가 Au 패드(61)에 대하여 초음파 진동하여, Au 범프(51)가 Au 패드(61)에 접합된다.
또한, 접착제(151) 중에서 헤드 IC 칩(11)의 주위 가장자리로부터 삐져 나온 부분(151a)의 경화가 진행된다. 부호 153 은 경화가 진행된 부분이다. 이와 같이, 접착제(151) 중에서 헤드 IC 칩(11)의 주위 가장자리로부터 노출된 부분(151a)이 경화되기 때문에, 헤드 IC 칩(11)을 초음파 진동시킬 때에 접착제가 서스펜션(12) 상으로 흘러나오는 것이 방지된다. 또한, 초음파 진동을 전달하는 본딩툴(112)과 헤드 IC 칩(11)의 접점에 접착제(151)가 들어오지 않게 되어 양호한 접점관계가 유지된다.
또, 자외선(108)은 헤드 IC 칩(11)의 하측까지는 도달하지 않으며, 따라서 접착제(151) 중에서 헤드 IC 칩(11)의 하측 부분은 경화되어 있지 않고, Au 범프(51)는 Au 패드(61)에 정상적으로 계속 압압되며, 따라서 Au 범프(51)의 Au 패드(61)로의 접합은 양호해진다.
도 16 은 가압·초음파 발진·자외선 조사공정(146)이 종료된 후의 상태를 나타낸다. 자외선 램프(104~107)는 소등되고, Au 범프(51)는 Au 패드(61)에 접합되어 있다. 접착제(151)는 헤드 IC 칩(11)의 하면과 서스펜션(12)의 상면 사이의 좁은 부분(152)을 채우고 헤드 IC 칩(11)의 주위 가장자리로부터 삐져 나온 부분(151a)이 경화되어 있는 상태에 있다.
가열공정 147
헤드 IC 칩(11)이 접합된 서스펜션(12)을 헤드 IC 칩 실장장치(100)로부터 취출하고, 도 4c 에 나타낸 바와 같이 가열로에 넣고 가열하여 접착제(151)를 열경화시켜서, 접착제(151) 전체를 완전히 경화시킨다. 접착제(151)는 경화되어 하부충전물(155)이 된다.
이에 따라, 도 17a, 17b 에 나타낸 헤드 슬라이더 어셈블리(19A)가 제조된다. 헤드 IC 칩(11)은 하면의 Au 범프(22)를 서스펜션(12) 상의 Au 패드(24)에 접합하고, 또 자외선, 열경화 병용형 접착제(150)가 경화된 하부충전물(155)에 의해 서스펜션(12) 상에 접착되어 있다. 하부충전물(155)은 전체 가장자리에 걸쳐서 양호한 필렛(156)을 갖는다. 또, 접착제가 먼저 들어오기 때문에 하부충전물(155)은 보이드(void)를 포함하지 않으므로 양질로 형성된다.
(제 2 실시예)
제 2 실시예는 상기 제 1 실시예의 변형예가 되는 것으로, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로 "하부충전물의 필렛 형상이 불안정하다"는 과제를 해결한 것이다.
도 18a, 18b 는 본 발명의 제 2 실시예인 헤드 IC 칩 실장장치(100A)의 요부를 나타낸다. 헤드 IC 칩 실장장치(100A)는 도 9a, 9b 에 나타낸 헤드 IC 칩 실장장치(100) 중 자외선 램프(104~107) 대신에 히터(164~167)를 설치한 구성이다. 히터(164~167)는 헤드 IC 칩 실장예정부(109)를 둘러싸고, 또 실장된 헤드 IC 칩(11)의 각 변에 대향하며, 실장된 헤드 IC 칩(11)의 각 변을 향하여 사방에서 열선(168)을 조사하도록 배치되어 있다.
접착제로서는 열경화형 접착제(150A)를 사용한다.
헤드 IC 칩(11)을 서스펜션(12) 상으로 가압할 때에 및 헤드 IC 칩(11)에 초음파를 부여할 때에, 히터(164~167)가 온되고, 열선(168)이 눌려 퍼진 열경화형 접착제 중에서 헤드 IC 칩(11)의 각 변으로부터 삐져 나온 부분(151a)을 조사하여 이 부분이 경화된다. 이에 의해, 접착제가 서스펜션(12) 상으로 흘러 나오는 것이 방지되어 양호한 필렛(156)을 형성한다.
(제 3 실시예)
제 3 실시예 및 다음의 제 4 실시예, 제 5 실시예는 "삐져 나온 접착제가 본딩툴에 부착한다"는 과제를 해결한 것이다.
도 19a, 19b 는 본 발명의 제 3 실시예인 헤드 IC 칩 실장장치(100B)의 요부를 나타낸다. 헤드 IC 칩 실장장치(100B)는 도 9a, 9b 에 나타낸 헤드 IC 칩 실장장치(100) 중의 자외선 램프(104~107) 및 제어기(134)가 제거되고, 본딩툴(112) 대신에 도 20 에 나타낸 본딩툴(112C)을 갖는 구성이다.
본딩툴(112C)은 스테인레스 제이고, 단면이 헤드 IC 칩(11)의 형상에 대응하는 정방형인 기둥 형상을 기본 형상으로 하고, 사이즈도 종래의 본딩툴(112)과 동일하게 하며, 단지 4개의 측면이 V자 형상으로 오목한 형상이다. 즉, 본딩툴(112C)은 기본 형상이 4각 기둥 형상이고, 4개의 V자 형상의 측면(112Ca~112Cd) 및 4개의 모서리부(112Ce~112Ch)를 갖는다. 각 측면(112Ca~112Cd)은 인접한 모서리부(112Ce~112Ch)를 지나는 가상 평면에 대하여 후퇴되어 있다.
본딩툴(112C)은 도 19a 에 나타낸 바와 같이 모서리부(112Ce~112Ch)를 헤드 IC 칩(11)의 모서리부(11a)에 대응시킨 상태에서 헤드 IC 칩(11)을 흡착하고, 헤드 IC 칩(11)을 서스펜션(12) 상으로 가압한다. 본딩툴(112C)의 측면(112Ca~112Cd)은 헤드 IC 칩(11)의 각 변(11b)에 대하여 헤드 IC 칩(11)의 중앙측으로 후퇴되어 있다.
하부충전용 접착제(150C)의 도포량 및 도포된 위치에 따라서는, 헤드 IC 칩(11)이 본딩툴(112C)에 의해 가압될 때에 도 19a, 19b 에 부호 150Ca로 나타낸 바와 같이 눌려 퍼져서 헤드 IC 칩(11)의 외측으로 삐져 나온 접착제가 헤드 IC 칩의 상면으로 돌아 들어온다. 여기서, 도 5 에 나타낸 바와 같이 도포된 접착제는 형상이 위에서 보아 원형이고 퍼진 방향이 방사형이기 때문에, 삐져 나온 접착제의 헤드 IC 칩(11)의 상면으로의 돌아 들어옴은 헤드 IC 칩(11)의 변(11b) 부분에서 생긴다.
여기서, 본딩툴(112C)의 측면(112Ca~112Cd)은 헤드 IC 칩(11)의 각 변(11b)에 대하여 헤드 IC 칩(11)의 중앙측으로 후퇴되어 있기 때문에, 삐져 나온 접착제(150Ca)는 본딩툴(112C)의 선단측의 측면(112Ca~112Cd)으로는 부착되지 않는다.
따라서, 본딩툴(112C)의 선단측은 깨끗하게 유지되고, 1개의 헤드 IC 칩(50)의 실장을 완료할 때마다 본딩툴(112C)의 선단을 클리닝하는 성가신 작업은 불필요해진다.
또, 본딩툴의 선단을, 형상을 정방형으로 하고 크기를 헤드 IC 칩(11)보다 훨씬 작게 하는 것에 의해, 헤드 IC 칩(11)의 외측으로 삐져 나와서 헤드 IC 칩(11)의 상면으로 돌아 들어온 접착제가 본딩툴의 선단에 부착되는 것은 방지된다. 그러나, 본딩툴은 헤드 IC 칩(11)의 중앙부를 누르게 되고, 누르는 압력의 헤드 IC 칩(11)으로의 작용이 국부적으로 되어 헤드 IC 칩(11)에 크랙이 생기는 사고가 발생하기 쉽게 되어 좋지 않다.
그러나, 본딩툴(112C)은 사이즈가 종래의 본딩툴(112)과 동일하기 때문에, 4개의 모서리부(112Ce~112Ch)는 헤드 IC 칩(11)의 모서리부(11a)의 근처를 누른다. 따라서, 본딩툴(112C)에 의한 누름 압력의 헤드 IC 칩(11)으로의 작용 방식은 종래의 본딩툴(112)과 대략 동일하고 헤드 IC 칩(11)의 대략 전면을 누르게 되어 헤드 IC 칩(11)에 크랙이 생기는 사고는 발생하지 않는다.
상기 도 20 에 나타낸 본딩툴(112C) 대신에, 도 21 에 나타낸 형상의 본딩툴(112D), 또는 도 22 에 나타낸 형상의 본딩툴(112E)을 사용하여도 좋다.
도 21 에 나타낸 본딩툴(112D)은 4개의 모서리부(112De~112Dh)와, 4개의 만곡형상의 측면(112Da~112Dd)을 갖는 형상을 갖는다. 각 측면(112Da~112Dd)은 이웃하는 모서리부(112De~112Dh)를 지나는 가상의 평면에 대하여 후퇴되어 있다.
도 22 에 나타낸 본딩툴(112E)은 4개의 모서리부(112Ee~112Eh)와 4개의 평면형상의 측면(112Ea~112Ed)을 갖는다. 각 측면(112Ea~112Ed)은 이웃하는 모서리부(112Ee~112Eh)를 지나는 가상의 평면에 대하여 후퇴되어 있다.
도 21 에 나타낸 본딩툴(112D) 또는 도 22 에 나타낸 본딩툴(112E)을 사용하여도, 도 20 에 나타낸 본딩툴(112C)을 사용한 경우와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
(제 4 실시예)
제 4 실시예는 "툴로부터 헤드 IC 칩으로의 초음파 전도율이 좋지 않다"는 과제를 해결한 것이다.
도 23a, 23b 는 본 발명의 제 4 실시예인 헤드 IC 칩 실장장치(100F)를 나타낸다. 헤드 IC 칩 실장장치(100F)는 도 9a, 9b 에 나타낸 헤드 IC 칩 실장장치(100)에서의 자외선 램프(104~107) 대신에, 스테이지(101) 상에 폴리이미드 필름 지지기구(170)를 설치한 구성이다. 도 23a, 23b 중 도 9a, 9b 에 나타낸 헤드 IC 칩 실장장치(100)와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다. X1, X2 는 헤드 IC 칩 실장장치(100F)의 폭방향이고, Y1, Y2 는 헤드 IC 칩 실장장치(100F)의 안쪽(측면)방향이다.
폴리이미드 필름 지지기구(170)는 도 24 에 함께 나타낸 바와 같이 U자 형상의 프레임(172) 중 X1측으로 배치되어 있고 테이프 형상의 폴리이미드 필름(171)을 공급하는 공급롤(173)을 지지하는 공급롤 지지체(174)와, 프레임(171) 중 X2측으로 배치되어 있고 모터(175) 및 권취롤(176)을 지지하는 권취롤 지지체(177)를 갖는다. U자 형상의 프레임(172)은 스테이지(101) 상면의 안내 레일(178, 179) 상에 Y1, Y2로 이동 가능하게 설치되어 있고 모터(180)를 포함하는 이동기구(181)에 의해 본딩툴(112)의 바로 아래의 개재 위치(P1)와, 개재위치(P1)로부터 Y2 방향으로 시프트된 퇴피 위치(P2) 사이에서 이동된다. 테이프 형상의 폴리이미드 필름(171)은 실장된 헤드 IC 칩(11)의 상면과 동일 높이의 위치(P3)에, 공급롤(173)과 권취롤(176) 사이에 수평하게 연장하고 있다.
제어 유닛(130F)은 도 9b 중 제어기(134) 대신에 모터(180)를 제어하는 제어기(190) 및 모터(175)를 제어하는 제어기(191)를 갖는다.
다음에, 상기 구성의 헤드 IC 칩 실장장치(100F)를 사용하여 도 2 의 헤드 슬라이더 어셈블리(19)를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
헤드 슬라이더 어셈블리(19)는 도 25 에 나타낸 공정(140~144, 200~205, 147)을 통하여 제조된다. 상기 공정(140~144, 200~205, 147) 중에서, 상기 헤드 IC 칩 실장장치(100F)가 도 12 에 나타낸 바와 같이 동작하도록 공정(144), 공정(200~205)이 수행된다.
폴리이미드 필름 지지기구(170)는 도 23b 및 도 24 에 나타낸 퇴피위치(P2)에 위치하고 있다.
공정(140, 141, 142, 143, 144)은 먼저 도 11 과 함께 설명된 바와 같이 수행된다.
도 27 은 위치 맞춤공정(144)이 완료된 상태를 나타낸다. 본딩툴(112)이 그 선단에서 1개의 헤드 IC 칩(11)을 진공흡착하고, 소정위치에서 정지하여, 헤드 IC 칩(11)이 스테이지(101) 상에 고정되어 있는 서스펜션(12)에 대하여 위치 맞춰진 상태로 되어 있다.
임시위치공정200(도 28, 도 26a, 26b 참조)
승강기구(도시되지 않음)가 동작하고, 본딩툴(112)이 아래로 이동하여 헤드 IC 칩(11)이 접착제(150)를 눌러 퍼지게 하고, 헤드 IC 칩(11)이 서스펜션(12)에 대하여 위치결정된 상태에서 접착제(150)에 의해 접착되어 서스펜션(12) 상에 임시 위치한다.
본딩툴 상동(上動)공정 201(도 29, 도 26a, 26b 참조)
도 26a 에 나타낸 바와 같이 밸브(115)가 닫혀서 진공흡착이 오프되고, 도 28, 도 26b 에 나타낸 바와 같이 승강기구(도시되지 않음)에 의해 본딩툴(112)이 위로 이동한다. 본딩툴(112)은 헤드 IC 칩(11)을 서스펜션(12) 상에 남기고 위로 이동한다.
폴리이미드 필름 개재공정 202(도 30, 도 26c 참조)
도 26c 에 나타낸 바와 같이 제어기(190)에 의해 모터(180)가 구동되고, 이동기구(181)에 의해 폴리이미드 필름 지지기구(170)가 Y1 방향으로 이동한다. 폴리이미드 필름 지지기구(170)는 도 30 에 나타낸 바와 같이 개재위치(P1)로 이동하고, 폴리이미드 필름(171)이 헤드 IC 칩(11)을 덮는 상태로 된다.
가압·초음파 발진공정 203(도 31, 도 26d, 26e 참조)
승강기구(도시되지 않음)가 동작하여 본딩툴(112)이 도 26b 에 나타낸 바와 같이 아래로 이동하고, 제어기(132)로부터의 제어신호에 의해 로드셀·압압기구(114)가 도 26d 에 나타낸 바와 같이 동작하며, 도 31 에 나타낸 바와 같이 아래로 이동한 본딩툴(112)이 폴리이미드 필름(171)을 통하여 헤드 IC 칩(11)을 소정의 힘(F)으로 가압하여, Au 범프(51)를 Au 패드(61)에 압압한다.
이어서, 도 26e 에 나타낸 바와 같이 제어기(131)로부터의 제어신호에 의해 초음파 진동자(113)가 발진을 개시하고, 초음파 진동자(113)는 수초간 발진을 계속한다. 초음파 진동자(113)가 발진함으로써, 본딩툴(112)이 도 31 에 나타낸 바와 같이 화살표(B)로 나타낸 바와 같이 초음파 진동하고, 본딩툴(112)의 초음파 진동이 폴리이미드 필름(171)을 통하여 헤드 IC 칩(11)의 Au 범프(51)에 전도되고 Au 범프(51)가 Au 패드(61)에 대하여 초음파 진동하여, Au 범프(51)가 Au 패드(61)에 접합된다.
여기서, 스테인레스 제인 본딩툴(112)과 폴리이미드 필름(171) 사이의 마찰계수(μ10)는 1 ~ 4 이다. 폴리이미드 필름(171)과 실리콘제의 헤드 IC 칩(11) 사이의 마찰계수(μ11)는 1 ~ 4 이다. 이 마찰계수(μ10, μ11)는 상기한 툴(75)과 헤드 IC 칩(11) 사이의 마찰계수(μ1)에 비하여 크다. 이 때문에, 본딩툴(112)로부터 헤드 IC 칩(11)으로의 초음파 전도가 종래에 비하여 효율 좋게 행해지고, Au 범프(51)의 Au 패드(61)로의 접합이 종래에 비하여 짧은 시간에 완료된다.
본딩툴 상동·폴리이미드 필름 지지기구 퇴피공정 204(도 32, 도 26b, 26c 참조)
도 26b 에 나타낸 바와 같이 승강기구(도시되지 않음)가 동작하여 본딩툴(112)이 도 32 에 나타낸 바와 같이 위로 이동한다. 이어서, 도 26c 에 나타낸 바와 같이 제어기(190)에 의해 모터(180)가 구동되어, 이동기구(181)에 의해 폴리이미드 필름 지지기구(170)가 Y2 방향으로 이동된다. 폴리이미드 필름 지지기구(170)는 도 32 에 나타낸 바와 같이 원래의 퇴피위치(p2)로 이동되고, 폴리이미드 필름(171)은 헤드 IC 칩(11)을 덮는 위치로부터 퇴피되어, 헤드 IC 칩(11)은 노출된 상태로 된다.
가열공정(147)
헤드 IC 칩(11)이 접합된 서스펜션(12)을 헤드 IC 칩 실장장치(100F)로부터 취출되고, 도 4c 에 나타낸 바와 같이 가열로에 들여보내 가열되고, 접착제(151)를 열경화시켜서, 접착제(151)의 전체를 완전히 경화시킨다. 이에 의해, 도 17a, 17b 에 나타낸 헤드 슬라이더 어셈블리(19A)가 제조된다.
접착제(151)는 하부충전물(155)로 된다. 헤드 IC 칩(11)은 하면의 Au 범프(22)를 서스펜션(12) 상의 Au 패드(24)에 접합되고, 또 자외선, 열경화 병용형 접착제(150)가 경화된 하부충전물(155)에 의해 서스펜션(12) 상에 접착되어 있다.
폴리이미드 필름 이송공정 204(도 33a, 33b, 도 26f 참조)
도 26f 에 나타낸 바와 같이, 제어기(191)로부터의 신호에 의해 모터(175)가 구동되고, 도 33a, 33b 에 나타낸 바와 같이 권취롤(176)이 테이프 형상의 폴리이미드 필름(171)을 화살표(E) 방향으로 권취하고, 공급롤(173)로부터 폴리이미드(171)가 X2 방향으로 당겨져서, 테이프 형상의 폴리이미드 필름(171)이 상기 헤드 IC 칩(11)의 일변의 길이에 대응한 길이만큼 X2 방향으로 이동되어, 다음의 헤드 IC 칩의 실장에 사용되는 새로운 폴리이미드 필름이 준비된다.
이상에 의해, 헤드 IC 칩 실장장치(100F)의 일련의 동작이 완료된다. 가압·초음파 발진공정(203)이 종래에 비하여 짧은 시간에 완료되고, 따라서 헤드 슬라이더 어셈블리(19)는 종래에 비하여 제조성 좋게 제조된다.
또, 도 31 에 나타낸 바와 같이, 본딩툴(112)이 폴리이미드 필름(171)을 통하여 헤드 IC 칩(11)에 하중을 가하는 동시에 초음파 진동을 가하기 때문에, 이하의 2개의 부수적인 효과를 갖는다.
1. 본딩툴(112)이 압압하는 것은 합성수지인 폴리이미드 필름(171)이기 때문에, 합성수지인 폴리이미드 필름(171)의 상면이 본딩툴(112)의 선단면의 극히 미소한 요철에 대응하여 변형되고, 본딩툴(112)의 선단면은 폴리이미드 필름(171)의 상면에 밀착한다. 따라서, 툴(112)의 선단면이 갖고 있는 방향성이 해소된다. 폴리이미드 필름(171)의 하면도, 헤드 IC 칩(11)의 상면에 밀착한다. 따라서, 본딩툴(112)이 초음파 진동될 때에, 헤드 IC 칩(11)은 본딩툴(112)의 초음파 진동에 대응하여 1방향으로 변위된 만큼 역방향으로 복귀하여, 헤드 IC 칩(11)에는 어긋남이 발생하지 않는다.
2. 헤드 IC 칩(11)의 상면을 덮는 폴리이미드 필름(171)에 의해, 눌러 퍼져서 헤드 IC 칩(11)의 외측으로 삐져 나온 접착제가 헤드 IC 칩(11)의 상면으로 돌아 들어오는 것이 방지된다.
(제 5 실시예)
제 5 실시예는 "헤드 IC 칩의 실장 어긋남이 원인이 되어 실장불량이 발생하는 경우가 있었다"는 과제를 해결한 것이다.
도 34a 내지 34d 는 본 발명의 제 5 실시예인 헤드 슬라이더 어셈블리(19G)를 나타낸다. 헤드 슬라이더 어셈블리(19G)는 상기와 마찬가지로 헤드 IC 칩(11)을 서스펜션(12G) 상에 위치결정하고, 본딩툴(112)에 의해 헤드 IC 칩(11)에 하중 및 초음파 진동을 가함으로써 Au 범프(51)가 서스펜션(12G) 상의 Au 패드(61G)에 접합되고, 또 헤드 IC 칩(11)이 경화된 하부충전물(155)에 의해 서스펜션(12G) 상에 접착되어 제조된다.
모든 Au 패드(61G)는 본딩툴(112)에 의해 가해진 초음파 진동(B)의 방향(X1, X2 방향)의 치수(L20)가 이것과 직교하는 방향의 치수(L21)의 약 4배로, 초음파 진동의 방향으로 긴 형상을 갖는다.
도 34a, 34b 는 헤드 IC 칩(11)이 서스펜션(12G) 상에 위치결정된 상태를 나타낸다. 모든 Au 범프(51)는 대응하는 Au 패드(61G)의 중앙에 맞닿아 있다. 본딩툴(112)의 선단면(112a)에는 약간의 방향성이 있기 때문에, 본딩툴(112)이 초음파 진동될 때에 도 34a, 34b 에 나타낸 최초의 상태로부터 헤드 IC 칩(11)은 초음파 진동의 진동방향의 1방향(예컨대 X1 방향)으로 약간씩 어긋나는 일이 발생한다. 그러나, 모든 Au 범프(61G)는 본딩툴(112)에 의해 가해진 초음파 진동(B)의 방향으로 긴 형상을 갖는다. 따라서, Au 범프(51)는 Au 패드(61G)로부터 벗어나기까지는 이르지 않고, Au 패드(61G) 상에 남아서, Au 범프(51)는 Au 패드(61G)에 정상적으로 접합된다.
또한, 상기 본딩툴(112) 대신에, 도 20, 도 21, 도 22 에 나타낸 형상의 본딩툴(112C, 112D, 112E)을 사용하여도 좋다.
또한, 상기 가늘고 긴 Au 패드(61G)는 도 35a ~ 도 35h 및 도 36a ~ 도 36d 나타낸 바와 같이 제조된다.
먼저, 도 35a, 35b 에 나타낸 바와 같이, 스테인레스 제의 서스펜션 본체(210)의 상면에 동박(銅箔)(211)이 부착된 서스펜션 본체(212)를 준비한다. 이 동박이 부착된 서스펜션 본체(212)에, 도 35c, 35d 에 나타낸 바와 같이, 포토레지스트막(213)을 형성하고, 이어서 도 35e, 35f 에 나타낸 바와 같이 가늘고 긴 Au 패드(61G)와 동일한 형상의 창(214a)을 갖는 포토마스크(214)를 위치를 맞추어 세팅하고, 도 35g, 35h 에 나타낸 바와 같이 광원(215)으로 노광시켜 포토레지스트막(213)을 부호(213a)로 나타낸 바와 같이 경화시킨다. 이어서, 도 36a, 36b 에 나타낸 바와 같이 포토레지스트 에칭을 행하고, 이어서 도 36c, 36d 에 나타낸 바와 같이 동박(211)을 에칭하며, 마지막으로 도 36e, 36f 에 나타낸 바와 같이 포토레지스트를 박리한다. 이에 의해, 가늘고 긴 Au 패드(61G)가 형성된다.
(제 6 실시예)
제 6 실시예는 상기 제 5 실시예와 마찬가지로 "헤드 IC 칩의 실장 어긋남이 원인이 되어 실장불량이 발생하는 경우가 있었다"는 과제를 해결한 것이다.
도 37b 는 본 발명의 제 6 실시예인 헤드 슬라이더 어셈블리(19H)를 나타낸다. 헤드 슬라이더 어셈블리(19H)는 헤드 IC 칩(11H)을 갖는다. 헤드 IC 칩(11H)은 Au 범프(51H)가 4변을 따라 나열되어 있는 구조이다. 도시의 편의를 위하여 헤드 IC 칩(11H)의 윤곽 및 본딩툴의 윤곽을 2점쇄선으로 나타낸다. 헤드 슬라이더 어셈블리(19H)는 상기한 바와 마찬가지로 도 37a 에 나타낸 바와 같이 헤드 IC 칩(11H)을 서스펜션(12H) 상에 위치결정하고, 본딩툴(112)에 의해 헤드 IC 칩(11H)에 하중 및 초음파 진동을 가함으로써, 도 37b 에 나타낸 바와 같이 Au 범프(51H)가 서스펜션(12H) 상의 Au 패드(61H)에 접합되고, 또한 헤드 IC 칩(11H)이 경화된 하부충전물(도시되지 않음)에 의해 서스펜션(12H) 상에 접착되어 제조된다.
헤드 IC 칩(11H)의 상기 Au 범프(51H)의 구조에 대응하여, 서스펜션(12H) 상의 Au 패드(61H)는 정방형의 각 변을 따라 나열되어 있다. Au 패드(61H)는 도 34 의 Au 패드(61G)와 동일하게 가늘고 긴 형상이다. Au 범프(51H)는 X1 방향과 Y1 방향의 사이 방향(V1-V2), 즉 X1-X2 축선을 반시계방향으로 45도 회전시킨 방향을, 긴 방향으로서 설치되어 있다. 서로 간섭이 없도록 하기 위함이다. 이에 관련하여, 본딩툴(112)은 상기 V1-V2 방향으로 초음파 진동하도록 정해진다.
본딩툴(112)의 선단면에는 약간의 방향성이 원인이 되어, 본딩툴(112)이 초음파 진동할 때에 도 37a 에 나타낸 최초의 상태로부터 헤드 IC 칩(11H)이 초음파 진동의 진동방향 중 1방향(예컨대 V1 방향)으로 약간씩 어긋나는 일이 생긴다. 그러나, 모든 Au 범프(51H)는 Au 패드(61H)로부터 벗어나기까지는 이르지 않고, Au 패드(61H) 상에 남아서, Au 범프(51H)는 Au 패드(61H)에 정상적으로 접합된다.
또한, 상기 본딩툴(112) 대신에, 도 20, 도 21, 도 22 에 나타낸 형상의 본딩툴(112C, 112D, 112E)을 사용하여도 좋다.
또, 본 발명은 상기 헤드 슬라이더 어셈블리에 한정되는 것은 아니며, 도 3 에 나타낸 프린트 회로기판 유닛(30)의 멀티칩 모듈 유닛(36)에 있어서, IC 칩(31)을 기판(40) 상에 실장하는 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 청구항 제 1 항의 발명은 범프를 갖는 반도체 칩과 패드를 갖는 기판 사이에 절연성 접착제가 개재된 상태에서 상기 반도체 칩을 가압하여 상기 범프와 상기 패드를 접합시키는 제 1 공정과, 상기 반도체 칩과 상기 기판 사이에서 눌려 퍼진 상기 절연성 접착제를 경화시키는 제 2 공정을 갖는 반도체 칩의 실장방법에 있어서, 상기 제 1 공정의 상기 반도체 칩을 가압하는 과정에서 상기 반도체 칩과 상기 기판 사이에서 눌려 퍼진 절연성 접착제의 주위부분을 경화시키는 주위부분 경화공정을 갖는 구성으로 된 것이기 때문에, 반도체 칩을 가압하는 과정에서 반도체 칩과 기판 사이에서 눌려 퍼진 절연성 접착제의 주위부분을 경화시킴으로써, 절연성 접착제가 반도체 칩으로부터 외측으로 많이 삐져 나오는 것이 방지되고, 따라서 하부충전물의 필렛을 양호한 형상으로 더 안정하게 형성할 수 있다.
청구항 제 2 항의 발명은 제 1 항의 반도체 칩의 실장방법에 있어서, 상기 제 1 공정에서는 가압과 동시에 초음파 진동을 가함으로써 상기 반도체 칩에 형성된 범프와 상기 기판에 형성된 패드를 접합시키도록 한 것이기 때문에, 절연성 접착제가 반도체 칩으로부터 외측으로 많이 삐져 나오지 않고, 따라서 초음파 진동을 전하는 본딩툴과 반도체 칩의 접점에 절연성 접착제가 들어오는 일이 생기지 않아서, 양호한 접점관계를 유지할 수 있고, 초음파 접합을 양호하게 행할 수 있다.
청구항 제 3 항의 발명은 제 1 항의 반도체 칩의 실장방법에 있어서, 상기 절연성 접착제의 주위부분은 빛 또는 열로 경화되도록 한 것이기 때문에, 반도체 칩과 기판 사이에서 눌려 퍼진 절연성 접착제의 주위부분을 빨리 안정하게 경화시킬 수 있다.
청구항 제 4 항의 발명은 범프를 갖는 반도체 칩과 패드를 갖는 기판 사이에 절연성 접착제를 개재시킨 상태에서 상기 반도체 칩을 가압하는 기구를 갖고, 상기 범프와 상기 패드를 접합시킴으로써, 상기 반도체 칩을 상기 기판상에 실장하는 반도체 칩의 실장장치에 있어서, 상기 반도체 칩을 가압하는 과정에서, 상기 절연성 접착제 중에서 상기 반도체 칩의 주위로부터 노출되는 주위부분을 경화시키는 주위부분 경화수단을 갖는 구성으로 한 것이기 때문에, 반도체 칩을 가압하는 과정에서, 반도체 칩과 기판 사이에서 눌려 퍼진 절연성 접착제의 주위부분을 경화시킴으로써, 절연성 접착제가 반도체 칩으로부터 외측으로 많이 삐져 나오는 것이 방지되고, 따라서 하부충전물의 필렛을 양호한 형상으로 더 안정하게 형성할 수 있다.
청구항 제 5 항의 발명은 제 4 항의 반도체 칩의 실장장치에 있어서, 상기 범프를 상기 패드에 초음파 접합시키기 위한 초음파 진동자를 갖는 구성으로 한 것이기 때문에, 절연성 접착제가 반도체 칩으로부터 외측으로 많이 삐져 나오지 않고, 따라서 초음파 진동을 전하는 본딩툴과 반도체 칩의 접점에 절연성 접착제가 들어오는 일이 생기지 않아서, 양호한 접점관계를 유지할 수 있고, 초음파 접합을 양호하게 행할 수 있다.
청구항 제 6 항의 발명은 제 4 항의 반도체 칩의 실장장치에 있어서, 상기 주위부분 경화수단은 빛 공급수단 또는 열 공급수단인 구성으로 한 것이기 때문에, 반도체 칩과 기판 사이에서 눌려 퍼진 절연성 접착제의 주위부분을 빨리 안정하게 경화시킬 수 있다.
본 발명은 범프를 갖는 반도체 칩과 패드를 갖는 기판 사이에 절연성 접착제가 개재된 상태에서 상기 반도체 칩을 가압하는 동시에, 상기 범프와 상기 패드 사이를 초음파 접합시키기 위한 본딩툴을 갖는 반도체 칩의 실장장치에 있어서, 상기 본딩툴은 기본 형상이 4각 기둥 형상이고, 이웃하는 모서리부를 통과하는 가상의 평면에 대하여 각 측면이 후퇴되어 있는 형상인 구성으로 한 것이기 때문에, 절연성 접착제가 반도체 칩의 상면측으로 돌아 들어온 경우에도, 돌아 들어온 절연성 접착제는 툴까지는 이르지 않고, 툴에는 부착되지 않도록 할 수 있다. 따라서, 성가신 툴의 클리닝을 필요 없게 할 수 있다. 또, 툴은 기본 형상이 4각 기둥 형상이므로, 반도체 칩은 모서리부의 근처도 눌려지고, 따라서 반도체 칩에는 크랙이 생기지 않는다.
본 발명은 범프를 갖는 반도체 칩과 패드를 갖는 기판 사이에 절연성 접착제를 개재시킨 상태에서, 상기 반도체 칩을 가압하는 동시에, 상기 범프와 상기 패드를 초음파 접합하는 본딩툴을 사용하여 상기 반도체 칩을 상기 기판상에 실장하는 반도체 칩의 실장방법에 있어서, 상기 반도체 칩과 상기 본딩툴의 사이에, 상기 본딩툴과 상기 반도체 칩이 접할 때에 생기는 마찰계수보다 큰 마찰계수를 상기 본딩툴과의 사이 및 상기 반도체 칩과의 사이에 각각 갖는 시트를 개재시켜서 초음파 접합을 행하도록 한 것이기 때문에, 툴과 시트 사이의 마찰계수 및 시트와 반도체 칩 사이의 마찰계수는 모두 툴과 반도체 칩 사이의 마찰계수보다 크게 되고, 따라서 툴로부터 반도체 칩으로의 에너지 전달을 효율 좋게 행할 수 있고, 반도체 칩의 범프의 기판의 패드로의 접합을 짧은 시간에 완료할 수 있다. 또한, 반도체 칩의 위치 어긋남도 생기지 않게 할 수 있다.
본 발명은 범프를 갖는 반도체 칩과 패드를 갖는 기판 사이에 절연성 접착제가 개재된 상태에서 상기 반도체 칩을 가압함과 동시에, 상기 범프와 상기 패드의 사이를 초음파 접합시키기 위한 본딩툴을 갖는 반도체 칩의 실장장치에 있어서, 상기 본딩툴과 상기 반도체 칩이 접할 때에 생기는 마찰계수보다 큰 마찰계수를 상기 본딩툴과의 사이 및 상기 반도체 칩과의 사이에 각각 갖는 시트를 이동시켜서 상기 본딩툴과 상기 반도체 칩 사이에 위치시키는 수단을 갖는 구성으로 한 것이기 때문에, 시트를 이동시켜 본딩툴과 반도체 칩 사이에 위치시킴으로써, 툴로부터 반도체 칩으로의 에너지의 전달이 효율 좋게 행해지고, 반도체 칩의 범프의 기판의 패드로의 접합이 짧은 시간에 완료될 수 있다. 또한, 반도체 칩의 위치 어긋남도 일어나지 않게 할 수 있다.
본 발명은 초음파 접합에 의해 반도체 칩이 실장되는 기판에 있어서, 상기 반도체 칩에 가해지는 초음파 진동의 진동 방향에 대응하는 형상의 패드를 갖는 구성으로 한 것이기 때문에, 툴에 의해 반도체 칩에 초음파가 가해질 때에, 툴이 갖는 방향성에 의해 반도체 칩의 어긋남이 생겨도, 범프가 패드로부터 벗어난 상태로는 되지 않아서, 접합불량으로는 되지 않게 할 수 있다.

Claims (10)

  1. 범프를 갖는 반도체 칩과 패드를 갖는 기판 사이에 절연성 접착제가 개재된 상태에서 상기 반도체 칩을 가압하여 상기 범프와 상기 패드를 접합시키는 제 1 공정과,
    상기 반도체 칩과 상기 기판 사이에서 눌려 퍼진 상기 절연성 접착제를 경화시키는 제 2 공정을 갖는 반도체 칩의 실장방법에 있어서,
    상기 제 1 공정의 상기 반도체 칩을 가압하는 과정에서, 상기 반도체 칩과 상기 기판 사이에서 눌려 퍼진 상기 절연성 접착제의 주위부분을 경화시키는 주위부분 경화공정을 갖는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 실장방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 공정에서는 가압과 동시에 초음파 진동을 가함으로써, 상기 반도체 칩에 형성된 범프와 상기 기판에 형성된 패드를 접합시키는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 실장방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 절연성 접착제의 주위부분은 빛 또는 열로 경화되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 실장방법.
  4. 범프를 갖는 반도체 칩과 패드를 갖는 기판 사이에 절연성 접착제를 개재시킨 상태에서 상기 반도체 칩을 가압하는 기구를 갖고,
    상기 범프와 상기 패드를 접합시킴으로써, 상기 반도체 칩을 상기 기판상에 실장하는 반도체 칩의 실장장치에 있어서,
    상기 반도체 칩을 가압하는 과정에서, 상기 절연성 접착제 중에서 상기 반도체 칩의 주위로부터 노출되는 주위부분을 경화시키는 주위부분 경화수단을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 실장장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 범프를 상기 패드에 초음파 접합시키기 위한 초음파 진동자를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 실장장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 주위부분 경화수단은 빛 공급수단 또는 열 공급수단인 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 실장장치.
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