KR100838190B1 - 다단 가압 콜릿 - Google Patents

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KR100838190B1
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야스시 사토
노보루 후지노
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

다이 본딩 장치의 반도체 다이를 가압하는 가압 콜릿에 있어서, 반도체 다이의 형상, 구조에 대응하여 반도체 다이와 회로 기판 사이의 보이드 발생을 효과적으로 방지한다.
각각이 반도체 다이(33)의 일부를 가압하는 복수의 가압 콜릿 요소(13, 15, 17)와 각 콜릿 요소 사이에 배열 설치되는 스프링(23, 25)이 가압 방향 쪽으로 직렬로 조합되어 있는 다단 가압 콜릿(11)으로서, 가압 상태에서, 각 스프링(23, 25)은 그 탄성 바이어스력에 의해 해당 스프링보다 반도체 다이(33) 측에 있는 가압 콜릿 요소(13, 15)를 반도체 다이(33)에 눌러 밀착하고, 초기 상태에서, 각 가압 콜릿 요소의 선단이 각 스프링(23, 25)의 수축값 만큼의 단차(h1, h2)를 갖도록 가압 콜릿 요소(13, 15, 17)와 각 단 스프링(23, 25)을 조합한다.
스프링, 콜릿, 반도체 다이, 다이 본딩 장치, 가압, 보이드, 회로 기판, 워크

Description

다단 가압 콜릿{MULTI­STAGE PRESSURIZING COLLET}
도 1은 본 발명의 실시 형태의 다단 가압 콜릿의 부분 단면과 각 가압 콜릿 요소의 평면을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태의 다단 가압 콜릿 가압 동작의 설명도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태의 다단 가압 콜릿 가압 동작에 있어서, 시간에 비례한 압하력을 가해 가는 경우의 각 가압 콜릿의 변위와 가압 압력과의 관계를 보인 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태의 콜릿의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태의 콜릿의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태의 콜릿 선단부의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태의 다단 가압 콜릿 가압 동작의 설명도이다.
도 8은 종래 기술의 콜릿의 동작을 보인 단면도이다.
<부호의 설명>
11 : 다단 가압 콜릿, 13 : 제1단 가압 콜릿 요소,
15 : 제2단 가압 콜릿 요소, 17 : 제3단 가압 콜릿 요소,
19 : 제4단 가압 콜릿 요소, 13b, 15b, 17b : 가압부,
13a, 15a, 17a, 19a : 가압면, 21 : 가이드,
23 : 제1단 스프링, 25 : 제2단 스프링,
27 : 제3단 스프링, 29 : 보이스 코일 모터,
31 : 회로 기판, 32 : 장착면,
33 : 반도체 다이, 35 : 흡착공,
37, 39, 41 : 중심축, 51 : 콜릿,
53 : 다이 접착 필름, 55 : 가압부,
57 : 가압면, 59 : 가열 수단,
A1, A2, A3 : 가압 면적, F : 압하력,
h1, h2 : 단차, k1, k2 : 스프링 상수,
P1, P2, P3 : 가압 압력, t : 시간,
y1, y2, y3 : 변위.
본 발명은 전자 부품 장착 장치에서 워크의 가압에 사용되는 가압 콜릿에 관한 것이다.
다이 본딩 장치 등에 의해 반도체 다이 등의 전자 부품을 회로 기판 상에 장착하는 경우에는, 콜릿에 의해 반도체 다이를 진공 흡착하여 부착 위치로 반송하 고, 반도체 다이를 소정의 장착 위치에 올려놓은 후, 반도체 다이와 회로 기판 사이에 도포된 접착제 또는 반도체 다이 뒷면에 점착된 열 압착 필름을 가열 수단에 의해 용융하면서 콜릿에 의해 반도체 다이를 가압하여 반도체 다이를 압착하는 방법이 이용되는 경우가 많다.
종래의 반도체 다이는 두께 400μm 이하 크기 5 내지 25mm2 정도로 형성되며, 뒷면에 접합재로서 에폭시 수지계나 폴리이미드 수지계의 열압착 필름(다이 접착 필름)을 점착한 것이 많으며, 콜릿은 반도체 다이와 대략 동일한 크기이면서 평평한 가압면을 가지며, 이 가압면에 흡인공을 형성한 것이 대표적인 것이다.
이러한 반도체 다이를 표면에 미소한 요철이 있는 회로 기판 표면에 압착하는 경우, 반도체 다이의 뒷면의 다이 접착 필름의 표면과 회로 기판의 장착면과의 사이에 미소한 갭이 생기고, 이 갭에 공기가 들어가게 된다. 그러나, 가압면이 평평한 콜릿으로 상기한 반도체 다이를 가압하여도 다이 접착 필름과 회로 기판과의 사이에 들어간 공기를 밀어낼 수 없어 보이드가 발생하고 접합 불량이 발생하게 된다.
이와 같이 공기가 사이에 들어감으로 인한 접합 불량을 방지하기 위하여, 도 8(a)에 도시한 바와 같이, 반도체 다이(33)의 가압을 반도체 다이(33)의 중심부에서 주연부로 서서히 확대시켜 행할 수 있도록 중앙부가 돌출 성형된 탄성체의 가압부(55)를 가압면(57)에 부착한 콜릿(51)이 제안된 바 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조). 이러한 콜릿(51)을 이용하여 반도체 다이(33)를 회로 기판(31)에 장착하는 경우, 흡착공(35)을 진공으로 만들어 반도체 다이(33)를 회로 기판(31) 상에 반송하여 올려놓고, 콜릿(51)에 의해 반도체 다이(33)를 가압해 가면, 먼저 반도체 다이(33)의 중앙부가 돌출 성형된 탄성체의 가압부(55)에 의해 가압된다. 그리고, 도 8(b)에 도시한 바와 같이, 콜릿(51)의 가압력을 더 높여 가면, 콜릿(51)의 가압부(55)의 가압면(57)이 탄성 변형하여 서서히 평평해지게 되어 반도체 다이(33)에 대한 콜릿(51)의 가압 범위가 외측으로 확대됨과 동시에, 다이 접착 필름(53)과 회로 기판(31) 사이에 들어간 공기는 주연부로 밀려나온다. 또한, 흡착공(35)을 콜릿(51)의 중앙부에 형성하지 않고, 가압부(55)의 주변에 진공 구멍을 형성하여 중앙부를 돌출시킨 탄성체의 가압부(55)의 형상을 따른 형태로 반도체 다이를 휘게 하여 흡착하고, 가압 시에는 중앙의 돌출부에서부터 회로 기판에 압착시켜 다이 접착 필름(53)과 회로 기판(31) 사이에 보이드가 생기는 것을 방지하는 방법도 제안된 바 있다(예를 들어 특허 문헌 2 참조).
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 2005-150311호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 2005-322815호 공보
한편, 최근 반도체 디바이스의 미세화, 고속화가 요구되어, Cu 배선의 요구와 함께 층간 절연막의 저유전율화가 요구되며, 유전율 3.5 정도의 FGS(Fluorinated Silica Glass)막이나 유전율 2.8 정도의 고평탄화 층간 절연막 재료 등의 저유전율 층간 절연막 재료(Low-K 재료)가 사용되게 되었다. 그러나, 이러한 저유전율 층간 절연막 재료(Low-K 재료)는 공공을 도입하여 유전율을 낮추고 있으므로 기계 강도(경도, 탄성율 등)가 낮아, 반도체 다이(33)는 커다란 압력에 견딜 수 없다. 이러한 저유전율 층간 절연막 재료(Low-K 재료)를 사용하고 있는 반도체 다이(33)를 상기한 특허 문헌 1, 2와 같이 중앙이 돌출되어 있는 형상의 콜릿에 의해 가압하면 반도체 다이(33)의 중앙부에는 커다란 압력이 가해지고, 이 압력으로 인해 반도체 다이(33)가 파손되게 되는 경우가 있다. 이 반도체 다이의 파손을 방지하기 위하여 가압 압력을 낮추면, 이번에는 주연부의 가압 압력이 저하하여 주연부의 다이 접착 필름(53)과 회로 기판(31) 사이의 공기를 밀어낼 수 없어 보이드 발생으로 인한 접합 불량이 발생하게 된다는 문제가 있었다. 또한 반도체 다이(33)의 구조 강도에 맞추어 반도체 다이(33)의 가압 위치, 가압 압력 등을 변경할 수 없기 때문에 효과적으로 보이드를 제거할 수 없다는 문제가 있었다.
따라서 본 발명은, 반도체 다이의 형상, 구조에 대응하여 반도체 다이와 회로 기판 사이의 보이드 발생을 효과적으로 방지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 다단 가압 콜릿은, 각각이 워크의 일부를 가압하는 복수의 가압 콜릿 요소와 각 콜릿 요소 사이에 배열 설치되는 스프링이 가압 방향 쪽으로 직렬로 조합되어 있는 다단 가압 콜릿으로서, 가압 상태에서, 각 스프링은 그 탄성 바이어스력에 의해 해당 스프링보다 워크측에 있는 가압 콜릿 요소를 워크에 눌러 밀착하고, 초기 상태에서, 각 가압 콜릿 요소는 해당 가압 콜릿 요소의 워크측 선단 위치와 서로 이웃하는 가압 콜릿 요소의 워크측 선단 위치가 각 스프링의 수축값만큼의 단차를 갖도록 조합되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 다단 가압 콜릿에 있어서, 복수의 가압 콜릿 요소는, 중앙에 배열 설치된 주상(柱狀) 콜릿 요소와, 상기 주상 콜릿 요소의 외주에 네스팅 형태로 서로 중첩되어 있는 복수의 환상 콜릿 요소를 포함하여도 바람직하다. 또한 복수의 가압 콜릿 요소는, 일단에 배열 설치된 주상 콜릿 요소와, 가압 방향과 직각 방향으로 타단 쪽으로 상기 주상 콜릿 요소에 서로 중첩되어 있는 복수의 앵글형 콜릿 요소를 포함하여도 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 도 1 내지 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 1은 다단 가압 콜릿의 부분 단면과 각 가압 콜릿 요소의 평면을 도시한 도면이고, 도 2는 다단 가압 콜릿의 가압 동작의 설명도이고, 도 3은 시간에 비례한 압하력을 가해 가는 경우의 각 가압 콜릿의 변위와 가압 압력의 관계를 보인 그래프이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 다단 가압 콜릿(11)은, 중앙에 배치된 사각 기둥의 제1단 가압 콜릿 요소(13)에 사각 환상이며 바닥부가 있는 제2단 가압 콜릿 요소(15)와 제3단 가압 콜릿 요소(17)가 네스팅 형태가 되도록 세로로 서로 중첩되고, 제1단 가압 콜릿 요소(13)와 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 바닥부와의 사이에는 제1단 스프링(23)이 상하 방향의 중심축(37)을 따라 종방향으로 협지되어 있고, 마찬가지로 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 바닥부와 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 바닥부와의 사이에는 제2단 스프링(25)이 상하 방향의 중심축(37)을 따라 종방향으로 협지되어 있다. 각각의 가압 콜릿 요소와 스프링은 제1단 가압 콜릿 요소(13), 제1단 스프링(23), 제2단 가압 콜릿 요소(15), 제2단 스프링(25), 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 순으로 상하 방향의 중심축(37)을 따라 직렬로 조합되고, 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 상측에는 상하 방향 구동용 보이스 코일 모터(29)가 부착되어 있다. 이 상하 방향 구동 모터는 보이스 코일 모터에 한정되지 않으며, 리니어 모터일 수도 있으며, 회전 모터와 링크, 캠 등을 조합하여 다단 가압 콜릿(11)을 상하 방향으로 구동하는 것이면 된다. 각 단의 가압 콜릿 요소(13, 15, 17)는 스틸 등의 금속제로서 반복적인 가압 동작을 견딜 수 있는 것이며, 각 가압 콜릿 요소의 횡방향의 갭은 각 가압 콜릿 요소가 서로 종방향으로 슬라이드할 수 있을 정도의 미소 클리어런스로 되어 있다.
제1단의 가압 콜릿 요소(13)에는 반도체 다이(33)를 진공 흡착하기 위한 흡착공(35)이 뚫려 있으며, 도시하지 않은 진공 장치에 접속되어 있다. 또한 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 외형 치수는 대략 반도체 다이(33)와 동일한 치수로 되어 있다.
보이스 코일 모터(29)를 아래로 이동시켜 다단 가압 콜릿(11)을 눌러 밀착하여 반도체 다이(33)를 가압하면, 제1단 스프링(23)과 제2단 스프링(25)은 각 가압 콜릿 요소(13, 15, 17)에 의해 압축되어 각각 h1 및 h2만큼 길이가 줄어들고, 그 탄성 바이어스력에 의해 각 가압 콜릿 요소(13, 15, 17)를 반도체 다이(33)에 눌러 밀착시킨다. 그리고, 다단 가압 콜릿(11)이 초기 상태에 있을 때에는 제1단 가압 콜릿 요소(13)와 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 워크측 선단 위치에 있는 가압면(13a, 15a)에는 가압 시의 제1단 스프링(23)의 수축값(h1)만큼의 단차가 생기고, 제2단 가압 콜릿 요소(15)와 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 워크측 선단 위치에 있는 가압면(15a, 17a)에는 가압 시의 제2단 스프링(25)의 수축값(h2)만큼의 단차가 생겨 전체가 조합되어 있다. 또한 제1단 스프링(23)은 제2단 스프링(25)보다 단단하고 스프링 상수가 큰 스프링으로 되어 있다.
도 2를 참조하면서 다단 가압 콜릿(11)에 의해 반도체 다이(33)의 장착을 행하는 공정과, 다단 가압 콜릿(11)의 각 가압 콜릿 요소와 각 단의 스프링의 움직임의 개략에 대하여 설명한다.
도 2(a)에 도시한 바와 같이, 다단 가압 콜릿(11)은 흡착공(35)을 진공으로 만들어 반도체 다이(33)를 흡착하고, 다이 본딩 장치의 구동 장치에 의해 반도체 다이(33)의 회로 기판(31)에의 장착 위치로 이동해 온다. 반도체 다이(33)가 장착 위치에 오면 다이 본딩 장치의 구동 장치에 의해 다단 가압 콜릿은 반도체 다이(33)가 회로 기판(31)의 장착면(32) 바로 위로 올 때까지 아래로 이동한다. 그리고 보이스 코일 모터(29)를 구동하여, 반도체 다이(33)를 회로 기판(31)의 장착면(32) 쪽으로 아래로 이동시키기 시작한다.
도 2(b)에 도시한 바와 같이, 반도체 다이(33)의 뒷면의 다이 접착 필름(53)이 회로 기판(31)의 장착면(32)에 접한 상태에서는 각 단의 스프링(23, 25)은 아직 압축되지 않았으므로, 제1단 가압 콜릿 요소(13)의 가압면(13a)과 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 가압면(15a)은 단차(h1)가 발생해 있고, 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 가압면(15a)과 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 가압면(17a)은 단차(h2)가 발생해 있다. 이 상태에서 보이스 코일 모터(29)를 구동하여 제3단 가압 콜릿 요소(17)를 아래로 이동시켜 가면, 그 하방 이동에 의해 제2단 스프링(25)이 압축되고, 제2단 스프링의 탄성 바이어스력에 의해 제2단 가압 콜릿 요소(15)가 하방으로 압력을 받아 아래로 이동하고, 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 하방 이동에 의해 제1단 스프링(23)이 압축되고, 제1단 스프링의 탄성 바이어스력에 의해 제1단 가압 콜릿 요소(13)의 가압면(13a)이 반도체 다이(33)를 가압한다. 도 2(b)의 평면도 상의 빗금 부분은 반도체 다이(33)가 가압되어 있는 영역을 나타낸다. 이와 같이 각 단의 가압 콜릿 요소와 각 단의 스프링이 직렬로 조합되어 있으므로, 최상부의 제3단 가압 콜릿 요소(17)를 아래로 이동시킴으로써 최하단의 제1단 가압 콜릿 요소(13)에 의해 반도체 다이(33)를 가압할 수 있다. 그리고, 보이스 코일 모터(29)를 아래로 이동시켜 가면 각 단의 스프링(23, 25)이 수축되고, 제1단 탄성 가압 콜릿 요소(13)에 의한 반도체 다이(33)의 가압력도 세지게 된다.
도 2(c)에 도시한 바와 같이, 보이스 코일 모터(29)의 하방 이동에 의해 제1단 스프링(23)의 수축이 h1에 달하면, 초기 상태에서 제1단 가압 콜릿 요소(13)의 가압면(13a)과 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 가압면(15a)과의 사이에 생긴 단차(h1)가 없어져 제2단 가압 콜릿 요소(15)가 반도체 다이(33)에 맞닿는다. 이 때, 제3단 가압 콜릿 요소(17)도 처음 위치로부터 제1단 스프링의 수축(h1)에 더하여 제2단 스프링의 수축값만큼 아래로 이동해 오는데, 제2단 스프링(25)은 제1단 스프링(23)보다 스프링 강성이 크고 제1단 스프링(23)보다 수축이 적으므로, 제3단 가압 콜릿 요소(17)는 아직 반도체 다이(33)에 맞닿아 있지 않다. 이 상태에서는 도 2(c)의 평면도의 빗금으로 나타낸 바와 같이, 제1단 가압 콜릿 요소(13)와 제2단 가압 콜릿 요소(15)가 맞닿는 반도체 다이(33)의 영역이 가압된다. 그리고, 제2단 가압 콜릿 요소가 반도체 다이(33)에 맞닿음으로써 제1단 스프링(23)은 더 이상 수축되지 않게 되므로 제1단 가압 콜릿 요소(13)의 가압면(13a)에 의해 가압되어 있는 부분의 가압 압력은 보이스 코일 모터(29)의 하방 이동에 의해 변화하지 않게 된다. 한편, 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 가압면(15a)에 의해 가압되어 있는 영역은 보이스 코일 모터(29)의 하방 이동에 의해 가압 압력이 증가해 간다. 또한 제2단 스프링(25)은 보이스 코일 모터(29)에 의한 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 하방 이동에 의해 서서히 수축되고, 점차 그 가압면(17a)이 반도체 다이(33)에 근접해 온다.
도 2(d)에 도시한 바와 같이, 보이스 코일 모터(29)의 하방 이동에 의해 제2단 스프링(25)의 수축이 h2에 달하면, 초기 상태에서 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 가압면(15a)과 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 가압면(17a)과의 사이에 생긴 단차(h2)가 없어져 제3단 가압 콜릿 요소(17)가 반도체 다이(33)에 맞닿는다. 이에 따라, 도 2(d)의 평면도의 빗금으로 나타낸 바와 같이, 제1단 가압 콜릿 요소(13)와 제2단 가압 콜릿 요소(15)에 더하여 제3단 가압 콜릿 요소(17)가 맞닿는 반도체 다이(33)의 영역이 가압된다. 그리고, 제3단 가압 콜릿 요소가 반도체 다이(33)에 맞닿음으로써 제1단 스프링(23)과 마찬가지로 제2단 스프링(25)도 더 이상 수축하지 않게 되므로 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 가압면(15a)에 의해 가압되어 있는 부 분의 가압 압력도 보이스 코일 모터(29)의 하방 이동에 의해 변화되지 않게 된다. 한편, 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 가압면(17a)에 의해 가압되어 있는 영역은 보이스 코일 모터(29)의 하방 이동에 의해 가압 압력이 증가해 간다. 그리고 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 가압면(17a)의 가압 압력이 소정의 압력에 달하면, 보이스 코일 모터(29)의 하방 이동을 정지한다. 그 후, 다이 본딩 장치의 구동 기구에 의해 다단 가압 콜릿(11)은 반도체 다이(33)의 면을 이탈하게된다.
이와 같이 다단 가압 콜릿(11)은 처음에 반도체 다이(33)의 중앙 부분을 가압하고, 그 후 차례대로 가압 영역을 주연부로 확대시켜 가므로, 반도체 다이(33)의 뒷면의 다이 접착 필름(53)과 회로 기판(31)과의 사이에 들어간 공기를 중앙으로부터 차례대로 주연부로 밀어내어 다이 접착 필름(53)과 회로 기판(31)과의 사이에 공기가 갇힘에 따른 보이드의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다는 효과를 이룬다. 또한 이에 따라, 부분적으로 커다란 압력을 가하지 않고 보이드의 발생을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 반도체 다이(33)를 잘 손상시키지 않게 된다는 효과를 이룬다.
도 1, 2에 도시한 다단 가압 콜릿(11)의 각 단의 콜릿 요소가 반도체 다이(33)를 가압하는 압력은 조합할 스프링의 강성이나 각 단의 콜릿 요소의 형상을 변경함으로써 변경할 수 있다. 이에 따라, 반도체 다이(33)의 기계 강도에 맞추어 가압 압력을 변경할 수 있다는 효과를 이룬다.
이하, 도 3을 참조하면서 일례로서 보이스 코일 모터(29)에 의해 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 압하력(F)을 시간(t)에 비례하여 증가시켜 가압한 경우의 각 부의 동작을 구체적으로 설명한다. 도 3(a)는 시간에 대한 제3단 콜릿 요소(17)의 압하력(F)과 각 단의 가압 콜릿 요소에 의해 발생하는 가압 압력(P1, P2, P3)의 변화를 나타내고, 도 3(b)는 상기한 압하력(F)이 가해졌을 때의 각 단의 가압 콜릿 요소의 가압면(13a, 15a, 17a)의 각 초기 위치로부터의 변위(y1, y2, y3)를 나타낸다. 또한 이하의 설명에서는, 각 단의 가압 콜릿 요소의 가압면의 면적을 A1, A2, A3라 하고, 각 단의 스프링의 스프링 상수를 k1, k2라 하여 설명한다.
도 3(a)에 도시한 바와 같이, 제3단 가압 콜릿 요소(17)는 보이스 코일 모터(29)에 의해 시간에 비례한 압하력(F=α×t(α는 상수))에 의해 압하된다. 도 3(a)의 1점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 압하력(F)은 시간 t=0일 때 0이다. 그리고 모든 단의 가압 콜릿 요소(13, 15, 17)가 소정의 가압 압력(P1, P2, P3)으로 반도체 다이(33)를 가압한 상태일 때 F=P1×A1+P2×A2+P3×A3가 되고, 그 동안에는 시간(t)에 비례하여 직선형으로 압하력(F)은 증가해 간다. 제1단 가압 콜릿 요소(13)가 반도체 다이(33) 상에 맞닿은 상태에서 보이스 코일 모터(29)에 의한 상기한 압하가 시작되면, 도 3(b)에 도시한 바와 같이 각 단의 가압면(13a, 15a, 17a)의 위치가 변화하게 된다. 제1단 가압 콜릿 요소(13)의 가압면(13a)은 이미 반도체 다이(33) 상에 맞닿아 있으므로 그 변위는 0으로 일정하다. 한편 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 가압면(15a)과 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 가압면(17a)은 압하력(F)에 의한 스프링(23, 25)의 수축에 의해 하향으로 변위하게 된다. 제2단 가 압 콜릿 요소가 반도체 다이(33) 상에 맞닿을 때까지의 동안에는 제1단 스프링(23), 제2단 스프링(25) 모두 압하력(F)에 의해 수축이 발생한다. 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 가압면(15a)의 변위(y2)는 제1단 스프링(23)의 스프링 강성, 1/k1에 비례한 경사를 갖는 직선,
Figure 112007035092471-pat00001
에 의해 시간에 비례하여 증가해 간다.
또한 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 가압면(17a)의 변위(y3)는 제1단 스프링(23)과 제2단 스프링의 직렬 스프링의 스프링 강성, (k1+k2)/(k1×k1)에 비례한 경사를 갖는 직선,
Figure 112007035092471-pat00002
에 의해 시간(t)에 비례하여 증가해 간다.
도 3(b)에 도시한 바와 같이, 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 가압면(17a)의 변위(y3)는 제1단 스프링(23)의 수축에 의한 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 가압면(15a)의 변위(y2)와 점선으로 나타낸 제2단 스프링(25)의 수축량의 합계량이 된다. 그리고, 압하력(F)이 커져 제1단 스프링(23)이 단차(h1)만큼 수축되어 제2단 가압 콜릿 요소(15)가 반도체 다이(33)에 맞닿으면, 상기 변위(y2)는 h1으로 일정해져 더 이상 변화하지 않게 된다. 이 때, 제2단 스프링(25)은 아직 h2만큼 수축되어 있지 않아, 제3단 가압 콜릿 요소(17)는 아직 반도체 다이(33)에 맞닿아 있지 않다.
제2단 가압 콜릿 요소(15)가 맞닿으면, 제1단 스프링(23)은 더 이상 수축되지 않게 되므로, 도 3(a)에 도시한 바와 같이 제1단 가압 콜릿 요소(13)의 가압면(13a)의 가압 압력은 P1=k1×h1/A1으로 일정해진다. 그리고, 압하력(F)의 증가에 의해 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 가압면(15a)의 가압 압력이 점차 증가해 간다. 한편, 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 제2단 가압 콜릿 요소(15)가 반도체 다이(33)에 맞닿으면, 압하력(F)에 의한 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 가압면(17a)의 변위(y3)는 제2단 스프링(25)의 스프링 강성(1/k2)에 비례한 경사를 갖는 직선,
Figure 112007035092471-pat00003
에 의해 시간(t)에 비례하여 증가해 간다. 이는, 제1단 스프링(23)이 수축하지 않게 되므로, 제2단 스프링(25)은 그 스프링 강성(1/k2)에만 비례하여 수축되어 가기 때문이다. 그리고, 제2단 스프링(25)이 단차(h2)만큼 수축되어 제3단 가압 콜릿 요소(17)가 반도체 다이(33)에 맞닿으면, 상기 변위(y3)는 (h1+h2) 로 일정해져 더 이상 변화하지 않게 된다.
제3단 가압 콜릿 요소(17)가 맞닿으면, 제2단 스프링(25)도 제1단 스프링(23)과 마찬가지로 더 이상 수축하지 않게 되므로, 도 3(a)에 도시한 바와 같이 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 가압면(15a)의 가압 압력은 P2=(k2×h2-k1×h1)/A2로 일정해진다. 그리고, 압하력(F)의 증가에 의해 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 가압 면(17a)의 가압 압력이 점차 증가해 간다. 그리고, 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 가압면(17a)의 가압 압력이 소정의 압력(P3=〔F-(k2×h2+k1×h1)〕/A3)이 되면 보이스 코일 모터(29)에 의한 압하력(F)은 일정해지고, 소정의 압착 시간만큼 유지된다.
이상, 보이스 코일 모터(29)에 의한 압하력(F)이 시간(t)에 비례하여 F=α×t가 되도록 제어된 경우의 각 부의 변위, 압력의 움직임을 설명하였는데, 상기한 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 각 단의 가압 콜릿 요소(13, 15, 17)의 가압 압력은 그 가압 면적(A1, A2, A3), 각 단 스프링의 스프링 상수(k1, k2)의 조합을 변경함으로써 반도체 다이(33)의 구조, 형상에 맞춘 것으로 할 수 있다. 예를 들어, P1>P2>P3와 같이 중앙부를 높게 하는 것도 가능하고, P1=P2=P3와 같이 균일 압력으로 하는 것도 가능하다. 가압 압력이 균일하여도 중앙에서 주연부 쪽으로 차례대로 반도체 다이(33)를 가압해 가므로, 부분적으로 커다란 압력을 가하지 않아도 보이드의 발생을 효과적으로 방지할 수 있어 반도체 다이(33)를 잘 손상시키지 않게 된다는 효과를 이룬다. 단, 제2단 스프링(25)을 제1단 스프링(23)에 비교하여 너무 약하게 하거나(k2를 너무 작게 하거나) 제2단의 단차(h2)를 지나치게 작게 하면, 제2단 가압 콜릿 요소(15)가 반도체 다이(33)에 맞닿기 전에 제3단 가압 콜릿 요소가 반도체 다이(33)에 맞닿게 되어 제2단 가압 콜릿 요소(15)에 의해 반도체 다이(33)를 가압할 수 없는 경우가 생기므로, 제2단 스프링(25)의 스프링 상수(k2)는 제1단 스프링의 스프링 상수(k1)보다 크게 설정하는 것이 바람직하다.
또한 보이스 코일 모터(29)는 압하력(F)이 시간에 비례하여 증가하는 것으로 설명하였으나, 시간에 대하여 그 변위를 변경시켜 가는 제어에 의해서도 좋다. 이 경우에는, 처음에는 제1단 스프링(23)과 제2단 스프링(25)의 직렬 스프링으로 동작하므로 가압 압력의 상승은 천천히 이루어지고, 제2단 가압 콜릿이 맞닿아 제2단 스프링(25)만이 수축될 때에는 가압 압력의 상승은 빨라진다. 이 가압 압력의 변화 비율에 대해서는 가압할 반도체 다이(33)의 구조, 형상에 따라 다양하게 선택하는 것이 가능하다.
이상과 같이 본 실시 형태의 다단 가압 콜릿(11)은, 각 단의 가압 면적(A1, A2, A3), 각 단 스프링의 스프링 상수(k1, k2), 단차(h1, h2)의 설정을 변경함으로써 가압할 반도체 다이(33)의 형상, 구조에 대응한 가압 압력으로 할 수 있어 반도체 다이(33)와 회로 기판(31) 사이의 보이드 발생을 효과적으로 방지할 수 있다는 효과를 이룬다. 또한, 이에 따라 반도체 다이(33)의 기계 강도에 맞추어 가압 압력을 변경할 수 있어 반도체 다이(33)를 잘 손상시키지 않게 된다는 효과를 이룬다.
도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 4는 원주형의 제1단 가압 콜릿 요소(13)의 둘레에 원통형의 제2단 및 제3단의 가압 콜릿 요소(15, 17)를 조합한 것이다. 본 실시 형태에서는 상기한 실시 형태의 효과에 더하여, 각 가압 콜릿 요소의 슬라이드면이 원통면이 되므로 가공이 용이하고 보다 갭이 적은 다단 가압 콜릿(11)으로 할 수 있다는 효과가 있다. 또한 도 5에 도시한 바와 같이, 각 가압 콜릿 요소의 코너부에 라운딩부를 형성할 수도 있다. 이 경우의 효과는 상기와 동일하다.
또한 도 6에 도시한 바와 같이, 각 가압 콜릿 요소(13, 15, 17)의 가압부(13b, 15b, 17b)를 탄성체에 의해 형성하고, 중앙부에서 가압면(13a, 15a, 17a)을 돌출시키는 형상으로 함으로써 각 가압면(13a, 15a, 17a)에 의해 반도체 다이(33)와 회로 기판(31) 사이의 보이드를 반도체 다이(33)의 외측으로 더 밀어낼 수 있다는 효과를 이룬다.
도 7에 다른 실시 형태의 다단 가압 콜릿(11)과 그 동작을 나타내었다. 앞에서 개시한 실시 형태와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 사용하고 설명은 생략한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 다단 가압 콜릿(11)은, 일단에 배치된 장방형 기둥의 제1단 가압 콜릿 요소(13)에 가압면이 제1단 가압 콜릿 요소(13)와 동일한 장방형 형상으로서 앵글형인 제2단, 제3단, 제4단의 가압 콜릿 요소(15, 17, 19)의 상하 방향의 슬라이드면이 가압 방향과 직각 방향(횡방향)으로 서로 중첩되고, 제1단 가압 콜릿 요소(13)와 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 앵글부와의 사이에는 제1단 스프링(23)이 가압 방향을 따라 종방향으로 협지되어 있고, 마찬가지로 제2단 가압 콜릿 요소(15)의 앵글부와 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 앵글부와의 사이에는 제2단 스프링(25)이 가압 방향을 따라 종방향으로 협지되어 있으며, 마찬가지로 제3단 가압 콜릿 요소(17)의 앵글부와 제4단 가압 콜릿 요소(19)의 앵글부와의 사이에는 제3단 스프링(27)이 가압 방향을 따라 종방향으로 협지되어 있다. 각각의 가압 콜릿 요소와 스프링은 제1단 가압 콜릿 요소(13), 제1단 스프링(23), 제2단 가압 콜릿 요소(15), 제2단 스프링(25), 제3단 가압 콜릿 요소(17), 제3단 스프 링(27), 제4단 가압 콜릿 요소(19)의 순으로 가압 방향을 따라 직렬로 조합되고, 제4단 가압 콜릿 요소(19)의 외측에는 각 단의 가압 콜릿 요소(13, 15, 17, 19)가 상하의 가압 방향을 따라 일체가 되어 슬라이드할 수 있도록 각 가압 콜릿 요소를 유지하는 가이드(21)가 부착되어 있다. 그리고 가이드(21)의 상부에는 상하 방향 구동용 보이스 코일 모터(29)가 부착되어 있다. 각 단의 가압 콜릿 요소(13, 15, 17, 19)는 스틸 등의 금속제로서 반복적인 가압 동작에 견딜 수 있는 것이며, 각 가압 콜릿 요소의 횡방향의 갭은 각 가압 콜릿 요소가 서로 종방향으로 슬라이드할 수 있을 정도의 미소 클리어런스로 되어 있다. 각 단의 가압 콜릿 요소(13, 15, 17, 19)의 폭은 대략 반도체 다이(33)의 폭과 동일한 치수로 되어 있으며, 모든 가압 콜릿 요소의 가압면의 집합은 반도체 다이(33)의 외형 형상 치수와 대략 동일하게 되어 있다. 또한 제1단 가압 콜릿 요소(13)와 제2단 가압 콜릿 요소(15)와의 사이에는 제1단 스프링의 수축값에 해당하는 단차(h1)가 형성되고, 제2단 가압 콜릿 요소(15)와 제3단 가압 콜릿 요소(17)와의 사이에는 제2단 스프링의 수축값에 해당하는 단차(h2)가 형성되고, 제3단 가압 콜릿 요소(17)와 제4단 가압 콜릿 요소(19)와의 사이에는 제3단 스프링의 수축값에 해당하는 단차(h3)가 형성되어 있다.
도 7(a) 내지 도 7(d)의 각 평면도의 빗금으로 나타낸 바와 같이, 보이스 코일 모터(29)를 아래로 이동시켜 다단 가압 콜릿(11)을 압하하여 반도체 다이(33)를 가압하면 각 단의 스프링(23, 25, 27)이 압축되고, 제1단 가압 콜릿 요소(13)에서 제4단 가압 콜릿 요소(19)까지 차례대로 반도체 다이(33)에 맞닿아 반도체 다 이(33)를 그 일단에서 타단 쪽으로 가압해 간다. 이와 같이 구성함으로써, 반도체 다이(33)의 뒷면의 다이 접착 필름(53)과 회로 기판(31)과의 사이에 들어간 공기를 일 방향으로 밀어내어 제거해 갈 수 있고, 다이 접착 필름(53)과 회로 기판(31)과의 사이에 공기가 갇힘에 따른 보이드의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다는 효과를 이룬다. 또한 각 단의 가압 면적, 각 단 스프링의 스프링 상수, 단차의 설정을 변경함으로써 가압할 반도체 다이(33)의 형상, 구조에 대응한 가압을 할 수 있고, 반도체 다이(33)와 회로 기판(31)과의 사이의 보이드 발생을 효과적으로 방지할 수 있다는 효과를 이룬다.
이상의 본 발명의 실시 형태의 설명에서는 반도체 다이(33)의 뒷면(접합면) 측에 다이 접착 필름(53)이 부착되어 있는 경우에 대하여 설명하였으나, 다이 접착 필름(53)이 아니라 디스펜서에 의해 도포된 접착제에 의해 반도체 다이(33)를 접착하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
본 발명은 반도체 다이의 형상, 구조에 대응하여 반도체 다이와 회로 기판 사이의 보이드 발생을 효과적으로 방지할 수 있다는 효과를 이룬다.

Claims (5)

  1. 각각이 워크의 일부를 가압하는 복수의 가압 콜릿 요소와 각 콜릿 요소 사이에 배열 설치되는 스프링이 가압 방향 쪽으로 직렬로 조합되어 있는 다단 가압 콜릿으로서,
    가압 상태에서, 각 스프링은 그 탄성 바이어스력에 의해 해당 스프링보다 워크측에 있는 가압 콜릿 요소를 워크에 눌러 밀착시키고,
    초기 상태에서, 각 가압 콜릿 요소는 해당 가압 콜릿 요소의 워크측 선단 위치와 서로 이웃하는 가압 콜릿 요소의 워크측 선단 위치가 각 스프링의 수축값만큼의 단차를 갖도록 조합되어 있는 것을 특징으로 하는 다단 가압 콜릿.
  2. 제 1 항에 있어서, 복수의 가압 콜릿 요소는,
    중앙에 배열 설치된 주상 콜릿 요소와,
    상기 주상 콜릿 요소의 외주에 네스팅 형태로 서로 중첩되어 있는 복수의 환상 콜릿 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 가압 콜릿.
  3. 제 1 항에 있어서, 복수의 가압 콜릿 요소는,
    일단에 배열 설치된 주상 콜릿 요소와,
    가압 방향과 직각 방향으로 타단 쪽으로 상기 주상 콜릿 요소에 서로 중첩되어 있는 복수의 앵글형 콜릿 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 가압 콜릿.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 스프링을 변경함으로써 각 가압 콜릿 요소가 워크를 눌러 밀착하는 가압 압력을 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 다단 가압 콜릿.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 각 가압 콜릿 요소가 워크를 눌러 밀착하는 가압 압력은 균일한 것을 특징으로 하는 다단 가압 콜릿.
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