KR100936781B1 - Flip chip bonding apparatus and bonding method using the same - Google Patents

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Abstract

플립칩 본딩장치 및 본딩방법을 제공한다. 이 플립칩 본딩장치는 캐리어 기판이 안착되고 내부에 캐리어 기판을 가열하는 가열유닛이 장착된 본딩 스테이지와, 본딩 스테이지의 외부 일측에 구비되며 캐리어 기판에 소정파장의 초음파를 인가해주는 제1초음파 진동모듈과, 캐리어 기판에 본딩되는 플립칩이 흡착되며 내부에 플립칩이 흡착되도록 진공통로가 형성된 본딩헤드와, 본딩헤드의 외부 일측에 구비되며 플립칩에 소정파장의 초음파를 인가해주는 제2초음파 진동모듈과, 본딩헤드에 장착되며 본딩헤드가 플립칩을 흡착할 수 있도록 진공압을 공급해주고 공정진행에 따라 본딩헤드를 본딩 스테이지의 상측방향으로 이동시키거나 본딩헤드를 본딩 스테이지의 상측에서 상하유동시켜주는 진공가압모듈 및, 본딩헤드의 일측에 장착되며 진공통로에 개재되는 광섬유를 통하여 플립칩에 레이저 광을 인가해주는 레이저 공급모듈을 포함한 것을 특징으로 한다. Provided are a flip chip bonding apparatus and a bonding method. The flip chip bonding apparatus includes a bonding stage on which a carrier substrate is mounted and a heating unit for heating a carrier substrate, and a first ultrasonic vibration module provided on one side of the bonding stage to apply ultrasonic waves having a predetermined wavelength to the carrier substrate. And a bonding head having a vacuum passage formed therein so that the flip chip bonded to the carrier substrate is adsorbed and the flip chip is adsorbed therein, and a second ultrasonic vibration module provided at one outside of the bonding head to apply ultrasonic waves having a predetermined wavelength to the flip chip. It is mounted on the bonding head and supplies a vacuum pressure so that the bonding head can absorb the flip chip, and moves the bonding head upwards of the bonding stage as the process progresses, or moves the bonding head upward and downward from the bonding stage. Vacuum pressure module, and mounted on one side of the bonding head, the fiber to flip chip through the optical fiber interposed in the vacuum passage It characterized in that it comprises a laser supply module for applying the low light.

플립칩, 본딩Flip chip, bonding

Description

플립칩 본딩장치 및 이를 이용한 플립칩 본딩방법{Flip chip bonding apparatus and bonding method using the same}Flip chip bonding apparatus and flip chip bonding method using the same {Flip chip bonding apparatus and bonding method using the same}

도 1은 본 발명에 따른 플립칩 본딩장치의 일실시예를 도시한 개념도.1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a flip chip bonding apparatus according to the present invention.

도 2는 도 1에 도시한 플립칩 본딩장치의 헤드본더를 일부절개한 단면도.FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the head bonder of the flip chip bonding apparatus shown in FIG. 1; FIG.

도 3은 도 1에 도시한 제1ㆍ제2초음파 진동모듈에서 발생되는 초음파의 파장형태를 도시한 개념도.FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating wavelength patterns of ultrasonic waves generated by the first and second ultrasonic vibration modules illustrated in FIG. 1.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 플립칩 본딩방법의 일실시예를 도시한 개념도.4A to 4D are conceptual views illustrating one embodiment of a flip chip bonding method according to the present invention.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 플립칩 본딩방법의 다른실시예를 도시한 개념도. 5A to 5C are conceptual views illustrating another embodiment of the flip chip bonding method according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

80 : 플립칩 90 : 캐리어 기판80: flip chip 90: carrier substrate

85,95 : 솔더범프 100 : 플립칩 본딩장치85,95: solder bump 100: flip chip bonding device

120 : 본딩 스테이지 122 : 가열유닛120: bonding stage 122: heating unit

124 : 제1초음파 진동모듈 140 : 본딩헤드124: first ultrasonic vibration module 140: bonding head

142 : 광학계 144 : 제2초음파 진동모듈142: optical system 144: second ultrasonic vibration module

146 : 진공통로 148 : 광섬유146: vacuum passage 148: optical fiber

본 발명은 플립칩 본딩장치 및 이를 이용한 플립칩 본딩방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저를 이용한 가열과, 가압장치를 이용한 가압 및, 초음파에 의한 진동 등을 복합적으로 작용함으로써 플립칩을 캐리어 기판에 본딩하는 플립칩 본딩장치 및 이를 이용한 플립칩 본딩방법에 관한 것이다. The present invention relates to a flip chip bonding apparatus and a flip chip bonding method using the same, and more particularly, a flip chip carrier substrate by a combination of heating using a laser, pressurization using a pressurizing device, vibration by ultrasonic waves, and the like. The present invention relates to a flip chip bonding apparatus for bonding to and a flip chip bonding method using the same.

최근들어 전자제품이 소형화 및 고기능화됨에 따라 전자제품의 핵심부분을 이루고 있는 반도체 칩도 고집적화 및 고성능화되고 있는 추세이다.Recently, as electronic products have been miniaturized and highly functionalized, semiconductor chips, which form a core part of electronic products, have also become highly integrated and high performance.

그리고, 이러한 반도체 칩을 먼지나 습기 또는 전기적, 기계적 부하 등의 각종 외부환경으로부터 보호해주는 반도체 패키지(Package)의 제조에 있어서도 이와 같은 추세를 수용하기 위하여 경박단소화 및 다핀화되고 있다. In order to accommodate such a trend in manufacturing a semiconductor package that protects the semiconductor chip from various external environments such as dust, moisture, or electrical and mechanical loads, light and small size and multi-pinning are being adopted.

이에, 반도체 패키지의 방식도 기존의 와이어 본딩(Wire Bonding) 방식으로는 경박단소화 및 다핀화되고 있는 추세에 대응하기 힘들다고 판단되어 이를 해결할 수 있는 새로운 방식들이 다양하게 모색되고 있으며, 그 중 한 방식이 솔더범프(Solder Bump) 방식이다. Therefore, the semiconductor package method is also difficult to cope with the trend of thin and short and thin financing with the existing wire bonding method, and a variety of new ways to solve this problem are being sought. This is a solder bump method.

즉, 솔더범프 방식이란, 반도체 칩의 입출력 단자인 패드(Pad) 위에 별도의 솔더범프를 형성시킨 다음 이 반도체 칩을 뒤집에서 캐리어(Carrier) 기판이나 서킷 테이프(Circuit Tape)의 회로패턴(Pattern)에 직접 붙이는 방식으로, 반도체 칩이 뒤집혀진 상태로 본딩되기 때문에 '플립칩 본딩' 이라고도 지칭되고 있다. In other words, the solder bump method is to form a separate solder bump on the pad (Pad), which is an input / output terminal of the semiconductor chip, and then turn the semiconductor chip upside down to form a circuit pattern of a carrier substrate or a circuit tape. It is also referred to as 'flip chip bonding' because the semiconductor chip is bonded in an inverted state by directly attaching to the chip.                         

이하, 종래 플립칩 본딩 방식에 대해 구체적으로 설명하면, 종래 플립칩 본딩방식은 크게 열압착 방식과, 레이저(Laser)압착 방식 등으로 구분된다. Hereinafter, the conventional flip chip bonding method will be described in detail. The conventional flip chip bonding method is classified into a thermal compression method, a laser compression method, and the like.

이때, 열압착 방식은 칩의 솔더범프들이 캐리어 기판의 지정된 솔더범프와 대향되도록 본드 포지션(Bond Position)으로 이동한 후에 칩의 후면으로부터 칩을 가열하면서 가압하되, 칩의 솔더범프와 기판의 솔더범프 사이에 배열된 접합물질을 녹는점까지 가열하면서 가압함으로써 양 솔더범프 사이를 접합하는 방식으로, 일본 공개특허 2002-141376 호에 개시된 바 있다. At this time, the thermocompression method moves to the bond position so that the solder bumps of the chip are opposed to the designated solder bumps of the carrier substrate, and then presses while heating the chip from the back of the chip, wherein the solder bumps of the chip and the solder bumps of the substrate are pressed. The method of joining both solder bumps by pressing the bonding material arranged therebetween while heating to a melting point has been disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-141376.

그리고, 레이저압착 방식은 칩의 솔더범프들이 캐리어 기판의 지정된 솔더범프와 대향되도록 본드 포지션으로 이동한 후에 칩의 후면으로부터 칩을 가열하면서 가압하되, 칩의 가열을 레이저를 이용하여 가열하는 방식으로, 한국 공개특허 2001-0108103 호에 개시된 바 있다. In the laser compression method, the solder bumps of the chip are moved to the bond position so as to face the designated solder bumps of the carrier substrate, and then pressurized while heating the chip from the back of the chip, and heating the chip by using a laser. It has been disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 2001-0108103.

이상과 같은 종래 플립칩 본딩 방식에 대해 구체적으로 살펴보면 종래 열압착 방식 같은 경우, 칩을 가열할 때 나타나는 열전달 부위에서의 높은 열손실로 인하여 장시간 칩을 가열해야 하는 바, 이러한 장시간의 가열은 결과적으로 생산성의 저하를 초래할 뿐만 아니라 솔더범프의 접합온도에 도달하는 시간이 길게되면서 고온에 민감한 재질에 대해서는 적용이 불가능하게 되는 문제점이 발생된다. Looking at the conventional flip-chip bonding method as described above, in the case of the conventional thermocompression bonding method, it is necessary to heat the chip for a long time due to the high heat loss in the heat transfer portion appearing when the chip is heated, this long-term heating is consequently Not only does it cause a decrease in productivity, but also a long time to reach the junction temperature of the solder bump is a problem that can not be applied to high temperature sensitive materials.

그리고, 이러한 열압착 방식은 칩과 캐리어 기판의 열적팽창계수 차이로 인하여 접합위치가 조금씩 틀어지게 되는 접합 정밀도 문제가 발생될 뿐만 아니라 냉각 후 칩과 기판의 수축으로 인해 조금씩 틀어진 부분에서 크랙(Crack)과 같은 접합부위 손상이 발생되어지는 문제점이 있다. In addition, the thermal compression method not only causes a problem of bonding precision in which the bonding position is slightly distorted due to the difference in thermal expansion coefficient between the chip and the carrier substrate, but also cracks in the slightly distorted portion due to shrinkage of the chip and the substrate after cooling. There is a problem that damage such as a joint occurs.                         

또한, 종래 레이저압착 방식 같은 경우, 레이저를 이용하여 가열하기 때문에 짧은 시간에 높은 생산성과 낮은 열적팽창계수를 얻을 수 있다는 장점도 있지만, 접합되는 솔더범프의 부식을 방지하기 위하여 접합 전에 미리 열경화수지와 같은 언더필 수지(Underfill Resin)를 도포한 다음 접합공정을 수행할 경우 접합시 수지 내부에 발생되는 보이드(Void)를 제거할 방법이 없을 뿐만 아니라 솔더범프의 산화막 제거를 위해서는 별도의 플럭스(Flux) 공정 및 플럭스건조 공정이 더 필요하게 되는 문제점이 발생된다. In addition, in the case of the conventional laser crimping method, since it is heated by using a laser, there is an advantage that high productivity and low thermal expansion coefficient can be obtained in a short time, but in order to prevent corrosion of the solder bumps to be bonded, thermosetting resin before joining If you apply an underfill resin such as the following and then perform the joining process, there is no way to remove voids generated inside the resin during joining and separate flux to remove the oxide film of the solder bumps. The problem arises in that a process and a flux drying process are needed more.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 목적은 산화막 제거가 필요한 솔더범프나 온도에 민감한 기판이 사용될 때에도 높은 생산성과 접합 신뢰성을 얻을 수 있는 플립칩 본딩장치 및 이를 이용한 플립칩 본딩방법을 제공함에 있다. Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a flip chip bonding apparatus and a flip chip using the same, which can achieve high productivity and bonding reliability even when a solder bump or a temperature sensitive substrate requiring oxide film removal is used. The present invention provides a bonding method.

또한, 본 발명은 열경화수지와 같은 언더필 수지를 이용한 접합시에도 수지 내부에서 발생되는 보이드를 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 별도의 플럭스 공정 및 플럭스 건조 공정을 단축하여도 솔더범프의 산화막을 제거할 수 있는 플립칩 본딩장치 및 이를 이용한 플립칩 본딩방법을 제공함에 있다. In addition, the present invention can not only effectively remove voids generated inside the resin when bonding with an underfill resin such as a thermosetting resin, but also remove an oxide film of solder bumps even by shortening a separate flux process and a flux drying process. A flip chip bonding apparatus and a flip chip bonding method using the same are provided.

이와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명 플립칩 본딩장치는 캐리어 기판이 안착되고, 내부에 상기 캐리어 기판을 가열하는 가열유닛이 장착된 본딩 스테이지; 상기 본딩 스테이지의 외부 일측에 구비되며, 상기 캐리어 기판에 초음파의 제 1위상을 인가하는 제1초음파 진동모듈; 상기 캐리어 기판에 본딩되는 플립칩이 흡착되며, 내부에 상기 플립칩이 흡착되도록 진공통로가 형성된 본딩헤드; 상기 본딩헤드의 외부 일측에 구비되며, 상기 플립칩에 상기 제 1위상과 상호 대칭되는 초음파의 제 2위상을 인가하는 제2초음파 진동모듈; 상기 본딩헤드에 장착되며, 상기 본딩헤드가 상기 플립칩을 흡착할 수 있도록 진공압을 공급해주고, 공정진행에 따라 상기 본딩헤드를 상기 본딩 스테이지의 상측방향으로 이동시키거나 상기 본딩헤드를 상기 본딩 스테이지의 상측에서 상하유동시켜주는 진공가압모듈 및; 상기 본딩헤드의 일측에 장착되며, 상기 진공통로에 개재되는 광섬유를 통하여 상기 플립칩에 레이저 광을 인가해주는 레이저 공급모듈을 포함한다.
여기서, 상기 본딩헤드의 내부에는 상기 광섬유를 통하여 인가되는 레이저 광을 상기 플립칩에 균일하게 분배시켜주는 광학계가 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 플립칩 본딩장치를 이용한 플립칩 본딩방법은 플립칩의 솔더범프가 하측방향을 향하도록 상기 플립칩을 흡착한 다음, 상기 플립칩을 캐리어 기판이 안착된 본딩 스테이지의 본드 포지션으로 이동 및 정렬시키는 이동 및 정렬단계; 상기 플립칩의 솔더범프가 상기 캐리어의 솔더범프에 접촉되도록 상기 플립칩을 하강시키는 하강단계; 상기 플립칩에 레이저 광을 인가하고, 상기 캐리어 기판에 인가되는 초음파의 제 1위상을 인가하고, 상기 플립칩에 상기 제 1위상과 상호 대칭되는 초음파의 제 2위상을 인가하는 본딩단계; 상기 플립칩에 인가되는 레이저 광의 방사를 중단하고, 상기 플립칩을 흡착되게 하는 진공압을 해제하는 해제단계를 포함한다.The flip chip bonding apparatus according to the present invention for realizing the above object comprises: a bonding stage on which a carrier substrate is mounted, and a heating unit mounted therein for heating the carrier substrate; A first ultrasonic vibration module provided at an outer side of the bonding stage and configured to apply a first phase of ultrasonic waves to the carrier substrate; A bonding head in which a flip chip bonded to the carrier substrate is adsorbed, and a vacuum passage is formed to adsorb the flip chip therein; A second ultrasonic vibration module provided at an outer side of the bonding head and applying a second phase of ultrasonic waves symmetrical with the first phase to the flip chip; Is mounted on the bonding head and supplies a vacuum pressure to the bonding head to suck the flip chip, and moves the bonding head in the upper direction of the bonding stage as the process progresses or the bonding head to the bonding stage A vacuum pressurizing module configured to flow up and down at an upper side of the vacuum pressurizing module; And a laser supply module mounted on one side of the bonding head and configured to apply laser light to the flip chip through an optical fiber interposed in the vacuum passage.
Here, the bonding head is preferably provided with an optical system for uniformly distributing the laser light applied through the optical fiber to the flip chip.
In addition, in a flip chip bonding method using a flip chip bonding apparatus according to the present invention, the flip chip is attracted so that the solder bumps of the flip chip face downward, and then the bond position of the bonding stage on which the carrier chip is seated. A moving and sorting step of moving and aligning with the moving unit; A descending step of lowering the flip chip such that the solder bumps of the flip chip contact the solder bumps of the carrier; A bonding step of applying laser light to the flip chip, applying a first phase of ultrasonic waves applied to the carrier substrate, and applying a second phase of ultrasonic waves symmetrical with the first phase to the flip chip; And releasing the laser beam applied to the flip chip, and releasing the vacuum pressure for adsorbing the flip chip.

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이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 플립칩 본딩장치 및 이를 이용한 플립칩 본딩방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a flip chip bonding apparatus and a flip chip bonding method using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1 내지 도 3을 설명하면, 도 1은 본 발명에 따른 플립칩 본딩장치의 일실시예를 도시한 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시한 플립칩 본딩장치의 헤드본더를 일부절개한 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시한 제1ㆍ제2초음파 진동모듈에서 발생되는 초음파의 파장형태를 도시한 개념도이다. First, referring to FIGS. 1 to 3, FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a flip chip bonding apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a partial cutaway head bonder of the flip chip bonding apparatus illustrated in FIG. 1. 3 is a cross-sectional view, and FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a wavelength form of ultrasonic waves generated in the first and second ultrasonic vibration modules shown in FIG. 1.

구체적으로 설명하면, 도 3의 (a)와 (b)는 각각 제1ㆍ제2초음파 진동모듈에서 본딩헤드의 플립칩과 본딩 스테이지의 캐리어 기판에 인가되는 초음파의 파장형태를 도시한 것으로, (a)와 (b)의 세로축은 파장의 위상을 나타낸 것이고, (a)와 (b)의 가로축은 시간을 나타낸 것이다. Specifically, (a) and (b) of FIG. 3 illustrate wavelength forms of ultrasonic waves applied to the flip chip of the bonding head and the carrier substrate of the bonding stage, respectively, in the first and second ultrasonic vibration modules. The vertical axis of a) and (b) represents the phase of wavelength, and the horizontal axis of (a) and (b) represents time.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예인 플립칩 본딩장치(100)에 대해 구체적으로 설명하면, 본 발명의 일실시예인 플립칩 본딩장치(100)는 캐리어 기판(90)이 안착되는 본딩 스테이지(120)와, 플립칩(80)이 흡착되는 본딩헤드(140)와, 본딩헤드(140)의 일측에 장착되되 본딩헤드(140)가 플립칩(80)을 흡착할 수 있도록 해주면서 공정진행에 따라 본딩헤드(140)를 본딩 스테이지(120) 방향으로 가압해주는 진공가압모듈(160)과, 플립칩(80)이 캐리어 기판(90)에 접합될 수 있도록 플립칩(80)에 레이저 광을 인가해주는 레이저 공급모듈(170) 및, 플립칩 본딩장치(100)를 전반적으로 제어해주는 중앙제어모듈(미도시)을 포함하여 구성된다. Hereinafter, the flip chip bonding apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3. The flip chip bonding apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may include a carrier substrate 90. The bonding stage 120 to be seated, the bonding head 140 to which the flip chip 80 is adsorbed, and the bonding head 140 may be mounted on one side of the bonding head 140 so that the bonding head 140 may adsorb the flip chip 80. While the vacuum pressure module 160 presses the bonding head 140 toward the bonding stage 120 as the process progresses, and the flip chip 80 can be bonded to the carrier substrate 90. It comprises a laser supply module 170 for applying a laser light, and a central control module (not shown) for controlling the flip chip bonding device 100 as a whole.                     

보다 구체적으로 설명하면, 본딩 스테이지(120)의 내부 즉, 캐리어 기판(90)이 안착되는 부분의 하측에는 캐리어 기판(90)이 플립칩(80)과 접합될 수 있도록 캐리어 기판(90)을 소정온도까지 가열해주는 가열유닛(122)이 장착되며, 본딩 스테이지(120)의 외부 일측에는 본딩 스테이지(120)에 안착된 캐리어 기판(90)에 소정 초음파를 인가해주는 제1초음파 진동모듈(124)이 구비된다. More specifically, the carrier substrate 90 may be predetermined in the bonding stage 120, that is, under the portion where the carrier substrate 90 is seated so that the carrier substrate 90 may be bonded to the flip chip 80. The heating unit 122 is heated to a temperature, and the first ultrasonic vibration module 124 for applying a predetermined ultrasonic wave to the carrier substrate 90 seated on the bonding stage 120 is mounted on an outer side of the bonding stage 120. It is provided.

또한, 본딩헤드(140)의 내부 즉, 플립칩(80)이 흡착되는 부분의 상측에는 후술될 광섬유(148)를 통해 전달되는 레이저 광을 플립칩(10)의 각 부분으로 균일하게 분배시켜주는 광학계(142)가 장착되고, 이 광학계(142)의 상측으로는 플립칩(80)이 흡착되도록 진공압을 전달해주는 소정 직경의 진공통로(146)가 형성된다. 그리고, 본딩헤드(140)의 외부 일측에는 본딩헤드(140)에 흡착된 플립칩(80)에 소정 초음파를 인가해주는 제2초음파 진동모듈(144)이 구비된다. In addition, the inside of the bonding head 140, that is, the upper side of the portion where the flip chip 80 is adsorbed, uniformly distributes the laser light transmitted through the optical fiber 148 to be described later to each part of the flip chip 10. An optical system 142 is mounted, and a vacuum passage 146 having a predetermined diameter is formed above the optical system 142 to transfer a vacuum pressure to suck the flip chip 80. In addition, a second ultrasonic vibration module 144 is provided at one outside of the bonding head 140 to apply a predetermined ultrasonic wave to the flip chip 80 adsorbed by the bonding head 140.

여기에서, 광학계(142)는 진공압이 전달되는 진공통로(146)를 모두 밀폐시키지 않고 일측 부분에 소정 크기의 홀(Hole)이 형성되도록 장착됨이 바람직하다. 이에, 진공압은 진공통로(146)와 이 홀을 통해 플립칩(80)에 전달되어지며, 플립칩(80)은 이 진공압에 의해 본딩헤드(140)에 흡착되는 것이다. Here, the optical system 142 is preferably mounted such that a hole having a predetermined size is formed in one side portion without sealing all the vacuum passages 146 through which the vacuum pressure is transmitted. Accordingly, the vacuum pressure is transmitted to the flip chip 80 through the vacuum passage 146 and the hole, and the flip chip 80 is adsorbed to the bonding head 140 by the vacuum pressure.

그리고, 본딩헤드(140)에 형성된 진공통로(146)에는 소정 직경으로 형성된 다수의 광섬유(148)가 개재된다. 이때, 광섬유(148)는 레이저 공급모듈(170)과 연결되어 레이저 공급모듈(170)에서 공급해주는 레이저 광을 플립칩(80)에 전달해주는 역할을 수행하게 된다. In addition, a plurality of optical fibers 148 having a predetermined diameter are interposed in the vacuum passage 146 formed in the bonding head 140. In this case, the optical fiber 148 is connected to the laser supply module 170 and serves to deliver the laser light supplied from the laser supply module 170 to the flip chip 80.

이상에서, 제1초음파 진동모듈(124)에서 인가되는 초음파의 위상은 도 3과 같이 제2초음파 진동모듈(144)에서 인가되는 초음파의 위상과 상호 대칭되게 인가됨이 바람직하다. 이는 제1ㆍ제2초음파 진동모듈(124,144)에서 인가하는 초음파의 위상이 상호 대칭일 경우 각 솔더범프(85,95)에 가해지는 진동력은 극대화될 수 있기 때문이다. In the above description, the phase of the ultrasonic wave applied by the first ultrasonic vibration module 124 may be applied to be symmetrical with the phase of the ultrasonic wave applied by the second ultrasonic vibration module 144 as shown in FIG. 3. This is because the vibration force applied to the solder bumps 85 and 95 can be maximized when the phases of the ultrasonic waves applied by the first and second ultrasonic vibration modules 124 and 144 are mutually symmetrical.

한편, 진공가압모듈(160)은 앞에서 설명한 바와 같이 본딩헤드(140)가 플립칩(80)을 흡착할 수 있도록 본딩헤드(140)의 진공통로(146)를 통해 진공압을 전달해주는 역할을 수행하게 되고, 이와 함께 플립칩(80)이 캐리어 기판(90)에 접합될 수 있도록 플립칩(80)이 흡착된 본딩헤드(140)를 본딩 스테이지(120)의 캐리어 기판(90)에 대향되는 캐리어 기판(90)의 상측 즉, 본드 포지션으로 이동시키는 역할 및, 캐리어 기판(90)이 안착된 본딩 스테이지(120)의 방향인 하측방향으로 상하 유동시켜주는 역할을 수행한다. On the other hand, the vacuum pressure module 160 serves to transfer the vacuum pressure through the vacuum passage 146 of the bonding head 140 so that the bonding head 140 can suck the flip chip 80 as described above. In addition, the carrier facing the carrier substrate 90 of the bonding stage 120 is bonded to the bonding head 140 to which the flip chip 80 is adsorbed so that the flip chip 80 may be bonded to the carrier substrate 90. It serves to move to the upper side of the substrate 90, that is, the bond position, and to move up and down in the downward direction, which is the direction of the bonding stage 120 on which the carrier substrate 90 is seated.

이하, 도 4 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 플립칩 본딩장치(100)의 본딩방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 이때, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 플립칩 본딩방법의 일실시예를 도시한 개념도이고, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 플립칩 본딩방법의 다른실시예를 도시한 개념도이다. Hereinafter, the bonding method of the flip chip bonding apparatus 100 according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 5. 4A to 4D are conceptual views illustrating one embodiment of the flip chip bonding method according to the present invention, and FIGS. 5A to 5C are conceptual views illustrating another embodiment of the flip chip bonding method according to the present invention.

먼저, 도 4를 참조하여 본 발명 플립칩 본딩방법의 일실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. First, an embodiment of the flip chip bonding method of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4.

도 4a에 도시된 바와 같이, 솔더범프(95)가 형성된 캐리어 기판(90)이 본딩 스테이지(120)에 안착되고, 솔더범프(85)가 형성된 플립칩(80)이 본딩헤드(140)에 흡착되면, 본딩헤드(140)는 흡착된 플립칩(80)의 솔더범프(85)들이 캐리어 기판(90)의 지정된 솔더범프(95)와 대향되도록 플립칩(80)을 본드 포지션으로 이동 및 정렬시키게 된다. As shown in FIG. 4A, the carrier substrate 90 on which the solder bumps 95 are formed is seated on the bonding stage 120, and the flip chip 80 on which the solder bumps 85 are formed is attracted to the bonding head 140. The bonding head 140 then moves and aligns the flip chip 80 to the bond position such that the solder bumps 85 of the adsorbed flip chip 80 face the designated solder bumps 95 of the carrier substrate 90. do.

이때, 본딩헤드(140)에는 본딩헤드(140)가 플립칩(80)을 흡착하기전부터 레이저 공급모듈(170)로 부터 레이저 광이 공급되는 바, 본딩헤드(140)는 솔더범프(85)의 융점이하로 가열된 채 플립칩(80)을 흡착하게 되며, 플립칩(80)은 이 흡착에 의해 소정온도로 가열되면서 이동 및 정렬되어진다. 여기에서, 플립칩(80)이 흡착된 본딩헤드(140)와 이에 대향되는 본딩 스테이지(120)의 캐리어 기판(90)은 수직상태로 정렬되어짐이 바람직하다. At this time, the bonding head 140 is supplied with the laser light from the laser supply module 170 before the bonding head 140 adsorbs the flip chip 80, the bonding head 140 of the solder bump 85 The flip chip 80 is adsorbed while the melting point is heated, and the flip chip 80 is moved and aligned while being heated to a predetermined temperature by the adsorption. Here, the bonding head 140 to which the flip chip 80 is adsorbed and the carrier substrate 90 of the bonding stage 120 opposite thereto are preferably aligned in a vertical state.

이후, 본딩헤드(140)와 본딩 스테이지(120)가 정렬완료되면, 본딩헤드(140)는 도 4b와 같이 진공가압모듈(160)에 의해 하강되며, 플립칩(80)의 솔더범프(85)는 이에 대응되는 캐리어 기판(90)의 솔더범프(95) 상에 소정 압력으로 접촉되게 된다. Then, when the bonding head 140 and the bonding stage 120 is aligned, the bonding head 140 is lowered by the vacuum pressure module 160 as shown in Figure 4b, the solder bump 85 of the flip chip 80 Is contacted with a predetermined pressure on the solder bumps 95 of the carrier substrate 90 corresponding thereto.

이에, 플립칩(80)의 솔더범프(85)와 이에 대응되는 캐리어 기판(90)의 솔더범프(95) 사이의 산화막은 본딩헤드(140)로 인가되는 압력에 의해 일부 깨어지게 된다. Accordingly, the oxide film between the solder bumps 85 of the flip chip 80 and the solder bumps 95 of the carrier substrate 90 corresponding thereto is partially broken by the pressure applied to the bonding head 140.

계속해서, 플립칩(80)의 솔더범프(85)와 캐리어 기판(90)의 솔더범프(95)가 접촉되면, 레이저 공급모듈(170) 및 제1ㆍ제2초음파 진동모듈(124,144)은 도 4c에 도시된 바와 같이 레이저 광의 출력을 높여 플립칩(80)을 솔더범프(85)의 융점온도 이상으로 가열함과 동시에 소정 파장의 초음파를 각각 인가하게 된다. Subsequently, when the solder bumps 85 of the flip chip 80 and the solder bumps 95 of the carrier substrate 90 come into contact with each other, the laser supply module 170 and the first and second ultrasonic vibration modules 124 and 144 are illustrated in FIG. As shown in 4c, the output of the laser light is increased to heat the flip chip 80 above the melting point temperature of the solder bump 85, and at the same time, ultrasonic waves having a predetermined wavelength are applied.

이에, 솔더범프(85,95)의 산화막은 용융된 솔더범프(85,95) 내부로 녹아 들 어가게 되고, 플립칩(80)과 이에 대응되는 캐리어 기판(90)은 본딩된다. Accordingly, the oxide films of the solder bumps 85 and 95 are melted into the molten solder bumps 85 and 95, and the flip chip 80 and the corresponding carrier substrate 90 are bonded.

이후, 플립칩(80)과 캐리어 기판(90)이 본딩되면, 레이저 공급모듈(170)은 레이저 광의 방사를 중단하게 되고, 진공가압모듈(160)은 플립칩 흡착용 진공압을 해제함과 동시에 본딩헤드(140)를 본딩 스테이지(120)의 상측방향으로 상승시키게 된다. Subsequently, when the flip chip 80 and the carrier substrate 90 are bonded, the laser supply module 170 stops the radiation of the laser light, and the vacuum pressurization module 160 releases the vacuum pressure for flip chip adsorption. The bonding head 140 is raised upward of the bonding stage 120.

이때, 레이저 공급모듈(170)이 레이저 광의 방사를 중단하여 플립칩(80)의 솔더범프(85)의 온도를 융점온도 이하로 냉각하면, 플립칩(80)의 온도는 저하되고 플립칩(80)의 솔더범프(85)는 캐리어 기판(90)의 솔더범프(95)에 접합된 상태로 고화되며, 플립칩 접합공정은 완료된다. At this time, when the laser supply module 170 stops radiating the laser light and cools the temperature of the solder bumps 85 of the flip chip 80 to below the melting point temperature, the temperature of the flip chip 80 is lowered and the flip chip 80 The solder bumps 85) are solidified in a state in which the solder bumps 85 are bonded to the solder bumps 95 of the carrier substrate 90, and the flip chip bonding process is completed.

한편, 도 5를 참조하여 본 발명 플립칩 본딩방법의 다른실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. Meanwhile, another embodiment of the flip chip bonding method of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 솔더범프(95)가 형성된 캐리어 기판(90이 본딩 스테이지(120)에 안착되고, 이 안착된 캐리어 기판(90) 상에 열경화수지와 같은 언더필 수지(70)가 도포되며, 솔더범프(85)가 형성된 플립칩(80)이 본딩헤드(140)에 흡착되면, 본딩헤드(140)는 이 흡착된 플립칩(80)의 솔더범프(85)들이 캐리어 기판(90)의 지정된 솔더범프(95)와 대향되도록 플립칩(80)을 본드 포지션으로 이동 및 정렬시키게 된다. First, as shown in FIG. 5A, a carrier substrate 90 on which solder bumps 95 are formed is seated on the bonding stage 120, and an underfill resin 70 such as a thermosetting resin is mounted on the seated carrier substrate 90. Is applied and the flip chip 80 having the solder bumps 85 formed thereon is adsorbed onto the bonding head 140, the bonding head 140 has the solder bumps 85 of the adsorbed flip chip 80 being formed on the carrier substrate. Flip chip 80 is moved and aligned in bond position to face the designated solder bump 95 of 90.

이때, 본딩헤드(140)에는 본딩헤드(140)가 플립칩(80)을 흡착하기전부터 레이저 공급모듈(170)로부터 레이저 광이 공급되는 바, 본딩헤드(140)는 솔더범프(85)의 융점이하로 가열된 채 플립칩(80)을 흡착하게 되며, 플립칩(80)은 이 흡착에 의해 소정온도로 가열되면서 이동 및 정렬되어진다. 여기에서, 플립칩(80)이 흡착된 본딩헤드(140)와 이에 대향되는 본딩 스테이지(120)의 캐리어 기판(90)은 수직상태로 정렬되어짐이 바람직하다. At this time, the laser beam is supplied from the laser supply module 170 to the bonding head 140 before the bonding head 140 adsorbs the flip chip 80, and the bonding head 140 has a melting point of the solder bump 85. The flip chip 80 is adsorbed while being heated below, and the flip chip 80 is moved and aligned while being heated to a predetermined temperature by the adsorption. Here, the bonding head 140 to which the flip chip 80 is adsorbed and the carrier substrate 90 of the bonding stage 120 opposite thereto are preferably aligned in a vertical state.

이후, 본딩헤드(140)와 본딩 스테이지(120)가 정렬완료되면, 본딩헤드(140)는 도 5b와 같이 진공가압모듈(160)에 의해 본딩 스테이지(120) 방향으로 하강하게 되고, 이 하강과 동시에 제1ㆍ제2초음파 진동모듈(124,144)은 각각 본딩헤드(140)와 본딩 스테이지(120)에 소정 파장의 초음파를 인가하게 된다. Thereafter, when the bonding head 140 and the bonding stage 120 are aligned, the bonding head 140 is lowered toward the bonding stage 120 by the vacuum pressure module 160 as shown in FIG. 5B. At the same time, the first and second ultrasonic vibration modules 124 and 144 apply ultrasonic waves having a predetermined wavelength to the bonding head 140 and the bonding stage 120, respectively.

이에, 본딩헤드(140)에 흡착된 플립칩(80)의 솔더범프(85)는 본딩 스테이지(120)에 안착된 캐리어 기판(90)의 솔더범프(95)에 접촉되게 되고, 도포된 언더필 수지(70)는 본딩헤드(140)의 수직방향 압력에 의해 각 측면방향으로 밀려나가게 되며, 솔더범프(85,95)의 산화막은 언더필 수지(70) 내부로 녹아 들어가게 된다. Accordingly, the solder bumps 85 of the flip chip 80 adsorbed to the bonding head 140 are in contact with the solder bumps 95 of the carrier substrate 90 seated on the bonding stage 120, and the applied underfill resin 70 is pushed in each side direction by the vertical pressure of the bonding head 140, and the oxide films of the solder bumps 85 and 95 are melted into the underfill resin 70.

이때, 각 측면방향으로 밀려나가는 언더필 수지(70) 사이에는 밀려나가면서 보이드가 발생되어지는데, 이 발생되는 보이드는 제1ㆍ제2초음파 진동모듈(124,144)에 의해 인가되는 초음파에 의해서 외부로 배출되게 된다. At this time, voids are generated while being pushed out between the underfill resins 70 which are pushed in each side direction, and the generated voids are discharged to the outside by ultrasonic waves applied by the first and second ultrasonic vibration modules 124 and 144. do.

이후, 플립칩(80)의 솔더범프(85)와 캐리어 기판(90)의 솔더범프(95)가 접촉되면, 레이저 공급모듈(170)은 레이저 광의 출력을 높여 플립칩(80)을 솔더범프(85)의 융점온도 이상으로 소정시간 가열한 다음 레이저 광의 방사를 중단하게 되고, 진공가압모듈(160)은 플립칩 흡착용 진공압을 해제함과 동시에 본딩헤드(140)를 본딩 스테이지(120)의 상측방향으로 상승시키게 된다. Subsequently, when the solder bumps 85 of the flip chip 80 and the solder bumps 95 of the carrier substrate 90 are in contact with each other, the laser supply module 170 increases the output of the laser light to solder the flip chip 80 to the solder bumps ( After heating for a predetermined time above the melting point temperature of 85), the radiation of the laser light is stopped, and the vacuum pressurizing module 160 releases the vacuum pressure for flip chip adsorption and simultaneously bonds the bonding head 140 to the bonding stage 120. It will raise upward.                     

이때, 플립칩(80)의 솔더범프(85)와 이에 대응되는 캐리어 기판(0)의 솔더범프(5)는 레이저 공급모듈(170)에 의해 소정시간 가열되면서 본딩되어지고, 본딩된 후에는 레이저 공급모듈(170)의 광 방사 중단으로 인해 융점온도 이하로 냉각되면서 본딩된 상태로 고화되게 되며, 플립칩 본딩공정은 완료된다. At this time, the solder bumps 85 of the flip chip 80 and the solder bumps 5 of the carrier substrate 0 corresponding thereto are bonded while being heated by the laser supply module 170 for a predetermined time, and after being bonded, the lasers Due to the interruption of the light emission of the supply module 170, the temperature of the supply module 170 is cooled to below the melting point temperature, thereby solidifying the bonded module, and the flip chip bonding process is completed.

이상과 같이, 본 발명 플립칩 본딩장치(100) 및 본딩방법에 따르면, 레이저 광을 이용하여 플립칩(80)과 솔더범프(85) 등을 빠르게 가열할 수 있기 때문에 비교적 온도에 민감한 기판이 사용될 때에도 높은 생산성과 접합 신뢰성을 얻을 수 있다. As described above, according to the flip chip bonding apparatus 100 and the bonding method of the present invention, since the flip chip 80 and the solder bumps 85 can be quickly heated using laser light, a relatively temperature sensitive substrate is used. High productivity and joint reliability can also be achieved.

또한, 본 발명 플립칩 본딩장치(100) 및 본딩방법에 따르면, 초음파 진동모듈(124,144)이 부가되기 때문에 산화막 제거를 위한 별도의 플럭스 공정과 플럭스 건조공정이 필요하지 않을 뿐만 아니라 언더필 수지를 이용한 접합시에도 수지 내부에서 발생되는 보이드 문제를 미연에 제거할 수 있다.In addition, according to the flip chip bonding apparatus 100 and the bonding method of the present invention, since the ultrasonic vibration modules 124 and 144 are added, a separate flux process and a flux drying process for removing the oxide film are not required, and the bonding using the underfill resin is required. The void problem generated inside the resin can be eliminated in advance.

이상에서, 본 발명은 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위와 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. In the above, the present invention has been described with reference to the illustrated embodiment, which is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and variations can be made therefrom. Therefore, the scope of the present invention should be defined by the appended claims and their equivalents.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명 플립칩 본딩장치 및 본딩방법에 따르면, 레이저를 이용하여 플립칩과 솔더범프 등을 빠르게 가열할 수 있기 때문에 비교적 온도에 민감한 기판이 사용될 때에도 높은 생산성과 접합 신뢰성을 얻을 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the flip chip bonding apparatus and the bonding method of the present invention, since the flip chip and the solder bump can be heated quickly using a laser, high productivity and bonding reliability can be obtained even when a relatively temperature sensitive substrate is used. It can be effective.

또한, 본 발명 플립칩 본딩장치 및 본딩방법에 따르면, 초음파 진동모듈이 부가되기 때문에 산화막 제거를 위한 별도의 플럭스 공정과 플럭스 건조공정이 필요하지 않을 뿐만 아니라 언더필 수지를 이용한 접합시에도 수지 내부에서 발생되는 보이드 문제를 미연에 제거할 수 있는 효과가 있다. In addition, according to the flip chip bonding apparatus and the bonding method of the present invention, since the ultrasonic vibration module is added, a separate flux process and a flux drying process for removing the oxide film are not required, and the inside of the resin may be generated even when bonding using the underfill resin. There is an effect that can eliminate the void problem in advance.

Claims (4)

캐리어 기판이 안착되고, 내부에 상기 캐리어 기판을 가열하는 가열유닛이 장착된 본딩 스테이지;A bonding stage on which a carrier substrate is mounted, and a heating unit mounted therein for heating the carrier substrate; 상기 본딩 스테이지의 외부 일측에 구비되며, 상기 캐리어 기판에 초음파의 제 1위상을 인가하는 제1초음파 진동모듈;A first ultrasonic vibration module provided at an outer side of the bonding stage and configured to apply a first phase of ultrasonic waves to the carrier substrate; 상기 캐리어 기판에 본딩되는 플립칩이 흡착되며, 내부에 상기 플립칩이 흡착되도록 진공통로가 형성된 본딩헤드;A bonding head in which a flip chip bonded to the carrier substrate is adsorbed, and a vacuum passage is formed to adsorb the flip chip therein; 상기 본딩헤드의 외부 일측에 구비되며, 상기 플립칩에 상기 제 1위상과 상호 대칭되는 초음파의 제 2위상을 인가하는 제2초음파 진동모듈;A second ultrasonic vibration module provided at an outer side of the bonding head and applying a second phase of ultrasonic waves symmetrical with the first phase to the flip chip; 상기 본딩헤드에 장착되며, 상기 본딩헤드가 상기 플립칩을 흡착할 수 있도록 진공압을 공급해주고, 공정진행에 따라 상기 본딩헤드를 상기 본딩 스테이지의 상측방향으로 이동시키거나 상기 본딩헤드를 상기 본딩 스테이지의 상측에서 상하유동시켜주는 진공가압모듈 및;Is mounted on the bonding head and supplies a vacuum pressure to the bonding head to suck the flip chip, and moves the bonding head in the upper direction of the bonding stage as the process progresses or the bonding head to the bonding stage A vacuum pressurizing module configured to flow up and down at an upper side of the vacuum pressurizing module; 상기 본딩헤드의 일측에 장착되며, 상기 진공통로에 개재되는 광섬유를 통하여 상기 플립칩에 레이저 광을 인가해주는 레이저 공급모듈을 포함한 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치. And a laser supply module mounted on one side of the bonding head and configured to apply a laser light to the flip chip through an optical fiber interposed in the vacuum passage. 제 1항에 있어서, 상기 본딩헤드의 내부에는 상기 광섬유를 통하여 인가되는 레이저 광을 상기 플립칩에 균일하게 분배시켜주는 광학계가 구비된 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치. The flip chip bonding apparatus according to claim 1, wherein an optical system for uniformly distributing the laser light applied through the optical fiber to the flip chip is provided in the bonding head. 플립칩의 솔더범프가 하측방향을 향하도록 상기 플립칩을 흡착한 다음, 상기 플립칩을 캐리어 기판이 안착된 본딩 스테이지의 본드 포지션으로 이동 및 정렬시키는 이동 및 정렬단계;Adsorbing the flip chip such that solder bumps of the flip chip face downward, and then moving and aligning the flip chip to a bond position of a bonding stage on which a carrier substrate is seated; 상기 플립칩의 솔더범프가 상기 캐리어의 솔더범프에 접촉되도록 상기 플립칩을 하강시키는 하강단계;A descending step of lowering the flip chip such that the solder bumps of the flip chip contact the solder bumps of the carrier; 상기 플립칩에 레이저 광을 인가하고, 상기 캐리어 기판에 인가되는 초음파의 제 1위상을 인가하고, 상기 플립칩에 상기 제 1위상과 상호 대칭되는 초음파의 제 2위상을 인가하는 본딩단계;A bonding step of applying laser light to the flip chip, applying a first phase of ultrasonic waves applied to the carrier substrate, and applying a second phase of ultrasonic waves symmetrical with the first phase to the flip chip; 상기 플립칩에 인가되는 레이저 광의 방사를 중단하고, 상기 플립칩을 흡착되게 하는 진공압을 해제하는 해제단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩방법. And releasing the laser beam applied to the flip chip, and releasing a vacuum pressure to allow the flip chip to be adsorbed. 삭제delete
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