KR101113837B1 - 본딩 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 본딩 공정 중에 집적회로칩이 급격한 온도 변화를 겪으면서 열에 의해 변형되어 조립 공정이 정밀하게 수행되지 못하는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 집적회로칩이 공정 중에 급격한 온도 변화를 겪는 것을 방지할 수 있는 본딩 장치를 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 본체 하우징; 상기 본체 하우징 내에 수용된 상태에서 상기 본체 하우징 외부로 돌출 가능하게 설치된 본딩 헤드; 및 상기 본체 하우징에서 상기 본딩 헤드가 상기 본체 하우징의 외측으로 돌출하는 방향에 설치된 셔터 게이트를 포함하는 본딩 장치와, 본체 하우징; 상기 본체 하우징 내에 수용된 상태에서 상기 본체 하우징 외부로 돌출 가능하게 설치된 본딩 헤드; 및 상기 본체 하우징에서 상기 본딩 헤드가 상기 본체 하우징의 외측으로 돌출하는 방향에 설치된 공기 가열 수단을 포함하는 본딩 장치를 제공한다.

Description

본딩 장치{Apparatus for bonding integrated circuit chip on printed circuit board}
도 1은 연성회로기판에 집적회로칩을 실장하는 공정을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 집적회로칩의 실장 공정 중의 온도 변화를 부분 별로 보여주는 그래프.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 본딩 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 본딩 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: 집적회로칩 20: 연성회로기판
22: 범프 30, 302: 본딩 헤드
40: 스테이지 300, 310: 본딩 장치
301: 본체 하우징 303: 셔터 게이트
312: 공기 가열 수단 313: 공기 이동 차단 수단
본 발명은 본딩 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집적회로칩이 회로기판에 실장되는 실장 공정 또는 본딩 공정 중에, 집적회로칩이 열에 의해 변형되어 공정의 정밀도가 악화되는 것을 방지할 수 있는 본딩 장치에 관한 것이다.
도 1에는 연성회로기판(Flexible Printed Circuit Board: FPCB)에 칩을 실장하는 공정을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 연성회로기판(20)은 두 개의 절연체층(20a, 20c) 사이에 도전층(20b)이 배치된 형상으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 도전층(20b)에 형성된 범프(22)와 상기 집적회로칩(10)의 단자(미도시)가 연결되어 상기 집적회로칩(10)과 상기 연성회로기판의 전기적인 접속이 이루어진다. 이러한 작업은, 스테이지(40)에 놓인 연성회로기판(20)에서, 그 도전층(20b)에 범프(22)를 설치하고, 본딩 장치의 본딩 헤드(30)에 장착된 집적회로칩(10)의 접속 단자가 상기 범프(22)와 닿도록 얼라인(align)한 후, 상기 본딩 헤드(30)에서 상기 집적회로칩(10)을 가열하여 상기 접속단자들 간에 공융 결합(eutectic bonding)이 형성되도록 하여 이루어진다. 이 과정에서 상기 집적회로칩(10)은 일측면은 집적회로칩 가열 수단(미도시)을 구비하는 본딩 헤드(30)에 접하고 다른 면은 대기 중에 노출되어 있어, 수 msec 이내에 30℃ 내지 40℃ 정도씩 변화하게 된다.
도 2에는 본딩 공정 중에 집적회로칩의 각부분에서의 온도 변화를 보여주는 그래프가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 집적회로칩(10)은 본딩 공정이 이루어지는 수 msec의 시간동안 각 부분의 온도가 30℃ 내지 40℃ 정도씩 변화하게 된다. 그래프에서 ①은 집적회로칩(10)이 본딩 헤드와 맞닿는 상단 중앙부분의 온도 변화를 나타내고, ②는 집적회로칩(10)이 본딩 헤드와 맞닿는 상부의 외측 단부의 온도 변화를 나타내고, ③은 집적회로칩(10)이 스테이지(40)와 맞닿는 하단 중앙부분의 온도 변화를 나타내고, ④는 집적회로칩(10)이 스테이지(40)와 맞닿는 하부의 외측 단부의 온도 변화를 나타낸다.
집적회로칩(10)이 본딩 공정 중에 이러한 급격한 온도 변화를 겪게되면, 집적회로칩(10)의 본딩 공정이 고정밀도를 요하는 것에 대비하여, 조립 공정 중의 집적회로칩 자체가 뒤틀리거나 얼라인이 크게 흐트러질 수 있다. 따라서, 정밀한 본딩 고정의 수행이 어렵게 되고, 이러한 급격한 집적회로칩(10)의 온도변화를 피할 수 있는 방안을 강구할 필요성이 대두되었다.
본 발명의 목적은, 본딩 공정 중에 집적회로칩이 급격한 온도 변화를 겪으면서 열에 의해 변형되어 조립 공정이 정밀하게 수행되지 못하는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 집적회로칩이 공정 중에 급격한 온도 변화를 겪는 것을 방지할 수 있는 본딩 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 본체 하우징; 상기 본체 하우징 내에 수용된 상태에서 상기 본체 하우징 외부로 돌출 가능하게 설치된 본딩 헤드; 및 상기 본체 하우징에서 상기 본딩 헤드가 상기 본체 하우징의 외측으로 돌출하는 방향에 설치된 셔터 게이트를 포함하는 본딩 장치를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 본딩 헤드는 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치되고, 상기 셔터 게이트는 상기 본체 하우징의 하부에 설치된 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 본체 하우징; 상기 본체 하우징 내에 수용된 상태에서 상기 본체 하우징 외부로 돌출 가능하게 설치된 본딩 헤드; 및 상기 본체 하우징에서 상기 본딩 헤드가 상기 본체 하우징의 외측으로 돌출하는 방향에 설치된 공기 가열 수단을 포함하는 본딩 장치를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 본딩 헤드는 상기 본체 하우징을 관통한 상태로 상기 본체 하우징의 내부에 그 단부가 수용되고, 상기 본체 하우징의 관통부의 반대 방향으로 상기 본딩 헤드가 이동 가능하며, 상기 본체 하우징의 관통부 주위에는 상기 본딩 헤드와의 간격을 통한 공기의 이동을 차단하는 공기 이동 차단 수단이 더 설치된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 본딩 헤드는 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치되고, 상기 공기 가열 수단은 상기 본체 하우징의 하부에 설치된 것이 바람직하다.
이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4에는 본 발명에 따른 본딩 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 본딩 장치(300)는, 본체 하우징(301), 본딩 헤드(302) 및 셔터 게이트(303)를 포함한다.
상기 본체 하우징(301)은 연성회로기판(20)이 놓이는 스테이지(40)에 인접하게 위치하고 바람직하게는 그 상부에 위치하며, 상기 본딩 헤드(302)를 수용하는 중공부가 형성되어 있다. 상기 스테이지(40)와는 일체로 또는 별도로 형성될 수 있다.
상기 본딩 헤드(302)는 상기 본체 하우징(301) 내에 구비되고, 단부에는 집적회로칩 흡착 수단(미도시)과 집적회로칩 가열 수단(미도시)을 구비한다. 상기 본딩 헤드(302)는 그 자체가 신장 가능하게 형성된 형태일 수도 있지만, 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 상기 본체 하우징(301)을 관통하여 직선이동 가능하게 배치된 형태일 수 있다.
상기 셔터 게이트(303)는 상기 본체 하우징(301)의 일측에 구비되는 것으로 상기 본체 하우징(301)의 내부와 외부의 공기를 차단하는 역할을 한다. 본딩 공정을 위해 상기 본딩 헤드(302)가 상기 본체 하우징(301)으로부터 외부로 돌출되는 경우에는 상기 셔터 게이트(303)가 개방되고, 다시 상기 본딩 헤드(302)가 상기 본체 하우징(301)의 내부에 수용될 때에는 상기 셔터 게이트(303)는 폐쇄된다.
종래기술에서 문제점으로 지적된 집적회로칩(10)의 급격한 온도변화에 영향을 미치는 인자들은 다음의 수학식 1과 같은 관계를 가지는 것으로 볼 수 있다.
Figure 112004049354711-pat00001
단, 여기서 ρ는 집적회로칩의 밀도, cp는 집적회로칩의 열용량계수, V는 체적, h는 필름 계수, A는 면적, T는 온도, Tair는 주변 대기의 온도를 각각 나타낸다.
여기서, 집적회로칩의 온도 변화(dT/dt)에 영향을 미치는 인자 중 집적회로칩의 스펙이나 재료의 특성에 의해 결정되는 인자를 제거하면 대기와의 온도 편차(T-T air )만이 남는다. 따라서, 이러한 온도 편차를 감소시키면 종래기술의 문제점을 극복할 수 있다.
즉, 위와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 본딩 장치(300)를 사용하여 본딩 공정을 수행하는 경우, 외부와 격리된 상태에서 집적회로칩(10)이 본딩 헤드(302)에 의해 얼라인 되고 가열된 상태에서, 순간적으로 상기 셔터 게이트(303)가 개방되면서, 상기 본딩 헤드(302)가 이동하여 상기 연성회로기판(20)에 집적회로칩(10)을 실장하게 된다. 이에 따라 상기 집적회로칩(10)은 상기 셔터 게이트(303)에 의해 밀폐된 공간에서 가열되고, 그 주위의 공기도 함께 가열되기 때문에 부분적인 온도 편차가 커짐에 따른 열변형이나 뒤틀림 현상을 피할 수 있다. 그리고, 순간적으로 셔터 게이트(303)가 개방되고 실장 작업이 이루어지기 때문에 얼라인된 상태를 유지하면서 실장될 수 있어 정밀도가 떨어지는 단점을 보완할 수 있다.
한편, 상기 셔터 게이트(303)는 상기 본딩 헤드(302)의 작동에 따라 개방 및 폐쇄가 신속히 이루어지도록 제어되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 본딩 헤드(302)는 도 3 및 도 4에서 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치되고, 상기 셔터 게이트(303)는 상기 본체 하우징(301)의 하부에 설치된 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이러한 작동 방향을 한정하는 것은 아니고, 좌우측으로 본딩 헤드(302)가 이동하는 경우 등과 같이 상하방향이 아닌 다른 방향으로 작동하는 경우에도 적용 가능하다.
도 5 및 도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 본딩 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 본딩 장치는 본체 하우징(301), 본딩 헤드(302) 및 공기 가열 수단(312)을 포함한다.
상기 본체 하우징(301) 및 본딩 헤드(302)는 앞서 설명한 실시예와 동일하다.
상기 공기 가열 수단(312)은 상기 본딩 헤드(302)가 상기 본체 하우징(301)의 내부에 수용된 상태에서 집적회로칩(10)을 흡착하는 그 단부의 주위에 설치된다. 상기 공기 가열 수단(312)은 열선을 포함하는 전기 히터 등이 사용될 수 있으며, 도 5 및 도 6에 도시된 것과 같이, 상기 본딩 헤드(302)의 단부 주위에 복수 개가 설치될 수 있다.
상기 공기 가열 수단(312)에 의해 상기 집적회로칩(10) 주위의 공기를 가열하는 경우, 상기 집적회로칩(10)이 가열될 때 주변 공기도 함께 가열되기 때문에 상기 집적회로칩(10) 내에서 부분적인 온도 편차가 커짐에 따른 열변형이나 뒤틀림 현상을 피할 수 있다. 그리고, 순간적으로 상기 본딩 헤드(302)가 이동하여 실장 작업이 이루어지기 때문에, 상기 본딩 헤드(302) 주위의 공기 중 상기 집적회로칩(10)에 인접한 가열된 공기가 일부 상기 본딩 헤드(302)와 함께 이동하게 되므로 실장 공정 동안 급격한 온도 변화를 피하면서 얼라인된 상태를 유지하여 실장될 수 있어 정밀도가 떨어지는 단점을 보완할 수 있다.
한편, 상기 본딩 헤드(302)가 본체 하우징(301)의 외부로부터 상기 본체 하우징(301)을 관통하여 설치된 경우, 상기 본체 하우징(301)의 관통부 주위에서 가열된 공기가 상승하는 자연 대류(natural convection) 현상과 맞물려 공기의 이동이 일어나기 쉽다. 이러한 대류현상을 방치하는 경우 상기 집적회로칩(10) 주위의 가열된 공기가 쉽게 이동하기 때문에 본 발명의 목적을 달성하기 어려워질 수 있다. 이에, 상기 본딩 헤드(302)가 관통하는 상기 본체 하우징(301)의 부분에 공기 이동 차단 수단(313)을 설치하는 것이 바람직하다. 상기 공기 이동 차단 수단(313)으로는 오링(O-ring) 등의 실링(sealing)을 설치하는 것이 바람직하다.
이 경우에도, 상기 본딩 헤드(302)는 도 5 및 도 6에서 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치된 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이러한 작동 방향을 한정하는 것은 아니고, 좌우측으로 본딩 헤드(302)가 이동하는 경우 등과 같이 상하방향이 아닌 다른 방향으로 작동하는 경우에도 적용 가능하다. 다만, 좌우 방향으로 이동하는 본딩 헤드(302)가 적용되는 경우, 자연 대류에 의한 공기 이동 영향이 감소하므로, 상기 공기 이동 차단 수단(313)을 별도로 설치할 필요성이 감소한다.
한편, 지금까지 설명한 두 가지 실시예에서 사용된 셔터 게이트(303), 공기 가열 수단(312) 및 공기 이동 차단 수단(313)은 하나의 본딩 장치에 모두 독립적으로 적용될 수 있고, 이러한 특징적인 부재들을 함께 사용함으로써 종래기술에서 문제점으로 지적된 집적회로칩(10)의 온도의 급격한 변화를 감소시키는 효과가 배가될 수 있다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 지금까지는 연성회로기판에 집적회로칩을 본딩 하는 과정을 예로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 집적회로칩에 열을 가하여 접속 단자간의 물리적 및 전기적 연결을 가능하게 하는 본딩 장치라면 어디라고 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 것과 같이 본 발명에 의하면, 본딩 헤드 주위의 공기 중 집적회로칩에 인접한 공기가 실장 공정 중 집적회로칩의 온도와 크게 편차를 가지지 않도록 유지할 수 있어, 실장 공정 동안 집적회로칩의 급격한 온도 변화를 피하면서 얼라인된 상태를 유지하여 실장될 수 있고, 이에 따라 공정의 정밀도가 확보될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 내부에 공간이 형성되며, 상기 내부 공간의 상측을 덮어주는 부분을 구비하는 본체 하우징;
    상기 본체 하우징 내에 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치되어, 최대 하측 이동 상태에서 상기 본체 하우징의 하부로 돌출 가능하게 설치된 본딩 헤드; 및
    상기 본체 하우징에서 상기 본딩 헤드가 상기 본체 하우징의 하부로 돌출하는 방향에 설치되며, 개폐 가능하게 배치되는 셔터 게이트를 포함하는 본딩 장치.
  2. 내부에 공간에 형성되며, 상기 내부 공간의 상측을 덮어주는 부분을 구비하는 본체 하우징;
    상기 본체 하우징 내에 상하 방향으로 이동 가능하도록 설치되어, 최대 하측 이동 상태에서 상기 본체 하우징의 하부로 돌출 가능하게 설치된 본딩 헤드; 및
    상기 본체 하우징에서 상기 본딩 헤드가 상기 본체 하우징의 하부로 돌출하는 방향에 설치되며, 상기 본체 하우징의 상기 내부 공간을 가열할 수 있는 공기 가열 수단을 포함하는 본딩 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 본딩 헤드는 상기 본체 하우징의 상부를 관통한 상태로 상기 본체 하우징의 내부에 그 단부가 수용되고,
    상기 본체 하우징의 관통부 주위에는 상기 본딩 헤드와의 간격을 통한 공기의 이동을 차단하는 공기 이동 차단 수단이 더 설치된 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
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