KR101344499B1 - Nozzle for injecting melted solder into cavities of template and apparatus having the same - Google Patents
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Abstract
템플릿의 캐버티들에 용융된 솔더를 주입하기 위한 노즐과 이를 포함하는 장치에 있어서, 상기 솔더 주입 노즐은 솔더 물질을 수용하기 위한 원통형의 내부 공간 및 템플릿의 표면 부위에 형성된 캐버티들에 상기 솔더 물질을 주입하기 위해 상기 내부 공간과 연통된 슬롯을 갖는 하우징과, 상기 하우징과 연결되어 상기 솔더 물질이 용융된 상태를 유지하도록 상기 하우징을 가열하는 히터와, 상기 내부 공간에서 회전 가능하도록 배치되며 상기 용융된 솔더가 상기 슬롯을 통해 상기 템플릿의 캐버티들에 주입되도록 스크루 형태의 홈이 외주면에 형성된 피스톤을 포함할 수 있다.A nozzle and a device for injecting molten solder into cavities of a template, the solder injection nozzle comprising a cylindrical internal space for accommodating solder material and cavities formed in the surface portion of the template. A housing having a slot in communication with the internal space for injecting material, a heater connected to the housing to heat the housing to keep the solder material molten, and rotatably disposed in the internal space; A screw-shaped groove may include a piston formed on an outer circumferential surface thereof so that molten solder is injected into the cavities of the template through the slot.
Description
본 발명은 템플릿의 캐버티들에 용융된 솔더를 주입하기 위한 노즐과 이를 포함하는 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 마이크로 전자 패키징(microelectronic packaging) 기술에서 솔더 범프들(solder bumps)을 형성하기 위하여 템플릿의 표면 부위에 형성된 캐버티들에 용융된 솔더를 주입하기 위하여 사용되는 노즐과 이를 포함하는 솔더 주입 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a nozzle for injecting molten solder into cavities of a template and an apparatus comprising the same. More specifically, in microelectronic packaging technology, a nozzle and a solder including the same are used to inject molten solder into cavities formed in the surface portion of the template to form solder bumps. It relates to an injection device.
최근 마이크로 전자 패키징 기술은 접속 방법에서 와이어 본딩으로부터 솔더 범프로 변화하고 있다. 솔더 범프를 이용하는 기술은 다양하게 알려져 있다. 예를 들면, 전기 도금, 솔더 페이스트 프린팅, 증발 탈수법, 솔더볼의 직접 부착 등이 알려져 있다.Recently, microelectronic packaging technology is changing from wire bonding to solder bump in the connection method. Techniques using solder bumps are widely known. For example, electroplating, solder paste printing, evaporation dehydration, direct attachment of solder balls, and the like are known.
특히, C4NP(controlled collapse chip connection new process) 기술은 낮은 비용으로 미세 피치를 구현할 수 있으며 반도체 장치의 신뢰도를 향상시킬 수 있다는 장점으로 인해 크게 주목받고 있다. 상기 C4NP 기술의 예는 미합중국 특허 제 5,607,099호, 제5,775,569호, 제6,025,258호, 등에 개시되어 있다.Particularly, C4NP (controlled collapse chip connection new process) technology is attracting attention because it can realize fine pitch at a low cost and can improve the reliability of a semiconductor device. Examples of the C4NP technology are disclosed in U.S. Patent Nos. 5,607,099, 5,775,569, 6,025,258, and the like.
상기 C4NP 기술에 의하면, 구형의 솔더 범프들은 템플릿의 캐버티들 내에서 형성되며 상기 솔더 범프들은 웨이퍼 상에 형성된 범프 패드들 상에 열압착된다. 상기 범프 패드들은 웨이퍼 상에 형성된 반도체 칩의 금속 배선들과 연결되어 있으며, 상기 범프 패드들 상에는 UBM(under bump metallurgy) 패드들이 구비될 수 있다. 상기 UBM 패드들은 상기 솔더 범프들과 범프 패드들 사이에서 접착력을 향상시키기 위하여 제공될 수 있다.According to the C4NP technique, spherical solder bumps are formed in the cavities of the template and the solder bumps are thermocompressed onto the bump pads formed on the wafer. The bump pads are connected to metal wirings of a semiconductor chip formed on a wafer, and under bump metallurgy (UBM) pads may be provided on the bump pads. The UBM pads may be provided to improve the adhesion between the solder bumps and the bump pads.
상기와 같이 솔더 범프들이 전달된 웨이퍼의 반도체 칩들은 다이싱 공정에 의해 개별화될 수 있다. 상기 개별화된 반도체 칩은 열압착 공정과 언더필(under fill) 공정을 통해 기판 상에 접합될 수 있으며, 이에 의해 플립칩이 제조될 수 있다.The semiconductor chips of the wafer to which the solder bumps are transferred as described above can be individualized by the dicing process. The individualized semiconductor chip may be bonded onto a substrate through a thermal compression process and an underfill process, whereby a flip chip can be manufactured.
상기 솔더 범프들을 형성하기 위하여 상기 템플릿의 캐버티들 내에는 용융된 솔더가 주입될 수 있다. 상기 용융된 솔더의 주입을 위한 장치의 일 예는 미합중국 특허 제6,231,333호에 개시되어 있다. Molten solder may be injected into the cavities of the template to form the solder bumps. An example of a device for the injection of the molten solder is disclosed in U.S. Patent No. 6,231,333.
종래의 기술에서 용융된 솔더를 주입하기 위한 인젝션 헤드(injection head)는 평탄한 하부면을 가지며, 다수의 셀들(cells)이 형성된 몰드 플레이트(mold plate) 상에서 슬라이딩 운동한다. 상기 인젝션 헤드의 하부면 부위에는 상기 용융된 솔더를 주입하기 위한 인젝션 슬롯(injection slot), 진공압을 제공하는 진공 슬롯 및 상기 인젝션 슬롯과 진공 슬롯을 연결하는 리세스(recess)가 형성되어 있다. 상기 용융된 솔더는 상기 인젝션 헤드가 슬라이딩 운동하는 동안 상기 진공압 에 의해 상기 셀들에 순차적으로 채워진다.In the prior art, an injection head for injecting molten solder has a flat lower surface and performs sliding motion on a mold plate having a plurality of cells formed therein. An injection slot for injecting the molten solder, a vacuum slot for providing a vacuum pressure, and a recess connecting the injection slot and the vacuum slot are formed in a portion of the lower surface of the injection head. The molten solder is sequentially filled in the cells by the vacuum pressure during the sliding movement of the injection head.
상기와 같은 종래의 기술에 따르면, 상기 리세스의 체적이 작기 때문에 상기 리세스의 내부 압력 조절이 어려우며, 또한 상기 용융된 솔더가 상기 진공 슬롯 내로 흡입될 우려가 있다. 또한, 상기 인젝션 헤드의 구조가 복잡하며 상기 인젝션 헤드와 상기 몰드 플레이트 사이의 접촉 면적이 넓기 때문에 상기 용융된 솔더가 상기 주입 헤드와 상기 몰드 플레이트 사이에서 누설될 수 있다.According to the conventional technique, since the volume of the recess is small, it is difficult to adjust the inner pressure of the recess, and the molten solder may be sucked into the vacuum slot. In addition, since the structure of the injection head is complicated and the area of contact between the injection head and the mold plate is large, the molten solder may leak between the injection head and the mold plate.
본 발명의 제1 목적은 템플릿의 캐버티들에 용융된 솔더를 주입하기 위한 개선된 노즐을 제공하는데 있다.It is a first object of the present invention to provide an improved nozzle for injecting molten solder into the cavities of a template.
본 발명의 제2 목적은 템플릿의 캐버티들에 용융된 솔더를 주입하기 위한 개선된 노즐을 포함하는 솔더 주입 장치를 제공하는데 있다.It is a second object of the present invention to provide a solder injection apparatus comprising an improved nozzle for injecting molten solder into cavities of a template.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 솔더 주입 노즐은 솔더 물질을 수용하기 위한 원통형의 내부 공간 및 템플릿의 표면 부위에 형성된 캐버티들에 상기 솔더 물질을 주입하기 위해 상기 내부 공간과 연통된 슬롯을 갖는 하우징과, 상기 하우징과 연결되어 상기 솔더 물질이 용융된 상태를 유지하도록 상기 하우징을 가열하는 히터와, 상기 내부 공간에서 회전 가능하도록 배치되며 상기 용융된 솔더가 상기 슬롯을 통해 상기 템플릿의 캐버티들에 주입되도록 스크루 형태의 홈이 외주면에 형성된 피스톤을 포함할 수 있다.Solder injection nozzle according to an aspect of the present invention for achieving the first object is a cylindrical inner space for accommodating the solder material and the inner space for injecting the solder material in the cavities formed in the surface portion of the template A housing having a slot in communication with the housing, a heater connected to the housing to heat the housing to maintain the molten state of the solder material, and rotatably disposed in the internal space, wherein the molten solder is disposed through the slot. The screw-shaped groove may include a piston formed on the outer circumferential surface to be injected into the cavities of the template.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 슬롯은 상기 하우징의 하부면에 형성될 수 있으며, 상기 하우징의 하부면은 상기 슬롯의 양측으로 상기 템플릿의 표면 부위에 면접촉되도록 구비된 평탄한 후단부와 상기 템플릿의 표면 부위와 이격되도록 구성된 경사진 전단부를 포함할 수 있다.According to embodiments of the present invention, the slot may be formed on the lower surface of the housing, the lower surface of the housing is a flat rear end and the surface provided to be in surface contact with the surface portion of the template on both sides of the slot; It may include an inclined shear configured to be spaced apart from the surface portion of the template.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 하부면의 전단부는 하방으로 돌출된 곡면 형태를 가질 수 있다.According to embodiments of the present invention, the front end portion of the lower surface may have a curved surface protruding downward.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 하부면의 후단부에는 상기 슬롯과 평행하게 연장하는 리세스가 형성될 수 있다. 상기 하부면의 후단부가 상기 템플릿의 표면 부위에 접촉된 상태에서 상기 슬롯을 통해 상기 캐버티들에 순차적으로 상기 용융된 솔더를 제공하기 위하여 상기 노즐이 상기 템플릿의 표면 부위를 스캔하는 동안 상기 리세스는 상기 템플릿의 표면 상에 잔류하는 솔더 물질을 제거하기 위하여 사용될 수 있다.According to embodiments of the present invention, a recess extending in parallel with the slot may be formed at the rear end of the lower surface. The recess while the nozzle scans the surface portion of the template to sequentially provide the molten solder to the cavities through the slot with the rear end of the bottom surface in contact with the surface portion of the template May be used to remove solder material remaining on the surface of the template.
상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 솔더 주입 장치는 솔더 주입 노즐과 상기 솔더 주입 노즐 내부의 압력을 조절하기 위한 압력 조절부를 포함할 수 있다. 상기 솔더 주입 노즐은 솔더 물질을 수용하기 위한 원통형의 내부 공간 및 템플릿의 표면 부위에 형성된 캐버티들에 상기 솔더 물질을 주입하기 위해 상기 내부 공간과 연통된 슬롯을 갖는 하우징과, 상기 하우징과 연결되어 상기 솔더 물질이 용융된 상태를 유지하도록 상기 하우징을 가열하는 히터와, 상기 내부 공간에서 회전 가능하도록 배치되며 상기 용융된 솔더가 상기 슬롯을 통해 상기 템플릿의 캐버티들에 주입되도록 스크루 형태의 홈이 외주면에 형성된 피스톤을 포함할 수 있다. 상기 압력 조절부는 상기 하우징의 내부 공간과 연결될 수 있으며 상기 하우징의 내부 공간의 압력을 일정하게 유지하기 위하여 상기 하우징의 내부 공간으로 정제된 공기 또는 불활성 가스를 공급할 수 있다.Solder injection apparatus according to another aspect of the present invention for achieving the second object may include a solder injection nozzle and a pressure control unit for adjusting the pressure inside the solder injection nozzle. The solder injection nozzle is connected to the housing having a cylindrical internal space for accommodating solder material and a housing having a slot in communication with the internal space for injecting the solder material into cavities formed in the surface portion of the template. A heater for heating the housing to maintain the molten state of the solder material, and a screw-shaped groove disposed to be rotatable in the internal space and to inject the molten solder into the cavities of the template through the slot. It may include a piston formed on the outer peripheral surface. The pressure regulator may be connected to the inner space of the housing and supply purified air or inert gas to the inner space of the housing to maintain a constant pressure in the inner space of the housing.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 솔더 주입 노즐 내부의 용융된 솔더는 노즐 내부와 외부 사이의 압력 차이에 의해 템플릿의 캐버티들에 주입 되는 것이 아니라 솔더 주입 노즐 내부에 배치되는 스크루 형태의 피스톤에 의해 주입될 수 있다. 따라서, 상기 압력 차이를 제어할 필요가 없으며 상기 용융된 솔더의 토출량을 정밀하게 제어할 수 있다.According to the embodiments of the present invention as described above, the molten solder inside the solder injection nozzle is not injected into the cavities of the template due to the pressure difference between the inside and outside of the nozzle, but the screw disposed inside the solder injection nozzle It can be injected by a piston in the form. Therefore, it is not necessary to control the pressure difference and precisely control the discharge amount of the molten solder.
또한, 종래의 인젝션 헤드와 비교하여 노즐과 템플릿 사이의 접촉 면적이 상대적으로 작기 때문에 상기 노즐과 템플릿 사이에서 용융된 솔더의 누설을 감소시킬 수 있다.In addition, since the contact area between the nozzle and the template is relatively small compared to the conventional injection head, leakage of molten solder between the nozzle and the template can be reduced.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 구성 요소 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 요소들을 추가적으로 구비할 수 있으며, 특정 요소가 다른 구성 요소 또는 장치 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 상기 다른 구성 요소 또는 장치 상에 직접 배치되거나 그들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, but may be implemented in other forms. The embodiments introduced herein are provided to make the disclosure more complete and to fully convey the spirit and features of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thickness of each device or component and regions are exaggerated for clarity of the present invention, and each device may additionally include various additional components not described herein, Is referred to as being located on another component or device, it may be directly disposed on or interposed between the other component or device.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융된 솔더의 주입 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an apparatus for injecting molten solder according to an embodiment of the present invention; FIG.
도 1을 참조하면, 용융된 솔더의 주입 장치(100)는 용융된 솔더(10)의 주입 공정이 수행되는 프로세스 챔버(102)를 포함할 수 있다. 상기 프로세스 챔버(102)는 밀폐된 공간을 제공하며, 상기 프로세스 챔버(102) 내에는 표면 부위에 다수의 캐버티들(22; 도 2 참조)이 형성된 템플릿(20)을 지지하는 척(104)이 배치될 수 있다.Referring to FIG. 1, the
또한, 상기 프로세스 챔버(102) 내에는 용융된 솔더(10)를 제공하기 위한 노즐(110; 도 2 참조)이 배치될 수 있다. 그러나, 상기 노즐(110)은 상기 프로세스 챔버(102)의 상부 패널을 통해 상방으로 연장할 수도 있다.In addition, a nozzle 110 (see FIG. 2) for providing
상기 노즐(110)은 하우징(112)과 피스톤(114) 및 제1 히터(116)를 포함할 수 있다. 상기 하우징(112)은 솔더 물질을 수용하기 위한 원통형의 내부 공간을 가질 수 있다. 상기 하우징(112)은 상기 제1 히터(116)와 연결될 수 있으며, 상기 제1 히터(116)는 상기 솔더 물질을 용융시키며 상기 솔더 물질이 용융된 상태로 유지되도록 하기 위하여 상기 솔더 물질의 용융점 이상의 온도로 상기 하우징(112)을 가열할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 히터(116)로서 상기 하우징(112)에 내장될 수 있는 전기 저항 열선이 사용될 수 있다. 또한, 상기 하우징(112)의 하부에는 상기 용융된 솔더(10)를 외부로 토출하기 위하여 상기 내부 공간과 연통된 슬롯(112a; 도 2 참조)이 형성되어 있다.The
상기 피스톤(114)은 상기 하우징(112) 내부에서 회전 가능하도록 배치될 수 있다. 특히, 상기 피스톤(114)의 외주면에는 스크루 형태의 홈이 형성될 수 있다. 결과적으로, 상기 용융된 솔더(10)는 상기 피스톤(114)의 회전에 의해 상기 하우징(112)의 외부로 토출될 수 있다.The
한편, 상기 용융된 솔더(10)는 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 인듐(In), 등을 포함할 수 있으며, 이들은 단독 또는 조합의 형태로 사용될 수 있다.Meanwhile, the
상기 용융된 솔더(10)의 주입 장치(100)는 상기 노즐(110)과 상기 척(104)에 의해 지지된 템플릿(20) 사이에서 상대적인 미끄러짐 운동을 발생시키기 위한 제1 구동부(118)와 제2 구동부(120)를 포함할 수 있다. 도시된 바에 의하면, 상기 제1 구동부(118)는 상기 노즐(110)의 하단 부위가 상기 템플릿(20)의 표면 부위에 접촉되도록 상기 노즐(110)을 수직 방향으로 이동시킬 수 있으며, 상기 제2 구동부(120)는 상기 템플릿(20)에 접촉된 노즐(110)로부터 상기 용융된 솔더(10)가 상기 캐버티들(22)에 순차적으로 주입되도록 상기 노즐(110)과 상기 템플릿(20) 사이에서 상대적인 운동을 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 구동부(120)는 상기 척(104)을 수평 방향으로 이동시킬 수 있다.The
예를 들면, 각각의 제1 구동부(118) 및 제2 구동부(120)는 유압 또는 공압 실린더를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 각각의 제1 구동부(118) 및 제2 구동부(120)는 모터와 리니어 모션 가이드를 포함하는 단축 구동기를 포함할 수도 있다. 그러나, 상기 제1 및 제2 구동부들(118, 120)의 구성은 다양하게 변경될 수 있으며, 본 발명의 범위는 상기 제1 및 제2 구동부들(118, 120) 각각의 구성들에 의해 한정되지는 않을 것이다.For example, each of the
또한, 상기 노즐(110)과 척(104) 사이의 상대적인 미끄러짐 운동을 발생시키기 위한 구동부들의 구성은 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들면, 상기 솔더 주입 장치(100)는 상기 노즐(110) 또는 척(104)을 수평 및 수직 방향으로 이동시키기 위한 하나의 구동부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 척(104)을 수직 방향으로 이동시키기 위한 제1 구동부와 상기 노즐(110)을 수평 방향으로 이동시키기 위한 제2 구동부를 포함할 수도 있다.In addition, the configuration of the driving units for generating a relative sliding motion between the
추가적으로, 상기 솔더 주입 장치(110)는 상기 하우징(112) 내부의 피스톤(114)을 회전시키기 위한 제3 구동부(122)를 더 포함할 수 있다. 상기 제3 구동부(122)는 모터 및 회전 속도를 조절하기 위한 감속기 등을 포함할 수 있다.In addition, the
성기 척(104)은 제2 히터(124)와 연결될 수 있으며, 상기 제2 히터(124)는 상기 템플릿(20)의 온도를 조절하기 위하여 제공될 수 있다. 특히, 상기 제2 히터(124)는 상기 척(104) 내에 내장될 수 있으며, 전기 저항 열선을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 히터(124)는 상기 템플릿(20)의 온도를 상기 솔더의 용융점보다 낮은 온도로 조절할 수 있다. 특히, 상기 제2 히터(124)는 상기 템플릿(20)의 온도를 상기 노즐(110)의 온도보다 약 3℃ 내지 약 10℃ 정도만큼 낮게 조절할 수 있다. 상기 템플릿(20)의 온도가 과도하게 낮을 경우, 상기 템플릿(20)에 접촉된 노즐(110)의 온도가 저하될 수 있으며, 이에 따라 상기 노즐(110) 내부의 솔더가 응고될 수 있다. 또한, 상기 템플릿(20)의 온도가 상기 솔더의 용융점보다 높은 경우, 상기 캐버티들(22)에 주입된 용융된 솔더(10)가 응고되지 않을 수 있다.The
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 노즐을 설명하기 위한 확대 단면도들이고, 도 4는 도 1에 도시된 노즐과 템플릿 사이의 상대적인 운동을 설명하기 위한 평면도이다.2 and 3 are enlarged cross-sectional views illustrating the nozzle illustrated in FIG. 1, and FIG. 4 is a plan view illustrating the relative motion between the nozzle and the template illustrated in FIG. 1.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 하우징(112)은 상부 및 하부가 닫힌 실린더 형상을 가질 수 있으며, 상기 하우징(112)의 닫힌 하부면 부위를 통해 상기 슬롯(112a)이 형성될 수 있다.2 and 3, the
예를 들면, 상기 슬롯(112a)은 상기 하우징(112)의 하부면 중앙 부위에서 상기 노즐(110)과 템플릿(20) 사이의 상대적인 운동 방향에 대하여 수직하는 방향으로 연장할 수 있다. 특히, 상기 하우징(112)의 하부면은 상기 슬롯(112a)의 양측으로 상기 템플릿(20)의 표면 부위에 면접촉되도록 구비된 평탄한 후단부와 상기 템플릿(20)의 표면 부위와 이격되도록 구성된 경사진 전단부를 포함할 수 있다.For example, the
상기 하부면의 전단부는 상기 상대적인 운동에 의해 상기 하우징(112)과 템플릿(20) 사이에서 운동 간섭이 발생되는 것을 방지하기 위하여 구비될 수 있다. 따라서, 상기 운동 간섭에 의해 템플릿(20)의 표면 부위가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 도시된 바와 같이, 상기 하부면의 전단부는 상기 상대적인 미끄러짐 운동을 원활하게 하기 위하여 하방으로 돌출된 곡면 형상을 가질 수 있다.The front end portion of the lower surface may be provided to prevent the movement interference between the
한편, 상기 노즐(110)과 상기 템플릿(20) 사이에서의 상대적인 운동과 상기 피스톤(114)의 회전에 의해 상기 캐버티들(22)에 용융된 솔더(10)가 주입되는 과정에서 상기 노즐(110)과 템플릿(20) 사이에서 누설이 발생될 수 있다. 즉, 상기 템플릿(20)의 표면 부위에 솔더 잔류물이 형성될 수 있다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 상기 하부면의 후단부에는 상기 슬롯(112a)과 평행하게 연장하는 리세스(112b)가 형성될 수 있다. 상기 리세스(112b)는 상기 템플릿(20)의 표면 부위로부터 상기 솔더 잔류물을 제거하기 위하여 구비될 수 있다.Meanwhile, in the process of injecting the
도 4를 참조하면, 상기 템플릿(20)은 평탄한 상부면을 가질 수 있으며, 상기 캐버티들(22)은 상기 상부면 부위에 형성될 수 있다. 또한, 상기 템플릿(20)은 반도체 웨이퍼와 유사한 형태를 갖는 몰드 영역(20a)과 상기 몰드 영역(20a)을 감싸는 주변 영역(20b)을 가질 수 있으며, 상기 캐버티들(22)은 상기 몰드 영역(20a) 내에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 4, the
한편, 상기 노즐(110)의 직경은 상기 몰드 영역(20a)의 직경보다 클 수 있다. 이 경우, 상기 노즐(110)은 한 번의 스캔 동작으로 상기 몰드 영역(20a)의 캐버티들(22)에 용융된 솔더를 주입할 수 있다. 그러나, 상기 노즐(110)의 직경은 상기 몰드 영역(20a)보다 작을 수도 있으며, 이 경우, 상기 노즐(110)은 다수의 반복적인 스캔 동작들을 통해 상기 몰드 영역(20a)의 캐버티들(22)에 용융된 솔더를 주입할 수 있다.On the other hand, the diameter of the
다시 도 1을 참조하면, 상기 용융된 솔더 주입 장치(100)는 솔더 주입 공정을 제어하기 위한 공정 제어부(130)를 포함할 수 있다.Referring back to FIG. 1, the molten
도 5는 도 1에 도시된 공정 제어부를 설명하기 위한 개략도이다.FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the process control unit illustrated in FIG. 1.
도 5를 참조하면, 상기 공정 제어부(130)는 온도 조절부(140)와 압력 조절부(150)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the
상기 온도 조절부(140)는 상기 노즐(110)에 연결된 제1 온도 센서(142)와 상기 척(104)에 연결된 제2 온도 센서(144) 및 상기 제1 및 제2 온도 센서들과 연결된 온도 제어부(146)를 포함할 수 있다. 상기 온도 제어부(146)는 상기 제1 및 제2 온도 센서들(142, 144)과 연결되며 상기 제1 및 제2 온도 센서들(142, 144)로부터 제공되는 온도 신호들에 기초하여 상기 노즐(110) 및 상기 척(104)의 온도를 제어하기 위한 제어 신호들을 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 제1 히터(112) 및 제2 히터(114)는 상기 온도 제어부(146)의 제어 신호들에 의해 제어될 수 있다.The
상기 압력 조절부(150)는 상기 프로세스 챔버(102) 내부의 압력을 측정하기 위한 제1 압력 센서(152)와, 상기 노즐(110) 내부의 압력을 측정하기 위한 제2 압력 센서(154)와, 상기 프로세스 챔버(102)의 내부 압력과 상기 노즐(110)의 내부 압력을 조절하기 위한 제어 신호들을 발생시키는 압력 제어부(156), 상기 압력 제어부(156)와 연결되어 상기 프로세스 챔버(102)와 상기 노즐(110) 내부로 정제된 공기 또는 불활성 가스를 제공하는 가스 제공부(160) 및 상기 프로세스 챔버(102)와 상기 노즐(110) 내부를 진공 배기시키는 진공 제공부(170)를 포함할 수 있다.The
상기 가스 제공부(160)는 불활성 가스를 저장하는 가스 저장 용기(162)를 포함할 수 있으며, 상기 가스 저장 용기(162)는 가스 공급 라인들에 의해 상기 노즐(110) 및 상기 프로세스 챔버(102)와 연결될 수 있다. 각각의 가스 공급 라인들에는 온/오프 밸브(164)와 질량 유량 제어기(166)가 설치될 수 있으며, 상기 온/오프 밸브들(164)과 질량 유량 제어기들(166)에 의해 상기 프로세스 챔버(102) 및 노즐(110)로 각각 공급되는 불활성 가스의 유량들이 제어될 수 있다. 한편, 상기 불활성 가스로는 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 등이 사용될 수 있다. 따라서, 상기 노즐(110) 내부의 용융된 솔더(10) 및 상기 캐버티들(22)에 주입된 용융된 솔더 또는 응고된 솔더가 오염되는 것을 방지할 수 있다.The
상기 진공 제공부(170)는 진공 펌프(172)와 버퍼 탱크(174)를 포함할 수 있으며, 상기 진공 펌프(172)는 제1 진공 라인에 의해 상기 버퍼 탱크(174)와 연결될 수 있으며, 상기 버퍼 탱크(174)는 제2 진공 라인들에 의해 상기 노즐(110) 및 상기 프로세스 챔버(102)와 연결될 수 있다. 각각의 제2 진공 라인들에는 온/오프 밸브(176)와 질량 유량 제어기(178)가 설치될 수 있다.The
상기 가스 제공부(160) 및 진공 제공부(170)의 온/오프 밸브들(164, 176)과 질량 유량 제어기들(166, 178)은 상기 압력 제어부(156)와 연결되며, 상기 압력 제어부(156)의 제어 신호들에 의해 각각 제어될 수 있다.The on / off
상기 프로세스 챔버(102) 내부의 압력은 대기압 또는 대기압보다 낮게 유지될 수 있다. 예를 들면, 상기 프로세스 챔버(102) 내부의 압력은 약 760Torr 내지 약 50mTorr 정도에서 조절될 수 있다. 상기 노즐(110) 내부의 압력은 상기 용융된 솔더(10)의 주입에 의해 강하될 수 있으며, 상기 압력 조절부(150)는 상기 노즐(110) 내부의 압력을 일정하게 유지시키기 위하여 불활성 가스를 공급할 수 있다. 특히, 상기 용융된 솔더(10)의 주입 공정이 수행되는 동안 상기 프로세스 챔버(102) 내부의 압력과 상기 노즐(110) 내부의 압력은 실질적으로 동일하게 유지될 수 있다. 또한, 상기 솔더 주입 공정이 진행되기 전 및 후에는 상기 노즐(110) 내부의 압력이 상기 프로세스 챔버(102)의 내부 압력과 동일하거나 낮게 조절될 수 있다. 이는 상기 노즐(110) 내부의 용융된 솔더(10)가 상기 슬롯(112a)을 통해 누설되는 것을 방지하기 위함이다.The pressure inside the
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 압력 조절부(150)는 불활성 가 스 대신 정제된 공기를 공급할 수도 있다. 이 경우, 상기 압력 조절부(150)는 공기에 포함된 화학적 오염 물질 및 파티클들을 제거하기 위한 필터 유닛을 포함할 수 있다.On the other hand, according to another embodiment of the present invention, the
다시 도 1을 참조하면, 상기 프로세스 챔버(102)는 상기 템플릿(20)의 반입 및 반출을 위한 게이트 도어(106)를 가질 수 있다. 상기 게이트 도어(106)를 통해 상기 프로세스 챔버(102) 내부로 반입된 템플릿(20)은 상기 척(104)에 의해 지지될 수 있다. 여기서, 도시되지는 않았으나, 상기 용융된 솔더의 주입 장치(100)는 상기 템플릿(20)의 로딩 및 언로딩을 위한 리프팅 유닛을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 리프팅 유닛은 상기 척(104)을 통해 수직 방향으로 이동 가능하도록 배치되는 다수의 리프트 핀들과 상기 리프트 핀들에 구동력을 제공하는 구동부를 포함할 수 있다. 그러나, 상기 리프팅 유닛의 구성은 다양하게 변경될 수 있으며, 본 발명의 범위는 상기 리프팅 유닛의 구성에 의해 한정되지는 않을 것이다.Referring back to FIG. 1, the
이어서, 상기 용융된 솔더 주입 장치(100)를 이용하여 템플릿(20)의 캐버티들(22)에 용융된 솔더(10)를 주입하는 방법이 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.Next, a method of injecting the
다수의 캐버티들(22)이 형성된 표면 부위를 갖는 템플릿(20)이 프로세스 챔버(102)의 게이트 도어(106)를 통해 상기 프로세스 챔버(102) 내부로 반입된다. 상기 템플릿(20)은 리프팅 유닛에 의해 상기 프로세스 챔버(102) 내부의 척(104) 상으로 로딩된다. 여기서, 상기 템플릿(20)은 외부의 트랜스퍼 모듈(미도시)에 의해 상기 프로세스 챔버(102) 내부로 반입될 수 있다.A
상기 템플릿(20)이 로딩된 후, 상기 프로세스 챔버(102) 내부는 대기압 이하의 압력으로 조절된다. 이때, 가스 제공부(160)는 상기 프로세스 챔버(102) 내부로 불활성 가스를 공급하며, 상기 진공 제공부(170)는 상기 프로세스 챔버(102) 내부의 가스를 진공 배기시킨다. 이는 상기 프로세스 챔버(102) 내부의 오염물질을 제거하기 위함이다. 한편, 상기 하우징(112)은 제1 히터(116)에 의해 상기 솔더의 용융점 이상의 온도로 가열된 상태이며, 이에 의해 상기 하우징(112) 내부에서 상기 솔더가 용융된 상태로 유지된다. 또한, 상기 노즐(110)의 내부 압력은 상기 용융된 솔더(10)가 상기 노즐(110)의 슬롯(112a)을 통해 누설되지 않도록 상기 프로세스 챔버(102)의 내부 압력보다 낮은 상태로 유지된다. 즉, 상기 프로세스 챔버(102) 내부의 압력을 조절하는 동안 상기 프로세스 챔버(102)와 상기 노즐(110) 사이의 차압이 일정하게 유지된다.After the
한편, 상기 템플릿(20)은 제2 히터(124)에 의해 상기 솔더의 용융점보다 낮은 온도로 가열된다. 이때, 상기 노즐(110)과 상기 템플릿(20) 사이의 온도 차이는 약 3℃ 내지 약 10℃ 정도, 예를 들면, 약 5℃ 정도로 유지될 수 있다.Meanwhile, the
상기 프로세스 챔버(102)의 내부 압력 조절이 완료된 후, 제2 구동부(120)는 상기 척(104)에 의해 지지된 템플릿(20)을 용융된 솔더(10)를 제공하기 위한 노즐(110) 아래로 이동시키며, 이어서, 제1 구동부(118)는 상기 노즐(110)이 상기 템플릿(20)의 주변 영역(20b)의 표면 부위에 접촉되도록 상기 노즐(110)을 하방으로 이동시킨다. 여기서, 종래의 인젝션 헤드와 비교하여 상기 노즐(110)과 상기 템플릿(20) 사이의 접촉 면적이 작기 때문에 상기 노즐(110)과 템플릿(20) 사이에서 상 기 용융된 솔더(10)의 누설이 감소 또는 방지될 수 있다.After the internal pressure regulation of the
상기 노즐(110)을 상기 템플릿(20)에 접촉시킨 후, 상기 노즐(110) 내부의 압력은 상기 프로세스 챔버(102) 내부의 압력과 실질적으로 동일하게 조절된다. 상기 노즐(110) 내부의 압력은 상기 노즐(110)의 내부로 불활성 가스를 공급함으로써 조절될 수 있다.After contacting the
이어서, 상기 제2 구동부(120)는 상기 노즐(110)과 템플릿(20) 사이에서 상대적인 미끄러짐 운동을 발생시키기 위하여 상기 척(104)을 수평 방향으로 이동시킨다. 또한, 상기 제3 구동부(122)는 하우징(112) 내부의 용융된 솔더(10)를 토출하기 위하여 상기 피스톤(114)을 회전시킨다. 결과적으로, 상기 용융된 솔더(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 상대적인 미끄러짐 운동과 피스톤(114)의 회전에 의해 상기 템플릿(20)의 캐버티들(22)에 순차적으로 주입될 수 있다. 특히, 상기 미끄러짐 운동 중에 상기 하우징(112)의 하부면이 경사진 전단부를 가지므로 상기 템플릿(20)의 손상이 방지될 수 있으며, 또한 하우징(112)의 하부면 후단부의 리세스(112b)에 의해 템플릿(20) 상의 솔더 잔류물이 충분히 제거될 수 있다.Subsequently, the
한편, 상기 캐버티들(22)에 주입된 솔더(10a)는 상기 노즐(110)과 상기 템플릿(20)의 온도 차이에 의해 응고될 수 있다.The
상기 용융된 솔더(10)의 주입이 완료된 후, 상기 노즐(110) 내부의 압력은 상기 용융된 솔더(10)가 상기 노즐(110)의 슬릿을 통해 누설되지 않도록 상기 프로세스 챔버(102) 내부의 압력보다 낮게 조절된다.After the injection of the
상기 노즐(110) 내부의 압력을 조절한 후, 상기 제1 구동부(118)는 상기 노 즐(110)을 상방으로 이동시키고, 이어서, 상기 제2 구동부(120)는 상기 척(104)을 상기 게이트 도어(106)와 인접한 지점으로 이동시킨다.After adjusting the pressure inside the
계속해서, 상기 템플릿(20)은 상기 리프팅 유닛에 의해 상기 척(104)으로부터 언로딩되며, 상기 트랜스퍼 모듈에 의해 상기 프로세스 챔버(102)로부터 반출된다.Subsequently, the
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔더 주입 노즐을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.6 is a schematic cross-sectional view for describing a solder injection nozzle according to another embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 용융된 솔더(10)를 템플릿의 캐버티들에 주입하기 위한 솔더 주입 노즐(210)은 원통형의 내부 공간을 갖고 상부가 닫힌 실린더 형태를 갖는 본체(212)와, 상기 내부 공간 내에 회전 가능하도록 배치되는 피스톤(214)과, 상기 본체(212)와 연결되어 상기 본체(212)를 가열하는 히터(216)와, 상기 본체(212) 하부에 연결되어 일 방향으로 연장하는 하부 구조물(218)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, the
상기 하부 구조물(218)은 상기 템플릿과 노즐(210) 사이에서의 상대적인 미끄러짐 운동 방향에 대하여 수직하는 방향으로 연장할 수 있으며, 상기 용융된 솔더(10)를 토출하기 위하여 상기 본체(212)의 내부 공간과 연통되는 슬롯(218a)을 가질 수 있다. 또한, 상세히 도시되지는 않았으나, 상기 하부 구조물(218)의 하부면은 상기 슬롯(218a)을 기준으로 경사진 전단부와 평탄한 후단부를 가질 수 있으며, 상기 평탄한 후단부에는 상기 슬롯(218a)과 평행하게 연장하는 리세스가 형성될 수 있다.The
상기와 같은 노즐(210)의 구성 요소들에 대한 추가적인 상세 설명은 도 2 내 지 도 3을 참조하여 기 설명된 노즐(110)의 설명과 유사하므로 생략하기로 한다.Further detailed description of the components of the
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 용융된 솔더를 주입하기 위한 노즐의 구조가 종래의 인젝션 헤드와 비교하여 간단하므로 상기 노즐의 제조 비용이 절감될 수 있다. 또한, 상기 노즐과 상기 템플릿 사이의 접촉 면적이 상대적으로 작기 때문에 상기 노즐과 상기 템플릿 사이에서 상기 용융된 솔더가 누설되는 것이 감소 또는 방지될 수 있다.According to the embodiments of the present invention as described above, since the structure of the nozzle for injecting molten solder is simpler than the conventional injection head, the manufacturing cost of the nozzle can be reduced. Also, since the contact area between the nozzle and the template is relatively small, leakage of the molten solder between the nozzle and the template can be reduced or prevented.
상기 솔더 주입 노즐 내부의 용융된 솔더는 노즐 내부와 외부 사이의 압력 차이에 의해 템플릿의 캐버티들에 주입되는 것이 아니라 솔더 주입 노즐 내부에 배치되는 스크루 형태의 피스톤에 의해 주입될 수 있다. 따라서, 상기 압력 차이를 제어할 필요가 없으며 상기 용융된 솔더의 토출량을 정밀하게 제어할 수 있다.The molten solder inside the solder injection nozzle may be injected by a screw shaped piston disposed inside the solder injection nozzle, rather than injected into the cavities of the template due to the pressure difference between the inside and the outside of the nozzle. Therefore, it is not necessary to control the pressure difference and precisely control the discharge amount of the molten solder.
추가적으로, 상기 노즐 하부면의 경사진 전단부와 후단부의 리세스에 의해 템플릿의 손상이 방지될 수 있으며 템플릿 상의 솔더 잔유물이 충분히 제거될 수 있다.In addition, damage to the template may be prevented by recesses of the inclined front and rear ends of the nozzle lower surface, and the solder residue on the template may be sufficiently removed.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융된 솔더의 주입 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an apparatus for injecting molten solder according to an embodiment of the present invention; FIG.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 노즐을 설명하기 위한 확대 단면도들이다.2 and 3 are enlarged cross-sectional views for describing the nozzle shown in FIG. 1.
도 4는 도 1에 도시된 노즐과 템플릿 사이의 상대적인 운동을 설명하기 위한 평면도이다.4 is a plan view for explaining a relative motion between the nozzle and the template shown in FIG.
도 5는 도 1에 도시된 공정 제어부를 설명하기 위한 개략도이다.FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the process control unit illustrated in FIG. 1.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔더 주입 노즐을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.6 is a schematic cross-sectional view for describing a solder injection nozzle according to another embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Description of the Related Art [0002]
10 : 용융된 솔더 20 : 템플릿10: melted solder 20: template
20a : 몰드 영역 20b : 주변 영역20a:
22 : 캐버티 100 : 솔더 주입 장치22: Cavity 100: Solder injection device
102 : 챔버 104 : 척102
106 : 게이트 도어 110 : 노즐106: gate door 110: nozzle
112 : 하우징 112a : 슬롯112:
112b : 리세스 114 : 피스톤112b: recess 114: piston
116 : 제1 히터 118 : 제1 구동부116: first heater 118: first drive unit
120 : 제2 구동부 122 : 제3 구동부120: second driver 122: third driver
124 : 제2 히터 130 : 공정 제어부124: second heater 130: process control
140 : 온도 조절부 146 : 온도 제어부140: temperature control unit 146: temperature control unit
150 : 압력 조절부 160 : 가스 제공부150: pressure adjusting unit 160: gas providing unit
170 : 진공 제공부170: vacuum providing unit
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