KR101360007B1 - 플립칩 본딩장치 - Google Patents

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KR101360007B1
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정현권
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한미반도체 주식회사
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Abstract

본 발명은 플립칩 본딩장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본딩헤드의 특정 축 방향으로의 이동횟수 및 이동거리를 줄일 수 있고, 본딩헤드의 이송에 따른 열팽창 및 진동을 줄일 수 있으며, 플럭스의 평탄화 시간을 충분히 확보하고도 장비 UPH를 향상시킬 수 있는 플립칩 본딩장치에 관한 것이다.

Description

플립칩 본딩장치{Flip chip bonding apparatus}
본 발명은 플립칩 본딩장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 칩(플립칩)을 회로기판에 부착하기 위한 공정은 매우 정밀히 수행되어야 하며, 기판에는 반도체 칩이 고정되는 복수의 실장영역이 마련된다.
한편 반도체 칩과 회로기판의 실장영역은 정확한 전기적 연결이 수행되어야 하고, 불량률을 줄이기 위하여 상기 실장영역의 정확한 위치(패턴)에 반도체 칩이 실장되어야 한다.
전술한 반도체 칩 실장 공정은 본딩 공정이라 지칭될 수 있다. 정밀한 작업이 요구되는 공정의 특수성에 따라 회로기판의 전체적인 위치와 회로기판의 반도체 칩 고정부의 위치(실장영역) 검사가 완료된 후 반도체 칩이 회로기판에 실장된다.
일반적으로 플립칩 본딩공정은 웨이퍼로부터 절단된 반도체 칩(플립칩)을 흡착하는 단계와, 상기 반도체 칩의 상면 및 하면이 반전되도록 상기 픽커를 상하로 180°만큼 회전시키는 반전단계와, 본딩픽커를 사용하여 상기 픽커에 흡착된 반도체 칩을 상기 본딩픽커로 전달하는 전달단계와, 상기 본딩픽커를 이동시켜 상기 반도체 칩의 하면에 형성된 범프에 플럭스가 도포되도록 상기 반도체 칩을 플럭스에 침지시키는 플럭스 도포단계와, 상기 플럭스가 도포된 반도체 칩의 픽업위치를 검사하는 단계와, 상기 본딩픽커를 본딩부로 이동하여 상기 본딩부에 안착된 회로기판에서 기준 본딩위치에 상기 반도체 칩을 실장하는 본딩단계를 포함할 수 있다.
한편, 전술한 해당 단계마다 상기 본딩헤드는 플립칩 본딩장치의 미리 결정된 위치로 이송되며, 반도체 칩을 흡착하거나 침지시키거나 실장시킬 수 있다.
이때 상기 본딩헤드는 각각 x축 방향 및 y축 방향으로 중첩 설치된 갠트리(gantry) 타입의 이송장치에 의하여 x-y평면 상에서 미리 결정된 위치로 이송될 수 있다. 상기 본딩헤드는 이송과정에서 고속으로 가속되거나 감속될 수 있으며, 가속 또는 감속되는 과정이 반복되는 경우, 각각의 이송라인을 구성하는 부품에는 진동 및 발열이 생기며, 발열에 의한 특정 부품의 열팽창 및 진동에 의하여 상기 이송위치의 정밀성이 저하될 수 있다.
구체적으로 열팽창 및 진동에 의하여 반도체 칩의 위치정보 및 회로기판의 실장영역에 대한 위치정보를 정밀하게 얻을 수 없고 이에 따라 불량률이 높아지고 본딩공정의 신뢰도 및 정밀도가 떨어지게 된다.
따라서 전체 본딩공정 동안에 본딩헤드의 x축 방향 및 y축 방향으로의 이동횟수 및 이동거리를 줄이는 것이 중요하며, 특정 축 방향으로의 이동횟수 및 이동거리를 줄이기 위한 부품 배치 또한 중요하다.
그러나 공간 활용도를 높이기 위하여 부품을 인접하게 배치하는 경우에도 특정 부품, 예를 들어 본딩헤드의 이동에 따른 부품 간의 간섭을 최소화하여야 하고, 가동 부품들의 가동을 위해 필요한 공간 면적을 확보할 수 있도록 하여야 한다.
따라서 본딩헤드의 특정 축 방향으로의 이동횟수 및 이동거리를 줄임과 동시에 인접하는 공정 간의 부품 배치 및 작업 영역 간의 간섭을 줄이기 위한 방법이 요구된다.
한국공개특허공보 제10-2011-0042633호
본 발명은 본딩헤드의 특정 축 방향으로의 이동횟수 및 이동거리를 줄일 수 있는 플립칩 본딩장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 본딩헤드의 이송에 따른 열팽창 및 진동을 줄일 수 있는 플립칩 본딩장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 공간활용도를 높이고 인접하는 작업 영역 간 부품 이송에 따른 간섭을 줄일 수 있는 플립칩 본딩장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 인접하는 작업 공역에 배치된 구성부품 간의 간격을 줄일 수 있는 플립칩 본딩장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 플럭스의 평탄화 시간을 충분히 확보하고도 장비 UPH를 향상시킬 수 있는 플립칩 본딩장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 반도체 칩의 상하면이 반전되도록 회전시키는 플립오버 픽커;와 상기 플립오버 픽커를 구동시키기 위한 제1 구동부;와 x-y 평면상의 임의의 위치로 이송가능하게 마련되고 상기 플립오버 픽커에 의해 상하면이 반전된 반도체 칩을 흡착하기 위한 본딩픽커를 포함하는 본딩헤드;와 상기 반도체 칩을 침지시키기 위한 플럭스를 수용하기 위한 딥핑 플레이트와 상기 플럭스를 평탄화하기 위한 가압블록 및 상기 딥핑 플레이트를 슬라이드 이동시키기 위한 제2 구동부를 포함하는 플럭스 침지유닛;과 상기 반도체 칩을 촬상하기 위한 제1 비전; 및 상기 반도체 칩이 회로기판에 실장되는 본딩부를 포함하는 플립칩 본딩장치가 제공된다.
여기서 상기 제1 비전과 상기 플럭스 침지 유닛은 상기 본딩헤드의 x축 방향의 이동 횟수 또는 이동 거리를 줄이기 위하여 y축 방향과 평행한 임의의 동축 상에 각각 마련된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 반도체 칩의 상하면이 반전되도록 회전시키는 플립오버 픽커;와 상기 플립오버 픽커를 구동시키기 위한 제1 구동부;와 x-y 평면상의 임의의 위치로 이송가능하게 마련되고 상기 플립오버 픽커에 의해 상하면이 반전된 반도체 칩을 흡착하기 위한 본딩픽커를 포함하는 본딩헤드;와 상기 반도체 칩을 침지시키기 위한 플럭스를 수용하기 위한 딥핑 플레이트와 상기 플럭스를 평탄화하기 위한 가압블록 및 상기 딥핑 플레이트를 슬라이드 이동시키기 위한 제2 구동부를 포함하는 플럭스 침지유닛;과 상기 반도체 칩을 촬상하기 위한 제1 비전; 및 상기 반도체 칩이 회로기판에 실장되는 본딩부를 포함하는 플립칩 본딩장치가 제공된다.
여기서 상기 제1 비전과 상기 플럭스 침지 유닛 및 상기 플립오버 픽커는 상기 본딩헤드의 x축 방향의 이동 횟수 또는 이동 거리를 줄이기 위하여 y축 방향과 평행한 임의의 동축 상에 각각 마련된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치는 본딩헤드의 특정 축 방향으로의 이동횟수 및 이동거리를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치는 본딩헤드의 이송에 따른 열팽창 및 진동을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치는 공간활용도를 높이고 인접하는 작업 영역 간 부품 이송에 따른 간섭을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치는 인접하는 작업 공역에 배치된 구성부품 간의 간격을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치는 플럭스의 평탄화 시간을 충분히 확보하고도 장비 UPH를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치의 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치의 요부 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치의 요부 평면도.
도 4는 도 3의 A부분에 대한 상세도.
도 5는 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치의 요부 측면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치의 일 작동상태를 설명하기 위한 개념도.
도 7은 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치를 구성하는 플럭스 침지 유닛을 나타내는 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치를 구성하는 플럭스 침지 유닛을 나타내는 요부 측면도.
도 9는 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치를 구성하는 플럭스 침지 유닛의 일 작동상태를 나타내는 요부 측면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치를 구성하는 플립오버 픽커와 관련된 블록선도.
본 발명은 본딩헤드의 특정 축 방향으로의 이동횟수 및 이동거리를 줄일 수 있고, 본딩헤드의 이송에 따른 열팽창 및 진동을 줄일 수 있는 플립칩 본딩장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치는 상기 반도체 칩의 상하면이 반전되도록 회전시키는 플립오버 픽커와, 상기 플립오버 픽커를 구동시키기 위한 제1 구동부와, x-y 평면상의 임의의 위치로 이송가능하게 마련되고 상기 플립오버 픽커에 의해 상하면이 반전된 반도체 칩을 흡착하기 위한 본딩픽커를 포함하는 본딩헤드와, 상기 반도체 칩의 하면을 침지시키기 위한 플럭스를 수용하기 위한 딥핑 플레이트와 상기 플럭스를 평탄화하기 위한 가압블록 및 상기 딥핑 플레이트를 슬라이드 이동시키기 위한 제2 구동부를 포함하는 플럭스 침지유닛과, 상기 반도체 칩의 하면을 촬상하기 위한 제1 비전 및 상기 반도체 칩이 회로기판에 실장되는 본딩부를 포함한다.
여기서 상기 제1 비전과 상기 플럭스 침지 유닛은 상기 본딩헤드의 x축 방향의 이동 횟수 또는 이동 거리를 줄이기 위하여 y축 방향과 평행한 임의의 동축 상에 각각 마련되거나, 상기 제1 비전과 상기 플럭스 침지 유닛 및 상기 플립오버 픽커는 상기 본딩헤드의 x축 방향의 이동 횟수 또는 이동 거리를 줄이기 위하여 y축 방향과 평행한 임의의 동축 상에 각각 마련된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 플립칩 본딩장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
한편, 제 1 또는 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치의 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치의 요부 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치의 요부 평면도이고, 도 4는 도 3의 A부분에 대한 상세도이다.
또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치의 요부 측면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치의 일 작동상태를 설명하기 위한 개념도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치를 구성하는 플럭스 침지 유닛을 나타내는 사시도이다.
또한, 도 8은 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치를 구성하는 플럭스 침지 유닛을 나타내는 요부 측면도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치를 구성하는 플럭스 침지 유닛의 일 작동상태를 나타내는 요부 측면도이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치를 구성하는 플립오버 픽커와 관련된 블록선도이다.
플립칩 본딩공정은 쏘잉(sawing)머신을 사용하여 복수 개의 반도체 칩(플립칩, 10)으로 절단된 웨이퍼에서 각각의 반도체 칩을 흡착하고 각각의 반도체 칩이 위치될 회로기판(PCB)의 본딩위치(실장영역)에 상기 반도체 칩을 각각 실장시키는 공정이다.
플립칩 본딩공정은, 플립오버 픽커로 각각의 반도체 칩의 범프가 형성된 하부면을 흡착하는 방식으로 상기 반도체 칩을 픽업하는 단계와, 상기 반도체 칩의 상부면 및 하부면이 반전되도록 플립오버 픽커를 상하로 180°만큼 회전시키는 반전단계와, 상기 플립오버 픽커에 흡착된 반도체 칩을 본딩픽커로 픽업하는 단계, 상기 본딩픽커를 이동시켜 상기 반도체 칩의 하부면에 형성된 범프에 플럭스가 도포되도록 상기 반도체 칩을 플럭스에 침지시키는 플럭스 침지단계와, 상기 플럭스가 도포된 반도체 칩의 픽업위치를 검사하는 단계와, 상기 본딩픽커를 본딩부로 이동하여 상기 본딩부에 안착된 회로기판에서 기준 본딩위치에 상기 반도체 칩을 실장시키는 본딩단계를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명과 관련된 플립칩 본딩장치(1000, 이하 ‘본딩장치’라고도 함)의 각 구성요소를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명과 관련된 플립칩 본딩장치(1000)는, 웨이퍼(W)를 공급하는 웨이퍼공급부(100)와, 상기 웨이퍼공급부(100)에서 공급된 웨이퍼(W)가 제공되는 웨이퍼부(200)와, 상기 웨이퍼부(200)에 제공된 웨이퍼(W)에서 복수개의 반도체 칩으로 절단된 각각의 반도체 칩(10, 도 5참조)을 흡착하여 반전시키는 플립오버 픽커(300(1), 300(2))와, X축, Y축, Z축으로 이동가능하고, Z축을 중심으로 θ 각도로 회전가능하며, 상기 플립오버 픽커(300(1), 300(2))로부터 각각의 반도체 칩(10)을 전달받아 픽업하는 본딩픽커(410(1), 410(2))를 포함하는 본딩헤드(400(1), 400(2))와, 상기 본딩픽커(410(1), 410(2))에 픽업된 각각의 반도체 칩(10)의 하부면에 도포할 플럭스(f)를 담고 있는 플럭스 침지유닛(500(1), 500(2))과, 하부면에 상기 플럭스(f)가 도포된 각각의 반도체 칩(10)을 실장할 회로기판(PCB)이 배치되어 있는 본딩부(900)와, 상기 플립오버 픽커(300(1), 300(2)), 상기 본딩헤드(400(1), 400(2)) 및 상기 플럭스 침지유닛(500(1), 500(2))을 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 본딩헤드(400(1), 400(2))는 상기 플립오버 픽커(300(1), 300(2))에 의해 상하면이 반전된 반도체 칩(10)을 흡착하는 본딩픽커(410(1), 410(2))와 본딩픽커(410(1), 410(2))로부터 일 측 방향으로 기설정된 거리(d)만큼 이격되어 구비된 제2 비전(430(1), 430(2): 이하, '본딩비전'이라고도 함)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 플립칩 본딩장치(1000)는 피두셜마크(FM)(fiducial mark)를 포함하는 적어도 하나 이상의 정렬정보제공부를 포함하고, 상기 정렬정보제공부는 본딩헤드(400(1), 400(2))에 구비된 제2 비전(430(1), 430(2))에 상기 피두셜마크(FM)의 위치정보를 제공할 수 있다.
상기 정렬정보제공부는 플립칩 본딩장치(1000)에 포함되는 각각의 장치들(예를 들어, 플립오버 픽커(300(1), 300(2)), 본딩헤드(400(1), 400(2)), 플럭스 침지유닛(500(1), 500(2)), 본딩부(900), 웨이퍼부(200), 웨이퍼공급부(100), 이송라인 등)이 반복되는 공정으로 인해 열변형되거나 또는 장비 자체에서 발생되거나 외부 요인에 의해 발생되는 진동으로 상대위치가 변화되는 경우 각 장치들의 상대위치가 변화된 정도(즉, 변화거리 및 변화방향)에 대한 정보를 제공할 수 있다.
특히, 플립칩 본딩장치(1000)의 구성 요소 중에 본딩헤드(400(1), 400(2))는 도 1에 도시된 갠트리 구조 등에 의해 이동되므로 구동을 위한 모터에 의해 열이 발생하고 열에 의해 본딩헤드(400)의 셋팅값에 오차가 발생하기 쉽고, 장비 가동 중 발생되는 진동 등에 의해 공정 중에 어느 정도 틀어졌는지 변화된 정도를 검사하고, 틀어짐을 계속적으로 보정하는 것이 중요하다.
이를 위하여 플립칩 본딩장치(1000)는 상기 본딩픽커(410(1), 410(2))와 상기 제2 비전(430(1), 430(2))의 변형된 정도를 측정하고 이를 보상하기 위한 교정유닛(700(1), 700(2))을 추가로 포함할 수 있다.
상기 교정유닛(700(1), 700(2))은 상대 위치 정보를 획득하기 위한 교정마크가 구비된 교정부재를 포함할 수 있으며, 본딩픽커(410(1), 410(2))로 교정부재를 픽업하여 교정유닛 상에 안착시킨 후 제2 비전(430(1), 430(2))으로 교정부재를 촬영하고, 다시 본딩픽커((410(1), 410(2))를 90도 간격 또는 180도 간격으로 회전시켜서 안착시킨 후 제2 비전(430(1), 430(2))으로 교정부재를 촬영하고 소정 정밀도가 확보될 수 있도록 보정하는 작업을 수행하며, 보정 후에는 다시 본딩픽커(410(1), 410(2))로 교정부재를 픽업하여 제1비전(800(1), 800(2)) 측으로 이동하여 촬영한 후 보정 값이 소정 정밀도가 확보될 때까지 이의 작업을 반복 수행할 수 있다. 상기한 교정작업을 수행하기 위해서는 본딩픽커(410(1), 410(2))와 제 1비전800(1), 800(2)), 제 2비전(430(1), 430(2))의 위치관계를 파악하는 것이 중요할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 교정유닛(700(1), 700(2))은 상기 제 1비전(800(1), 800(2))의 일측에 마련될 수 있다. 이러한 교정작업은 공정 중에 수행될 수도 있고, 작업 가동 전 후에 별도의 시간을 마련하여 교정작업이 수행될 수도 있다.
한편, 상기 본딩헤드(400(1), 400(2))를 x-y평면 상 임의의 위치로 이송시키기 위한 갠트리 구조는 후술하기로 한다.
한편, 본딩헤드(400(1), 400(2))는 플립오버 픽커(300(1), 300(2))의 상부, 플럭스 침지유닛(500(1), 500(2)), 제1 비전(800(1), 800(2)) 및 본딩부(900)에서 각각 승강가능하게 마련되고, 본딩부(900), 제1 비전(800(1), 800(2)), 플럭스 침지유닛(500(1), 500(2)) 및 플립오버 픽커(300(1), 300(2)) 사이를 병진이동가능하게 마련된다.
구체적으로, 상기 본딩헤드(400(1), 400(2))는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 이송라인(1300(1), 1300(2))을 따라 X축 방향을 따라 이동가능하게 설치되고, 제2 이송라인(1100(1), 1100(2))을 따라 Y축 방향을 따라 이동가능하게 설치된다.
또한, 상기 본딩픽커(410(1), 410(2))와 제2 비전(430(1), 430(2))은 상기 본딩헤드(400(1), 400(2))에 일체로 마련되어 상기 본딩헤드(400(1), 400(2))의 이송에 따라 x-y평면 상의 임의의 위치로 함께 이송될 수 있다.
여기서 제1 이송라인(1300(1), 1300(2))과 제2 이송라인(1100(1), 1100(2))은 중첩된 갠트리 구조로서 본딩헤드(400(1), 400(2))를 x-y평면 상의 임의의 위치로 이송시키도록 구성될 수 있으며, 각 이송라인의 개수는 필요에 따라 증감될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 제1 이송라인(1300(1), 1300(2))과 상기 제2 이송라인(1100(1), 1100(2))이 형성하는 x-y평면 상의 공간 내부에는 웨이퍼부(200), 플럭스 침지유닛(500(1), 500(2)), 플립오버 픽커(300(1), 300(2)) 및 본딩부(900)가 배치될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 플립오버 픽커(300(1), 300(2))와, 상기 플럭스 침지유닛(500(1), 500(2))과, 상기 본딩헤드(400(1), 400(2)) 및 상기 제1 비전(800(1), 800(2))은 Y축을 중심으로 서로 대칭되는 위치에 동일한 구조를 갖는 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 상기 본딩헤드(400(1), 400(2))는 Y축으로 이동할 수 있도록, 소정의 간격으로 떨어진 제2 이송라인(1100(1), 1100(2))에 각각 장착될 수 있으며, 이하 설명의 편의를 위하여 어느 한 본딩헤드(400(1))와 플립오버 픽커(300(1))와 플럭스 침지유닛(500(1)) 및 제1 비전(800(1))만을 기준으로 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 상기 본딩픽커(410(1))는 반도체 칩에 진공흡착력을 직접 전달하여 상기 반도체 칩을 흡착하는 흡착헤드(411)와, 상기 흡착헤드(411)와 상기 본딩헤드(400(1)) 본체를 연결하며 상기 흡착헤드(411)에 진공흡입력을 전달하는 연결부재(415)를 포함한다. 상기 흡착헤드(411)는 흡착된 반도체 칩(10)을 Z축에 대해 시계방향 및/또는 반시계방향으로 회전시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 이로 인해, 흡착헤드(411)는 제어부의 제어에 따라 반도체 칩의 위치를 θ(theta) 보정할 수 있다.
제2 비전(430(1))은 본딩헤드(400(1))에서 상기 본딩픽커(410(1))로부터 일 측방향으로 기설정된 제1 거리(d)만큼 이격되어 설치된다. 본딩픽커(410(1))가 반도체 칩을 픽업하거나 상기 반도체 칩(10)을 플럭스(f)에 침지시킬 때 제2 비전(430(1))과의 공간적 간섭이 발생하지 않도록 하기 위하여, 상기 제2 비전(430(1))은 상기 제2 비전(430(1))의 렌즈면이 상기 본딩픽커(410(1))의 흡착헤드(411)의 흡착면보다 높은 위치에 위치되도록 마련될 수 있다.
제2 비전(430(1))은 전술한 정렬정보제공부에서 피두셜마크(FM)의 위치정보를 획득하고, 상기 웨이퍼(W)에서 각각의 반도체 칩(10)의 위치정보를 획득하며, 상기 본딩부(700)에서 회로기판(PCB)에 각각의 반도체 칩(10)이 실장될 기준 본딩위치의 위치정보를 획득한다.
이와 같이 제2 비전(430(1), 430(2))을 통하여 획득된 위치정보들은 제어부로 전송되고, 상기 제어부는 상기 위치정보들을 계산하여 본딩헤드(400(1), 400(2))를 이동시켜 반도체 칩의 위치에 대해 X축 보정, Y축 보정 및 θ(theta) 보정을 실행한다.
또한, 플럭스 침지유닛(500(1), 500(2))과 본딩부(900)를 왕복하는 상기 본딩헤드(400(1), 400(2))의 이동경로 상에는, 상기 본딩픽커(410(1), 410(2))의 하부에서 상부 방향으로 본딩픽커(410(1), 410(2))의 흡착헤드(411)와 반도체 칩(10)을 촬영하는 제1 비전(800(1), 800(2): 이하, '업룩킹 비전'이라고도 함)이 구비된다.
상기 제1 비전(800(1), 800(2))은 본딩픽커(410(1), 410(2))에 대한 반도체 칩(10)의 위치정보를 수집하는 카메라로서, 구체적으로 상기 제1 비전(800(1), 800(2))은 본딩픽커(410(1), 410(2))의 흡착헤드(411)의 중심이 반도체 칩(10)의 중심과 일치하는지 여부, 본딩픽커(410, 410(2))의 흡착헤드(411)의 중심이 반도체 칩(10)의 중심으로부터 이탈된 거리, 본딩픽커(410(1), 410(2))의 흡착헤드(411)에 대해 반도체 칩(10)의 이탈된 각도 및 상기 반도체 칩(10)에 형성된 범프 정렬 상태 등을 촬상한다.
한편 상기 제1 비전(800(1), 800(2))은 상기 본딩 헤드(400(1), 400(2))의 이송경로의 하방에 배치되어 상방향(up-looking)으로 촬상이 가능하도록 배치될 수 있으며, 상기 제2 비전(800(1), 800(2))은 전술한 바와 같이 상기 본딩헤드(400(1), 400(2))에 의하여 흡착된 반도체 칩(10)의 하면을 촬상하여 이송되는 반도체 칩(10)의 위치 정보 등을 획득할 수 있다.
또한, 상기 제1 비전(800(1), 800(2))은 이송되는 반도체 칩의 하면의 1 지점의 영역 촬상 만으로도 초기 입력된 반도체 칩의 위치 정보에 기초하여 반도체 칩의 틀어짐(회전) 정도 및 특정 방향으로의 변위량을 판단할 수도 있지만, 바람직하게는 2 지점 이상의 영역을 촬상함으로써 보다 정확한 이미지를 추출할 수도 있다.
또한, 상기 반도체 칩이 상기 제1 비전(800(1), 800(2))의 화각(FOV) 내에 다 들어오는 경우에는 1회 2지점 촬상(원샷 촬상)하여 그 이미지로부터 각각의 반도체 칩의 위치를 파악할 수 있다. 그러나, 상기 반도체 칩이 상기 제1 비전(800(1), 800(2))의 화각(FOV) 내에 다 들어오지 못할 경우에는 2회 2지점 촬상할 수 있다. 전술한 바와 같이 플럭스 침지유닛(500(1), 500(2))에서 플럭스에 하면이 침지된 반도체 칩(10)은 본딩픽커(410(1))에 픽업된 상태에서 본딩부(900)로 이송되며, 상기 본딩부(900)에는 반도체 칩(10)이 실장되는 회로기판(PCB)이 마련된다.
또한, 상기 플립칩 본딩장치(1000)에는 회로기판(PCB)의 위치 정렬정보를 미리 검사하는 프리얼라인부(600)가 구비될 수 있으며, 상기 프리얼라인부(600)에는 제3 비전(610)이 구비될 수 있고, 상기 제3 비전(610)은 각각의 회로기판(PCB)의 위치정보 및 인쇄된 회로상태를 수집 및 검사(전수검사)하고, 회로기판(PCB)에서 반도체 칩들이 각각 실장될 위치인 기준 본딩위치에 대한 위치정보(패턴)를 미리 수집할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 프리얼라인부(600)가 구비되는 경우, 위치 정렬정보(실장 영역, 패턴 위치 등)가 미리 검사된 회로기판(PCB)이 본딩부(900)로 전달되어 본딩부(900)에서 회로기판(PCB)의 위치 정렬정보 검사 시간이 단축될 수 있는 이점이 있다.
즉, 프리얼라인부(600)에서 회로기판의 전체 실장영역에 대해 각각 전수 검사하고, 본딩부(900)에서는 프리얼라인부(600)로부터 전달받은 회로기판(PCB)의 일부의 실장영역 또는 회로기판(PCB)에 형성된 피두셜마크 만을 검사함으로써 매핑(mapping)과정을 통해 회로기판(PCB)의 위치 정렬정보를 얻을 수 있으므로 본딩부(900)에서 회로기판(PCB)의 위치 정렬정보 검사시간을 단축할 수 있다.
또한, 제어부는 상기 플립오버 픽커(300(1), 300(2)), 상기 본딩헤드(400(1), 400(2)) 및 상기 플럭스 침지유닛(500(1), 500(2))을 제어하며, 특히, 상기 제어부는 제1 비전(800(1), 800(2))과 제2 비전(430(1), 430(2)) 및 제3 비전(610)을 통하여 획득된 위치정보에 기초하여 본딩부(900)에서 회로기판(PCB)의 기준 본딩위치(실장영역)에 대한 반도체 칩의 위치를 계속적으로 보정한다.
즉, 상기 제어부는 제1 비전(800(1), 800(2))과 제2 비전(430(1), 430(2)) 및 제3 비전(610)을 통하여 획득된 위치정보에 기초하여 반도체 칩(10)의 위치정보에 대한 X축 보정, Y축 보정 및 세타(θ) 보정을 실행한다.
또한, 상기 제어부는 제2 비전(430(1), 430(2))을 통하여 획득된 적어도 하나 이상의 정렬정보제공부의 위치정보에 기초하여 플립칩 본딩장치(1000)를 구성하는 각각의 장치들(예를 들어, 플립오버 픽커(300(1)), 본딩헤드(400), 플럭스 침지유닛(500(1)), 본딩부(900), 웨이퍼부(200), 웨이퍼공급부(100), 제1 및 제2 이송라인 등)이 반복되는 공정으로 인해 열변형된 경우 이의 틀어진 정도(오차값)를 계산하고, 회로기판(PCB)의 기준 본딩영역의 위치를 정확하게 계산하여, 본딩작업시 본딩픽커(410(1))의 기준 좌표를 조정함으로써 반도체 칩(10)의 위치를 보정할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 상기 본딩픽커(410(1))는 x-y평면 상의 임의의 위치로 이송가능하게 마련되며, 이를 위하여 갠트리 구조를 따라 이송하게 된다. 이때 상기 본딩픽커(410(1))의 빠르고 반복적인 이송에 의하여 진동이 발생하고, 갠트리 구동을 위한 갠트리 구동 모터에도 과부하가 발생되어 열변형이 발생할 수 있다. 이러한 진동과 열변형은 전술한 바와 같이 본딩공정의 정밀도 및 신뢰도에 영향을 미치게 된다.
따라서 특정 축 방향으로 본딩픽커(410(1))의 이송 횟수 및/또는 이송 거리를 줄이는 것이 바람직하며, 특히 X축 방향으로의 이송 횟수를 줄이는 것이 바람직하다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 플럭스 침지유닛(500(1), 500(2))과 상기 제1 비전(800(1), 800(2))은 본딩헤드(400(1), 400(2))의 제2 이송라인(y축 방향)과 평행한 임의의 동축(L) 상에 각각 마련될 수도 있고, 플립오버 픽커(300)와 플럭스 침지유닛(500(1), 500(2)) 및 제1 비전(800(1), 800(2))은 y축 방향과 평행한 임의의 동축(L) 상에 각각 마련될 수도 있으며, 이러한 구조를 통하여 본딩헤드(400(1))의 x축 방향의 이송횟수를 1회 또는 2회 줄일 수 있다. x축 방향의 이송횟수를 줄임으로써 갠트리 구동부의 과부하를 막고, 이에 의해 열변형을 억제할 수 있으며, 장비 내 진동 발생량도 줄일 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 제1 비전(800(1))과 상기 플럭스 침지 유닛(500(1)) 및 상기 플립오버 픽커(300(1))는 y축 방향을 따라 소정의 간격으로 이격 배치된다. 전술한 바와 같이, 상기 본딩헤드(400(1))는 본딩픽커(410(1))를 통해 플립오버 픽커(300(1))에 흡착된 반도체 칩(10)을 전달받아 플럭스 침지 유닛(500(1))으로 이송된 후, 반도체 칩(10)의 하면에 플럭스를 도포하기 위하여 Z축 방향으로 승강된다. 이후, 상기 본딩헤드(400(1))는 상기 제1 비전(800(1))으로 이송되고, 상기 제1 비전(800(1))은 반도체 칩의 위치정보 및 플럭스 도포 상태를 확인하기 위하여 반도체 칩(10)을 촬상하며, 촬상이 완료된 후, 상기 본딩헤드(400(1))는 반도체 칩(10)을 본딩부(900)로 이송한다.
여기서 상기 제1 비전(800(1))과 상기 플럭스 침지 유닛(500(1))이 y축 방향과 평행한 임의의 동축(L) 상에 각각 마련되지 않는 경우, 반도체 칩(10)의 플럭스 침지 후 상기 제1 비전(800(1))을 통한 촬상을 위하여 상기 본딩헤드의 x축 방향의 이송이 적어도 1회 이상 이루어져야 하며, 이러한 x축 방향의 이송은 전술한 바와 같이 열변형 또는 진동을 야기시킨다.
또한, 상기 제1 비전(800(1))과 상기 플럭스 침지 유닛(500(1)) 및 상기 플립오버 픽커(300(1))가 y축 방향과 평행한 임의의 동축(L) 상에 각각 마련되지 않는 경우, 플립오버 픽커(300(1))로부터 반도체 칩(10)을 전달받거나 반도체 칩(10)의 하부면에 형성된 범프에 플럭스를 침지시키거나 반도체 칩(10)의 플럭스 침지 후 상기 제1 비전(800(1))을 통한 촬상을 위하여 상기 본딩헤드의 x축 방향의 이송이 적어도 2회 이상 이루어져야 하며, 이러한 x축 방향의 이송은 전술한 바와 같이 열변형 또는 진동을 야기시킨다.
이를 위하여 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치(100)에서는 상기 제1 비전(800(1))과 상기 플럭스 침지 유닛(500(1))이 y축 방향과 평행한 임의의 동축(L) 상에 각각 마련되며, x축 방향의 이송횟수를 줄여 본딩장치(1000)의 열변형 또는 진동 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
아울러, 상기 제1 비전(800(1))과 상기 플럭스 침지 유닛(500(1)) 및 상기 플립오버 픽커(300(1))가 이 y축 방향과 평행한 임의의 동축(L) 상에 각각 마련되며, x축 방향의 이송횟수를 줄여 본딩장치(1000)의 열변형 또는 진동 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 한편, 상기 플럭스 침지 유닛(500(1))의 딥핑 플레이트(511)에는 플럭스(f)를 수용하기 위한 리세스(511a)가 마련되며, 상기 딥핑 플레이트(511)가 플럭스 침지를 위하여 전방으로 슬라이드 이동하는 경우, 상기 리세스(511a)와 제1 비전(800(1))은 y축 방향과 평행한 임의의 동축(L) 상에 각각 마련될 수 있다.
여기서 도 3을 참조하면, 상기 가압블록(512)은 상기 y축 방향과 평행한 임의의 동축(L)으로부터 x축 방향을 따라 소정의 간격으로 이격되도록 배치된다. 상기 딥핑 플레이트(511)가 전방으로 슬라이드 이동되는 경우에만, 플럭스 침지를 위한 작업영역을 제공하는 상기 리세스(511a)와 제1 비전(800(1))은 y축 방향과 평행한 임의의 동축(L) 상에 각각 마련될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 플립칩 본딩장치(1000)에서는 상기 본딩픽커(410(1))가 y축 방향과 평행한 임의의 동축(L)을 따라 이송되는 과정에서 x축 방향의 이송 및 정지 동작이 없이도 상기 제1 비전(800(1))의 촬상이 이루어질 수 있다.
또한, 상기와 같은 구조를 갖는 플립칩 본딩장치(1000)에서는 상기 본딩픽커(410(1))가 y축 방향과 평행한 임의의 동축(L)을 따라 이송되는 과정에서 상기 반도체 칩의 흡착과 플럭스 침지 및 반도체 칩의 촬상이 각각 이루어질 수 있다.
즉, x축 방향의 이송 없이 y축 방향을 따라 본딩헤드(400(1))가 이송되는 과정에서 각 공정이 연속적으로 이루어질 수 있으므로, 본딩장치(1000)의 열변형 및 진동발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치(1000)는 특정 축 방향의 이송거리를 줄일 수 있으며, 예를 들어 y축 방향의 이송거리를 줄일 수 있다. 전술한 바와 같이 상기 제1 비전(800(1))과 상기 플럭스 침지 유닛(500(1)) 및 상기 플립오버 픽커(300(1))는 y축 방향을 따라 소정의 간격으로 이격 배치되며, y축 방향의 이송거리를 줄이기 위하여 상기 제1 비전(800(1))과 상기 플럭스 침지 유닛(500(1)) 및 상기 플립오버 픽커(300(1))를 근접 배치시킬 수 있다.
이하, 본딩헤드(400(1))의 y축 방향 이송거리를 줄이기 위하여 상기 플럭스 침지 유닛(500(1)) 및 상기 플립오버 픽커(300(1))를 근접 배치시키기 위한 구조를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
상기 플럭스 침지 유닛(500(1))은 상기 반도체 칩(10)을 침지시키기 위한 플럭스(f)를 수용하기 위한 딥핑 플레이트(511)와 상기 플럭스(f)를 평탄화하기 위한 가압블록(512) 및 상기 딥핑 플레이트(511)를 슬라이드 이동시키기 위한 제2 구동부(513)를 포함한다.
즉, 상기 플럭스 침지 유닛(500(1))은 딥핑 플레이트(511)가 플럭스 침지 및 플럭스 평탄화를 위하여 슬라이드 이동되는 구조를 갖는다.
참고로, 종래에는 플럭스 침지유닛(500(1))에서 딥핑 플레이트(511) 상의 플럭스를 평탄화하기 위해서는 노브(knob)를 이용하여 가압블록(512)에 딥핑 플레이트(511)에 체결하였기 때문에 노브의 높이로 인하여 작업에 간섭이 발생하는 문제가 있었다. 플럭스 침지유닛(500(1))은 플럭스의 유동 상태 등 특수한 작업 환경으로 인해 플럭스 침지 작업 중이 아니더라도 실시간으로 플럭스 평탄화 작업을 계속 수행하여야만 한다. 그러나, 앞서 설명하였듯이 본딩헤드(400(1))의 셋팅값에 오차가 발생하였는지 등을 검사하고, 틀어진 값을 보정하기 위하여, 본딩헤드가 제1비전(800(1)), 제 2비전(430(1)), 교정유닛(700(1)) 사이에서 왕복 이동되며, 이때 플럭스 침지유닛(500(1))의 노브와 간섭이 발생하는 문제가 있기 때문에 플럭스 침지유닛(500(1))은 제1비전(800(1)) 및 교정유닛(700(1)) 등과 간섭이 생기지 않을 정도로 이격되어 있어야 하므로 근접 배치에 한계가 있었다.
뿐만 아니라, 플립오버 픽커(300(1))와 플럭스 침지유닛(500(1)) 사이에서도 플립오버 픽커(300(1))의 구동부(각종 전장요소 및 진공 라인 등을 포함) 등으로 인하여 근접 배치가 어려운 문제가 있었다. 본 발명에서는 본딩헤드(400(1))의 교정 작업 동안 플럭스 침지유닛(500(1))에 간섭이 생기지 않으면서도 플럭스 침지유닛(500(1))과 제1비전(800(1)), 교정유닛(700(1))간의 간격을 최대한 근접배치 할 수 있고, 플립오버 픽커(300(1))와 플럭스 침지유닛(500(1)) 간의 간격 또한 근접 배치함으로써 본딩헤드(400(1))의 y축 방향의 이동 거리를 단축시킬 수 있고, 전체적인 UPH를 저감할 수 있게 된다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 플럭스 침지 유닛(500(1))은 제2 구동부(513)가 마련되는 본체(514)와 상기 본체(514)에 가압블록(512)을 장착시키기 위한 장착유닛(520)을 포함하며, 상기 본체(514)는 일 실시태양으로 설치면에 안착되는 하부 하우징(515)과 상기 하부 하우징(514)에 장착되는 상부 하우징(516)을 포함할 수 있다. 상기 하부 하우징(515)과 상부 하우징(516)으로 이루어진 공간을 통해 상기 딥핑 플레이트(511)가 슬라이드 이동될 수 있고, 상기 장착유닛(520)은 상부 하우징(516) 또는 하부 하우징(515)에 마련될 수도 있다.
이때 상기 딥핑 플레이트(511)는 가압블록(512)을 기준으로 전후방으로 이동할 수 있다. 딥핑 플레이트(511)가 전방으로 슬라이드 이동되는 경우 상기 딥핑 플레이트(511)는 상기 본체(514)의 외부로 돌출될 수 있다.
즉, 상기 딥핑 플레이트(511)가 플럭스 침지를 위하여 전방으로 슬라이드 이동되는 경우 상기 딥핑 플레이트(511)는 상기 본체(514)의 외부로 돌출되며, 상기 딥핑 플레이트(511)가 플럭스 평탄화를 위하여 전후방으로 슬라이드 이동되는 경우 상기 딥핑 플레이트(511)는 상기 본체(514)의 내부로 삽입될 수 있다.
여기서 상기 딥핑 플레이트(511)가 상기 본체(514)의 외부로 돌출되는 경우, 상기 딥핑 플레이트(511)와 상기 플립오버 픽커(300(1))의 제1 구동부(310(1))는 x-y 평면상에 적어도 일부 영역 이상이 중첩되도록 배치될 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 딥핑 플레이트(511)가 전방으로 슬라이드 이동하는 경우 상기 딥핑 플레이트(511)를 기준으로 그 상부와 하부에는 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)가 각각 마련될 수 있다.
이때 도 5를 참조하면, 상기 플립오버 픽커(300(1))의 제1 구동부(310(1))는 상기 제2 공간부(S2)에 배치될 수 있으며, 상기 제1 구동부(310(1))는 제2 공간부에 배치되는 하우징(311)을 포함하며, 상기 하우징(311) 내부에는 상기 플립오버 픽커(300(1))와 연결되는 케이블 및 진공 라인이 마련될 수 있다. 즉, 상기 플립오버 픽커(300(1))와 관련된 각종 전장요소 및 진공 라인 등을 단일의 하우징(311) 내부에 마련하여 상기 딥핑 플레이트(511)의 하부에 형성된 제2 공간부(S2)에 배치시킴으로써 본딩장치(1000)의 무효공간을 줄이고, 공간활용도를 높일 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 딥핑 플레이트(511)가 플럭스 침지를 위하여 전방으로 슬라이드 이동하는 경우, 상기 리세스(511a)와 제1 비전(800(1)) 및 플립오버 픽커(300(1))는 y축 방향과 평행한 임의의 동축(L) 상에 각각 마련될 수 있으며, 상기 가압블록(512)은 상기 y축 방향과 평행한 임의의 동축(L)으로부터 x축 방향을 따라 소정의 간격으로 이격되도록 배치될 수 있다.
이와 더불어 플립오버 픽커(300(1))의 제1 구동부(310(1))를 상기 딥핑 플레이트(511)의 하부에 형성된 제2 공간부(S2)에 배치시킴으로써 플립오버 픽커(300(1))와 플럭스 침지 유닛(500(1))을 y축 방향에 따라 근접 배치시킬 수 있고, 플립오버 픽커(300(1))와 딥핑 플레이트(511)의 리세스(511a)를 y축 방향과 평행한 임의의 동축(L) 상에 각각 배치될 수 있도록 플럭스 침지 유닛(500(1))과 플립오버 픽커(300(1))를 설치할 수 있다.
따라서 상기와 같은 구조를 통해 x축 방향의 이송횟수를 줄이고, y축 방향의 이송거리를 줄임과 동시에 본딩장치(1000)의 공간활용도를 높일 수 있다.
한편, 도 5 및 도 9를 참조하면, 상기 딥핑 플레이트(511)가 반도체 칩(10)의 플럭스 침지를 위하여 전방으로 슬라이드 이동하는 경우 상기 딥핑 플레이트(511)를 기준으로 그 상부와 하부에는 제1 공간부(S1)와 제2 공간부(S2)가 각각 마련되며, 상기 제1 공간부(S1)로 상기 본딩픽커(410(1))가 진입될 수 있다.
뿐만 아니라 상기 딥핑 플레이트(511)가 후방으로 슬라이드 이동하는 경우 상기 본딩픽커(410(1))가 상기 제1 공간부(S1)로 진입될 수 있다. 상기 딥핑 플레이트가 전후방으로 슬라이드 이동하여 플럭스를 평탄화 시킬 수 있다.
한편 상기 딥핑 플레이트(511)가 슬라이드 이동되는 경우와 달리 가압블록(512)이 이동되는 경우를 가정하면 상기 가압블록(512)이 플럭스 평탄화를 위하여 딥핑 플레이트(511)의 리세스(511a)로 슬라이드 이동되는 경우 전술한 제1 공간부(S1)가 사라지게 된다. 이와 같은 구조에서는 상기 가압블록(512)에 의한 플럭스 평탄화가 완료될 때까지 본딩픽커(410(1))가 딥핑 플레이트(511) 측으로 진입할 수 없게 된다. 이처럼 본딩픽커(410(1))의 진입시점이 가압블록(512)과의 간섭 때문에 한정되는 경우 장비 전체의 UPH에 영향을 미치게 된다. 또한, 본딩픽커(410(1))와 가압블록(512)의 간섭을 피하기 위해서는 평탄화 작업시간을 단축해야 하는 문제가 발생한다.
따라서 상기 플럭스 침지 유닛(500(1))이 상기 딥핑 플레이트(511)가 슬라이드 이동되는 구조를 갖는 경우, 플럭스 침지 또는 플럭스 평탄화 중 어느 경우에나 상기 본딩픽커(410(1))가 제1 공간부(S1)로 진입 가능하므로, 본딩픽커(410(1))의 진입을 위한 대기시간이 사라지고, 플럭스 평탄화를 위한 충분한 시간을 확보함과 동시에 장비 전체의 UPH를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 상기 장착유닛(520)은 상기 딥핍 플레이트(511)가 장착되는 레일부재(521)와 상기 레일부재(521)에 힌지(h1) 결합되며 상기 가압블록(512)의 상부를 지지하기 위한 제1 지지부재(522, 524)와 상기 제1 지지부재(522)에 힌지(h2) 결합되며 상기 가압블록(512)의 전면부를 지지하기 위한 제2 지지부재(523)를 포함할 수 있다.
일 실시태양으로 상기 제1 지지부재(522, 524)는 상기 레일부재(521)에 힌지(h1) 결합되며, 상기 가압블록(512)의 돌출부(512a)를 가압하기 위한 하부 부재(524)와 상기 제2 지지부재(523)와 힌지(h2) 결합되는 상부 부재(522)를 포함할 수 있다. 이때 상기 하부 부재(524)는 일부 영역이 상기 제2 지지부재(523)에 삽입될 수 있다.
한편, 상기 장착유닛(520)은 상기 가압부재(512)와 상기 딥핑 플레이트(511) 사이에 플럭스의 평탄화를 위한 소정의 밀착력(가압력)을 부여하는 기능을 수행한다. 이를 위하여, 상기 제1 지지부재(522, 524)와 상기 레일부재(521) 사이에 배치되는 제1 탄성부재(525)와 상기 제2 지지부재(523)와 상기 제1 지지부재(522, 524) 사이에 배치되는 제2 탄성부재(526)를 포함할 수 있다.
일 실시태양으로, 상기 제1 탄성부재(525)는 상기 제1 지지부재(522, 524)의 상부 부재(522)와 하부 부재(524) 사이에 배치될 수 있고, 상기 제2 탄성부재(526)는 상기 상부 부재(522)와 상기 제2 지지부재(523) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 탄성부재(525)와 제2 탄성부재(526)는 서로 다른 방향에서 가압블록(512)에 탄성력을 제공할 수 있으며, 일 실시태양으로, 제2 지지부재(523)가 상기 레일부재(521)에 장착된 상태에서 상기 제1 탄성부재(525)는 Z축 방향의 탄성력을 제공하고, 상기 제2 탄성부재(526)는 X축 방향의 탄성력을 제공할 수 있다.
이와 같이 서로 다른 방향의 탄성력을 제공함으로써 상기 가압블록(512)과 상기 딥핑 플레이트(511)에는 일정한 가압력이 유지될 수 있으며, 플럭스 평탄화 공정의 신뢰성을 확보할 수 있다.
한편, 상기 제2 지지부재(523)에는 걸림돌기(523a)가 마련되고, 상기 레일부재(521)에는 상기 걸림돌기(523a)가 결합되는 걸림턱(521a)이 마련될 수 있으며, 이때 상기 걸림턱(521a)은 본체(514)의 측부에 위치될 수 있다. 이와 같이 상기 장착유닛(520)의 체결부(523a, 521a)가 본체(514)의 상부에 마련되지 않고 측부에 위치됨에 따라 본딩픽커(410(1))와의 간섭을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 도 5 및 도 9를 참조하면, 전술한 바와 같이 상기 딥핑 플레이트(511)는 플럭스 침지를 위하여 상기 가압블록(512)을 기준으로 전방으로 슬라이드 이동되고, 플럭스 평탄화를 위하여 상기 가압블록(512)을 기준으로 전후방으로 슬라이드 이동될 수 있다.
이때, 상기 딥핑 플레이트(511)가 상기 가입블록(512)을 기준으로 전방으로 슬라이드 이동되는 경우, 상기 딥핑 플레이트(511)는 상기 제2 구동부(513)로부터 멀어지는 방향으로 이동되고, 상기 딥핑 플레이트(511)가 상기 가입블록(512)을 기준으로 후방으로 슬라이드 이동되는 경우, 상기 딥핑 플레이트(511)는 상기 제2 구동부(513)와 가까워지는 방향으로 이동된다.
도 5를 참조하면, 상기 반도체 칩(10)에는 소정의 피치(P)를 갖는 범프 패턴(11)이 마련되고, 상기 플럭스 침지 유닛(500(1))의 상기 딥핑 플레이트(511)에는 플럭스(f)가 수용된 리세스(511a)가 마련된다. 전술한 바와 같이 상기 딥핑 플레이트(511)는 가압블록(512)을 기준으로 전후방 이동 가능하다. 딥핑 플레이트(511)가 플럭스 침지를 위하여 상기 가압블록(512)을 기준으로 전방으로 슬라이드 이동되면(도 9의 (a)참조), 상기 반도체 칩(10)을 흡착하고 있는 본딩픽커(410(1))는 상기 범프 패턴(11)에 플럭스(f)를 도포하기 위하여 상기 딥핑 플레이트(511)의 리세스(511a)로 승강된다. 이후 어느 한 반도체 칩(10)의 플럭스 도포가 완료되면, 상기 딥핑 플레이트(511)는 플럭스 평탄화를 위하여 상기 가압블록(512)을 기준으로 전후방으로 슬라이드 이동된다(도 9의 (b)).
한편, 상기 딥핑 플레이트(511)가 슬라이드 이동 가능한 구조를 갖는 플럭스 침지 유닛(500(1))은 플럭스를 균일하게 도포할 수 있도록, 딥핑 플레이트의 플럭스를 평탄화시키는 효과를 갖는다.
구체적으로, 도 5를 참조하면, 어느 한 반도체 칩(10)의 플럭스(f) 침지가 완료되면 상기 리세스(511a)에 수용된 플럭스(f)에는 상기 소정의 피치(P)를 갖는 범프 패턴(11)에 대응되는 함몰부(31) 패턴이 형성될 것이다. 이러한 함몰부(31) 패턴은 제1 딥핑영역으로 지칭될 수 있다.
이때 상기와 같은 함몰부들(31)에 차기 반도체 칩의 플럭스 도포가 이루어지는 경우 함몰부들(31)에 의하여 차기 반도체 칩의 범프들에는 플럭스(f)가 균일하게 정량 도포되지 않을 수 있다. 즉, 플럭스 평탄화를 위하여 딥핑 플레이트(511)의 슬라이드 이동이 완료된 이후에도 상기 함몰부(31)들이 균일하게 평탄화되지 않을 수 있다. 구체적으로 딥핑 플레이트(511)의 슬라이드 이동에 의한 플럭스의 평탄화가 이루어지더라도 플럭스의 양이나 상태 또는 가압 블록과 딥핑 플레이트의 밀착력 등에 따라 1회의 평탄화 작업만으로는 상기 함몰부들(31)이 모두 고르게 평탄해지지 않을 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 이전 반도체 칩(10)의 플럭스 침지에 따른 제1 딥핑영역의 함몰부(31)들과 차기 반도체 칩의 플럭스 침지에 따른 제2 딥핑영역의 함몰부들이 중첩되지 않도록 상기 딥핑 플레이트가 상기 범프 패턴의 피치(P)보다 작은 간격(예를 들어 범프 패턴의 피치의 ½ 거리)만큼 추가로 슬라이드 이동되거나, 상기 간격만큼 덜 슬라이드 이동되도록 제어될 수 있다.
상기 딥핑 플레이트(511)의 슬라이드 이동 구조를 통하여 이전 반도체 칩(10)의 범프(11)들에 의하여 형성된 함몰부(31) 이외의 영역(평탄화 영역)에 차기 반도체 칩의 플럭스 침지가 이루어지므로 평탄화 공정에서 발생될 수 있는 불확실성을 제거할 수 있고, 이에 따라 복수의 반도체 칩들에 대하여 연속적으로 이루어지는 플럭스 침지 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 5 및 도 10을 참조하면, 상기 플립칩 본딩장치(1000)는 반도체 칩(10)의 흡착 여부를 용이하게 감지할 수 있도록, 압력 조절장치(312)를 추가로 포함할 수 있다..
예를 들면, 상기 압력 조절장치(312)는 상기 플립오버 픽커(300(1))와 연결될 수 있으며, 상기 압력조절장치(312)에 의하여 반도체 칩(10)의 흡착 여부를 용이하게 감지할 수 있다.
또한, 상기 플립칩 본딩장치(1000)는 상기 본딩픽커(410(1))와 상기 압력조절장치(312) 사이에 마련된 압력센서(313)를 추가로 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 본딩픽커(410(1))와 상기 플립오버 픽커(300(1))는 반도체 칩(10)을 흡착한 상태에서 흡착하는 기능을 수행하며, 반도체 칩(10)이 실제로 흡착되었는지 여부를 정확히 감지하는 것이 중요하다. 또한, 상기 반도체 칩(10)의 흡착 및 이탈은 비교적 짧은 시간에 이루어지므로 실제로 상기 반도체 칩(10)이 흡착되었는지 이탈되었는지를 판단하는 일은 공정 상 매우 중요하다.
이하, 설명의 편의를 위하여 상기 플립오버 픽커(300(1))를 예로 들어 설명한다.
도 10을 참조하면, 상기 플립오버 픽커(300(1))와 상기 플립오버 픽커(300(1))에 흡입압을 제공하는 피아브(314) 사이에는 흡입압을 감지하기 위한 압력센서(313)가 마련되며, 상기 플립오버 픽커(300(1))와 상기 플립오버 픽커(300(1))에 흡입압을 제공하는 피아브(314) 사이에는 압력조절장치(312)가 마련된다.
이때 반도체 칩(10)의 흡착 여부를 정확히 감지하기 위하여 반도체 칩(10)이 플립오버 픽커(300(1))에 흡착되기 전에는 상기 압력조절장치(312)가 상기 플립오버 픽커(300(1))와 압력조절장치(312) 사이의 흡입압이 상기 압력조절장치(312)와 상기 피아브(314) 사이의 흡입압보다 작아지도록 조절하며, 반도체 칩(10)이 플립오버 픽커(300(1))에 흡착되는 경우 상기 압력조절장치(312)가 상기 플립오버 픽커(300(1))와 압력조절장치(312) 사이의 흡입압이 상기 압력조절장치(312)와 상기 피아브(314) 사이의 흡입압이 동일해지도록 조절한다.
구체적으로 상기 피아브(314)와 상기 플립오버 픽커(300(1)) 사이의 진공라인은 상기 압력조절장치(312)에 의하여 플립오버 픽커(300(1))와 상기 압력조절장치(312) 사이의 진공라인과 상기 압력조절장치(312)와 상기 피아브(314) 사이의 진공라인으로 구분될 수 있으며, 플립오버 픽커(300(1))와 상기 압력조절장치(312) 사이의 진공라인의 길이가 상기 압력조절장치(312)와 상기 피아브(314) 사이의 진공라인의 길이보다 짧게 형성되도록 상기 압력조절장치(312)를 위치시키는 것이 바람직하며, 상기 압력센서(313)는 플립오버 픽커(300(1))와 상기 압력조절장치(312) 사이의 진공라인에 마련되는 것이 바람직하다.
상기 피아브(314)가 상기 진공라인의 공기를 흡입함에 의하여 상기 반도체 칩(10)의 흡착이 이루어진다.
종래에는 상기 압력조절장치(312)가 없는 경우, 상기 반도체 칩(10)이 흡착되지 않은 상태에서 피아브(314)에 의해 형성되는 진공압에 비해 상기 플립오버 픽커(300(1))로 흡입되는 공기의 압력(예를 들어 대기압)이 상대적으로 너무 작기 때문에 상기 반도체 칩(10)이 흡착된 상태와 이탈된 상태에서 진공라인의 공압 차이가 작아 반도체 칩(10)의 흡착 유무를 정확히 판단하기 어려운 문제가 발생한다.
상기 압력조절장치(312)에 의하여 상기 압력조절장치(312)와 상기 피아브(314) 사이의 진공라인에 걸리는 흡입압은 반도체 칩(10)의 흡착여부와 상관없이 종래와 동일하고, 상기 플립오버 픽커(300(1))와 상기 압력조절장치(312) 사이의 흡입압은 플립오버 픽커(300(1))로 흡입되는 공기의 압력(예를 들어 대기압)과 비슷한 수준으로 유지된다. 이때 반도체 칩(10)이 흡착되거나 이탈된 경우 상기 압력센서(313)는 플립오버 픽커로 흡입되는 공기의 압력과 비슷한 수준으로 유지되고 있기 때문에, 상기 플립오버 픽커(300(1))와 상기 압력조절장치(312) 사이의 흡입압의 차이를 쉽게 감지하게 된다. 즉, 예전에는 형성되는 진공압에 비하여 유입되는 공기의 압력이 현저하게 작아서, 반도체 칩의 흡착유무를 구별하기가 어려웠다. 그러나, 본 발명에서는 압력조절장치(312)를 사용하여 유입되는 공기의 압력과 비슷한 수준으로 진공압을 형성하고 있기 때문에, 작은 압력이 유입된다 하더라도 그 차이를 더욱 쉽게 판단할 수 있어서, 반도체 칩(10)의 이탈 유무를 용이하게 알 수 있다.
만약, 압력조절장치(312)없이 피아브(314)에 의해 형성되는 진공압을 유입되는 공기의 압력과 비슷한 수준으로 형성하는 경우에는 진공 상태를 형성하는데에 많은 시간이 들어서 바람직하지 않으므로, 압력조절장치(312)를 이용하여 진공을 쉽게 형성할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치는 본딩헤드의 특정 축 방향으로의 이동횟수 및 이동거리를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치는 본딩헤드의 이송에 따른 열팽창 및 진동을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치는 공간활용도를 높이고 인접하는 작업 영역 간 부품 이송에 따른 간섭을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치는 인접하는 작업 공역에 배치된 구성부품 간의 간격을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 플립칩 본딩장치는 플럭스의 평탄화 시간을 충분히 확보하고도 장비 UPH를 향상시킬 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
W: 웨이퍼
PCB: 회로기판
f: 플럭스
10: 반도체 칩
11: 범프
100: 웨이퍼공급부
200: 웨이퍼부
300(1), 300(2): 플립오버픽커
400(1), 400(2): 본딩헤드
410(1), 410(2): 본딩픽커
430(1), 430(2): 제2 비전
500(1), 500(2): 플럭스 침지유닛
520(1), 520(2): 교정유닛
600: 프리얼라인부
610: 제3 비전
700(1), 700(2): 교정유닛
800(1), 800(2): 제1 비전
900: 본딩부
1000 : 플립칩 본딩장치

Claims (20)

  1. 반도체 칩의 상하면이 반전되도록 회전시키는 플립오버 픽커;
    상기 플립오버 픽커를 구동시키기 위한 제1 구동부;
    x-y 평면상의 임의의 위치로 이송가능하게 마련되고 상기 플립오버 픽커에 의해 상하면이 반전된 반도체 칩을 흡착하기 위한 본딩픽커를 포함하는 본딩헤드;
    상기 반도체 칩을 침지시키기 위한 플럭스를 수용하기 위한 딥핑 플레이트와 상기 플럭스를 평탄화하기 위한 가압블록 및 상기 딥핑 플레이트를 슬라이드 이동시키기 위한 제2 구동부를 포함하는 플럭스 침지유닛;
    상기 반도체 칩을 촬상하기 위한 제1 비전; 및
    상기 반도체 칩이 회로기판에 실장되는 본딩부를 포함하며,
    상기 제1 비전과 상기 플럭스 침지 유닛은 상기 본딩헤드의 x축 방향의 이동 횟수 또는 이동 거리를 줄이기 위하여 y축 방향과 평행한 임의의 동축 상에 각각 마련되고,
    상기 본딩픽커가 y축 방향과 평행한 임의의 동축을 따라 이송되는 과정에서 상기 제1 비전의 촬상이 이루어지는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  2. 반도체 칩의 상하면이 반전되도록 회전시키는 플립오버 픽커;
    상기 플립오버 픽커를 구동시키기 위한 제1 구동부;
    x-y 평면상의 임의의 위치로 이송가능하게 마련되고 상기 플립오버 픽커에 의해 상하면이 반전된 반도체 칩을 흡착하기 위한 본딩픽커를 포함하는 본딩헤드;
    상기 반도체 칩을 침지시키기 위한 플럭스를 수용하기 위한 딥핑 플레이트와 상기 플럭스를 평탄화하기 위한 가압블록 및 상기 딥핑 플레이트를 슬라이드 이동시키기 위한 제2 구동부를 포함하는 플럭스 침지유닛;
    상기 반도체 칩을 촬상하기 위한 제1 비전; 및
    상기 반도체 칩이 회로기판에 실장되는 본딩부를 포함하며,
    상기 제1 비전과 상기 플럭스 침지 유닛 및 상기 플립오버 픽커는 상기 본딩헤드의 x축 방향의 이동 횟수 또는 이동 거리를 줄이기 위하여 y축 방향과 평행한 임의의 동축 상에 각각 마련되고,
    상기 본딩픽커가 y축 방향과 평행한 임의의 동축을 따라 이송되는 과정에서 상기 반도체 칩의 흡착과 플럭스 침지 및 반도체 칩의 촬상이 각각 이루어지는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 딥핑 플레이트는 상기 가압블록을 기준으로 전후방으로 슬라이드 이동되는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 딥핑 플레이트에는 플럭스를 수용하기 위한 리세스가 마련되며,
    상기 딥핑 플레이트가 전방으로 슬라이드 이동하는 경우, 상기 리세스와 제1 비전은 y축 방향과 평행한 임의의 동축 상에 각각 마련되는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 딥핑 플레이트가 전방으로 슬라이드 이동하는 경우 상기 딥핑 플레이트를 기준으로 그 상부와 하부에는 제1 공간부와 제2 공간부가 각각 마련되며, 상기 제1 공간부로 상기 본딩픽커가 진입 가능한 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 딥핑 플레이트가 플럭스 평탄화를 위하여 후방으로 슬라이드 이동하는 경우 상기 본딩픽커는 상기 제1 공간부로 진입 가능한 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    제1 구동부는 상기 제2 공간부에 배치되는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 구동부는 제2 공간부에 배치되는 하우징을 포함하며,
    상기 하우징 내부에는 상기 플립오버 픽커와 연결되는 케이블 및 진공 라인이 마련되는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 플럭스 침지유닛은 제2 구동부가 마련되는 본체와 상기 본체에 가압블록을 장착시키기 위한 장착유닛을 포함하며,
    상기 딥핑 플레이트가 전방으로 슬라이드 이동되는 경우 상기 딥핑 플레이트는 상기 본체의 외부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 딥핑 플레이트가 상기 본체의 외부로 돌출되는 경우, 상기 딥핑 플레이트와 제1 구동부는 x-y 평면상에 적어도 일부 영역 이상이 중첩되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 장착유닛은 상기 딥핑 플레이트가 장착되는 레일부재와 상기 레일부재에 힌지 결합되며 상기 가압블록의 상부를 지지하기 위한 제1 지지부재와 상기 제1 지지부재에 힌지 결합되며 상기 가압블록의 전면부를 지지하기 위한 제2 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2 지지부재에는 걸림돌기가 마련되고,
    상기 레일부재에는 상기 걸림돌기가 결합되는 걸림턱이 마련되는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 걸림턱은 본체의 측부에 위치되는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 지지부재와 상기 레일부재 사이에 배치되는 제1 탄성부재와 상기 제2 지지부재와 상기 제1 지지부재 사이에 배치되는 제2 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 탄성부재와 제2 탄성부재는 서로 다른 방향에서 가압블록에 탄성력을 제공하는 것을 특징으로 하는 플립칭 본딩장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    가압블록은 상기 y축 방향과 평행한 임의의 동축으로부터 x축 방향을 따라 소정의 간격으로 이격되도록 배치된 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  19. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본딩헤드를 x축 방향으로 이송시키기 위한 제1 이송라인과 상기 본딩헤드를 y축 방향으로 이송시키기 위한 제2 이송라인을 추가로 포함하며,
    상기 제1 이송라인과 제2 이송라인은 중첩된 갠트리 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
  20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플립오버 픽커에 흡입압을 제공하기 위한 피아브;
    외부로부터 유입되는 흡입압과 동일하거나 비슷한 수준의 압력으로 유지되어 반도체 칩의 흡착여부를 감지할 수 있는 압력조절장치; 및
    상기 플립오버 픽커와 상기 압력조절장치 사이에 마련된 압력센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 본딩장치.
KR1020120108058A 2012-09-27 2012-09-27 플립칩 본딩장치 KR101360007B1 (ko)

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