KR101408729B1 - 템플릿의 캐버티들에 강자성 물질을 포함하는 용융된솔더를 주입하는 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 - Google Patents

템플릿의 캐버티들에 강자성 물질을 포함하는 용융된솔더를 주입하는 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

템플릿의 캐버티들에 용융된 솔더를 주입하는 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 있어서, 상기 용융된 솔더는 강자성 물질을 포함하며, 프로세스 챔버 내에는 상기 용융된 솔더를 제공하기 위한 노즐이 배치된다. 상기 노즐은 상기 템플릿의 표면 부위에 접촉되며, 구동부는 상기 템플릿과 상기 노즐 사이에서 상대적인 미끄러짐 운동을 발생시킨다. 상기 상대적인 운동 중에 상기 용융된 솔더에는 자기력이 인가되며, 이에 따라 상기 용융된 솔더는 상기 템플릿의 캐버티들에 순차적으로 주입될 수 있다.

Description

템플릿의 캐버티들에 강자성 물질을 포함하는 용융된 솔더를 주입하는 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 {Method of injecting melted solder including ferromagnetic material into cavities of template and apparatus for performing the same}
본 발명은 템플릿의 캐버티들에 용융된 솔더를 주입하는 방법과 이를 수행하기 위한 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 주입하는 방법과 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
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.
특히, C4NP(controlled collapse chip connection new process) 기술은 낮은 비용으로 미세 피치를 구현할 수 있으며 반도체 장치의 신뢰도를 향상시킬 수 있다 는 장점으로 인해 크게 주목받고 있다. 상기 C4NP 기술의 예는 미합중국 특허 제5,607,099호, 제5,775,569호, 제6,025,258호, 등에 개시되어 있다.
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.
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.
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.
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 있 다. 상기 용융된 솔더는 상기 인젝션 헤드가 슬라이딩 운동하는 동안 상기 진공압에 의해 상기 셀들에 순차적으로 채워진다.
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.
본 발명의 제1 목적은 템플릿의 캐버티들에 용융된 솔더를 주입하기 위한 개선된 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제2 목적은 상술한 바와 같은 개선된 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는데 있다.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 용융된 솔더의 주입 방법은 밀폐된 공간 내에 다수의 캐버티들이 형성된 표면 부위를 갖는 템플릿을 위치시키는 단계와, 강자성 물질을 포함하는 용융된 솔더를 제공하기 위한 노즐을 상기 템플릿의 표면 부위에 접촉시키는 단계와, 상기 용융된 솔더가 상기 캐버티들에 순차적으로 주입되도록 상기 템플릿과 상기 노즐 사이에서 상대적인 미끄러짐 운동을 발생시키면서 상기 용융된 솔더에 자기력을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 노즐은 상기 솔더의 용융점 이상의 온도로 유지될 수 있으며, 상기 템플릿은 상기 솔더의 용융점보다 낮은 온도로 유지될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 용융된 솔더를 상기 캐버티들에 주입하는 동안 상기 자기력을 제공하는 부재를 상기 템플릿에 대하여 상기 노즐과 함께 상대적으로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 템플릿은 상기 캐버티들이 형성된 몰드 영역과 상기 몰드 영역을 감싸는 주변 영역을 가질 수 있으며, 상기 자기력은 상기 몰드 영역을 스캔하는 동안 선택적으로 인가될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 용융된 솔더를 상기 캐버티들에 주입하는 동안 상기 공간은 대기압보다 낮은 압력으로 유지될 수 있으며, 상기 노즐 내부는 상기 공간의 압력보다 높은 압력으로 유지될 수 있다.
상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 용융된 솔더를 주입하기 위한 장치는 다수의 캐버티들이 형성된 표면 부위를 갖는 템플릿을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에 배치되며 강자성 물질을 포함하는 용융된 솔더를 제공하기 위한 노즐과, 상기 노즐을 상기 템플릿의 표면 부위에 접촉시키고 상기 템플릿과 상기 노즐 사이에서 상대적인 미끄러짐 운동을 발생시키는 구동부와, 상기 상대적인 미끄러짐 운동 중에 상기 용융된 솔더가 상기 캐버티들에 순차적으로 주입되도록 상기 용융된 솔더에 자기력을 인가하는 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 용융된 솔더의 주입 장치는 상기 템플릿을 지지하는 척과, 상기 노즐을 상기 솔더의 용융점보다 높은 온도로 유지시키기 위하여 상기 노즐과 연결된 제1 히터와, 상기 템플릿의 온도를 상기 솔더의 용융점보다 낮은 온도로 유지시키기 위하여 상기 척과 연결된 제2 히터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 자기력 인가 부재는 상기 척을 중심으로 상기 노즐에 대향하여 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 용융된 솔더 주입 장치는 상기 템플릿에 대하여 상기 노즐과 함께 상기 자기력 인가 부재를 상대적으로 이동시키기 위하여 상기 자기력 인가 부재와 연결된 제2 구동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 템플릿은 상기 캐버티들이 형성된 몰드 영역과 상기 몰드 영역을 감싸는 주변 영역을 가질 수 있으며, 상기 자기력 인가 부재는 상기 몰드 영역을 스캔하는 동안 선택적으로 자기력을 인가하는 전자석을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 용융된 솔더 주입 장치는 상기 용융된 솔더를 상기 캐버티들에 주입하는 동안 상기 챔버 내부를 대기압보다 낮은 압력으로 유지시키고, 상기 노즐 내부는 상기 챔버의 내부 압력보다 높은 압력으로 유지시키는 압력 조절부를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 용융된 솔더가 강자성 물질을 포함하고 있으므로, 상기 캐버티들에 용이하게 주입될 수 있다. 또한, 프로세스 챔버가 종래의 인젝션 헤드에 비하여 상대적으로 넓은 체적을 가지므로 노즐을 이용하여 용융된 솔더를 템플릿의 캐버티들에 주입하는 동안 압력 제어가 용이하게 수행될 수 있다.
추가적으로, 종래의 인젝션 헤드와 비교하여 노즐의 구조가 매우 단순하므로 솔더 주입 장치의 제조 비용을 절감할 수 있으며, 노즐과 템플릿 사이의 접촉 면적이 상대적으로 작기 때문에 상기 용융된 솔더의 누설을 감소시킬 수 있다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융된 솔더의 주입 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
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 8 참조)이 형성된 템플릿(20)을 지지하는 척(104)이 배치될 수 있다.
또한, 상기 프로세스 챔버(102) 내에는 용융된 솔더(10)를 제공하기 위한 노즐(110)이 배치될 수 있다. 그러나, 상기 노즐(110)은 상기 프로세스 챔버(102)를 통해 상방으로 연장할 수도 있다.
상기 노즐(110)은 솔더 물질을 수용하는 내부 공간을 갖는 하우징을 포함할 수 있으며, 상기 노즐(110)의 하단 부위에는 상기 용융된 솔더(10)를 상기 캐버티들(22)에 주입하기 위한 슬릿이 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 노즐(110)은 종래의 인젝션 헤드와 비교하여 단순한 구조를 가지므로 상기 노즐(110)의 제조 비용이 크게 절감될 수 있다.
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. 또한, 상기 용융된 솔더(10)는 강자성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co), 등을 포함할 수 있다. 특히, 상기 용융된 솔더(10)는 니켈(Ni)을 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 노즐을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 노즐(110)은 평탄한 하부면을 가질 수 있으며, 상기 하부면은 길게 연장될 수 있다.
한편, 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.
다시 도 1을 참조하면, 상기 노즐(110)은 제1 히터(112)와 연결될 수 있으 며, 상기 제1 히터(112)는 상기 노즐(110)을 상기 솔더의 용융점보다 높은 온도로 가열하기 위하여 제공될 수 있다. 즉, 상기 솔더는 상기 노즐(110) 내에서 상기 제1 히터(112)에 의해 용융될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 히터(112)는 상기 노즐(110)에 내장될 수 있으며, 전기 저항 열선을 포함할 수 있다.
상기 용융된 솔더의 주입 장치(100)는 상기 노즐(110)과 상기 척(104)에 의해 지지된 템플릿(20) 사이에서 상대적인 운동을 발생시키기 위한 구동부를 포함할 수 있다. 특히, 상기 구동부는 상기 노즐(110)의 하단 부위가 상기 템플릿(20)의 표면 부위에 접촉되도록 상기 노즐(110)을 이동시키며, 또한 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 구동부는 상기 노즐(110)을 수직 방향으로 이동시키기 위한 제1 구동부(120)와, 상기 척(104)을 수평 방향으로 이동시키기 위한 제2 구동부(122)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에 의하면, 도시되지는 않았으나, 상기 구동부는 상기 척(104)을 수직 및 수평 방향으로 이동시킬 수 있으며, 이와 다르게 상기 노즐(110)을 수직 및 수평 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 상기 구동부는 상기 척(104)을 수직 방향으로 이동시키기 위한 제1 구동부와 상기 노즐(110)을 수평 방향으로 이동시키기 위한 제2 구동부를 포함할 수도 있다.
각각의 제1 구동부(120) 및 제2 구동부(122)는 유압 또는 공압 실린더를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 각각의 제1 구동부(120) 및 제2 구동부(122)는 모터와 리니어 모션 가이드를 포함하는 단축 구동기를 포함할 수도 있다. 그러나, 상기 구동부의 구성은 다양하게 변경될 수 있으며, 본 발명의 범위는 상기 구동부의 구성에 의해 한정되지는 않을 것이다.
성기 척(104)은 제2 히터(114)와 연결될 수 있으며, 상기 제2 히터(114)는 상기 템플릿(20)의 온도를 조절하기 위하여 제공될 수 있다. 특히, 상기 제2 히터(114)는 상기 척(104) 내에 내장될 수 있으며, 전기 저항 열선을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 히터(114)는 상기 템플릿(20)의 온도를 상기 솔더의 용융점보다 낮은 온도로 조절할 수 있다. 특히, 상기 제2 히터(114)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, 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.
또한, 상기 척(104)은 내부 공간을 가질 수 있으며, 상기 내부 공간에는 자기력 인가 부재가 배치될 수 있다. 즉, 상기 자기력 인가 부재는 상기 템플릿(20)을 중심으로 상기 노즐(110)에 대향하여 배치될 수 있다. 상기 자기력 인가 부재는 상기 용융된 솔더(10)에 자기력을 인가하기 위하여 제공될 수 있다. 이는 상기 용융된 솔더(10)가 강자성 물질을 포함하고 있으므로 자기력을 이용하여 상기 용융된 솔더(10)가 보다 용이하게 상기 템플릿(20)의 캐버티들(22)에 주입되도록 하기 위함이다.
상기 자기력 인가 부재로는 전자석 또는 영구자석이 사용될 수 있다. 상기 영구 자석이 상기 자기력 인가 부재로 사용되는 경우, 상기 영구 자석은 상기 템플릿(20)의 몰드 영역(20a)과 대응하는 크기를 가질 수 있다.
상기 자기력 인가 부재로서 전자석이 사용되는 경우, 상기 전자석은 상기 캐버티들(22)에 상기 용융된 솔더(10)가 주입되는 동안 자기력을 상기 용융된 솔더(10)에 인가할 수 있다. 상기 전자석은 상기 템플릿(20)의 몰드 영역(20a)과 대응하는 크기를 가질 수 있다.
또한, 상기 전자석은 상기 템플릿(20)에 대하여 상기 노즐(110)과 함께 상대적으로 이동될 수 있다. 즉, 상기 전자석은 상기 노즐(110)과 상기 템플릿(20) 사이의 상대적인 운동에 의해 상기 노즐(110)이 상기 몰드 영역(20a)을 스캔하는 동안 상기 노즐(110)과 접하는 캐버티들(22)에 주입되는 용융된 솔더(10)에 선택적으로 자기력을 인가하도록 제어될 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이, 상기 척(104)의 내부 공간에는 전자석(106)이 이동 가능하도록 배치될 수 있으며, 상기 전자석(106)을 이동시키기 위한 제3 구동부(124)가 상기 척(104)에 연결될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2 구동부(122)는 상기 상대적인 운동을 위하여 상기 척(104)을 수평 방향으로 이동시키며, 상기 제3 구동부(124)는 상기 전자석(106)이 상기 노즐(110)과 대응하는 위치에서 유지되도록 상기 전자석(106)을 상기 척(104)의 이동 방향에 대하여 반대 방향으로 이동시킬 수 있다.
도 5 및 도 6은 도 1에 도시된 척과 자기력 인가 부재의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 구성도들이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 템플릿(20)을 지지하기 위한 척(204)은 플레이트 형태를 가질 수 있으며, 그 내부에는 제2 히터(214)가 배치될 수 있다. 또한, 상기 척(204)은 제2 구동부(222)와 연결 부재(224)를 통해 연결될 수 있다.
자기력 인가 부재는 전자석(206)을 포함할 수 있으며, 상기 전자석(206)은 상기 프로세스 챔버(202)의 하부 패널 상에 장착될 수 있다. 특히, 상기 전자석(206)은 용융된 솔더(10)를 제공하기 위한 노즐(210)과 마주하여 수직 방향으로 배치될 수 있다.
상기 제2 구동부(222)는 상기 노즐(210)이 상기 템플릿(20)에 접촉된 상태에서 수평 방향으로 상기 척(204)을 이동시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 템플릿(20)은 상기 노즐(210)과 상기 전자석(206)에 대하여 상대적으로 이동할 수 있다.
상기 용융된 솔더 주입 장치(100)는 솔더 주입 공정을 제어하기 위한 공정 제어부(130)를 포함할 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 공정 제어부를 설명하기 위한 개략도이다.
도 7을 참조하면, 상기 공정 제어부(130)는 온도 조절부(140)와 압력 조절부(150)를 포함할 수 있다.
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.
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 압력 사이의 차압에 따라 제어 신호들을 발생시키는 압력 제어부(156), 상기 압력 제어부(156)와 연결되어 상기 프로세스 챔버(102)와 상기 노즐(110) 내부로 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.
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.
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.
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.
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)를 상기 캐버티들(22)에 주입하기 위하여 상기 프로세스 챔버(102)의 내부 압력보다 높게 조절될 수 있다. 즉, 상기 노즐(110) 내부의 용융된 솔더(10)는 상기 프로세스 챔버(102)와 상기 노즐(110) 사이의 차압에 의해 상기 템플릿(20)의 캐버티들(22)에 주입될 수 있다. 한편, 상기 캐버티들(22)에 상기 용융된 솔더(10)를 주입하기 이전 및 주입한 이후에는 상기 노즐(110)의 슬릿을 통해 상기 용융된 솔더(10)가 누설되는 것을 방지하기 위하여 상기 노즐(110) 내부의 압력을 상기 프로세스 챔버(102) 내부의 압력과 동일하거나 낮게 유지할 수 있다.
결과적으로, 상기 노즐(110) 내부의 용융된 솔더(10)는 자기력 인가 부재로부터 인가되는 자기력과, 상기 프로세스 챔버(102)와 상기 노즐(110) 사이의 차압 및 상기 템플릿(20)과 상기 노즐(110) 사이의 상대적인 미끄러짐 운동에 의해 상기 템플릿(20)의 캐버티들(22)에 순차적으로 주입될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 프로세스 챔버(102)는 상기 템플릿(20)의 반입 및 반출을 위한 게이트 도어(108)를 가질 수 있다. 상기 게이트 도어(108)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.
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.
다수의 캐버티들(22)이 형성된 표면 부위를 갖는 템플릿(20)이 프로세스 챔버(102)의 게이트 도어(108)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.
상기 템플릿(20)이 로딩된 후, 상기 프로세스 챔버(102) 내부는 대기압보다 낮은 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 노즐(110)은 제1 히터(112)에 의해 상기 솔더의 용융점 이상의 온도로 가열되며, 이에 의해 상기 노즐(110) 내부에서 상기 솔더가 용융된다. 또한, 상기 노즐(110)의 내부 압력은 상기 용융된 솔더(10)가 상기 노즐(110)의 슬릿을 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.
한편, 상기 템플릿(20)은 제2 히터(114)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.
상기 프로세스 챔버(102)의 내부 압력 조절이 완료된 후, 제2 구동부(122)는 상기 척(104)에 의해 지지된 템플릿(20)을 용융된 솔더(10)를 제공하기 위한 노즐(110) 아래로 이동시키며, 이어서, 제1 구동부(120)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 상기 용융된 솔더(10)의 누설이 감소 또는 방지될 수 있다. 특히, 상기 노즐(110)과 상기 템플릿(20) 사이에서의 실링(sealing)은 실질적으로 선 접촉에 의해 구현될 수 있다.
상기 노즐(110)을 상기 템플릿(20)에 접촉시킨 후, 상기 프로세스 챔버(102)와 노즐(110) 사이의 차압이 조절된다. 상기 차압은 상기 용융된 솔더(10)를 상기 캐버티들(22)에 주입하기 위하여 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 차압은 상기 노즐(110)의 내부로 불활성 가스를 공급함으로써 조절될 수 있다.
상기 차압을 조절한 후, 상기 제2 구동부(122)는 상기 노즐(110)과 템플릿(20) 사이에서 상대적인 미끄러짐 운동을 발생시키기 위하여 상기 척(104)을 수평 방향으로 이동시킨다. 상기 상대적인 미끄러짐 운동에 의해 상기 템플릿(20)의 몰드 영역(20a)이 상기 노즐(110)과 전자석(106) 사이를 통과하는 동안 상기 전자석(106)으로부터 자기력이 상기 용융된 솔더(10)에 인가될 수 있다. 상기 용융된 솔더(10)는 강자성 물질을 포함하고 있으므로, 상기 용융된 솔더(10)의 주입이 더욱 용이하게 이루어질 수 있다. 결과적으로, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 용융된 솔더(10)는 상기 템플릿(20)의 캐버티들(22)에 순차적으로 주입될 수 있다.
한편, 상기 캐버티들(22)에 주입된 솔더(10a)는 상기 노즐(110)과 상기 템플릿(20)의 온도 차이에 의해 응고될 수 있다.
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.
상기 노즐(110) 내부의 압력을 조절한 후, 상기 제1 구동부(120)는 상기 노 즐(110)을 상방으로 이동시키고, 이어서, 상기 제2 구동부(122)는 상기 척(104)을 상기 게이트 도어(108)와 인접한 지점으로 이동시킨다.
계속해서, 상기 템플릿(20)은 상기 리프팅 유닛에 의해 상기 척(104)으로부터 언로딩되며, 상기 트랜스퍼 모듈에 의해 상기 프로세스 챔버(102)로부터 반출된다.
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, 프로세스 챔버의 체적이 상대적으로 크기 때문에 상기 프로세스 챔버 내에서 템플릿의 캐버티들에 용융된 솔더를 주입하는 동안 상기 프로세스 챔버 내부의 압력 조절이 용이하다. 따라서, 상기 솔더 주입 공정이 크게 개선될 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.
추가적으로, 상기 용융된 솔더가 강자성 물질을 포함하고 있으므로, 자기력 인가 부재에 의해 상기 용융된 솔더의 주입이 더욱 용이하게 이루어질 수 있다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융된 솔더의 주입 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 노즐을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 공정 제어부를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 도 2에 도시된 노즐의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 2에 도시된 노즐의 또 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6 및 도 7은 용융된 솔더를 템플릿의 캐버티들에 주입하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용융된 솔더의 주입 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 용융된 솔더 20 : 템플릿
22 : 캐버티 100 : 솔더 주입 장치
102 : 프로세스 챔버 104 : 척
106 : 전자석 108 : 게이트 도어
110 : 노즐 112 : 제1 히터
114 : 제2 히터 120 : 제1 구동부
122 : 제2 구동부 124 : 제3 구동부
130 : 공정 제어부 140 : 온도 조절부
142 : 제1 온도 센서 144 : 제2 온도 센서
146 : 온도 제어부 150 : 압력 조절부
152 : 제1 압력 센서 154 : 제2 압력 센서
156 : 압력 제어부 160 : 가스 제공부
162 : 가스 저장 용기 164, 176 : 온/오프 밸브
166, 178 : 질량 유량 제어기 170 : 진공 제공부
172 : 진공 펌프 174 : 버퍼 탱크

Claims (11)

  1. 밀폐된 공간 내에 다수의 캐버티들이 형성된 표면 부위를 갖는 템플릿을 위치시키는 단계;
    강자성 물질을 포함하는 용융된 솔더를 제공하기 위한 노즐을 상기 템플릿의 표면 부위에 접촉시키는 단계; 및
    상기 용융된 솔더가 상기 캐버티들에 순차적으로 주입되도록 상기 템플릿의 표면 부위에 상기 노즐이 접촉하게 상기 템플릿이 수평 방향으로 이동할 때에는 상기 노즐은 수직 방향으로 이동하고, 상기 템플릿이 수직 방향으로 이동할 때에는 상기 노즐은 수평 방향으로 이동하면서 상기 용융된 솔더에 자기력을 인가하는 단계를 포함하는 용융된 솔더의 주입 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 노즐은 상기 솔더의 용융점 이상의 온도로 유지되며, 상기 템플릿은 상기 솔더의 용융점보다 낮은 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 용융된 솔더의 주입 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자기력을 제공하는 부재는 상기 노즐과 대응하는 위치에서 유지되도록 상기 템플릿의 이동 방향과 반대 ?향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 용융된 솔더의 주입 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 템플릿은 상기 캐버티들이 형성된 몰드 영역과 상기 몰드 영역을 감싸는 주변 영역을 가지며, 상기 자기력은 상기 몰드 영역을 스캔하는 동안 선택적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 용융된 솔더의 주입 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 용융된 솔더를 상기 캐버티들에 주입하는 동안 상기 공간은 대기압보다 낮은 압력으로 유지되며 상기 노즐 내부는 상기 공간의 압력보다 높은 압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 용융된 솔더의 주입 방법.
  6. 다수의 캐버티들이 형성된 표면 부위를 갖는 템플릿을 수용하는 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되며 강자성 물질을 포함하는 용융된 솔더를 제공하기 위한 노즐;
    상기 노즐을 상기 템플릿의 표면 부위에 접촉시키고 상기 템플릿이 수평 방향으로 이동할 때에는 상기 노즐은 수직 방향으로 이동하고, 상기 템플릿이 수직 방향으로 이동할 때에는 상기 노즐은 수평 방향으로 이동하도록 구비되는 구동부; 및
    상기 템플릿이 수평 방향으로 이동할 때에는 상기 노즐은 수직 방향으로 이동하고, 상기 템플릿이 수직 방향으로 이동할 때에는 상기 노즐은 수평 방향으로 이동하는 중에 상기 용융된 솔더가 상기 캐버티들에 순차적으로 주입되도록 상기 용융된 솔더에 자기력을 인가하는 부재를 포함하는 용융된 솔더 주입 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 템플릿을 지지하는 척;
    상기 노즐을 상기 솔더의 용융점보다 높은 온도로 유지시키기 위하여 상기 노즐과 연결된 제1 히터; 및
    상기 템플릿의 온도를 상기 솔더의 용융점보다 낮은 온도로 유지시키기 위하여 상기 척과 연결된 제2 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융된 솔더 주입 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 템플릿을 지지하는 척을 더 포함하며, 상기 자기력 인가 부재는 상기 척을 중심으로 상기 노즐에 대향하여 배치되는 것을 특징으로 하는 용융된 솔더 주입 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 자기력 인가 부재와 연결되며 상기 자기력을 제공하는 부재가 상기 노즐과 대응하는 위치에서 유지되도록 상기 자기력을 제공하는 부재를 상기 템플릿의 이동 방향과 반대 ?향으로 이동시키는 제2 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융된 솔더 주입 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 템플릿은 상기 캐버티들이 형성된 몰드 영역과 상기 몰드 영역을 감싸는 주변 영역을 가지며, 상기 자기력 인가 부재는 상기 몰드 영역을 스캔하는 동안 선택적으로 자기력을 인가하는 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융된 솔더 주입 장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 용융된 솔더를 상기 캐버티들에 주입하는 동안 상기 챔버 내부를 대기압보다 낮은 압력으로 유지시키고, 상기 노즐 내부는 상기 챔버의 내부 압력보다 높은 압력으로 유지시키는 압력 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융된 솔더 주입 장치.
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