KR101456138B1 - 레이저 칩 본딩기의 칩 공급장치 - Google Patents

레이저 칩 본딩기의 칩 공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 스테이지 모듈(10), 이젝션 모듈(20), 플리퍼 모듈(30) 및 픽업 모듈(40)로 구성되되 웨이퍼 스테이지 모듈(10)은 X,Y,Z방향으로 구동되도록 하고, 이젝션 모듈(20)은 Z방향 및 T방향으로 구동되도록 하며, 픽업 모듈(40)의 픽업 헤드(41)는 X, Y, Z 및 T 방향으로 구동이 되도록 하여 픽업 전에 웨이퍼에서 이젝트 된 칩과 이젝터의 니들 유닛 간의 틀어짐 즉, T방향 정렬을 수행하고, 칩 픽업 후에는 칩 트랜스퍼 중심을 기준으로 픽업 헤드를 X,Y,T방향으로 움직여서 최종 얼라인먼트를 수행한 후 헤드 가압 툴에 정확한 포지션으로 전달할 수 있도록 한 것이다

Description

레이저 칩 본딩기의 칩 공급장치{CHIP SUPPLYING DEVICE FOR LASER CHIP BONDER}
본 발명은 레이저 칩 본딩기의 칩 공급장치에 관한 것으로, 웨이퍼 스테이지 모듈, 이젝션 모듈, 플리퍼 모듈 및 픽업 모듈로 구성되되 웨이퍼 스테이지 모듈은 X,Y,Z방향으로 구동되도록 하고, 이젝션 모듈은 Z방향 및 T방향으로 구동되도록 하며, 픽업 모듈의 픽업 헤드는 X, Y, Z 및 T 방향으로 구동이 되도록 하여 픽업 전에 웨이퍼에서 이젝트 된 칩과 이젝터의 니들 간의 틀어짐 즉, T방향 정렬을 수행하고, 칩 픽업 후에는 칩 트랜스퍼 중심을 기준으로 픽업 헤드를 X,Y,T방향으로 움직여서 최종 얼라인먼트를 수행한 후 헤드 가압 툴에 정확한 포지션으로 전달할 수 있도록 한 것이다.
반도체 기술의 비약적인 발전에 의해 각종 전자기기는 더욱 소형화 및 경량화되고 있는데, 이러한 소형 경량화된 전자기기를 위한 반도체 칩인 플립 칩(flip chip)은 기판에 실장할 때 별도의 와이어나 BGA(Ball Grid Array)를 사용하지 않고 칩의 아래 면에 배치된 전극 패턴을 이용하여 그대로 접합시킬 수 있도록 되어 있다.
한편, BGA(Ball Grid Array) 칩이나 플립 칩(flip chip)은 전극이 형성되지 않은 면이 웨이퍼(wafer)의 상부 면에 맞닿은 형태로 제작되는데, 이에 의해 기판에 실장(mount) 시 칩을 반전(反轉; flip)시키는 공정이 수반되어야 한다.
따라서, 종래의 칩 공급장치에서는 웨이퍼에서 칩을 픽업(pick-up)하여 반전시킨 후 본딩기로 공급하기 위하여 웨이퍼가 안착된 스테이지는 X,Y축으로만 이동하도록 되어 있고, 칩을 픽업하기 위한 픽업 헤드는 위치 정렬을 위해 X,Y,Z축은 물론 Z축을 중심으로 회전하는 축이 구비되어 있어 픽업 헤드의 무게가 무겁고, 픽업 헤드의 과도한 무게로 인해 Z축 이동시 관성이 크게 발생하여 미세 조정이 힘들어지게 되어 미세조정에 상당한 시간이 소요되는 것은 물론 미세조정의 한계가 대략 7㎛에 불과하였다.
본 발명과 관련된 종래기술로는 공개특허 제10-2012-0101868호의 반도체 칩 이송장치, 공개특허 제10-1997-0018297호의 회전운동을 하는 픽업 툴을 구비하는 다이본딩 장치, 공개특허 제10-2009-0131863호의 플립칩 본딩장치, 공개특허 제10-2011-0073453호의 부품 실장 장치 및 부품 실장 방법, 공개특허 제10-2012-0046873호의 반도체 칩 실장장치, 공개특허 제10-2013-0096976호의 플립칩 본딩장치 등이 개시되어 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 칩을 픽업하여 기판 위에 본딩하기 위한 본딩기로 공급하기 위한 레이저 칩 본딩기의 칩 공급장치를 제공하되, 칩의 픽업 전에 칩과 니들의 틀어짐 각도를 정렬할 수 있도록 하고, 칩의 픽업 후에는 칩을 칩 트랜스퍼 중심을 기준으로 정렬하여 공급할 수 있도록 함으로써 웨이퍼에서 칩을 이젝트하여 레이저 본딩기로 정확하게 공급할 수 있는 침 공급장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예에서는 웨이퍼의 칩을 픽업하여 기판 위에 본딩하기 위한 본딩기로 공급하기 위한 레이저 칩 본딩기의 칩 공급장치로, 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 스테이지 모듈, 웨이퍼에서 칩을 분리시키는 이젝션 모듈, 칩을 뒤집어 주는 플리퍼 모듈 및 뒤집어진 칩을 픽업하여 칩 트랜스퍼로 공급하기 위한 픽업 모듈로 구성되되 상기 웨이퍼 스테이지 모듈은 X,Y,Z방향으로 구동되도록 하고, 이젝션 모듈은 Z방향 및 T방향으로 구동되도록 하며, 픽업 모듈의 픽업 헤드는 X, Y, Z 및 T 방향으로 구동이 되도록 하여 픽업 전에 웨이퍼의 T방향에 대한 틀어짐 오차로 인해 칩의 픽업 진행시 칩과 니들간의 수평이 맞지 않게 되고 칩이 파손되는 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 플리퍼 모듈에 구비된 상하시안 비젼의 하부 비전에 의해 칩과 니들의 각도를 정렬하는 과정을 수행하고, 칩 픽업 후에는 칩 트랜스퍼에 공급하기 전에 플리퍼 모듈에 구비된 상하시안 비전의 상부비전이 칩 외곽 또는 솔더볼 중심을 인식하여 센터를 구해서 칩 트랜스퍼 중심을 기준으로 X,Y,T방향으로 움직여서 최종 얼라인먼트를 수행한 후 헤드 가압툴에 정확한 포지션으로 전달할 수 있도록 한 레이저 칩 본딩기의 칩 공급장치를 제공한다.
바람직하기에 이젝션 모듈은 칩을 픽업하기 위해 칩을 웨이퍼로부터 분리시키는 것으로, 이는 복수의 니들로 이루어진 니들 유닛, 상기 니들 유닛이 수용되는 이젝터 케이스, 상기 니들 유닛을 Z방향으로 이동시키기 위한 서보 모터, 상기 니들 유닛을 T방향으로 이동시켜 칩과 니들의 각도를 조정(정렬)하기 위한 또 다른 서보 모터, 상기 이젝션 모듈을 수동으로 조정하기 위한 수동조정부, 진공 흡착을 이용하여 UV테이프를 고정하기 위한 석션부 및 상기 이젝션 모듈을 up/down시키기 위한 에어 실린더를 포함하여 이루어진다.
또, 플리퍼 모듈은 웨이퍼에서 칩을 집어 올리는 칩 플리퍼, 상기 칩 플리퍼의 회전 및 상,하 승강 운동을 위한 서보 모터, 웨이퍼 상의 칩을 탐색하여 웨이퍼 모듈의 위치조정 및 이젝트 모듈의 니들과 칩의 각도를 조정하고 칩의 픽업 후에는 픽업 모듈을 칩 트랜스퍼의 중심에 맞게 정렬하기 위하여 상,하부 비젼을 구비한 상하시안 비젼 및 상기 상하시안 비젼을 X,Y,Z방향에 대하여 수동으로 조정하기 위한 수동 스테이지를 포함하여 이루어진다.
또한, 픽업 모듈은 픽업 헤드, 상기 픽업 헤드에 의해 픽 업(pick-up) 된 칩의 각도(T)를 조정하기 위한 서보 모터, 상기 픽업 헤드를 X,Y,Z방향으로 이동시키기 위한 3개의 서보 모터를 포함하여 이루어진다.
상술한 본 발명의 실시 예에 의하면, 레이저 칩 본딩기로 칩을 공급하기 위한 장치가 웨이퍼 스테이지 모듈, 이젝션 모듈, 플리퍼 모듈 및 픽업 모듈로 구성되되 웨이퍼 스테이지 모듈이 X,Y,Z방향으로 구동되도록 하고, 픽업 모듈의 픽업 헤드는 X, Y, Z, T 방향으로 구동이 되도록 하여 칩의 픽업 전에는 플리퍼 모듈의 상하시안 비젼의 하부 비젼에 의해 웨이퍼 상의 칩을 검사하여 칩과 이젝션 모듈의 니들 간의 T방향 각도 틀어짐을 해소할 수 있도록 정렬을 수행하고, 픽업 후에는 플리퍼 모듈에 구비된 상하시안 비전의 상부비전이 칩 외곽 또는 솔더볼 중심을 인식하여 센터를 구한 후 픽업모듈을 칩트랜스퍼 중심을 기준으로 움직여서 얼라인먼트를 수행함으로써 헤드 가압툴에 정확한 포지션으로 전달할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 의한 레이저 칩 본딩기의 칩 공급장치를 도시한 정면도,
도 2는 웨이퍼 스테이지 모듈의 사시도,
도 3은 이젝션 모듈의 사시도,
도 4는 칩 플리퍼 모듈의 사시도,
도 5는 칩 픽업 모듈의 사시도이다.
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 레이저 칩 본딩기의 칩 공급장치 구조가 도시되어 있는데, 본 실시 예의 칩 공급장치는 도시 안 된 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 스테이지 모듈(10), 웨이퍼 스테이지 모듈에 안착된 웨이퍼에서 낱개의 칩을 분리시키는 이젝션 모듈(20), 이젝션 모듈에 의해 웨이퍼에서 분리된 칩을 반전시키는 플리퍼 모듈(30) 및 반전된 칩을 픽업하여 칩 트랜스퍼에 공급하는 픽업 모듈(40)로 구성되어 있다.
즉, 본 실시 예에 의한 칩 공급장치는 웨이퍼 스테이지 모듈(10) 위에 웨이퍼가 로딩되게 되면, 하부 비젼이 웨이퍼 상의 칩을 비젼검사하여 이젝션 모듈이 T방향의 정렬을 수행하며, 이젝션 모듈(20)에 의해 웨이퍼의 칩이 분리되어 소정의 높이까지 상승한 후, 이젝션 모듈(20)의 니들이 상승한 상태에서 플리퍼 모듈(30)이 하강하여 칩을 석션에 의해 집어들어서 반전(flip)시키고, 다시 소정의 높이까지 상승시키면, 픽업 모듈(40)의 픽업 헤드가 비젼 검사를 수행하여 칩 트랜스퍼의 중심에 맞추어 칩을 정렬한 후 도시 안 된 칩 트랜스퍼에 의해 레이저 본딩기로 칩을 전달하도록 되어 있다.
상기 웨이퍼 스테이지 모듈(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 칩을 픽업하기 위해 웨이퍼를 원하는 위치로 이동시키기 위한 것으로, 이는 베이스 플레이트(11) 위에 제1스테이지(12)가 X방향으로 이동가능하게 설치되고, 상기 제1스테이지(12) 위에 제2스테이지(13)가 Y방향으로 이동가능하게 설치되며, 상기 제2스테이지(13) 위에 웨이퍼가 안치되는 웨이퍼 프레임 홀더(14)가 Z방향으로 조정가능하게 설치되어 있다.
상기 제1스테이지(12)와 제2스테이지(13)는 각각 엘엠 가이드에 의해 X 및 Y방향으로의 정확한 위치 이동이 안내되도록 되어 있다.
또, 상기 웨이퍼 프레임 홀더(14)의 내측에는 웨이퍼 익스펜딩 링이 설치되어 있다.
도면 중 부호 15는 제1스테이지(12)를 X방향으로 이동시키기 위한 서보 모터이고, 부호 16은 제2스테이지(13)를 Y방향으로 이동시키기 위한 서보 모터이며, 부호 17은 웨이퍼 프레임 홀더(14)를 Z방향으로 이동시키기 위한 서보 모터이다.
한편, 상기 웨이퍼 스테이지 모듈(10)의 하부에는 도면상으로는 도시되어 있지 않지만 칩의 픽업 진행시 UV테이프를 팽팽하게 유지시키기 위한 핫 에어 블로워(hot air blower)가 설치되어 있다.
상기 이젝션 모듈(20)은 도 3에 도시된 바와 같이 웨이퍼로부터 칩을 픽업하기 위해 칩을 웨이퍼로부터 분리시키는 역할을 하는 것으로, 이는 복수의 니들이 구비된 니들 유닛(21), 상기 니들 유닛(21)이 수용되는 이젝터 케이스(22), 상기 니들 유닛(21)을 Z방향으로 이동시키기 위한 캠 구동방식의 서보 모터(23), 상기 니들 유닛(21)을 방향으로 이동시켜 칩과 니들의 각도를 조정하기 위한 또 다른 서보 모터(24), 상기 이젝션 모듈(20)을 수동으로 조정하기 위한 수동조정부(25), 진공 흡착을 이용하여 UV테이프를 고정하기 위한 석션부(26) 및 상기 이젝션 모듈(20)을 업(up)/다운(down)시키기 위한 에어 실린더(27)를 포함하여 이루어져 있다.
한편, 상기 서보 모터(24)는 웨이퍼 스테이지 모듈(10)에 웨이퍼를 로딩할 때 일정하게 로딩되지 않고 오차가 발생하게 되며, 웨이퍼 UV테이프 부착시에도 오차가 발생하게 되며, 웨이퍼의 T방향에 대한 틀어짐 오차로 인해 칩의 픽업 진행시 칩과 니들의 수평이 맞지 않게 되어 칩의 파손이 발생할 우려가 있어 칩과 니들 간의 각도를 조절하기 위해 사용된다.
상기 플리퍼 모듈(30)은 도 4에 도시된 바와 같이 이젝션 모듈(20)에 의해 웨이퍼로부터 분리된 칩을 픽업(pick-up)하여 반전시키는 역할을 하는 것으로, 웨이퍼에서 칩을 집어 올리는 칩 플리퍼(31), 상기 칩 플리퍼(31)의 회전 및 상,하 승강운동을 위한 서보 모터(32), 픽업 전 웨이퍼 상의 칩을 탐색하여 웨이퍼 스테이지 모듈(10)과 이젝션 모듈(20)을 조정하고, 픽업 후에는 픽업된 칩을 탐색하여 픽업 모듈(40)을 조정하기 위한 상,하부 비젼을 구비한 상하시안 비젼(33) 및 상기 상하시안 비젼(33)을 X,Y,Z 방향에 대하여 수동으로 조정하기 위한 수동 스테이지(34)를 포함하여 이루어져 있다.
본 실시 예에서 상기 플리퍼 모듈(30)에 장착된 상하시안 비젼(33)의 구성은 본 발명이 속한 칩 공급장치 분야에서 통상의 당업자에 의해 자명한 사항이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 픽업 모듈(40)은 도 5에 도시된 바와 같이 플리퍼 모듈(30)에 의해 반전된 칩을 본딩기로 이동하기 위한 칩 트랜스퍼에 공급하는 역할을 하는 것으로, 이는 픽업 헤드(41), 상기 픽업 헤드(41)에 의해 픽업(pick-up) 된 칩의 각도(T)를 조정하기 위한 서보 모터(42), 그리고 상기 픽업 헤드(41)를 X,Y,Z방향으로 이동시키기 위한 3개의 서보 모터(43,44,45)를 포함하여 이루어져 있다.
이와 같이 구성된 본 실시 예의 칩 공급장치를 사용하여 웨이퍼의 칩을 칩 본딩기 측으로 공급하는 과정에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 웨이퍼 스테이지 모듈(10) 위에 웨이퍼(도시 안 됨)가 로딩되면, 웨이퍼 스테이지 모듈(10)의 서보 모터(17)가 동작하여 웨이퍼 프레임 홀더(14)가 Z방향으로 하강하여 UV테이프의 익스펜딩이 진행되어 웨이퍼 상의 칩을 픽업하기 용이한 상태가 되도록 한다.
이와 같은 상태에서 플리퍼 모듈(30)의 상하시안 비젼(33)의 하부 비젼이 웨이퍼 상의 픽업할 칩 외곽을 인식하여 칩 센터를 구하고, 칩 중심으로 웨이퍼 스테이지 모듈(10) 즉, 제1스테이지(12)와 제2스테이지(13)를 각각 X,Y방향으로 이동한다.
다음으로는, 이젝션 모듈(20)의 니들이 웨이퍼 스테이지 모듈과 T각도를 정렬하기 위해 작동되어 T각도를 정렬한 후, Z방향으로 상승하여 웨이퍼의 칩을 소정의 높이까지 상승시키게 되고, 이젝션 모듈(20)의 니들(21)이 상승한 상태에서 플리퍼 모듈(30)이 하강하여 칩을 석션에 의해 집어들어서 반전시키고, 반전된 상태에서 소정의 높이까지 상승시킨다.
그 다음으로는 칩이 소정의 높이까지 상승된 상태에서 픽업 모듈(40)의 픽업 헤드(41)가 하강하여 집어들게 되고, 이와 같은 상태에서 플리퍼 모듈(30)의 상하시안 비젼(33)의 상부 비젼이 칩의 외곽 또는 솔더볼 센터를 구하여 최종 칩 센터를 구한다.
마지막으로, 픽업모듈(40)의 픽업 헤드(41)가 칩 트랜스퍼(도시 안 됨) 기준 센터 위치로 이동하여 칩을 칩 트랜스퍼에 반송하게 되며, 칩 트랜스퍼는 레이저 본딩기로 칩을 공급하여 본딩공정을 수행하게 된다.
10 : 웨이퍼 스테이지 모듈
11 : 베이스 플레이트
12 : 제1스테이지
13 : 제2스테이지
14 : 웨이퍼 프레임
15,16,17 : 서보 모터
20 : 이젝션 모듈
21 : 니들
22 : 이젝터 케이스
23,24 : 서보 모터
25 : 수동조정부
26 : 석션부
27 : 에어 실린더
30 : 플리퍼 모듈
31 : 칩 플리퍼
32 : 서보 모터
33 : 인스펙션 비젼
34 : 수동 스테이지
40 : 픽업 모듈
41 : 픽업 헤드
42,43,44,45 : 서보 모터

Claims (5)

  1. 웨이퍼의 칩을 픽업하여 기판 위에 본딩하기 위한 본딩기로 공급하기 위한 레이저 칩 본딩기의 칩 공급장치로,
    웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 스테이지 모듈(10); 상기 웨이퍼 스테이지에 안착된 웨이퍼에서 칩을 분리시키는 이젝션 모듈(20); 상기 이젝션 모듈(20)에 의해 웨이퍼에서 분리된 칩을 반전시키는 플리퍼 모듈(30); 및 상기 플리퍼 모듈(30)에 의해 반전된 칩을 픽업하여 레이저 칩 본딩기로 공급하는 픽업 모듈(40);로 구성되되 상기 웨이퍼 스테이지 모듈(10)은 베이스 플레이트(11) 위에 제1스테이지(12)가 X방향으로 이동가능하게 설치되고, 상기 제1스테이지(12) 위에 제2스테이지(13)가 Y방향으로 이동가능하게 설치되며, 상기 제2스테이지(13) 위에 웨이퍼가 안치되는 웨이퍼 프레임 홀더(14)가 Z방향으로 조정가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 칩 본딩기의 칩 공급장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이젝션 모듈(20)은 복수의 니들(21), 상기 복수의 니들로 이루어진 니들 유닛(21), 상기 니들 유닛(21)이 수용되는 이젝터 케이스(22), 상기 니들 유닛(21)을 Z방향으로 이동시키기 위한 서보 모터(23), 상기 니들 유닛(21)을 방향으로 이동시켜 칩과 니들의 각도를 조정하기 위한 또 다른 서보 모터(24), 상기 이젝션 모듈(20)을 수동으로 조정하기 위한 수동조정부(25), 진공 흡착을 이용하여 UV테이프를 고정하기 위한 석션부(26) 및 상기 이젝션 모듈(20)을 업(up)/다운(down)시키기 위한 에어 실린더(27)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 칩 본딩기의 칩 공급장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 플리퍼 모듈(30)은 웨이퍼에서 칩을 집어 올리는 칩 플리퍼(31), 상기 칩 플리퍼(31)의 회전 및 상,하 승강운동을 위한 서보 모터(32), 픽업 전 웨이퍼 상의 칩을 탐색하여 웨이퍼 스테이지 모듈(10)과 이젝션 모듈(20)을 조정하고, 픽업 후에는 픽업된 칩을 탐색하여 픽업 모듈(40)을 조정하기 위한 상,하부 비젼을 구비한 상하시안 비젼(33) 및 상기 상하시안 비젼(33)을 X,Y,Z 방향에 대하여 수동으로 조정하기 위한 수동 스테이지(34)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 칩 본딩기의 칩 공급장치.
  5. 삭제
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