KR101555667B1 - Led 칩 픽업용 콜렛 - Google Patents

Abstract

다이본딩을 위한 LED 칩 픽업용 콜렛이 소개된다. 콜렛(30)은 불소 수지의 성형체이거나 또는 적어도 표면에 불소 수지 코팅층을 갖는다. 이러한 콜렛(30)은 다이본딩 과정에 칩 미이탈로 인한 공정 트러블을 방지한다.

Description

LED 칩 픽업용 콜렛{COLLET FOR PICKING UP LED CHIPS}

본 발명은 반도체 칩, 특히 LED용 반도체 칩을 픽업하기 위한 콜렛에 관한 것이다.

통상 웨이퍼를 절단하여 분리된 다이는 광학 및 전기적인 정밀한 검사를 통해 일정한 등급으로 분류되어 후속공정에서 반도체 칩으로 제조된다.

구체적으로 등급 분류된 다이는 등급에 따라 기판, 예로서 리드 프레임, PCB, 세라믹 기판 등에 다이본딩 및 와이어본딩되며, 그 위에 형광체 및 봉지재 충진 후 경화하는 등의 패키징 과정을 거쳐 LED 칩으로 제조된다.

백색 LED 칩은, 예로서, 청색 LED 칩 위에 실리콘 수지에 추가된 황색 형광체를 충진하여 제조된다. 황색 형광체는 청색광의 일부를 흡수하여 에너지가 보다 낮은 황색광으로 변환하며, 방출되는 청색광 일부는 보색인 황색과 합쳐져 사람의 눈에는 백색으로 보이게 된다.

이와 같은 LED 칩은 그 제조과정에서부터 백라이트 어레이 공정에 사용될 때까지 반복적인 분류나 검사를 위해 운반이 필요하고 또 패키징이나 모듈화 공정 등 자체에서도 칩의 픽업 및 로딩이 반복적으로 이루어지게 된다.

반도체 칩의 픽업 및 로딩이 필요한 대표적인 공정이 다이본딩이다. 한국공개특허 제2012-0068555호에는 다이본딩 장치가 공지되어 있는데, 장치의 헤드부에는 다이, 즉 칩을 픽업하여 리드프레임에 로딩하기 위한 픽업툴이 장착된다.

픽업툴은 헤드부에 장착하기 위한 스테인리스 재질의 홀더 하단에 콜렛이 결합된 구조를 갖는다. 칩의 진공흡입을 위해 홀더와 콜렛에는 서로 연통되는 흡입홀이 각각 마련된다. 픽업툴에 관해서는 한국등록특허 제0769111호가 본 발명에 참고될 수 있다.

종래 LED 칩 픽업용 콜렛은 베스펠(Vespel)이라고 불리는 폴리이미드(Polyimide) 수지로 제조된다. 폴리이미드 수지는 내열성, 치수안정성, 내마찰성 등이 우수하여, IC 소켓이나 커넥터 등의 전기 부품이나 반도체 칩 픽업용 콜렛 제조에 이용되고 있다.

한편 LED 칩은 앞서 언급된 것과 같이 웨이퍼 절단에 의해 개별 분리된 다이를 이용하여 패키징 하거나, 또는 웨이퍼 상태에서 형광체 및 수지 도포 후 광학특성에 따라 트리밍 한 다음, 리드프레임에 본딩하여 패키징 함을 통해 제조된다.

전자제품의 소형화 경향에 따라 반도체 칩의 크기도 갈수록 작아지는 추세에 있다. 이에 따라 반도체 칩 제조과정에 칩의 픽업 후 로딩 과정에 칩 로딩위치나 각도의 정밀성이 더욱 요구되고 있다.

한국특허공개 제2012-0068555호 한국등록특허 제0769111호 한국등록특허 제1112463호

LED 칩의 제조과정에 칩의 흡착도 중요하지만 흡착 후 이송하여 기판에 로딩하는 과정에 칩이 콜렛으로부터 잘 이탈되어 목표로 하는 위치에 정확한 각도로 안착되는 것이 중요하다.

그러나 종래의 콜렛은 칩을 기판에 로딩하는 과정에 칩이 콜렛으로부터 떨어지지 않는 문제가 종종 발생하였다. 반도체 칩 제조과정에 칩의 픽업과 본딩이 지속적으로 반복되는데 위와 같은 트러블이 생기는 경우 공정은 중단될 수밖에 없다.

특히 웨이퍼 상태에서 형광체 및 수지 도포 후 패키징을 위해 칩을 픽업하여 기판에 로딩할 때, 칩 상에 도포된 수지, 주로는 실리콘 수지는 점착성이 있어, 공정에 따라서는, 로딩 시 콜렛으로부터 잘 이탈되지 않는 오류를 야기한다.

또한 패키징된 반도체 칩을 픽업하여 다른 기판에 로딩하는 경우 마찬가지로 봉지재로 사용된 실리콘 수지로 인하여 로딩 위치가 어긋나거나 콜렛으로부터 떨어지지 않아 공정을 중단시켜야 하는 상황이 발생한다.

통상적으로 LED 제조과정에 렌즈 부위의 접촉은 선호되지 않으나 제품 설계나 공정에 따라서는 렌즈 부위를 픽업할 수밖에 없는 상황이 존재하기도 한다.

그러나 종래에는 칩 흡착 성능의 개선에 주로 관심을 두고 있었을 뿐 칩의 로딩 과정에 발생하는 여러 문제점에 대한 인식이나 개선을 하고자 하는 시도가 전혀 없었다.

본 발명은 위와 같은 문제점에 대한 인식에 기초한 것으로, LED 칩 픽업 후 로딩 과정에 칩 미이탈 혹은 불완전한 이탈로 인한 공정 트러블을 방지할 수 있는 LED 칩 픽업용 콜렛을 제공함을 목적으로 한다.

본딩 등을 위해 칩을 픽업하여 기판에 로딩하는 과정에 칩이 콜렛에 붙어 잘 떨어지지 않는 문제는 실리콘과 같은 점착성이 있는 물질이 칩에 도포되어 있기 때문이다.

따라서 본 발명에서는 LED 칩 픽업용 콜렛을 불소 수지로 제조하거나 적어도 그 표면에 불소 수지 코팅을 하는 것을 제안한다.

불소 수지는 비점착성은 물론 저마모성, 내열성 등이 우수하여 반도체 칩 픽업용 콜렛 재료로 매우 적합하다.

실시예에 따르면 불소 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)일 수 있으며, 여기에 대전방지를 위한 도전성 재료와 같은 기능성 첨가물이 포함될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 LED 칩 픽업용 콜렛에 의하면 칩 로딩 과정에 칩의 미이탈 혹은 불완전한 이탈로 인한 공정 트러블을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 LED 칩 픽업용 콜렛에 의하면 칩의 로딩 또는 접착위치와 각도의 정밀성을 보장할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 콜렛이 결합된 픽업툴의 개략도,
도 2는 도 1에 도시된 콜렛의 칩 접촉면을 보인 도면이다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 픽업툴(10)은 다이본더 등과 같이 장비에 툴(10)을 장착하기 위한 스테인리스 재질의 콜렛 홀더(20)와 반도체 칩을 흡착하는 부위에 해당하는 콜렛(30)으로 구성된다.

콜렛 홀더(20)의 내부에는 길이방향을 따라 진공 흡입홀(21)이 형성되며, 콜렛(30)에도 홀더(20)의 진공 흡입홀(21)과 연통되는 진공 흡입홀(31)이 형성된다. 콜렛(30)은 불소 수지로 제조되거나 또는 표면에 불소 수지가 코팅된다.

도 2에서 보듯이, 콜렛(30)의 LED 칩 접촉면(32)에는 진공 흡입홀(31)이 형성된다. 이 진공 흡입홀(31)은 하나일 수도 있겠지만 흡착력 향상을 위해 복수 개 마련된다. 구체적으로 중앙의 기준홀(33)과 그 둘레에 배치된 복수의 흡입홀(34)을 구비한다.

기준홀(33)은 흡입홀들(34)과는 크기가 상이하다. 구체적으로 기준홀(33)은 흡착홀들(34)보다는 작은 크기로 형성된다. 실시예에 따르면 직경 0.25mm의 흡착홀(34)이 6개 형성된다.

콜렛(30)의 기준홀(33)은 픽업 및 로딩 과정에 카메라를 이용하여 정확한 위치를 잡기 위한 얼라이닝용으로, 기준홀(33)을 통해서도 흡착이 이루어지겠지만, 칩 흡착은 주요하게는 둘레에 배치된 흡입홀들(34)에 의해 이루어진다.

한편 본 발명에 따르면 콜렛(30)은 불소 수지로 제조되거나 또는 표면에 불소 수지 코팅층을 갖는다.

실시예에 따르면 콜렛(30) 제조에 사용되는 불소 수지는 바람직하게는 테프론으로 불리는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE; Polytetrafluoroethylene) 수지이다. 이외 불소 수지도 사용 가능성이 있을 것이나, PTFE가 최선호된다.

불소 수지의 표면 코팅은 습식보다는 건식으로 하는 것이 선호된다. 진공 흡입홀(31)이 미세하여 습식에 의해서는 홀 막힘 현상이 발생할 수 있다. 다만 건식에 의하더라도 불소 코팅의 내구성이 문제가 될 수 있는데, 따라서 불소 수지 성형체가 더 바람직할 것으로 판단된다.

한편 불소 수지는 기재로 사용된다. 여기에 대전방지제와 같은 기능성 첨가제가 첨가될 수 있다. 실시예에 따르면 대전방지를 위해 불소 수지에 도전성 재료, 바람직하게는 카본 블랙이 첨가된다.

도전성 재료는 대전방지를 위해 적정량 첨가될 수 있다. 다만 불소 수지 자체는 강도가 충분하지 못해 성형체 제조 후 직경 0.25mm 정도의 미세한 홀을 가공하기가 다소 용이하지 않다.

따라서 불소 수지에 첨가되는 도전성 재료, 특히 카본 블랙은 대전방지를 고려하면서도 성형체 제조 후의 홀 가공을 고려하여 일정 수준 이상의 강도가 확보될 수 있는 정도로 첨가된다. 실시예에 따르면 카본 블랙은 10~40중량% 첨가된다.

본 발명에 따른 콜렛의 우수성을 설명하기 위해 아래 몇 가지의 실험예를 준비하였다.

실시예 1

고순도의 PTFE 분말을 이용하여 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 콜렛 성형체를 제조하고 홀 가공을 하였다. 흡입홀은 0.25mm이었으며, PTFE로는 3M의 Dyneon 제품명 TEM 1700 PTFE가 사용되었다.

실시예 2

PTFE에 카본 블랙을 25중량% 첨가한 것 이외에는 실시예 1에서와 동일한 방식으로 콜렛을 제조하였다.

실시예 3

베스펠(Vespel)을 사용하여 실시예 1에서와 동일하게 콜렛을 제조한 후 PTFE 코팅을 하였다.

비교예 3

PTFE가 아닌 베스펠(Vespel)을 사용한 것 이외에는 실시예 1에서와 동일하게 콜렛 제조하였다.

실시예 1 내지 3, 및 비교예의 콜렛을 이용하여 평가를 실시하였다. 웨이퍼 상태에서 형광체 및 실리콘 수지가 도포된 칩을 픽업하여 리드프레임에 로딩하는 과정을 각각 1000회 실시하여 칩 로딩에 오류가 발생하는 횟수를 체크하였다.

픽업 시 실리콘 수지가 도포된 부위를 직접 픽업하였다. 결과는 아래 표 1과 같다.

실시예1	실시예2	실시예3	비교예
0	0	0	18

위 표 1에서 보듯이 PTFE로 제조하거나 PTFE 코팅을 한 실시예 1 내지 3의 경우 칩 로딩 불량이 발생하지 않았다. 반면 비교예는 로딩 불량이 2% 정도 발생하였다. 실시예 1의 경우 실시예 2에 비해 홀가공이 다소 어렵고 실시예 3의 경우 내구성에 대한 추가 테스트는 필요할 것으로 보인다.

한편 비교예 3과 같은 종래 콜렛은 실리콘의 종류나 공정 특성에 따라 칩 로딩 불량이 발생하거나 또는 그렇지 않은 경우도 있었다. 그러나 열악한 조건에서는 15% 가량의 불량이 발생하기도 하므로, 종래 콜렛은 점차 다양해지는 LED 제조 환경에 부합하지 않는다.

종합해 보면, 실시예에 따르면 반도체 칩 픽업용 콜렛은 PTFE 수지로 제조하는 것이 조금 더 바람직한 것으로 판단된다. 더 바람직하게는 카본 블랙과 같은 도전성 재료를 이용하여 대전방지성을 좋게 하고, 강도도 구현하여 콜렛 제조 시 양산성을 확보할 필요가 있다.

이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 또는 변형될 수 있고 또 이것이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다는 것이 이해될 필요가 있다.

Claims (6)

1. 콜렛 홀더에 장착 사용되는 LED 칩 픽업용 콜렛에 있어서,
   칩과 접촉되는 면에 복수 개의 진공 흡입홀이 형성된 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지 성형체인 것을 특징으로 하는 LED 칩 픽업용 콜렛.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지의 성형과정에 첨가된 카본 블랙을 10~40중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 칩 픽업용 콜렛.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 복수 개의 진공 흡입홀은 중앙의 기준홀과, 그 둘레에 배치되며 기준홀보다는 크기가 큰 복수의 흡입홀을 포함하며,
   기준홀은 LED 칩의 픽업 및 로딩 과정에 카메라를 이용하여 정확한 위치를 잡기 위한 얼라이닝용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 LED 칩 픽업용 콜렛.
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