KR101599006B1 - 본딩 툴 냉각 장치 및 본딩 툴의 냉각 방법 - Google Patents

본딩 툴 냉각 장치 및 본딩 툴의 냉각 방법 Download PDF

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오사무 카쿠타니
타카토시 카와무라
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

본딩 스테이지의 근방에 설치된 본딩 툴 냉각 장치(10)로서, 프레임(12)과, 본딩 툴(61)의 선단면이 접지하는 접지면(14a)을 갖는 접지판(14)과, 접지판(14)의 접지면(14a)과 반대측의 면에 부착된 방열핀(15)을 포함하는 냉각 부재(16)를 구비하고, 냉각 부재(16)는 접지면(14a)을 따른 X축과, 접지면(14a)을 따른 Y축의 2개의 축의 둘레로 회전 자유롭게 되도록 지지 기구(200)에 의해 프레임(12)에 지지되어 있다. 이것에 의해 본딩 툴의 냉각시간을 단축할 수 있다.

Description

본딩 툴 냉각 장치 및 본딩 툴의 냉각 방법{BONDING TOOL COOLING APPARATUS AND METHOD FOR COOLING BONDING TOOL}
본 발명은 열경화성 수지를 사용하여 반도체칩 등의 전자부품을 기판 위에 실장하는 본딩 툴 냉각 장치의 구조 및 본딩 툴의 냉각 방법에 관한 것이다.
본딩 툴에 의해 반도체칩 등의 전자부품을 기판 위에 실장하는 것이 많이 행해지고 있다. 최근은, 기판의 위에 미리 열경화성 수지를 도포해 두고, 이 위에 본딩 툴에 흡착된 반도체칩을 누르고, 본딩 툴 내부의 히터에 의해 선단에 흡착된 반도체칩 등의 전자부품을 가열하여, 열경화 수지를 경화시켜 반도체칩과 기판을 접합하는 방법이 사용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본 특개 2004-47670호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그런데, 특허문헌 1에 기재된 것과 같은 열경화성 수지는 상온에서는 점도가 높은 액체이지만, 가열되면 경화되는 성질을 가지고 있는 것이다. 이 때문에, 기판 위에 도포한 열경화성 수지의 위에 온도가 높은 상태의 반도체칩을 접촉시키면, 반도체칩과 접촉하는 열경화성 수지의 상기 표면이 경화되어, 내부의 열경화성 수지를 충분히 가열 경화하기 전에, 열경화성 수지의 외측 표면만이 경화되는 상태가 되어, 반도체칩과 기판을 양호하게 접합할 수 없는 경우가 있었다.
그래서, 열경화성 수지에 의해 반도체칩을 기판에 접합할 때는, 앞의 본딩에 의해 온도가 상승한 상태의 본딩 툴의 선단에 반도체칩을 흡착해도, 그 온도가 열경화성 수지를 경화시키지 않는 온도가 될 때까지 냉각되고, 그 후에 본딩 툴의 선단에 반도체칩을 흡착시켜, 온도가 낮은 반도체칩을 열경화 수지의 표면에 누른 후, 본딩 툴 내부의 히터 및 기판을 흡착 고정하고 있는 본딩 스테이지 내부의 히터에 의해 반도체칩과 기판과 열경화성 수지를 가열하여, 열경화 수지를 전체적으로 경화시키도록 하고 있다.
그러나, 열경화성 수지를 경화시키기 위하여 150-200℃ 정도까지 상승시킨 본딩 툴의 온도를, 예를 들면, 상온 근방 정도의 온도까지 저하시키기 위해서는 상당히 시간이 걸리므로, 본딩 툴의 냉각시간이 열경화성 수지를 사용한 본딩 공정 전체의 시간에 큰 영향을 주는 것으로 되어 있었다.
그래서, 본 발명은 본딩 툴의 냉각시간을 단축하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 본딩 툴 냉각 장치는 본딩 툴 냉각 장치로서, 기체부(基體部)와, 본딩 툴의 선단면이 접지하는 접지면을 갖는 접지판과 접지판에 부착된 방열 부재를 포함하는 냉각 부재를 구비하고, 냉각 부재는 본딩 툴 선단면의 방향을 따르도록 접지면의 방향을 가변으로 하는 지지 기구에 의해 기체부에 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 본딩 툴 냉각 장치에 있어서, 냉각 부재의 열용량은 본딩 툴의 열용량보다도 큰 것으로 해도 바람직하고, 방열 부재는 접지판의 접지면과 반대측의 면에 부착되어 있는 것으로 해도 바람직하고, 방열 부재는 방열핀이며, 방열핀을 냉각하는 냉각팬을 구비하는 것으로 해도 바람직하고, 지지 기구는 접지면을 따른 제 1 축과, 접지면을 따르고, 제 1 축과 직교하는 제 2 축의 2개의 축의 둘레로 회전 자유롭게 되도록 접지판을 기체부에 지지하는 것으로 해도 바람직하다.
본 발명의 본딩 툴 냉각 장치에 있어서, 기체부에 설치되고, 선단면이 접지면에 접지하고 있는 본딩 툴에 냉각 공기를 내뿜는 냉각 노즐을 구비하는 것으로 해도 바람직하고, 접지판의 접지면은 본딩 툴의 선단면이 접지했을 때에, 본딩 툴로부터 접지판을 향하여 열전도가 발생하는 것으로 해도 바람직하다.
본 발명의 본딩 툴 냉각 방법은 기체부와, 전자부품을 흡착하는 본딩 툴의 선단면이 접지하는 접지면을 갖는 접지판과 접지판에 부착된 방열 부재를 포함하는 냉각 부재를 구비하고, 냉각 부재는 본딩 툴 선단면의 방향을 따르도록 접지면의 방향을 가변으로 하는 지지 기구에 의해 기체부에 지지되어 있고, 냉각 부재의 열용량이 본딩 툴의 열용량보다도 크고, 방열 부재를 냉각하는 냉각팬을 구비하는 본딩 툴 냉각 장치를 준비하고, 본딩 툴을 가열하여 전자부품의 본딩을 행하고 있는 동안에 냉각팬에 의해 냉각 부재를 냉각하고, 본딩 후, 가열에 의해 고온으로 된 본딩 툴의 선단면을 온도가 저하된 냉각 부재의 접지면에 밀착시켜 본딩 툴의 냉각을 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 본딩 툴의 냉각시간을 단축할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에서의 본딩 툴 냉각 장치가 설치된 본딩 장치를 나타내는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에서의 본딩 툴 냉각 장치를 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에서의 본딩 툴 냉각 장치를 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에서의 본딩 툴 냉각 장치의 접지판의 부착 상태를 도시하는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에서의 본딩 툴 냉각 장치의 동작을 나타내는 설명도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에서의 본딩 툴 냉각 장치를 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에서의 본딩 툴 냉각 장치를 도시하는 평면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 본딩 툴 냉각 장치에 대하여 설명하기 전에, 본 발명의 실시형태인 본딩 툴 냉각 장치가 설치된 본딩 장치(100)에 대하여 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본딩 장치(100)은 상부가 XY 방향으로 수평으로 이동하는 XY 테이블(30)과, XY 테이블(30)의 위에 부착되는 본딩 스테이지(40)와, 본딩 스테이지(40)에 대하여 접리 방향(Z 방향)으로 본딩 툴(61)을 이동시키는 Z 방향 구동부(63)와, Z 방향 구동부(63)에 부착되고, 본딩 툴(61)이 고정되는 섕크(62)를 포함하는 본딩 헤드(60)와, 본딩 스테이지(40)에 인접하여 배치된 본딩 툴 냉각 장치(10)를 구비하고 있다.
본딩 장치(100)의 본딩 스테이지(40)는 내부에 도시하지 않은 히터를 구비하고, 도시하지 않은 진공 장치가 접속되어, 그 표면에 기판(50)을 흡착 고정함과 아울러 가열할 수 있다. 본딩 툴(61)도 도시하지 않은 진공 장치에 접속되어, 선단에 반도체칩(70)을 흡착할 수 있도록 구성되어 있다. 또한 본딩 툴(61)도 내부에 히터가 부착되어, 선단에 흡착한 전자부품인 반도체칩(70)을 가열할 수 있다.
도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 본딩 툴 냉각 장치(10)는 기체부인 프레임(12)과, 본딩 툴(61)의 선단이 접지하는 접지면(14a)을 갖는 접지판(14)과, 접지판(14)의 접지면(14a)과 반대측의 면에 부착된 방열 부재인 방열핀(15)을 포함하는 냉각 부재(16)를 구비하고, 접지판(14)은 지지 기구(200)에 의해 접지면(14a)의 방향이 가변으로 되도록 프레임(12)에 부착되어 있다. 또한 프레임(12)의 측면에는 브래킷(21)을 통하여 부착되고, 접지면(14a)의 표면 근방을 따라 송풍 구멍(20)으로부터 냉각공기를 분출하는 냉각 노즐(19)과, 냉각 노즐(19)에 냉각공기를 공급하는 냉각공기 공급관(17, 18)이 부착되어 있다. 그리고, 프레임(12)은 부착 브래킷(11)에 의해 도 1에 도시하는 XY 테이블(30)의 위에 고정되어 있다. 또한 냉각 부재(16)의 방열핀(15)의 하측에는 방열핀(15)에 냉각공기를 내뿜는 냉각팬(22)이 배치되어 있다.
도 3, 도 4에 도시하는 바와 같이, 지지 기구(200)는 접지판(14)의 중심(25)을 통과하여 접지면(14a)을 따른 X축(26)에 직교하는 제 2 축인 Y축(27)의 주위로 회전 자유롭게 되도록, 핀(23)에 의해 프레임(12)의 4각 개구의 내측에 부착되어 있는 4각 환상의 중간 프레임(13)과, 중간 프레임(13)의 내측에 부착되고, 접지판(14)의 중심(25)을 통과하여 접지면(14a)을 따른 제 1 축인 X축(26)의 주위로 접지판(14)을 회전 자유롭게 지지하는 핀(24)에 의해 구성되어 있다. 따라서, 접지판(14)은 프레임(12)에 대하여, 중심(25)을 통과하는 X축(26) 및 Y축(27)의 주위로 회전 자유롭고, 프레임(12)에 대한 접지면(14a)의 방향 혹은 접지면(14a)의 경사가 가변으로 되도록 지지되어 있다. 또한 도 3에 도시하는 바와 같이, 방열핀(15)은 접지판(14)의 하측의 면(접지면(14a)와 반대측의 면)에 고정되어, 접지판(14)과 일체로 되어 이동하므로, 접지판(14)과 방열핀(15)을 포함하는 냉각 부재(16)는 전체적으로 접지판(14)의 중심(25)을 통과하는 X축(26) 및 Y축(27)의 주위로 회전 자유롭게 된다.
접지판(14)의 표면인 접지면(14a)은 본딩 툴(61)의 선단면을 밀착할 수 있는 평면으로 되어 있고, 접지판(14)과 방열핀(15)을 포함하는 냉각 부재(16)의 열용량은 본딩 툴(61)의 열용량보다도 커지도록 구성되어 있다.
이상과 같이 구성된 본딩 툴 냉각 장치(10)의 동작에 대하여 도 5를 참조하면서 설명한다.
도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 본딩을 종료한 본딩 툴(61)은 그 온도가, 예를 들면, 150℃ 정도의 고온 상태로 되어 있다. 도 1에 도시하는 XY 테이블(30)을 구동하여 본딩 툴(61)의 중심이 본딩 툴 냉각 장치(10)의 중심이 되도록 한다. 이 때, 본딩 툴 냉각 장치(10)의 냉각팬(22)은 회전하고 있고, 방열핀(15)에 도면 중의 화살표(C)로 나타내는 바와 같이 냉각공기를 보내고 있으므로, 접지판(14), 방열핀(15)은 대략 상온 상태로 되어 있다.
도 5(b)에 도시하는 바와 같이, 도 1에 도시하는 본딩 헤드(60)의 Z 방향 구동부(63)를 구동하여 본딩 툴(61)을 도 5(b)에 나타내는 화살표(A)와 같이 하방향(Z 방향 마이너스측)으로 이동시키고, 본딩 툴(61)의 선단면을 접지판(14)의 표면의 접지면(14a)에 접지시킨다. 도 3, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 접지판(14)은 지지 기구(200)에 의해 프레임(12)에 대하여 접지판(14)의 중심(25)을 통과하는 X축(26), Y축(27)의 주위로 회전 자유롭게 되도록 프레임(12)에 부착되어 있으므로, 그 접지면(14a)의 경사(접지면(14a)의 방향)는 본딩 툴(61)의 선단면의 경사(선단면의 방향)를 따라 X축(26)의 주위, Y축(27)의 주위로 회전한다. 이것에 의해 본딩 툴(61)의 선단면은 접지면(14a)에 밀착한다. 접지판(14)은 방열핀(15)과는 일체로 고정되어 있으므로, 접지면(14a)에 본딩 툴(61)의 선단면이 밀착하면 본딩 툴(61)의 열은 도 5(b)의 화살표(D)에 나타내는 바와 같이, 상온으로 유지되고 있는 접지판(14), 방열핀(15)을 향하여 흘러간다. 접지판(14) 및 방열핀(15)을 포함하는 냉각 부재(16)의 열용량은 본딩 툴(61)의 열용량보다도 커지도록 구성되어 있으므로, 본딩 툴(61)의 온도는 급속하게 저하되어 간다. 또한 본딩 툴(61)의 선단면이 접지판(14)의 접지면(14a)에 밀착되어 있을 때에, 프레임(12)의 옆에 부착한 냉각 노즐(19)의 송풍 구멍(20)으로부터 접지면(14a)을 따른 방향(화살표(B)의 방향)으로 냉각공기를 분출하여 본딩 툴(61)의 선단에 쐬어, 본딩 툴(61)의 외면으로부터도 냉각을 행한다.
소정의 시간만큼 본딩 툴(61)을 접지판(14)의 접지면(14a)에 밀착시키면, 본딩 툴(61)의 온도는 선단에 반도체칩(70)을 흡착해도 반도체칩(70)의 온도가 열경화성 수지의 경화 개시 온도로 되지 않는 온도까지 저하하므로, 본딩 툴(61)의 선단면에 반도체칩(70)을 흡착시키고, 도 1에 도시하는 본딩 스테이지(40)의 표면에 흡착 고정되어 있는 기판(50) 위의 열경화성 수지 위에 누르고, 도시하지 않은 본딩 툴(61)의 내부에 설치된 히터에 의해 반도체칩(70)을 가열하여 열경화성 수지를 경화시켜 반도체칩(70)을 기판(50)에 고정한다.
한편, 본딩 툴 냉각 장치(10)의 냉각팬(22)은, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 본딩 툴(61)의 선단면이 접지판(14)의 접지면(14a)으로부터 벗어난 후에도 냉각공기를 방열핀(15)에 계속해서 보내고 있으므로, 접지판(14)과 방열핀(15)에 의해 구성되어 있는 냉각 부재(16)는 본딩 툴(61)에 의해 반도체칩(70)의 본딩을 행하고 있는 동안에 상온 근방까지 냉각된다.
그리고, 본딩을 종료하고 온도가, 예를 들면, 150℃ 정도의 고온으로 되어 있는 본딩 툴(61)의 선단면을 재차 상온 근방으로 되어 있는 접지판(14)의 접지면(14a)에 밀착시킴으로써 단시간에 본딩 툴(61)의 냉각을 행할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 본딩 툴 냉각 장치(10)는 고온의 본딩 툴(61)의 선단면을 상온에서 열용량이 큰 냉각 부재(16)의 접지면(14a)에 밀착시킴으로써 본딩 툴(61)의 열을 냉각 부재(16)로 이동시켜, 본딩 툴(61)을 급속하게 냉각하는 것이다. 또한 본딩 툴(61)에 의해 본딩을 행하고 있는 동안에 냉각 부재(16)의 온도를 상온 근방까지 냉각해 둠으로써, 본딩 공정의 택트타임의 단축을 도모할 수 있어, 효율적으로 본딩을 행할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본딩 툴(61)의 선단면과 냉각 부재(16)의 접지면(14a)은 완전히 밀착해 있지 않아도, 본딩 툴(61)의 열을 냉각 부재(16)로 이동시켜, 본딩 툴(61)을 급속하게 냉각할 수 있을 정도로 접촉해 있으면 된다.
이상에서 설명한 실시형태에서는, 본딩 장치(100)는 XY 테이블(30)에 의해 본딩 스테이지(40)를 XY 방향으로 이동시키는 것으로서 설명했지만, 본 발명의 본딩 툴 냉각 장치(10)는 이외의 구성의 본딩 장치에 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없고, 예를 들면, 가이드 레일에 의해 기판(50)을 반송하는 반송 기구에 의해 기판(50)을 X방향으로 이동시켜, 가이드 레일의 사이에 이동하지 않는 본딩 스테이지를 배치하고, 본딩 헤드(60)를 Z 방향과 Y 방향으로 이동할 수 있도록 구성하고, 기판을 반송하는 가이드 레일의 외측에서 본딩 스테이지의 근방에 본딩 툴 냉각 장치(10)를 배치해도 되고, 가이드 레일의 내측에서 본딩 스테이지에 인접하도록 형성해도 된다. 또한 본딩 헤드에 그 선단이 XYZ 방향으로 이동할 수 있는 본딩 암을 부착하고, 본딩 암의 선단에 본딩 툴을 부착하는 본딩 장치의 경우에는, 본딩 암에 의해 본딩 툴을 이동할 수 있는 범위 내이면, 본딩 스테이지 근방의 어디에 본딩 툴 냉각 장치(10)을 배치해도 된다.
또한 본 실시형태에서는, 도 3, 4에 도시하는 바와 같이, 2개의 핀(23, 24)과 중간 프레임(13)을 조합한 지지 기구(200)에 의해 프레임(12)에 부착되고, 접지판(14)이 XY의 각 축에 대하여 회전 자유롭게 되는 것으로서 설명했지만, 접지판(14)이 XY의 각 축에 대하여 회전 자유롭게 되면, 본 실시형태와 같은 구성에 한정되지 않고, 이하에 나타내는 바와 같이 구성해도 된다.
이하, 도 6, 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시형태에 대하여 설명한다. 도 6, 도 7에서는, 도 1에서 도 5를 참조하여 설명한 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다. 도 6에 도시하는 실시형태는 도 1에서 도 5를 참조하여 설명한 실시형태의 지지 기구(200)를 접지판(14)의 하면에 설치한 오목부(211)를 프레임(12)에 설치한 지지 핀(212)으로 피벗 지지하는 피벗 지지 기구(210)로 한 것이다. 또한 도 7에 도시하는 실시형태는 접지판(14)의 4개 코너를 스프링(221)으로 지지하는 스프링 지지 기구(220)로 한 것이다. 또한 도 6에 도시한 실시형태의 피벗 지지 기구(210) 대신에, 접지판(14)의 하면에 설치한 구면 형상의 오목부를 프레임(12)에 설치한 구면 형상의 받침대로 지지하도록 해도 된다. 도 6, 도 7에 도시한 실시형태는 XY 각 축에 대하여 회전 자유로운데다, Z축에 대해서도 회전 자유롭다. 또한 방열핀(15)은 접지판(14)의 열을 방열할 수 있도록 접지판(14)과 일체로 되어 있어도 되고, 도 6에 도시하는 바와 같이, 접지판(14)의 옆에 배치해도 된다. 또한 냉각 부재(16)는 방열핀(15)이 아니고, 예를 들면, 내부에 냉각수를 흘리는 등 공기 이외의 냉매에 의해 냉각하는 것이어도 된다.
본 발명은 이상에서 설명한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 의해 규정되어 있는 본 발명의 기술적 범위 내지 본질로부터 일탈하지 않는 모든 변경 및 수정을 포함하는 것이다.
10 본딩 툴 냉각 장치 11 부착 브래킷
12 프레임 13 중간 프레임
14 접지판 14a 접지면
15 방열핀 16 냉각 부재
17, 18 냉각공기 공급관 19 냉각 노즐
20 송풍 구멍 21 브래킷
22 냉각팬 23, 24 핀
25 중심 26 X축
27 Y축 30 XY 테이블
40 본딩 스테이지 50 기판
60 본딩 헤드 61 본딩 툴
62 섕크 63 Z 방향 구동부
70 반도체칩 100 본딩 장치
200 지지 기구 210 피벗 지지 기구
211 오목부 212 지지 핀
220 스프링 지지 기구 221 스프링

Claims (8)

  1. 본딩 툴 냉각 장치로서,
    기체부(基體部);
    본딩 툴의 선단면이 접지하는 접지면을 갖는 접지판과 상기 접지판에 부착된 방열핀을 포함하는 냉각 부재; 및
    상기 방열핀을 냉각하는 냉각팬;을 구비하고,
    상기 냉각 부재는 상기 본딩 툴 선단면의 경사를 따르도록 상기 접지면의 경사를 가변으로 하는 지지 기구에 의해 상기 기체부에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩 툴 냉각 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열핀은 상기 접지판의 접지면과 반대측의 면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩 툴 냉각 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 지지 기구는 상기 접지면을 따른 제 1 축과, 상기 접지면을 따르고, 상기 제 1 축과 직교하는 제 2 축의 2개의 축의 주위로 회전 자유롭게 되도록 상기 접지판을 상기 기체부에 지지하는 것을 특징으로 하는 본딩 툴 냉각 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    기체부에 설치되고, 상기 선단면이 상기 접지면에 접지해 있는 상기 본딩 툴에 냉각공기를 내뿜는 냉각 노즐을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 본딩 툴 냉각 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 접지판의 상기 접지면은 상기 본딩 툴의 상기 선단면이 접지했을 때, 상기 본딩 툴로부터 상기 접지판을 향하여 열전도가 발생하는 것을 특징으로 하는 본딩 툴 냉각 장치.
  8. 본딩 툴의 냉각 방법으로서,
    기체부, 전자부품을 흡착하는 본딩 툴의 선단면이 접지하는 접지면을 갖는 접지판과 상기 접지판에 부착된 방열핀을 포함하는 냉각 부재, 상기 방열핀을 냉각하는 냉각팬을 구비하고, 상기 냉각 부재가 상기 본딩 툴 선단면의 경사를 따르도록 상기 접지면의 경사를 가변으로 하는 지지 기구에 의해 상기 기체부에 지지되어 있는 본딩 툴 냉각 장치를 준비하고,
    상기 본딩 툴을 가열하여 상기 전자부품의 본딩을 행하고 있는 동안에 상기 냉각팬에 의해 상기 냉각 부재를 냉각하고,
    상기 본딩 후, 가열된 상기 본딩 툴의 상기 선단면을 상기 냉각 부재의 상기 접지면에 밀착시켜 상기 본딩 툴의 냉각을 행하는 것을 특징으로 하는 본딩 툴의 냉각 방법.
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