KR102208495B1 - Apparatus for bonding of flip chip - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플립칩 본딩 장치를 개시한다. 본 발명은, 제1 이동부와, 상기 제1 이동부와 마주보도록 배치되는 제2 이동부와, 상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부의 일측에 배치되고, 기판을 이송시키는 기판 스테이지와, 상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부의 타측에 배치되고, 상기 기판 스테이지와 이격되어 설치되는 웨이퍼 스테이지와, 상기 웨이퍼 스테이지로부터 칩을 픽업하고, 상기 칩을 플립(flip)시키는 터릿 헤드와, 상기 제1 이동부의 길이방향을 따라 이동하여, 일부가 상기 기판의 이동경로와 중첩되는 이동경로를 가지고, 상기 플립된 칩을 상기 기판 상에 부착하는 본딩 헤드 및 상기 제2 이동부의 길이방향을 따라 이동하고, 상기 플립된 칩에 레이저 빔을 조사하여 상기 플립된 칩을 상기 기판에 접합시키는 레이저 헤드를 포함한다.The present invention discloses a flip chip bonding apparatus. The present invention includes a first moving part, a second moving part disposed to face the first moving part, a substrate stage disposed on one side of the first moving part and the second moving part, and transferring a substrate, A wafer stage disposed on the other side of the first moving part and the second moving part and installed spaced apart from the substrate stage, a turret head for picking up chips from the wafer stage and flipping the chips, and the A bonding head that moves along the length direction of the first moving part and has a moving path partially overlapping with the moving path of the substrate, and moves along the length direction of the second moving part and attaching the flipped chip on the substrate. And a laser head for bonding the flipped chip to the substrate by irradiating a laser beam onto the flipped chip.
Description
본 발명은 플립칩 본딩 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a flip chip bonding device.
최근 들어 전자제품이 소형화 및 고기능화 됨에 따라 전자제품의 핵심부분을 이루고 있는 반도체 칩도 고집적화 및 고성능화 되고 있는 추세이다. 이러한 고집적화 및 고성능화 되고 있는 반도체 칩을 먼지나 습기 또는 전기적, 기계적 부하 등의 각종 외부환경으로부터 보호해주는 반도체 패키지(package)의 제조에 있어서도 이와 같은 추세에 대응하여 경박단소화 및 다핀화 경향이 강화되고 있다. In recent years, as electronic products have become smaller and more functional, semiconductor chips, which constitute a core part of electronic products, are also trending toward higher integration and higher performance. In the manufacture of semiconductor packages that protect the highly integrated and high-performance semiconductor chips from various external environments such as dust, moisture, electrical, mechanical load, etc. have.
이에, 반도체 패키지의 방식도 기존의 와이어 본딩(wire bonding) 방식으로는 경박단소화 및 다핀화되고 있는 추세에 대응하기 힘들다고 판단되어 이를 해결할 수 있는 새로운 방식들이 다양하게 모색되고 있으며, 그 중 한 가지 방식이 솔더 범프(solder bump) 방식이다. Accordingly, it is judged that the semiconductor package method is difficult to cope with the trend of becoming light, thin, short and multi-pin with the existing wire bonding method, and new methods to solve this problem are being sought in various ways. The method is the solder bump method.
솔더 범프 방식이란, 반도체 칩의 입출력 단자인 패드(pad) 위에 별도의 솔더 범프를 형성시킨 다음 이 반도체 칩을 뒤집어서 캐리어(carrier) 기판이나 서킷 테이프(circuit tape)의 회로패턴(pattern)에 직접 붙이는 방식으로, 반도체 칩이 뒤집혀진 상태로 본딩되기 때문에 '플립칩 본딩'이라고 지칭되고 있다. The solder bump method is to form a separate solder bump on a pad, the input/output terminal of a semiconductor chip, and then turn the semiconductor chip over and attach it directly to the circuit pattern of a carrier substrate or circuit tape. In this way, it is referred to as'flip chip bonding' because the semiconductor chip is bonded in an upside down state.
플립칩 본딩 공정은 고온의 반도체 칩이 페이스다운(face-down) 상태에서 대류형 오븐인 리플로어(reflower)로 이동하여 대류열에 의해서 반도체 칩과 기판이 가열하여 접합이 완성될 수 있다.In the flip chip bonding process, a high-temperature semiconductor chip moves to a reflower, a convection oven, in a face-down state, and the semiconductor chip and the substrate are heated by convective heat to complete the bonding.
그러나, 이러한 리플로어를 적용한 방식은 방열영역과 냉각영역으로 구성되어, 승온과 강온을 통해 전극물질이 녹을 수 있는 온도 프로 파일을 구현해야 하므로, 상당한 길이를 가져야 한다. 이렇게 장비의 크기가 커지면 플립칩 본딩 공정의 운영비용이 상승하고, 공간 활용 측면에서 한계를 가져온다. 또한, 장시간 고온의 환경에서 반도체 칩과 기판이 체류하게 되면, 열-스트레스로 인하여 제품의 품질 저하가 우려될 수 있다. However, since the method to which this refloor is applied is composed of a heat dissipation area and a cooling area, it is necessary to implement a temperature profile in which the electrode material can be melted through heating and cooling, so it must have a considerable length. As the size of the equipment increases, the operating cost of the flip chip bonding process increases, and the space utilization is limited. In addition, if the semiconductor chip and the substrate remain in a high temperature environment for a long time, there may be a concern about product quality degradation due to heat-stress.
한국 등록 특허 제0179644호 (발명의 명칭: 반도체 칩 본딩방법)에는 플립칩을 오븐에 통과시켜서 플립칩을 기판에 실장하는 기술이 구체적으로 개시되어 있다. Korean Patent Registration No. 0179644 (name of the invention: semiconductor chip bonding method) specifically discloses a technology for mounting a flip chip on a substrate by passing a flip chip through an oven.
본 발명의 실시예들은 플립된 칩과 기판을 효과적으로 접합하고, 공간 활용성이 향상된 플립칩 본딩 장치를 제공한다. Embodiments of the present invention provide a flip chip bonding apparatus that effectively bonds a flipped chip and a substrate and improves space utilization.
본 발명의 실시예들은 제1 이동부와, 상기 제1 이동부와 마주보도록 배치되는 제2 이동부와, 상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부의 일측에 배치되고, 기판을 이송시키는 기판 스테이지와, 상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부의 타측에 배치되고, 상기 기판 스테이지와 이격되어 설치되는 웨이퍼 스테이지와, 상기 웨이퍼 스테이지로부터 칩을 픽업하고, 상기 칩을 플립(flip)시키는 터릿 헤드와, 상기 제1 이동부의 길이방향을 따라 이동하여, 일부가 상기 기판의 이동경로와 중첩되는 이동경로를 가지고, 상기 플립된 칩을 상기 기판 상에 부착하는 본딩 헤드 및 상기 제2 이동부의 길이방향을 따라 이동하고, 상기 플립된 칩에 레이저 빔을 조사하여 상기 플립된 칩을 상기 기판에 접합시키는 레이저 헤드를 포함하는 플립칩 본딩 장치를 제공한다.Embodiments of the present invention include a first moving part, a second moving part disposed to face the first moving part, and a substrate stage disposed on one side of the first moving part and the second moving part, and transferring a substrate And, a wafer stage disposed on the other side of the first moving part and the second moving part, and installed spaced apart from the substrate stage, a turret head for picking up chips from the wafer stage and flipping the chips; , A bonding head that moves along the length direction of the first moving part and has a moving path partially overlapping with the moving path of the substrate, and attaching the flipped chip on the substrate, and the length direction of the second moving part. There is provided a flip chip bonding apparatus including a laser head moving along the flipped chip and irradiating a laser beam to the flipped chip to bond the flipped chip to the substrate.
또한, 상기 레이저 헤드는 레이저 발진부와, 상기 레이저 발진부로부터 나온 상기 레이저 빔이 굴절되는 각도가 연속적으로 변경되도록 제1 축을 기준으로 회전하는 제1 스캔 미러와 및 상기 제1 스캔 미러로부터 나온 상기 레이저 빔이 굴절되는 각도가 연속적으로 변경되어 상기 레이저 빔의 조사 중심 위치가 상기 플립된 칩의 일면에서 연속적으로 변경되도록, 상기 제1 축과 다른 방향의 제2 축을 기준으로 회전하는 제2 스캔 미러를 구비할 수 있다.In addition, the laser head includes a laser oscillation unit, a first scan mirror rotating about a first axis such that the angle at which the laser beam emitted from the laser oscillation unit is refracted continuously changes, and the laser beam emitted from the first scan mirror. A second scanning mirror rotating about a second axis in a direction different from the first axis is provided so that the irradiation center position of the laser beam is continuously changed on one surface of the flipped chip by continuously changing the refractive angle. can do.
또한, 상기 레이저 빔은 스팟 형태로 출사되며, 상기 제1 스캔 미러의 회전에 따라 제1 방향으로 상기 플립된 칩의 일면에 이동하고, 상기 제2 스캔 미러의 회전에 따라 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 상기 플립된 칩의 일면에 이동할 수 있다.In addition, the laser beam is emitted in the form of a spot, moves to one surface of the flipped chip in a first direction according to the rotation of the first scan mirror, and different from the first direction according to the rotation of the second scan mirror. It may move to one surface of the flipped chip in the second direction.
또한, 상기 레이저 발진부와 상기 제1 스캔 미러 사이에 설치되고, 이동 방향으로의 상기 레이저 빔의 에너지 분포가 균일하도록 상기 레이저 빔을 변환하는 변환 렌즈를 더 구비할 수 있다.In addition, a conversion lens may be further provided between the laser oscillation unit and the first scanning mirror and converting the laser beam so that the energy distribution of the laser beam in a moving direction is uniform.
또한, 상기 본딩 헤드와 상기 레이저 헤드 사이에 배치되고, 상기 플립된 칩에 디핑(dipping)되는 플럭스가 저장된, 플럭스부를 더 포함할 수 있다.In addition, a flux unit disposed between the bonding head and the laser head and storing a flux dipping into the flipped chip may be further included.
또한, 상기 레이저 빔은 상기 플립된 칩의 일면 전체를 가열할 수 있다.In addition, the laser beam may heat the entire surface of the flipped chip.
본 발명의 실시예들은 플립칩 본딩 장치의 크기를 최소화 하여 공간 활용성을 향상시킬 수 있다. 또한, 플립칩 본딩 장치는 칩에 조사되는 레이저 빔의 위치 또는 세기를 조절할 수 있다. 또한, 플립칩 본딩 장치는 레이저 빔의 이동방향으로 에너지 분포가 균일하게 형성될 수 있다.Embodiments of the present invention can improve space utilization by minimizing the size of the flip chip bonding device. In addition, the flip chip bonding device may adjust the position or intensity of the laser beam irradiated onto the chip. In addition, the flip chip bonding device may have uniform energy distribution in the moving direction of the laser beam.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 플립칩 본딩 장치를 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 본딩 헤드를 보여주는 측면도이다.
도 3은 도 1의 레이저 헤드를 도시한 개념도이다.
도 4는 도 3의 레이저 헤드의 제어 방법을 도시한 구성도이다.
도 5는 도 3의 레이저 헤드의 구동에 의해 레이저 빔의 이동을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 헤드의 구동에 의해 레이저 빔의 이동을 도시하는 도면이다.
도 7은 도 1의 본딩 헤드가 플립된 칩을 기판에 부착하는 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 도 1의 레이저 헤드가 플립된 칩을 기판에 접합하는 공정을 도시한 흐름도이다.1 is a plan view showing a flip chip bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a side view showing the bonding head of FIG. 1.
3 is a conceptual diagram illustrating the laser head of FIG. 1.
4 is a configuration diagram showing a method of controlling the laser head of FIG. 3.
5 is a diagram showing movement of a laser beam by driving the laser head of FIG. 3.
6 is a diagram showing movement of a laser beam by driving a laser head according to another embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a process of attaching a flipped chip to a substrate by the bonding head of FIG. 1.
8 is a flowchart illustrating a process of bonding the flipped chip of the laser head of FIG. 1 to a substrate.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. Since the present invention can apply various transformations and have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. Effects and features of the present invention, and a method of achieving them will be apparent with reference to the embodiments described later in detail together with the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various forms.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and when describing with reference to the drawings, the same or corresponding constituent elements are assigned the same reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. .
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. In the following embodiments, terms such as first and second are not used in a limiting meaning, but are used for the purpose of distinguishing one component from another component.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In the following examples, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. In the following embodiments, terms such as include or have means that the features or elements described in the specification are present, and do not preclude the possibility of adding one or more other features or elements in advance.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다. In the following embodiments, when a part such as a film, a region, or a component is on or on another part, not only the case directly above the other part, but also another film, region, component, etc. are interposed therebetween. This includes cases where there is.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In the drawings, components may be exaggerated or reduced in size for convenience of description. For example, the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, and the present invention is not necessarily limited to what is shown.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.In the following embodiments, the x-axis, y-axis, and z-axis are not limited to three axes on a Cartesian coordinate system, and may be interpreted in a broad sense including them. For example, the x-axis, y-axis, and z-axis may be orthogonal to each other, but may refer to different directions that are not orthogonal to each other.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.When a certain embodiment can be implemented differently, a specific process order may be performed differently from the described order. For example, two processes described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order opposite to the described order.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 플립칩 본딩 장치(100)를 보여주는 평면도이고, 도 2는 도 1의 본딩 헤드(30)를 보여주는 측면도이며, 도 3은 도 1의 레이저 헤드(40)를 도시한 개념도이다.1 is a plan view showing a flip
도 1 내지 도 3을 참조하면, 플립칩 본딩 장치(100)는 엘리베이터(5), 웨이퍼 스테이지(10), 터릿 헤드(20), 본딩 헤드(30), 레이저 헤드(40), 기판 스테이지(50), 플럭스부(60) 및 얼라인부(70)를 포함할 수 있다. 플립칩 본딩 장치(100)는 웨이퍼(미도시)에서 칩(120)을 픽업하고, 칩(120)을 페이스-다운(face-down)상태로 기판(110)에 부착한 뒤 레이저 빔으로 기판(110)에 칩(120)을 접합 할 수 있다. 1 to 3, the flip
엘리베이터(5)는 복수개의 칩(120)이 있는 웨이퍼(미도시)를 저장할 수 있다. 상기 웨이퍼는 복수개의 양품의 칩(120)이 배치된다. 엘리베이터(5)는 상기 웨이퍼를 저장 및 반입 반출할 수 있다. 상세히, 상기 웨이퍼는 엘리베이터(5)에서 웨이퍼 스테이지(10)로 이동하여 본딩을 위한 로딩 작업이 수행될 수 있다. 또한, 칩(120)이 모두 픽업된 웨이퍼는 웨이퍼 스테이지(10)에서 엘리베이터(5)로 이동할 수 있다. 엘리베이터(5)와 웨이퍼 스테이지(10) 사이에는 셔틀(미도시)과 같은 이송 수단에 의하여 상기 웨이퍼를 이동시킬 수 있다. The
웨이퍼 스테이지(10)는 칩(120)의 픽업을 위해 상기 웨이퍼를 로딩할 수 있다. The
터릿 헤드(20,turret head)는 웨이퍼 스테이지(10)에서 칩(120)을 픽업한 뒤, 픽업된 칩(120)을 플립(flip)시킬 수 있다. 터릿 헤드(20)는 칩(120)을 고정시킨 상태에서 회전하여 칩(120)이 페이스다운 상태로 변경하여, 전도성 범프(125)가 아래 방향으로 향하도록 할 수 있다.The
터릿 헤드(20)는 본딩 헤드(30)와 레이저 헤드(40) 사이에 설치되는 서포터부(6)를 따라 x축 방향으로 이동할 수 있다. 터릿 헤드(20)가 x축 방향으로 이동하여 플립된 칩(120)을 본딩 헤드(30)로 전달 할 수 있다.The
본딩 헤드(30)는 플립된 칩(120)을 기판(110) 상에 부착할 수 있다. 본딩 헤드(30)는 칩(120)과 접촉하는 면에 복수개의 흡착유로(미도시)들이 병렬적으로 형성되고, 상기 흡착 유로에 의한 흡착력을 이용하여 칩(120)을 고정할 수 있다.The
본딩 헤드(30)는 제1 이동부(7)가 x축 방향으로 이동하여, x축 방향으로 이동할 수 있다. 제1 이동부(7)는 터릿 헤드(20)로부터 플립된 칩(120)을 전달 받기 위해서 서포터부(6)의 길이 방향으로 이동할 수 있다. The
본딩 헤드(30)는 제1 이동부(7)의 길이방향으로 이동할 수 있다. 본딩 헤드(30)가 칩(120)을 전달 받으면, 기판 스테이지(50)로 칩(120)을 전달하기 위해서, 본딩 헤드(30)는 제1 이동부(7)의 길이 방향인 y축 방향으로 이동할 수 있다.The
본딩 헤드(30)는 x축 방향 및 y축 방향과 수직되는 z축 방향으로 이동할 수 있다. 본딩 헤드(30)는 터릿 헤드(20)로부터 플립된 칩(120)을 전달 받기 위해서 높이 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 본딩 헤드(30)는 기판(110)에 플립된 칩(120)을 놓기 위해서 높이 방향으로 이동할 수 있다.The
본딩 헤드(30)는 z축 방향을 중심으로 회전 할 수 있다. 본딩 헤드(30)는 소정의 회전각을 가지도록 칩(120)을 회전 시킬 수 있다. 칩(120)이 틀어진 경우에 칩(120)을 기판(110)에 정렬하기 위해서는 틀어진 각도만큼 칩(120)을 회전 시켜야 한다. 본딩 헤드(30)는 z축 방향을 중심으로 회전 할 수 있어, 기판(110)에 형성된 제1 얼라인 마크(117)와 칩(120)에 형성된 제2 얼라인 마크(127)를 정렬할 수 있다. (도 3 참조) The
본딩 헤드(30)는 칩(120)을 전달 받기 위해 터릿 헤드(20)의 이동경로와 일부가 중첩된다. 또한, 본딩 헤드(30)는 칩(120)을 기판(110)에 부착 하기 위해서 기판 스테이지(50)의 이동 경로와 일부가 중첩된다.The
레이저 헤드(40)는 본딩 헤드(30)와 마주보도록 배치되며, 플립된 칩(120)에 레이저 빔을 조사하여 플립된 칩(120)을 기판(110)에 접합시킬 수 있다. 레이저 헤드(40)는 레이저 발진부(41), 광 섬유부(42), 변환 렌즈(43), 제1 스캔 미러(44), 제1 엑츄에이터(45), 제2 스캔 미러(46), 제2 엑츄에이터(47), 에프세타 렌즈(48) 및 내부공간에 이들을 수용하는 하우징(49)을 구비 할 수 있다.The
레이저 헤드(40)는 제2 이동부(8)가 x축 방향으로 이동하여, x축 방향으로 이동할 수 있다. 레이저 헤드(40)는 x축 방향으로 이동하여 기판 스테이지(50)가 이동하더라도 연속적으로 접합공정을 수행할 수 있다. The
레이저 헤드(40)는 제2 이동부(8)의 길이방향으로 이동할 수 있다. 레이저 헤드(40)는 y축 방향으로 이동하여 기판 스테이지(50)가 이동하더라도 연속적으로 접합공정을 수행할 수 있다.The
레이저 발진부(41)에서 발진된 레이저 빔은 광 섬유부(42)를 통해 변환 렌즈(43)로 이동할 수 있다. 레이저 발진부(41)에서 발진된 레이저 빔(L)은 스팟(spot) 형태를 가진다.The laser beam oscillated by the
변환 렌즈(43)는 레이저 발진부(41)와 제1 스캔 미러(44) 사이에 설치될 수 있다. 변환 렌즈(43)는 이동 방향으로의 레이저 빔(L)의 에너지 분포가 균일하도록 레이저 빔을 변환시킬 수 있다. 즉, 변환 렌즈(43)는 제1 스캔 미러(44)로 인입되는 레이저 빔(L)의 에너지 분포를 균일하게 할 수 있다. 또한, 변환 렌즈(43)는 레이저 빔(L)을 평행광으로 변환 할 수 있다.The
일반적으로 레이저 빔의 에너지 분포는 스팟의 중심부에 에너지가 가장 높게 형성되고, 가장자리로 갈수로 에너지가 낮아진다. 즉, 레이저 빔의 에너지 분포는 가우시안(gaussian) 분포를 가진다. In general, the energy distribution of the laser beam has the highest energy in the center of the spot, and the energy decreases as it goes to the edge. That is, the energy distribution of the laser beam has a Gaussian distribution.
변환 렌즈(43)는 레이저 빔(L)의 에너지 분포가 일정하게 변환 시킬 수 있다. 즉, 레이저 빔(L)의 이동방향으로의 단면적을 보면, 전체 단면적에서 레이저 빔(L)의 에너지 분포가 일정하게 형성될 수 있다.The
제1 스캔 미러(44)와 제2 스캔 미러(46)는 레이저 발진부(41)와 칩(120) 사이의 광 경로 상에 배치되어, 레이저 빔(L)을 플립된 칩(120) 상으로 굴절시킬 수 있다. 제1 스캔 미러(44)와 제2 스캔 미러(46)는 레이저 빔(L)의 조사 중심을 연속적으로 이동시킬 수 있다.The
제1 스캔 미러(44)는 레이저 발진부(41)으로부터 나온 레이저 빔(L)이 굴절되는 각도가 연속적으로 변경되도록 제1 축을 기준으로 회전할 수 있다. 제1 스캔 미러(44)는 플립된 칩(120)에 조사되는 레이저 빔(L)이 제1 방향으로 이동 시키기 위해서 제1 축을 기준으로 회전 할 수 있다. 제1 엑츄에이터(45)는 제1 스캔 미러(44)에 구동력을 전달하여, 제1 엑츄에이터(45)의 구동으로 제1 스캔 미러(44)가 제1 축을 기준으로 회전 할 수 있다.The
제2 스캔 미러(46)는 제1 스캔 미러(44)로부터 나온 레이저 빔(L)이 굴절되는 각도가 연속적으로 변경되어 레이저 빔(L)의 조사 중심 위치가 플립된 칩(120)의 일면에서 연속적으로 변경되도록, 상기 제1축과 다른 방향의 제2축을 기준으로 회전할 수 있다. 제2 스캔 미러(46)는 플립된 칩(120)에 조사되는 레이저 빔(L)이 제2 방향으로 이동시키기 위해서 제2 축으로 회전 할 수 있다. 제2 방향은 제1 방향과 다른 방향이며, 제1 방향과 제2 방향은 직교할 수 있다.In the
에프세타(F-θ) 렌즈(48)는 제2 스캔 미러(46)에서 반사된 레이저 빔(L)의 경로 상에 배치될 수 있다. 에프세타 렌즈(48)는 레이저 빔(L)의 경로를 보정하고, 레이저 빔(L)의 왜곡과 수차를 보정할 수 있다.The F-
기판 스테이지(50)는 기판(110)을 로딩 및 언로딩할 수 있다. 기판 스테이지(50)는 기판(110)을 일 방향으로 이동시킬 수 있다. 기판 스테이지(50)에 놓인 기판(110)은 x축 방향으로 이동시킬 수 있다. 기판 스테이지(50)의 상부에는 본딩 헤드(30)와 레이저 헤드(40)가 위치할 수 있다. 기판(110)의 상부에는 플립된 칩(120)이 레이저 헤드(40)에 의해 접합되고, 이후, 기판(110)이 기판 스테이지(50)에서 배출 될 수 있다.The
기판 스테이지(50)는 기판(110)이 안착되는 안착부(51)와 안착부(51)의 양단에 설치되는 가이드부(52)를 구비할 수 있다. 기판 스테이지(50)는 일방향으로 구동력을 전달할 수 있는 구동장치(미도시)로부터 구동력을 전달 받을 수 있다. 예를 들어, 기판 스테이지(50)는 리니어 모터나 컨베이어 벨트 등을 구비할 수 있다. The
플럭스부(60)는 본딩 헤드(30)와 레이저 헤드(40) 사이에 배치 될 수 있다. 플럭스부(60)는 플립된 칩(120), 본딩 헤드(30) 또는 레이저 헤드(40)가 디핑(dipping)되는 플럭스(flux)가 저장될 수 있다. The
플럭스부(60)는 본딩 헤드(30)의 경로 상에 배치되어 플립된 칩(120)을 플럭스부(60)에 침지될 수 있다. 플럭스는 플립된 칩(120)을 세정할 수 있다. 플럭스는 특히 전도성 범프(125)에 형성된 산화막을 제거할 수 있다. 또한, 플럭스부(60)는 본딩 헤드(30)나 레이저 헤드(40)가 침지될 수 있어, 본딩 헤드(30) 또는 레이저 헤드(40)를 세정할 수 있다.The
얼라인부(70)는 기판(110)과 플립된 칩(120)을 정렬할 수 있다. 얼라인부(70)는 기판(110)의 정렬을 검사하는 제1 비젼부(71) 및 플립된 칩(120)의 위치를 검사하는 제2 비젼부(72)를 구비할 수 있다. The
제1 비젼부(71)는 기판(110)의 제1 얼라인 마크(117)의 위치를 촬상하고, 제2 비젼부(72)는 플립된 칩(120)의 제2 얼라인 마크(127)의 위치를 촬상한다. 제1 비젼부(71)와 제2 비젼부(72)에서 촬상한 데이터를 기초로, 본딩 헤드(30)는 x축 방향, y축 방향으로 플립된 칩을 이동시키거나 z축 방향을 기준으로 플립된 칩을 회전시켜서 기판(110)에 플립된 칩(120)을 정렬할 수 있다. 제1 얼라인 마크(117)와 제2 얼라인 마크(127)가 정렬되면, 플립된 칩(120)의 전도성 범프(125)는 기판(110)의 전극(115)과 접촉된다.The
서포터부(6), 제1 이동부(7), 제2 이동부(8) 및 기판 스테이지(50)는 사각형의 배치 구조를 가질 수 있다. 서포터부(6), 제1 이동부(7), 제2 이동부(8) 및 기판 스테이지(50)는 사각형의 각변에 대응하게 되고, 내부 공간에 플럭스부(60) 및 얼라인부(70)를 배치할 수 있다. 즉, 터릿 헤드(20), 본딩 헤드(30), 레이저 헤드(40)는 컴팩트한 구조를 가지게 되고, 내부에 플럭스부(60) 및 얼라인부(70)를 배치하여 플립칩 본딩 장치(100)의 크기를 최소화 할 수 있다.The
도 4는 도 3의 레이저 헤드(40)의 제어 방법을 도시한 구성도이고, 도 5는 도 3의 레이저 헤드(40)의 구동에 의해 레이저 빔(L)의 이동을 도시하는 도면이다.FIG. 4 is a configuration diagram showing a method of controlling the
도 3 내지 도 5를 참조하면, 레이저 헤드(40)는 컨트롤러(80)에 의해서 제어된다. 컨트롤러(80)는 구동 제어부(81), 레이저 구동부(82) 및 스캔 미러 구동부(83)를 구비할 수 있다.3 to 5, the
구동 제어부(81)는 스캔 미러 구동부(83) 및 레이저 구동부(82)의 구동을 제어할 수 있다. 스캔 미러 구동부(83)는 제1 엑츄에이터(45) 및 제2 엑츄에이터(47)와 전기적으로 연결되어, 제1 스캔 미러(44) 및 제2 스캔 미러(46)를 구동시킬 수 있다. 레이저 구동부(82)는 레이저 발진부(41)를 구동할 수 있다. The driving
즉, 스캔 미러 구동부(83)는, 칩(120)에 조사되는 레이저 빔(L)의 이동을 제어하기 위해서 제1 스캔 미러(44), 제2 스캔 미러(46)를 구동하고, 레이저 구동부(82)는 레이저 빔(L)이 필요한 시간만큼 필요한 파워로 레이저 발진부(41)를 구동하게 된다. That is, the scanning
컨트롤러(80)는 제1 비젼부(71) 또는 제2 비젼부(72)에 촬상된 이미지를 통해서 전도성 범프(125)의 위치나, 플립된 칩(120)의 크기, 기판(110)과 플립된 칩(120)의 위치를 확인할 수 있다. 즉, 컨트롤러(80)는 제1 비젼부(71) 및 제2 비젼부(72)와 연결되어, 레이저 빔(L)의 조사 위치 및 이동방향을 특정할 수 있다.The
상세히, 컨트롤러(80)는 제1 비젼부(71) 또는 제2 비젼부(72)를 통해서 전달된 데이터를 통해서, 플립된 칩(120)의 크기를 알 수 있으며, 스캔 미러 구동부(83)는 칩(120)의 크기에 대응하여 제1 스캔 미러(44) 또는 제2 스캔 미러(46)의 이동 범위를 설정할 수 있다. 그리하여, 레이저 빔(L)은 도 3의 S의 거리만큼 이동할 수 있다. 레이저 빔(L)은 L'과 L"의 범위 내에서 이동할 수 있다.In detail, the
도 5를 보면, 레이저 빔(L)은 특정 영역에 강한 세기로 조사되거나, 장시간 조사될 수 있다. 플립된 칩(120)은 위치에 따라 일부 영역(A)은 강한 세기의 레이저 빔(L")이 조사되거나 조사시간이 길어야 한다. 또한, 다른 일부 영역은 약한 세기의 레이저 빔(L')이 조사되거나 조사시간이 짧아야 한다. Referring to FIG. 5, the laser beam L may be irradiated to a specific area with strong intensity or for a long time. Depending on the position of the flipped
예를들어, 전도성 범프(125)의 바로 상부는 전극(115)과 접합을 위해서 레이저 빔(L)의 세기가 강하거나 조사시간이 길어야 한다. 또한, 플립된 칩(120)에 그라운드 패턴(미도시)이 형성된 경우, 상기 그라운드 패턴으로 열이 빠져나갈 수 있으므로, 상기 그라운드 패턴의 영역에는 레이저 빔(L)의 세기가 강하거나 조사시간이 길어야 한다. For example, the intensity of the laser beam L must be strong or the irradiation time must be long for bonding with the
스캔 미러 구동부(83)는 제2 엑츄에이터(47)를 구동시켜서, 제2 스캔 미러(46)의 위치를 제1 위치(46_1)에서 제2 위치(46_2)로 회전 시킬 수 있다. 또한, 스캔 미러 구동부(83)는 제2 엑츄에이터(47)를 구동시켜서, 제2 스캔 미러(46)의 회전속도를 제어하여, 레이저 빔(L)의 조사시간을 조정할 수 있다. The
예를 들어, 조사시간이 짧아야 하는 위치에서는, 제2 스캔 미러(46)의 회전 속도를 빠르게 하여 제1 위치(46_1)에서 레이저 빔(L')이 짧은 시간 동안 이동할 수 있다. 조사시간이 길어야 하는 영역(A)에서는, 제2 스캔 미러(46)의 회전 속도를 느리게 하여 제2 위치(46_2)에서 레이저 빔(L")이 상대적으로 길 시간 동안 이동할 수 있다. 스캔 미러 구동부(83)는 상기와 같은 방법으로 제1 엑츄에이터(45)를 구동시켜서 제1 스캔 미러(44)의 위치를 조절할 수 있다. For example, in a position where the irradiation time should be short, the rotation speed of the
레이저 구동부(82)는 파장이 짧은 레이저 빔(L)을 발진 시켜서, 강한 세기의 레이저 빔을 플립된 칩(120)에 조사할 수 있다. 또한, 도 3과 같이 레이저 구동부(82)는 레이저 빔(L)의 크기(W)를 조절할 수 있다. The
스캔 미러 구동부(83)는 제1 스캔 미러(44) 및 제2 스캔 미러(46)의 회전각을 조절하여, 플립된 칩(120)의 위치 및 접합에 필요한 열량의 크기에 따라 레이저 빔(L)의 위치 및 크기를 조절할 수 있다.The
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 헤드(40a)의 구동에 의해 레이저 빔의 이동을 도시하는 도면이다.6 is a diagram showing movement of a laser beam by driving the
도 6을 참조하면, 레이저 헤드(40a)는 플립된 칩(120)의 전면에 레이저 빔을 조사하여 플립된 칩(120)과 기판(110)을 접합 할 수 있다. 레이저 헤드(40a)는 플립된 칩(120)의 배면 전체에 레이저 빔을 조사하여, 전도성 범프와 전극을 접합할 수 있다. 레이저 빔은 에너지 분포가 균일하게 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6, the
즉, 레이저 빔의 조사 중심 위치가 칩(120) 배면을 전체 영역을 따라서 이루어지고 그 조사 시간이 모든 영역에서 동일하다면, 칩(120)의 전체 배면에서 골고루 가열되어서, 칩(120)과 기판(110) 사이에 접합되는 영역에서 균일하게 접합된다. That is, if the irradiation center position of the laser beam is made along the entire area of the rear surface of the
도 7은 도 1의 본딩 헤드(30)가 플립된 칩(120)을 기판(110)에 부착하는 공정을 도시하는 흐름도이고, 도 8은 도 1의 레이저 헤드(40)가 플립된 칩(120)을 기판(110)에 접합하는 공정을 도시한 흐름도이다.FIG. 7 is a flowchart showing a process of attaching the flipped
도 1, 도 7 및 도 8을 참조하면, 플립칩 본딩 장치(100)를 이용하여, 플립된 칩(120)을 기판(110)에 접합하는 공정을 설명할 수 있다.Referring to FIGS. 1, 7 and 8, a process of bonding the flipped
터릿 헤드(20)는 웨이퍼 스테이지(10)에 있는 양품의 칩(120)을 픽업할 수 있다. 터릿 헤드(20)는 픽업된 칩(120)을 페이스 다운시켜서, 전도성 범프(125)가 아래 방향을 향하도록 할 수 있다. The
본딩 헤드(30)는 플립된 칩(120)을 전달 받고, 기판 스테이지(50)로 플립된 칩을 이동시킬 수 있다. 이때, 본딩 헤드(30)는 플럭스부(60)에 플립된 칩(120)을 침지 시켜서, 전도성 범프(125)에 생성된 산화막을 제거할 수 있다. 플럭스부(60)는 플립된 칩(120)의 이동경로에 배치되어 플립된 칩(120)이 기판 스테이지(50)으로 전달 되기 전에 플럭스가 침지될 수 있다. The
이후, 얼라인부(70)를 이용하여 제1 얼라인 마크(117)와 제2 얼라인 마크(127)를 따라 기판(110)과 플립된 칩(120)을 정렬시킬 수 있다. (도2 참조)Thereafter, the
레이저 헤드(40)는 플립된 칩(120)이 부착된 기판(110)의 위에서, 플립된 칩(120)의 배면에 레이저 빔을 조사할 수 있다. 레이저 헤드(40)는 칩(120)의 배면을 따라 제1 방향 또는 제2 방향으로 이동할 수 있으며, 레이저 빔의 강도 및 조사시간을 조절 할 수 있다.The
플립된 칩(120)의 전도성 범프(125)와 기판(110)의 전극은 레이저 빔(L)에 의해서 연결되어 기판(110)과 칩(120)을 전기적으로 연결하는 연결부(130)가 형성된다. 기판(110)상에 칩(120)이 부착되면, 기판 스테이지(50)에서 배출된다. The
한편, 기판(110) 및 칩(120)은 기판(110) 상에 도포된 열 경화 수지(미도시)를 이용하여 플립칩 본딩될 수도 있다. 이 경우, 칩(120)과 기판(110)의 단자부들 사이의 열적 결합이 일어나고 연속해서 열 경화 수지가 칩(120)과 기판(110)의 가열에 의해 동시에 접착면 내에서 경화되면 외부로부터 부식 영향 방지를 위해 칩(120)과 기판(110) 사이의 갭을 밀봉하기 위한 별도의 단계가 필요 없게 되므로 더욱 효과적이다. Meanwhile, the
플립칩 본딩 장치(100)는 터릿 헤드(20), 본딩 헤드(30), 레이저 헤드(40)가 사각형의 배치를 형성하여 컴팩트한 구조를 가지게 되고, 내부에 플럭스부(60) 및 얼라인부(70)를 배치하여 크기를 최소화 할 수 있다.The flip
플립칩 본딩 장치(100)는 레이저 빔(L)의 위치를 적어도 서로 다른 2방향으로 이동시켜서, 플립된 칩(120)의 위치에 따라 레이저 빔의 세기나, 조사 시간을 조절할 수 있다.The flip
플립칩 본딩 장치(100)는 레이저 빔(L)의 이동방향으로 에너지 분포가 균일하게 형성될 수 있다. 일반적으로 레이저 빔(L)은 중앙에서 에너지 분포가 높은 가우시안 형태를 가지는 에너지 분포를 가진다. 레이저 빔(L)이 특정 영역에서 강한 에너지 분포를 가지게 되면, 레이저 빔(L)의 세기를 조절하기 어렵다. 또한, 플립된 칩(120)이 기판(110)에 접합 시에, 레이저 빔(L)의 세기의 분포가 상이하여 접합이 균일하게 진행할 수 없어, 제품의 불량 및 생산성이 저하될 수 있다. The flip
플립칩 본딩 장치(100)는 조사되는 레이저 빔(L)의 단위 면적당 에너지 분포를 일정하게 형성하여, 전도성 범프(125)와 전극(115)의 접합강도를 향상 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다.The flip
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the scope of the appended claims will include such modifications or variations as long as they fall within the gist of the present invention.
5: 엘리베이터
10: 웨이퍼 스테이지
20: 터릿 헤드
30: 본딩 헤드
40: 레이저 헤드
50: 기판 스테이지
60: 플럭스부
70: 얼라인부
80: 컨트롤러
100: 플립칩 본딩 장치
110: 기판
120: 칩5: elevator
10: wafer stage
20: turret head
30: bonding head
40: laser head
50: substrate stage
60: flux part
70: alignment unit
80: controller
100: flip chip bonding device
110: substrate
120: chip
Claims (6)
x축 방향으로 이동할 수 있으며, 상기 제1 이동부와 마주보도록 배치되는 제2 이동부;
상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부의 일측에 배치되고, 기판을 이송시키는 기판 스테이지;
상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부의 타측에 배치되고, 상기 기판 스테이지와 이격되어 설치되는 웨이퍼 스테이지;
상기 웨이퍼 스테이지로부터 칩을 픽업하고, 상기 칩을 플립(flip)시키는 터릿 헤드;
상기 제1 이동부의 길이방향인 y축 방향을 따라 이동하여, 일부가 상기 기판의 이동경로와 중첩되는 이동경로를 가지고, 상기 플립된 칩을 상기 기판 상에 부착하는 본딩 헤드;
상기 제2 이동부의 길이방향인 y축 방향을 따라 이동하고, 상기 플립된 칩에 레이저 빔을 조사하여 상기 플립된 칩을 상기 기판에 접합시키는 레이저 헤드; 및
상기 본딩 헤드와 상기 레이저 헤드 사이에 설치되는 서포터부를 포함하고,
상기 터릿 헤드는 상기 서포터부를 따라 x축 방향으로 이동하여 상기 플립된 칩을 상기 본딩 헤드로 전달하는, 플립칩 본딩 장치.a first moving part that can move in the x-axis direction;
a second moving unit that can move in the x-axis direction and is disposed to face the first moving unit;
A substrate stage disposed on one side of the first moving part and the second moving part and transferring a substrate;
A wafer stage disposed on the other side of the first moving part and the second moving part and spaced apart from the substrate stage;
A turret head for picking up a chip from the wafer stage and flipping the chip;
A bonding head that moves along a y-axis direction that is a longitudinal direction of the first moving unit, has a moving path partially overlapping with the moving path of the substrate, and attaches the flipped chip on the substrate;
A laser head moving along a y-axis direction, which is a longitudinal direction of the second moving part, and irradiating a laser beam onto the flipped chip to bond the flipped chip to the substrate; And
Including a supporter installed between the bonding head and the laser head,
The turret head moves in the x-axis direction along the supporter unit to transfer the flipped chip to the bonding head.
상기 레이저 헤드는,
레이저 발진부;
상기 레이저 발진부로부터 나온 상기 레이저 빔이 굴절되는 각도가 연속적으로 변경되도록 제1 축을 기준으로 회전하는 제1 스캔 미러와; 및
상기 제1 스캔 미러로부터 나온 상기 레이저 빔이 굴절되는 각도가 연속적으로 변경되어 상기 레이저 빔의 조사 중심 위치가 상기 플립된 칩의 일면에서 연속적으로 변경되도록, 상기 제1 축과 다른 방향의 제2 축을 기준으로 회전하는 제2 스캔 미러;를 구비하는, 플립칩 본딩 장치.The method of claim 1,
The laser head,
Laser oscillation unit;
A first scanning mirror rotating about a first axis such that an angle at which the laser beam emitted from the laser oscillation unit is refracted is continuously changed; And
A second axis in a direction different from the first axis is arranged so that the angle at which the laser beam emitted from the first scanning mirror is refracted is continuously changed so that the irradiation center position of the laser beam is continuously changed on one surface of the flipped chip. A flip-chip bonding apparatus comprising a; a second scan mirror rotating based on a reference.
상기 레이저 빔은,
스팟 형태로 출사되며, 상기 제1 스캔 미러의 회전에 따라 제1 방향으로 상기 플립된 칩의 일면에 이동하고, 상기 제2 스캔 미러의 회전에 따라 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 상기 플립된 칩의 일면에 이동하는, 플립칩 본딩 장치. The method of claim 2,
The laser beam,
It is emitted in the form of a spot, moves to one surface of the flipped chip in a first direction according to the rotation of the first scan mirror, and flips the flip in a second direction different from the first direction according to the rotation of the second scan mirror. A flip chip bonding device that moves on one side of the chip.
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