KR102228795B1 - 실장 헤드 - Google Patents

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KR102228795B1
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semiconductor die
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mounting head
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마나토 니시데
코헤이 세야마
히지리 하야시
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

실장 장치는 반도체 다이(70)를 흡착하는 표면(14)을 갖는 어태치먼트(10)와, 어태치먼트(10)의 표면(14)과는 반대측에 배치되고, 표면(14)에서 흡착된 반도체 다이(70)를 가열하는 히터(20)와, 어태치먼트(10) 및 히터(20)를 일체로 관통하고 있고, 표면(14)에서 개구하는 흡인 구멍과, 히터(20)의 어태치먼트(10)와는 반대측에 배치되고, 흡인 구멍에 연통하는 진공 흡인 경로(32)가 설치된 본체부를 구비하고, 진공 흡인 경로(32)는 흡인 구멍으로부터 흡인된 기체가 응축한 액체 또는 당해 액체가 응고한 고체로 이루어지는 이물을 저류하는 저류부(90)를 갖는다. 이것에 의해, 실장 헤드의 오손을 억제할 수 있다.

Description

실장 헤드
본 발명은 반도체 다이의 전극과 기판 또는 다른 반도체 다이의 전극을 접합하는 전자부품 실장 장치에 사용하는 실장 헤드에 관한 것이다.
종래, 어태치먼트에 진공 흡착한 반도체 다이를 히팅 툴로 가열하고, 열경화성 수지를 도포한 기판 위에 가압하여 반도체 다이를 기판에 실장하는 방법이 많이 사용되고 있다. 열경화성 수지는 가열되면 휘발 성분이 가스화되고, 가스화된 휘발 성분은 냉각되면 응축하여 액체 또는 응고하여 고체가 된다. 이 때문에, 가열에 의해 가스화된 열경화성 수지의 휘발 성분이 히팅 툴과 어태치먼트 사이의 미미한 간극이나 어태치먼트와 반도체 다이 사이의 미미한 간극으로부터, 진공 유로 내로 빨아 들여져, 전환 밸브 내부에서 응축 또는 응고하여 진공 흡인의 동작 불량을 일으키거나, 히팅 툴과 어태치먼트의 간극에서 응고하여 반도체 다이의 가열 불량을 초래하거나 하는 경우가 있다. 이 때문에, 히팅 툴과 어태치먼트의 주위를 커버로 덮고, 이 커버로부터 공기를 뿜어내어 가스화된 휘발 성분이 히팅 툴과 어태치먼트 사이의 미미한 간극이나 진공 흡인 구멍으로 빨아 들여지는 것을 방지하는 방법이 제안되었다(특허문헌 1 참조).
일본 특표 2012-165313호 공보
그런데, 최근, 양면에 돌출 전극을 배치한 반도체 다이를 복수단 적층 접합하는 스택 실장이 많이 행해지고 있다. 이 스택 실장에서는, 접합하는 측의 돌출 전극에 땜납 범프를 형성하고, 그 표면에 비도전성 필름(NCF)을 붙인 후, 반도체 다이를 반전시키고, 반대측의 면을 어태치먼트에 흡착시킨다. 그 후, 어태치먼트에 의해 반도체 다이의 범프를 다른 반도체 다이의 전극에 누름과 아울러, 어태치먼트의 온도를 땜납의 용해 온도(250℃ 정도)까지 상승시키면, NCF가 저점도화되어 반도체 다이의 간극을 충전한다. 그 후, 땜납이 용융됨과 아울러 수지 경화가 진전된다. 그리고, 어태치먼트를 상승시키면, 땜납의 온도가 저하되어 고화되고, 반도체 다이의 스택 실장이 종료된다.
스택 실장되는 반도체 다이는 어태치먼트에 흡착되는 면에도 돌출 전극이 형성되어 있으므로, 어태치먼트의 선단에 반도체 다이를 진공 흡착시키면, 어태치먼트의 표면과 반도체 다이의 표면 사이에 돌출 전극의 높이만큼 간극이 생긴다. NCF는 200℃ 이상으로 가열되면 아크릴 모노머 등의 분자량이 작은 성분이 가스화되므로, 어태치먼트의 온도를 땜납의 용융 온도(250℃ 정도)까지 상승시키면, 이 간극으로부터 NCF의 가스화된 성분이 어태치먼트 내부의 진공 흡인 구멍 속으로 빨아 들여져 버린다.
여기에서, 상기의 스택 실장에 있어서, 반도체 다이를 픽업할 때는 NCF가 저점도로 되지 않도록, 어태치먼트의 온도를, 예를 들면, 100℃ 정도까지 냉각할 필요가 있다. 또한 반도체 다이를 흡착하고 있을 때는, 진공 흡인 구멍의 압력은 진공이지만, 반도체 다이의 접합 후는, 어태치먼트로부터 반도체 다이를 떼어 내기 위해 진공을 정지하는 것이 필요하다. 이 때문에, 반도체 다이를 흡착하고, 전극을 접합할 때에 250℃ 정도까지 어태치먼트가 가열된 때는, 어태치먼트 내부에 설치된 진공 흡인 구멍 속으로 NCF의 가스화 성분이 기체의 상태로 흡인된다. 그 후, 흡인이 정지되면 흡인된 가스화 성분이 진공 흡인 구멍 속에 체류하고, 어태치먼트가 100℃ 정도까지 냉각되면 내부에 체류한 가스화된 성분이 응축하여 액체로 된다고 하는 프로세스가 반복된다. 그리고, 진공 흡인 구멍 내에서 머무르는, 가스화 성분을 포함하는 다량의 액체가, 예를 들면, 새로운 반도체 다이의 스택 처리 등을 할 때 가열됨으로써 경화되어, 가스화 성분을 포함하는 수지가 생성되고, 당해 수지가 진공 흡인 구멍에 축적된다. 최종적으로는, 축적된 수지가 진공 흡인 구멍을 밀봉해 버려, 실장 헤드 등을 오손해 버린다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 실장 헤드의 오손을 억제하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 1태양에 따른 실장 헤드는 반도체 다이의 전극과 기판 또는 다른 반도체 다이의 전극을 접합하는 전자부품 실장 장치에 사용하는 실장 헤드로서, 반도체 다이를 흡착하는 흡착면을 갖는 어태치먼트와, 상기 어태치먼트의 상기 흡착면과는 반대측의 면에 배치되어, 상기 어태치먼트 및 상기 반도체 다이를 가열하는 본딩 히터와, 끝면에서 상기 본딩 히터를 유지하는 본체부와, 상기 어태치먼트의 상기 흡착면에 형성된 제1 개구부와, 상기 본체부의 상기 끝면과는 다른 면에 형성된 제2 개구부와, 상기 본체부 내에서 상기 제1 개구부로부터 흡인된 기체의 유로를 굴곡시키는 제1 굴곡부를 갖고, 상기 어태치먼트, 상기 본딩 히터, 및 상기 본체부의 내부를 관통하는 흡인 경로이며, 상기 제1 개구부로부터 흡인된 기체를 상기 제2 개구부에서 외부로 배출하는 흡인 경로와, 상기 흡인 경로에 형성되어, 상기 기체가 응축한 액적이 상기 본딩 히터에 적하되는 것을 억제하는 적하 방지부를 구비한다.
상기 실장 헤드에 있어서, 상기 적하 방지부는 상기 흡인 경로의 상기 제1 굴곡부보다도 상기 기체의 흡인 방향 하류측에서 배치되고, 상기 기체가 응축한 상기 액적 또는 상기 액적이 응고한 고체를 저류하는 저류부를 구비해도 된다.
상기 실장 헤드에 있어서, 상기 적하 방지부는 상기 흡인 경로에서 상기 본딩 히터를 관통하는 관통구멍의 직상부에 배치되고, 상기 기체의 응축 온도 이상의 온도로 상기 기체를 가열하는 경로 히터를 구비해도 된다.
상기 실장 헤드에 있어서, 상기 적하 방지부는 상기 흡인 경로의 상기 제1 굴곡부보다도 상기 기체의 흡인 방향 하류측에서 배치되고, 상기 기체의 응축 온도 이하의 온도로 상기 기체를 냉각하는 냉각부를 구비해도 된다.
상기 실장 헤드에 있어서, 상기 적하 방지부는 상기 흡인 경로의 상기 제1 굴곡부보다도 상기 기체의 흡인 방향 하류측에서 배치되어, 상기 기체의 유체 저항을 증가시키는 응축부를 구비해도 된다.
상기 실장 헤드에 있어서, 상기 흡인 경로는 상기 제1 굴곡부보다도 상기 기체의 흡인 방향 하류측에 설치된 제2 굴곡부를 더 구비하고, 상기 적하 방지부는 상기 제1 굴곡부 및 상기 제2 굴곡부에 걸쳐 설치되어도 된다.
상기 실장 헤드에 있어서, 상기 기체가 응축한 상기 액적 또는 상기 액적이 응고한 고체를 저류하는 저류부는 상기 제2 굴곡부에 배치되어도 된다.
상기 실장 헤드에 있어서, 상기 본체부는 상기 기체가 응축한 상기 액적 또는 상기 액적이 응고한 고체를 저류하는 저류부를 통과하는 분할면에서 상하로 분할 가능하게 구성되어도 된다.
상기 실장 헤드에 있어서, 상기 저류부의 바닥부가 상기 분할면에서 분할한 하부 본체부에 설치되어도 된다.
상기 실장 헤드에 있어서, 상기 본체부는 상기 분할면에서 분할한 상부 본체부에 제3 개구부를 구비하고, 상기 제3 개구부는 상기 기체의 흡인 방향 하류측을 향하여 점차로 작아지도록 테이퍼 형상으로 형성되어 있고, 상기 제3 개구부의 일단면의 직경이 상기 제3 개구부의 상기 흡인 방향 하류측의 다른 끝면의 직경보다도 커지도록 구성되어도 된다.
상기 실장 헤드에 있어서, 상기 본체부는 상기 흡인 경로에서 상기 본딩 히터를 관통하는 관통구멍의 직상부에 배치되고, 상기 기체의 응축 온도 이상의 온도로 상기 기체를 가열하는 경로 히터와, 상기 흡인 경로의 상기 제1 굴곡부보다도 상기 기체의 흡인 방향 하류측에서 배치되고, 상기 기체가 응축한 상기 액적 또는 상기 액적이 응고한 고체를 저류하는 저류부와, 상기 흡인 경로의 상기 제1 굴곡부보다도 상기 기체의 흡인 방향 하류측에서 배치되어, 상기 기체의 응축 온도 이하의 온도로 상기 기체를 냉각하는 냉각부를 상기 기체의 흡인 방향을 따라 순차 구비해도 된다.
상기 실장 헤드에 있어서, 상기 본체부는, 상기 흡인 경로에 있어서, 상기 기체가 응축한 상기 액적 또는 상기 액적이 응고한 고체를 저류하는 저류부가 설치되어 있는 위치에 대향하는 위치에 돌기부를 더 구비해도 된다.
상기 실장 헤드에 있어서, 상기 본딩 히터와 상기 본체부는 상이한 열전도율을 갖는 재료를 포함하여 구성되어도 된다.
본 발명에 의하면, 실장 헤드의 오손을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치의 구성을 나타내는 구성도.
도 2a는 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 어태치먼트의 상면도.
도 2b는 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 어태치먼트의 단면도.
도 2c는 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 어태치먼트의 저면도.
도 3a는 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 본딩 히터의 상면도.
도 3b는 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 본딩 히터의 단면도.
도 3c는 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 본딩 히터의 저면도.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 다른 플립 칩 본딩 장치의 구성을 나타내는 구성도.
도 5는 도 4의 V-V 방향에서 본 단면도.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 다른 플립 칩 본딩 장치의 구성을 나타내는 구성도.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 다른 플립 칩 본딩 장치의 구성을 나타내는 구성도.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치를 사용하여 양면에 전극이 배치된 반도체 다이를 스택 실장하는 공정 중, 어태치먼트에 둘째 단의 반도체 다이를 흡착한 상태를 나타내는 설명도.
도 9는 도 8에 나타낸 공정 후, 어태치먼트를 하강시켜 둘째 단의 반도체 다이의 전극을 첫째 단의 반도체 다이의 전극에 가압함과 아울러, 본딩 히터로 둘째 단의 반도체 다이를 가열하고 있는 상태를 나타내는 설명도.
도 10은 도 9에 나타낸 공정 후, 어태치먼트를 상승시킨 상태를 나타내는 설명도.
도 11은 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 본체의 구성의 1 예를 도시하는 구성도.
도 12는 도 11의 XII-XII 방향에서 본 단면도.
도 13은 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 본체의 구성의 1 예를 나타내는 구성도.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 하나의 실시형태를 설명한다. 단, 이하에 설명하는 실시형태는, 어디까지나 예시이며, 이하에 명시하지 않는 여러 변형이나 기술의 적용을 배제하는 의도는 없다. 즉, 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다. 또한 일련의 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사 부분에는 동일 또는 유사 부호를 붙여서 나타내고 있다.
도 1∼도 4를 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치(전자부품 실장 장치)에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치의 구성을 나타내는 구성도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 플립 칩 본딩 장치(100)는, 예시적으로, 반도체 다이(80) 및 기판(52)의 적어도 일방을 상면에 흡착 고정하는 본딩 스테이지(50)와, 도시하지 않은 구동 장치에 의해 본딩 스테이지(50)에 대하여 수직 방향(도 1에 도시하는 상하 방향) 또는 수평 방향으로 구동되는 실장 헤드(60)를 구비하고 있다.
실장 헤드(60)는, 예시적으로, 반도체 다이(70)를 진공 흡착하는 표면(14)(흡착면)을 갖는 어태치먼트(10)와, 어태치먼트(10)의 표면(14)과는 반대측의 상면(18)에 배치되어, 어태치먼트(10) 및 표면(14)에서 흡착된 반도체 다이(70)를 가열하는 본딩 히터(20)와, 하면(33)(끝면)에서 본딩 히터(20)를 유지하는 본체부(31)와, 어태치먼트(10)의 표면(14)에 형성된 제1 개구부(19)와, 본체부(31)의 하면(33)과는 다른 면에 형성된 제2 개구부(35)와, 본체부(31) 내에서 제1 개구부(19)로부터 흡인된 기체의 유로를 굴곡시키는 제1 굴곡부(37)를 갖고, 어태치먼트(10), 본딩 히터(20), 및 본체부(31)의 내부를 관통하는 관통구멍으로서의 흡인 경로이며, 제1 개구부(19)로부터 흡인된 기체를 제2 개구부(35)에서 외부로 배출하는 흡인 경로(예를 들면, 어태치먼트(10)에 형성된 진공 흡인 구멍(16)과, 본딩 히터(20)에 형성된 진공 흡인 구멍(22)과, 본체부(31)에 형성된 진공 흡인 경로(32)를 포함하는 경로)와, 흡인 경로에 형성되어, 기체가 응축한 액적이 본딩 히터(20)에 적하되는 것을 억제하는 적하 방지부(90)를 구비한다. 본체부(31)는 도시하지 않은 구동 장치에 접속된다.
도 2a는 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 어태치먼트의 상면도이다. 도 2b는 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 어태치먼트의 단면도이다. 도 2c는 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 어태치먼트의 저면도이다. 도 2a∼2c에 나타내는 바와 같이, 어태치먼트(10)는, 예시적으로, 사각 판 형상의 베이스(11)와, 베이스(11)의 하면(12)으로부터 사각 대좌 형상으로 돌출하고, 표면(14)에 도 1에 나타내는 반도체 다이(70)를 진공 흡착하는 아일랜드(13)를 구비하고 있다. 어태치먼트(10)의 중심에는, 반도체 다이(70)을 진공 흡인하기 위한 진공 흡인 구멍(16)이 베이스(11)와 아일랜드(13)를 관통하도록 설치되어 있다.
도 1로 되돌아와, 본딩 히터(20)는, 예를 들면, 질화알루미늄 등의 세라믹스의 내부에, 백금 또는 텅스텐 등에 의해 구성된 발열 저항체를 메워 넣은 사각 판 형상 부재이다. 본딩 히터(20)의 크기는 어태치먼트(10)와 대략 동일하다. 또한, 세라믹스를 포함하는 본딩 히터(20)의 열전도율은, 예를 들면, 100W/m·K 이상이다.
도 3a는 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 본딩 히터의 상면도이다. 도 3b는 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 본딩 히터의 단면도이다. 도 3c는 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 본딩 히터의 저면도이다. 도 3a∼3c에 나타내는 바와 같이, 본딩 히터(20)의 중심에는, 어태치먼트(10)의 진공 흡인 구멍(16)에 연통하는 진공 흡인 구멍(22)이 설치되어 있다. 또한 도 1 및 도 3b에 나타내는 바와 같이, 본딩 히터(20)의 상면(27)은 본체부(31)의 하면(33)과 접하고 있다.
도 1로 되돌아와, 본체부(31)는, 예를 들면, 철이나 크롬 등을 포함하는 스테인리스 등을 포함하여 구성된 부재이다. 스테인리스 등을 포함하는 본체부(31)의 열전도율은, 예를 들면, 수십 W/m·K 이하이며, 본딩 히터(20)의 열전도율보다 작다. 즉, 본체부(31)와 본딩 히터(20)는 다른 열전도율을 갖는 재료를 포함하여 구성된다.
본체부(31)에 설치된 진공 흡인 경로(32)는 중간에 전자 밸브(43)가 배치되어 있는 배관(41)에 의해 진공 펌프(44)에 제2 개구부(35)를 통하여 접속되어 있다. 진공 펌프(44)가 구동하면, 배관(41)이 접속되어 있는 진공 흡인 경로(32)와, 본딩 히터(20)의 진공 흡인 구멍(22)이 진공 상태가 되고, 어태치먼트(10)는 본딩 히터(20)의 하면(26)에 진공 흡착된다. 또한, 전자 밸브(43)가 열림인 경우에는, 배관(41)이 접속되어 있는 본체부(31)의 진공 흡인 경로(32)와, 진공 흡인 경로(32)와 연통하고 있는 본딩 히터(20)의 진공 흡인 구멍(22)과, 진공 흡인 구멍(22)과 연통 하고 있는 어태치먼트(10)의 진공 흡인 구멍(16)이 진공 상태가 된다. 따라서, 어태치먼트(10)의 아일랜드(13)의 표면(14)에, 반도체 다이(70)의 돌출 전극(72)측의 면이 진공 흡착된다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 다른 플립 칩 본딩 장치의 구성을 나타내는 구성도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 실장 헤드(60)의 적하 방지부(90)는 진공 흡인 경로(32)(흡인 경로)의 제1 굴곡부(37)보다도 기체의 흡인 방향 하류측에서 배치되어, 기체가 응축한 액적 또는 액적이 응고한 고체를 저류하는 저류부(90A)를 구비한다. 진공 흡인 경로(32)는 제1 굴곡부(37)보다도 기체의 흡인 방향 하류측에 설치된 제2 굴곡부(38)를 더 구비하고, 적하 방지부(90)는 제1 굴곡부(37) 및 제2 굴곡부(38)에 걸쳐서 설치된다. 저류부(90A)는 제2 굴곡부(38)에 배치되도록 구성되어도 된다. 또한 본체부(31)는 저류부(90A)를 통과하는 분할면(DF)에서 상하로 분할 가능하게 구성되어도 된다. 여기에서, 분할면(DF)에서 분할한 본체부(31)의 상부를 상부 본체부(31A)라고 하고, 하부를 하부 본체부(31B)라고 한다.
도 5는 도 4의 V-V 방향에서 본 본체부(31)의 단면도이다. 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 저류부(90A)는 진공 흡인 구멍(16, 22)의 축방향과 직교하는 본체부(31)의 단면시에 있어서, 진공 흡인 구멍(16, 22)의 위치와는 다른 위치에 배치된다. 여기에서, 저류부(90A)는 입체 형상으로 구성되어 있다. 또한 본체부(31)에 설치되어 있는 진공 흡인 경로(32)는 본딩 히터(20)에 설치되어 있는, 어태치먼트(10)의 진공 흡인 구멍(16)에 연통하는 진공 흡인 구멍(22)과 연통하도록 구성되어 있다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 다른 플립 칩 본딩 장치의 구성을 나타내는 구성도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이 적하 방지부(90)는 진공 흡인 경로(32)(흡인 경로)에서 본딩 히터(20)를 관통하는 관통구멍으로서의 진공 흡인 구멍(22)(관통구멍)의 직상부인 제1 굴곡부(37)에서 배치되어, 기체의 응축 온도 이상의 온도로 기체를 가열하는 경로 히터(90B)를 구비한다. 경로 히터(90B)는 제1 굴곡부(37)에서 기체를 기체의 응축 온도 이상의 온도로 가열하므로, 제1 굴곡부(37) 부근에서 기체가 액화하는 것을 막을 수 있다.
도 7은 적하 방지부(90)는 진공 흡인 경로(32)(흡인 경로)의 제1 굴곡부(37)보다도 기체의 흡인 방향 하류측에서 배치되어, 기체의 응축 온도 이하의 온도로 기체를 냉각하는 냉각부(90C)를 구비한다. 진공 흡인 경로(32)는 제2 굴곡부(38)보다도 기체의 흡인 방향 하류측에 설치된 제3 굴곡부(39)를 더 구비하고, 적하 방지부(90)는 제1 굴곡부(37), 제2 굴곡부(38) 및 제3 굴곡부(39)에 걸쳐서 설치된다. 냉각부(90C)는 제3 굴곡부(39)에 배치되도록 구성되어도 된다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 본체부(31)는 경로 히터(90B)와, 저류부(90A)와, 냉각부(90C)를 기체의 흡인 방향을 따라 순차 구비하고 있다.
또한, 적하 방지부(90)는, 냉각부(90C) 대신에, 진공 흡인 경로(32)의 제1 굴곡부(37)보다도 기체의 흡인 방향 하류측에서 배치되어, 기체의 유체 저항을 증가시키는 응축부를 구비해도 된다. 또한 적하 방지부(90)는 냉각부(90C)에 더하여 당해 응축부를 더 구비해도 된다. 냉각부(90C) 및 응축부는 기체의 응축을 촉진시킬 수 있고, 액화한 것은 저류부(90A)에서 저류된다.
도 8∼도 10을 참조하여, 본 실시형태의 플립 칩 본딩 장치(100)에 의해, 다이 본체(81)의 상면에 돌출 전극(82)을 형성한 첫째 단의 반도체 다이(80)의 위에, 다이 본체(71)의 일방의 면에 돌출 전극(72), 타방의 면에 돌출 전극(73)을 형성하고, 또한 돌출 전극(73)의 선단에 땜납 등으로 범프(74)를 형성하고, 돌출 전극(73)이 설치되어 있는 타방의 면에 NCF(75)를 붙인 둘째 단의 반도체 다이(70)를 실장하는 공정에 대하여 설명한다. 또한, 돌출 전극(72, 73)은, 예를 들면, 구리 등으로 구성되어도 된다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치(100)를 사용하여 양면에 전극이 배치된 반도체 다이(70)를 스택 실장하는 공정 중, 어태치먼트(10)에 둘째 단의 반도체 다이(70)를 흡착한 상태를 나타내는 설명도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 첫째 단의 반도체 다이(80)를 본딩 스테이지(50)의 상면에 배치한다. 또한 도 1에 나타내는 진공 펌프(44)를 구동하고, 배관(41)이 접속되어 있는 진공 흡인 경로(32)와, 본딩 히터(20)의 진공 흡인 구멍(22)을 진공 상태로 하여 본딩 히터(20)의 하면(26)에 어태치먼트(10)의 상면(18)을 진공 흡착시킨다.
다음에 도시하지 않은 반도체 다이(70)의 반전, 전달 장치 위에 돌출 전극(72)이 상측이 되도록 재치된 반도체 다이(70) 위에 실장 헤드(60)를 이동시킨다. 그리고, 전자 밸브(43)를 열림으로 하여, 배관(41)이 접속되어 있는 본체부(31)의 진공 흡인 경로(32)와, 진공 흡인 경로(32)와 연통하고 있는 본딩 히터(20)의 진공 흡인 구멍(22)과, 진공 흡인 구멍(22)과 연통하고 있는 어태치먼트(10)의 진공 흡인 구멍(16)을 진공 상태로 한다. 따라서, 어태치먼트(10)의 아일랜드(13)의 표면(14)에, 반도체 다이(70)의 돌출 전극(72)측의 면이 진공 흡착된다.
그 후, 반도체 다이(70)의 위치와 본딩 스테이지(50) 위에 배치된 반도체 다이(80)의 위치가 맞도록, 실장 헤드(60)를 이동시키면, 플립 칩 본딩 장치(100)는 도 8에 나타내는 바와 같은 상태가 된다. 이 상태에서는, 어태치먼트(10)의 온도는, 예를 들면, 100℃ 정도이며, 범프(74)는 용융 상태로 되어 있지 않다. 또한 NCF(75)도 저점도 상태로 되어 있지 않다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 어태치먼트(10)의 표면(14)과 반도체 다이(70)의 다이 본체(71) 사이에는, 돌출 전극(72)의 높이만큼의 간극이 생겨 있다. 따라서, 반도체 다이(70)를 어태치먼트(10)의 표면(14)에 진공 흡착한 상태이더라도, 도 8에 나타내는 화살표(A1)로 나타내는 바와 같이, 상기 간극으로부터 반도체 다이(70)의 주위의 공기가 진공 흡인 구멍(16)의 내부로 들어가려고 한다.
도 9는, 도 8에 나타낸 공정 후, 어태치먼트(10)를 하강시켜 반도체 다이(70)의 전극을 반도체 다이(80)의 전극에 가압함과 아울러, 본딩 히터(20)로 반도체 다이(70)를 가열하고 있는 상태를 나타내는 설명도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 실장 헤드(60)를 도시하지 않은 구동 장치에 의해 흰 화살표(A2)로 나타내는 바와 같이, 하강시켜, 어태치먼트(10)의 표면(14)에 흡착한 반도체 다이(70)의 범프(74)를 본딩 스테이지(50) 위에 진공 흡착된 반도체 다이(80)의 돌출 전극(82) 위에 가압함과 아울러, 본딩 히터(20)에 의해 반도체 다이(70)를 250℃ 정도까지 가열하여 범프(74)를 용융시킨다.
그러면, 반도체 다이(70)의 돌출 전극(73)이 배치되어 있는 측에 붙여진 NCF(75)가 저점도화되어, 반도체 다이(80)의 다이 본체(81)와 반도체 다이(70)의 다이 본체(71) 사이의 간극을 충전한다. 이후, 용융된 범프(74)에 의해, 반도체 다이(80)의 돌출 전극(82)과 반도체 다이(70)의 돌출 전극(73)이 금속 접합되어, 반도체 다이(80)의 다이 본체(81)와 반도체 다이(70)의 다이 본체(71) 사이의 간극을 충전한 수지는 열경화하여 열경화 수지(75a)가 된다.
이때, NCF(75)의 가스화 성분이 가스(G)로 되어, 반도체 다이(70)의 주위에 체류한다. 이 체류하는 가스는 화살표(A1)로 나타내는 바와 같이 어태치먼트(10)의 진공 흡인 구멍(16), 본딩 히터(20)의 진공 흡인 구멍(22), 본체부(31)의 진공 흡인 경로(32) 속으로 흘러들어갈 우려가 있다. 그러나, 흘러들어간 가스(G)는, 예를 들면, 진공 흡인 경로(32)에 설치된 경로 히터(90B)로 가열되어, 진공 흡인 경로(32) 내를 상승하는 도중(예를 들면, 진공 흡인 경로(32)에서의 점선(C)으로 둘러싼 범위)에서 액화되지 않고, 그대로 진공 흡인 경로(32) 내를 상승한다. 상승한 가스(G)는 진공 흡인 경로(32)에 설치된 냉각부(90C)에서 냉각됨으로써 액화(응축)된다. 그리고, 액적(L)은 냉각부(90C)로부터 적하하여, 저류물(91)로서 진공 흡인 경로(32)에 설치된 저류부(90A)에서 저류되거나, 또는, 액체가 응고한 고체는 저류물(91)로서 저류부(90A)에서 저류된다.
도 10은, 도 9에 나타낸 공정 후, 어태치먼트를 상승시킨 상태를 나타내는 설명도이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 전자 밸브(43)를 열림으로 하여, 진공 흡인 경로(32)의 흡인을 정지한 후, 도시하지 않은 구동 장치에 의해 흰색 화살표(A3)로 나타내는 바와 같이 실장 헤드(60)를 상승시키면, 본딩 스테이지(50) 위에는, 반도체 다이(80)와, 반도체 다이(80)에 접합된 반도체 다이(70)가 남는다. 그리고, 온도가 저하되어 가면, 용융된 범프(74)가 응고하여 접합 금속(74b)이 되고, 열경화 수지(75a)는 경화하여 반도체 다이(80)의 다이 본체(81)의 상면과 반도체 다이(70)의 다이 본체(71)의 하면과의 간극을 충전하는 충전 수지(75c)가 된다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 반도체 다이(70)를 반도체 다이(80)에 실장하고, 실장 헤드(60)를 상승시킨 상태이더라도, 도 9에 나타낸 공정 시에 발생한 가스가 잔존하여, 화살표(A4)로 타나내는 바와 같이, 당해 가스가 본체부(31)의 진공 흡인 경로(32) 속으로 흘러들어갈 우려도 있다. 그러나, 도 9를 사용하여 이미 설명한 바와 같이, 가스는 진공 흡인 경로(32)에 설치된 경로 히터(90B)로 가열되어, 상승하는 도중(예를 들면, 진공 흡인 경로(32)에서의 점선(C)으로 둘러싼 범위)에 액화하지 않고, 그대로 진공 흡인 경로(32) 내를 상승한다. 상승한 가스는 진공 흡인 경로(32)에 설치된 냉각부(90C)에서 냉각됨으로써 액화(응축)한다. 그리고, 응축한 액체는 저류물(91)로서 진공 흡인 경로(32)에 설치된 저류부(90A)에서 저류되거나, 또는, 당해 액체가 응고한 고체는 저류물(91)로서 저류부(90A)에서 저류된다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 본체의 구성의 다른 1 예를 나타내는 구성도이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 본체부(31)는 저류부(90A)를 통과하는 분할면(DF)에서 상하로 분할 가능하게 구성되어 있다. 본체부(31)에서는, 저류부(90A)의 바닥부(95)가 분할면(DF)에서 분할한 하부 본체부(31B)에 설치되어 있다. 또한 본체부(31)는 분할면(DF)에서 분할한 상부 본체부(31A)에 저류부(90A)에서의 제3 개구부(36)를 구비하고, 제3 개구부(36)는 기체의 흡인 방향 하류측을 향하여 점차로 작아지도록 테이퍼 형상으로 형성되어 있고, 제3 개구부(36)의 일단면(S1)의 직경이 제3 개구부(36)의 흡인 방향 하류측의 다른 끝면(S2)의 직경보다도 크도록 구성된다.
도 12는 도 11의 XII-XII 방향에서 본 본체부의 단면도이다. 도 11 및 도 12에 도시하는 바와 같이, 저류부(90A)는 진공 흡인 경로(32)의 외주를 따르도록 배치되어 있다. 이러한 저류부(90A)에서는, 기체가 응축한 액체가 저류부(90A)의 벽면을 타고 바닥부(95)를 향하므로, 도 10에 도시하는 진공 흡인 구멍(16, 22)의 축방향과 직교하는 본체부(31)의 단면시에서, 진공 흡인 구멍(16, 22)의 위치와는 다른 위치에 적절하게 이물을 저류할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시형태에 따른 플립 칩 본딩 장치에 사용되는 본체의 구성의 다른 1 예를 나타내는 구성도이다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 본체부(31)는 진공 흡인 경로(32)에서 저류부(90A)가 설치되어 있는 위치에 대향하는 위치에 돌기부(90D)를 구비하도록 구성되어도 된다. 이것에 의해, 진공 흡인 경로(32)에서 저류부(90A)가 설치되어 있는 부근의 길이가 길어짐으로써 가스를 자연 냉각하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 도 7 내지 도 10에 나타내는 바와 같은 냉각부(90C)를 구비할 필요가 없어지므로, 본체부(31)의 제조가 용이하게 되고, 또한, 본체부(31)의 제조 비용을 삭감할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본체부(31)에 설치된 진공 흡인 경로(32)는 적하 방지부(90)를 구비한다. 따라서, 진공 흡인 경로(32) 속으로 흘러들어 오는 가스가 응축했다고 해도, 액체 및 당해 액체가 응고한 고체가 본딩 히터(20)에 적하하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 가스 성분을 포함하는 수지가 진공 흡인 구멍(22)을 밀봉해 버리는 것을 방지할 수 있으므로, 실장 헤드(60)의 오손을 억제할 수 있다.
[그 밖의 실시형태]
상기한 바와 같이 본 발명을 실시형태에 의해 기재했지만, 이 개시의 일부를 이루는 기술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라고 이해해서는 안 된다. 이 개시로부터 당업자에게는 여러 대체 실시형태, 실시예 및 운용 기술이 밝혀질 것이다.
상기 실시형태에 있어서, 진공 흡인 구멍(16, 22) 및 진공 흡인 경로(32)는 타원 형상으로서 설명했지만, 진공 흡인 구멍의 형상은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 장방형 구멍, 타원 구멍으로 구성되어도 된다.
또한, 반도체 다이(70)와 반도체 다이(80)의 접합에 NCF(75)를 사용하는 예를 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 종류의 수지를 사용할 수도 있다.
10…어태치먼트, 11…베이스, 12, 26, 33…하면, 13…아일랜드, 14…표면, 16, 22…진공 흡인 구멍, 18, 27…상면, 19… 제1 개구부, 20…본딩 히터, 31…본체부, 32…진공 흡인 경로, 35… 제2 개구부, 36… 제3 개구부, 37… 제1 굴곡부, 38… 제2 굴곡부, 39… 제3 굴곡부, 41…배관, 43…전자 밸브, 44…진공 펌프, 50…본딩 스테이지, 60…실장 헤드, 70, 80…반도체 다이, 71, 81…다이 본체, 72, 73, 82…돌출 전극, 74…범프, 74b…접합 금속, 75…비도전성 필름(NCF), 75a…열경화 수지, 75c…충전 수지, 90…적하 방지부, 90A…저류부, 90B…경로 히터, 90, 90C…냉각부, 90D…돌기부, 91…저류물, 95…바닥부, 100…플립칩 본딩 장치

Claims (13)

  1. 반도체 다이의 전극과 기판 또는 다른 반도체 다이의 전극을 접합하는 전자부품 실장 장치에 사용하는 실장 헤드로서,
    반도체 다이를 흡착하는 흡착면을 갖는 어태치먼트와,
    상기 어태치먼트의 상기 흡착면과는 반대측의 면에 배치되어, 상기 어태치먼트 및 상기 반도체 다이를 가열하는 본딩 히터와,
    끝면에서 상기 본딩 히터를 유지하는 본체부와,
    상기 어태치먼트의 상기 흡착면에 형성된 제1 개구부와,
    상기 본체부의 상기 끝면과는 다른 면에 형성된 제2 개구부와,
    상기 본체부 내에서 상기 제1 개구부로부터 흡인된 기체의 유로를 굴곡시키는 제1 굴곡부를 갖고, 상기 어태치먼트, 상기 본딩 히터, 및 상기 본체부의 내부를 관통하는 흡인 경로이며, 상기 제1 개구부로부터 흡인된 기체를 상기 제2 개구부에서 외부로 배출하는 흡인 경로와,
    상기 본체부의 흡인 경로에 형성되어, 상기 기체가 응축한 액적이 상기 본딩 히터에 적하하는 것을 억제하는 적하 방지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 실장 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적하 방지부는, 상기 흡인 경로의 상기 제1 굴곡부보다도 상기 기체의 흡인 방향 하류측에서 배치되고 상기 기체가 응축한 상기 액적 또는 상기 액적이 응고한 고체를 저류하는 저류부를 구비하는 것을 특징으로 하는 실장 헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적하 방지부는, 상기 본딩 히터를 관통하는 관통구멍으로부터 수직으로 상측에 뻗어 있는 상기 본체부의 흡인 경로에 배치되고 상기 기체의 응축 온도 이상의 온도로 상기 기체를 가열하는 경로 히터를 구비하는 것을 특징으로 하는 실장 헤드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적하 방지부는, 상기 흡인 경로의 상기 제1 굴곡부보다도 상기 기체의 흡인 방향 하류측에서 배치되고 상기 기체의 응축 온도 이하의 온도로 상기 기체를 냉각하는 냉각부를 구비하는 것을 특징으로 하는 실장 헤드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적하 방지부는, 상기 흡인 경로의 상기 제1 굴곡부보다도 상기 기체의 흡인 방향 하류측에서 배치되고 상기 기체의 유체 저항을 증가시켜 상기 기체를 응축시키는 응축부를 구비하는 것을 특징으로 하는 실장 헤드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 흡인 경로는 상기 제1 굴곡부보다도 상기 기체의 흡인 방향 하류측에 설치된 제2 굴곡부를 더 구비하고,
    상기 적하 방지부는 상기 제1 굴곡부 및 상기 제2 굴곡부에 걸쳐 설치되는 것을 특징으로 하는 실장 헤드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기체가 응축한 상기 액적 또는 상기 액적이 응고한 고체를 저류하는 저류부는 상기 제2 굴곡부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 실장 헤드.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체부는 상기 기체가 응축한 상기 액적 또는 상기 액적이 응고한 고체를 저류하는 저류부를 통과하는 분할면에서 상하로 분할 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 실장 헤드.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 저류부의 바닥부가 상기 분할면에서 분할한 하부 본체부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 실장 헤드.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 본체부는 상기 분할면에서 분할한 상부 본체부에 제3 개구부를 구비하고,
    상기 제3 개구부는 상기 기체의 흡인 방향 하류측을 향하여 점차로 작아지도록 테이퍼 형상으로 형성되어 있고, 상기 제3 개구부의 일단면의 직경이 상기 제3 개구부의 상기 흡인 방향 하류측의 다른 끝면의 직경보다도 큰 것을 특징으로 하는 실장 헤드.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 본체부는, 상기 본딩 히터를 관통하는 관통구멍으로부터 수직으로 상측에 뻗어 있는 상기 본체부의 흡인 경로에 배치되고 상기 기체의 응축 온도 이상의 온도로 상기 기체를 가열하는 경로 히터와, 상기 흡인 경로의 상기 제1 굴곡부보다도 상기 기체의 흡인 방향 하류측에서 배치되고 상기 기체가 응축한 상기 액적 또는 상기 액적이 응고한 고체를 저류하는 저류부와, 상기 흡인 경로의 상기 제1 굴곡부보다도 상기 기체의 흡인 방향 하류측에서 배치되고 상기 기체의 응축 온도 이하의 온도로 상기 기체를 냉각하는 냉각부를 상기 기체의 흡인 방향을 따라 순차 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 실장 헤드.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 본체부는, 상기 흡인 경로에서, 상기 기체가 응축한 상기 액적 또는 상기 액적이 응고한 고체를 저류하는 저류부가 설치되어 있는 위치에 대향하는 위치에 돌기부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 실장 헤드.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 본딩 히터와 상기 본체부는 다른 열전도율을 갖는 재료를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 실장 헤드.
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