KR102248159B1 - 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드 및 그를 포함하는 가압 어셈블리 - Google Patents

플립 칩 본딩장치의 가압 헤드 및 그를 포함하는 가압 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명의 가압 헤드는 레이저 빔을 투과시키는 모재로 구현되는 흡착모듈의 바닥면에 흡입홀과 연결되는 흡입라인을 폴리싱(Polishing) 가공 처리하여 형성함으로써, 흡입홀과 흡입라인을 통해 플립 칩을 안정적으로 흡착하고 가압하면서도 광 투과율을 높여 플립 칩 본딩에 필요한 레이저 빔의 손실을 줄이면서 균질화된 면 광원을 얻을 수 있고, 상부 고정브라켓과 흡착모듈브라켓과 하부 고정브라켓이 결합부재에 의해 순차적으로 탈, 부착 가능하게 결합하도록 구현됨으로써, 결합부재의 해체만으로 하부 고정브라켓과 흡착모듈과 흡착모듈브라켓을 순차적으로 해체할 수 있어 부품의 교체시간을 줄여 전체 플립 칩 본딩 작업시간과 플립 칩 본딩 작업량을 늘릴 수 있다.

Description

플립 칩 본딩장치의 가압 헤드 및 그를 포함하는 가압 어셈블리{Pressure head for flip chip bonder and pressure assembly containing the same}
본 발명은 레이저 본딩기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플립 칩을 안정적으로 흡착하고 가압하면서도 광 투과율을 높여 플립 칩 본딩에 필요한 레이저 빔의 손실을 줄이면서 균질화된 면 광원을 얻을 수 있는 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드 및 그를 포함하는 가압 어셈블리에 관한 것이다.
전자제품이 소형화 및 고기능화되면서 반도체 칩을 먼지나 습기 또는 전기적, 기계적인 부하 등 각종 외부환경으로부터 보호해주는 반도체패키지의 방식도 종래의 와이어본딩 방식만으로는 경박단소화에 한계가 있으므로 플립 칩 본딩 방식이 사용되고 있다. 플립 칩 본딩 방식은 반도체 칩을 뒤집어서 캐리어 기판이나 서킷 테이프의 회로패턴에 부착하고 레이저를 이용하여 본딩하는 방식이다.
한국공개특허 제10-1245356호(이하, ‘선행문헌’이라 함)는 플립 칩 본더의 가압 헤드를 개시하고 있다. 도 1에 따르면, 선행문헌에는 반도체 칩을 진공에 의해 흡착하면서 레이저 빔이 반도체 칩으로 조사되도록 하는 흡착모듈(45)과 그를 포함하는 가압 헤드(40) 구조에 대해 비교적 자세히 기술하고 있다.
도 1에 따르면, 선행문헌의 흡착모듈(45)은 그 바닥면(45a)에 반도체 칩(50)을 흡착할 수 있도록 흡착면(45b)이 돌출 형성된다. 흡착모듈(45)은 흡착면(45b)에서 상면으로 흡입홀(h)이 관통되게 형성된다. 흡착모듈(45)은 쿼츠(quartz)재질로 구현된다.
도 1에 따르면, 선행문헌의 가압 헤드(40)는, 측면에 진공발생기(30)에 접속된 흡입공(42)이 형성된 헤드 브라켓(43), 및 투명 윈도우(44)와 흡착모듈(45)을 헤드 브라켓(43)에 고정하기 위한 고정브라켓(46,47)을 포함한다.
본 출원 발명자는 플립 칩 본딩장치를 개발하면서 선행문헌에 따른 흡착모듈(45)과 가압 헤드(40)를 반복적으로 테스트해 본 결과, 쿼츠(quartz)재질로 구현되는 흡착모듈(45)은 크랙(crack)이 발생하거나 바닥면에서 연소(burning)가 발생하여 본딩품질 불량을 초래하는 문제점이 있었다. 이 경우 흡착모듈(45)을 교체해야 하는데, 흡착모듈(45)이 헤드 브라켓(43)과 고정브라켓(46,47)에 의해 고정되어 헤드 브라켓(43)과 고정브라켓(46,47)을 모두 해체해야 함으로 부품 교체 시간이 많이 소요되고 번거로운 문제점이 있었다. 또한, 진공 흡착력을 통해 반도체 칩을 흡착하는 흡착모듈(45)은 흡입홀(h)에 의해서만 반도체 칩에 흡착력을 제공함으로 종종 흡착이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
또한, 흡착모듈에 흡착된 반도체 칩과 스테이지에 고정된 기판을 가압 시 흡착모듈에 이물질(예컨대, 솔더 페이스트 또는 비전도성 페이스트)이 달라붙어 오염되는 문제점이 있었다. 또한 흡착모듈의 바닥면과 이어지는 모서리 부분에 가압 시 부스러기(chipping)가 발생하는 문제점이 있었다.
한편, 가압 헤드의 가압 단계는 흡착모듈에 흡착된 반도체 칩과 스테이지에 고정된 기판을 가압 시 본딩품질 향상을 위해 흡착모듈의 열 상승 곡선에 맞춰 복수 단계로 구현되는 것이 바람직하다. 즉, 레이저 빔이 조사되는 본딩 초기 시간대와 본딩에 필요한 목표치 온도에 도달한 시간대에 반도체 칩과 기판을 가압하는 가압 헤드의 가압력(Bonding force)은 서로 다르게 조절되어야 한다. 또한, 흡착모듈에 흡착된 반도체 칩과 스테이지에 고정된 기판을 가압 시 본딩품질 향상을 위해, 반도체 칩과 기판의 평탄도는 ±10㎛이내로 유지되어야 한다.
또한, 본 출원 발명자는 흡착모듈에 흡착된 반도체 칩과 스테이지에 고정된 기판을 가압한 상태에서 레이저 본딩 시 가스(fumes)가 발생함을 발견하였다. 이러한 가스(fumes)는 흡착모듈에 달라붙어 레이저 빔이 조사되면 연소(burning)를 발생시키는 원인물질로 작용하는 것으로 추측하였다. 본딩품질을 향상과 흡착모듈의 내구성 향상을 위해, 레이저 본딩 시 발생하는 가스(fumes)를 제거할 수 있는 기술이 필요하다.
한국공개특허 제10-1245356호(등록일 2013.03.13)
본 발명은 상기와 같은 배경에서 제안된 것으로, 본 발명은 플립 칩을 안정적으로 흡착하고 가압하면서도 광 투과율을 높여 플립 칩 본딩에 필요한 레이저 빔의 손실을 줄이면서 균질화된 면 광원을 얻을 수 있는 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드 및 그를 포함하는 가압 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명은 플립 칩 본딩에 필요한 내구성과 열 손실 및 반도체 칩과 기판의 본딩 불량율을 줄일 수 있는 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드 및 그를 포함하는 가압 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명은 흡착모듈에 흡착된 반도체 칩과 스테이지에 고정된 기판을 가압 시 흡착모듈에 이물질(예컨대, 솔더 페이스트 또는 비전도성 페이스트)이 달라붙어 오염되는 것을 방지할 수 있는 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드 및 그를 포함하는 가압 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명은 흡착모듈에 흡착된 반도체 칩과 스테이지에 고정된 기판을 가압 시 로드셀로부터의 감지신호에 따라 정확히 가압을 제어할 수 있는 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드 및 그를 포함하는 가압 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명은 레이저 본딩 시 발생하는 가스(fumes)를 제거(suction)하여 가스(fumes)가 흡착모듈에 달라붙어 레이저 빔이 조사되면 연소(burning)를 발생하는 것을 방지할 수 있는 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드 및 그를 포함하는 가압 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명은 흡착모듈에 흡착된 반도체 칩과 스테이지에 고정된 기판의 평탄도 조절 및 높이 조절이 가능한 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드 및 그를 포함하는 가압 어셈블리를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드는 진공발생기에 의한 진공 흡착력을 통해 반도체 칩을 흡착한 상태에서 반도체 칩을 스테이지에 고정된 기판에 가압시키고, 반도체 칩과 기판의 솔더범프를 본딩하는 레이저 빔을 투과시키는, 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드로서,
상하로 관통된 내부공간의 기밀 유지를 위한 제1 가스켓과 레이저 빔을 투과시키는 투명 윈도우와 투명 윈도우를 보호하는 윈도우 하우징이 순차적으로 설치되는 상부 고정브라켓과; 상기 상부 고정브라켓과 결합부재에 의해 탈, 부착 가능하게 결합되며, 측벽에 상하로 관통된 내부공간과 외부공간을 연결하는 제1 관통부를 포함하는 흡착모듈브라켓과;
상기 흡착모듈브라켓의 내부에 설치되고 레이저 빔을 투과시키는 모재로 구현되며, 상기 제1 관통부를 통해 진공발생기와 연결되는 상부면으로부터 반도체 칩이 맞닿는 바닥면까지 관통하는 흡입홀이 형성되고, 상기 바닥면에는 상기 흡입홀과 연결되는 공간부를 갖는 흡입라인이 형성되는 흡착모듈과;
상기 결합부재에 상기 흡착모듈브라켓과 상부 고정브라켓과 순차적으로 결합되는 하부 고정브라켓과; 상기 흡착모듈과 하부 고정브라켓 사이에 설치되며, 상기 흡착모듈브라켓의 내부 기밀 유지를 위한 제2 가스켓을 포함한다.
본 발명에 따른 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드는, 흡착모듈의 흡입홀과 흡입라인이 레이저 빔을 투과시키기 위해 폴리싱(Polishing) 가공 처리된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양상에 따른 플립 칩 본딩장치의 가압 어셈블리는, 본 발명에 따른 가압 헤드 상부에 설치되며, 레이저 발생기에서 발생되어 광섬유를 통해 전달되는 가우시안 형태의 레이저 빔을 플랫-탑 스퀘어(flat-top square) 빔 프로파일 또는 플랫-탑 라인(flat-top line) 빔 프로파일 중 어느 하나의 빔 프로파일을 갖는 레이저 빔으로 변환하는 빔 성형부와 광학계를 보호하는 경통과;
상기 가압 헤드를 상승 또는 하강시키는 제1 구동부와; 상기 제1 구동부의 동작에 의해 상기 가압 헤드가 스테이지에 고정된 기판에 상기 반도체 칩 가압 시 가압 헤드가 반도체 칩에 미치는 압력을 감지하는 로드셀과; 상기 로드셀로부터 감지신호를 입력받아 압력이 목표치에 도달하도록 상기 제1 구동부로 제어신호를 출력하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드 및 그를 포함하는 가압 어셈블리는, 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명의 가압 헤드는 레이저 빔을 투과시키는 모재로 구현되는 흡착모듈의 바닥면에 흡입홀과 연결되는 흡입라인을 폴리싱(Polishing) 가공 처리하여 형성함으로써, 흡입홀과 흡입라인을 통해 플립 칩을 안정적으로 흡착하고 가압하면서도 광 투과율을 높여 플립 칩 본딩에 필요한 레이저 빔의 손실을 줄이면서 균질화된 면 광원을 얻을 수 있다.
둘째, 본 발명의 가압 헤드는 상부 고정브라켓과 흡착모듈브라켓과 하부 고정브라켓이 결합부재에 의해 순차적으로 탈, 부착 가능하게 결합하도록 구현됨으로써, 결합부재의 해체만으로 하부 고정브라켓과 흡착모듈과 흡착모듈브라켓을 순차적으로 해체할 수 있어 부품의 교체시간을 줄여 전체 플립 칩 본딩 작업시간과 플립 칩 본딩 작업량을 늘릴 수 있다.
셋째, 본 발명의 가압 헤드는 흡착모듈의 모재가 사파이어(sapphire)로 구현되어 내구성을 높일 수 있다. 사파이어(sapphire)로 구현된 흡착모듈은 측면에 방열판이 형성되도록 구현됨으로써 사파이어(sapphire)에 조사된 레이저 빔에 의해 생성되는 열이 외부로 발산되는 것을 방열판이 차단하여 플립 칩 본딩에 필요한 열 손실 및 반도체 칩과 기판의 본딩 불량율을 줄일 수 있다.
넷째, 본 발명의 가압 헤드는 흡착모듈의 바닥면에서 일정 높이만큼 외주면으로부터 일정 깊이만큼 단가공 처리하고, 흡착모듈의 바닥면과 이어지는 단가공 처리된 모서리 부분을 라운드지게 가공 처리함으로써 흡착모듈에 흡착된 반도체 칩과 스테이지에 고정된 기판을 가압 시 흡착모듈에 이물질(예컨대, 솔더 페이스트 또는 비전도성 페이스트)이 달라붙어 오염되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 흡착모듈의 바닥면과 이어지는 모서리 부분에 가압 시 발생하기 쉬운 부스러기(chipping)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다섯째, 본 발명의 가압 헤드는 레이저 본딩 시 발생하는 가스(fumes)를 흡입하는 가스(fumes) 흡입장치와 연결되는 관통부가 형성되고, 또한 흡입홀과 흡입라인을 폴리싱(Polishing) 가공 처리함으로써 가스(fumes)가 흡착모듈에 다량으로 흡착되어 조사된 레이저 빔에 의해 생성되는 열이 가스(fumes)와 반응하여 연소(burning)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
여섯째, 본 발명의 가압 어셈블리는 로드셀이 형성됨으로써 가압 헤드를 상승 또는 하강시키는 제1 구동부를 로드셀로부터의 감지신호에 따라 정확히 제어할 수 있다.
일곱째, 본 발명의 가압 어셈블리는 스테이지에 고정된 기판의 위치에 따른 변위값을 측정하는 비접촉식 변위센서가 형성됨으로써, 흡착모듈에 흡착된 반도체 칩과 스테이지에 고정된 기판의 평탄도 조절 및 높이 조절이 가능하여 반도체 칩과 기판의 본딩 불량율을 줄일 수 있다.
여덟째, 본 발명의 가압 어셈블리는 빔 성형부와 광학계를 보호하는 경통을 상승 또는 하강시키는 제2 구동부가 형성됨으로써, 플립 칩 본딩 시 필요한 레이저 빔 사이즈를 조절할 수 있다.
도 1 은 종래 공개된 플립 칩 본더의 가압 헤드 구조를 도시한 단면도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 플립 칩 본딩장치의 가압 어셈블리를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드의 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 흡착모듈의 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 흡착모듈의 흡입라인을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡착모듈의 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 플립 칩 본딩장치의 가압 어셈블리는 도 2, 도 3에 도시한 바와 같이, 가압 헤드(300)를 상승 또는 하강시키는 제1 구동부(210), 가압 헤드(300) 상부에 설치되는 경통(215)과 경통(215)을 상승 또는 하강시키는 제2 구동부(220), 로드셀(240) 및 제1, 제2 구동부(210, 220)의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구현된다.
가압 헤드(300)는 진공발생기에 의한 진공 흡착력을 통해 반도체 칩을 흡착한 상태에서 반도체 칩을 스테이지에 고정된 기판에 가압시키고, 반도체 칩과 기판의 솔더범프를 본딩하는 레이저 빔을 투과시키도록 구현된다.
제1, 제2 구동부(210, 220)는 모터와 모터를 구동하는 모터 구동부와 모터와 기구적으로 연결되어 가압 헤드(300)가 상승 또는 하강하도록 하는 기구물을 포함하여 구현될 수 있다.
경통(215)은 레이저 발생기에서 발생되어 광섬유를 통해 전달되는 가우시안 형태의 레이저 빔을 플랫-탑 스퀘어(flat-top square) 빔 프로파일 또는 플랫-탑 라인(flat-top line) 빔 프로파일 중 어느 하나의 빔 프로파일을 갖는 레이저 빔으로 변환하는 빔 성형부와 광학계를 보호한다.
일례로, 빔 성형부는 균질화된 사각형 빔을 형성하는 사각 광섬유 또는 사각 광 파이프(Light pipe)로 구현될 수 있다. 사각 광 파이프(Light pipe)는 광섬유와 0.2㎜ 이상, 0.5㎜ 이하의 이격거리를 갖도록 설치되며 길이는 50㎜, 100㎜로 구현될 수 있다. 사각 광 파이프(Light pipe)와 광섬유 사이에는 레이저 빔을 균일하게 하기 위한 어떠한 광학렌즈도 필요하지 않다. 광섬유의 개구수(NA)는 0.2 이상 0.3 이하로 구현되어 광섬유에서 출사되는 레이저 빔이 사각 광 파이프(Light pipe) 내부로 모두 입사된다.
광학계는 일례로 사각 광 파이프(Light pipe)를 거쳐 나온 발산된 균질화된 사각형 빔을 집광하는 집광렌즈와 집광된 균질화된 사각형 빔을 일정 작업거리까지 유지하면서 발산시키는 발산렌즈로 구현될 수 있다. 집광렌즈와 발산렌즈의 곡률반경 조합을 통해 균질화된 사각형 빔 사이즈와 작업거리를 조절할 수 있다.
제어부는 빔 성형부와 광학계를 보호하는 경통을 상승 또는 하강시키는 제2 구동부를 제어함으로써, 플립 칩 본딩 시 필요한 레이저 빔 사이즈를 조절할 수 있다.
로드셀(240)은 제1 구동부(210)의 동작에 의해 가압 헤드(300)가 스테이지에 고정된 기판에 반도체 칩 가압 시 가압 헤드(300)가 반도체 칩에 미치는 압력을 감지한다. 가압 헤드의 가압 단계는 흡착모듈에 흡착된 반도체 칩과 스테이지에 고정된 기판을 가압 시 본딩품질 향상을 위해 흡착모듈의 열 상승 곡선에 맞춰 복수 단계로 구현되는 것이 바람직하다. 즉, 레이저 빔이 조사되는 본딩 초기 시간대와 본딩에 필요한 목표치 온도에 도달한 시간대에 반도체 칩과 기판을 가압하는 가압 헤드의 가압력(Bonding force)은 서로 다르게 조절되어야 한다.
제어부는 로드셀(240)로부터 감지신호를 입력받아 가압 헤드(300)가 스테이지에 고정된 기판에 반도체 칩 가압 시 압력이 목표치에 도달하도록 제1 구동부(210)로 제어신호를 출력한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 플립 칩 본딩장치의 가압 어셈블리(200)는 스테이지에 고정된 기판의 위치에 따른 변위값을 측정하는 비접촉식 변위센서(250)를 포함하여 구현될 수 있다. 제어부는 비접촉식 변위센서(250)로부터 입력되는 스테이지에 고정된 기판의 위치에 따른 변위값을 이용하여 스테이지의 위치를 조절할 수 있다. 이에 따라 흡착모듈(360)에 흡착된 반도체 칩과 스테이지에 고정된 기판의 평탄도 조절 및 높이 조절이 가능하여 반도체 칩과 기판의 본딩 불량율을 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드(300)는 도 3에 도시한 바와 같이, 상부 고정브라켓(310)과 흡착모듈브라켓(350)과 하부 고정브라켓(380)이 결합부재(예컨대 볼트와 너트)에 의해 순차적으로 탈, 부착 가능하게 결합될 수 있다. 추가로, 상부 고정브라켓(310)과 흡착모듈브라켓(350)과 하부 고정브라켓(380)은 고정 클램프(311)를 통해 고정되도록 할 수 있다.
상부 고정브라켓(310)은 상하로 관통된 내부공간의 기밀 유지를 위한 제1 가스켓(320)과 레이저 빔을 투과시키는 투명 윈도우(330)와 투명 윈도우(330)를 보호하는 윈도우 하우징(340)이 순차적으로 설치된다.
흡착모듈브라켓(350)은 상부 고정브라켓(310)과 결합부재(예컨대 볼트와 너트)에 의해 탈, 부착 가능하게 결합되도록 구현될 수 있다. 흡착모듈브라켓(350)은 측벽에 상하로 관통된 내부공간과 외부공간을 연결하는 제1 관통부(351)를 포함하여 구현될 수 있다. 제1 관통부(351)는 진공발생기와 연결된다.
흡착모듈브라켓(350)은 제1 관통부(351)와 이격된 위치에 형성되며, 레이저 본딩 시 발생하는 가스(fumes)를 흡입하는 가스(fumes) 흡입장치와 연결되는 제2 관통부(352)를 포함하여 구현될 수 있다. 흡착모듈브라켓(350)의 내부에는 흡착모듈(360)과 제2 가스켓(370)이 설치된다.
흡착모듈(360)은 레이저 빔을 투과시키는 모재로 구현된다. 일례로, 흡착모듈(360) 모재는 쿼츠(Quarts) 또는 사파이어(sapphire)로 구현될 수 있다. 쿼츠(Quarts) 또는 사파이어(sapphire)로 각각 구현된 흡착모듈(360)은 물리적 특성이 서로 다르다. 예컨대 980㎚ Laser를 조사할 경우, 쿼츠(Quarts) 또는 사파이어(sapphire)로 구현된 흡착모듈(360)의 투과율은 각각 93%와 89%이고, 흡착모듈(360)에 흡착된 반도체 칩에서 측정된 온도는 각각 100℃와 60℃이다.
즉, 광 투과율과 플립 칩 본딩에 필요한 열 손실 측면에서 쿼츠(Quarts)는 사파이어(sapphire)보다 우수한 성능을 보인다. 그러나 본 출원 발명자는 플립 칩 본딩장치를 개발하면서 흡착모듈(360)을 반복적으로 테스트해 본 결과, 쿼츠(quartz)재질로 구현되는 흡착모듈(360)은 크랙(crack)이 발생하거나 바닥면에서 연소(burning)가 발생하여 본딩품질 불량이 초래하는 문제점이 발견되었다.
쿼츠(quartz)재질로 구현되는 흡착모듈(360)의 손상을 막고 내구성 향상을 위해, 쿼츠(quartz)재질로 구현되는 흡착모듈(360)의 바닥면에 박막 코팅층을 형성할 수 있다. 흡착모듈(360)의 바닥면에 형성되는 박막 코팅층은 SiC 또는 금속 물질로 구현될 수 있다. 금속 물질은 본딩을 위해 조사되는 레이저에 의해 가열되어 흡착모듈에 흡착된 반도체 칩과 스테이지에 고정된 기판을 본딩하는데 사용될 수 있다.
도 4를 참조하면, 흡착모듈(360)은 상부면(361)으로부터 반도체 칩이 맞닿는 바닥면(362)까지 관통하는 흡입홀(364)이 형성되고, 바닥면(362)에는 흡입홀(364)과 연결되는 공간부를 갖는 흡입라인(365)이 형성된다. 진공 흡착력을 통해 반도체 칩을 흡착하는 흡착모듈(360)은 흡입홀(364)과 흡입라인(365)을 통해 반도체 칩에 흡착력을 제공함으로 보다 안정적으로 작업이 이루어질 수 있다.
흡착모듈(360)의 모재로 사파이어(sapphire)가 사용될 경우, 플립 칩 본딩에 필요한 열 손실을 막기 위해 흡착모듈(360)의 측면에 방열판(366)이 추가적으로 형성될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 흡착모듈(360)은 모재로 사파이어(sapphire)가 사용되더라도 흡착모듈(360)의 상부면 또는 하부면에 반사방지코팅을 형성하고, 측면에 방열판(366)을 형성함으로써, 광 투과율을 높이고 플립 칩 본딩에 필요한 레이저 빔의 손실을 줄일 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 하부 고정브라켓(380)은 결합부재(예컨대 볼트와 너트)에 흡착모듈브라켓(350)과 상부 고정브라켓(310)과 순차적으로 결합된다. 흡착모듈(360)과 하부 고정브라켓(380) 사이에는, 흡착모듈브라켓(350)의 내부 기밀 유지를 위한 제2 가스켓(370)을 포함하여 구현될 수 있다.
도 5 는 본 발명에 따른 흡착모듈의 흡입라인을 설명하기 위한 예시도이고, 도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡착모듈의 구조를 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명의 흡착모듈(360)의 흡입홀(364)과 흡입라인(365)은 레이저 빔을 투과시키기 위해 폴리싱(Polishing) 가공 처리된다. 도 5의 (a)를 참조하면, 연마되지 않은 흡입라인(365)의 경우 레이저 빔의 손실이 발생하나, 연마된 흡입라인(365)의 경우 레이저 빔의 손실이 적다. 레이저 빔이 손실될 경우 본딩품질이 떨어지는 문제를 초래하게 된다. 이에 흡착모듈(360)의 흡입홀(364)과 흡입라인(365)을 폴리싱(Polishing) 가공 처리함으로써 레이저 빔의 손실을 막고 본딩품질도 일정하게 유지할 수 있다.
도 6의 (a), (b)를 참조하면, 본 발명의 흡착모듈(360)은 그 바닥면(362)으로부터 일정 높이(H)만큼 그리고 외주면(363)으로부터 일정 깊이(D)만큼 단가공 처리하고, 흡착모듈(360)의 바닥면(362)과 이어지는 단가공 처리된 모서리 부분을 라운드지게 가공 처리된다.
이 같은 구조를 갖는 흡착모듈(360)은 흡착된 반도체 칩과 스테이지에 고정된 기판을 가압 시 흡착모듈(360)에 이물질(예컨대, 솔더 페이스트 또는 비전도성 페이스트)이 달라붙어 오염되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 흡착모듈(360)의 바닥면(362)과 이어지는 모서리 부분에 가압 시 부스러기(chipping)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
200: 플립 칩 본딩장치의 가압 어셈블리
210: 제1 구동부
215: 경통
220: 제2 구동부
240: 로드셀
250: 비접촉식 변위센서
300: 가압 헤드
310: 상부 고정브라켓
311: 고정 클램프
320: 제1 가스켓
330: 투명 윈도우
340: 윈도우 하우징
350: 흡착모듈브라켓
351: 제1 관통부
352: 제2 관통부
360: 흡입모듈
361: 상부면
362: 하부면
363: 측면(외주면)
364: 흡입홀
365: 흡입라인
366: 방열판
370: 제2 가스켓
380: 하부 고정브라켓

Claims (8)

  1. 진공발생기에 의한 진공 흡착력을 통해 반도체 칩을 흡착한 상태에서 상기 반도체 칩을 스테이지에 고정된 기판에 가압시키고, 상기 반도체 칩과 기판의 솔더범프를 본딩하는 레이저 빔을 투과시키는, 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드로서,
    상하로 관통된 내부공간의 기밀 유지를 위한 제1 가스켓과 레이저 빔을 투과시키는 투명 윈도우와 투명 윈도우를 보호하는 윈도우 하우징이 순차적으로 설치되는 상부 고정브라켓과;
    상기 상부 고정브라켓과 결합부재에 의해 탈, 부착 가능하게 결합되며, 측벽에 상하로 관통된 내부공간과 외부공간을 연결하는 제1 관통부를 포함하는 흡착모듈브라켓과;
    상기 흡착모듈브라켓의 내부에 설치되고 상기 레이저 빔을 투과시키는 모재로 구현되며, 상기 제1 관통부를 통해 진공발생기와 연결되는 상부면으로부터 상기 반도체 칩이 맞닿는 바닥면까지 관통하는 흡입홀이 형성되고, 상기 바닥면에는 상기 흡입홀과 연결되는 공간부를 갖는 흡입라인이 형성되는 흡착모듈과;
    상기 결합부재에 상기 흡착모듈브라켓과 상부 고정브라켓과 순차적으로 결합되는 하부 고정브라켓과; 상기 흡착모듈과 하부 고정브라켓 사이에 설치되며, 상기 흡착모듈브라켓의 내부 기밀 유지를 위한 제2 가스켓을 포함하며,
    상기 흡착모듈의 흡입홀과 흡입라인은 상기 레이저 빔을 투과시키기 위해 폴리싱(Polishing) 가공 처리된 것,
    을 특징으로 하는 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드.
  2. 청구항 1 에 있어서,
    상기 흡착모듈의 모재는 사파이어(sapphire)이고,
    상기 흡착모듈은 측면에 방열판이 형성되는 것,
    을 특징으로 하는 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드.
  3. 청구항 1 에 있어서,
    상기 흡착모듈의 모재는 쿼츠(Quarts)이고,
    상기 쿼츠(quartz)재질로 구현되는 흡착모듈의 바닥면에 박막 코팅층이 형성되는 것,
    을 특징으로 하는 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드.
  4. 청구항 1 에 있어서,
    상기 흡착모듈의 바닥면으로부터 일정 높이만큼 그리고 외주면으로부터 일정 깊이만큼 단가공 처리하고,
    상기 흡착모듈의 바닥면과 이어지는 단가공 처리된 모서리 부분을 라운드지게 가공 처리한 것,
    을 특징으로 하는 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드.
  5. 청구항 1 에 있어서,
    상기 흡착모듈브라켓은,
    상기 제1 관통부와 이격된 위치에 형성되며, 레이저 본딩 시 발생하는 가스(fumes)를 흡입하는 가스(fumes) 흡입장치와 연결되는 제2 관통부를 더 포함하는 것,
    을 특징으로 하는 플립 칩 본딩장치의 가압 헤드.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 가압 헤드를 포함하는 플립 칩 본딩장치의 가압 어셈블리로서,
    상기 가압 헤드 상부에 설치되며, 레이저 발생기에서 발생되어 광섬유를 통해 전달되는 가우시안 형태의 레이저 빔을 플랫-탑 스퀘어(flat-top square) 빔 프로파일 또는 플랫-탑 라인(flat-top line) 빔 프로파일 중 어느 하나의 빔 프로파일을 갖는 레이저 빔으로 변환하는 빔 성형부와 광학계를 보호하는 경통과;
    상기 가압 헤드를 상승 또는 하강시키는 제1 구동부와;
    상기 제1 구동부의 동작에 의해 상기 가압 헤드가 스테이지에 고정된 기판에 상기 반도체 칩 가압 시 상기 가압 헤드가 상기 반도체 칩에 미치는 압력을 감지하는 로드셀과;
    상기 로드셀로부터 감지신호를 입력받아 압력이 목표치에 도달하도록 상기 제1 구동부로 제어신호를 출력하는 제어부;
    를 포함하는 플립 칩 본딩장치의 가압 어셈블리.
  7. 청구항 6 에 있어서,
    상기 플립 칩 본딩장치의 가압 어셈블리는,
    상기 스테이지에 고정된 기판의 위치에 따른 변위값을 측정하는 비접촉식 변위센서;
    를 더 포함하는 플립 칩 본딩장치의 가압 어셈블리.
  8. 청구항 6 에 있어서,
    상기 경통을 상승 또는 하강시키는 제2 구동부;
    를 더 포함하는 플립 칩 본딩장치의 가압 어셈블리.
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