KR102277075B1 - 구성요소 및 다이 본더가 설치될 기판을 위한 관통식 퍼니스 - Google Patents

구성요소 및 다이 본더가 설치될 기판을 위한 관통식 퍼니스 Download PDF

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Abstract

기판(3)을 위한 관통식 퍼니스는 채널(2)을 갖춘 퍼니스(1)와 채널(2)을 통한 기판(3)의 이송을 위한 이송 시스템을 포함한다. 채널(2)은 기부(4), 전방 측벽(5), 후방 측벽(6) 및 상부 부품(7)에 의해 경계지어진다. 기부(4)는 작동 중에 보호 가스가 공급될 수 있도록 보호 가스 공급원(9)에 연결가능한 복수의 제1 구멍(8)을 포함한다. 채널(2)의 전방 측벽(5)은 통과 방향(10)에 평행하게 연장되는 그리고 저부 에지(12)와 상부 에지(13)에 의해 경계지어지는 종방향 슬릿(11)을 포함한다. 이송 시스템은 기판(3)을 채널(2)을 통해 이송하기 위한 적어도 하나의 클램프(15)를 포함한다. 클램프(15)는 채널(2)의 종방향 슬릿(11)을 따라 앞뒤로 이동가능하다. 그러한 관통식 퍼니스는 연납 다이 본더에 사용하기에 특히 적합하다.

Description

구성요소 및 다이 본더가 설치될 기판을 위한 관통식 퍼니스{THROUGH-TYPE FURNACE FOR SUBSTRATES TO BE FITTED WITH COMPONENTS AND DIE BONDER}
본 발명은 기판을 위한 관통식 퍼니스(through-type furnace)에 관한 것이다. 관통식 퍼니스는 일반적으로 본 기술 분야에 "다이(die)"로 알려져 있는 구성요소가 기판에 적용되는 작업 개구(working opening)를 갖춘 적어도 하나의 공정 스테이션을 포함한다. 본 발명은 또한 다이 본더(die bonder)로 알려져 있는 그러한 관통식 퍼니스를 갖춘 실장 장치에 관한 것이다. "다이"에 대한 예는 특히 반도체 칩이지만, 또한 커패시터, 금속 소판(metal platelet) 등이다.
반도체 칩의 실장에서 반도체 칩, 주로 전력 반도체를 솔더(solder)에 의해 기판에 접속시켜 작동 중에 발생하는 반도체 칩으로부터의 열 손실의 효과적인 소산을 솔더 접속부를 통해 보장하는 것이 일반적이다. 그러나, 다른 "다이"도 또한 기판상에 납접(soldering)된다.
금속성 기판, 이른바 리드프레임(leadframe)이 기판으로서 주로 사용되며, 여기에서 반도체 칩이 차례로 그리고 선택적으로 서로 나란히 배치되는 칩 아일랜드(chip island) 상에 납접된다. 이른바 싱귤레이티드 기판(singulated substrate)으로도 알려져 있는 단일-장소 기판(single-place substrate)이 또한 사용된다. 그러한 단일-장소 기판은 예를 들어 양면이 금속 층으로 덮인 세라믹 소판으로 구성된다. 기판은 보통 솔더가 적용되는 납접 스테이션, 솔더가 기판 위치상에 분배되는 분배 스테이션, 그리고 이어서 반도체 칩이 픽 앤드 플레이스 시스템(pick-and-place system)에 의해 액체 솔더 부분 상에 배치되는 본딩 스테이션에 주기적으로 공급된다. 리드프레임은 그 종방향 에지를 따라 배치되는 구멍을 포함하며, 이러한 구멍 내에 핀 또는 핑거가 리드프레임의 이송을 위해 맞물린다. 이러한 공정에 적합한 다이 본더가 본 출원인에 의해 DB2009 SSI라는 명칭으로 시판된다. 이러한 다이 본더는 기판이 그것을 통해 납접 스테이션, 분배 스테이션 및 본딩 스테이션으로 이송되는, 채널 또는 터널로서 형성되는 관통식 퍼니스를 포함한다. 기판의 전방 이송은 치형부를 구비하는 그리고 상승 및 하강될 수 있는 그리고 앞뒤로 이동되는 핑거에 의해 수행되며, 여기에서 각각의 핑거는 기판을 전방 방향으로 이동시킨다.
본 발명은 더욱 융통성 있는 이송 시스템을 갖춘 관통식 퍼니스를 개발하는 데 목적을 두고 있다.
본 발명에 따르면, 기판을 위한 관통식 퍼니스는 채널을 갖춘 퍼니스와 채널을 통한 기판의 이송을 위한 이송 시스템을 포함하며, 여기에서
채널은 기부, 전방 측벽, 후방 측벽 및 상부 부품에 의해 경계지어지고,
기부는 작동 중에 보호 가스를 공급하기 위해 보호 가스 공급원에 연결가능한 복수의 제1 구멍을 포함하며,
채널의 전방 측벽은 통과 방향에 평행하게 연장되는 그리고 저부 에지와 상부 에지에 의해 경계지어지는 종방향 슬릿을 포함하고,
이송 시스템은 기판을 채널을 통해 이송하기 위한 적어도 하나의 클램프를 포함하며,
클램프는 채널의 종방향 슬릿을 따라 앞뒤로 이동가능하다.
바람직하게는, 보호 가스 공급원에 연결가능한 복수의 제2 구멍이 채널을 향하는 종방향 슬릿의 저부 에지 측에 배치된다.
바람직하게는, 종방향 슬릿의 저부 에지는 채널의 기부에 비해 사전결정된 거리만큼 낮아지는 좁은 스트립에 의해 형성된다.
홈이 종방향 슬릿의 저부 에지의 좁은 스트립 내에 형성될 수 있고, 제2 구멍은 홈으로 통할 수 있다.
채널은 적어도 2개의 구역으로 세분될 수 있고, 홈은 적어도 하나의 구역으로부터 다음 구역으로의 하나의 전이점에서 분리 벽에 의해 중단될 수 있다.
채널은 적어도 2개의 구역으로 세분될 수 있고,
각각의 구역은 다수의 제2 구멍과 관련될 수 있으며,
동일한 구역의 제2 구멍은 서로 연결될 수 있고, 별개의 유동 제어 밸브를 통해 보호 가스 공급원에 연결가능할 수 있다.
본 발명에 따르면, 수개의 구역으로 세분되는 가열 구역 및 냉각 구역을 포함하는 관통식 퍼니스를 갖춘 다이 본더가 각각의 구역에 대해 온도와 이송 속도 및/또는 체류 시간을 결정하는 파라미터의 입력에 대해, 그리고 이들 파라미터에 따른 관통식 퍼니스를 통한 기판의 이송에 대해 프로그래밍된다.
본 발명에 의하면, 더욱 융통성 있는 이송 시스템을 갖춘 관통식 퍼니스가 제공된다.
본 명세서에 포함되고 그것의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태를 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리 및 구현을 설명하는 역할을 한다. 도면은 축척에 맞게 도시되지 않는다.
도 1과 도 2는 제1 실시 형태와 제2 실시 형태에 따른 기판을 위한 관통식 퍼니스의 부품의 평면도를 도시한다.
도 3은 관통식 퍼니스의 단면도를 도시한다.
도 4는 도 3의 확대 단면도를 도시한다.
도 1과 도 2는 각각 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 따른 본 발명을 이해하는데 필요한 기판을 위한 관통식 퍼니스(through-type furnace)의 부품의 평면도를 도시한다. 기판은 예를 들어 복수의 칩 아일랜드(chip island)를 갖춘 리드프레임(leadframe) 또는 단일-장소 기판(single-place substrate)이다. 도 3은 통과 방향을 가로질러 연장되는, 도 2에 따른 실시 형태의 관통식 퍼니스의 단면도를 도시한다. 도 4는 도 3의 확대 단면도를 도시한다. 관통식 퍼니스는 채널(2)을 갖춘 퍼니스(1)와 기판(3)을 채널(2)을 통해 공정 스테이션으로 또는 수개의 연속하여 배치되는 공정 스테이션으로 이송하기 위한 이송 시스템을 포함한다. 그러한 공정 스테이션은 예를 들어 솔더(solder)가 기판에 적용되는 납접(soldering) 스테이션, 솔더가 기판 위치상에 분배되는 분배 스테이션, 및 반도체 칩이 기판에 적용되는 본딩 스테이션이다. 납접 스테이션과 분배 스테이션은 반도체 칩 또는 기판의 후면이 이미 각각의 물질로 코팅된 다음에 이러한 물질이 납접 접속부로 이어질 때 생략될 수 있다. 채널(2)은 기부(4), 전방 측벽(5), 후방 측벽(6) 및 상부 부품(7)에 의해 경계지어진다. 상부 부품(7)은 공정 스테이션(들)에서 각각의 작업 개구를 구비한다. 기부(4)는 보호 가스 공급원(9)에 의해 공급되는 보호 가스가 작동 중에 그것을 통해 전달될 수 있는 복수의 제1 구멍(8)을 구비한다. 흔히 사용되는 보호 가스는 질소, 포밍 가스(forming gas) 또는 다른 반응성 가스이다. 보호 가스가 산소를 전혀 함유하지 않는 것이 중요하다. 기부(4) 내의 제1 구멍(8)의 밀도는 보통 채널(2)의 상이한 구역에서 상이하다. 제1 구멍(8)의 밀도 및/또는 그 직경은 특히 공정 스테이션의 영역에서 더욱 클 수 있는데, 왜냐하면 보호 가스의 일부가 각각의 작업 개구를 통해 누출되기 때문이다. 채널(2)의 전방 측벽(5)은 통과 방향(10)에 평행하게 연장되는 종방향 슬릿(11)을 포함한다. 종방향 슬릿(11)은 저부 에지(12)와 상부 에지(13)에 의해 경계지어지며, 여기에서 저부 에지(12)는 기부(4)와 동일 높이에 있거나, 도 3에 도시된 바와 같이, 기부(4)에 비해 낮아진다. 이송 시스템은 기판(3)을 채널(2)을 통해 이송하기 위한 2개의 클램핑 조를 갖춘 적어도 하나의 클램프(15)를 포함한다. 클램프(들)(15)는 채널(2)의 종방향 슬릿(11)에 평행하게 연장되는 가이드 레일(16)(부분적으로만 도시됨) 상에 장착되고, 앞뒤로 이동될 수 있다. 적어도 하나의 클램프(15)는 기판(3)을 하나씩 차례로 퍼니스(1)의 공정 스테이션 또는 스테이션들로 이송한다. 도 1과 도 2는 명확한 예시의 이유로 단지 하나의 기판(3)과 단지 하나의 클램프(15)만을 도시한다.
기부(4)는 바람직하게는 채널(2)의 기부(4)의 대향측에 채널과 함몰부가 형성되는 이른바 인서트(insert)(17)에 의해 형성되며, 이러한 채널과 함몰부는 보호 기스를 제1 구멍(8)으로 안내한다. 전기 가열 장치가 퍼니스(1)를 가열하기 위해 기부(4) 내에 배치된다.
복수의 제2 구멍(18)이 유리하게는 채널(2)을 향하는 저부 에지(12) 측에 배치되며, 여기에서 보호 가스는 또한 제2 구멍(18)에 공급되어 가스 샤워(gas shower)를 형성할 수 있다. 제2 구멍(18)으로부터 방출되는 보호 가스는 기판(3)의 저부측을 향해 유동한 다음에 주위 환경 내로 유동하여, 주위 공기의 산소의 채널(2) 내로의 침투를 방지하는 가스 커튼(gas curtain)을 형성한다.
보호 가스는 종방향 슬릿(11)에서 채널(2) 밖으로 돌출되는 기판(3)의 부분 주위로 와동(swirling)되고, 퍼니스의 외면을 따라 상향으로 유동한다. 보호 가스는 또한 퍼니스의 종방향 슬릿(11)의 상부 에지(13)와 기판(3) 사이에서 퍼니스로부터 누출되고, 아래로부터 상승하는 보호 가스와 함께 제2 가스 커튼을 형성한다. 두 가스 커튼은 채널(2)의 내부에서 주위 공기의 산소의 고온 기판(3)으로의 침투를 방지하여, 기판(3)의 표면의 산화를 방지한다. 기판(3)의 산화는 기껏해야 채널(2)로부터 돌출되는 기판(3)의 부분 상에서 일어난다.
가스 커튼은 또한 베르누이 효과(Bernoulli effect)의 발생을 방지하며; 가스 커튼이 없으면, 채널(2)의 내부에서 입구 개구(23) 또는 출구 개구(25) 또는 상부 부품(7) 내의 공정 개구로 유동하는 보호 가스가 베르누이 효과로 인해 종방향 슬릿(11) 내에 음압을 생성할 것이며, 따라서 주위 공기를 흡인할 것이다.
종방향 슬릿(11)으로부터 불어내어진 보호 가스와 주위 공기의 와동을 방지하여 주위 공기의 산소의 침투를 방지하기 위해, 제2 구멍(18)으로부터 불어내어진 보호 가스가 일정한 층류로서 주위 환경에 도달하여야 한다. 이러한 목적의 달성을 최적의 방식으로 지원하기 위해, 유리하게는 하기의 수단 a) 또는 양쪽 수단 a) 및 b)가 추가로 구현된다:
a) 종방향 슬릿(11)의 저부 에지(12)는 채널(2)의 기부(4)에 비해 사전결정된 거리만큼 낮아지는 좁은 스트립에 의해 형성된다.
b) 홈(14)이 저부 에지(12)의 좁은 스트립 내에 형성되고, 제2 구멍(18)은 기부(4) 및/또는 홈(14)의 측벽으로 통한다. 이러한 실시 형태가 도 2 내지 도 4에 도시된다.
관통식 퍼니스의 채널(2)은 전형적으로 적어도 2개의 구역, 즉 기판(3)의 제어식 가열을 위한 적어도 하나의 예열 구역, 적어도 하나의 공정 구역 및 선택적으로 기판(3)의 제어식 냉각을 위한 적어도 하나의 냉각 구역으로 세분된다. 별개의 가열이 각각의 구역과 관련되어, 각각의 구역에서 온도가 자유로이 프로그래밍가능하다.
다수의 제1 구멍(8)과 다수의 제2 구멍(18)이 각각의 구역과 관련된다. 이는 각각의 구역의 제1 구멍(8)이 서로 연결되고, 각각의 구역의 제2 구멍(18)이 서로 연결됨을 의미한다. 보호 가스를 어느 한 구역의 상호 연결된 제1 구멍(8)과 어느 한 구역의 상호 연결된 제2 구멍(18)에 공급하는 것은 바람직하게는 상이한 가스 라인(20)과 개별적으로 조절가능한 유동 제어 밸브(21)를 통해 수행되며, 따라서 보호 가스의 공급이 각각의 구역에 대해 별도로 그리고 채널(2) 및 또한 채널(2)을 제한하는 가스 커튼 둘 모두에서 요구되는 대로 최적으로 설정될 수 있다.
홈(14)은 적어도 하나의 구역으로부터 다음 구역으로의 개별 전이점에서 분리 벽(19)에 의해 중단될 수 있는데, 왜냐하면 보호 가스 또는 그 유동 특성에 대한 요구가 다양한 구역에서 상이할 수 있기 때문이다. 분리 벽(19)은 또한 보호 가스가 개별 구역에서 종방향 슬릿(11)을 통해 주위 환경으로 일정한 층류로 최고 가능 정도로 유동하는 것을 고려할 때 지지를 제공한다.
제2 구멍(18), 홈(14) 및/또는 낮아진 저부 에지(12)는 종방향 슬릿(11)의 전체 길이에 걸쳐 연장될 수 있거나, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 채널(2)의 입구 개구(23) 뒤의 짧은 섹션(22)과 채널(2)의 출구 개구(25) 앞의 짧은 섹션(24)에 걸쳐 생략될 수 있다.
이송 중에, 기판(3)은 그것들이 클램프(15)에 의해 파지되고 이송될 수 있도록 채널(2) 밖으로 작은 정도로 돌출된다. 클램프(15)는 종방향 슬릿(11) 내로 돌출되지 않는다. 이송 장치는 바람직하게는 전방 이송 중에 기판(3)을 약간 들어올려 그것들이 채널(2)의 기부(4) 상에서 활주하지 않도록 설치된다. 종방향 슬릿(11)의 상부 에지(13)와 채널(2)의 기부(4) 사이의 거리는 상응하게 충분히 크게 치수지어진다.
본 발명은 가열 구역 및/또는 냉각 구역이 상이한 온도가 형성되는 수개의 구역으로 세분되는 관통식 퍼니스의 형성을 허용하고, 자유로이 프로그래밍가능한 클램프를 갖춘 이송 시스템은 기판을 사전규정된 온도 및 시간 프로파일에 따라 관통식 퍼니스를 통해 이송시키는 것을 허용한다. 다이, 예컨대 반도체 칩을 기판 상에 납접하기 위해 설치되는, 본 기술 분야에 다이 본더(die bonder) 또는 또한 연납 다이 본더(soft solder die bonder)로 알려져 있는 "다이(die)"를 위한 본 발명에 따른 자동 실장기(automatic mounting machine)가 본 발명에 따른 관통식 퍼니스를 포함하고, 바람직하게는 각각의 구역에 대해 온도와 이송 속도 및/또는 체류 시간을 결정하는 파라미터의 입력에 대해, 그리고 이들 파라미터에 따른 관통식 퍼니스를 통한 기판의 이송에 대해 프로그래밍된다. 파라미터의 입력은 설치 중에, 즉 정규 실장 작업 전에 수행된다.
관통식 퍼니스와 또한 다이 본더는 또한 위에서 설명된 실시 형태에서 언급된 반도체 칩과는 다른 구성요소 또는 다이를 기판에 설치하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 형태 및 응용이 도시되고 기술되었지만, 본 명세서의 발명의 개념으로부터 벗어남이 없이 위에 언급된 것보다 많은 변경이 가능함이 본 개시의 이익을 취하는 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부 특허청구범위 및 그 등가물의 사상을 제외하고는 제한되도록 의도되지 않는다.

Claims (10)

  1. 채널(2)을 갖춘 퍼니스(1)와 채널(2)을 통한 기판(3)의 이송을 위한 이송 시스템을 포함하는, 기판(3)을 위한 관통식 퍼니스로서,
    채널(2)은 기부(4), 전방 측벽(5), 후방 측벽(6) 및 상부 부품(7)에 의해 경계지어지고,
    기부(4)는 작동 중에 보호 가스를 공급하기 위해 보호 가스 공급원(9)에 연결가능한 복수의 제1 구멍(8)을 포함하며,
    채널(2)의 전방 측벽(5)은 통과 방향(10)에 평행하게 연장되는 그리고 저부 에지(12)와 상부 에지(13)에 의해 경계지어지는 종방향 슬릿(11)을 포함하고,
    이송 시스템은 기판(3)을 채널(2)을 통해 이송하기 위한 적어도 하나의 클램프(15)를 포함하며,
    클램프는 채널(2)의 종방향 슬릿(11)을 따라 앞뒤로 이동가능한 것을 특징으로 하는 기판(3)을 위한 관통식 퍼니스.
  2. 제1항에 있어서,
    보호 가스 공급원(9)에 연결가능한 복수의 제2 구멍(18)이 채널(2)을 향하는 종방향 슬릿(11)의 저부 에지(12) 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 관통식 퍼니스.
  3. 제1항에 있어서,
    종방향 슬릿(11)의 저부 에지(12)는 채널(2)의 기부(4)에 비해 사전결정된 거리만큼 낮아지는 좁은 스트립에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 관통식 퍼니스.
  4. 제2항에 있어서,
    종방향 슬릿(11)의 저부 에지(12)의 좁은 스트립 내에 홈(14)이 형성되고, 제2 구멍(18)은 홈(14)으로 통하는 것을 특징으로 하는 관통식 퍼니스.
  5. 제4항에 있어서,
    채널(2)은 적어도 2개의 구역으로 세분되고, 홈(14)은 적어도 하나의 구역으로부터 다음 구역으로의 하나의 전이점에서 분리 벽(19)에 의해 중단되는 것을 특징으로 하는 관통식 퍼니스.
  6. 제2항에 있어서,
    종방향 슬릿(11)의 저부 에지(12)는 채널(2)의 기부(4)에 비해 사전결정된 거리만큼 낮아지는 좁은 스트립에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 관통식 퍼니스.
  7. 제6항에 있어서,
    종방향 슬릿(11)의 저부 에지(12)의 좁은 스트립 내에 홈(14)이 형성되고, 제2 구멍(18)은 홈(14)으로 통하는 것을 특징으로 하는 관통식 퍼니스.
  8. 제7항에 있어서,
    채널(2)은 적어도 2개의 구역으로 세분되고, 홈(14)은 적어도 하나의 구역으로부터 다음 구역으로의 하나의 전이점에서 분리 벽(19)에 의해 중단되는 것을 특징으로 하는 관통식 퍼니스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    채널(2)은 적어도 2개의 구역으로 세분되고,
    적어도 하나의 구역은 다수의 제2 구멍(18)과 관련되며,
    동일한 구역의 제2 구멍(18)은 서로 연결되고, 별개의 유동 제어 밸브(21)를 통해 보호 가스 공급원(9)에 연결가능한 것을 특징으로 하는 관통식 퍼니스.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 관통식 퍼니스를 갖춘 다이 본더로서,
    관통식 퍼니스는 수개의 구역으로 세분되는 가열 구역 및 냉각 구역을 포함하고, 다이 본더는 각각의 구역에 대해 온도, 및 이송 속도와 체류 시간 중 적어도 하나를 결정하는 파라미터의 입력에 대해, 그리고 이들 파라미터에 따른 관통식 퍼니스를 통한 기판의 이송에 대해 프로그래밍되는 것을 특징으로 하는 다이 본더.
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