KR102332745B1 - 열압착 본딩 시스템 및 열압착 본딩 시스템 작동 방법 - Google Patents

열압착 본딩 시스템 및 열압착 본딩 시스템 작동 방법 Download PDF

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매튜 비. 와서맨
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쿨리케 앤드 소파 인더스트리즈, 인코포레이티드
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Abstract

반도체 소자를 본딩하기 위한 열압착 본딩 시스템이 제공된다. 열압착 본딩 시스템은, (1) 본딩될 반도체 소자를 가열하기 위한 히터를 포함하는 본드 헤드 조립체; (2) 가압된 냉각액 소스; (3) 가압된 냉각액 소스로부터의 가압된 냉각액을 수용하며, 수용된 가압된 냉각액의 압력을 증가시키기 위한 부스터 펌프; (4) 부스터 펌프로부터의 가압된 냉각액을 수용하기 위한 가압 유체 저장소; 및 (5) 가압 유체 저장소로부터 유로로 향하는 가압된 냉각액의 공급을 제어하기 위한 제어 밸브를 포함한다.

Description

열압착 본딩 시스템 및 열압착 본딩 시스템 작동 방법{THERMOCOMPRESSION BONDING SYSTEMS AND METHODS OF OPERATING THE SAME}
본 출원은 2014년 2월 28일자 출원된 미국 가특허출원 제61/945,916호의 이익을 주장하며, 그 내용은 본 출원에 참고로 통합된다.
본 발명은 반도체 패키지(package)에서 전기적 상호접속부의 형성에 관한 것으로서, 특히 개량된 열압착 본딩 시스템 및 열압착 본딩 시스템의 작동 방법에 관한 것이다.
반도체 패키징(packaging) 산업의 특정 양상에서, 반도체 소자는 본딩 장소에 본딩된다. 예를 들어, 종래의 다이 부착(또한, 다이 본딩(die bonding)으로도 알려져 있음) 응용예에서, 반도체 다이가 기판(예를 들면, 리드프레임(leadframe), 적층된 다이 응용예에서 또 다른 다이, 스페이서(spacer) 등)의 본딩 장소에 본딩된다. 고급 패키징 응용예에서, 반도체 소자(예로서, 베어(bare) 반도체 다이, 패키지된 반도체 다이 등)는 기판(예로서, 리드프레임, PCB, 캐리어, 반도체 웨이퍼, BGA 기판, 등)의 본딩 장소에 본딩된다. 전도성 구조체(예로서, 전도성 범프(bump), 접촉 패드(pad), 납땜 범프, 전도성 필러(pillar), 구리 필러 등)는 반도체 소자와 본딩 장소 사이에 전기적 상호접속부를 제공한다. 특정 응용예에서, 이러한 전도성 구조체는 와이어 본딩 기계를 이용하여 형성된 와이어 루프와 유사한 전기적 상호접속부를 제공할 수 있다.
많은 응용예(예로서, 반도체 소자의 열압착 본딩)에서, 납땜 재료는 전도성 구조체에 포함된다. 많은 그러한 프로세스에서, 열이 (예로서, 본드 툴(bond tool)을 운반하는 본드 헤드 조립체의 히터를 통하여) 본딩되는 반도체 소자에 가해진다. 기계 처리율(예로서, UPH, 또는 시간당 유닛)이 허용가능한 레벨에 있도록 열의 적용이 신속하게 달성되는 것이 중요하다. 이것은, 히터(또는 히터의 부품)가 바람직하게 다른 시간/장소에서 다른 온도(예로서, 열압착 본딩 시에 워머(warmer) 온도와 대조적으로, 웨이퍼와 같은 소스로부터의 구성부품의 제거 동안 쿨러 온도)에 있을 때, 고무적일 수 있다.
따라서 반도체 소자를 본딩하기 위한 본딩 기계를 작동하기 위한 개량된 방법을 제공할 필요가 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따라서, 반도체 소자를 본딩하기 위한 열압착 본딩 시스템이 제공된다. 열압착 본딩 시스템은, (1) 본딩될 반도체 소자를 가열하기 위한 히터를 포함하는 본드 헤드 조립체로서, 냉각액을 수용하도록 구성된 유로를 포함하는 본드 헤드 조립체; (2) 가압된 냉각액 소스; (3) 가압된 냉각액 소스로부터의 가압된 냉각액을 수용하며, 수용된 가압된 냉각액의 압력을 증가시키기 위한 부스터(booster) 펌프; (4) 부스터 펌프로부터 가압된 냉각액을 수용하기 위한 가압 유체 저장소; 및 (5) 가압 유체 저장소로부터 유로로 향하는 가압된 냉각액의 공급을 제어하기 위한 제어 밸브를 포함한다.
본 발명의 다른 예시적 실시예에 따라서, 반도체 소자를 본딩하기 위한 다른 열압착 본딩 시스템이 제공된다. 열압착 본딩 시스템은, 본딩될 반도체 소자를 가열하기 위한 히터를 포함하는 본드 헤드 조립체로서, 냉각액을 수용하도록 구성된 유로를 포함하는 본드 헤드 조립체; 가압된 냉각액 소스; 가압된 냉각액 소스로부터 유로로 향하는 가압된 냉각액의 공급을 제어하기 위한 유동 제어 밸브; 및 유동 제어 밸브를 제어하기 위한 컴퓨터로서, 열압착 본딩 공정의 냉각 공정의 다른 스테이지(stages) 중에 유로에 제공되는 가압된 냉각액의 공급이 다르게 되게 제어하도록 구성되는 컴퓨터를 포함한다. 그러한 열압착 본딩 시스템은 또한 예를 들어, 다른 것들 중에서 부스터 펌프, 가압 유체 저장소, 제어 밸브(예로서, 디지털 온/오프 밸브), 온도 센서를 위시하여 본원에 설명된 다양한 다른 소자를 포함할 수 있다.
여전히 본 발명의 다른 예시적 실시예에 따라서, 열압착 본딩 기계를 작동하는 방법이 제공된다. 이 방법은, (a) 가압된 냉각액 소스를 제공하는 단계; (b) 부스터 펌프를 이용하여 가압된 냉각액 소스로부터의 가압된 냉각액의 압력을 증가시키는 단계; (c) 부스터 펌프로부터의 가압된 냉각액을 가압 유체 저장소에서 수용하는 단계; 및 (d) 가압 유체 저장소로부터 열압착 본딩 기계의 본드 헤드 조립체에 포함된 유로를 향하는 가압된 냉각액의 유동을 제어 밸브에 의하여 제어하는 단계를 포함한다.
여전히 본 발명의 다른 예시적 실시예에 따라서, 열압착 본딩 기계를 작동하는 방법이 제공된다. 이 방법은, (a) 가압된 냉각액 소스를 제공하는 단계; 및 (b)가압 유체 저장소로부터 열압착 본딩 시스템의 본드 헤드 조립체에 포함된 유로를 향하는 가압된 냉각액의 공급을 유동 제어 밸브에 의하여 제어하는 단계를 포함하고, 유로에 제공되는 가압된 냉각액의 공급은 열압착 본딩 공정의 냉각 공정의 다른 스테이지 중에 다르게 되도록 유동 제어 밸브에 의하여 제어된다. 당연히, 그러한 방법은 본원에 설명한 바와 같은 다른 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 첨부 도면과 연결지어 읽을 때 아래의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 공통 실시에 따라 도면의 다양한 구성은 축척대로 도시되어 있지 않다는 것을 강조하는 바이다. 그 반대로, 다양한 구성의 치수는 명료함을 위해 임의로 확대 또는 축소되어 있다. 아래 도면이 포함되어 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 예시적 실시예에 따라서 반도체 소자를 기판에 본딩하는 구조체 및 방법을 예시하는 열압착 본딩 기계의 일부의 블록 다이아그램이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 다양한 예시적 실시예에 따른 열압착 본딩 시스템을 도시하는 블록 다이아그램이다.
도 8, 도 9a, 도 9b, 도 10 및 도 11은 본 발명의 다양한 예시적 실시예에 따른 열압착 본딩 시스템의 소자의 온도 프로파일(profile)의 그래프이다.
도 12 내지 도 17은 본 발명의 다양한 예시적 실시예에 따른 열압착 본딩 시스템의 작동 방법을 예시하는 흐름도이다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "반도체 소자(semiconductor element)"는 반도체 칩 또는 다이를 포함하는 (또는 후속 단계에서 포함하도록 구성된) 어떠한 구조체를 지칭하도록 의도되어 있다. 예를 든 반도체 소자는 다른 것들 중에서 베어 반도체 다이, 기판(예로서, 리드프레임, PCB, 캐리어, 반도체 웨이퍼, BGA 기판, 반도체 소자 등)상의 반도체 다이, 패키지된 반도체 디바이스, 플립 칩(flip chip) 반도체 디바이스, 기판에 매립된 다이, 반도체 다이의 스택(stack)을 포함한다. 또한, 반도체 소자는 본딩되도록 구성된 또는 다른 방법으로 반도체 패키지(예로서, 적층된 다이 구성에 본딩될 스페이서, 기판, 등)에 포함된 소자를 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "기판(substrate)" 및 "워크피스(workpiece)"는 반도체 소자가 본딩될(예로서, 열압축식 본딩, 초음파 본딩, 열초음파 본딩, 다이 본딩 등) 수 있는 어떠한 구조체를 지칭하도록 의도되어 있다. 예를 든 기판은 예로서, 리드프레임, PCB, 캐리어, 반도체 웨이퍼, BGA 기판, 반도체 소자를 포함한다.
본 발명의 특정 양상에 따라서, 예를 들어 본딩될 반도체 소자의 상호접속부의 부분으로서 포함된 납땜 재료의 용해 및/또는 연화를 위해 본드 헤드 조립체에서 열을 이용하는 열압착 본딩 시스템이 개시되어 있다. 본드 헤드 조립체에 의해 운반되는 본드 툴(히터와는 구분되거나 또는 히터의 부분이 될 수 있는)은 배치/본딩되는 반도체 소자상에 납땜 범프를 용해 및 재응고함으로써 반도체 소자를 기판에 배치 및 본딩한다. 납땜 범프를 용해하기 위해서, 본드 툴을 신속하게 가열할 수 있는 것이 중요하다. 또한, 본딩되는 반도체 소자의 위치를 (예로서, 한자릿수 미크론 또는 그 이하의 수준으로) 유지하면서 본드 툴을 신속하게 냉각할 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 열압착 본딩 시스템(및 관련 공정)이 본딩 공정의 모든 단계 중에(예로서, 가열 단계/공정 중에, 냉각 단계/공정 중에, 등) 본드 툴 온도의 정확한 제어를 할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 다양한 양상에 따라서, 본드 헤드 온도(예로서, 히터/본드 툴과 같은 본드 헤드의 부분)는 열압착 본딩 공정의 냉각 단계/공정 중에 제어될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 특정 예시적 실시예에 따라서, 가압된 냉각액의 유동률은, 예를 들어 아날로그 유동 제어 밸브를 이용하여 제어될 수 있다(예로서, 피드백 신호로서 측정된 온도를 갖는 지령 프로파일을 이용하는 컴퓨터 프로그램에 의해 지령된 대로 가변 냉각속도가 되도록 제어될 수 있다). 이것은 특히, 열압착 본딩 공정 중에 종종 최대 시스템 능력보다는 냉각속도가 본딩 공정의 제어에 필요할 때가 있기 때문에 유용할 것이다. 예를 들어, 납땜의 초기 응고(즉, 용해 후 재응고) 중에, 고도로 제어된(그리고 반복 가능한) 냉각이 실질적으로 일관된 품질의 본딩되는 상호접속부를 제공하는데 바람직하다.
온도 센서(예로서, 히터/본드 툴의 하부 표면의 온도를 감지하도록 배치된 피드백 센서)가 냉각 공정의 지령된 급속 냉각 단계 중에 (예로서, 1초 주기에 걸쳐 100-150℃) 열압착 본드 헤드 조립체 내에 제공될 수 있다. 그러한 피드백 제어식 냉각은 본원에 설명된 바와 같이 다중 스테이지 냉각 공정(예로서, 최대 냉각 이하에서 제1 제어된 냉각 스테이지, 및 최대 냉각에서 제2 냉각 스테이지)과 연결되어 사용될 수 있다.
또한, 그러한 피드백 제어식 냉각은 열압착 본딩 공정 중에 여러 번 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정 열량(열 에너지)이 온도 피드백 센서에 의해 직접적으로 측정되지 않은 본드 헤드 조립체의 부분 내에 유지된다. 이러한 열 에너지는 고온체에서 방금 냉각된 몸체(예로서, 히터/본드 툴)로 점차로 이동할 것이다. 이것은 온도 피드백 장치에서 온도의 추이(drift)로서 나타난다. 그러한 상황에서, 냉각량이 용이하게 제어되지 않고, 결과적으로 본드 헤드 조립체의 일부분이 원하지 않은 양으로 냉각되기 때문에, 이런 상황에서 디지털 (예로서 온/오프) 냉각 시스템을 사용하는 것은 바람직하지 않다.
본 발명의 다양한 양상에 따라서, 부스터 펌프(예로서 기계식 압력 부스터)는 유입하는 가압된 냉각액을 일반적으로 이용할 수 있는 것(예로서, 공장 압축 공기)보다 높게 증가시키기 위해 제공될 수 있다. 유입하는 압력의 이러한 증가는 히터의 작은 채널(channel)에서 압력 강하를 극복하는데 사용될 수 있다. 주로 채널 벽의 마찰에 의해 초래된, 이러한 채널을 통한 압력 강하는 유체 속도를 신속히 저하시켜서 냉각 효율의 손실을 초래하는 원인이 된다. 이러한 손실은 고압 유체의 사용에 의해 완화될 수 있다. 종종 설비에서 이용할 수 있는 압력(예로서 압축 공기)은 최대 냉각을 제공하기에는 충분히 높지 않다. 압력 부스터를 제공함으로써, 입력 냉각액 압력은 필요한 수준(예로서, 적어도 50%의 압력 증가, 적어도 100%의 압력 증가, 등, 특정한 실례는 0.6MPa 에서 1.2MPa까지의 증가와 같이 100% 증가)으로 상승될 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 도 1a는 본드 스테이지(bond stage)(120)(예로서, 셔틀(shuttle), 가열된 셔틀, 열 블록, 모루(anvil) 등), 및 본드 스테이지(120)에 의해 지지된 지지 구조체(104)(여기서 지지 구조체(104) 및 본드 스테이지(120)는 단일 소자로 통합될 수 있다)를 포함하는 본딩 기계(100)(예로서, 열압착 플립 칩 본딩 기계)의 부분을 도시한다. 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 지지 구조체(104)는 응용 특정 부품(application specific part)(가끔 산업에서는 p-부품으로서 지칭됨)으로서 지칭될 수 있다. 기판(102)은 지지 구조체(104)에 의해 지지되고, 열압착 본딩 공정을 통해 적어도 하나의 반도체 소자를 수용하도록 구성된다. 하부 전도성 구조체(108a, 108b)(예로서 전도성 트레이스(trace), 전도성 패드 등)가 기판(102) 상에 제공된다. 또한, 본딩 기계(100)는 반도체 소자(110)를 운반하는 가열된 본드 툴(112)을 운반하는 본드 헤드 조립체(122)를 포함한다. 상부 전도성 구조체(114a, 114b)(예로서, 납땜 접촉부(116a, 116b)를 포함하여 도시된, 구리 필러와 같은 전도성 필러)가 반도체 소자(110) 상에 제공된다. 본드 툴(112)이 하강되어, 상부 전도성 구조체(114a, 114b)가 하부 전도성 구조체(108a, 108b)에 접촉하게 된다(예로서 도 1b 참조). 도 1b에 도시된 바와 같이, 열압착 본딩 공정을 통해, 납땜 접촉부(116a, 116b)가 연화되고, 다음에 납땜 인터페이스(118a, 118b)로서 재응고되고, 상부 전도성 구조체(114a, 114b)의 하나와 각각의 하부 전도성 구조체(108a, 108b) 사이에 영구적인 전도성 결합을 제공하게 된다. 도 1a 및 도 1b가 2쌍의 전도성 구조체(114a와 108a의 쌍 및 114b와 108b의 쌍)만을 도시하고 있지만, 이것은 당연히 설명을 용이하게 하기 위한 단순한 예이다. 실제로, 전도성 구조체의 쌍이 몇 개라도 제공될 수 있다(예로서, 수십 개의 전도성 구조체 쌍, 수백 개의 전도성 구조체 쌍 등).
도 2는 열압착 본딩 기계(240)를 포함하는 예시적 열압착 본딩 시스템(200)을 도시한다. 기계(240)는 상부 구조체(221)(도시되지 않은 다양한 소자를 포함), 냉각 구조체(222), 및 히터(224)를 포함하는 본드 헤드 조립체(220)를 포함한다. 히터(224)는 반도체 소자(228)(예로서 본딩될 반도체 다이)와 접촉한다. 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 히터(224)는 반도체 소자(228)를 운반하여 워크피스(260)에 본딩하도록 구성된 가열된 본드 툴이 될 수 있다. 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 히터(224)는 가열된 본드 툴(도 1a 및 도 1b에 도시된 툴(112)과 유사함)로 간주될 수 있다. 즉, 히터 및 본드 툴의 용어는 상호교환가능하게 사용될 수 있으며, 단일 구성요소(도 1a 및 도 1b 및 도 2 내지 도 7에 도시된 예시적 실시예에서 도시된 바와 같은)로 통합되거나 또는 다중 개별 구성요소가 될 수 있다. 또한, 기계(240)는 컴퓨터(236), 및 워크피스(260)를 지지하기 위한 본드 스테이지(232)를 포함한다. 온도 센서(226)는 히터(224)의 온도를 측정하여 이 온도와 관련된 정보를 온도 신호(234)로서 컴퓨터(236)로 다시 제공한다.
열압착 본딩 시스템(200)은 또한 열압착 본딩 공정의 일부로서 히터/본드 툴(224)을 냉각하기 위해 가압된 냉각액(예로서 압축 공기)을 본드 헤드(220)에 공급하기 위한 소자를 포함한다. 더욱 상세하게는, 시스템(200)은 가압된 냉각액을 부스터 펌프(204)에 공급하기 위해 가압된 냉각액 소스(202)(예로서, 압축 공기 탱크 또는 압축기 등으로부터 파이핑(piping)과 같은 공장 압축 공기원)를 포함한다. 부스터 펌프(204)는 소스(202)로부터 가압된 냉각액을 수용하고, 수용된 가압된 냉각액의 압력을 증가시킨다. 본 발명의 특정 예시적 실시예에서, 부스터 펌프(204)는 소스(202)로부터의 가압된 냉각액의 압력을 적어도 50%, 적어도 100% 만큼 증가시킨다. 하나의 매우 특정한 실례로서, 소스(202)로부터의 가압된 냉각액은 대략 0.6MPa의 압력에서 제공되고, 부스터 펌프(204)는 대략 1.2MPa(대략 100%의 압력 증가)까지 가압된 냉각액의 압력을 증가시킨다. 가압된 냉각액(이제 증가된 압력을 갖는)은 다음에 가압 유체 저장소(206)(예로서 압축 공기 탱크)에 의해 수용된다. 저장소(206)로부터의 가압 유체는 유동 제어 밸브(208)(예로서 아날로그 제어 밸브)에 의해 수용되고, 여기서 유동 제어 밸브(208)는 본드 헤드 조립체(220)에 제공되는 가압된 냉각액의 압력을 조절하도록 구성되어 있다. 유동 제어 밸브(208)의 하류에는 본드 헤드 조립체(220)로 향하는 가압된 냉각액의 공급을 제어하기 위한 제어 밸브(210)(예로서 온/오프 디지털 밸브)가 있다. 유동 제어 밸브(208) 및 제어 밸브(210)는 각각 컴퓨터(236)(각각의 제어 신호(238a, 238b)에 의해 도시된 바와 같이)에 의해 제어된다. 밸브(210) 하류측에서, 가압된 냉각액은 본드 헤드 조립체(220)의 입구(214)에 도달할 때까지 유로(212) 내부에서 이동한다. 유로(215)는 본드 헤드 조립체(220) 내에 포함되고, 입구 유로(216)(상부 구조체(221)에 의해 형성된), 냉각로(222a)(냉각 구조체(222)에 의해 형성된), 및 출구 유로(218)(상부 구조체(221)에 의해 형성된)를 포함한다.
도 2 내지 도 7에 도시되어 이와 관련되어 설명된 본 발명의 예시적 실시예에 따라서, 다양한 소자가 열압착 본딩 시스템(예로서, 시스템(200, 300, 400, 500, 600, 700))의 부품으로 설명되어 있지만 대응하는 열압착 본딩 기계(예로서, 기계(240, 340, 440, 540, 640, 740)와는 구별된다. 도 2에서 이러한 요소의 실례는 소자(204, 206, 208, 210)이다. 본 발명에 따라서, 그러한 소자 모두 또는 일부 소자가 대응하는 열압착 본딩 기계에 포함될 수 있다.
도 3 내지 도 7 각각은 도 2에 도시된 시스템(200)과 유사한 시스템을 도시하며, 유사한 소자는 처음 자릿수가 다른 것을 제외하면 동일한 도면부호를 포함하여 번호가 매겨져 있다. 예를 들어, 본드 헤드 조립체는 소자(220)(도 2), 소자(320)(도 3), 소자(420)(도 4), 소자(520)(도 5), 소자(620)(도 6), 소자(720)(도 7)로서 번호가 매겨져 있다. 아래에 지적된 차이를 제외하고, 소자(및 그 기능)는 도 2에 도시된 것과 실질적으로 유사하다.
특히, 도 3을 참조하면, 도 2와 비교하여 주요 차이는, 유동 제어 밸브(308)가 제어 밸브(310)의 하류에 위치해 있다는 점이다(대조적으로 도 2에서 유동 제어 밸브(208)는 제어 밸브(210)의 상류에 위치해 있다). 도 3은 열압착 본딩 기계(340)를 포함하는 예시적 열압착 본딩 시스템(300)을 도시한다. 기계(340)는 상부 구조체(321), 냉각 구조체(322), 및 히터(324)를 포함하는 본드 헤드 조립체(320)를 포함한다. 히터(324)는 반도체 소자(328)와 접촉한다. 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 히터(324)는 반도체 소자(328)를 운반하여 워크피스(360)에 본딩하도록 구성된 가열된 본드 툴이 될 수 있다. 또한, 기계(340)는 컴퓨터(336), 및 워크피스(360)를 지지하기 위한 본드 스테이지(332)를 포함한다. 온도 센서(326)는 히터(324)의 온도를 측정하여 이 온도와 관련된 정보를 온도 신호(334)로서 컴퓨터(336)로 다시 제공한다.
열압착 본딩 시스템(300)은 또한 가압된 냉각액을 부스터 펌프(304)에 공급하기 위한 가압된 냉각액 소스(302)를 포함한다. 부스터 펌프(304)는 소스(302)로부터 가압된 냉각액을 수용하고, 수용된 가압된 냉각액의 압력을 (예로서, 적어도 50%, 적어도 100% 만큼 등) 증가시킨다. 가압된 냉각액(이제 증가된 압력을 갖는)은 다음에 가압 유체 저장소(306)에 의해 수용된다. 저장소(306)로부터의 가압 유체는 본드 헤드 조립체(320)로 향하는 가압된 냉각액의 공급을 제어하기 위한 제어 밸브(310)(예로서, 온/오프 디지털 밸브)에 의해 수용된다. 제어 밸브(310)의 하류에는 유동 제어 밸브(308)(예로서, 아날로그 제어 밸브)가 있으며, 유동 제어 밸브(308)는 본드 헤드 조립체(220)에 제공되는 가압된 냉각액의 압력을 조절하도록 구성된다. 제어 밸브(310) 및 유동 제어 밸브(308)는 각각 컴퓨터(336)(각각의 제어 신호(338a, 338b)에 의해 도시된 바와 같이)에 의해 제어된다. 유동 제어 밸브(308) 하류측에서, 가압된 냉각액은 본드 헤드 조립체(320)의 입구(314)에 도달할 때까지 유로(312) 내부에서 이동한다. 유로(315)는 본드 헤드 조립체(320) 내에 포함되고, 입구 유로(316)(상부 구조체(321)에 의해 형성된), 냉각로(322a)(냉각 구조체(322)에 의해 형성된), 및 출구 유로(318)(상부 구조체(321)에 의해 형성된)를 포함한다.
특히, 도 4를 참조하면, 도 2 및 도 3과 비교하여 주요 차이는, 유동 제어 밸브(408)가 제어 밸브(410)를 포함한 유로와 평행한 유로에 위치해 있다는 점이다(대조적으로 도 2 및 도 3에서 유동 제어 밸브(208/308)는 제어 밸브(210/310)와 일렬로 연결되어 있다((in line with)). 도 4는 열압착 본딩 기계(440)를 포함하는 예시적 열압착 본딩 시스템(400)을 도시한다. 기계(440)는 상부 구조체(421), 냉각 구조체(422), 및 히터(424)를 포함하는 본드 헤드 조립체(420)를 포함한다. 히터(424)는 반도체 소자(428)와 접촉한다. 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 히터(424)는 반도체 소자(428)를 운반하여 워크피스(460)에 본딩하도록 구성된 가열된 본드 툴이 될 수 있다. 또한, 기계(440)는 컴퓨터(436), 및 워크피스(460)를 지지하기 위한 본드 스테이지(432)를 포함한다. 온도 센서(426)는 히터(424)의 온도를 측정하여 이 온도와 관련된 정보를 온도 신호(434)로서 컴퓨터(436)로 다시 제공한다.
열압착 본딩 시스템(400)은 또한 가압된 냉각액을 부스터 펌프(404)에 공급하기 위한 가압된 냉각액 소스(402)를 포함한다. 부스터 펌프(404)는 소스(402)로부터 가압된 냉각액을 수용하고, 수용된 가압된 냉각액의 압력을 (예로서, 적어도 50%, 적어도 100% 만큼) 증가시킨다. 가압된 냉각액(이제 증가된 압력을 갖는)은 다음에 가압 유체 저장소(406)에 의해 수용된다. 저장소(406)로부터의 가압 유체는 두 방향: 제어 밸브(410)(예로서, 온/오프 디지털 밸브)를 통해 유로(412)로 향하는 제1 방향, 및 유동 제어 밸브(408)(예로서, 아날로그 제어 밸브)를 통해 유로(412)로 향하는 제2 방향 중 어느 한쪽으로 (또는 아마도 필요하면 양쪽 방향으로) 흐를 수 있다. 예를 들어, 특정한 적용에 따라, (및/또는 본딩 공정의 타이밍/단계에 따라), 가압된 냉각액의 연속 최대 유동을 가지는 것이 바람직하며, 어느 경우에도 제어 밸브(410)가 개방될 수 있다(그리고 유동 제어 밸브(408)는 폐쇄된다). 다른 응용예에서, (및/또는 본딩 공정의 타이밍/단계에 따라), 특정한 압력 값에서 가압된 냉각액의 제어된 (예로서 아날로그 제어된) 유동을 가지는 것이 바람직할 수 있으며, 이 경우에 제어 밸브(410)는 폐쇄될 수 있다(그리고 유동 제어 밸브(408)는 필요한 압력 값을 제공하기 위해 선택된 위치에서 개방된다). 유동 제어 밸브(408) 및 제어 밸브(410)는 각각 컴퓨터(436)(각각의 제어 신호(438a, 438b)에 의해 도시된 바와 같이)에 의해 제어된다. 가압된 냉각액이 흐르는 방향(예로서 밸브(410)를 통과하거나 또는 밸브(408)를 통과하거나)과 관계없이, 가압된 냉각액은 본드 헤드 조립체(420)의 입구(414)에 도달할 때까지 유로(412) 내부에서 이동한다. 유로(415)는 본드 헤드 조립체(420) 내에 포함되고, 입구 유로(416)(상부 구조체(421)에 의해 형성된), 냉각로(422a)(냉각 구조체(422)에 의해 형성된), 및 출구 유로(418)(상부 구조체(421)에 의해 형성된)를 포함한다.
도 4에서, 주목할 만한 것은, 유체의 압력이 부스터 펌프(404)에 의해 증가한 후에 유동 제어 밸브(408)가 가압된 냉각액을 수용한다는 점이다. 따라서, 디자인 고려에 따라, 유동 제어 밸브(408)는 부스터 펌프(406)의 최대 출력 압력에 이르는 압력 레벨(예로서, 또는 아날로그 제어를 이용하여 필요한 주어진 디자인 제한만큼 낮은)에서 가압된 냉각액을 공급할 수 있다. 특히, 도 5를 참조하면, 도 4와 비교하여 주요 차이는, 유체의 압력이 부스터 펌프(504)에 의해 증가되기 전에 유동 제어 밸브(508)가 소스(502)로부터 입력 냉각액을 수용한다는 점이다. 따라서, 가압된 냉각액은 낮은 압력에서 제공된다(대조적으로, 도 4에서는 소스(402)로부터의 입력 냉각액이 부스터 펌프(404)의 하류에서 더 높은 레벨에서 공급된다).
도 5는 열압착 본딩 기계(540)를 포함하는 예시적 열압착 본딩 시스템(500)을 도시한다. 기계(540)는 상부 구조체(521), 냉각 구조체(522), 및 히터(524)를 포함하는 본드 헤드 조립체(520)를 포함한다. 히터(524)는 반도체 소자(528)와 접촉한다. 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 히터(524)는 반도체 소자(528)를 운반하여 워크피스(560)에 본딩하도록 구성된 가열된 본드 툴이 될 수 있다. 또한, 기계(540)는 컴퓨터(536), 및 워크피스(560)를 지지하기 위한 본드 스테이지(532)를 포함한다. 온도 센서(526)는 히터(524)의 온도를 측정하여 이 온도와 관련된 정보를 온도 신호(534)로서 컴퓨터(536)로 다시 제공한다.
열압착 본딩 시스템(500)은 또한 가압된 냉각액을 부스터 펌프(504), 및/또는 유동 제어 밸브(508)에 공급하기 위한 가압된 냉각액 소스(502)를 포함한다. 부스터 펌프(504)는 소스(502)로부터 가압된 냉각액을 수용하고, 수용된 가압된 냉각액의 압력을 (예로서, 적어도 50%, 적어도 100% 만큼 등) 증가시킨다. 가압된 냉각액(이제 증가된 압력을 갖는)은 다음에 가압 유체 저장소(506)에 의해 수용된다. 저장소(506)로부터의 가압 유체는 유동 제어 밸브(510)(예로서, 온/오프 디지털 밸브)를 통해 유로(512)로 흐른다. 예를 들어, 특정한 응용에 따라서 (및/또는 본딩 공정의 타이밍/단계에 따라서), 가압된 냉각액의 연속 최대 유동을 가지는 것이 바람직하며, 이 경우 제어 밸브(510)가 개방될 수 있다(그리고 유동 제어 밸브(508)는 폐쇄된다). 다른 응용예에서, (및/또는 본딩 공정의 타이밍/단계에 따라서), 특정한 압력 값에서 가압된 냉각액의 제어된 (예로서 아날로그 제어된) 유동을 가지는 것이 바람직할 수 있으며, 이 경우 제어 밸브(510)는 폐쇄될 수 있다(그리고 유동 제어 밸브(508)는 필요한 유동 값을 제공하기 위해 선택된 위치에서 개방된다). 유동 제어 밸브(508) 및 제어 밸브(510)는 각각 컴퓨터(536)(각각의 제어 신호(538a, 538b)에 의해 도시된 바와 같이)에 의해 제어된다. 가압된 냉각액의 유동을 어느 밸브(예로서 밸브(510) 또는 밸브(508))가 제어하는가에 관계없이, 가압된 냉각액은 본드 헤드 조립체(520)의 입구(514)에 도달할 때까지 유로(512) 내부에서 이동한다. 유로(515)는 본드 헤드 조립체(520) 내에 포함되고, 입구 유로(516)(상부 구조체(521)에 의해 형성된), 냉각로(522a)(냉각 구조체(522)에 의해 형성된), 및 출구 유로(518)(상부 구조체(521)에 의해 형성된)를 포함한다.
도 2 내지 도 5에 도시된 예시적 구성들 각각은 구별된 제어 밸브(예로서, 디지털 "온/오프(on/off)" 밸브) 및 유동 제어 밸브(예로서 다른 프로파일의 컴퓨터 프로그램에 따라 가압된 냉각액의 공급을 제어하기 위한 아날로그 제어 밸브)를 포함하는 열압착 본딩 시스템을 도시한다. 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 본 발명의 어떠한 양상은 시스템에 포함된 이러한 2개의 밸브 중 단 하나에 의해 달성될 수 있다. 도 6 및 도 7은 이러한 장치의 2가지 실례를 도시한다.
특히, 도 6을 참조하면, 도 4와 비교하여 주요 차이는, 가압된 냉각액의 제어가 유동 제어 밸브(608)에 의해 제어되고 대응하는 디지털 온/오프 제어 밸브에 의해 제어되지 않는다(아날로그 유동 제어 밸브(408)뿐만 아니라 온/오프 제어 밸브(410)를 모두 포함하는 도 4와 대조적으로). 예를 들어, 열압착 본딩 공정의 냉각 단계/공정의 모든 스테이지 중에 가압된 냉각액의 유동/공급을 제어하기에 충분히 단단한 유동 제어 밸브가 제공되는 장치를 고려할 수 있다. 도 6은 열압착 본딩 기계(640)를 포함하는 예시적 열압착 본딩 시스템(600)을 도시한다. 기계(640)는 상부 구조체(621), 냉각 구조체(622), 및 히터(624)를 포함하는 본드 헤드 조립체(620)를 포함한다. 히터(624)는 반도체 소자(628)와 접촉한다. 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 히터(624)는 반도체 소자(628)를 운반하여 워크피스(660)에 본딩하도록 구성된 가열된 본드 툴이 될 수 있다. 또한, 기계(640)는 컴퓨터(636), 및 워크피스(660)를 지지하기 위한 본드 스테이지(632)를 포함한다. 온도 센서(626)는 히터(624)의 온도를 측정하여 이 온도와 관련된 정보를 온도 신호(634)로서 컴퓨터(636)로 다시 제공한다.
열압착 본딩 시스템(600)은 또한 가압된 냉각액을 부스터 펌프(604)에 공급하기 위한 가압된 냉각액 소스(602)를 포함한다. 부스터 펌프(604)는 소스(602)로부터 가압된 냉각액을 수용하고, 수용된 가압된 냉각액의 압력을 (예로서, 적어도 50%, 적어도 100% 만큼) 증가시킨다. 가압된 냉각액(이제 증가된 압력을 갖는)은 다음에 가압 유체 저장소(606)에 의해 수용된다. 가압된 냉각액은 저장소(606)로부터 유동 제어 밸브(608)로 흐른다. 유동 제어 밸브(608)는 가압된 냉각액의 공급을 제어한다(예로서, 유동/공급이 본딩 공정의 타이밍/단계에 따라서 변화될 수 있는 컴퓨터 프로그램에 따른 아날로그 제어). 유동 제어 밸브(608)를 통과하는 가압된 냉각액은 본드 헤드 조립체(620)의 입구(614)에 도달할 때까지 유로(612) 내부에서 이동한다. 유로(615)는 본드 헤드 조립체(620) 내에 포함되고, 입구 유로(616)(상부 구조체(621)에 의해 형성된), 냉각로(622a)(냉각 구조체(622)에 의해 형성된), 및 출구 유로(618)(상부 구조체(621)에 의해 형성된)를 포함한다.
특히, 도 7을 참조하면, 도 6과 비교하여 주요 차이는, 가압된 냉각액의 제어가 제어 밸브(710)에 의해 제어되고 대응하는 아날로그 유동 제어 밸브에 의해 제어되지 않는다(유동 제어 밸브(608)를 포함하는 도 6과 대조적으로). 예를 들어, 가압된 냉각액의 공급의 제어가 필요하지 않는 응용예를 고려해도 좋고, 또한 유체 압력을 증가시키기 위한 부스터 펌프의 첨가가 단순한 디지털 온/오프 밸브를 경유하여 냉각을 제공하는 것을 고려할 수 있다. 도 7은 열압착 본딩 기계(740)를 포함하는 예시적 열압착 본딩 시스템(700)을 도시한다. 기계(740)는 상부 구조체(721), 냉각 구조체(722), 및 히터(724)를 포함하는 본드 헤드 조립체(720)를 포함한다. 히터(724)는 반도체 소자(728)와 접촉한다. 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 히터(724)는 반도체 소자(728)를 운반하여 워크피스(760)에 본딩하도록 구성된 가열된 본드 툴이 될 수 있다. 또한, 기계(740)는 컴퓨터(736), 및 워크피스(760)를 지지하기 위한 본드 스테이지(732)를 포함한다. 온도 센서(726)는 히터(724)의 온도를 측정하여 이 온도와 관련된 정보를 온도 신호(734)로서 컴퓨터(736)로 다시 제공한다.
열압착 본딩 시스템(700)은 또한 가압된 냉각액을 부스터 펌프(704)에 공급하기 위한 가압된 냉각액 소스(702)를 포함한다. 부스터 펌프(704)는 소스(702)로부터 가압된 냉각액을 수용하고, 수용된 가압된 냉각액의 압력을 (예로서, 적어도 50%, 적어도 100% 만큼) 증가시킨다. 가압된 냉각액(이제 증가된 압력을 갖는)은 다음에 가압 유체 저장소(706)에 의해 수용된다. 가압된 냉각액은 저장소(706)로부터 제어 밸브(710)로 흐른다. 제어 밸브(710)는 가압된 냉각액의 유동을 제어한다(예로서, 컴퓨터 프로그램에 따른 "온/오프" 디지털 제어). 제어 밸브(710)를 통과하는 가압된 냉각액은 본드 헤드 조립체(720)의 입구(714)에 도달할 때까지 유로(712) 내부에서 이동한다. 유로(715)는 본드 헤드 조립체(720) 내에 포함되고, 입구 유로(716)(상부 구조체(721)에 의해 형성된), 냉각로(722a)(냉각 구조체(722)에 의해 형성된), 및 출구 유로(718)(상부 구조체(721)에 의해 형성된)를 포함한다.
통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 도 2 내지 도 7에 도시된 시스템은 본 발명의 어떤 예시적 실시예에 따라 추가의 요소 또는 더 적은 요소를 포함할 수 있다. 추가의 요소(들)의 실례는 가압된 냉각액의 역류를 방지하기 위한 체크 밸브가 될 수 있다. 특정한 응용에 따라서 시스템들 중 하나에서 제거될 수 있는 요소(들)의 실례는 다른 것들 중에서 부스터 펌프, 가압 유체 저장소가 될 수 있다.
각각의 도 2 내지 도 7은 각각의 본드 헤드 조립체 내에 포함된 예시적 유로(215, 315, 415, 515, 615, 715)를 도시한다. 이러한 유로는 각각 입구 유로, 냉각 구조체에 의해 형성된 냉각로, 출구 유로를 포함하도록 단순하게 도시되어 있지만; 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 유로가 도시된 것보다 더 복잡하게 될 수 있다. 즉, 열압착 본딩 시스템에서, 본드 헤드 조립체의 부분의 급속 가열 및 냉각이 대단히 중요할 수 있다. 많은 유체 채널을 포함하는 복잡한 냉각 시스템이 채용될 수 있다.
본 발명의 다양한 예시적 실시예의 특정 이점이 도 8, 도 9a, 도 9b, 도 10 및 도 11에 그래프로 도시되어 있다. 특히, 도 8을 참조하면, 시간 대 온도 구성이 열압착 본딩 시스템의 2가지 다른 방식에 대해 열압착 본딩 공정에서 형성된 상호접속부에 포함된 납땜 재료(예로서, 도 1a에 도시된 납땜 재료(116a, 116b)와 유사한)의 가열 및 냉각을 도시하며 제공되어 있다. 이러한 도면에서, "유닛 1(Unit 1)" 시스템은 부스터 펌프(도 2 내지 도 7에 각각 도시된 부스터 펌프(204, 304, 404, 504, 604, 704)와 유사한)를 포함한다. "유닛 2(Unit 2)" 시스템은 그러한 부스터 펌프를 포함하지 않지만, 그 대신에 공장 압축 공기압에 의존한다. 이러한 실례에서, 양쪽 시스템에 관하여 가열 공정이 동일하지만, 냉각 공정들은 유닛 1 시스템의 가압된 냉각액이 고압에서 제공되기 때문에 다르다. 도 8에 도시된 바와 같이, 유닛 1 시스템은 유닛 2 시스템에 비하여 더 빠르게 냉각하고, 특히: 임계적 용해/재응고 온도에 더 빠르게 도달하고; 약 1초 더 빠르게 (예로서 유닛 1에 대해 대략 2.2초이고, 반면에 유닛 2에 대해 3.2초) 공정 완료 온도(대략 70도)에 도달한다. 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 이러한 "공정 완료 온도(process complete temperature)"에 도달된 후 추가의 프로세싱(processing)(예로서 본딩될 다음 반도체 소자를 잡기 위한 공정을 개시하는 것)이 개시될 수 있다. 추가의 프로세싱(예로서, 본딩될 다음 반도체 소자를 잡기 위한 공정)은, 예로서 재응고 온도에 도달되어 있는 한, "공정 완료 온도"에 도달하기 전에 실제로 개시될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 유닛 1 시스템의 더 빠른 프로세싱 시간은 향상된 UPH 비율을 가져온다.
열압착 본딩 시스템에서 히터/본드 툴을 냉각함에 있어서 다른 중요한 고려사항은 공정 일관성과 관련되어 있다. 예를 들어, 각각의 시스템은 공정 중에 대략 동일한 시간에 용해/재응고 온도에 도달하기 위해 동일한 공정을 운영하는 것이 매우 바람직하다. 그러나, 동일하게 설계될지라도, 각각의 열압착 본딩 시스템은 실제로 약간 다르게 실시한다. 도 9a는 동일한 디자인의 2개의 열압착 본딩 시스템(즉, "유닛 1" 및 "유닛 2")에 대해 시간 대 온도 구성을 도시한다. 도 9a에 도시되고 도 9b에 상세히 나타낸 바와 같이, 재응고 온도에 도달하기 위해서, 유닛 1에서 얼마나 오랫동안 걸리는가와 유닛 2에서 얼마나 오랫동안 걸리는가 사이에는 실질적인 시간 차이(즉, TD)가 있다. 도 9a 및 도 9b에 도시된 실례가 정상보다 더 큰 변화(문제점을 예시하기 위한 용이함을 위해)를 가지는 반면에, 결과에 따른 TD는 열압착 본딩에서 현실사회의 이동성 사안(real world portability issue)이다.
도 10은 본 발명에 따른 열압착 본딩 시스템에서 2 스테이지 냉각 공정을 위한 시간 대 온도 구성을 도시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, "가열(Heating)" 공정이 대략 1.25초에서 완료된 후, 냉각 공정의 "제어된 냉각(Controlled Cooling)" 스테이지가 시작된다. 냉각 공정의 이러한 제어된 냉각 스테이지 중에 냉각 속도는 컴퓨터 프로그램에 의해 정해지고 (및 피드백 신호인 온도 신호로 피드백 제어될 수 있다), 그리고 본드 헤드 조립체(히터/본드 툴을 포함)는, 예정된 이벤트(event)가 발생할 때까지 (예로서 예정된 온도가 검출될 때까지) 예정된 냉각 프로파일에 따라 냉각된다. 도 10에 도시된 실례에서, 이러한 예정된 이벤트는 재응고 온도에 도달하는 냉각 공정이다. 재응고 온도에 도달한 후, 냉각 공정의 "최대 냉각(Max Cooling)" 스테이지가 시작되고, 가능한 빨리 공정 완료 온도(예로서, 도 10에서 대략 70℃)에 도달하기 위해 최대 냉각량(또는 예정된 최대 냉각량)이 제공된다. 그러한 2 스테이지 냉각 공정을 이용하여, 하나의 열압착 본딩 시스템에서 다른 열압착 본딩 시스템으로의 어떠한 이동성 사안이 극복될 수 있다. 예를 들어, 도 11은 2개의 다른 열압착 본딩 시스템(즉, "유닛 1" 및 "유닛 2")에서 2 스테이지 냉각 공정에 대한 시간 대 온도 구성을 도시한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 2 스테이지 냉각 공정을 이용하여, 각각의 시스템은 대략 동일한 시간에 재응고 온도에 도달할 수 있다.
도 12 내지 도 17은 열압착 본딩 시스템을 작동하는 예시적 방법을 도시한다. 통상의 기술자가 인식하는 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서, 어떤 단계가 추가될 수 있고, 어떤 단계가 삭제될 수 있고, 및/또는 단계들의 어떤 순서가 재배열될 수 있다.
특히, 도 12를 참조하면, 단계 1200에서 열압착 본딩 기계의 본드 헤드 조립체에 의해 운반된 반도체 소자는 열압착 본딩 공정의 가열 단계/공정 중에 히터로 가열된다. 단계 1202에서, 가압된 냉각액 소스(예로서, 공장 압축 공기)가 제공된다. 단계 1204에서, 가압된 냉각액 소스로부터의 가압된 냉각액의 압력이 부스터 펌프를 이용하여 증가된다. 단계 1206에서, 부스터 펌프로부터의 가압된 냉각액이 가압 유체 저장소에 수용된다. 단계 1208에서, 가압 유체 저장소로부터의 가압된 냉각액의 유동이 제어 밸브(예로서 온/오프 디지털 제어 밸브)를 이용하여 제어되어서 열압착 본딩 공정의 냉각 단계/공정 중에 열압착 본딩 기계의 본드 헤드 조립체에 포함된 유로로 향하게 된다. 예를 들어, 도 7에 도시된 시스템(700)의 배열은 도 12의 방법을 실시하기 위해 사용될 수 있다.
특히, 도 13을 참조하면, 단계 1300에서 열압착 본딩 기계의 본드 헤드 조립체에 의해 운반된 반도체 소자는 열압착 본딩 공정의 가열 단계/공정 중에 히터에 의해 가열된다. 단계 1302에서, 가압된 냉각액 소스(예로서, 공장 압축 공기)가 제공된다. 단계 1304에서, 가압된 냉각액 소스로부터의 가압된 냉각액의 압력이 부스터 펌프를 이용하여 증가된다. 단계 1306에서, 부스터 펌프로부터의 가압된 냉각액이 가압 유체 저장소에 수용된다. 단계 1308에서, 가압 유체 저장소로부터의 가압된 냉각액의 유동이 제어 밸브(예로서 온/오프 디지털 제어 밸브)를 이용하여 제어되어서 열압착 본딩 공정의 냉각 단계/공정 중에 열압착 본딩 기계의 본드 헤드 조립체에 포함된 유로로 향하게 된다. 단계 1310에서, 유로로 제공되는 가압된 냉각액의 공급은 열압착 본딩 공정의 냉각 단계/공정 중에 제어 밸브와 일렬로 배치된 유동 제어 밸브를 이용하여 제어된다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 각각 도시된 시스템(200, 300)의 배열은 도 13의 방법을 실시하기 위해 사용될 수 있다.
특히, 도 14를 참조하면, 단계 1400에서 열압착 본딩 기계의 본드 헤드 조립체에 의해 운반된 반도체 소자는 열압착 본딩 공정의 가열 단계/공정 중에 히터에 의해 가열된다. 단계 1402에서, 가압된 냉각액 소스(예로서, 공장 압축 공기)가 제공된다. 단계 1404에서, 가압된 냉각액 소스로부터 열압착 본딩 기계의 본드 헤드 조립체에 포함된 유로로 향하는 가압된 냉각액의 공급이 열압착 본딩 공정의 냉각 단계/공정 중에 유동 제어 밸브를 이용하여 제어된다. 예를 들어, 도 6에 도시된 시스템(600)의 배열은 도 14의 방법을 실시하기 위해 사용될 수 있다.
특히, 도 15를 참조하면, 단계 1500에서 열압착 본딩 기계의 본드 헤드 조립체에 의해 운반된 반도체 소자는 열압착 본딩 공정의 가열 단계/공정 중에 히터에 의해 가열된다. 단계 1502에서, 가압된 냉각액 소스(예로서, 공장 압축 공기)가 제공된다. 단계 1504에서, 가압된 냉각액 소스로부터의 가압된 냉각액의 압력이 부스터 펌프를 이용하여 증가된다. 단계 1506에서, 부스터 펌프로부터의 가압된 냉각액이 가압 유체 저장소에 수용된다. 단계 1508에서, 가압 유체 저장소로부터 열압착 본딩 기계의 본드 헤드 조립체에 포함된 유로로 향하는 가압된 냉각액의 공급이 열압착 본딩 공정의 냉각 단계/공정 중에 유동 제어 밸브를 이용하여 제어된다. 예를 들어, 도 6에 도시된 시스템(600)의 배열은 도 15의 방법을 실시하기 위해 사용될 수 있다.
특히, 도 16을 참조하면, 단계 1600에서 열압착 본딩 기계의 본드 헤드 조립체에 의해 운반된 반도체 소자는 열압착 본딩 공정의 가열 단계/공정 중에 히터에 의해 가열된다. 단계 1602에서, 가압된 냉각액 소스(예로서, 공장 압축 공기)가 제공된다. 단계 1604에서, 가압된 냉각액 소스로부터의 가압된 냉각액의 압력이 부스터 펌프를 이용하여 증가된다. 단계 1606에서, 부스터 펌프로부터의 가압된 냉각액이 가압 유체 저장소에 수용된다. 단계 1608에서, 유로에 제공되는 가압된 냉각액의 공급이 열압착 본딩 공정의 냉각 단계/공정의 제1 스테이지 중에 유동 제어 밸브를 이용하여 조절된다. 단계 1610에서, 가압 유체 저장소로부터 열압착 본딩 기계의 본드 헤드 조립체에 포함된 유로로 향하는 가압된 냉각액의 유동이 열압착 본딩 공정의 냉각 단계/공정의 제2 스테이지 중에 제어 밸브를 이용하여 제어된다. 예를 들어, 열압착 본딩 공정의 냉각 단계/공정 중에 그러한 다중-스테이지 냉각 해법은 도 10 및 도 11에 도시된 것과 유사한 결과를 산출할 수 있다. 예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 시스템(400, 500)의 배열은 도 16의 방법을 실시하기 위해 사용될 수 있다.
특히, 도 17을 참조하면, 단계 1700에서 열압착 본딩 기계의 본드 헤드 조립체에 의해 운반된 반도체 소자는 열압착 본딩 공정의 가열 단계/공정 중에 히터에 의해 가열된다. 단계 1702에서, 가압된 냉각액 소스(예로서, 공장 압축 공기)가 제공된다. 단계 1704에서, 가압된 냉각액 소스로부터의 가압된 냉각액의 압력이 부스터 펌프를 이용하여 증가된다. 단계 1706에서, 부스터 펌프로부터의 가압된 냉각액이 가압 유체 저장소에 수용된다. 단계 1708에서, 열압착 본딩 기계의 본드 헤드 조립체에 포함된 유로로 향하는 가압된 냉각액의 유동이 열압착 본딩 공정의 냉각 단계/공정 중에 (제어 밸브 및 유동 제어 밸브 중 적어도 하나에 의하여) 제어되며, 여기서 냉각 단계/공정은 제1 스테이지 및 제2 스테이지를 포함하고, 제1 스테이지 중에 가압된 냉각액의 공급은 제2 스테이지와 다르다. 예를 들어, 도 2 내지 도 6에 각각 도시된 시스템(200, 300, 400, 500, 600)의 배열은 도 17의 방법을 실시하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명이 특정 실시예를 참고하여 여기에 예시 및 설명되어 있지만, 본 발명은 도시된 세부사항으로 제한할 의도는 없다. 오히려, 청구범위의 등가물의 범위 내에서 본 발명을 벗어나지 않고 세부사항에서 다양한 변경이 가능하다.
100: 본딩 기계 102: 기판
104: 지지 구조체 108a, 108b: 하부 전도성 구조체
110, 228, 328: 반도체 소자 112: 본드 툴
114a, 114b: 상부 전도성 구조체
120, 232: 본드 스테이지
200, 300, 400, 500, 600, 700: 열압착 본딩 시스템
204, 304, 404, 504, 604, 704: 부스터 펌프
206, 306, 406, 506, 606, 706: 가압 유체 저장소
208, 308, 408: 유동 제어 밸브
210, 310, 410: 제어 밸브
220, 320, 420, 520, 620, 720: 본드 헤드 조립체
221, 321, 421, 521, 621, 721: 상부 구조체
222, 322, 422, 522, 622, 722: 냉각 구조체
222a, 322a, 422a, 522a, 622a, 722a: 냉각로
224, 324, 424, 524, 624, 724: 히터
226, 326, 426, 526, 626, 726: 온도 센서
236, 336, 436, 536, 636, 736: 컴퓨터
240, 340, 440, 540, 640, 740: 열압착 본딩 기계
260, 360, 460, 560, 660, 760: 워크피스

Claims (32)

  1. 반도체 소자를 본딩하기 위한 열압착 본딩 시스템으로서,
    상기 열압착 본딩 시스템은,
    본딩될 반도체 소자를 가열하기 위한 히터를 포함하는 본드 헤드 조립체로서, 열압착 본딩 시스템의 본딩 공정의 냉각 단계 중에 냉각액을 수용하도록 구성된 유로를 포함하는 상기 본드 헤드 조립체;
    가압된 냉각액 소스;
    상기 가압된 냉각액 소스로부터의 가압된 냉각액을 수용하며, 수용된 가압된 냉각액의 압력을 증가시키기 위한 부스터 펌프;
    상기 부스터 펌프로부터 가압된 냉각액을 수용하기 위한 가압 유체 저장소; 및
    상기 가압 유체 저장소로부터 유로로 향하는 가압된 냉각액의 공급이 상기 본딩 공정의 냉각 단계의 다른 스테이지 중에 다르게 되도록, 가압된 냉각액의 공급을 제어하기 위한 제어 밸브를 포함하는 열압착 본딩 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유로에 제공되는 가압된 냉각액의 공급을 조절하기 위한 유동 제어 밸브를 더 포함하는 열압착 본딩 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유동 제어 밸브는 상기 제어 밸브와 일렬로 연결되어 있는 열압착 본딩 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유동 제어 밸브는 상기 유로에 제공되는 가압된 냉각액의 유동에 대하여 제어 밸브의 하류에 있는 열압착 본딩 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 유동 제어 밸브는 상기 유로에 제공되는 가압된 냉각액의 유동에 대하여 상기 제어 밸브의 상류에 있는 열압착 본딩 시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 유동 제어 밸브는 상기 제어 밸브를 포함하는 유로와 평행한 유로에 위치해 있는 열압착 본딩 시스템.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 부스터 펌프는 가압된 냉각액을 상기 유동 제어 밸브에 제공하는 열압착 본딩 시스템.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 유동 제어 밸브는, 상기 부스터 펌프, 상기 가압 유체 저장소 및 상기 제어 밸브를 포함하는 유로와 평행한 유로에 위치해 있는 열압착 본딩 시스템.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어 밸브 및 유동 제어 밸브 중 적어도 하나를 제어하기 위한 컴퓨터를 더 포함하는 열압착 본딩 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 히터의 온도를 감지하기 위한 온도 센서를 더 포함하고, 상기 컴퓨터는 상기 온도 센서에 의해 감지된 히터의 온도와 관련된 정보를 수신하는 열압착 본딩 시스템.
  11. 청구항 2에 있어서,
    상기 유동 제어 밸브는 아날로그 제어 밸브인 열압착 본딩 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 밸브는 디지털 온/오프 제어 밸브인 열압착 본딩 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 부스터 펌프는 가압된 냉각액 소스로부터 수용하는 가압된 냉각액의 압력을 적어도 50%만큼 증가시키는 열압착 본딩 시스템.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 본드 헤드 조립체는 상기 반도체 소자를 기판에 본딩하기 위한 본드 툴을 더 포함하고, 상기 히터는 상기 본드 툴을 가열함으로써 반도체 소자를 가열하고, 상기 히터는 유로에 제공되는 가압된 냉각액에 의해 냉각되는 열압착 본딩 시스템.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 히터는 상기 반도체 소자를 기판에 본딩하기 위한 본드 툴로서 작용하고, 상기 히터는 유로에 제공되는 가압된 냉각액에 의해 냉각되는 열압착 본딩 시스템.
  16. 열압착 본딩 시스템 작동 방법으로서,
    가압된 냉각액 소스를 제공하는 단계;
    부스터 펌프를 이용하여 가압된 냉각액 소스로부터의 가압된 냉각액의 압력을 증가시키는 단계;
    상기 부스터 펌프로부터의 가압된 냉각액을 가압 유체 저장소에서 수용하는 단계; 및
    상기 가압 유체 저장소로부터 상기 열압착 본딩 시스템의 본드 헤드 조립체에 포함된 유로를 향하는 가압된 냉각액의 유동이 열압착 본딩 시스템의 본딩 공정의 냉각 단계의 다른 스테이지 중에 다르게 되도록, 가압된 냉각액의 유동을 제어 밸브로 제어하는 단계를 포함하는 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    유동 제어 밸브를 이용하여 유로에 제공되는 가압된 냉각액의 공급을 조절하는 단계를 더 포함하는 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 유동 제어 밸브는 상기 제어 밸브와 일렬로 배치되는 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 유동 제어 밸브는 상기 유로에 제공되는 가압된 냉각액의 유동에 대하여 제어 밸브의 하류에 배치되는 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 유동 제어 밸브는 상기 유로에 제공되는 가압된 냉각액의 유동에 대하여 제어 밸브의 상류에 배치되는 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
  21. 청구항 17에 있어서,
    상기 유동 제어 밸브는 상기 제어 밸브를 포함하는 유로와 평행하게 배치되는 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
  22. 청구항 17에 있어서,
    상기 부스터 펌프를 이용하여 상기 유동 제어 밸브에 가압된 냉각액을 공급하는 단계를 더 포함하는 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
  23. 청구항 17에 있어서,
    상기 유동 제어 밸브는, 상기 부스터 펌프, 상기 가압 유체 저장소 및 상기 제어 밸브를 포함하는 유로와 평행하게 배치되는 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
  24. 청구항 17에 있어서,
    컴퓨터를 이용하여 상기 제어 밸브 및 유동 제어 밸브 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 더 포함하는 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    온도 센서를 이용하여 본드 헤드 조립체의 히터의 온도를 감지하는 단계, 및 상기 컴퓨터를 이용하여 온도 센서에 의해 감지된 히터의 온도와 관련된 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
  26. 청구항 17에 있어서,
    상기 유동 제어 밸브는 아날로그 제어 밸브인 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
  27. 청구항 16에 있어서,
    상기 제어 밸브는 디지털 온/오프 제어 밸브인 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
  28. 청구항 16에 있어서,
    상기 가압된 냉각액 소스로부터의 가압된 냉각액의 압력은 상기 부스터 펌프를 이용하여 적어도 50%만큼 증가되는 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
  29. 청구항 16에 있어서,
    상기 본드 헤드 조립체는 반도체 소자를 기판에 본딩하기 위한 본드 툴을 포함하고, 상기 본드 헤드 조립체의 히터가 상기 본드 툴을 가열함으로써 반도체 소자를 가열하고, 상기 히터는 유로에 제공되는 가압된 냉각액에 의해 냉각되는 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
  30. 청구항 16에 있어서,
    상기 본드 헤드 조립체는 반도체 소자를 기판에 본딩하기 위한 본드 툴로서 구성된 히터를 포함하고, 상기 히터는 유로에 제공되는 가압된 냉각액에 의해 냉각되는 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
  31. 반도체 소자를 본딩하기 위한 열압착 본딩 시스템으로서,
    상기 열압착 본딩 시스템은,
    본딩될 반도체 소자를 가열하기 위한 히터를 포함하는 본드 헤드 조립체로서, 열압착 본딩 시스템의 본딩 공정의 냉각 단계 중에 냉각액을 수용하도록 구성된 유로를 포함하는 상기 본드 헤드 조립체;
    가압된 냉각액 소스;
    상기 가압된 냉각액 소스로부터 유로로 향하는 가압된 냉각액의 공급이 상기 본딩 공정의 냉각 단계의 다른 스테이지 중에 다르게 되도록, 가압된 냉각액의 공급을 제어하기 위한 유동 제어 밸브; 및
    상기 유동 제어 밸브를 제어하기 위한 컴퓨터로서, 상기 본딩 공정의 냉각 단계의 다른 스테이지 중에 유로에 제공되는 가압된 냉각액의 공급이 다르게 되게 제어하도록 구성되는 상기 컴퓨터를 포함하는 열압착 본딩 시스템.
  32. 열압착 본딩 시스템 작동 방법으로서,
    열압착 본딩 공정의 가열 단계 중에 열압착 본딩 시스템의 본드 헤드 조립체의 히터를 가열하는 단계;
    가압된 냉각액 소스를 제공하는 단계; 및
    상기 가열 단계 후에, 상기 가압된 냉각액 소스로부터 상기 열압착 본딩 시스템의 본드 헤드 조립체에 포함된 유로를 향하는 가압된 냉각액의 공급을 유동 제어 밸브에 의하여 제어하는 단계로서, 상기 유로에 제공되는 가압된 냉각액의 공급은 열압착 본딩 공정의 냉각 단계의 다른 스테이지 중에 다른 압력을 갖도록 상기 유동 제어 밸브에 의하여 제어되는 단계를 포함하는 열압착 본딩 시스템 작동 방법.
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