KR102363436B1 - 반도체 칩의 레이저 컴프레션 본딩장치 및 본딩방법 - Google Patents

반도체 칩의 레이저 컴프레션 본딩장치 및 본딩방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 본딩시 발생하는 칩과 기판의 휨을 본딩 툴의 위치와 압력제어를 통해 효과적으로 억제하면서 본딩하기 위한 레이저 컴프레션 본딩장치 및 본딩방법에 관한 것인바, 반도체 칩(D)과 기판(P)을 프리 본딩 존(110)에서 투입하여 메인 본딩 존을 거쳐 언로더 존(130)으로 순차 이송하기 위한 컨베이어 유니트(100)와; 상기 반도체 칩(D)과 기판(P)을 가압하기 위한 본딩 툴(210)과, 상기 본딩 툴(210)의 상부에 설치되어 본딩 툴(210)을 투과하여 반도체 칩(D)과 기판(P)간의 본딩을 위한 레이저 빔을 조사하는 레이저 발생기(220)와, 상기 반도체 칩(D)과 기판(P) 표면의 온도감시를 위한 열화상 카메라(230)와, 상기 본딩 툴(210)의 압력 및 위치를 제어하기 위한 컴프레션 유니트(240)를 포함하여 이루어진 본딩 헤드(200);로 구성되며, 상기 컴프레션 유니트(240)는 본딩 툴(210)이 분리가능하게 장착되는 마운트(241)와, 상기 마운트(241)를 Z축(Z) 방향으로 가압하거나 위치를 정밀하게 제어하기 위한 서보 모터(242) 및 로드셀(243)을 포함하여 이루어지고, 상기 서보 모터(242)는 압력과 위치의 두 가지 목표 값을 가지고 제어된다.

Description

반도체 칩의 레이저 컴프레션 본딩장치 및 본딩방법{DEVICE AND METHOD OF LASER COMPRESSION BONDING FOR SEMICONDUCTOR CHIP}
본 발명은 100마이크로미터 이하의 반도체 칩을 기판에 접합하기 위한 레이저 본딩장치 및 본딩방법에 관한 것으로, 상세히는 레이저 본딩시 발생하는 반도체 칩과 기판의 휨을 본딩 툴의 위치와 압력제어를 통해 효과적으로 억제하면서 본딩하기 위한 레이저 컴프레션 본딩장치 및 본딩방법에 관한 것이다.
일반적으로 플립칩 본딩 공정은 무연 납 혹은 Cu 필라(pillar)라는 범프 구조를 컨벡션 리플로우에 통과시켜 이루어지게 되는데, 리플로우 방식의 구조상 기판과 반도체 칩이 동시에 열을 받으면서 원치않는 문제가 발생하는데, 이는 기판이 열을 받으면 팽창하여 반도체 칩과 기판의 열팽창계수의 차이로 인해 제대로 본딩되지 않고 범프 혹은 반도체 칩의 미세회로층이 파손되는 현상이 나타난다.
수천 개가 넘는 범프 중 하나라도 파손되면 패키지 기능에 문제가 생길 수 있으므로 리플로우를 통과하는 도중 범프가 손상되지 않도록 많은 노력을 기울여왔다.
이러한 문제를 해결하기 위해 레이저 어시스트 본딩(laser assisted bonding)기술이 연구되어 왔다. 일반적으로 리플로우를 통과하는 시간이 5~7분 정도인 것에 반해, 레이저 기술을 활용한 레이저 어시스트 본딩은 한 영역당 1~2초의 아주 짧은 시간동안 칩 부분에만 열을 가하여 본딩한다. 따라서 반도체 칩과 주변에만 높은 온도가 유지되고 그 밖의 영역은 상대적으로 온도가 낮다. 열에 노출되는 시간이 짧고 부분적이니 반도체 칩과 범프에 발생하는 열 충격(thermal stress)도 상대적으로 낮다. 더불어 레이저 본딩은 기존 컨벡션 리플로우 설비에 비해 1/7정도의 작은 크기이며, N2 가스가 불필요하기 때문에 공간활용 측면에서도 매우 뛰어나다.
또, 최신의 반도체 IC집적화와 기능의 다양화를 위해 하나의 반도체 칩 내에서 최대한 많은 단자(bump pad)를 형성해야 하므로 단자간 간격(pitch)이 좁아지고, 경량화 및 다기능화 추세에 맞추기 위해 기판과 반도체 칩도 역시 변화를 겪고 있다. 필름 타입의 기판이 활용되고 있고, 고밀도 실장에 적합하도록 칩의 두께는 얇아지면서 접합면적은 넓어지고 있으며, 2.5D/3D 패키지의 적용비율이 높아지고 있다.
이러한 최첨단 공정에서는 열 충격을 많이 받고 있는데, 기존의 레이저 본딩/솔더링 방식으로 이를 해소하기가 쉽지 않다.
한국등록특허 제10-1785092호(2017.09.28. 등록) 한국공개특허 제10-2014-0094086호(2014.07.30. 공개) 한국등록특허 제10-1416820호(2014.07.02. 등록) 한국등록특허 제10-1143838호(2012.04.24. 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 레이저 본딩방식의 단점인 재료 열팽창계수의 차이와 열 충격에 의한 반도체 칩과 기판의 휨으로 이한 접합 불량(Non-wet)을 해소할 수 있는 레이저 컴프레션 본딩장치와 본딩방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 접합 공정의 필요에 따라 압착 조건 및 무압착조건의 본딩을 구현할 수 있도록 하여 생산성을 향상시킬 수 있는 2가지 솔루션을 하나의 장비에서 구현할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 압착조건에서 압력과 위치제어를 통하여 재료의 휨을 방지하고 접합불량의 문제를 해결할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기존 석영소재로 이루어진 본딩 툴에서 열화상 카메라의 경로를 만들어 온도를 모니터링할 수 있고, 레이저와 열화상카메라의 파장대 간섭을 피할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 칩과 기판을 프리 본딩 존에서 투입하여 메인 본딩 존을 거쳐 언로더 존으로 순차 이송하기 위한 컨베이어 유니트와; 상기 반도체 칩과 기판을 가압하기 위한 본딩 툴과, 상기 본딩 툴의 상부에 설치되어 본딩 툴을 투과하여 반도체 칩과 기판 간의 본딩을 위한 레이저 빔을 조사하는 레이저 발생기와, 상기 반도체 칩과 기판 표면의 온도감시를 위한 열화상 카메라와, 상기 본딩 툴의 압력 및 미세 위치를 제어하기 위한 컴프레션 유니트를 포함하여 이루어진 본딩 헤드;로 구성되며, 상기 컴프레션 유니트는 본딩 툴이 분리가능하게 장착되는 마운트와, 상기 마운트를 Z축 방향으로 가압하거나 미세하게 위치를 제어하기 위한 서보 모터 및 로드셀을 포함하여 이루어지고, 상기 서보 모터는 압력과 위치의 두 가지 목표 값을 가지고 제어되는 반도체 칩의 레이저 컴프레션 본딩장치를 제공한다.
본 발명은 또, 상기 본딩 툴은 석영 소재로 이루어지고, 상부의 매니폴드 블록과 하부의 어태치 부분이 일체로 이루어지며, 상기 열화상 카메라의 파장대가 투과될 수 있도록 열화상 카메라의 지향 각도에 일치되는 촬영 경로가 사선방향으로 형성되어 레이저 발생기에서의 레이저 조사에 따른 반도체 칩과 기판 표면의 온도감시를 열화상 카메라를 통하여 읽을 수 있도록 된 반도체 칩의 레이저 컴프레션 본딩장치를 제공한다.
본 발명은 또한, 위의 컴프레션 본딩장치를 사용하여 반도체 칩을 기판에 본딩하는 방법으로, 본딩 툴은 1차로 초기위치에서 설정되어 있는 저속전환 높이까지 고속으로 하강하고, 상기 저속전환 높이에서부터 스타트 높이까지는 중속으로 하강하며, 스타트 높이에서부터는 저속으로 반도체 칩의 접촉 높이까지 저속으로 하강하고, 저속으로 하강하는 과정에서 본딩 툴이 반도체 칩에 접촉되어 로드 셀에서 감지하는 압력이 5N/cm2에 도달하게 되면 본딩 툴과 반도체 칩(D)이 접촉된 것으로 판단하고, 접촉 후 5N/cm2 에서 본딩에 필요한 타킷 압력값을 얻으면 레이저 발생기가 발진하여 레이저를 조사함으로써 본딩을 실시하며, 본딩이 완료되면 본딩 툴은 종료 높이까지 상승하여 본딩작업을 완료하되, 상기 본딩 단계에서 레이저 조사에 의합 접합공정시 물질의 열팽창 계수로 인하여 열팽창이 발생하는 구간에서는 상기 컴프레션 유니트는 압력제어에서 순간적인 위치제어로 변경하여 논-웨트 현상을 방지하도록 하는 반도체 칩의 레이저 컴프레션 본딩방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 반도체 칩과 기판 측으로 압착을 하는 본딩 툴을 구비한 본딩장치를 형성함으로써 재료의 휨을 방지함과 아울러 범프의 일정한 간격을 유지할 수 있고, 본딩 툴을 분리 교체형으로 하여 반도체 칩의 조건에 따라 본딩 툴을 자유롭게 교체하여 사용함으로써 반도체 칩의 최적화된 압착압력을 구현하여 접합품질을 향상시킬 수 있으며, 압착조건의 접합에서 압력과 위치제어를 이용하여 열팽창영역에서 압력제어에서 위치제어로의 변화를 통해 접합품질을 향상시키고 불량률을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 레이저 컴프레션 본딩장치의 본딩 헤드와 컨베이어 유닛의 배치도,
도 2는 도 1에 도시된 본딩 헤드 하부의 확대도,
도 3은 도 2에 도시된 본딩 헤드 하부의 저면 확대도,
도 4는 본딩 툴의 압력 및 위치제어를 위한 블록 구성도,
도 5는 본딩 헤드의 위치와 본딩 툴의 압력 및 레이저 방출의 상관관계를 도시한 그래프,
도 6은 본 발명에서 본딩 툴의 위치와 압력 및 레이저 조사관계를 도시한 그래프,
도 7은 종래기술에 의한 접합불량 상태를 보인 사진,
도 8은 본 발명에 의해 정상 접합상태를 보인 사진,
도 9는 석영재질의 본딩 툴에 적외선 카메라의 촬영 경로를 형성한 단면도 및 평면도,
도 10은 도 9의 본딩 툴 적용시 레이저 빔과 열화상 카메라를 통한 반도체 칩 표면의 온도감시상태를 도시한 것이다.
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 의한 레이저 컴프레션 본딩장치의 개략적인 구성이 도시되어 있고, 도 2 및 도 3에는 각각 도 1에 도시된 본딩 헤드의 상부 및 하부가 확대 도시되어 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 레이저 컴프레션 본딩장치(1)는 반도체 칩(D; 다이)과 기판(P)을 프리(pre)본딩 존(110)에서 투입하여 메인(main) 본딩 존(120)을 거쳐 언로더(unloader) 존(130)으로 순차 이송하기 위한 컨베이어 유니트(100)와;
상기 반도체 칩(D)과 기판(P)을 가압하기 위한 본딩 툴(210)과, 상기 본딩 툴(210)의 상부에 설치되어 본딩 툴(210)을 투과하여 반도체 칩(D)과 기판(P)간의 본딩을 위한 레이저 빔을 조사하는 레이저 발생기(220)와, 상기 반도체 칩(D)과 기판(P) 표면의 온도감시를 위한 열화상 카메라(230)와, 상기 본딩 툴(210)의 압력 및 위치를 제어하기 위한 컴프레션 유니트(240)를 포함하여 이루어진 본딩 헤드(200);로 구성되어 있다.
도면 중 부호 T는 반도체 칩(D)과 기판(P)을 컨베이어 유니트(100) 상에서 안치하여 이송하기 위한 이송용 트레이이다.
본 발명에서 상기 열화상 카메라(230)는 본딩 시 반도체 칩(D)에서 방출하는 적외선이 본딩 툴(210)을 투과하여 열화상 카메라(230)에 도달하게 됨으로써 실시간으로 정확하게 반도체 칩(D)의 표면온도를 측정할 수 있게 되는바, 열화상 카메라(230)의 측정 범위는 레이저 발생기(220)에서 조사되는 레이저 조사범위와 일치되거나 이보다 넓은 영역을 측정하게 됨으로써 레이저 조사영역에서의 온도분포 및 온도변화를 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는데, 이는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 본딩 툴(210)은 상부의 매니폴드 블록(212)과 하부의 어태치(214) 부분이 일체로 구성되고, 전체적으로 석영 소재로 이루어져 있으며, 열화상 카메라(230)의 파장대가 투과될 수 있도록 열화상 카메라(230)의 지향 각도에 일치되는 촬영 경로(216)가 사선방향으로 관통 형성되어 있어서 레이저 발생기(220)에서의 레이저 조사에 따른 반도체 칩(D)과 기판(P) 표면의 온도감시를 열화상 카메라(230)를 통하여 읽을 수 있고, 본딩시 반도체 칩과 기판 표면의 온도변화를 실시간으로 읽어 레이저 발생기(220)의 레이저 조사강도를 조절하여 온도를 실시간으로 제어할 수 있도록 되어 있다.
상기 촬영 경로(216)의 구멍 직경은 본딩 툴(210)이 레이저 발생기(220)의 레이저를 투과할 때 굴절과 반사에 의한 영향을 주지않으면서 반도체 칩 표면의 온도를 측정할 수 있는 조건을 만족시키기 위해 약 1.5.mm로 형성되어 있다.
상기 컨베이어 유니트(100)는 반도체 칩과 기판을 프리 본딩 존(110)에서 메인 본딩 존(120)으로 이동하여 도시 생략된 하부의 예열 히터를 통해 150℃까지 승온시킨 후 접합공정을 실시하며, 접합공정이 완료되면 언로더 존(130)으로 이송시키게 된다.
한편, 상기 본딩 헤드(200)에는 도 3에 도시된 바와 같이 얼라인 비전(250)이 구비되어 있어서 반도체 칩(D)의 정렬를 실시하게 되며, Z축 업다운 모터(260)에 의해 Z축(Z)을 업다운시켜 레이저의 작업위치를 조정하도록 되어 있다.
상기 레이저 발생기(220)와 적외선 카메라(230) 및 얼라인 비전(250)과 Z축 업다운 모터(260)는 본 발명이 속한 기술분야에서 주지하는 기술이므로 이에 대한 구체적인 도시와 설명은 생략하기로 한다.
본 실시 예에서, 상기 컴프레션 유니트(240)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본딩 툴(210)이 분리가능하게 장착되는 마운트(241)와, 상기 마운트(241)를 Z축(Z) 방향으로 가압하거나 위치를 정밀하게 제어하기 위한 서보 모터(242) 및 로드셀(243)을 포함하여 이루어져 있다.
본 실시 예에서, 상기 서보 모터(242)는 기본적으로 압력과 위치의 두 가지 목표 값을 가지고 제어되는데, 이는 메인 컴퓨터에서 목표 압력신호를 보내면 서보 앰프(244)는 로드셀(243)의 신호를 인디케이터(245)에서 받아 모션보드(246)로 전송하고, 모션보드(246)에서는 메인 컴퓨터에서 받은 목표 압력신호와 인디케이터(245)의 출력값을 비교하여 시스템 압력이 목표 압력에 도달할 때까지 서보 앰프(244)가 모터 제어 전류를 출력하여 서보 모터(242)를 제어하게 되며, 시스템 압력이 목표 압력에 도달하면 압력을 안정화시킨 후 후속하는 접합 프로세스를 진행하도록 구성되어 있다.
도면중 부호 247은 본딩 툴(210)을 마운트(241) 내의 정위치에 정렬하기 위한 마이크로미터이다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 컴프레션 본딩장치는 접합 공정의 필요에 따라 컴프레션 유니트(240)를 장착한 상태에서 압착상태에서 레이저 본딩을 실시하거나, 컴프레션 유니트(240)를 탈거한 상태에서 무압착조건의 레이저 본딩을 구현할 수 있는바, 2가지 솔루션을 하나의 장비에서 구현할 수 있어 생산성의 향상이 가능하다는 장점이 있다.
먼저, 무압착조건에서의 레이저 본딩에 대하여는 본 발명이 속한 기술분야에서 주지하는 바이므로 이하에서는 압착상태에서 레이저 본딩을 실시할 때의 압력과 본딩 툴의 위치제어에 대하여 설명하기로 한다.
즉, 본 발명은 압착조건에서 본딩 툴의 압력과 위치제어를 통하여 반도체 칩과 기판의 휨을 방지하고 접합불량의 문제를 해결할 수 있는데, 이에 대하여 설명하기로 한다.
도 5에는 본딩 툴의 위치제어에 대한 그래프가 단계적으로 도시되어 있는데, 본딩 툴(210)은 Z축 업다운 모터(260)에 의해 본딩 헤드(200) 전체가 1차로 초기위치(대기위치; 미도시됨)에서 설정되어 있는 저속전환 높이(H1)까지 약 10mm/초의 고속으로 하강한다(S10). 이때, 저속전환 높이(H1)는 본딩 스테이지(S)를 기준으로 위치값을 입력하여 설정한다.
이후부터는 컴프레션 유니트(220)의 서보 모터(242)의 구동에 의해 저속전환 높이(H1)에서부터 스타트 높이(H2)까지는 약 0.8mm/초의 속도로 바뀌어 하강하게 되며(S20), 스타트 높이(H2)에서부터는 저속으로 반도체 칩(D)의 접촉 높이(H3)까지 저속(약 0.23mm/초)으로 하강한다(S30). 저속으로 하강하는 과정에서 본딩 툴(210)이 반도체 칩(D)에 접촉되어 로드 셀(243)에서 감지하는 압력이 5N/cm2에 도달하게 되면 본딩 툴(210)과 반도체 칩(D)이 접촉된 것으로 판단하고, 접촉 후 5N/cm2 에서 본딩에 필요한 타킷 압력값(예를 들면, 30N/cm2)을 얻으면 레이저 발생기(220)가 발진하여 레이저(L)를 조사함으로써 본딩을 실시한다(S40).
본딩이 완료되면 본딩 툴(210)은 종료 높이(H4)까지 상승하여 본딩작업을 완료한다(S50).
한편, 본 발명에서는 상기 본딩 단계(S40)에서 단순히 본딩 툴의 위치 또는 압력만을 단순하게 제어하지 않고, 이들을 유기적으로 제어하게 되는데, 이는 레이저 조사에 의합 접합공정시 물질의 열팽창 계수로 인하여 열팽창이 발생하는 구간이 생기게 되는데, 이에 지속적으로 압력으로만 제어시에는 범프와 범프의 간격 제어 및 가운데 부위와 외곽의 범프 간격에 차이가 발생하여 도 7에 도시된 바와 같이 이른바 논-웨트(Non-wet)현상이 발생하게 되므로, 이 열팽창 구간에서 압력제어에서 순간적인 위치제어로 변경하고 일정 시간이 경과하면 다시 목표 위치로 변경함으로써 논-웨트 현상을 방지하여 도 8에 도시된 바와 같이 정상적인 접합이 이루어질 수 있도록 제어하게 된다.
즉, 도 6의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 본딩단계(S40)에서 본딩을 위해서 레이저가 발진하게 되면 순간적인 에너지(50W/cm2)를 받게 되는데, 반도체 칩(D)은 실리콘이고, 기판(P)은 열경화성수지로 이루어진 인쇄회로기판(PCB)으로, 열에너지를 받은 반도체 칩(D)과 기판(P)은 순간적으로 팽창을 하면서 Z축 방향으로도 팽창을 하게 되는바, 이에 타킷 압력값에서 10%정도의 압력이 상승하게 되는 이 순간에 압력제어된 높이에서 이에 비례하는 높이 상승을 미세 위치 제어를 통해 상쇄시킬 수 있도록 본딩 툴(210)의 위치를 올려줄 수 있도록 위치가 상승하도록 제어하게 되며, 본딩이 완료되면 다시 초기 타킷 압력값으로 복귀시키고 본딩 툴(210)의 위치도 상승 이전의 위치로 복귀하게 된다.
이에 의해 본 발명은 100마이크로미터 이하의 반도체 칩을 기판에 레이저 본딩으로 접합하는 공정에서 열에너지에 의한 반도체 칩의 휨을 방지할 수 있도록 가압상태에서 접합시키면서도 가압조건에서 열팽창으로 인한 Z방향으로의 높이상승을 상쇄시킬 수 있도록 본딩 툴의 위치를 미세하게 상승하도록 제어함으로써 상,하 범프간의 간격을 일정하게 유지시킨 상태에서 접합하게 되므로 제대로 본딩되지 않고 접합 불량이 발생하는 현상을 해소할 수 있으며, 본딩 툴은 컴프레션 유니트의 마운트에서 탈거하거나 장착하여 사용할 수 있으므로 압착조건 또는 비압착조건의 2가지 공정을 하나의 장비에서 구현할 수 있고, 석영재질로 이루어진 본딩 툴에는 촬영경로가 관통 형성되어 있으므로 레이저 투과 및 열화상 카메라의 적외선이 투과되어 반도체 칩 표면의 온도를 실시간으로 측정할 수 있으므로 레이저 발생기의 레이저 조사강도를 조절하여 온도를 실시간으로 제어할 수 있는 등의 이점이 있다.
1 : 본딩장치
100 : 컨베이어 유니트
110 : 프리 본딩 존
120 : 메인 본딩 존
130 : 언로더 존
200 : 본딩 헤드
210 : 본딩 툴
212 : 매니폴더 블록
214 : 어태치
216 : 촬영경로
220 : 레이저 발생기
230 : 열화상 카메라
240 : 컴프레션 유니트
241 : 마운트
242 : 서보 모터
243 : 로드셀
244 : 서보 앰프
245 : 인디케이터
246 : 모션보드
247 : 마이크로미터
250 : 얼라인 비전
260 : Z축 업다운 모터
D : 반도체 칩(다이)
H1 : 저속전환 높이
H2 : 스타트 높이
H3 : 접촉 높이
H4 : 종료 높이
L : 레이저
P : 기판
S : 본딩 스테이지
T : 트레이
Z : Z축

Claims (4)

  1. 반도체 칩(D)과 기판(P)을 프리 본딩 존(110)에서 투입하여 메인 본딩 존(120)에서 본딩을 실시한 후 언로더 존(130)으로 순차 이송하기 위한 컨베이어 유니트(100)와;
    상기 반도체 칩(D)과 기판(P)을 가압하기 위한 본딩 툴(210)과, 상기 본딩 툴(210)의 상부에 설치되어 본딩 툴(210)을 투과하여 반도체 칩(D)과 기판(P)간의 본딩을 위한 레이저 빔을 조사하는 레이저 발생기(220)와, 상기 반도체 칩(D)과 기판(P) 표면의 온도감시를 위한 열화상 카메라(230)와, 상기 본딩 툴(210)의 압력 및 위치를 제어하기 위한 컴프레션 유니트(240)와, 반도체 칩(D)의 위치 정렬을 위한 얼라인 비전(250) 및 Z축 업다운 모터(260)를 포함하여 이루어진 본딩 헤드(200);로 구성되며,
    상기 본딩 툴(210)은 석영 소재로 이루어지고, 상부의 매니폴드 블록(212)과 하부의 어태치(214) 부분이 일체로 이루어지며, 상기 열화상 카메라(230)의 파장대가 투과될 수 있도록 열화상 카메라(230)의 지향 각도에 일치되는 촬영 경로(216)가 사선방향으로 형성되어 레이저 발생기(220)에서의 레이저 조사에 따른 반도체 칩(D)과 기판(P) 표면의 온도감시를 열화상 카메라(230)를 통하여 읽을 수 있고,
    상기 컴프레션 유니트(240)는 본딩 툴(210)이 분리가능하게 장착되는 마운트(241)와, 상기 마운트(241)를 Z축(Z) 방향으로 가압하거나 위치를 미세하게 제어하기 위한 서보 모터(242) 및 로드셀(243)을 포함하여 이루어지고, 상기 서보 모터(242)는 압력과 위치의 두 가지 목표 값을 가지고 제어되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 레이저 컴프레션 본딩장치.

  2. 삭제
  3. 청구항 1의 컴프레션 본딩장치를 사용하여 반도체 칩을 기판에 본딩하는 방법으로,
    본딩 툴(210)이 초기위치에서 설정되어 있는 저속전환 높이(H1)까지 Z축 업다운 모터(260)에 의해 고속으로 하강하는 단계(S10), 상기 컴프레션 유니트(240)의 서보 모터(242) 구동에 의해 상기 저속전환 높이(H1)에서부터 스타트 높이(H2)까지 중속으로 하강하는 단계(S20), 상기 스타트 높이(H2)에서부터 반도체 칩(D)의 접촉 높이(H3)까지 저속으로 하강하는 단계(S30), 상기 단계(S30)에서 본딩 툴(210)이 반도체 칩(D)에 접촉되어 로드 셀(243)에서 감지하는 압력이 5N/cm2에 도달하게 되면 본딩 툴(210)과 반도체 칩(D)이 접촉된 것으로 판단하고, 접촉 후 5N/cm2 에서 본딩에 필요한 타킷 압력값을 얻으면 레이저 발생기(220)가 발진하여 레이저(L)를 조사함으로써 본딩을 실시하는 단계(S40), 본딩이 완료되면 본딩 툴(210)이 종료 높이(H4)까지 상승하여 본딩작업을 완료하는 단계(S50)를 포함하며, 상기 본딩 단계(S40)에서 레이저 조사에 의합 접합공정시 반도체 칩(D)과 기판(P)의 열팽창이 발생하는 구간에서 상기 컴프레션 유니트(240)가 압력제어에서 순간적인 위치제어로 전환되어 논-웨트 현상을 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 레이저 컴프레션 본딩방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 본딩 단계(S40)에서, 컴프레션 유니트(240)의 타킷 압력값에서 10%의 압력이 상승할 때 Z방향으로의 열팽창을 상쇄시킬 수 있도록 본딩 툴(210)의 위치를 상승시키도록 위치 제어로 전환하고, 본딩이 완료되면 다시 초기 타킷 압력값으로 복귀시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 레이저 컴프레션 본딩방법.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021112047A1 (de) * 2021-05-07 2022-11-10 Ersa Gmbh Verfahreinheit zum Verfahren von zwei Lötbaugruppen zur Bearbeitung von Leiterplatten und Lötanlage zum selektiven Wellenlöten mit einer Verfahreinheit
CN114654142B (zh) * 2022-05-24 2022-08-12 广州市星康科技有限公司 一种计算机硬件加工用智能焊接装置
KR102537573B1 (ko) * 2023-01-27 2023-05-30 주식회사 엠아이이큅먼트코리아 플립 칩 레이저 본딩장치의 본딩 툴
CN116313985B (zh) * 2023-05-11 2023-08-11 广东鸿浩半导体设备有限公司 一种红外热辅助紫外激光解键合方法及装置
CN117161561B (zh) * 2023-08-31 2024-04-09 广东芯聚能半导体有限公司 芯片与铜框架的焊接方法、系统和芯片组件
CN118471865B (zh) * 2024-07-10 2024-08-30 环诚智能装备(成都)有限公司 一种基于动态调整的晶圆键合稳定性控制方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101416820B1 (ko) * 2013-11-14 2014-07-09 (주)정원기술 레이저 압착 방식의 플립 칩 본딩을 위한 레이저 옵틱 장치
KR101785092B1 (ko) * 2015-10-23 2017-10-12 주식회사 렉스인터내셔널 레이저를 이용한 반도체 본딩장치

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11238132A (ja) * 1998-02-24 1999-08-31 Sony Corp レーザダイオード実装装置における画像認識装置
KR101113850B1 (ko) * 2005-08-11 2012-02-29 삼성테크윈 주식회사 플립 칩 본딩 방법 및 이를 채택한 플립 칩 본딩 장치
KR101143838B1 (ko) 2007-01-25 2012-05-04 삼성테크윈 주식회사 플립 칩 본딩 방법
KR101177292B1 (ko) * 2010-11-16 2012-08-30 주식회사 에이에스티젯텍 레이저를 이용한 전자부품의 본딩 방법 및 장치
KR20140094086A (ko) 2013-01-21 2014-07-30 앰코 테크놀로지 코리아 주식회사 반도체 칩 부착 방법
FR3066645B1 (fr) 2017-05-22 2019-06-21 Safran Electronics & Defense Ensemble de blindage electromagnetique transparent optiquement
KR102252552B1 (ko) * 2019-05-03 2021-05-17 주식회사 프로텍 플립칩 레이저 본딩 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101416820B1 (ko) * 2013-11-14 2014-07-09 (주)정원기술 레이저 압착 방식의 플립 칩 본딩을 위한 레이저 옵틱 장치
KR101785092B1 (ko) * 2015-10-23 2017-10-12 주식회사 렉스인터내셔널 레이저를 이용한 반도체 본딩장치

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