KR102548003B1 - 가변 힘 분포를 포함하는 접합 장치 - Google Patents

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와이 킨 체웅
유 푸 체웅
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에이에스엠피티 싱가포르 피티이. 엘티디.
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Abstract

접합 장치는 유지 요소, 유지 요소 액추에이터, 센서, 제어기 및 접합력 조정 액추에이터를 포함한다. 사용시, 유지 요소는 전기 구성요소를 유지하고 유지 요소 액추에이터에 의해 하나 이상의 작동 방향으로 이동되어 전기 구성요소를 베이스 부재와 접촉시킨다. 센서는 전기 구성요소와 베이스 부재 사이의 접촉에 반응하여 유지 요소에 발휘되는 반력을 측정한다. 제어기는 측정된 반력에 기초하여 접합 공정 중에 유지 요소의 작동 영역에 발휘될 접합력을 결정하고, 접합력 조정 액추에이터는 접합 공정 중에 유지 요소의 작동 영역에 이러한 접합력을 발휘하여 베이스 부재에 대한 전기 구성요소의 기울기를 조정한다.

Description

가변 힘 분포를 포함하는 접합 장치{BONDING APPARATUS INCORPORATING VARIABLE FORCE DISTRIBUTION}
본 발명은 일반적으로 전기 구성요소를 접합할 때 베이스 부재(예: 기판)에 대한 전기 구성요소(예: 다이)의 힘 분포 또는 기울기를 조정하기 위한 메커니즘을 갖는 접합 장치에 관한 것이다.
발명의 배경
반도체 디바이스의 제조는 종종 접합 공정을 포함하며, 접합 공정 동안 전기 구성요소가 접합 재료를 사용하여 베이스 부재에 부착된다. 예컨대, 전기 구성요소는 다이일 수 있고, 베이스 부재는 기판일 수 있으며, 접합 재료는 에폭시와 같은 접착제일 수 있다. 접합 공정은 일반적으로 접합 헤드와 같은 픽업 도구를 포함하는 접합 장치로 수행된다. 접합 헤드는 예컨대 웨이퍼 또는 웨이퍼 트레이와 같은 구성요소 홀더에서 전기 구성요소를 픽업한 다음, 접합 재료가 분배된 베이스 부재와 접촉하도록 전기 구성요소를 배치한다. 접합력은 전기 구성요소에 가해져 전기 구성요소가 베이스 부재를 향하여 접합을 수행하도록 한다. 접합력은 일반적으로 일정 기간 동안 발휘된다. 이 기간 동안 접합 재료에 열처리를 적용하여 접합 재료의 상태를 변화시켜 접합 재료가 전기 구성요소와 베이스 부재를 함께 유지할 수 있도록 할 수 있다.
때때로, 전기 구성요소를 베이스 부재와 접촉하도록 배치할 때 접합 헤드가 기울어질 수 있다. 이는 차례로 접합 공정 동안 전기 구성요소가 베이스 부재에 대해 기울어지게 할 수 있다. 그 결과, 전기 구성요소와 베이스 부재 사이의 오정렬이 발생할 수 있으며 이는 최종적으로 형성되는 반도체 디바이스의 품질에 영향을 미칠 수 있다.
위의 문제를 해결하기 위한 기존의 방법은 접합 헤드의 기울기를 검출하고,이 기울기의 정도를 측정하고, 접합 헤드를 조정하여 기울기를 수정하는 것이다. 접합 헤드의 기울기는 다양한 방법으로 검출할 수 있다. 예컨대, 접촉 센서를 사용하여 전기 구성요소의 일부가 베이스 부재와 적절하게 접촉하지 않는지 확인할 수 있다. 대안적으로, 변위 센서는 베이스 부재에 대한 전기 구성요소의 다양한 부분의 변위를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 압력 종이와 같은 압력 검출기는 또한 베이스 부재에 전기 구성요소에 의해 가해지는 압력 분포를 결정하기 위해 사용될 수 있으며, 고르지 않은 압력 분포는 접합 헤드가 기울어져 있다는 표시일 수 있다. 접합 헤드에 기울기가 있는지 검출한 후, 일반적으로 보정 도구를 사용하여 기울기 정도를 측정하고 접합 헤드는 이 측정 값에 따라 조정된다.
위에서 언급한 종래의 방법은 접합 공정 동안 베이스 부재에 대한 전기 구성요소의 기울기를 감소시킬 수 있지만, 이러한 방법은 시간이 많이 걸리고 오프라인에서 별도로 수행된다. 특히, 접합 공정이 시작되기 전에 접합 헤드의 기울기를 검출, 측정 및 수정하는데 상당한 시간이 필요하다. 이는 각 반도체 디바이스를 제조하는데 필요한 시간에 영향을 미치므로 수율이 저하된다. 또한, 방법에 사용된 보정 도구는 다른 전기 구성요소 및 베이스 부재의 두께 변화로 인해 베이스 부재에 대한 전기 구성요소의 기울기 정도를 정확하게 측정하지 못할 수 있다. 따라서 접합 헤드의 기울기는 종종 과도하게 수정되거나 불충분하게 수정될 수 있다.
본 발명은 새롭고 유용한 접합 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일반적으로, 본 발명은 베이스 부재에 대한 전기 구성요소의 기울기를 조정하는 메커니즘을 갖는 접합 장치를 제안하는데, 여기서 메커니즘은 전기 구성요소와 베이스 부재 사이의 접촉에 반응하여 반력을 측정하기 위한 센서와, 접합 공정 동안 전기 구성요소에 접합력(측정된 반력에 기초하여 결정됨)을 발휘시키는 액추에이터를 사용한다.
구체적으로, 본 발명의 제 1 양태는 접합 장치이고, 상기 접합 장치는: 전기 구성요소를 유지하도록 구성된 유지 요소; 상기 전기 구성요소를 베이스 부재와 접촉시키기 위해 하나 이상의 작동 방향으로 상기 유지 요소를 이동시키도록 구성된 복수의 유지 요소 액추에이터들로서, 상기 하나 이상의 작동 방향은 상기 전기 구성요소 및 상기 베이스 부재를 통해 연장되는 상기 유지 요소의 중심 축에 일반적으로 평행하도록 배열되는, 상기 복수의 유지 요소 액추에이터들; 복수의 센서들로서, 각각의 센서는 상기 전기 구성요소와 상기 베이스 부재 사이의 접촉에 반응하여 상기 유지 요소 상의 각각의 위치에서 상기 유지 요소에 발휘되는 반력을 측정하도록 구성되는, 상기 복수의 센서들; 각각의 위치에서 측정된 반력들에 기초하여, 상기 전기 구성요소를 상기 베이스 부재에 접합하기 위한 접합 공정 동안 상기 유지 요소의 2 개 이상의 작동 영역들에서 발휘될 접합력을 결정하도록 구성된 제어기; 및 상기 접합 공정 동안 상기 유지 요소의 대응하는 작동 영역들에서 결정된 접합력들을 발휘시키도록 작동하는 복수의 접합력 조정 액추에이터들을 포함한다.
상기 접합 장치를 사용하면, 먼저 유지 요소 액추에이터를 사용하여 전기 구성요소와 베이스 부재 사이의 초기 접촉을 달성할 수 있으며, 베이스 부재에 대한 전기 구성요소의 기울기는 그 다음 센서 및 접합력 조정 액추에이터들을 실시간으로 사용하여 더 미세하게 조정할 수 있다. 센서는 베이스 부재에 대한 전기 구성요소의 기울기를 나타내는 반력을 측정하고, 접합력 조정 액추에이터는 접합 공정 동안 접합력(측정된 반력에 따라 결정됨)을 발휘시키고, 접합력은 베이스 부재에 대한 전기 구성요소의 기울기를 조정하는 것을 돕는다. 따라서, 종래 기술과 달리, 상기 접합 장치에 의한 전기 구성요소의 기울기 조정은 접합 공정 동안 실시간으로 수행된다. 또한, 다른 전기 구성요소 및 베이스 부재는 예컨대 다른 특성 예컨대 다른 두께를 가질 수 있다. 위의 접합 장치에서 각 전기 구성요소의 기울기 조정은 이 특정 전기 구성요소와 접합될 특정 베이스 부재 사이의 접촉에 반응하여 얻은 센서의 출력에 기초하기 때문에 기울기 조정은 전기 구성요소 및 베이스 부재를 더욱 정합시킨다. 따라서, 각각의 전기 구성요소와 각각의 베이스 부재 사이의 조인트의 품질이 개선될 수 있다.
유지 요소 및 복수의 접합력 조정 액추에이터들은 하나 이상의 작동 방향으로 함께 이동 가능하도록 작동 가능하게 연결될 수 있다. 따라서 접합력 조정 액추에이터 및 유지 요소의 상대적 위치는 상대적으로 일정하고 충분히 가깝게 유지될 수 있으므로, 접합력 조정 액추에이터에 의한 전기 구성요소의 기울기 조정이 더 정확할 수 있다.
작동 부재는 복수의 접합력 조정 액추에이터와 유지 요소 사이에 연결될 수 있다. 접합력 조정 액추에이터는 작동 부재를 통해 유지 요소에 접합력을 발휘할 수 있다. 추가 액추에이터는 유지 요소를 이동시키기 위해 작동 부재에 연결될 수 있으며, 따라서 작동 부재를 사용하면 유지 요소의 이동에 더 큰 자유도를 허용할 수 있다.
작동 부재는 중심 축에 평행하게 배향된 제 1 및 제 2 세장형 개구를 각각 갖는 제 1 및 제 2 작동 부재 부분을 포함할 수 있다. 제 1 작동 부재 부분은 제 2 작동 부재 부분보다 유지 요소에 더 가까울 수 있고, 제 1 세장형 개구는 제 2 세장형 개구의 직경보다 작은 직경을 가질 수 있다. 중공 작동 부재를 사용하면, 접합 장치의 무게를 줄이고 작동 부재를 이동하는데 필요한 힘의 양을 줄일 수 있다. 제 1 및 제 2 세장형 개구의 직경 차이는 유지 요소에 더 가까운 작동 부재의 무게를 증가시킬 수 있고, 작동 부재가 더 적은 힘과 더 큰 안정성으로 유지 요소를 이동할 수 있게 한다.
접합 장치는 작동 부재에 결합된 순응성 요소를 추가로 포함할 수 있다. 순응성 요소는 중심 축에 직각인 하나 이상의 축에 대해 작동 부재의 회전에 의해 압축될 수 있다. 이는 중심 축을 따라 작동 부재의 이동에 대해 발휘되는 마찰을 줄이는데 도움이 되며 작동 부재의 회전을 허용한다.
접합력 조정 액추에이터는 중심 축에 대해 등거리에 배치될 수 있다. 이것은 유지 요소에 발휘될 접합력의 보다 균형 잡힌 분포를 달성하는데 도움이 된다.
예컨대, 복수의 접합력 조정 액추에이터들은 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 접합력 조정 액추에이터를 포함할 수 있다. 제 1 접합력 조정 액추에이터는 중심 축에 대해 제 3 접합력 조정 액추에이터의 정반대에 배치될 수 있고, 제 2 접합력 조정 액추에이터는 중심 축에 대해 제 4 접합력 조정 액추에이터의 정반대에 배치될 수 있다. 이것은 베이스 부재에 대한 전기 구성요소의 기울기를 더 잘 조정하기 위해 접합력의 2 차원적 작용을 달성하는데 도움이 될 수 있다.
복수의 접합력 조정 액추에이터들 중 적어도 하나는 복수의 센서들 중 적어도 하나의 축과 동일하거나 평행한 축 상에 정렬될 수 있다. 이것은 센서에 의해 측정된 반력에 기초하여 접합력 조정 액추에이터에 의해 발휘될 접합력의 결정을 용이하게 할 수 있다.
복수의 접합력 조정 액추에이터들은 접합 공정 동안 유지 요소의 다른 대응하는 작동 영역에서 다른 접합력을 발휘하도록 작동할 수 있다. 이는 베이스 부재에 대한 전기 구성요소의 기울기를 조정하는데 도움이 될 수 있다.
복수의 유지 요소 액추에이터들은 중심 축에 직각인 하나 이상의 축에 대해 유지 요소를 기울이도록 작동할 수 있다. 이것은 전기 구성요소가 소정 각도로 베이스 부재와 접촉하게 하여, 유지 요소의 후속 제어 이동에 의해 전기 구성요소와 베이스 부재 사이의 공극이 제거될 수 있도록 한다.
접합 장치는 복수의 커넥터들을 추가로 포함할 수 있고, 복수의 유지 요소 액추에이터들 각각은 복수의 커넥터들 중 각각 하나를 중심 축에 평행한 하나 이상의 방향으로 가압하여 유지 요소를 하나 이상의 작동 방향으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 이것은 유지 요소 액추에이터가 접합력 조정 액추에이터와 함께 유지 요소를 하나 이상의 작동 방향으로 이동시키고 또한 유지 요소를 기울이게 할 수 있다.
접합 장치는 중심 축에 대해 유지 요소를 회전하도록 구성된 회전 액추에이터를 추가로 포함할 수 있다. 이것은 유지 요소의 움직임에서 더 큰 자유도를 허용한다.
제어기는 접합력 조정 액추에이터에 가장 가까운 복수의 센서들 중 하나에 의해 측정된 반력에 기초하여 복수의 접합력 조정 액추에이터 각각에 의해 발휘될 접합력을 결정하도록 구성될 수 있다. 이것은 측정된 반력에 기초하여 접합력의 결정을 단순화하는데 도움이 된다.
접합력 조정 액추에이터의 개수는 센서의 개수와 동일할 수 있다. 이것은 측정된 반력에 기초하여 접합력의 결정을 단순화하는데 도움이 된다. 대안적으로, 센서의 개수는 접합력 조정 액추에이터의 개수보다 많을 수 있다. 이는 접합 장치의 구성요소 수를 줄이는데 도움이 되며 접합 장치의 제조 비용을 줄이는데 도움이 된다.
본 발명의 제 2 양태는 전기 구성요소를 베이스 부재에 접합하는 방법으로서, 상기 방법은: 상기 전기 구성요소를 상기 베이스 부재와 접촉시키기 위해 상기 전기 구성요소를 하나 이상의 작동 방향으로 유지하는 유지 요소를 이동시키는 단계로서, 상기 하나 이상의 작동 방향은 일반적으로 상기 전기 구성요소 및 상기 베이스 부재를 통해 연장되는 상기 유지 요소의 중심 축에 평행한, 상기 이동시키는 단계; 상기 전기 구성요소와 상기 베이스 부재 사이의 접촉에 반응하여 상기 유지 요소 상의 각 위치에서 센서들로써 상기 유지 요소에 발휘되는 반력을 측정하는 단계; 상기 전기 구성요소를 상기 베이스 부재에 접합하기 위한 접합 공정 동안 상기 유지 요소의 2 개 이상의 작동 영역들에 발휘될 접합력들을 결정하는 단계로서, 상기 접합력들은 측정된 반력들에 기초하여 결정되는, 상기 결정하는 단계; 및 상기 접합 공정 동안 상기 유지 요소의 작동 영역들에서 결정된 접합력들을 발휘시키는 단계를 포함한다.
상기 유지 요소를 이동시키는 단계는 중심 축에 직각인 축에 대해 유지 요소를 기울이는 단계; 유지 요소가 기울어진 채로 있는 동안 전기 구성요소를 베이스 부재와 접촉시키는 단계; 및 전기 구성요소가 베이스 부재에 실질적으로 평행해질 때까지 베이스 부재와 전기 구성요소를 추가로 접촉시키기 위해 중심 축에 직각인 축에 대해 유지 요소를 회전시키는 단계를 추가로 포함한다. 이는 전기 구성요소와 베이스 부재 사이의 공극(예 : 기포)을 제거하는데 도움이 된다. 결과적으로, 전기 구성요소와 베이스 부재 사이의 조인트의 품질이 개선될 수 있고 디바이스 제조 공정의 수율이 증가될 수 있다.
상기 중심 축에 직각인 축에 대해 유지 요소를 회전시키는 단계는, 유지 요소의 제 1 측부에서 베이스 부재로부터 멀어지는 방향으로 제 1 힘을 발휘시키는 단계; 및 유지 요소의 제 2 측부에서 베이스 부재를 향한 방향으로 제 2 힘을 발휘시키는 단계를 포함하며, 여기서 제 2 힘은 제 1 힘보다 크다. 이러한 힘 제어는 접합 부하의 균형을 유지하는데 도움이 될 수 있으며 전기 구성요소와 베이스 부재 사이의 공극을 보다 점진적으로 제거하여 공극을 보다 철저히 제거할 수 있다.
반력은 유지 요소의 제 1 위치에 발휘되는 제 1 반력과 유지 요소의 제 2 위치에 발휘되는 제 2 반력을 포함할 수 있으며, 상기 방법은 반력을 반복적으로 측정하는 단계, 측정된 반력에 기초하여 접합력을 결정하는 단계, 제 1 반력과 제 2 반력 사이의 차이가 미리 결정된 임계 값 미만이 될 때까지 유지 요소의 작동 영역에 결정된 접합력을 발휘하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 전기 구성요소가 특정 접합 공정을 위해 베이스 부재와 충분히 평행할 때까지 베이스 부재에 대한 전기 구성요소의 기울기를 반복적으로 조정하고 미세 조정할 수 있다.
본 발명의 실시예는 이제 다음 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 장치의 사시도, 평면도 및 부분 절개 정면도를 각각 도시하고, 도 1d는 접합 장치의 일부가 제거된 상태에서 도 1a 내지 도 1c의 접합 장치의 평면도를 도시하고, 도 1e는 도 1a 내지 도 1c의 접합 장치의 순응성 요소를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 사용중인 도 1a 내지 도 1c의 접합 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1a 내지 도 1c의 접합 장치를 사용하여 전기 구성요소를 베이스 부재에 접합하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 접합 장치의 일부의 평면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 대안적인 실시예에 따른 접합 장치의 일부의 평면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따른 접합 장치의 일부의 평면도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따른 접합 장치의 평면도를 도시한다.
도 8은 도 1a 내지 도 1c의 접합 장치에서 사용될 수 있는 대안적인 순응성 요소를 도시한다.
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 접합 장치(100)의 사시도 및 평면도를 도시한다. 도 1c는 접합 장치(100)의 부분 절개 정면도(XZ 평면을 따라)를 도시한다.
접합 장치(100)는 프레임(102)을 포함한다. 프레임(102)은 XZ 평면에 평행한 평면에 존재하는 실질적으로 직사각형의 베이스 부재(102a)를 갖는다. 만곡된 만입 부(102b)는 베이스 부재(102a)의 내면의 중간 부분을 따라 중심 축(Z 축)에 평행하게 연장된다. 프레임(102)은 또한 베이스 부재(102a)의 내면으로부터 돌출된 제 1 및 제 2 세장형 프레임 연장부(102c, 102d)를 포함한다. 프레임 연장부(102c, 102d)는 일반적으로 만곡된 만입부(102b)에 평행하고 베이스 부재(102a)의 반대 폭을 따라 서로 평행하게 연장된다.
접합 장치(100)는 다이와 같은(이에 한정되지 않음) 전기 구성요소를 유지하도록 구성된 접합 헤드 구조(104)를 추가로 포함한다. 접합 헤드 구조(104)는 프레임(102)에 이동 가능하게 연결된다. 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 접합 장치(100)는 접합 헤드 구조(104)의 반대편 제 1 및 제 2 측부에 연결된 제 1 및 제 2 접합 헤드 커넥터(106, 108)를 포함하는 복수의 커넥터들을 갖는다. 제 1 접합 헤드 커넥터(106)는 제 1 안내 요소(110)에 연결되고 제 2 접합 헤드 커넥터(108)는 제 2 안내 요소(112)에 연결된다. 제 1 및 제 2 안내 요소(110, 112)는 각각 프레임(102)의 제 1 및 제 2 프레임 연장부(102c, 102d)에 연결된다.
접합 장치(100)는 제 1 및 제 2 인코더 요소(114, 116)를 추가로 포함한다. 안내 요소(110, 112)는 Z 선형 안내부의 형태이고 인코더 요소(114, 116)는 Z 선형 인코더의 형태이다. 제 1 인코더 요소(114)는 프레임(102)(특히, 제 1 프레임 연장부(102c))에 대해 제 1 접합 헤드 커넥터(106)의 Z 축에 평행한 변위를 결정하기 위해 제 1 안내 요소(110)와 협력하도록 구성된다. 제 2 인코더 요소(116)는 프레임(102)(특히, 제 2 프레임 연장부(102d))에 대해 제 2 접합 헤드 커넥터(108)의 Z 축에 평행한 변위를 결정하기 위해 제 2 안내 요소(112)와 협력하도록 구성된다.
접합 장치(100)는 제 1 유지 요소 액추에이터(118) 및 제 2 유지 요소 액추에이터(120)를 포함하는 복수의 유지 요소 액추에이터들을 추가로 포함한다. 유지 요소 액추에이터(118, 120)는 모터의 형태이다. 각각의 유지 요소 액추에이터(118, 120)는 프레임(102)의 각각의 프레임 연장부(102c, 102d)에 차례로 연결되는 각각의 액추에이터 홀더(122, 124) 내에 유지된다. 유지 요소 액추에이터(118, 120)는 접합 헤드 구조(104)를 베이스 부재와 접합 헤드 구조(104)에 의해 유지된 전기 구성요소와 접촉하도록 Z 축에 평행한 하나 이상의 작동 방향으로 이동시키도록 구성된다. 보다 구체적으로, 제 1 및 제 2 유지 요소 액추에이터(118, 120)는 각각 제 1 및 제 2 접합 헤드 커넥터(106, 108)에 연결된다. 각 유지 요소 액추에이터(118, 120)는 작동 방향(들)으로 접합 헤드 구조(104)를 이동시키기 위해 Z 축에 평행한 하나 이상의 방향으로 프레임(102)에 대해 각각의 접합 헤드 커넥터(106, 108)를 가압하도록 구성된다. 또한, 유지 요소 액추에이터(118, 120)는 또한 Z 축에 직각인 X 및 Y 축에 대해 접합 헤드 구조(104)를 기울이도록 작동한다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 접합 장치(100)는 연결 요소(128)를 통해 접합 헤드 구조(104)에 연결된 이미징 유닛(126)을 추가로 포함한다. 이미징 유닛(126)은 접합 헤드 구조(104)에 의해 유지되는 전기 구성요소의 이미지를 캡처하도록 구성된다.
접합 헤드 구조(104)는 이제 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 접합 헤드 구조(104)는 고정 브래킷 형태의 액추에이터 케이싱(130)을 포함한다. 액추에이터 케이싱(130)은 중심 개구를 갖는 원통형 구조를 가지며, 도 1c에 도시된 바와 같이, 액추에이터 케이싱(130)의 내면 주위에 리세스(130a)가 제공된다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 액추에이터 케이싱(130)의 중심 개구를 통해 샤프트 형태의 작동 부재(132)가 배열된다. 특히, 작동 부재(132)는 제 1 작동 부재 부분(132a) 위에 배열된 제 1 작동 부재 부분(132a) 및 제 2 작동 부재 부분(132b)을 포함한다. 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 제 1 및 제 2 작동 부재 부분(132a, 132b) 각각은 중공 원통형 구조를 갖는다. 특히, 제 1 작동 부재 부분(132a)은 제 1 세장형 개구를 갖고, 제 2 작동 부재 부분(132b)은 제 2 세장형 개구를 갖는다. 각각의 세장형 개구는 각각의 원통형 구조의 중간을 통해 대략적으로 연장되고 Z 축에 평행하게 배향된다. 제 1 작동 부재 부분(132a)의 제 1 세장형 개구는 X-형 단면 표면을 갖는 반면, 제 2 작동 부재(132b)의 제 2 세장형 개구는 원형 단면 표면을 갖는다. 제 1 및 제 2 세장형 개구의 중심은 대략적으로 정렬되고, 제 1 세장형 개구의 X-형 단면 표면은 제 2 세장형 개구의 원형 단면 표면보다 더 작은 직경(즉, 단면 표면의 가장 먼 두 단부들 사이의 더 작은 치수)을 갖는다. 작동 부재(132)는 제 1 작동 부재 부분(132a)의 외면 주위에 리세스(132c)를 추가로 포함한다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 작동 부재(132)의 리세스(132c)는 이들 리세스(130a, 132c)의 상부가 정렬된 상태로 액추에이터 케이싱(130)의 리세스(130a)를 향하도록 배열된다. 또한, 작동 부재(132)는 또한 이 부분(132b)의 상부 주위에 제 2 작동 부재 부분(132b)의 외면으로부터 돌출된 연장부(132d)를 포함한다.
도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 접합 장치(100)는 제 1 작동 부재 부분(132a)의 제 1 세장형 개구를 통해 연장되는 X-형 단면 표면을 갖는 지지 요소(134)를 추가로 포함한다. 특히, 지지 요소(134)는 4 개의 암(134a-134d)을 포함하고, 각각의 인접한 암(134a-134d) 쌍은 테이퍼진 세장형 리세스를 형성한다.
접합 헤드 구조(104)는 다이와 같은 전기 구성요소를 유지하도록 구성된 픽업 도구/접합 헤드 형태의 유지 요소(136)를 추가로 포함한다. 유지 요소(136)는 유지 요소(136)와 작동 부재(132) 사이에 제공된 센서 유닛(138)과 함께 작동 부재(132)에 결합된다. 특히, 작동 부재(132)는 유지 요소(136)에 대해 배치되어 제 1 작동 부재 부분(132a)은 제 2 작동 부재 부분(132b)보다 유지 요소(136)에 더 가깝다.
접합 헤드 구조(104)는 고정 세타 자석(stationary theta magnet) 형태의 정지 요소(140a) 및 가동 세타 코일(movable theta coil) 형태의 가동 요소(140b)를 갖는 회전 액추에이터(140)를 추가로 포함한다. 회전 액추에이터(140)의 고정 및 가동 요소(140a, 140b)는 중심 개구를 갖는 중공 원통형 구조를 갖는다. 가동 요소(140b)는 액추에이터 케이싱(130) 상에 차례로 배열되는 유지 요소(140a)의 중심 개구 내에 배열된다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 작동 부재(132)는 액추에이터 케이싱(130)의 중심 개구를 넘어 회전 액추에이터(140)의 가동 요소(140b)의 중심 개구로 연장된다. 회전 액추에이터(140)는 중심 축(Z 축)을 중심으로 작동 부재(132)(따라서 유지 요소(136))를 회전시키도록 구성된다. 특히, 회전 액추에이터(140)의 가동 요소(140b)는 작동 부재(132), 보다 구체적으로 제 2 작동 부재 부분(132b) 및 연장부(132d)에 연결된다. 회전 액추에이터(140)는 정지 요소(140a)에 대해 Z 축에 대해(이에 연결된 작동 부재(132)와 함께) 가동 요소(140b)를 회전시키도록 작동될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 커버(142)는 작동 부재(132) 위에 제공된다. 도 1c를 참조하면, 커버(142)는 작동 부재(132)의 연장부(132d) 상에 안착되도록 배열된다. 커버(142)는 하부 및 상부 내면(142a, 142b)을 포함한다. 상부 내면(142b)은 원통형 개구를 형성하는 반면, 하부 내면(142a)은 상부 내면(142b)을 향해 테이퍼지고 절두 원추형 개구를 형성한다. 이 절두 원추형 개구의 상부는 상부 내면(142b)에 의해 형성된 원통형 개구와 정렬된다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 커버(142)는 내부에 제공된 각각의 제 1 결합 요소(142d)와 함께 복수의 원형 리세스(142c)를 포함한다. 복수의 제 2 결합 요소(142e)는 도 1c에 도시된 바와 같이 커버(142)를 통해 연장된다. 원형 리세스(142c) 및 제 2 결합 요소(142e)는 커버(142)의 상면 주위에 교대로 배열된다.
도 1d는 특히 작동 부재(132), 회전 액추에이터(140) 및 커버(142)가 제거된 접합 장치(100)의 일부의 평면도를 도시한다.
도 1c 및 도 1d를 참조하면, 접합 장치(100)는 작동 부재(132) 주위에 배열된 링 구조를 갖는 순응성 요소(144)를 포함한다. 도 1e는 순응성 요소(144) 및 작동 부재(132)의 일부의 확대된 정면도를 도시한다. 도 1e에 도시된 바와 같이, 순응성 요소(144)는 하우징(144a), 순응성 격실(144b) 및 순응성 격실(144b) 내의 공기 박막(144c)을 갖는 순응성 공기 베어링 형태이다. 공기 박막(144c)은 압축 공기를 포함하고 순응성 층으로 작용한다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 순응성 요소(144)는 액추에이터 케이싱(130)과 작동 부재(132) 사이에 배열된다. 특히, 순응성 요소(144)는 작동 부재(132)의 리세스(132c)와 이 케이싱(130)의 리세스(130a) 아래의 액추에이터 케이싱(130)의 일부 사이에 배열된다. 작동 부재(132)는 순응성 요소(144)(도 1e에서 화살표(143)로 표시됨)에 대해 Z 축을 따라 이동 가능하고 순응성 요소(144)는 이러한 움직임에 대한 마찰력을 감소시키는 역할을 한다. 또한, 순응성 요소(144)는 Z 축에 직각인 하나 이상의 축에 대해 작동 부재(132)의 회전에 의해 압축될 수 있다. 예컨대, 모멘트 힘이 작동 부재(132)에 발휘될 때, 작동 부재(132)는 순응성 요소(144)를 압축함으로써 Y 축(화살표 145로 표시된 바와 같이)을 중심으로 회전할 수 있다. 그러나, 순응성 격실(144a)도 그것의 제한된 부분만이 압축될 수 있도록 하는 강성도로서 형성된다. 따라서, Z 축에 직각인 축에 대한 작동 부재(132)의 회전도가 제한된다.
도 1c 및 도 1d를 참조하면, 접합 헤드 구조(104)는 모터의 형태인 제 1 접합력 조정 액추에이터(146), 제 2 접합력 조정 액추에이터(148), 제 3 접합력 조정 액추에이터(150) 및 제 4 접합력 액추에이터(152)를 포함하는 복수의 접합력 조정 액추에이터를 추가로 포함한다. 작동 부재(132)는 복수의 접합력 조정 액추에이터(146-152)와 유지 요소(136) 사이에 연결된다. 특히, 각각의 접합력 조정 액추에이터(146-152)는 작동 부재(132)의 각 측부와 연결되고 작동 부재(132)는 차례로 센서 유닛(138)을 통해 유지 요소(136)에 연결된다. 유지 요소(136) 및 복수의 접합력 조정 액추에이터(146-152)는 따라서 유지 요소 액추에이터(118, 120)에 의해 하나 이상의 작동 방향으로 함께 이동 가능하도록 작동 가능하게 연결된다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 접합력 조정 액추에이터(146-152)는 Z 축 주위, 보다 구체적으로는 작동 부재(132) 주위에 등거리에 배치된다. 접합력 조정 액추에이터(146-152)는 X 및 Y 축에 대해 대칭으로 배열되고, 제 1 및 제 3 접합력 조정 액추에이터(146, 150)는 X 축에 정렬되고, 제 2 및 제 4 접합력 조정 액추에이터(148, 152)는 Y 축에 정렬된다. 제 1 접합력 조정 액추에이터(146)는 Z 축에 대해 제 3 접합력 조정 액추에이터(150)에 정반대로 배치되고, 제 2 접합력 조정 액추에이터(148)는 Z 축에 대해 제 4 접합력 조정 액추에이터(152)에 정반대에 배치된다.
각각의 접합력 조정 액추에이터(146-152)는 자석 형태의 정지 요소(146a, 148a, 150a, 152a)와 복수의 이격된 코일 세그먼트를 갖는 코일 유닛 형태의 가동 요소(146b, 148b, 150b, 152b)를 포함한다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 각각의 접합력 조정 액추에이터(146-152)의 정지 요소(146a-152a)는 액추에이터 케이싱(130)의 리세스(130c) 내에 배열되는 반면, 각각의 가동 요소(146b-152b)는 순응성 요소(144) 위에 배열되며, 그 사이에 갭이 있다. 또한, 회전 액추에이터(140)의 가동 요소(140b)는 접합력 조정 액추에이터(146-152)의 가동 요소(146b-152b) 위에 배치되고, 그 사이에 또 다른 갭이 제공된다.
접합력 조정 액추에이터(146-152)는 유지 요소(136)의 2 개 이상의 작동 영역과 연관되고 접합 공정 동안 유지 요소(136)의 이러한 연관된 작동 영역에 접합력을 발휘하도록 구성된다. 특히, 각각의 접합력 조정 액추에이터(146-152)의 작동은 정지 요소(146a-152a)에 대해 액추에이터(146-152)의 가동 요소(146b-152b)를 가압한다. 각각의 접합력 조정 액추에이터(146-152)의 가동 요소(146b-152b)는 작동 부재(132)의 각각의 측부에 연결되고 작동 부재(132)의 이 측부과 함께 Z 축에 평행하게 이동하도록 구성된다. 따라서, 접합력 조정 액추에이터(146-152)의 작동은 작동 부재(132)의 각각의 측부가 움직이게 하고, 차례로 유지 요소(136)의 연관된 작동 영역에서 유지 요소(136)를 가압하게 한다. 접합력 조정 액추에이터(146-152)는 독립적으로 제어 가능하고 따라서 접합 공정 동안 유지 요소(136)의 서로 다른 관련 작동 영역에서 서로 다른 접합력을 발휘하도록 작동한다.
접합 장치(100)는 유지 요소(136)에 의해 유지되는 전기 구성요소와 베이스 부재 사이의 접촉에 반응하여 유지 요소(136)에 발휘되는 반력을 측정하도록 구성된 힘 센서 형태의 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 센서(154, 156, 158, 160)를 갖는 복수의 센서를 갖는 센서 어레이를 추가로 포함한다. 센서(154-160)는 유지 요소(136)와 작동 부재(132) 사이의 센서 유닛(138) 내에 배열된다. 센서(154-160)는 전기 구성요소와 베이스 부재 사이의 접촉에 반응하여 다른 방향으로의 반력 및 모멘트를 검출하도록 배열된다. 각각의 센서(154-160)는 유지 요소(136) 상의 각각의 위치와 관련된다. 도 1d에 더 명확하게 도시된 바와 같이, 센서(154-160)는 Z 축에 대해 등거리에 배치된다. 특히, 센서(154-160)는 제 1 및 제 3 접합력 조정 액추에이터(146, 150)와 동일한 축(X 축)에 정렬된 제 1 및 제 3 센서(154, 158) 및 제 2 및 제 4 접합력 조정 액추에이터(148, 152)와 동일한 축(Y 축)에 정렬된 제 2 및 제 4 센서(156, 160)와 함께 Z 축 주위에 대칭으로 배열된다. 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이, 각각의 센서(154-160)는 지지 요소(134)의 인접 암(134a -134d)에 의해 형성되는 각각의 테이퍼진 세장형 리세스 밑에 놓이도록 배열된다.
도면에 도시되지 않았지만, 접합 장치(100)는 유지 요소(136)에 의해 유지되는 전기 구성요소를 베이스 부재와 접합하기 위한 접합 공정 동안 유지 요소(136)의 둘 이상의 작동 영역들에 발휘될 접합력들을 결정하도록 구성된 제어기를 추가로 포함한다. 제어기는 센서(154-160)에 의해 측정된 반력에 기초하여 접합력을 결정하도록 작동된다.
도 2a 내지 도 2c는 사용중인 접합 장치(100)를 도시한다. 도 3은 접합 장치(100)를 사용하여 전기 구성요소를 베이스 부재에 접합하기 위한 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 방법(300)은 이제 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도면부호 302에서, 접합 장치(100)의 유지 요소(136)는 전기 구성요소(202)를 픽업하고 전기 구성요소(202)를 베이스 부재(204) 위의 위치로 가져온다. 이 위치에서 Z 축은 전기 구성요소(202)가 접합될 기판과 같은 베이스 부재(204) 및 전기 구성요소(202)를 통해 연장된다.
도면부호 304에서, 유지 요소 액추에이터(118, 120)는 유지 요소(136)(전기 구성요소(202)를 유지함)를 이동시켜 전기 구성요소(202)를 베이스 부재(204)와 접촉시킨다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 접합 장치(100)는 전기 구성요소(202)를 베이스 부재(204)와 접촉시키기 위해 접합 헤드 구조(104)(및 따라서 유지 요소(136))를 Y 축에 대해 기울인다. 특히, 제 1 유지 요소 액추에이터(118)는 접합 헤드 구조(104)의 제 1 측부에 연결된 제 1 접합 헤드 커넥터(106)에 하향 힘(즉, 베이스 부재(204)를 향한 힘)을 인가하도록 작동되고, 제 2 유지 요소 액추에이터(120)는 접합 헤드 구조(104)의 제 2 측부에 연결된 제 2 접합 헤드 커넥터(108) 상의 상향 력(즉, 베이스 부재(204)으로부터 멀어지는 힘)을 인가되도록 작동된다. 따라서, 제 1 접합 헤드 커넥터(106)(접합 헤드 구조(104)의 제 1 측부와 함께)는 제 1 작동 방향(206)으로 이동하고; 반면, 제 2 접합 헤드 커넥터(108)(접합 헤드 구조(104)의 제 2 측부와 함께)는 제 2 작동 방향(208)으로 이동한다. 작동 방향(206, 208)은 일반적으로 Z 축에 평행하고 서로 반대이다. 따라서, 이것은 Y 축에 대해 유지 요소(136)를 기울인다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 전기 구성요소(202)는 유지 요소(136)가 기울어진 상태로 유지되는 동안 베이스 부재(204)와 접촉한다. 전기 구성요소(202)와 베이스 부재(204)의 이러한 초기 접촉은 접촉 영역(204a)에서 이루어진다.
Y 축에 대한 접합 헤드 구조(104)의 기울기는 피드백 루프에 의해 제어된다. 특히, 접합 헤드 구조(104)의 제 1 및 제 2 측부가 각각 제 1 및 제 2 작동 방향(206, 208)으로 이동함에 따라, 프레임(102)에 대한 제 1 및 제 2 접합 헤드 커넥터(106, 108)의 변위는 안내 요소(110, 112) 및 인코더 요소(114, 116)에 의해서 결정되고 제어기로 피드백된다. 제어기는 접합 헤드 구조(104)의 원하는 기울기를 달성하기 위해 제 1 및 제 2 접합 헤드 커넥터(106, 108)에 이루어질 추가 변위의 양을 결정한다. 그런 다음 유지 요소 액추에이터(118, 120)는 이러한 추가 변위를 달성하도록 작동된다.
도 2b 및 도 2c는 전기 구성요소(202)가 처음에 접촉 영역(204a)에서 베이스 부재(204)와 접촉할 때의 도 2a의 유지 요소(136)의 확대도를 도시한다. 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 전기 구성요소(202)가 베이스 부재(204)와 처음 접촉할 때 전기 구성요소(202)와 베이스 부재(204) 사이에 복수의 공극(212)(예: 기포)이 존재할 수 있다. 이 초기 접촉 이후, 유지 요소(136)는 전기 구성요소(202)가 베이스 부재(204)에 실질적으로 평행하게 될 때까지 전기 구성요소(202)를 베이스 부재(204)와 추가로 접촉시키기 위해 Y 축에 대해 회전된다. 특히, 제 1 유지 요소 액추에이터(118)는 제 1 접합 헤드 커넥터(106)를 이동시킴으로써 유지 요소(136)의 제 1 측부 상의 베이스 부재(204)로부터 멀어지는 방향으로의 제 1 힘(상향 힘)을 작용시키도록 작동하고, 제 2 유지 요소 액추에이터(120)는 제 2 접합 헤드 커넥터(108)를 이동시킴으로써 유지 요소(136)의 제 2 측부 상의 베이스 부재(204)를 향하는 제 2 힘(하향 힘)을 작용시키도록 작동한다. 유지 요소(136)의 하향 힘은 유지 요소(136)의 상향 힘보다 크다. 따라서, 유지 요소(136)의 제 1 측부는 위쪽(화살표 214로 표시됨)으로 들어 올려지고, 유지 요소(136)의 제 2 측부는 아래쪽으로(화살표 216으로 표시된 바와 같이 베이스 부재(204)를 향하여) 눌려진다. 이것은 전기적 구성요소(202)와 베이스 부재(204) 사이의 공극(212)을 점진적으로 압착하고, 접촉 영역(204a)으로부터 멀어지는 방향으로 갭으로부터 공기를 밀어 낸다(화살표(218)로 표시됨).
도면부호 306에서, 센서(154-160)는 도면부호 304에서 전기 구성요소(302)와 베이스 부재(204) 사이의 접촉에 반응하여 전기 구성요소(202)[및 따라서, 유지 요소(136)]에 발휘되는 반력을 측정한다. 이러한 반력은 각각의 센서(154-160)와 연관된 유지 요소(136)의 각각의 위치에 측정된다. 반력 또는 즉, 베이스 부재(204)에 의한 전기 구성요소(202) 상의 힘 분포는 유지 요소(136)가 Z 축에 직각인 하나 이상의 축에 대해 유지 요소(136)의 기울기를 나타낸다. 예컨대, 제 3 센서(156)에 의해 검출된 것과 비교하여 제 1 센서(154)에 의해 검출된 더 큰 반력은 유지 요소(136)가 베이스 부재(304)에 더 가까운 Y 축에 대해 제 3 센서(156)가 위치된 축을 따르는 것보다 제 1 센서(154)가 위치된 축을 따라 유지 요소(136)의 기울기를 나타낼 수 있다.
도면부호 308에서, 접합 장치(100)의 제어기는 전기 구성요소(202)를 베이스 부재(204)와 접합하기 위한 접합 공정 동안 유지 요소(136)의 2 개 이상의 작동 영역에 발휘될 접합력을 결정한다. 접합력은 센서(154-160)에 의해 측정된 반력에 기초하여 결정된다. 특히, 접합력은 유지 요소(136)에 접합력을 발휘시키는 것이 유지 요소(136)가 일반적으로 이들 축 각각과 평행하게 하기 위해 Z 축에 직각인 하나 이상의 축에 대해 유지 요소(136)를 회전시키도록 결정된다. 추가로 또는 대안적으로, 제어기는 더 작은 반력과 관련된 작동 영역에서 더 큰 접합력이 유지 요소(136)에 발휘되는 것을 결정하도록 구성된다.
도면부호 310에서, 접합 공정이 수행되고 복수의 접합력 조정 액추에이터(146-152)가 접합 공정 동안 유지 요소(136)의 관련 작동 영역에 필요한 접합력을 발휘한다. 특히, 제어기는 제어 신호를 접합력 조정 액추에이터(146-152)로 전송하여 이러한 접합력을 발휘한다.
방법(300)은 반복적으로 반력을 측정하고, 측정된 반력에 기초하여 접합력을 결정하고, 전기 구성요소(304) 상의 충분히 균형 잡힌 반력 분포가 센서(146-152)에 의해 측정될 때까지 도면부호 306-310에서 유지 요소(136)의 관련 작동 영역에 결정된 접합력을 발휘시키는 것을 포함한다. 특히, 도면부호 310에서 유지 요소(136)에 접합력을 발휘한 후, 유지 요소(136)에서의 반력은 센서(154-160)에 의해 도면부호 306에서 다시 검출되고 도면부호 308에서, 제어기는 가장 최근에 검출된 반력에 기초하여 유지 요소(136)에 발휘되는 수정된 접합력을 결정한다. 도면부호 310에서, 업데이트된 접합력이 유지 요소(136)에 발휘되고 도면부호 306-310이 다시 반복된다. 이것은 도면부호 306에서 센서(154-160)에 의해 검출된 반력이 거의 동일할 때까지, 또는 더 구체적으로, 유지 요소(136)의 제 1 위치에 발휘된 제 1 반력과 유지 요소(136)의 제 2 위치에 발휘된 제 2 반력 사이의 차이가 미리 결정된 임계 값 미만이 될 때까지 계속된다.
따라서, 접합 공정 동안 전기 구성요소(202)에 발휘되는 보다 균형 잡힌 힘 분포는 접합 장치(100)로 달성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제어기는 센서(154-160) 및 접합력 조정 액추에이터(146-152)와 함께 접합 공정 동안 전기 구성요소(202)에 균형 잡힌 힘 분포를 달성할 수 있는 폐쇄 루프 서보 제어 시스템(closed loop servo control system)을 형성한다.
전술한 실시예에 대해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
예컨대, 전술한 것과는 상이한 수의 접합력 조정 액추에이터 및/또는 센서가 제공될 수 있고, 접합력 조정 액추에이터 및 센서는 상이한 방식으로 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 접합력 조정 액추에이터의 수는 센서의 수와 동일할 수 있으며, 반면, 다른 실시예에서, 접합력 조정 액추에이터의 수는 센서의 수보다 적을 수 있다. 일부 실시예에서, 접합력 조정 액추에이터들 중 적어도 하나는 센서들 중 적어도 하나와 동일한 축에 정렬된다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 접합 장치(400, 500, 600, 700)의 평면도를 각각 도시한다. 접합 장치(400, 500, 600, 700)는 접합 장치(100)와 유사하므로 공통적인 특징은 동일한 도면부호로 표시되며 다시 논의할 필요가 없다. 도 4 내지 도 7의 평면도는 작동 부재(132), 회전 액추에이터(140) 및 커버(142)가 제거된 각각의 접합 장치(400, 500, 600, 700)를 도시한다.
도 4를 참조하면, 접합 장치(100)에 비해 접합 장치(400)는 단지 3 개의 접합력 조정 액추에이터(402, 404, 406)만을 포함한다. 접합력 조정 액추에이터(404-406)는 Z 축에 대해 등거리에 배치된다. 제 1 접합력 조정 액추에이터(402)가 X 축에서 제 1 및 제 3 센서(154, 158)와 정렬되는 동안, 제 2 및 제 3 접합력 조정 액추에이터(404, 406)는 제 2 및 제 4 센서(156, 160)가 있는 Y 축의 외부에 있다.
도 5를 참조하면, 접합 장치(100)에 비해 접합 장치(500)는 단지 3 개의 접합력 조정 액추에이터(502, 504, 506)만을 포함한다. 또한, 접합 장치(100, 400)와 달리, 접합 장치(500)는 단지 3 개의 센서(508, 510, 512)만을 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 접합력 조정 액추에이터(502, 504, 506)는 Z 축에 대해 등거리에 배치된다. 유사하게, 센서(508, 510, 512)는 Z 축에 대해 등거리에 배치된다. 각각의 접합력 조정 액추에이터(502, 504, 506)는 센서(508, 510, 512) 각각과 동일한 축에 정렬된다.
도 6을 참조하면, 접합 장치(100, 400, 500)와 달리 접합 장치(600)는 단지 2 개의 접합력 조정 액추에이터(602, 604)와 단지 2 개의 센서(606, 608)만을 포함한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 접합력 조정 액추에이터(602, 604)는 Z 축에 대해 등거리에 배치되고 X 축에 대해 대칭으로 배치된다. 유사하게, 센서(606, 608)는 Z 축에 대해 등거리에 배치되고 X 축에 대해 대칭적으로 배치된다. 접합력 조정 액추에이터(602, 604) 및 센서(606, 608)는 동일한 축(Y 축)에 정렬된다.
도 7을 참조하면, 접합 장치(600)와 유사하게, 접합 장치(700)는 단지 2 개의 접합력 조정 액추에이터(702, 704) 및 단지 2 개의 센서(706, 708)만을 포함한다. 접합 장치(700)의 접합력 조정 액추에이터(702, 704) 및 센서(706, 708)는 접합 장치(600)와 유사한 방식으로 배열되지만, Y 축 대신 X 축에 정렬된다는 점이 다르다.
전술한 실시예에 대해 이루어질 수 있는 추가 변형은 회전 액추에이터(140) 및/또는 작동 부재(132)를 생략하는 것일 수 있다. 예컨대, 접합력 조정 액추에이터(146-152)는 유지 요소(136)와 직접 결합될 수 있어서, 유지 요소(136)의 관련 작동 영역에 접합력을 가한다.
또한, 작동 부재(132)는 도 1c에 도시된 것과 다른 구조를 가질 수 있다. 특히, 작동 부재(132)는 상이한 유형의 단면 표면을 갖는 세장형 개구를 갖는 제 1 및 제 2 작동 부재 부분(132a, 132b)을 가질 필요가 없다. 작동 부재(132)는 대신에 동일한 유형의 단면 표면, 예컨대 원형 단면 표면을 갖는 세장형 개구를 가질 수 있고, 제 1 작동 부재 부분(132a)의 제 1 세장형 개구는 제 2 작동 부재 부분(132b)의 제 2 세장형 개구의 직경보다 작은 직경을 가질 수 있다. 일부 변형에서, 작동 부재(132)는 일정한 직경을 갖는 단일의 세장형 개구를 가질 수 있다. 일부 변형에서, 작동 부재(132)는 중공 구조를 갖지 않을 수도 있다.
또한, 순응성 요소(144)는 순응성 에어 베어링의 형태일 필요가 없다. 예컨대, 도 8은 순응성 롤러 볼 베어링 형태의 순응성 요소(144)를 도시한다. 롤러 볼 베어링(144)은 하우징(144a), 순응성 격실(144b) 및 순응성 격실(144b) 내에 배열된 복수의 볼 롤러(144c)를 포함한다. 각 볼 롤러(144c)는 탄성 재료로 형성되어 변형 가능하다. 따라서, 에어 베어링과 유사하게, 롤러 볼 베어링(144)의 순응성 격실(144b)은 Z 축에 직각인 하나 이상의 축에 대해 작동 부재(132)의 회전에 의해 압축될 수 있다. 따라서, 작동 요소(132)는 Z 축(화살표 143으로 표시됨)을 따라 순응성 요소(144)에 대해 이동할 수 있을뿐만 아니라 순응성 요소(144)를 압축함으로써 Y 축(화살표 145로 표시됨)을 중심으로 회전할 수도 있다. 그러나, 회전 정도는 순응성 격실(144a)의 강성에 의해 제한된다.
또한, 제어기는 다양한 방식으로 접합력을 결정하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제어기는 접합력 조정 액추에이터(146-152)에 가장 가까운 복수의 센서(154-160) 중 하나에 의해 측정된 반력에 기초하여 복수의 접합력 조정 액추에이터(146-152) 각각에 의해 발휘될 접합력을 결정하도록 구성될 수 있다.
또한, 도 2a에 도시된 바와 같이 전기 구성요소(202)를 베이스 부재(204)와 접촉시킬 때, 접합 헤드 구조(104)는 다양한 각도로 Y 축에 대해 기울어질 수 있다. 예컨대, 도 2a에 도시된 바와 같이 전기 구성요소(202)와 베이스 부재(204) 사이의 각도(210)는 5 내지 10도 범위일 수 있다. 도 2a에서, 결합 헤드 구조(104)는 Y 축에 대해 반시계 방향으로 기울어진 것으로 도시되어 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 접합 헤드 구조(104)는 Y 축에 대해 시계 방향으로 기울어질 수 있다. 다시 말하면, 제 1 유지 요소 액추에이터(118)는 접합 헤드 구조체(104)를 제 2 작동 방향(208)(상향)으로 가압할 수 있고, 제 2 유지 요소 액추에이터(120)는 접합 헤드 구조체(104)를 제 1 작동 방향(206)(하향)으로 가압할 수 있다.
일부 실시예에서, 접합 헤드 구조(104)는 전기 구성요소(202)를 베이스 부재(204)와 접촉시키기 위해 Y 축에 대해 기울어지지 않는다. 대신에, 유지 요소 액추에이터(118, 120)는 각각의 접합 헤드 커넥터(106, 108)에서 동일한 방향[제 1 작동 방향(206)]으로 실질적으로 동일한 힘을 가하도록 구성될 수 있어서, 유지 요소(136)가 베이스 부재(204)를 향한 이동 내내 베이스 부재(204)와 실질적으로 평행하게 유지된다. 즉, 유지 요소(136)가 Z 축에 평행한 단일 작동 방향으로만 이동할 수 있다.
또한, 전술한 실시예에서 접합 장치와 함께 다양한 도구가 사용될 수 있다. 예컨대, 교정 도구 또는 콜릿은 전기 구성요소(202)의 기울기를 측정하는데 사용될 수 있으며 접합력 조정 액추에이터(146-152)에 의해 발휘될 접합력은 교정 도구 또는 콜릿으로부터의 출력과 센서(154-160)으로부터의 출력 모두에 기초할 수 있다.
본원에 기술된 본 발명은 이렇게 구체적으로 기술된 것과 다른 변형, 수정 및/또는 추가될 수 있고 본 발명은 본 발명의 범주 내에서 이러한 변형, 수정 및/또는 추가를 포함한다는 것을 이해할 수 있다.

Claims (19)

  1. 접합 장치로서,
    전기 구성요소를 유지하도록 구성된 유지 요소;
    상기 전기 구성요소를 베이스 부재와 접촉시키도록 상기 유지 요소의 중심 축에 직각인 하나 이상의 축에 대해 상기 유지 요소를 기울이기 위하여 상기 유지 요소를 하나 이상의 작동 방향으로 이동시키도록 구성된 복수의 유지 요소 액추에이터들로서, 상기 하나 이상의 작동 방향은 상기 유지 요소의 중심 축에 평행하도록 배열되고, 상기 전기 구성요소를 상기 베이스 부재와 접촉시킬 때, 상기 유지 요소의 중심 축은 상기 전기 구성요소 및 상기 베이스 부재를 통해 연장되는, 상기 복수의 유지 요소 액추에이터들;
    복수의 센서들로서, 각각의 센서는 상기 전기 구성요소와 상기 베이스 부재 사이의 접촉에 반응하여 상기 유지 요소 상의 각각의 위치에서 상기 유지 요소에 발휘되는 반력을 측정하도록 구성되는, 상기 복수의 센서들;
    각각의 위치에서 측정된 반력에 기초하여, 상기 전기 구성요소를 상기 베이스 부재에 접합하기 위한 접합 공정 동안 상기 유지 요소의 2 개 이상의 작동 영역들에서 발휘될 접합력들을 결정하도록 구성된 제어기; 및
    상기 접합 공정 동안 상기 유지 요소의 대응하는 작동 영역들에서 상기 결정된 접합력들을 발휘시키도록 작동하는 복수의 접합력 조정 액추에이터들로서, 각각의 접합력 조정 액추에이터는 자석 및 코일 유닛 중 하나의 형태인 고정 요소와 상기 자석 및 상기 코일 유닛 중 다른 하나의 형태인 가동 요소를 포함하는, 상기 복수의 접합력 조정 액추에이터들;을 포함하는, 접합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유지 요소 및 상기 복수의 접합력 조정 액추에이터들은 상기 하나 이상의 작동 방향으로 함께 이동 가능하도록 작동 가능하게 연결되는, 접합 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 접합력 조정 액추에이터들과 상기 유지 요소 사이에 연결된 작동 부재를 추가로 포함하는, 접합 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 작동 부재는 상기 중심 축에 평행하게 배향된 제 1 세장형 개구 및 제 2 세장형 개구를 각각 갖는 제 1 작동 부재 부분 및 제 2 작동 부재 부분을 포함하고, 상기 제 1 작동 부재 부분은 상기 제 2 작동 부재 부분보다 상기 유지 요소에 더 가깝고 상기 제 1 세장형 개구는 상기 제 2 세장형 개구의 직경보다 작은 직경을 갖는, 접합 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 작동 부재에 결합된 순응성 요소를 추가로 포함하고, 상기 순응성 요소는 상기 중심 축에 직각인 하나 이상의 축을 중심으로 하는 상기 작동 부재의 회전에 의해 압축 가능한, 접합 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합력 조정 액추에이터들은 상기 중심 축 둘레에 등거리에 배열되는, 접합 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 접합력 조정 액추에이터들은 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 접합력 조정 액추에이터들을 포함하고, 상기 제 1 접합력 조정 액추에이터는 상기 중심 축에 대해 상기 제 3 접합력 조정 액추에이터와 정반대에 배열되고, 상기 제 2 접합력 조정 액추에이터는 상기 중심 축에 대해 상기 제 4 접합력 조정 액추에이터와 정반대에 배열되는, 접합 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 접합력 조정 액추에이터들 중 적어도 하나는 상기 복수의 센서들 중 적어도 하나의 축과 동일하거나 평행한 축 상에 정렬되는, 접합 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 접합력 조정 액추에이터들은 상기 접합 공정 동안 상기 유지 요소의 다른 대응하는 작동 영역들에서 다른 접합력들을 발휘시키도록 작동하는,접합 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 유지 요소 액추에이터들은 상기 베이스 부재로부터 멀어지는 방향으로 상기 유지 요소 상에 제 1 힘을 발휘시키도록 작동하는 제 1 유지 요소 액추에이터 및 상기 베이스 부재를 향하는 방향으로 상기 유지 요소 상에 제 2 힘을 발휘시키도록 작동하는 제 2 유지 요소 액추에이터를 포함하고,
    상기 제 2 힘은 상기 제 1 힘보다 큰, 접합 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    복수의 커넥터들을 추가로 포함하고, 상기 복수의 유지 요소 액추에이터들의 각각은 상기 중심 축에 평행한 하나 이상의 방향으로 상기 복수의 커넥터들 중 각각 하나를 가압하여 상기 유지 요소를 상기 하나 이상의 작동 방향으로 이동시키도록 구성되는, 접합 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심 축을 중심으로 상기 유지 요소를 회전시키도록 구성된 회전 액추에이터를 추가로 포함하는, 접합 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 접합력 조정 액추에이터에 가장 가까운 상기 복수의 센서들 중 하나에 의해 측정된 반력에 기초하여 상기 복수의 접합력 조정 액추에이터들 각각에 의해 발휘될 상기 접합력을 결정하도록 구성되는, 접합 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합력 조정 액추에이터들의 개수는 상기 센서들의 개수와 동일한, 접합 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서들의 개수는 상기 접합력 조정 액추에이터들의 개수보다 많은, 접합 장치.
  16. 전기 구성요소를 베이스 부재에 접합하는 방법으로서, 상기 방법은 :
    상기 전기 구성요소를 상기 베이스 부재와 접촉시키도록 유지 요소의 중심 축에 직각인 하나 이상의 축에 대해 상기 유지 요소를 기울이기 위하여 상기 전기 구성요소를 유지하는 상기 유지 요소를 하나 이상의 작동 방향으로 이동시키는 단계로서, 상기 하나 이상의 작동 방향은 상기 유지 요소의 중심 축에 평행하고, 상기 유지 요소의 중심 축은 상기 전기 구성요소를 상기 베이스 부재와 접촉시킬 때 상기 전기 구성요소 및 상기 베이스 부재를 통해 연장되는, 상기 이동시키는 단계;
    상기 전기 구성요소와 상기 베이스 부재 사이의 접촉에 반응하여 상기 유지 요소 상의 각각의 위치에서 센서들로 상기 유지 요소에 발휘되는 반력들을 측정하는 단계;
    상기 전기 구성요소를 상기 베이스 부재에 접합하기 위한 접합 공정 동안 상기 유지 요소의 2 개 이상의 작동 영역들에 발휘될 접합력들을 결정하는 단계로서, 상기 접합력들은 측정된 반력들에 기초하여 결정되는, 상기 결정하는 단계; 및
    상기 접합 공정 동안 복수의 접합력 조정 액추에이터들을 사용하여, 상기 유지 요소의 작동 영역들에서 상기 결정된 접합력들을 발휘시키는 단계로서, 각각의 접합력 조정 액추에이터는 자석 및 코일 유닛 중 하나의 형태인 고정 요소와 상기 자석 및 상기 코일 유닛 중 다른 하나의 형태인 가동 요소를 포함하는, 상기 발휘시키는 단계를 포함하는, 접합 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 유지 요소를 이동시키는 단계는 :
    상기 중심 축에 직각인 축을 중심으로 상기 유지 요소를 기울이는 단계;
    상기 유지 요소가 기울어진 채로 있는 동안 상기 전기 구성요소를 상기 베이스 부재와 접촉시키는 단계; 및
    상기 전기 구성요소가 상기 베이스 부재와 평행될 때까지 상기 베이스 부재와 상기 전기 구성요소를 추가로 접촉시키기 위해 상기 중심 축에 직각인 상기 축을 중심으로 상기 유지 요소를 회전시키는 단계를 추가로 포함하는, 접합 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 중심 축에 직각인 상기 축을 중심으로 상기 유지 요소를 회전시키는 단계는 :
    상기 유지 요소의 제 1 측부에서 상기 베이스 부재로부터 멀어지는 방향으로 제 1 힘을 발휘시키는 단계; 및
    상기 유지 요소의 제 2 측부에서 상기 베이스 부재를 향한 방향으로 제 2 힘을 발휘시키는 단계로서, 상기 제 2 힘은 상기 제 1 힘보다 큰, 상기 제 2 힘을 발휘시키는 단계를 추가로 포함하는, 접합 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 반력들은 상기 유지 요소의 제 1 위치에 발휘되는 제 1 반력 및 상기 유지 요소의 제 2 위치에 발휘되는 제 2 반력을 포함하고, 상기 방법은 상기 반력들을 반복적으로 측정하는 단계, 상기 측정된 반력들에 기초하여 상기 접합력들을 결정하는 단계 및 상기 제 1 및 제 2 반력 사이의 차이가 미리 결정된 임계 값 미만이 될 때까지 상기 유지 요소의 작동 영역들에 상기 결정된 접합력들을 발휘하는 단계를 추가로 포함하는, 접합 방법.
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