KR102621609B1 - 프로브 핀 본딩 방법, 프로브 핀 본딩 유니트 및 듀얼 타입 프로브 핀 본딩 장치 - Google Patents

프로브 핀 본딩 방법, 프로브 핀 본딩 유니트 및 듀얼 타입 프로브 핀 본딩 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프로브 핀 본딩 방법 및 본딩 유니트와 이 본딩 유니트가 좌우 대칭으로 배치된 듀얼타입 프로브 핀 본딩장치에 관한 것으로, 기판 연결부와 캔틸레버부 및 웨이퍼 접촉부가 크랭크 형태로 이루어진 프로브 핀(P)을 본딩 그리퍼(1010)로 파지하되 캔틸레버부와 웨이어 접촉부가 본딩 그리퍼의 하부 내측에 위치하도록 종래와는 반대로 파지하고, 프로브 핀(P)의 기판 연결부 후부에서 레이저 빔을 조사하여 본딩하는 방법이며, 본딩 장치는 관통홀(1012)을 갖는 본딩 그리퍼(1010); 상기 본딩 그리퍼의 상부에 구비되어 상기 관통홀을 통해 본딩 그리퍼에 파지된 프로브 핀의 높이와 위치 오차를 검사하는 비전 카메라(1020); 상기 본딩 그리퍼로 파지된 프로브 핀의 후부에서 레이저빔을 조사하여 프로브카드에 프로브 핀을 본딩하는 레이저빔 조사부(1030);를 포함하여 이루어지는 프로브 핀 본딩 유니트가 개시된다.

Description

프로브 핀 본딩 방법, 프로브 핀 본딩 유니트 및 듀얼 타입 프로브 핀 본딩 장치{Bonding method of probe pin and bonding unit and bonding device thereof}
본 발명은 프로브 핀 본딩 방법 및 본딩 유니트와 이 본딩 유니트가 좌우 대칭으로 배치된 듀얼 타입의 프로브 핀 본딩 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 프로브카드는 반도체 기판 상에 형성된 칩의 전기적 성능을 검사하기 위한 장치로, 프로브카드에는 무수히 많은 복수의 프로브 핀이 본딩되어 있으며, 이들 복수의 프로브 핀은 반도체 칩의 패드와 접촉하여 전기적 신호를 인가하는 방식으로 칩의 정상유무를 확인하는데 사용되고 있다.
한편, 반도체 소자가 점점 고집적화됨에 따라 반도체 소자의 회로 패턴도 미세화되고 있으므로 반도체 소자의 미세 회로 패턴의 간격과 대응되는 간격을 갖도록 프로브 핀이 본딩된 프로브카드가 요구되고 있다.
따라서, 상술한 프로브카드를 제작함에 있어서는 프로브카드의 기판 상에 다수의 프로브 핀을 정확한 위치에 정확한 자세로 본딩해주어야 하는 정밀도를 요구하는 것은 물론, 무수히 많은 프로브 핀을 기판 상에 본딩하여 프로브카드를 완성하기 위하여는 상당한 시간이 소요된다는 공정상의 문제점이 있다.
본 출원인이 조사한 바에 의하면 본 발명의 프로브 핀 본딩 방법과 본딩 유니트 및 본딩 장치와 관련된 종래기술로는 특허문헌 1 내지 4 등이 개시되어 있는데, 특허문헌 1의 "프로브 본딩장치 및 이를 이용한 프로브 본딩방법"에는 프로브를 정렬하기 전에 제1비전수단에 의해 프로브의 일단과 타단을 촬영하여 이를 근거로 프로브가 휨에 의한 불량여부를 판단하여 불량인 프로브를 사전에 제거하도록 되어 있으며, 이의 전체적인 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 프로브가 안착되는 적어도 하나의 트레이(110), 상기 프로브를 파지하는 제1그리퍼(120), 상기 프로브를 기구적으로 정렬하는 포밍유닛(130), 상기 프로브를 파지하는 제2그리퍼(140), 솔더페이스트가 수용된 납조를 구비하는 디핑유닛(150), 기판을 고정하는 척유닛(160), 레이저를 조사하여 상기 프로브를 본딩하는 레이저부(170), 상기 제1그리퍼(120)에 파지된 프로브의 일단 및 타단을 촬영하는 제1비전수단(210), 상기 제1비전수단(210)에 의해 촬영된 영상을 근거로 상기 프로브의 불량여부를 판단하는 제어부(미도시), 상기 제어부에 의해 불량으로 판단된 상기 프로브가 버려지는 석션호스(미도시), 상기 프로브가 상기 납조에서 디핑되는 것을 모니터링하는 제3비전수단(230), 상기 제2그리퍼(140)에 파지되어 상기 기판상으로 이동된 상기 프로브가 본딩될 정위치에 위치하였는지 확인하는 제4비전수단(240)을 포함하여 이루어져 있다.
한편, 특허문헌 1을 포함하는 종래의 프로브 핀 본딩장치는 기판으로 공급되는 프로브 핀이 제1그리퍼에서 포밍유닛을 거쳐 제2그리퍼를 통해 일방향으로만 공급되는 구조로 이루어져 있었으므로 수만 개의 프로브 핀을 본딩하여야 하는 1장의 프로브카드를 완성하는데 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
특허문헌 2의 "프로브 핀 본딩장치용 본딩유닛"은 도 2에 도시된 바와 같이 프로브카드에 본딩되는 프로브 핀의 피치를 줄이기 위해서 본딩 그립 모듈(460), 본딩 비젼 모듈(420), 레이저 모듈(440)을 포함하며, 본딩 그립 모듈(460)의 본딩 그리퍼(461) 측면에 본딩 경사면(462)을 형성하여 레이저 모듈(440)의 레이저빔 조사각에 대응하도록 경사각이 결정되도록 되어 있다.
한편, 특허문헌 2에 있어서는 도 3에 도시된 바와 같이 레이저 모듈(440)에서 방출되는 레이저빔이 본딩 그리퍼(461)로 파지된 프로브 핀(10)의 일 측면에 조사되는 방식으로 이루어져 있었으므로 프로브카드(P)에 솔더 페이스트(520)로 본딩되는 과정에서 프로브 핀의 좌우측에서 온도차이가 발생하게 되며, 이러한 온도차이로 인하여 솔더페이스트(520)의 용융이 이루어지고 본딩 그리퍼(461)의 파지가 종료된 후 상온으로 냉각되는 과정에서 프로브 핀 좌우측에서 솔더페이스트의 용융 후 냉각되면서 수축 시간차이로 프로브카드(P)에 본딩된 프로브 핀(10)이 도 3에서 좌우로 기울어지게 되는 현상이 발생하게 되는바, 이러한 기울어짐으로 인하여 반도체 기판의 칩에 형성된 패드에 정확하게 일치가 되지 않게 되는 상황이 발생함으로써 본딩 불량을 초래하는 것은 물론, 레이저빔의 측면 조사에 의한 본딩 방식에 있어서는 본딩 불량이 발생한 프로브 핀을 제거하기 위해서는 레이저빔의 조사에 지장을 초래하는 같은 열의 다른 정상적으로 본딩된 프로브 핀을 모두 제거한 후 다시 본딩하여야 하는 문제점이 있었다.
특허문헌 3의 "프로브 핀 본딩 장치용 본딩 그리퍼 및 이를 포함하는 프로브 본딩장치"에 개시된 프로브 본딩장치용 본딩 그리퍼(140)는 도 4에 도시된 바와 같이 프로브(13)를 파지하는 한 쌍의 죠우(141)를 구비하고, 한 쌍의 죠우(141) 중 적어도 하나의 죠우(141)에는 상기 프로브(13)의 상면의 적어도 일부가 접촉될 수 있도록 죠우단부(141s)가 형성되며, 상기 죠우단부(141s)에 접촉되는 상기 프로브(13)의 상면은 복수의 연결빔(13b) 중 최상단에 위치한 연결빔(13b)이고, 한 쌍의 죠우(141)는 각각, 몸체부(141a) 및 상기 몸체부(141a)에서 하측으로 돌출 연장되어 형성된 파지부(141b)를 포함하고 있으며, 특허문헌 3의 본딩 그리퍼 또한 특허문헌 1 및 2에서와 같이 본딩 그리퍼가 프로브 핀의 기판 연결부 상단부를 파지하고 캔틸레버부와 웨이퍼 접촉부가 외측으로 노출되도록 한 상태에서 레이저부에서 방출된 빔이 프로브 핀의 일 측면을 조사하는 방식으로 이루어져 있었으므로 상술한 바와 같은 프로브 핀의 기울어짐 현상이 발생하게 되는 문제점이 여전히 남아 있었다.
특허문헌 4에는 전극패드의 형태에 따른 레이저 조건 데이터에 의해 전극패드의 형태 및 디바이스의 종류에 따라서 가장 적합한 레이저 출력으로 최적으로 조사시간동안 레이저를 조사하여 프로브를 본딩하는 기술이 개시되어 있으나,특허문헌 4 또한, 프로브 핀의 파지 방식이 상술한 특허문헌 1 내지 3과 동일하므로 레이저 출력의 조사 제어를 적절하게 제어하더라도 위에서 언급한 문제점을 근본적으로 해소할 수는 없었다.
한국등록특허 제10-1838954호(2018.03.09. 등록) 한국등록특허 제10-1839366호(2018.03.12. 등록) 한국등록특허 제10-1957419호(2019.03.06. 등록) 한국공개특허 제10-2018-0021996호(2018.03.06. 공개)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 프로브 핀의 본딩시 기울어짐 발생을 최소화하고, 프로브 핀의 본딩 불량 또는 프로브 핀의 손상 발생시 본딩 불량 또는 손상된 프로브 핀의 옆에 있는 정상 상태의 프로브 핀의 제거 없이 본딩 불량 또는 손상된 프로브 핀만을 제거한 후 그 자리에 새 프로브 핀을 다시 본딩할 수 있도록 하며, 프로브 핀을 척 유니트에 좌우에서 교대로 공급하도록 하여 본딩하도록 함으로써 프로브카드의 생산성을 향상시킬 수 있는 프로브 핀 본딩 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 또, 상술한 본딩 방법에 사용되는 프로브 핀 본딩 유니트 및 상기 본딩 유니트를 1쌍으로 배치하여 프로브 핀을 교대로 공급하면서 본딩속도를 향상시킬 수 있도록 하는 프로브 핀 본딩장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판 연결부와 캔틸레버부 및 웨이퍼 접촉부가 크랭크 형태로 이루어진 프로브 핀을 본딩 그리퍼로 파지하되 캔틸레버부와 웨이어 접촉부가 본딩 그리퍼의 하부 내측에 위치하도록 파지하고, 프로브 핀의 기판 연결부 후부에서 레이저 빔을 조사하여 본딩하는 것을 특징으로 하는 프로브 핀 본딩 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 본딩 그리퍼에는 상하로 관통홀이 형성되어 본딩 그리퍼의 상부에 위치한 비전 카메라가 프로브 핀의 높이와 위치 오차를 검사하도록 한다.
본 발명은 또, 상술한 프로브 핀 본딩 방법에 사용되는 본딩 유니트로, 관통홀을 갖는 본딩 그리퍼와; 상기 본딩 그리퍼의 상부에 구비되어 상기 관통홀을 통해 본딩 그리퍼에 파지된 프로브 핀의 높이와 위치 오차를 검사하는 비전 카메라와; 상기 본딩 그리퍼로 파지된 프로브 핀의 후부에서 레이저빔을 조사하여 프로브카드에 프로브 핀을 본딩하는 레이저빔 조사부;를 포함하여 이루어지는 프로브 핀 본딩 유니트를 제공한다.
본 발명은 또한, 상술한 프로브 핀 본딩 유니트를 이루는 본딩 그리퍼가 프로브카드가 안치된 척 유니트의 좌우측에 대칭 상태로 배치되어 좌,우의 프로브 핀 본딩 그리퍼에서 교대로 상기 척 유니트의 프로브카드로 프로브 핀을 공급하여 본딩하도록 된 듀얼 타입 프로브 핀 본딩 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 의하면 레이저 빔을 프로브 핀의 후면에서 프로브 핀의 좌우 양측으로 동시에 조사함으로써 본딩과정에서 솔더페이스트의 열적 불균형으로 인해 프로브 핀이 좌우로 기울어지는 것을 방지할 수 있고, 본딩 그리퍼가 프로브 핀을 종래와는 반대로 파지한 상태에서 프로브 핀을 상하로 관통한 관통공을 통해 카메라가 프로브 핀의 높이와 기울어짐을 정상적으로 검사할 수 있으며, 프로브 핀 본딩 유니트를 구성하는 본딩 그리퍼를 척 유니트의 좌,우에 대칭으로 배치하여 프로브 핀을 교대로 공급하면서 본딩하게 되므로 프로브 핀 본딩시간을 단축하여 프로브카드의 생산성을 향상시킬 수 있는 등의 유용한 효과가 있다.
도 1은 종래 프로브 핀 본딩장치의 사시도,
도 2는 종래 본딩 그리퍼가 프로브 핀을 파지하고 있는 상태,
도 3은 도 2에서 레이저빔이 조사되어 프로브 핀을 본딩하는 상태의 정면도,
도 4는 종래 본딩 그리퍼에 프로브 핀이 파지된 상태의 사시도,
도 5는 본 발명에 의한 프로브 핀 본딩 유니트의 개략 사시도,
도 6은 도 5의 요부를 확대한 저면 사시도,
도 7은 도 5의 측면도,
도 8은 본 발명에 의한 프로브 핀 본딩장치의 전체 구성도,
도 9는 본 발명의 본딩장치에서 프로브 핀이 나란히 본딩되는 상태를 도시한 이미지이다.
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.
도 5 내지 7에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 프로브 핀 본딩 유니트(1000)가 개략적으로 도시되어 있는데, 이는 관통홀(1012)을 갖는 본딩 그리퍼(1010)와;
상기 본딩 그리퍼(1010)의 상부에 구비되어 상기 관통홀(1012)을 통해 본딩 그리퍼(1010)에 파지된 프로브 핀(P)의 높이와 위치 오차를 검사하는 비전 카메라(1020)와;
상기 본딩 그리퍼(1010)로 파지된 프로브 핀(P)의 후부에서 레이저빔(L)을 조사하여 프로브카드(도시 생략됨)에 프로브 핀(P)을 본딩하는 레이저빔 조사부(1030);를 포함하여 이루어져 있다.
본 실시 예에서, 상기 본딩 그리퍼(1010)는 밀착 및 이격동작이 이루어지는 1쌍의 핑거로 이루어져 있고, 이 본딩 그리퍼(1010) 하단부의 팁(1011)에 프로브 핀(P)이 물린 상태로 본딩이 이루어지게 된다.
상기 본딩 그리퍼(1010)는 기판 연결부(Pa)와 캔틸레버부(Pb) 및 웨이퍼 접촉부(Pc)가 크랭크 형태로 이루어진 프로브 핀(P)을 파지하되 캔틸레버부(Pb)와 웨이퍼 접촉부(Pc)가 본딩 그리퍼(1010)의 하부 내측에 위치하도록 파지하게 되는바, 이는 프로브 핀의 후방 상부에서 레이저빔을 조사할 경우 종래의 본딩 방법이나 본딩 장치에서 그리핑하던 방식 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 캔틸레버부와 웨이퍼 접촉부가 본딩 그리퍼의 전방으로 노출되도록 파지하게 될 경우에는 레이저 빔 조사부에서 방출되는 레이저 빔이 캔틸레버부와 웨이퍼 접촉부에 의해 간섭을 일으키게 됨으로써 기판 연결부로 직접 조사가 이루어지지 않게 되기 때문이며, 이때, 비전 카메라(1020)는 본딩 그리퍼(1010)에 의해 파지된 프로브 핀(P)의 높이를 측정하기 위해서 상기 본딩 그리퍼(1010)에 상하로 형성된 관통홀(1012)을 통해 촬영 영역(S)을 확보하여 본딩 그리퍼(1010)에 의해 파지된 프로브 핀(P)의 높이와 위치 오차를 촬영하여 검사하게 되는 것이다.
본 실시 예에서, 상기 본딩 그리퍼(1010)는 하단부의 팁(1011) 두께가 60~70㎛ 수준으로 아주 얇기 때문에 강성과 내마모성이 우수한 초경합금으로 이루어져 있다.
또, 본 실시 예에서, 상기 본딩 그리퍼(1010)에 형성되는 관통홀(1012)은 상부에 배치된 비전 카메라(1020)의 영상과 조명 간섭을 피할 수 있도록 적정한 투영면적을 갖도록 되어 있는데, 이 관통홀(1012)은 1쌍의 핑거 내측에 절반정도씩 만입홈이 형성되어 1쌍의 핑거가 오므라진 상태에서 장방형의 관통홀(1012)을 형성하게 되며, 일측 핑거의 전면과 측면은 레이저빔 조사부(1030)에서 조사된 레이저빔이 후면 조사와 측면 조사가 가능한 구조 즉, 일측 핑거의 측면이 도 5에 도시된 바와 같이 사선방향으로 조사되는 레이저빔과의 간섭을 피할 수 있도록 경사면을 이루고 있고, 일측 핑거의 전면은 도 7에 도시된 바와 같이 수직상태를 이루고 있다.
본 실시 예에서, 상기 비전 카메라(1020)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 척 유니트(1100) 상에 안치된 프로브카드(C)의 기판 기준점(DUT 마크)을 보고 본딩하기 위한 X,Y,Z 3방향의 기준을 잡고, 프로브 핀(P)의 웨이퍼 접촉부(Pc) 상부 끝면을 보며 프로브카드의 기준점과의 상대적 위치 오차를 계산해 본딩 위치를 보정하는데, 비전 카메라(1020)는 포커싱이 되는 심도가 작기 때문에 비전 카메라(1020)가 Z축 방향으로 하강하면서 포커싱이 되는 위치를 찾아 리니어 엔코더로 위치를 인식하게 되며, 본딩 전에는 정렬을 하기 위해 검사를 하고, 본딩 후에는 선택적으로 본딩 상태를 확인하기 위해 검사를 실시한다.
한편, 본 실시 예에서 상기 레이저 빔 조사부(1030)는 일반적인 상황에서는 후면 조사를 하여 작업을 실시하게 되며, 프로브 핀(P)의 형태가 특이하여 레이저빔과의 간섭이 발생할 경우에는 측면 조사를 실시하게 되는데, 이때에는 일부 구조물을 교체하여 주어야 한다.
본 실시 예에서, 상기 레이저빔(L)의 조사범위는 프로브핀 접합부에 묻은 솔더페이스트에 따라 달라지지만 직사각 형태로 600㎛ ×120㎛ 정도가 되는데, 광학계를 회전시켜서 후면 조사일 경우에는 위아래로 길게 조사하고, 측면 조사일 경우에는 좌우로 길게 조사한다.
또, 레이저빔의 조사시간은 제품에 따라 다르지만 일반적으로 측면 조사시에는 1.5~1.7초 정도이고, 후면 조사시에는 측면 조사시와 같거나 약간 길어질 정도로 공정시간이 지연될 우려는 없다.
도 8에는 본 발명에 의한 듀얼 타입 프로브 핀 본딩장치(1)가 도시되어 있는데, 이는 상술한 프로브 핀 본딩 유니트(1000)를 구성하는 본딩 그리퍼(1010,1010')가 프로브카드가 안치된 척 유니트(1110)의 좌우측에 대칭 상태로 배치되어 좌,우측의 본딩 그리퍼(1010,1010')에서 교대로 상기 척 유니트(1100)의 프로브카드(C)로 프로브 핀(P)을 공급하여 본딩하도록 되어 있다.
도 8에 도시된 듀얼 타입 본딩 장치(1)는 좌우측 본딩 그리퍼(1010,1010')의 전단에 각각 프로브 핀을 교대로 공급할 수 있도록 핀 트랜스퍼 유니트(1200,1200'), 핀 카세트 유니트(1300,1300'), 솔더 & 디핑 유니트(1400,1400'), 포밍 유니트(1500,1500')가 배치되어 있어서 좌우측의 핀 카세트 유니트(1300,1300')에서 프로브 핀이 취출되어 포밍 유니트(1500,1500')를 거쳐 정렬된 후 솔더 & 디핑 유니트(1400,1400')에서 솔더페이스트가 도포되어 핀 트랜스퍼 유니트(1200,1200')로 이송되고, 마지막으로 본딩 그리퍼(1010,1010')에 의해 파지되어 척 유니트(1100)로 공급되어 프로브카드의 기판 위에 본딩된다.
상기의 핀 트랜스퍼 유니트, 핀 카세트 유니트, 솔더 & 디핑 유니트, 포밍 유니트는 본 발명이 속한 프로브 핀 본딩분야에서 공지의 기술이므로 이에 대한 구체적인 도시와 설명은 생략하기로 한다.
도 9는 본 발명의 본딩 방법을 적용하여 프로브 핀을 본딩하는 상태를 보여주고 있는데, 본 발명의 본딩 방법 및 본딩 장치를 이용하게 되면 프로브카드(C)의 기판 위에 다수의 프로브 핀(P)을 매우 촘촘하게 나란히 본딩할 수 있으며, 재본딩시에도 불량 또는 손상된 프로브핀만을 제거한 후 새 프로브 핀을 해당위치에 본딩시킬 수 있는바, 이는 본 발명에서 레이저 빔(L)이 특허문헌 1 내지 4를 포함하는 종래 본딩 방법 및 장치에서 적용되었던 측면 조사방식이 아닌 후면 조사방식을 취하고 있으므로 인접한 프로브 핀에 의해 레이저 빔 경로에 간섭이 발생하지 않기 때문에 가능한 것이다.
또한, 본 발명의 본딩 방법을 적용하게 되면 본딩 그리퍼가 종래와는 반대로 프로브 핀을 반대로 파지한 상태에서 레이저 빔을 프로브 핀의 기판 연결부 후면 측에서 좌우 균일하게 조사하게 됨으로써 프로브 핀 좌우측에서의 솔더페이스트에 인가되는 용융열이 동일하여 좌우의 솔더페이스트가 용융된 후 냉각되어 수축되면서 열분포의 차이로 인한 프로브 핀의 좌우 기울어짐 현상이 발생하지 않게 되는 것이며, 본 발명의 본딩장치는 척 유니트의 좌우측에 본딩 그리퍼를 대칭으로 배치하여 교대로 프로브 핀을 연속적으로 공급하여 본딩하도록 구성되어 있으므로 본딩시간을 단축하여 프로브카드의 생산성을 향상시킬 수 있는 것이다.
1000 : 본딩 유니트
1010,1010' : 본딩 그리퍼
1020 : 비전 카메라
1030 : 레이저 빔 조사부
1100 : 척 유니트
1200,1200': 핀 트랜스퍼 유니트
1300,1300' : 핀 카세트 유니트
1400,1400' : 솔더 & 디핑 유니트
1500,1500' : 포밍 유니트
C : 프로브카드
L : 레이저 빔
P : 프로브 핀
Pa : 기판 연결부
Pb : 캔틸레버부
Pc : 웨이퍼 접촉부
S : 촬영 영역(카메라)

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 본딩 그리퍼와;
    상기 본딩 그리퍼의 상부에 구비되어 본딩 그리퍼에 파지된 프로브 핀의 높이를 검사하는 비전 카메라와;
    상기 본딩 그리퍼로 파지된 프로브 핀의 후부에서 레이저빔을 조사하여 프로브카드에 프로브 핀을 본딩하는 레이저빔 조사부;를 포함하되,
    상기 본딩 그리퍼가 프로브카드가 안치된 척 유니트의 좌우측에 대칭 상태로 배치되어 좌,우의 본딩 그리퍼에서 교대로 상기 척 유니트의 프로브카드로 프로브 핀을 공급하여 본딩하도록 된 것을 특징으로 하는 듀얼 타입 프로브 핀 본딩장치.
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