KR102659224B1 - 멀티칩 레이저 본딩 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저를 관통시키는 상부 투과창을 구비하는 챔버 하우징과, 챔버 하우징의 내부에서 상부 투과창의 하부에 이격되어 위치하며, 멀티칩이 안착되는 기판을 지지하는 기판 지지대와, 기판 지지대를 상승 및 하강시키는 기판 승강 수단과, 챔버 하우징의 외부에서 상기 상부 투과창을 통하여 멀티칩의 상부로 레이저를 조사하는 레이저 조사 수단 및 상부 투과창의 하부에 위치하여 레이저를 투과시키며, 멀티칩의 본딩 과정에서 멀티칩의 상면과 접촉되는 고착 방지 필름을 포함하는 멀티칩 레이저 본딩 장지를 개시한다.

Description

멀티칩 레이저 본딩 장치{Laser Bonding Apparatus For MultiChip}
본 발명은 레이저를 이용하여 멀티칩을 기판에 레이저 본딩하는 멀티칩 레이저 본딩 장치에 관한 것이다.
복수의 반도체 칩으로 구성되는 멀티칩을 본딩하는 방법으로 와이어를 이용하는 와이어 본딩 방법과 솔더 범프를 이용하는 리플로우 방법이 있다. 최근에는 반도체 칩의 소형화 추세에 따라 솔더 범프를 이용한 리플로우 방법이 많이 사용되고 있다. 상기 리플로우 방법은 솔더 범프와 반도체 칩을 기판 위에 배치한 상태에서 고온으로 가열하는 가열 리플로우 방식과, 솔더 범프와 반도체 칩을 기판 위에 배치한 상태에서 반도체 칩의 상부로 레이저 빔을 조사하는 레이저 본딩 방식이 있다.
최근에는 상기 레이저 본딩 방식은 공정의 효율성이 높아 많이 적용되고 있다. 다만, 상기 레이저 본딩 방식은 멀티칩이 안착되는 기판의 상면에서 전체적으로 레이저를 조사하므로, 멀티칩과 기판이 함께 가열되면서 변형될 가능성이 있다. 또한, 상기 멀티칩과 기판의 두께가 얇아지는 추세이므로, 레이저 본딩 과정에서 반도체 칩과 기판이 변형될 가능성이 증가될 수 있다. 특히, 상기 본딩 과정에서 멀티칩이 가압되는 경우에 멀티집을 전체적으로 균일하게 가압하는 것이 필요하다. 또한, 상기 레이저 본딩 방식은 본딩 과정에서 발생되는 본딩 흄이 레이저 발광 모듈을 오염시킴으로써 레이저의 조사 효율을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 레이저 본딩 과정에서 멀티칩을 균일하게 가압할 수 있는 멀티칩 레이저 본딩 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 수단이 본딩 흄에 의하여 오염되는 것을 감소시킬 수 있는 멀티칩 레이저 본딩 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 멀티칩 레이저 본딩 장치는 멀티칩이 안착되는 기판을 챔버 하우징의 내부에 상기 멀티칩의 상면이 모두 노출되도록 안착시키고, 상기 멀티칩의 레이저 본딩 과정에서 상기 기판을 상승시켜 상기 멀티칩의 상면이 상기 챔버 하우징의 상부에 위치하는 상부 투과창을 커버하는 고착 방지 필름과 직접 접촉시켜 상기 멀티칩의 상면에 압력을 인가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 멀티칩 레이저 본딩 장치는 레이저를 관통시키는 상부 투과창을 구비하는 챔버 하우징과, 상기 챔버 하우징의 내부에서 상기 상부 투과창의 하부에 이격되어 위치하며, 멀티칩이 안착되는 기판을 지지하는 기판 지지대와, 상기 기판 지지대를 상승 및 하강시키는 기판 승강 수단과, 상기 챔버 하우징의 외부에서 상기 상부 투과창을 통하여 상기 멀티칩의 상부로 레이저를 조사하는 레이저 조사 수단 및 상기 상부 투과창의 하부에 위치하여 레이저를 투과시키며, 상기 멀티칩의 본딩 과정에서 상기 멀티칩의 상면과 접촉되는 고착 방지 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고착 방지 필름은 상기 상부 투과창의 폭과 길이보다 큰 폭과 길이로 형성되고 상기 기판의 폭과 길이보다 큰 폭과 길이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 고착 방지 필름은 상기 상부 투과창의 폭 및 상기 기판의 폭보다 큰 폭으로 형성되어 롤투롤 방식으로 공급되며, 상기 멀티칩 레이저 본딩 장치는 상기 고착 방지 필름의 장력을 조절하는 텐셔너를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고착 방지 필름은 상기 레이저를 투과시켜 탄성이 있는 투명 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 레이저 조사 수단은 상기 기판의 면적보다 큰 면적으로 배열되는 복수개의 VCSEL 소자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 챔버 하우징은 진공 배기하는 진공 배기구를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 챔버 하우징은 흄 배기 과정에서 내부 공간이 진공 배기되면서 배기 압력과 흄 발생 온도로 유지되고, 레이저 본딩 과정에서 본딩 압력과 솔더 용융 온도로 유지될 수 있다.
또한, 상기 흄 배기 과정에서 상기 멀티칩의 상면과 상기 고착 방지 필름과 서로 이격되며, 상기 레이저 본딩 과정에서는 상기 멀티칩의 상면과 상기 고착 방지 필름은 서로 접촉될 수 있다.
또한, 상기 챔버 하우징은 흄 배기 과정 또는 레이저 본딩 과정에서 발생되는 흄을 희석시키기 위한 희석 가스를 공급하는 가스 공급구를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고착 방지 필름의 오염도를 측정하는 오염도 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판 지지대는 상기 기판을 가열하기 위한 기판 히터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 멀티칩 레이저 본딩 장치는 상기 기판 지지대의 상면에 안착되는 상기 멀티칩의 상면에 인가되는 압력을 측정하는 압력 측정 수단 및 상기 압력 측정 수단과 상기 기판 지지대 사이에 위치하는 단열재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 멀티칩 레이저 본딩 장치는 상기 고착 방지 필름의 하면으로 고착 방지 가스를 분사하는 고착 방지 가스 분사 수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 레이저 본딩 장치는 레이저 본딩 과정에서 기판과 멀티칩을 고착 방지 필름에 직접 접촉시켜 멀티칩을 가압하므로 멀티칩을 균일하게 가압할 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저 본딩 장치는 레이저 본딩 과정에서 발생되는 본딩 흄을 고착 방지 필름을 이용하여 차단하여 레이저 조사 수단과 상부 투과창이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티칩 레이저 본딩 장치의 수직 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 지지대에 대응되는 다른 실시예의 기판 지지대의 수직 단면도이다.
도 3은 도 1의 레이저 조사 수단에 대한 사시도이다.
도 4는 도 3의 레이저 조사 수단의 분해 사시도이다.
도 5는 도 3의 레이저 조사 수단을 구성하는 냉각 블록의 수직 단면도이다.
도 6은 도 5에 대응되는 다른 실시예에 따른 냉각 블록의 수직 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티칩 레이저 본딩 장치의 수직 단면도이다.
도 8은 도 1의 멀티칩 레이저 본딩 장치의 작용을 나타내는 수직 단면도이다.
이하에서 실시예와 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 멀티칩 레이저 본딩 장치에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티칩 레이저 본딩 장치의 수직 단면도이다. 도 2는 도 1의 기판 지지대에 대응되는 다른 실시예의 기판 지지대의 수직 단면도이다. 도 3은 도 1의 레이저 조사 수단에 대한 사시도이다. 도 4는 도 3의 레이저 조사 수단의 분해 사시도이다. 도 5는 도 3의 레이저 조사 수단을 구성하는 냉각 블록의 수직 단면도이다. 도 6은 도 5에 대응되는 다른 실시예에 따른 냉각 블록의 수직 단면도이다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티칩 레이저 본딩 장치의 수직 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티칩 레이저 본딩 장치(10)는, 도 1 내지 7을 참조하면, 챔버 하우징(100)과 기판 지지대(200)와 기판 승강 수단(260)과 레이저 조사 수단(300) 및 고착 방지 필름(400)을 포함할 수 있다.
상기 멀티칩 레이저 본딩 장치(10)는 챔버 하우징(100)의 내부에서 기판(20)과 멀티칩(30)의 상면에 레이저를 조사하여 기판(20)의 상면에 레이저 본딩할 수 있다. 상기 멀티칩 레이저 본딩 장치(10)는 멀티칩(30)이 안착되는 기판(20)을 챔버 하우징(100)의 내부에 멀티칩(30)의 상면이 모두 노출되도록 안착시킬 수 있다.
상기 멀티칩 레이저 본딩 장치(10)는 상기 멀티칩(30)의 레이저 본딩 과정에서 상기 기판(20)을 상승시켜 상기 멀티칩(30)의 상면이 챔버 하우징(100)의 상부에 위치하는 상부 투과창을 커버하는 고착 방지 필름(400)과 직접 접촉시켜 멀티칩(30)의 상면에 압력을 인가할 수 있다. 따라서, 상기 멀티칩 레이저 본딩 장치(10)는 레이저 본딩 과정에서 멀티칩의 상면을 균일하게 가압할 수 있다.
상기 멀티칩 레이저 본딩 장치(10)는 대면적 레이저 조사 수단(300)을 이용하여 멀티칩(30)을 레이저 본딩하므로 멀티칩(30)에 대한 택 타입(tact time)을 단축시키고 멀티칩(30)의 본딩을 신속하고 효율적으로 진행할 수 있다.
상기 멀티칩 레이저 본딩 장치(10)는 레이저 본딩 과정에서 본딩 압력과 솔더 용융 온도로 유지되고, 흄 배기 과정에서 챔버 하우징(100)의 내부가 진공 배기되면서 배기 압력과 흄 발생 온도로 유지될 수 있다. 상기 솔더 용융 온도는 230 ~ 270℃의 온도일 수 있다. 상기 흄 발생 온도는 180 ~ 220℃의 온도일 수 있다.
상기 챔버 하우징(100)은 상부 투과창(110)과 진공 배기구(120) 및 가스 공급구(130)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 진공 배기구(120)와 가스 공급구(130)는 각각 복수 개로 형성될 수 있다.
상기 챔버 하우징(100)은 흄 배기 과정에서 진공 배기구(120)에 의하여 배기되며 1기압 이하로 유지될 수 있다. 즉, 상기 챔버 하우징(100)은 배기 압력이 1기압 이하로 유지될 수 있다. 또한, 상기 챔버 하우징(100)은 흄 배기 과정에서 가스 공급구(130)를 통하여 희석 가스를 할 수 있다.
상기 챔버 하우징(100)은 내부가 중고인 박스 형상으로 형성될 수 있다. 상기 챔버 하우징(100)은 상부가 개방되는 챔버 본체(100a) 및 챔버 본체(100a)에 분리 가능하게 결합되는 챔버 본체(100a)의 상부를 밀폐하는 챔버 상부 커버(100b)로 형성될 수 있다. 상기 챔버 하우징(100)은 내부에 대한 유지 보수가 필요한 경우에 챔버 상부 커버(100b)를 분리할 수 있다.
상기 챔버 하우징(100)은 내부에 기판 지지대(200)와 고착 방지 필름(400)이 수용되는 공간을 제공할 수 있다. 또한, 상기 챔버 하우징(100)은 기판 지지대(200)의 상면에 레이저 본딩되는 기판(20)과 멀티칩(30)이 안착되도록 할 수 있다. 이때, 상기 멀티칩(30)은 기판(20)의 상면에 안착되어 상면이 노출될 수 있다.
상기 챔버 하우징(100)은 레이저 본딩 과정에서 본딩 압력과 솔더 용융 온도로 유지될 수 있다. 상기 챔버 하우징(100)은 별도로 공급되는 불활성 가스에 의하여 소정의 본딩 압력으로 유지될 수 있다. 또한, 상기 챔버 하우징(100)은 흄 배기 과정에서 진공 배기되면서 배기 압력과 흄 발생 온도로 유지될 수 있다.
상기 상부 투과창(110)은 평판 형상으로 형성되며, 챔버 하우징(100)의 상부에 결합될 수 있다. 상기 상부 투과창(110)은 챔버 하우징(100)의 상면에서 하면으로 관통되도록 결합될 수 있다. 상기 상부 투과창(110)은 레이저 본딩되는 기판(20)의 평면 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 상부 투과창(110)은 기판(20)의 면적보다 큰 면적으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 상부 투과창(110)은 레이저 조사 수단(300)의 평면 면적에 대응되는 면적으로 형성될 수 있다. 상기 상부 투과창(110)은 챔버 상부 커버(100b)의 두께보다 작은 두께로 형성될 수 있다.
상기 상부 투과창(110)은 상부에 위치하는 레이저 조사 수단(300)에서 조사되는 레이저를 챔버 하우징(100)의 내부로 투과시킬 수 있다. 따라서, 상기 상부 투과창(110)은 레이저 조사 수단(300)에서 조사되는 레이저에 대한 투과율이 90% 이상인 재질로 형성될 수 있다. 상기 상부 투과창(110)은 쿼쯔 재질로 형성될 수 있다.
상기 진공 배기구(120)는 챔버 하우징(100)의 측벽에 외부에서 내부로 관통되는 홀 형상으로 형성될 수 있다. 상기 가압 급기구는 챔버 본체(100a)의 하부, 중간 또는 상부에 형성될 수 있다. 상기 진공 배기구(120)는 챔버 하우징(100)의 면적에 따라 1개 또는 복수 개로 형성될 수 있다.
상기 진공 배기구(120)는 챔버 하우징(100)의 내부 공간을 진공 배기할 수 있다. 따라서, 상기 진공 배기구(120)는 레이저 본딩 과정후에 진행되는 흄 배기 과정에서 본딩 흄을 외부로 배출하는 경로를 제공할 수 있다. 상기 본딩 흄은 레이저 본딩을 위한 솔더 범프와 혼합되는 플럭스등이 연소되면서 발생되는 가스 성분들을 포함할 수 있다. 상기 진공 배기구(120)는 별도의 진공 펌프와 연결될 수 있다. 상기 진공 펌프가 작동되면 진공 배기구(120)는 레이저 본딩 과정에서 발생된 본딩 흄을 외부로 배출할 수 있다.
상기 가스 공급구(130)는 챔버 하우징(100)의 측벽에 외부에서 내부로 관통되는 홀 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 가스 공급구(130)는 챔버 본체(100a)의 하부, 중간 또는 상부에 형성될 수 있다. 상기 가스 공급구(130)는 챔버 하우징(100)의 면적에 따라 1개 또는 복수 개로 형성될 수 있다. 상기 가스 공급구(130)는 바람직하게는 진공 배기구(120)와 반대측에 형성될 수 있다.
상기 가스 공급구(130)는 레이저 본딩 과정에서 또는 흄 배기 과정에서 챔버 하우징(100)의 내부 공간에 희석 가스가 공급되는 경로를 제공할 수 있다. 상기 희석 가스는 레이저 본딩 과정에서 발생되는 본딩 흄을 희석하여 챔버 하우징(100)의 내부가 오염되는 것을 감소시킬 수 있다. 상기 가스 공급구(130)로 공급되는 희석 가스는 질소, 알곤과 같은 불활성 가스일 수 있다. 상기 가스 공급구(130)는 외부의 가스 공급 수단과 연결될 수 있다.
상기 기판 지지대(200)는 지지 본체(210) 및 지지 기둥(220)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판 지지대(200)는 기판 히터(230)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판 지지대(200)는 기판 압력 측정 수단(240) 및 기판 단열재(250)를 더 포함할 수 있다. 상기 기판 지지대(200)는 챔버 하우징(100)의 내부에서 상부 투과창(110)의 하부에 이격되어 위치하며, 멀티칩(30)이 안착되는 기판(20)을 지지할 수 있다.
상기 지지 본체(210)는 소정 두께를 갖는 판상으로 형성될 수 있다. 상기 지지 본체(210)는 강도와 내열성을 가지는 재료로 형성될 수 있다. 상기 지지 본체(210)는 스테인레스 스틸과 같은 금속 재질 또는 알루미나, 실리콘과 같은 세라믹 재질로 형성될 수 있다.
상기 지지 본체(210)는 레이저 본딩되는 기판(20)보다 큰 면적으로 형성될 수 있다. 상기 지지 본체(210)는 상면에 기판(20)을 안착시켜 지지할 수 있다. 또한, 상기 지지 본체(210)는 레이저 본딩 과정에서 기판(20)에 인가되는 압력에 의하여 변형되지 않고 기판(20)을 지지할 수 있다.
상기 지지 기둥(220)은 상단이 지지 본체(210)의 하면에 결합되고, 하단이 챔버 하우징(100)의 하부로 연장될 수 있다. 상기 지지 기둥(220)은 챔버 하우징(100)의 하측 외부로 연장될 수 있다. 상기 지지 기둥(220)은 레이저 본딩 과정에서 지지 본체(210)에 인가되는 압력에 의하여 변형되지 않도록 소정의 강도를 갖도록 형성될 수 있다
상기 기판 히터(230)는 지지 본체(210)의 내부에 형성될 수 있다. 상기 기판 히터(230)는 지지 본체(210)의 내부에서 지그재그로 연장되는 열선 히터 또는 일 방향으로 연장되고 일 방향에 수직인 방향으로 이격되는 복수 개의 바 형태의 히터로 형성될 수 있다. 상기 기판 히터(230)는 레이저 본딩 과정 또는 본딩 흄 배기 과정에서 지지 본체(210) 또는 기판(20)을 가열할 수 있다.
상기 기판 압력 측정 수단(240)은, 도 2를 참조하면, 지지 본체(210)의 하부에 위치할 수 있다. 상기 기판 압력 측정 수단(240)은 복수개의 압력 센서가 서로 이격되어 위치할 수 있다. 상기 기판 압력 측정 수단(240)은 고착 방지 필름(400)에 의하여 멀티칩(30) 또는 기판(20)으로 인가되는 압력을 측정할 수 있다. 상기 기판 압력 측정 수단(240)의 압력 센서는 로드셀과 같은 센서로 형성될 수 있다.
상기 기판 단열재(250)는 판상으로 형성되며, 지지 본체(210)의 하면과 기판 압력 측정 수단(240) 사이에 위치할 수 있다. 상기 기판 단열재(250)는 단열 세라믹으로 형성될 수 있다. 상기 기판 단열재(250)는 지지 본체(210)에서 기판 압력 측정 수단(240)으로 전달되는 열을 차단할 수 있다. 따라서, 상기 기판 압력 측정 수단(240)은 지지 본체(210)의 열에 영향받지 않고 압력을 측정할 수 있다.
상기 기판 승강 수단(260)은 기판 지지대(200)의 하부에 결합되며 기판 지지대(200)를 승강시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기판 승강 수단(260)은 지지 기둥(220)과 지지 본체(210)를 상하로 이송시킬 수 있다. 상기 기판 승강 수단(260)은 레이저 본딩 과정에서 지지 본체(210)의 상면에 안착되는 기판(20)과 멀티칩(30)을 상부 투과창(110) 방향으로 상승시킬 수 있다. 또한, 상기 기판 승강 수단(260)은 흄 배기 과정에서 기판(20)과 멀티칩(30)을 하강시킬 수 있다.
상기 기판 승강 수단(260)은 반도체 공정 장비에서 지지 본체(210)를 승강시키는 일반적인 수단으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 기판 승강 수단(260)은 모터와 볼 스크류와 같은 수단 또는 공압 실린더와 같은 수단으로 형성될 수 있다.
상기 레이저 조사 수단(300)은 챔버 하우징(100)의 상부 외측에 위치하여 멀티칩(30)의 상부로 레이저를 조사할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 레이저 조사 수단(300)은 상부 투과창(110)의 상부에 위치하여 상부 투과창(110)을 통하여 멀티칩(30)의 상면으로 레이저를 조사할 수 있다. 상기 레이저 조사 수단(300)은 멀티칩(30)의 전체에 대하여 전체적으로 균일하게 동시에 레이저를 조사할 수 있다.
상기 레이저 조사 수단(300)은 발광 소자 기판(310)과 기판 지지 블록(320)과 열전도판(330) 및 냉각 블록(340)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 레이저 조사 수단(300)은 상부 결합 나사(350) 및 하부 결합 나사(360)를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 조사 수단(300)은 복수 개의 레이저 발광 유닛이 폭 방향으로 배열되어 소정 면적으로 레이저를 조사할 수 있다. 상기 레이저 조사 수단(300)은 레이저 본딩에 필요한 레이저 빔을 발광하여 전측으로 조사할 수 있다. 상기 레이저 발광 유닛은 복수개의 레이저 발광 소자를 구비할 수 있다. 상기 레이저 발광 소자는 면 발광 레이저 소자, 에지 발광 레이저 소자 또는 VCSEL 소자로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 레이저 조사 수단(300)은 기판(20)의 면적보다 큰 면적으로 배열되는 복수 개의 VCSEL 소자를 포함할 수 있다.
상기 VCSEL 소자는 레이저 빔을 조사하는 일반적인 VCSEL 소자로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 VCSEL 소자는 면발광 레이저를 발진하는 소자일 수 있다. 상기 VCSEL 소자는 평면이 사각 형상으로 이루어지며, 바람직하게는 정사각형 또는 폭과 길이의 비가 1:2를 초과하지 않는 직사각형 형상으로 형성될 수 있다. 상기 VCSEL 소자는 육면체 형상의 칩으로 제조되며, 일면에서 고출력의 레이저 빔을 발진할 수 있다. 상기 VCSEL 소자는 복수 개가 발광 소자 기판(310)의 상면에 격자 형상으로 배열될 수 있다. 상기 VCSEL 소자는 소자 영역(300a)의 면적과 필요로 하는 레이저 빔의 에너지 량에 따라 적정한 개수가 적정한 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 VCSEL 소자는 발광되는 레이저 빔이 인접하는 VCSEL 소자의 레이저 빔과 오버랩될 때 균일한 에너지를 조사할 수 있는 간격으로 위치할 수 있다.
이하에서, 길이 방향은 상대적으로 길이가 긴 방향이며, 폭 방향은 상대적으로 길이가 짧은 방향을 의미할 수 있다.
상기 발광 소자 기판(310)은 소정 폭과 길이를 갖는 기판으로 형성되며, 길이가 상대적으로 길어 길이 방향으로 연장되는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 발광 소자 기판(310)은 상부에 복수 개의 레이저 발광 소자(311)가 격자 형상으로 배열될 수 있다. 상기 발광 소자 기판(310)은 복수개가 폭 방향으로 배열될 수 있다. 예를 들면, 도 3에서 보는 바와 같이 4개가 폭 방향으로 배열될 수 있다. 상기 발광 소자 기판(310)은 복수개로 분할되어 형성되므로 어느 하나의 레이저 발광 소자(311)가 고장 나는 경우에 해당 발광 소자 기판(310)만을 분리하여 교체할 수 있다.
상기 발광 소자 기판(310)은 양측에 기판 관통홀(312)을 구비할 수 있다. 상기 기판 관통홀(312)은 발광 소자 기판(310)의 상면에서 하면으로 관통되어 형성될 수 있다. 상기 기판 관통홀(312)은 발광 소자 기판(310)에서 레이저 발광 소자(311)가 형성되지 않는 양측 영역에 형성될 수 있다. 상기 기판 관통홀(312)은 상부 결합 나사(350)가 관통하는 통로를 제공할 수 있다.
상기 기판 지지 블록(320)은 발광 소자 기판(310)의 평면 형상에 대응되는 판상으로 형성될 수 있다. 상기 기판 지지 블록(320)은 발광 소자 기판(310)의 하면에 결합되어 발광 소자 기판(310)을 지지할 수 있다. 상기 기판 지지 블록(320)은 구리 또는 알루미늄과 같이 열전도성이 좋은 금속으로 형성될 수 있다.
상기 기판 지지 블록(320)은 양측에 지지 블록 관통홀(321)을 구비할 수 있다. 상기 지지 블록 관통홀(321)은 기판 지지 블록(320)의 상면에서 하면으로 관통되어 형성될 수 있다. 상기 지지 블록 관통홀(321)은 기판 관통홀(312)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 지지 블록 관통홀(321)은 상부 결합 나사(350)가 관통하는 통로를 제공할 수 있다.
또한, 상기 기판 지지 블록(320)은 내측에 지지 블록 결합홈(322)을 구비할 수 있다. 상기 지지 블록 결합홈(322)은 기판 지지 블록(320)의 면에서 상부로 소정 깊이로 형성될 수 있다. 상기 지지 블록 결합홈(322)은 하부 결합 나사(360)가 나사 결합되는 통로를 제공할 수 있다.
상기 열전도판(330)은 기판 지지 블록(320)의 평면 형상에 대응되는 판상으로 형성될 수 있다. 상기 열전도판(330)은 기판 지지 블록(320)의 하면에 전체적으로 접촉되도록 형성될 수 있다. 상기 열전도판(330)은 접촉되면서 변형될 수 있는 탄성이 있는 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 열전도판(330)은 열전도성이 우수한 재질로 형성될 수 있다. 상기 열전도판(330)은 그라파이트 시트, BN 시트 또는 구리 시트로 형성될 수 있다. 상기 열전도판(330)은 상부에 위치하는 기판 지지 블록(320)과 하부에 위치하는 냉각 블록(340)과 접촉하면서 기판 지지 블록(320)의 열이 냉각 블록(340)으로 용이하게 전도되도록 할 수 있다.
상기 열전도판(330)은 양측에 전도판 관통홀(331)을 구비할 수 있다. 상기 전도판 관통홀(331)은 열전도판(330)의 상면에서 하면으로 관통되어 형성될 수 있다. 상기 전도판 관통홀(331)은 지지 블록 관통홀(321)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 전도판 관통홀(331)은 상부 결합 나사(350)가 관통하는 통로를 제공할 수 있다.
상기 열전도판(330)은 내측에 전도판 결합홀(332)을 구비할 수 있다. 상기 전도판 결합홀(332)은 열전도판(330)의 상면에서 하면으로 관통되어 형성될 수 있다. 상기 전도판 결합홀(332)은 지지 블록 결합홈(322)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 전도판 결합홀(332)은 하부 결합 나사(360)가 관통하는 통로를 제공할 수 있다.
상기 냉각 블록(340)은 레이저 발광 유닛을 구성하는 발광 소자 기판(310)의 평면 형상에 대응되는 판상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 냉각 블록(340)은 도 3에서 보는 바와 같이 4개의 발광 소자 기판(310)의 평면 면적에 대응되는 면적을 갖는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 냉각 블록(340)은 열전도판(330)의 하면에 전체적으로 접촉되어 열전도판(330)에서 전달되는 열을 냉각시킨다. 따라서, 상기 냉각 블록(340)은 내부에 냉각수가 흐른다. 상기 냉각 블록(340)은 구리 또는 알루미늄과 같이 열전도성이 좋은 금속으로 형성될 수 있다.
상기 냉각 블록(340)은 양측에 냉각 블록 관통홀(341)을 구비할 수 있다. 상기 냉각 블록 관통홀(341)은 냉각 블록(340)의 상면에서 하면으로 관통되어 형성될 수 있다. 상기 냉각 블록 관통홀(341)은 기판 관통홀(312)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 냉각 블록 관통홀(341)은 상부 결합 나사(350)가 나사 결합되는 통로를 제공할 수 있다.
상기 냉각 블록(340)은 내측에 냉각 블록 결합홀(342)을 구비할 수 있다. 상기 냉각 블록 결합홀(342)은 냉각 블록(340)의 상면에서 하면으로 관통되어 형성될 수 있다. 상기 냉각 블록 결합홀(342)은 전도판 결합홀(332)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 냉각 블록 결합홀(342)은 하부 결합 나사(360)가 상부로 관통하는 통로를 제공할 수 있다.
상기 냉각 블록(340)은 하면에서 냉각 블록(340)의 내측으로 연장된 후에 다시 하면으로 개방되는 냉각 유로(343)를 더 구비할 수 있다. 상기 냉각 유로(343)는 하면에서 형성되는 냉각수 유입구(343a)와 냉각수 유출구(343b)를 구비하며 냉각 블록(340)의 내부에 냉각수가 흐르는 냉각수 통로(343c)가 형성될 수 있다. 상기 냉각 유로(343)는 외부에서 공급되는 냉각수를 냉각 블록(340)의 내부에서 순환시킨 후에 외부로 유출시키면서 냉각 블록(340)을 냉각시킬 수 있다.
또한, 상기 냉각 블록(340)은 냉각 유로(343)의 내부에 냉각수의 흐름을 지그재그로 흐르도록 유도하는 냉각 유도 블록(344)을 더 구비할 수 있다. 상기 냉각 유도 블록(344)은 냉각수 통로에 위치하여 내부를 흐르는 냉각수가 상하 방향 또는 수평 방향으로 지그재그로 흐르도록 하여 냉각수와 냉각 블록(340)의 접촉 시간과 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 상기 냉각 유도 블록(344)은 보다 효율적으로 냉각 블록(340)이 냉각수에 의하여 냉각되도록 할 수 있다. 상기 냉각 블록(340)은 판상으로 형성되며 상면에서 하면으로 관통되는 유도 관통홀(345a)이 형성된 냉각 블록판(345)이 적층되어 냉각 유도 블록(344)을 형성할 수 있다.
상기 상부 결합 나사(350)는 기판 관통홀(312)로부터 전도판 관통홀(331)을 통과하여 냉각 블록 관통홀(341)에 나사 결합될 수 있다. 상기 상부 결합 나사(350)는 발광 소지 기판과 기판 지지 블록(320) 및 열전도판(330)을 냉각 블록(340)에 고정할 수 있다. 상기 상부 결합 나사(350)는 바람직하게는 각각의 발광 소자 기판(310)의 양측에서 발광 소자 기판(310)의 기판 관통홀(312)을 통과하여 냉각 블록 관통홀(341)에 결합될 수 있다. 따라서, 상기 발광 소자 기판(310)의 어느 하나를 분리하는 경우에, 해당 상부 결합 나사(350)만을 풀어서 해당 발광 소자 기판(310)을 냉각 블록(340)으로부터 분리할 수 있다.
상기 하부 결합 나사(360)는 냉각 블록 결합홀(342)로 부터 전도판 결합홀(332)을 관통하여 지지 블록 결합홈(322)에 나사 결합될 수 있다. 상기 하부 결합 나사(360)는 기판 지지 블록(320) 및 열전도판(330)의 내측을 냉각 블록(340)에 고정할 수 있다. 따라서, 상기 하부 결합 나사(360)는 상대적으로 길게 형성되는 기판 지지 블록(320)과 열전도판(330)을 냉각 블록(340)에 보다 견고하게 밀착시켜 기나 지지 블록의 열이 열전도판(330)을 통하여 냉각 블록으로 전도되도록 할 수 있다. 상기 하부 결합 나사(360)는 바람직하게는 각각의 기판 지지 블록(320)에 대하여 독립적으로 냉각 블록에 결합되도록 한다. 따라서, 상기 발광 소자 기판(310)의 어느 하나를 분리하는 경우에, 해당 발광 소자 기판(310)을 지지하는 기판 지지 블록(320)만을 냉각 블록으로부터 분리할 수 있다.
상기 고착 방지 필름(400)은 레이저를 투과시키는 투명 재질로 형성될 수 있다. 상기 고착 방지 필름(400)은 탄성이 있는 재질로 형성될 수 있다. 상기 고착 방지 필름(400)은 상부 투과창(110)의 수평 면적에 대응되는 면적 또는 큰 면적으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 고착 방지 필름(400)은 상부 투과창(110)보다 큰 폭과 길이로 형성될 수 있다. 또한, 상기 고착 방지 필름(400)은 상부 투과창(110)의 폭과 길이보다 큰 폭과 길이로 형성되고 기판(20)의 폭과 길이보다 큰 폭과 길이로 형성될 수 있다. 상기 고착 방지 필름(400)은 상부 투과창(110)의 하부에 위치할 수 있다. 따라서, 상기 고착 방지 필름(400)은 상부 투과창(110)을 전체적으로 커버할 수 있다. 상기 고착 방지 필름(400)은 상부 투과창(110)의 하면과 접촉될 수 있다. 또한, 상기 고착 방지 필름(400)은 레이저 본딩 과정에서 멀티칩(30)의 상면과 접촉될 수 있다. 즉, 상기 멀티칩(30)은 레이저 본딩 과정에서 기판 상승 수단에 의하여 상승하면 고착 방지 필름(400)의 하면에 접촉되면서 압력을 인가받을 수 있다. 상기 고착 방지 필름(400)은 멀티칩(30)의 상면에 압력을 인가할 수 있다. 이때, 상기 고착 방지 필름(400)은 탄성이 있는 재질로 형성되므로 멀티칩(30) 즉, 복수 개의 반도체 칩과 동시에 접촉하여 균일하게 압력을 인가할 수 있다 또한, 상기 고착 방지 필름(400)은 흄 배기 과정에서 멀티칩(30)의 상면과 이격될 수 있다.
상기 고착 방지 필름(400)은 판상의 필름으로 형성되므로 레이저 본딩 과정에서 본딩 흄에 의하여 하면이 오염될 수 있다. 따라서, 상기 고착 방지 필름(400)은 레이저의 투과율이 떨어지는 경우에 교체될 수 있다.
상기 고착 방지 필름(400)은 별도의 오염도 센서(410)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 오염도 센서(410)는 레이저를 수광하는 수광 유닛으로 형성될 수 있다. 상기 오염도 센서(410)는 고착 방지 필름(400)의 하면에서 하부로 이격되면서 기판 지지대(200)의 외측에 위치할 수 있다. 상기 오염도 센서(410)는 레이저 본딩 과정에서 기판 지지대(200)의 외측에 위치할 수 있다. 따라서, 상기 오염도 센서(410)는 레이저 본딩 과정에서 기판 지지대(200)가 상승하는데 지장을 주지 않을 수 있다. 상기 오염도 센서(410)는 흄 배기 과정에서 상부 투과창(110)의 하부로 이동하여 고착 방지 필름(400)을 관통하는 레이저를 수광할 수 있다. 따라서, 상기 오염도 센서(410)는 수광되는 레이저의 양이 소정 기준보다 낮아지는 경우에 고착 방지 필름(400)이 오염되어 교체가 필요한 것으로 결정할 수 있다.
한편, 상기 고착 방지 필름(400)은, 도 7에서 보는 바와 같이, 롤투롤 공급 방식으로 공급될 수 있다. 예를 들면, 상기 고착 방지 필름(400)은 챔버 하우징(100)의 내측 상부에서 양측에 위치하는 공급롤(420) 및 권취롤(430)에 의하여 공급될 수 있다.
상기 고착 방지 필름(400)은 초기에 공급롤(420)에 감겨져 있으며, 상부 투과창(110)의 하부로 공급될 수 있다. 즉, 상기 공급롤(420)은 고착 방지 필름(400)을 상부 투과창(110)의 하부로 공급할 수 있다. 또한, 상기 고착 방지 필름(400)은 상부 투과장의 하부에서 레이저 본딩에 사용된 후에 권취롤(430)에 감져질 수 있다. 상기 권취롤(430)은 상부 투과창(110)의 하부에서 사용된 고착 방지 필름(400)을 권취할 수 있다. 이러한 경우에 상기 고착 방지 필름(400)은 폭이 상부 투과창(110)의 폭보다 큰 폭으로 형성될 수 있다. 상기 고착 방지 필름(400)은 오염도가 증가되어 교체가 필요한 경우에 일측 방향으로 상부 투과창(110)의 길이에 대응되는 길이만큼 감겨지면서 교체될 수 있다. 따라서, 상기 고착 방지 필름(400)은 공급롤(420)에서 공급되고 권취롤(430)에서 감겨지면서 새로운 고착 방지 필름(400)이 상부 투과창(110)의 하부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 고착 방지 필름(400)은 텐셔너(440)를 더 포함할 수 있다. 상기 텐셔너(440)는 고착 방지 필름(400)이 사용될 때 고착 방지 필름(400)의 장력을 조절할 수 있다. 상기 텐셔너(440)는 필름의 장력을 조절할 때 사용되는 일반적인 텐셔너(440)로 사용될 수 있다. 상기 텐셔너(440)는 챔버 하우징(100)의 내부에서 고착 방지 필름(400)과 접촉하여 텐션을 조절할 수 있다.
또한, 상기 고착 방지 필름(400)은 고착 방지 가스 분사 수단(450)을 더 포함할 수 있다. 상기 고착 방지 가스 분사 수단(450)은 고착 방지 필름(400)의 하면으로 고착 방지 가스를 분사할 수 있다. 상기 고착 방지 가스는 레이저 본딩 과정에서 발생되는 본딩 흄이 고착 방지 필름(400)의 하면에 고착되는 것을 방지할 수 있다.
상기 고착 방지 가스 분사 수단(450)은 가스를 분사하는 관 형상으로 형성될 수 있다. 상기 고착 방지 가스 분사 수단(450)은 단부가 고착 방지 필름(400)의 하면으로 고착 방지 가스를 분사하도록 단부가 고착 방지 필름(400)에 인접하도록 연장될 수 있다. 상기 고착 방지 가스는 가압 가스와 동일한 가스일 수 있다. 상기 고착 방지 가스는 질소 가스 또는 알곤 가스일 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티칩 레이저 본딩 장치의 작용에 대하여 설명한다.
도 8는 도 1의 멀티칩 레이저 본딩 장치의 작용을 나타내는 수직 단면도이다.
먼저, 레이저 본딩되는 기판(20)과 멀티칩이 기판 지지대(200)의 상면에 안착될 수 있다. 상기 기판 지지대(200)의 지지 본체(210)와 기판(20) 및 멀티칩(30)은 기판 승강 수단(260)에 의하여 상승하며, 멀티칩(30)의 상면이 고착 방지 필름(400)의 하면과 접촉될 수 있다. 상기 기판 승강 수단(260)은 멀티칩(30)의 상면에 인가되는 압력이 본딩 압력에 도달할 때 까지 지지 본체(210)를 상승시킬 수 있다. 상기 멀티칩(30)에 인가되는 본딩 압력은 압력 측정 수단에 의하여 측정될 수 있다. 상기 챔버 하우징(100)은 내부가 솔더 용융 온도로 유지되며, 불활성 분위기로 유지될 수 있다. 상기 멀티칩 레이저 본딩 장치(10)는 정해진 조건에서 레이저 본딩 과정을 진행할 수 있다.
상기 멀티칩 레이저 본딩 장치(10)는 레이저 본딩 과정이 완료된 후에 흄 배기 과정을 진행할 수 있다. 상기 진공 배기구(120)는 챔버 하우징(100)의 내부에서 진공을 흡입하여 레이저 본딩 과정에서 발생한 본딩 흄을 배기할 수 있다. 또한, 상기 가스 공급구(130)는 흄 배기 과정 또는 레이저 본딩 과정에서 발생되는 본딩흄을 희석시키기 위한 가스를 공급할 수 있다. 한편, 상기 멀티칩 레이저 본딩 장치(10)는 레이저 본딩 과정과 흄 배기 과정을 순차적으로 진행할 수 있다. 따라서, 상기 챔버 하우징(100)의 내부 공간은 레이저 본딩 과정에서 본딩 압력과 솔더 용융 온도로 유지되고, 흄 배기 과정에서 배기 압력과 흄 발생 온도로 유지될 수 있다. 상기 솔더 용융 온도는 흄 발생 온도보다 높을 수 있다. 또한, 상기 본딩 압력은 배기 압력보다 높을 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예는 여러 가지 실시 가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함 물론, 균등한 다른 실시예의 구현이 가능하다.
10: 멀티칩 레이저 본딩 장치
20: 기판 30: 멀티칩
100: 챔버 하우징 110: 상부 투과창
120: 상부 가압 급기구 130: 하부 가압 급기구
140: 진공 배기구
200: 기판 지지대 210: 지지 본체
220: 지지 기둥 230: 기판 히터
240: 기판 압력 측정 수단 250: 기판 단열재
260: 기판 승강 수단
300: 레이저 조사 수단
310: 발광 소자 기판 320: 기판 지지 블록
330: 열전도판 340: 냉각 블록
350: 상부 결합 나사 360: 하부 결합 나사
400: 고착 방지 필름 410: 오염도 센서
420: 공급롤 430: 권취롤
440: 텐셔너 450: 고착 방지 가스 분사 수단

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 진공 배기하는 진공 배기구 및 레이저를 관통시키는 상부 투과창을 구비하는 챔버 하우징과,
    상기 챔버 하우징의 내부에서 상기 상부 투과창의 하부에 이격되어 위치하며, 멀티칩이 안착되는 기판을 지지하는 기판 지지대와,
    상기 기판 지지대를 상승 및 하강시키는 기판 승강 수단과,
    상기 챔버 하우징의 외부에서 상기 상부 투과창을 통하여 상기 멀티칩의 상부로 레이저를 조사하는 레이저 조사 수단 및
    상기 상부 투과창의 하부에 위치하여 레이저를 투과시키며, 상기 멀티칩의 본딩 과정에서 상기 멀티칩의 상면과 접촉되는 고착 방지 필름을 포함하며,
    상기 챔버 하우징은 흄 배기 과정에서 내부 공간이 진공 배기되면서 배기 압력과 흄 발생 온도로 유지되고, 레이저 본딩 과정에서 본딩 압력과 솔더 용융 온도로 유지되며,
    상기 흄 배기 과정에서 상기 멀티칩의 상면과 상기 고착 방지 필름과 서로 이격되며,
    상기 레이저 본딩 과정에서 상기 멀티칩의 상면과 상기 고착 방지 필름은 서로 접촉되는 것을 특징으로 하는 멀티칩 레이저 본딩 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고착 방지 필름은 상기 상부 투과창의 폭과 길이보다 큰 폭과 길이로 형성되고 상기 기판의 폭과 길이보다 큰 폭과 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티칩 레이저 본딩 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 고착 방지 필름은 상기 상부 투과창의 폭 및 상기 기판의 폭보다 큰 폭으로 형성되어 롤투롤 방식으로 공급되며,
    상기 멀티칩 레이저 본딩 장치는 상기 고착 방지 필름의 장력을 조절하는 텐셔너를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티칩 레이저 본딩 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 고착 방지 필름은 상기 레이저를 투과시키는 투명 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티칩 레이저 본딩 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저 조사 수단은 상기 기판의 면적보다 큰 면적으로 배열되는 복수개의 VCSEL 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티칩 레이저 본딩 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 챔버 하우징은 상기 흄 배기 과정 또는 상기 레이저 본딩 과정에서 발생되는 흄을 희석시키기 위한 희석 가스를 공급하는 가스 공급구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티칩 레이저 본딩 장치.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 고착 방지 필름의 오염도를 측정하는 오염도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티칩 레이저 본딩 장치.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 지지대는 상기 기판을 가열하기 위한 기판 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티칩 레이저 본딩 장치.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 지지대의 상면에 안착되는 상기 멀티칩의 상면에 인가되는 압력을 측정하는 압력 측정 수단 및
    상기 압력 측정 수단과 상기 기판 지지대 사이에 위치하는 단열재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티칩 레이저 본딩 장치.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 고착 방지 필름의 하면으로 고착 방지 가스를 분사하는 고착 방지 가스 분사 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티칩 레이저 본딩 장치.
KR1020210181559A 2021-12-17 2021-12-17 멀티칩 레이저 본딩 장치 KR102659224B1 (ko)

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