KR19990029525A - 접합체를 기판에 적용시키기 위한 반도체 실장기 - Google Patents

접합체를 기판에 적용시키기 위한 반도체 실장기 Download PDF

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Abstract

x,y 그리고 z 방향으로 이동 가능한 접합제 분배헤드(5)에 의하여 칩실장표면(2)에 접합제패턴(3)을 적용시키기 위한 장치가 제 1 운반자와 함께 제공되며, 이것은 제 1 그리고 제 2 작동기들(12,14)에 의하여 x 및 y 방향으로 이동 가능하다. 분배헤드(5)를 가지는 제 2 운반자(20)가 z 방향으로 이동가능하며, 즉 제 1 운반자(10)상에 장착된 안내부(16) 위에서 실장표면(2)에 수직으로 이동될 수 있다. z 작동기는 정치방식으로 장착된 포지셔닝모우터(30)와 z 방향으로 이동 가능한 보조운반자(32)와 함께 제공된다. 모우터(30)에 의하여 구동되는 상기 보조운반자는 역시 고정되어 있는 안내부(16)에서 운행된다. 이것은 실장표면(2)에 평행한 포지셔닝표면(38)과 함께 제공되며, 이와함께 제 2운반자(20)상에 배열된 스톱(25,26)이 일접한 접촉을 유지한다. 이것은 바람직하게 스프링(28)에 의하여 유지되는 미끄럼접촉(삽입체(26))이다. 이 장치는 매우 높은 정밀도로 접합제패턴을 신속하게 그릴수 있게 하는 우수한 역학적 성질들을 가진다.

Description

접합체를 기판에 적용시키기 위한 반도체 실장기
본 발명은 칩 실장표면영역에 있는 기판에 접합제를 적용시키기 위한 반도체 실장장치에 관한 것이다.
접합제(대부분 에폭시 베이스)를 사용하는 가장 광범위하게 보급된 반도체칩 실장은 실장표면상에 일정하게 분배된 접합제의 계량된 적용이며 따라서 칩이 그다음 적용될 때 포집된 공기가 없이 칩의 전체표면에 걸쳐서 가능한 고르게 분산된 접합제층이 존재하게 된다. 이를 달성시키기 위하여 칩의 형태에 따라 접합제의 종류와 그다음 매개변수들, 다른 비유적인 적용형태가 단순한 대각선으로부터 다양한 지선들을 가지는 선의 형태들의 범위에 걸쳐 사용된다.
자동화된 실장수단 내에 다이본더(die bonder)로서 알려진 특정한 장치가 접합제의 적용을 위하여 사용되며, 이것은 기판위에서 디스펜서를 이동시킨다. 바라는 적용형태는 따라서 갖가지 방식들로 만들어 질 수 있다 : 예를들어 다이형의 분배공구가 사용되며, 이것은 형태에 따라 열을지어 배열된 다수의 노즐들로서 제공된다(다중튜브 디스펜서); 이러한 공구들은 독립적으로 제조되고 각각의 패턴에 대하여 변경되어야 한다. 또다른 응용장치는 단일노즐로서 제공되며, 이것은 패턴에 따른 프로그램된 움직임으로 기판 위에서 안내되어 선들의 형태를 그린다(프로그램 가능한 디스펜서). 이러한 장치에 있어서 상당히 유리한 점은 어떠한 패턴이든지 동일하며 상대적으로 단순한 공구를 사용하고 간단히 소프트웨어를 수정함에 의하여 만들어 질 수 있다는 것이다. 그럼에도 불구하고 충분한 정밀도 그리고 무엇 보다도 고속에서 프로그램된 움직임들을 수행시키는 것이 필수적이며 따라서 심지어 분지된 패턴들도 짧은 주기시간에 그려질 수 있다.
상기 형태의 공지된 장치는 다음의 특징들을 갖는다 :
- 3축 방향(x,y,z)으로 이동 가능한 접합제 분배헤드,
- 관련된 제 1 및 제 2의 작동자들에 의하여 실장표면에 평행하게 양 방향(x,y)으로 이동가능한 제 1 운반자 그리고
- 제 3의 작동자에 의하여 실장표면에 수직인 제 3의 방향(z)으로 제 1의 운반자에 연결된 안내부상에서 이동가능한 제 2 운반자.
공지된 실시예들 중의 하나는 세 개의 배열 운반자들을 가지며, 각각 작동자가 제공되는 표준 3축 제어유니트이고 또다른 경우 비록 제 1 운반자의 x 및 y 작동자들이 서로 결합되지 않지만 제 3(z) 작동자는 이것의 운반자와 함께 제 1의 x/y 운반자 상에 장착되고 이것을 따라 이동된다. 선행기술에 따른 이러한 장치로서는 전체 3축의 작업표면에 걸쳐 요구되는 기계적 안정성과 제어정밀도를 달성하는 것이 어렵다. 그러나 무엇보다도 달성가능한 제어움직임의 가속 및 속도들은 강력한 고정식모우터들의 중량이 결과적으로 상응하게 안정한 운반자 안내를 요구하며 이것은 결국 보다 큰 크기가 이동되기 때문에 제한된다.
본 발명의 목적은 선행기술의 단점들과 제한들을 극복하고 더 빠른 가속과 분배헤드의 제어속도를 달성시키며 이로인하여 접합제 패턴을 그리기 위해 더 짧은 주기시간을 달성시키도록 이러한 장치에서의 동적인 성질들을 향상시키는 것이다.
이 목적은 발명에 따라 상기 형태의 장치로써 제 3 작동기가 고정식으로 장착되는 포지셔닝 모우터와 이것에 의하여 구동되는 보조운반자로써 제공되며, 이것은 정치된 안내부상에서 제 3의 방향(z)으로 변위될 수 있고 실장표면에 평행한 포지셔닝 표면으로서 제공되고, 또한 제 2 운반자가 보조운반자의 포지셔닝표면과 일정한 접촉을 유지시키는 스톱으로써 제공되는 것으로써 해결된다.
청구항 제 1항에 정의된 장치의 계속되는 유리한 실시예가 종속항들에서 설명된다.
본 발명은 도면들과 함께 다양한 실시예들을 참조하여 아래에 더욱 상세히 설명될 것이다.
선행기술에 따른 이러한 장치로서는 전체 3축의 작업표면에 걸쳐 요구되는 기계적 안정성과 제어정밀도를 달성하는 것이 어렵다. 그러나 무엇보다도 달성가능한 제어움직임의 가속 및 속도들은 강력한 고정식모우터들의 중량이 결과적으로 상응하게 안정한 운반자 안내를 요구하며 이것은 결국 보다 큰 크기가 이동되기 때문에 제한된다.
본 발명은 선행기술의 단점들과 제한들을 극복하고 더 빠른 가속과 분배헤드의 제어속도를 달성시키며 이로인하여 접합제 패턴을 그리기 위해 더 짧은 주기시간을 달성시키도록 이러한 장치에서의 동적인 성질들을 향상시키는 것이다.
도 1은 3축방향표시로써 사시적이고 단순화된 그림으로 첫 번째 실시예를 나타내고,
도 2은 (y방향에서 보여진) 단면도이며,
도 3은 (x방향에서 보여진) 비록 구성에서 보다 상세부들을 가지지만 단순화되어 도시되는 두 번째 실시예의 측면도이다.
반도체들을 실장시키는 동안 접합제를 가하기 위한 도 1에 보여진 장치는 고정식의 하부구조물(8)상에 다이본더의 구성부분으로서 구성된다. 이 다이본더에서 지금까지 공지된 방식으로 기판(1), 예를들어 금속의 띠 형상인 리드 프레임이 화살표방향으로 한단계씩(도면에는 나타나지 않는) 전달장치에 의하여 뒷받침부(4) 상에서 전진된다. 이 기판(1)은 (역시 칩 아일랜드로서 공지되는) 칩실장 표면들(2)로 제공되며, 이곳의 각각으로 접합패턴(3)이 x,y 그리고 z의 3축방향으로 이동 가능한 분배헤드(5)에 의하여 적용된다. 유동성의 접합제, 전형적으로 에폭시베이스가 플랙셔블라인(6)에 의하여 공급되고 예를들어 도면에 나타나지 않는 공지된 체적측정펌프에 의하여 계측된다. 공지된 방법에서 기판(1)은 다이본더에서 그다음 전진되며, 각각의 접합제패턴(3)상에 놓여진 칩을 가지며, 이것에 의하여 접합제는 칩의 표면에 분산되고 칩을 기판에 접합시킨다.
이 접합제는 실장표면(2)의 대각선들을 가로지르는 분지된 선의 패턴으로써 종종 적용된다. 이를 위하여 분배헤드(5)는 x 및 y 방향으로 프로그램된 결과로써 움직여야하며, 반면 분배기구멍은 실장표면(2) 위에서 정확히 미리 결정된 거리를 유지하여야 한다; 라인이 중단되고 역시 기판이 계속 전진될 때 이 분배헤드는(z방향)상승되어야 한다. 이러한 모든 움직임들은 높은 정밀도로 수행되고 짧은 주기시간을 달성시키기 위하여 가능한 빠르게 작동되어야 한다.
기저부(8)상에 장착된 제 1 운반자는 조합된(제 1 및 제 2) 작동기들(12) 및 (14)와 함께 x와 y 방향으로, 즉 각각의 실장표면(2)에 평행하게 분배헤드(5)를 이동시키는 역할을 한다. 이들 구성부분들은 단지 개략적으로 도시되고 지금까지 공지된 다양한 방식으로 만들어 질 수 있다. 예를들어 길이방향 및 대각선 방향의 운반자들을 가지는 복합선반이 주어질 수 있으며(여기서, 예컨데 다만 x 작동기가 고정식으로 장착되고 y 구동부는 이것과 함께 x 방향으로 왕복한다); 그러나 바람직하게 x 및 y방향들은 결합되지 않고 두 구동부(12) 및 (14)는 고정되어 있다.
안내부(16)가 운반자(10)에 연결되며, 이 안내부는 실장표면(2)에 수직으로 z방향으로 이동가능하게 제 2 운반자(20)를 안내한다. 대체로 모서리모양으로 형상이 진 운반자(20)는 이동 가능한 분배헤드(5)를 보유하기 위하여 (22)에 배열된 하나의 아암을 가지며, 반면 다른 아암(24)이 안내부(16)로 움직이는 안내방식으로 제공된다.
다음의 배열은 x방향으로 운반자(20)를 이동시키기 위한(제 3) 작동기로서의 역할을 한다.
포지셔닝모우터(30)가 고정식으로 기저부(8)상에 장착된다. 이 모우터(30)에 의하여 구동되는 보조운반자(32)가 역시 고정되어 있는 안내부(36)에서 z방향으로 즉 다시말하면 장착표면(2)에 수직으로 이동될 수 있다.
본 예에 있어서, 스핀들 매카니즘이 보조운반자(32)상의 너트(33)에 간극없이 맞물리는 나사스핀들(31)과 함께 구동연결로서 제공된다. 이 보조안내부는 안내부(36)에서 미끄러지는 수평아암(34)과 수직아암(35)으로 제공된다. 수평아암의 배면은 정확히 평면으로 가공되는 포지셔닝표면(38)을 형성하고 기판(1)의 실장표면(2)에 (그리고 각각 기판후면(4)의 지지표면에) 평행하게 배열된다. 포지셔닝 표면(38)의 확장은 각각 적어도 x 및 y 방향으로의 운반자(10) 왕복범위와 분배헤드(5)의 작동영역에 상응한다. 운반자(20)상에 제공되는 스톱(25,26)은 포지셔닝 표면(38)과 접촉하여 일정하게 유지되며 상기 포지셔닝표면(38)과 공조한다. 영구적인 접촉은 운반자(20)와 이것의 안내부(16) 사이에서 팽창되는 응력스프링(28)에 의하여 아래에서부터 고정된다.
도시되어진 바와같이 이 스톱은 여기서 포지셔닝표면(38) 위를 활주하는 미끄럼 소재로 이루어지는 (바람직하게는 이동가능한) 삽입체(26)를 갖는 미끄럼헤드로서 구성된다. 미끄럼소재(예컨데 탄소를 기본으로 한 고체혼합물)의 적합한 선택 및/또는 소재들의 짝지움에 의하여 이 포지셔닝표면(38)이 쉽게 마모되지 않는 것을 보장한다. 마찬가지로 미끄럼헤드 대신에 롤링볼 또는 이와 유사한 것을 가지는 스톱을 형성시키는 것을 생각할 수 있다.
도 1에 따른 장치의 작동중에 분배헤드(5)의 x 및 y 방향으로 프로그램된 빠른 쓰기 운동들이 운반자(10)를 경유하여 작동기들(12) 및 (14)에 의하여 수행된다; 헤드(5)의 높이 위치(z 값)은 스톱(25,26)을 경유하여 보조운반자(32)의 위치에 의하여 주어진다. 헤드(5)로부터 떨어져 이 운반자(10)는 모우터(30)와 보조운반자(32)가 고정식으로 장착되고 결과적으로 어떠한 가속력도 이들의 중량의 결과로 운반자(20)상에 발생하지 않으므로써 작동기에 의하여 z 방향으로 방해받지 않게 상대적으로 가벼운 운반자(32)를 이동시켜야 한다.
운반자(20)를 헤드(5)와 함께 수직이동시키기 위하여 모우터(30)가(부가적으로) 보조운반자(32)를 이동시켜 스프링(28)의 힘을 극복하여야 한다. 모우터(30)는 정치방식으로 장착되므로써 이것은 어떠한 특정한 문제들 없이 작동될 수 있다. 역학관계를 고려하면 그리고 z 위치를 조정하기 위하여 포지셔닝 표면(38)을 가지는 미끄럼삽입체(26)의 일정한 접촉이 보장되어야 한다. 언급된 배열에서 지정된 높이로 급속히 낮아진 다음 운반자(20)의 멈춤이 중요하다. 이와관련하여 응력스프링(28)의 힘이 운반자(20)의 더 낮은 위치들로 증가하고 따라서 상승하는 표면(38) 경향을 더욱 강하게 대항하는 것이 유리하다.
분배헤드(5)는 상기 언급된 바와같이 이동가능하다. 특히 이 장치는 도 1에 따른 쓰기 분배헤드 대신에 다이형태(다중튜브)로 작동될 수 있다. 이러한 다중튜브 헤드는 일반적으로 단지 z 방향으로 (그러나 필요하다면 실장표면(2) 위에 헤드를 센터링 시키기 위하여 또는 작동위치로부터 일시적인 제거를 위하여 x와 y 방향들로) 이동시키는 것이 필요하다. 분배헤드들의 다양한 크기들을 고려하기 위하여 스프링(28)은 변위될수 있거나 또는 이것의 응력이 조정될 수 있다.
도 2와 도 3에 따르는 또다른 실시예에서 첫 번째 예의 부분들과 동일한 기능을 가지는 부분들은 비록 이들이 다소 다르게 구성되거나 또는 배열되는 경우에도 도 1과 동일한 참조부호들로 주어진다. 여기서 작동기능들과 x-y 운반자(10)의 장착은 도시되지 않는다.
도 2와 도 3에 따르는 장치에서 도 1의 것에 비하여 다르게 해결되는 것은 무엇보다도 포지셔닝 모우터(30)와 보조운반자(32) 사이의 구동 연결이다. 캠평판(40)이 비틀림 저항방식으로 모우터(30)의 회전샤프트(39)상에 장착된다. 하나의 롤러헤드(44)가 이 캠평판의 캠(41)과 공조하며, 롤러헤드는 보조운반자(32)에 고정된 축볼트(42)상에 놓여진다. 캠상에서 롤러헤드의 간극이 없는 지지는 이 경우 미끄럼 삽입체(26)를 거쳐서 보조운반자(32) 그리고 이것에 의하여 롤러헤드(44)로 전달되는 스프링(28)의 힘에 의하여 유지된다. 또한 이를 위하여 보조운반자(32)와 바닥구조물 사이에 힘이 가해지는 개별적인 스프링을 제공하는 것도 역시 가능하다.
알려진 구조의 직류모우터 또는 스텝핑모우터는 특히 포지셔닝모우터(30)로서 적합하다(이것은 도 1에서 x 및 y 포지셔닝 모우터들(12)와 (14)를 가지는 경우이다). 기술된 배열에서 상승하는캠(41)상의 롤러헤드(44)의 베어링 힘이 로터축(39) 상에서 토오크를 초래함에 따라 대응하는 맞토오크가 특정한 z 위치를 유지할 수 있도록 모우터(30)에 의하여 가해져야 한다. 캠(41)의 가능한 작은 상승이 낮은 모우터 고정토오크를 위하여 제공되어야 한다. 이러한 연결에서 선형 스파이럴(spiral)이 이 캠(회전각에 따라 지름이 증가)에 유리한 것으로 입증된다; 도 2에서 알수 있는 바와같이 이것은 스패럴이 360°보다 더 확장하는 경우 작은 상승각을 갖는 z 방향으로의 필요한 상승 스트로크를 만들기 위하여 유리하다.
스프링(28)이 더욱더 늘어남에 따라 즉 운반자(20)의 더 낮은 위치로써 스프링의 힘과 이로인한 캠(41)상의 롤러헤드(44)의 지지력은 증가한다. 그러나 모우터 보유토오크에서 필요한 증대는 기술한 스파이럴로 이것의 탄젠트와 지름 사이의 각이 지름이 증가함에 따라 더 작아지는 것으로써 부분적으로 보상된다. 캠(41)과 스프링(28)의 크기를 정할 경우에 있어서 작동중의 분배헤드(5)와 함께 운반자(20)의 최대 가속동안 스톱(25,26)과 포지셔닝표면(38) 사이의 접촉이 유지되는 것을 고려하여야 한다.
운반자(20)상에, 즉 이것의 아암(24)에서 센서(46)와 계측선(47)의 결합이 도 2에 도시된다. 이들은 z 방향으로 운반자의 연속적인 위치결정을 위한 지금까지 알려진 측정장치의 구성부분들이며 더 상세하게 도시되지 않는다(예를들어, 안내부(16)로 통합된 유리측정로드와 함께 펄스발생기로서의 광트랜지스터). 이 위치에 있는 측정장치는 작동모우터(30)를 제어하기 위한 위치제어루프에서 실제값 센서로서(기판(1)의 높이에 따른 보정후) 분배기 구멍의 z 위치를 정확히 전방에서 직접 측정하는데 있어서 특히 유리하다. 센서(46)로부터 얻은 신호들에 의한 운반자(20) z 위치의 또는 양자택일적으로 위치표면(38)의 피드백제어에 의하여 미끄럼헤드의 가능한 어떠한 마모도 보상된다.
이 장치는 하나의 다이로써 접합제를 가하기 위하여, 즉 x 및/또는 y 방향으로 칩마운팅표면(2)에 분배헤드의 쓰기 이동없이 역시 사용될 수 있다. 이러한 사용을 위하여 도면에는 나타나지 않는 조정수단이 다이단부들가 칩실장표면(2)에 평면평행하고 따라서 칩실장표면 상에 정확히 맞는 방식으로 놓여지게 조정될 수 있는 기저부구조(8)로서 제공된다.
이동된 중량체와 이로인하여 분배헤드의 영역에서 가속력의 상당한 감소가 발명에 따른 구성방식으로써 달성된다. 포지셔닝 모우터와 제 3 작동기의 보조운반자가 고정식으로 배열되기 때문에 분배헤드를 운반하는 제 2(z) 운반자가 이것의 중량체로부터 제거되고 따라서 가벼워 진다. 이것은 정밀도의 감소 없이 또는 장시간의 안정성으로 3축방향으로 증가된 가속을 가능하게 한다.

Claims (7)

  1. 칩 실장표면(2) 영역에서 접합제를 기판(1)에 가하기 위하여 3축방향(x,y,z)으로 이동가능한 접합제 분배헤드(5), 조합된 제 1 및 제 2 작동기들(12,14)에 의하여 실장표면(2)에 평행한 두 방향(x,y)으로 이동가능한 제 1 운반자(10) 그리고 제 3 작동기에 의하여 실장표면(2)에 수직인 제 3 방향(z)으로 제 1 운반자(10)에 연결된 안내부(16)상으로 이동가능하고 분배헤드(5)를 운반하는 제 2 운반자(20)를 가지는 반도체 실장장비에 있어서,
    제 3 작동기는 정치방식으로 장착된 포지셔닝모우터(30)와 함께 제공되고 보조운반자(32)는 상기 모우터(3)에 의하여 구동되며, 이 보조운반자(32)는 제 3방향(z)으로 정지안내부(36) 상에서 이동가능하고 실장표면(2)에 평행한 포지셔닝표면(38)과 함께 제공되며, 제 2 운반자(20)는 보조운반자(32)의 포지셔닝표면(38)과 일정한 접촉이 유지되는 스톱(26,28)과 함께 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    포지셔닝표면(38)은 기판(1)에 마주하는 보조운반자(32)의 배면에 의하여 형성되고 스톱(26,28)은 제 2 운반자(20)와 이것의 안내부(16) 사이에서 힘을 받는 스프링(28)에 의하여 포지셔닝표면(38)에 대하여 아래로부터 파지는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    스톱(26,28)은 미끄럼헤드에 의하여 형성되고 상기 표면의 마찰 없이 포지셔닝표면(38)을 따라 활주운동을 보장하는 미끄럼소재로 만들어진 삽입체(26)와 함께 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    제 3작동기는 포지셔닝모우터(30)에 의하여 구동되는 캠평판(40)과 상기 캠평판의 캠(41)과 공조하는 보조운반자(32)상에 장착되는 롤러헤드(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    캠(41)은 일종의 스파이럴(spiral)이고 이것의 회전각이 360°이상으로 뻗는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    이 스파이럴은 선형 스파이럴인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    제 3방향(z)의 실제 위치를 결정하기 위하여 제 2운반자(20) 상의 경로측정수단(46,47)에 의하는 것을 특징으로 하는 장치.
KR1019980036416A 1997-09-05 1998-09-04 접합체를기판에적용시키기위한반도체장착장치 KR100543108B1 (ko)

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