KR20010090460A - 기판 상에 반도체 칩을 장착하기 위한 장치 - Google Patents

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아우구스트 엔츠러
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Abstract

본 발명은 기판(1) 상에 반도체 칩을 장착하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 기판(1)은 다음 기판 위치(2)의 표현을 위한 결합 스테이션으로 제 1 방향(x)의 단계로 진행된다. 이동 방향의 오른쪽 각 위치로 약간 이동되는 만곡된 기판 또는 기판은 결합 위치에서 위치 정확도가 표현되기 위하여, 기판(1)의 수평 가장자리(4) 위치는 결합 스테이션의 레벨에서 이동 방향(y)으로의 오른쪽 각이 측정되어 기판(1)에서의 교정 이동을 수행하는 것이 제안된다. 서로 인접해 배치되는 2개의 광 장벽을 갖는 광 센서는 센서(12)을 위해 제안된다.

Description

기판 상에 반도체 칩을 장착하기 위한 장치{APPARATUS FOR MOUNTING SEMICONDUCTOR CHIPS ON A SUBSTRATE}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 기재된 형태의 기판 상에 반도체 칩을 장착하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이러한 자동 조립 기계는 다이 본더로 공지되어 있다. 반도체 칩을 장착하면, 이동 장치는 분배 스테이션 단계에 있는 기판을 이송시키며, 여기에서 부착이 적용되어 부착이 결합 스테이션에도 적용되며, 다음 반도체 칩이 배치된다. 이동 장치는 유럽 특허 제 330831 호 및 스위스 특허 제 689188 호에 공지되어있으며, 이동 방향으로의 오른쪽 각에서 기판의 배열은 기판이 스톱으로 당겨지는 것이 발생된다. 이러한 해결책에 대한 단점은 임의의 기판이 스톱으로 당겨질 때 구부러지는 것이다. 다른 한편으로, 카메라 및 전자 영상 처리 장치에 의하여 다음 반도체 칩을 배치하기 전에, 자동 조립 기계는 마킷(market)에 사용될 수 있으며 이것으로 기판의 위치가 즉시 결정되어 교정된다. 이러한 해결책은 유럽 특허 제 877544 호에 공지되어 있다. 상기 해결책은 2개의 큰 단점을 갖는다. 이것은 싸이클 타임이 길고 가격이 비싸다는 것이다. 그러나, 배치의 높은 정확도 및 짧은 싸이클 타임이 자동 조립 기계로부터 요구된다.
리드 프레임의 이동을 위해 이동가능한 표시 헤드를 갖는 리드 프레임 워크 스테이션은 유럽 특허 제 542 465 호에 공지되어 있다. 이것은 리드 프레임이 만곡된 가장자리를 갖는다는 것이 또한 공지되어 있다. 표시 헤드는 센서를 포함하며, 이것으로 만곡된 가장자리의 위치는 리드 프레임을 붙잡고 이동시키기 전에 파악된다. 센서로서 광 장벽이 사용된다. 따라서, 리드 프레임 가장자리의 만곡으로 인한 위치 에러는 부분적으로 보상될 수 있다. 그러나, 리드 프레임을 붙잡은 후, 리드 프레임은 표시 헤드에서 기계적으로 배열된다. 표시 헤드는 리드 프레임을 워크 스테이션으로 이동시키며, 여기에서 동작되는 동안 이것은 다운 홀더 시스템으로 고정된다. 배치 정확도는 기껏해야 약 25㎛를 성취한다. 반도체 칩을 와이어링할 때 예를 들면 필요한 정확도를 달성하기 위하여, 리드 프레임은 다운 홀더 시스템으로 고정된 후 카메라에 의해 측정된다.
본 발명의 목적은 장착된 반도체 칩을 짧은 싸이클 타임으로 배치를 정확하게 하는 것이다.
본 발명은 청구항 1에 주어지는 특징부로 구성된다. 유리한 실시예는 종속항에 기재된다.
본 발명은 결합 스테이션의 높이에서 이동 방향의 오른쪽 각에 대한 리드 프레임의 수평 가장자리 위치를 측정하여 기판 위치가 결합을 위한 오른쪽 위치에서 배치가 정확하게 표현되도록 기판에서의 교정 이동을 수행하는 것이 제안된다. 측면마다 배치되는 2개의 광 장벽을 갖는 광 센서는 이러한 측정에 제안된다.
본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 이하 상세히 설명된다. 상기 도면은 축소되지 않는다.
도 1은 반도체 칩 및 리드 프레임을 장착하기 위한 장치의 일부를 도시한다.
도 2는 다른 리드 프레임을 도시한다.
도 3은 센서를 도시한다.
도 4는 전자 회로를 도시한다.
도 5는 교정 판을 도시한다.
도 6은 2개의 센서를 갖는 장치를 도시한다.
도 1은 본 발명을 이해하는데 필요한 기판 상에 반도체 칩을 장착하기 위한 장치의 부분을 도시한다. 기판은 반도체 칩이 배치되는 각각의 위에 한 쪽이 다른 쪽 후면에 배치되고 서로 인접하여 배치되는 다수의 칩 아일랜드(chip islands)(2)를 갖는 연장된 금속 리드 프레임(1)이다. 리드 프레임(1)은 개략적으로만 도시된다. 상기 장치는 리드 프레임(1)을 이동시키는 이동 시스템, 리드 프레임(1)에 부착되어 적용되는 분배 스테이션 및 결합 스테이션을 포함하며, 여기에서 픽 앤 플레이스 시스템(Pick and Place System)은 한 쪽 반도체 칩을 배치시킨 후 리드 프레임(1) 상의 다른 쪽 반도체 칩을 배치시킨다.
리드 프레임(1)은 수평 이동면(xy)에 항상 배치되고 이동 방향(x)으로 이동된다. 리드 프레임(1)은 가열가능한 지지 판에 놓여지며 이것은 리드 프레임(1)을 위한 수평 슬라이딩 트랙을 형성하고 이동면(xy)에 있으며, 고정 시스템 및 이동가능한 클램프에 의한 분배 스테이션 및 결합 스테이션에 대하여 이동 방향(x)의 단계로 공급되는 것이 바람직하다. 상기 이동 시스템은 유럽특허 제 330831 호에 기재되어 있으므로 여기에서는 상세히 설명되지 않는다. 리드 프레임(1)의 이동은 1개의 이동가능한 단일 클램프만을 갖는 이동 시스템에 의하여 또한 생길 수 있다. 리드 프레임(1)은 클램프들 또는 클램프에 의해 이동되고 단지 1개의 단일 클램프가 측면 방향에 사용될 수 있다면 스톱(stop)으로 공급되는 이동 방향(x)에 평행하게 배치되는 가이드 레일(3)에 대해 y 반대 방향으로 당겨져 조정된다. 리드 프레임(1)은 이것의 수평 가장자리(4, 5)에 걸쳐 구멍(6)을 가지며 이것은 도시되지 않은 광 센서에 의해 스캔되고 이동 방향(x)으로 리드 프레임(1)의 정확한 위치에 사용된다.
도 1에 도시되는 리드 프레임(1)은 만곡되어 있으며, 이것에 의해 도시된 만곡이 매우 강조된다. 이러한 이유로, 리드 프레임(1)의 수평 가장자리(4)에 대한 정면 및 배면 가장자리 영역(7, 8)은 가이드 레일(3)에 놓여진다. 리드 프레임(1)의 수평 가장자리(4) 및 가이드 레일(3) 사이의 거리(D)는 일정한 것이 아니라 위치에 종속적이다. 이것은 80㎛까지 된다. 따라서, 칩 아일랜드(2) 및 가이드 레일(3) 사이의 거리는 임의의 변화에 종속적이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 리드 프레임(1)은 다른 측면이 만곡되어 있으면, 이 때 단지 1개의 가장자리 영역(9)은 가이드 레일(3)에 종속적이다.
도 1에 있어서, 측정이 교정되지 않는 한, 픽 앤 플레이스 시스템이 다음 반도체 칩을 배치시키는 설정 위치는 제 1 크로스(cross)(10)로 표시된다. 리드 프레임(1)의 만곡 때문에, 설정 위치는 제 2 크로스(11)로 표시되는 실제 위치와 조화를 이루지 못하며, 이것은 리드 프레임(1) 상의 반도체 칩으로 점유된다. 실제 위치는 거리(a)에 의하여 설정 위치로 이동되며, 이것은 결합 스테이션 위치에서 가이드 레일(3)로 부터 리드 프레임(1)의 수평 가장자리(4)에 대한 현재 위치를 나타낸다. 다음 반도체 칩을 배치하기 전에 라인에서의 실제 위치를 설정 위치로 가져가기 위하여, 센서(12)에 의해 거리(a)가 항상 측정되어 측정된 거리(a)에 의해 이동 방향(x)의 오른쪽 각, 즉 y 반대 방향에서 가이드 레일(3) 및 클램프를 이동시키는 것이 예상된다. 클램프에 의해 가이드 레일(3)로 당겨지는 리드 프레임(1)은 이것으로 또한 이동되고 실제 위치 및 설정 위치 사이의 편향이 제거된다.
도 3은 거리(a)를 측정하는데 적당한 센서(12)의 y 방향에 따른 단면을 도시한다. 센서(12)는 가이드 레일(3)에 고정된다. 가이드 레일(3)은 센서(12)의 영역 내에 오목부를 갖는다. 센서(12)는 2개의 광 장벽(light barriers)이 형성되도록 차례로 y 방향(도 1)에 배치되는 광원(13) 및 2개의 광 수신기(14, 15)를 갖는다. 렌즈(16)는 광원이 렌즈(16)의 초점에 배치되도록 광원(13) 및 2개의 광 수신기(14, 15) 사이의 빔 경로에 배치되는 것이 바람직하다. 렌즈(16)는 광원(13)으로부터 방사되는 광을 광의 평행한 빔에 집중시키며, 이것은 수평 가장자리(4)의 영역에서 거의 수직으로 리드 프레임(1)에 가해진다. 가이드 레일(3)의 레벨 상에서 도 1의 나머지 부분이 도시되는 리드 프레임(1)의 가장자리 영역(7, 8)은파선(17)으로 표현된다. 일반적으로, 2개의 광 수신기(14, 15)는 1㎜ × 1㎜의 크기를 각각 갖는다. 센서(12) 및 가이드 레일(3)은 리드 프레임(1)이 렌즈(16)로 부터 제 1 광 수신기(14)로 나오는 빔만을 차단하고 렌즈(16)로 부터 제 2 광 수신기(15)로 나오는 빔을 차단하지 못하도록 서로 조정된다. 이것은 광원(13)에 의해 비추어지는 리드 프레임(1)의 섀도우(shadow)가 제 1 광 수신기(14)로 항상 향하게 되는 반면 제 2 광 수신기(15)는 가려지지 않는 것을 의미한다.
리드 프레임(1)의 수평 가장자리(4, 5)에 걸쳐 삽입되는 구멍(6)은 림(rim)으로 부터 단지 0.4㎜ 떨어져 있다. 1 또는 그 이상의 개구 판(18)은 광원(13)으로 부터 방사되는 어떠한 광도 이러한 구멍(6)을 통하여 얻을 수 없거나 또는 이러한 구멍(6)을 통하여 얻을 수 있는 광이 제 1 광 수신기(14)로 향하지 않도록 광선에 있어서는 렌즈(16) 및 제 1 광 수신기(14) 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 선택적으로, 다른 광 요소는 광선으로 사용될 수 있다.
제 2 광 수신기(15)는 광원(13)의 휘도로 인한 편향 및 제 1 광 수신기(14)의 감도로 인한 편향이 보상될 수 있도록 기준이 된다. 2개의 광 수신기(14, 15)는 가능한 한 이것이 동일한 광 및 온도 감도를 나타내도록 동일한 반도체 칩상에 배치되는 것이 바람직하다. 2개의 광 장벽은 로크인(Lock-in) 기술로 동작되며, 이것에 의해 광원(13)으로 공급되는 전류의 진폭은 예를 들면 200㎑ 주파수로 변조된다. 발광 다이오드는 발광 다이오드의 진폭이 100%까지 변조될 수 있으므로 광원(13)으로 사용되는 것이 바람직한 반면, 레이저 다이오드의 진폭 변조는 적은 비율로도 가능하다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 광 수신기(14, 15)의신호는 멀티플렉서(19)로 공급되는 것이 바람직하며, 그 다음에 공통 증폭기(20)에서 증폭되며, 디멀티플렉서(21)에서 다시 분리되고 마지막으로 증폭기 회로에서의 변동은 2개의 신호에 동일한 영향을 미치도록 A/D컨버터(22)로 공급된다. 이것을 위해, 제 1 광 수신기(14)의 출력은 멀티플렉서(19)의 제 1 입력과 연결되고 제 2 광 수신기(15)의 출력은 멀티플렉서(19)의 제 2 입력과 연결된다. 멀티플렉서(19) 및 디멀티플렉서(21)를 위한 제어선은 기준 부호(23)로 나타내진다. 기준이 되는 제 1 광 수신기(14)의 신호 대 제 2 광 수신기(15)의 신호 비는 센서(12)의 출력 신호(UA)로 형성되며 이것은 리드 프레임(1)에 의해 제 1 광 수신기(14)의 유효 범위 정도를 위한 측정을 나타낸다.
센서(12)의 출력 신호(UA) 및 가이드 레일(3)로 부터 리드 프레임(1)의 수평 가장자리(4)의 거리(a) 사이의 관계를 나타내는 특성 곡선(UA(a))은 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이 미리 결정된 값으로 파여진 직선 가장자리 단면(26)과 함께 직선 수평 가장자리(25)를 갖는 리드 프레임과 유사한 교정 판(24)에 의해 생길 수 있다. 특성 곡선(UA(a))이 등록되자 마자, 교정 판(24)은 가이드 레일(3)에 기초가 되어 올려지고 출력 신호(UA)는 적어도 2개의 다른 가장자리 단면(26)을 위해 측정되고 저장된다.
일반적인 동작에서, 현재의 거리(a)는 측정된 출력 신호(UA)로 계산되고 가이드 레일(3), 클램프 및 리드 프레임(1)의 보간과 이동에 의해 저장된 특성곡선(UA(a))은 y 방향으로 결정된 거리(a)로 수행될 수 있다. 교정 운동이 완전해지면, 반도체 칩은 리드 프레임(1)상의 오른쪽 위치에 배치될 수 있다.
도 6은 리드 프레임(1) 상에 반도체 칩을 장착하기 위한 장치를 도시하며, 이것은 가이드 레일(3)로 향해 있는 리드 프레임(1)의 수평 가장자리(4)에 대한 거리를 측정하기 위해 2개가 단단히 배치된 센서(12.1, 12.2)를 갖는다. 장치는 미리 결정된 형태의 칩 아일랜드(2) 및 결합 스테이션에 부착 적용하기 위해 수평면에 있는 이동가능한 기록 헤드(27)를 갖는 분배 스테이션을 구비한다. 여기에서 참조되는 이러한 분배 스테이션은 유럽 특허 출원 제 901155 호에 기재되어 있다. 센서(12.1)는 가이드 레일(3)로 향해 있는 리드 프레임(1)의 수평 가장자리(4)에 대한 거리(c)를 측정하기 위해 분배 스테이션의 위치에 배치된다. 상술된 바와 같이, 센서(12.2)는 결합 스테이션의 위치에서 가이드 레일(3)로 향해 있는 리드 프레임(1)의 수평 가장자리(4)에 대한 거리(a)를 측정하게 된다.
거리(a)가 결합 싸이클에서 측정된다면, 이 때 가이드 레일(3)은 리드 프레임(1)의 이동 방향(x)에 대해 오른쪽 각 y 방향으로 이동된다. 동시에, 분배 스테이션의 기록 헤드(27)에 대한 상대 위치는 칩 아일랜드(2)의 관계에 따라 변한다. 칩 아일랜드(2)에 부착 적용되면, 기록 헤드(27)는 y 방향으로 거리(a)를 보상하는 가이드 레일(3)의 교정 이동 뿐만 아니라 센서(12.1)에 의해 측정되는 가이드 레일(3)에 대한 칩 아일랜드(2)의 거리(c)가 고려되어 y 방향으로 제어된다.
본 발명 때문에, 만곡된 리드 프레임 또는 예를 들면 이동 클램프의 폐쇄 및개방에 의한 위치로 약간 이동되는 리드 프레임은 마이크로미터의 짧은 싸이클 주기의 정확도로 결합 스테이션에 나타내질 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 기판 상에 반도체 칩을 장착하기 위한 장치는 반도체 칩의 배치가 짧은 싸이클 타임으로도 정확해지며, 가격이 저렴한 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 기판 특히 금속 리드 프레임(1) 상에 반도체 칩을 장착하고, 기판은 다음 기판 위치(2)의 표현을 위한 결합 스테이션으로 제 1 방향(x)의 단계로 진행되고, 제 1 방향에 직각인 제 2 방향(y)에 관하여 기판(1)의 수평 가장자리(4) 위치를 결정하는 센서(12)를 포함하는 장치에 있어서,
    센서(12)는 광원(13)과 제 1 광 수신기(14)로 부터 형성되는 제 1 광 장벽 및 광원(13)과 제 2 광 수신기(15)로 부터 형성되어 기준이 되는 제 2 광 장벽을 가지며, 센서(12)는 동작 중에 기판이 제 1 광 장벽을 부분적으로 커버하고 제 2 광 장벽을 커버하지 못하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 광 수신기(14, 15)는 동일한 반도체 칩에 집적되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    이용가능한 렌즈(16)는 광원(13)이 렌즈(16)의 초점거리에 배치되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서,
    제 1 광 수신기(14)의 신호 및 제 2 광 수신기(15)의 신호는 멀티플렉서(19)로 공급되고 공통 증폭기(20)는 멀티플렉서(19)에 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서,
    광원(13)은 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항에 있어서,
    일반적인 동작에서, 제 2 방향(y)에 관한 기판(1)의 수평 가장자리(4) 위치는 센서(12)로 얻게 되며, 기판의 교정 이동은 오른쪽 위치에서 다음 기판 위치(2)를 나타내기 위해 제 2 방향(y)으로 수행되는 것을 특징으로 하는 장치.
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