KR20070013207A - 기판에 접착제를 도포하는 장치 - Google Patents

Abstract

접착제(2)를 포함하는 액체 용기로부터 기판으로 접착제를 도포하는 장치는, 압력 펄스를 액체 용기에 인가하기 위해 변환 밸브에 의하여 압력 탱크에 일시적으로 연결될 수 있는 적어도 하나의 압력 탱크와, 변환 밸브를 제어하고 압력 탱크의 압력을 조절하기 위한 제어 유닛을 포함한다. 본 발명에 따른 도포 장치는 외부 신호가 액체 용기의 액체 높이를 나타내는 센서를 구비한다. 센서(4)는, 음향 변환기(8)와, 음향 변성기(9)와, 음향 변환기(8)를 작동시키고 음향 변성기(9)에 의하여 운반된 신호를 분석하기 위한 전자 회로(10)를 포함한다. 센서(4)는 액체 용기에서 정상 음파가 발생하는 경우에 음향 변환기(8)에 인가된 교번 전기 신호의 주파수를 측정한다. 제어 유닛은 압력 탱크의 압력 또는 센서의 출력 신호에 따른 압력 펄스의 파장을 제어한다.

접착제, 반도체, 기판, 센서, 압축 공기, 주입기, 증폭기

Description

기판에 접착제를 도포하는 장치{DEVICE FOR APPLYING ADHESIVE TO A SUBSTRATE}

본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예를 나타내며 본 발명의 사상 및 실시 원리를 설명한다. 도면들은 일정한 비율로 도시되어 있지 않다.

도 1은 주입기 형태의 액체 컨테이너를 도시한 도면으로서, 압축 공기를 공급하기 위한 연결부와, 주입기의 액체 높이를 측정하기 위한 센서를 구비한 액체 용기를 도시한 도면이다.

도 2는 센서를 작동시키기 위한 전자 회로를 도시한 도면이다.

도 3은 주입기가 고정되어 배치된 접착제 도포 장치를 도시한 도면이다.

도 4는 주입기가 이동 가능한 라이팅 헤드 상에 배치된 접착제 도포 장치를 도시한 도면이다.

도 5는 주입기를 작동시키기 위한 공압 장치를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 주입기 8 : 음향 변환기

2 : 접착제 9 : 음향 변성기

3 : 덮개 10 : 전자 회로

4 : 센서 11 : 증폭기

5 : 첨단 14 : 기판

6 : 관 15 : 노즐

7 : 압력 연결부 19 : 지지 테이블

반도체 칩의 장착에 있어서, 은 조각(silver flake)을 포함하는 에폭시 수지계 접착제(epoxy based adhesive)들이 흔히 사용된다. 접착제는 주입기 내에 위치하고, 접착제를 분량에 따라 짜내기 위하여 압력 펄스(pressure pulse)가 공압 장치로부터 주입기로 전달된다. 접착제의 도포는, 내부를 통하여 접착제가 흘러나와 기판에 증착되도록 하는 여러 개의 개구부를 구비한 디스펜싱 노즐(dispensing nozzle), 또는 내부를 통하여 접착제가 흘러나오도록 하는 하나의 개구부를 구비한 라이팅 노즐(writing nozzle) 중 어느 하나에 의하여 수행된다. 라이팅 노즐은, 증착된 접착제가 기판 상에서 소정의 접착 패턴을 형성하도록 하기 위하여 2개의 수평 방향으로 이동 가능한 구동 시스템에 의해 소정의 경로를 따라 안내된다. 2개의 수평 방향으로 이동 가능한 라이팅 노즐을 구비한 반도체 장착 장치는, 예를 들어 유럽 특허 공보 제1 432 013호에 개시되어 있다. 주입기는 고정되게 배치되고, 주입기의 출구는 관을 통하여 이동 가능한 라이팅 노즐에 연결된다. 접착제의 운반은, 공압 장치가 라이팅 노즐의 라이팅 움직임 중에 지속적으로 압력 펄스를 생성 시킴으로써 달성된다. 한가지 단점은 운반되는 액체의 양이 주입기의 비워진 정도에 의존한다는 것이다. 미국 특허 공보 제5,199,607호 및 제5,277,333호에 개시된 공압 장치는 압력 탱크의 압력 레벨이 압력 제어기에 의해 조절되는 압력 탱크를 포함한다. 운반되는 액체의 양을 일정하게 유지시키기 위하여, 압력 탱크로부터 주입기까지의 라인의 압력이 액체를 운반하는 동안에 측정되고 적분되며, 압력 펄스의 파장이 소정의 설정값의 적분치에 도달할 때까지 변화된다. 이러한 해결책은 라이팅 노즐의 라이팅 움직임과의 공동 작용(co-ordination)을 지연시킨다. 일본 공개 특허 공보 제04-200671호에는 운반된 압력 펄스의 수 또는 이미 운반된 압력 펄스의 전체 지속 시간을 기초로 하여 압력 펄스의 압력 레벨 또는 압력 펄스의 파장을 조정하는 방안이 개시되어 있다. 이러한 해결 방안은 상대적으로 부정확하다.

본 발명의 목적은 운반되는 접착제의 양이 주입기의 비워진 정도에 가능한 한 영향을 받지 않도록 하는 기판의 접착제 도포 장치를 제공하는 것이다. 또한, 이러한 장치는 기존의 장치들에 설치하기에 적합해야 한다.

접착제를 포함하는 액체 용기로부터 기판에 접착제를 도포하는 장치는, 압력 펄스를 액체 용기에 인가하기 위하여 밸브, 일반적으로 변환 밸브에 의해 일시적으로 연결되는 적어도 하나의 압력 탱크와, 밸브를 제어하고 압력 탱크 내부의 압력을 조절하기 위한 제어 유닛을 포함한다. 본 발명에 따르면, 도포 장치는 출력 신호가 액체 용기 내의 접착제의 충전 레벨을 나타내는 센서를 구비한다. 센서는 출 력 신호를 형성하기 위하여 음향 변환기(sound transducer)와, 음향 변성기(sound transformer)와, 음향 변환기를 작동시키고 음향 변성기 또는 음향 변환기에 의하여 전달된 신호를 처리하기 위한 전자 회로(electronic circuit)를 포함한다. 센서는 출구와 대향된 액체 용기의 단부에 탈착 가능하게 부착된다. 바람직하게는, 센서는 액체 용기에 정상 음파(standing sound wave)를 발생시키는 음향 변환기에 인가된 교류 신호(전압 또는 전류)의 주파수를 측정한다. 전술한 바와 같이 압력 탱크의 압력을 조절하는 제어 유닛은, 압력 탱크의 압력 레벨이나 센서의 출력 신호에 따라, 즉 액체 높이나 액체 용기로부터 이미 배출된 접착제의 양에 대응하는 액체 용기의 무용 부피(dead volume)를 고려하여 압력 펄스의 파장을 조절한다. 원칙적으로, 제어 유닛은 액체 용기의 무용 부피 또는 비움 정도(degree of emptiness)의 증가에 따라 압력 레벨을 증가시켜야 한다.

센서의 무게가 가볍고 도포 장치에 필요한 공간이 작으므로, 특히 3개의 공간 방향으로 움직일 수 있으며 라이팅 노즐을 포함하는 라이팅 헤드와 함께 도포 장치를 사용하기에 적합하며, 액체 용기는 라이팅 헤드에 탈착 가능하게 부착되고, 액체 용기의 출구는 라이팅 헤드로 개방된다. 이러한 경우에, 제어 유닛은 바람직하게는 압력 펄스의 지속 시간이 변하지 않는 동안에 센서의 출력 신호에 따라서 압력 탱크 내의 압력을 제어하며, 따라서 라이팅 움직임의 지속 시간도 변경될 필요가 없게 된다.

도 1은, 예를 들어 기판에 접착제(2)를 도포하기 위해 다이 본더(die bonder)로 공지된 반도체 조립 장치와 함께 사용되는 주입기(1) 형태의 액체 용기 를 도시하고 있다. 주입기(1)를 기밀(氣密)시키는 덮개(3)가 주입기의 일 단부에 위치된다. 주입기(1) 내의 액체 높이를 검출하는 센서(4)가 덮개(3)에 통합된다. 접착제(2)가 바람직하게는 압축 공기에 의하여 주입기(1)의 첨단(tip)(5)을 거쳐 분량에 따라 눌려져 나온다. 압축 공기는 덮개(3)에 통합된 압력 연결부(7)로 삽입되는 관(6)을 거쳐서 공급된다. 모든 유형의 에폭시 수지, 특히 은 분말 또는 은 조각을 함유한 에폭시 수지가 접착제(2)로 사용될 수 있다.

센서(4)는, 음향 변환기(8)와, 음향 변성기(9)와, 음향 변환기(8)를 작동시키고 음향 변성기(9)에 의해 전달된 전기 신호를 측정하는 전자 회로(10)를 포함한다. 음향 변환기(8)는 바람직하게는 음파를 전달하기 위하여 교류 전압이 가해지는 압전 결정체(piezoelectric crystal)이다. 음향 변성기(9)는, 예를 들어 음향 신호(acoustic signal)를 전기 신호로 변환하는 마이크로폰(microphone)이다. 음향 변환기(8)와 음향 변성기(9)는 동일 높이에 나란히 배치되는 것이 바람직하다. 전자 회로(10)는 덮개(3)에 통합되거나 반도체 조립 장치의 임의의 위치에 장착된다.

주입기의 액체 높이는 길이(L)로서 나타나는데, 이러한 길이(L)는 접착제(2)의 높이와 음향 변환기(8) 및 음향 변성기(9)의 높이 사이의 간격에 해당된다. 주입기(1)가 비워짐에 따라 길이(L)가 증가한다. 예를 들어, 주입기(1)가 비워져서 교체되어야 하는 경우에, 길이(L = L_e)는 6cm에 달한다.

전자 회로(10)는 음향 변환기(8)에 인가되는 소정의 주파수(f)를 가진 바람직하게는 정현파 교류 전압(U₁)을 전달한다. 음향 변환기(8)는, 주입기(1)에서 분산 되어 접착제(2)에 의하여 반사되고 음향 변성기(9)에 인가되는 음파를 전달한다. 일정 조건 아래에서는, 음향 변성기(9)의 위치에서 파절(node)을 갖는 정상 음파가 주입기(1) 내에 형성된다. 측정의 기본 원리는 정상 음파의 발생을 탐지하는 것으로 이루어진다. 정상 음파는 주파수(f)와 파장(L)이 다음을 만족할 때 발생한다.

(1)

위 식에서, 상수 c는 공기의 음속을 나타낸다. 상수 c는 355 m/s이다. 따라서, 음향 변환기(8)에 인가된 교류 전압의 주파수(f)가 주파수 f_e = 1479 Hz로 선정되고, 접착제(2)가 길이 L_e = 6 cm로 정해진 액체 높이에 달하였을 때 위 식(1)에 따라서 정상 음파가 발생한다. 시간(t)의 함수로서 음파 변성기(9)에서 나오는 출력 신호[U₂(t)]는 푸리에 급수로 나타낼 수 있다.

(2)

위 식에서, 계수(A_n)는 진폭을 나타내고 계수(φ_n)는 진동의 위상을 나타낸다. 주파수 f를 갖는 진동은 기본파 또는 기본 진동으로 불리우며, n>1에 대해 주파수 n×f를 갖는 진동은 고조파로 불리운다.

정상 음파는, 기본파의 진폭(A₁)이 최소에 이르고 주파수(2f)를 갖는 제1 고조파의 진폭(A₂)이 최대값에 이르기 때문에, 음향 변성기(9)의 출력 신호(U₂)에서 명백히 발생된다.

실제 액체 높이를 알아내기 위해서는, 정상 음파가 발생되는 주파수(f)가 결정되어야 한다. 도 2는 출력 신호가 액체 높이, 즉 길이(L)에 비례하는 간단한 전자 회로(10)를 도시하고 있다. 전자 회로는 직렬로 배치된 2개의 증폭기(11, 12)를 구비한 증폭 스테이지를 포함하며, 증폭 스테이지의 증폭 계수는 매우 크다. 음향 변성기(9)의 출력 신호는 2개의 증폭기(11, 12)에 의해 증폭되고 음파 변환기(8)에 입력된다. 자동 음향 피드백은, 주입기(1) 내에서 정상 음파를 형성할 수 있도록 폐쇄 제어 회로의 주파수(f)를 스스로 조절하는 효과를 갖는다. 제1 증폭기(11)의 출력부에서의 신호는 슈미트 트리거 부품(Schmitt trigger component)(13)에 공급되는데, 슈미트 트리거 부품은 이러한 신호를 고 단계 제어 장치, 예를 들어 접착제 도포용 장치의 제어 장치에 의하여 계산될 수 있는 일련의 사각파(square-wave) 펄스로 변환시킨다. 이러한 펄스 또한 주파수(f)를 갖는다.

도 3은 액체 용기가 고정되게 배치된 기판(14)의 접착제 도포 장치를 도시하고 있다. 액체 용기는 하나의 출구를 구비한 주입기(1)이며, 이러한 출구에 하나 또는 하나 이상의 개구부를 구비한 노즐(15)이 탈착 가능하게 부착된다.

도 4는 액체 용기가 3개의 직교 좌표 방향(x, y, z)으로 움직일 수 있는 라이팅 헤드(16)에 배치된 기판(14)의 접착제 도포 장치를 도시하고 있으며, 여기서 액체 용기의 출구는 탈착 가능하게 부착된 라이팅 노즐(17)로 개방된다. 일반적으로, 라이팅 노즐(17)은 하나의 출구만을 포함한다.

2개의 도포 장치는 다이 본더로 알려진 반도체 조립 장치의 디스펜싱 스테이 션의 부품이다.

양 도포 장치에 따르면, 기판(14)은 접착제가 도포되는 지지 테이블(19)로 이송 시스템(18)에 의하여 이송되고, 이어서 지지 테이블(19)로부터 반도체 칩이 접착제 상에 놓이는 반도체 조립 장치의 결합 스테이션으로 이송된다. 이른바 유지 단계 중에는, 접착제가 흘러내리는 것을 방지하기 위하여 주입기(1)에 진공압이 인가되고, 이른바 도포 단계 중에는, 지지 테이블(19)에 있는 기판(14) 상으로 접착제의 일부를 증착시키기 위하여 압력 펄스가 인가된다.

도 5는 도 3 및 도 4에 따른 도포 장치와 함께 접착제를 운반하기 위해 사용될 수 있는 공압 장치의 일례를 도시하고 있다. 공압 장치는, 외부 압축 공기원에 의해 발생된 압축 공기를 공급하기 위한 입구(20)와, 제1 압력 도관(22)을 통하여 주입기(1)의 압력 연결부(7)(도 3 참조)에 연결될 수 있는 출구(21)를 포함한다. 공압 장치는, 압력 레벨을 제1 압력 센서(24)에 의하여 측정하고 입구 밸브(25)에 의하여 조절할 수 있는 압력 탱크(23)를 포함하며, 압력 탱크(23)는 입구 밸브를 통하여 입구(20)와 연결될 수 있다. 또한, 공압 장치는 진공원(vacuum source)(27)으로부터 진공압이 인가되는 진공 탱크(26)를 포함하며, 진공 탱크의 압력 레벨은 제2 압력 센서(28)에 의해 측정되고 출구 밸브(29)에 의하여 조절되며, 진공 탱크(26)는 출구 밸브(29)를 통하여 진공원(27)과 연결된다. 진공원(27)은, 예를 들어 압축 공기에 의하여 작동되는 벤츄리 노즐(venturi nozzle)이다.

또한, 공압 장치는, 변환 밸브(30)와, 변환 밸브(30)를 압력 탱크(23)에 연결하는 제2 압력 도관(31)과, 변환 밸브(30)를 진공 탱크(26)에 연결하는 제3 압력 도관(32)을 포함한다. 변환 밸브는, 제1 압력 도관(22)이 제2 압력 도관(31)에 연결되거나 또는 제3 압력 도관(32)에 연결되는 2가지 위치를 갖는다.

압력 펄스의 종료시에 주입기(1) 내의 압력이 보다 빠르게 감소되도록 하고 이러한 과정에서 진공 탱크(26)에 가해지는 부하가 감소되도록 하기 위하여, 제2 변환 밸브(34)는 바람직하게는 변환 밸브(30)와 진공 탱크(26) 사이의 제3 압력 도관(32)에 배치되며, 이러한 제2 변환 밸브는 매번 압력이 대기압의 레벨으로 감소할 때까지 주입기(1)를 대기와 일시적으로 연결한다.

압력 센서(24, 28)의 출력 신호뿐만 아니라 센서(4)의 출력 신호도 제어 유닛(33)에 제공된다. 제어 유닛(33)은 모든 밸브(25, 29, 30 그리고 필요한 경우 34)를 제어한다. 바람직한 작동 방법에 따르면, 유지 단계의 시작시에 압력 탱크(23)는 그의 압력이 주입기(1)의 액체 높이에 따라 제어 유닛(33)에 의해 계산된 값에 도달할 때까지 압력에 의하여 입구(20)에 연결된다. 도포 단계 동안에는, 압력 탱크(23)는 바람직하게는 입구(20)로부터 분리되어 유지된다. 이와 유사하게, 도포 단계가 시작되면, 진공 탱크(26)는 진공 탱크(26)의 진공압이 규정된 설정값에 도달할 때까지 압력에 의하여 진공원(27)에 연결된다.

작동 중에, 변환 밸브(30)는, 주입기(1)가 유지 단계 중에 진공 탱크(26)에 연결되고 도포 단계 중에 압력 탱크(23)에 연결되도록, 변환 밸브의 두 위치 사이에서 전환된다. 유지 단계 중에, 센서(4)는 주입기(1) 내의 액체 높이(L)를 측정한다. 접착제가 비워진 주입기(1)의 공간에 대응하는 무용 부피(V_T)는 내부 반경(r)을 갖는 원통형 주입기의 경우에 다음과 같다.

(3)

도 3의 도포 장치에 따르면, 압력 탱크(23) 내의 압력의 압력 레벨 및/또는 도포 단계의 지속 시간은, 주입기(1)의 비워진 정도에 상관없이 일정한 양의 접착제가 운반되도록 하기 위하여 주입기(1)의 무용 부피(V_T) 또는 측정된 액체 높이(L)에 따라 증가한다.

도 4의 도포 장치에 따르면, 도포 단계의 지속 시간이 변하지 않는 동안에 주입기(1)의 비워진 정도에 상관없이 일정한 양의 접착제를 운반하기 위하여, 압력 탱크(23) 내의 압력의 압력 레벨은, 측정된 액체 높이(L) 또는 주입기(1)의 무용 부피(V_T)에 따라 증가한다. 이렇게 되면, 라이팅 노즐(17)의 라이팅 움직임의 지속 시간도 변경될 필요가 없다.

압력 탱크(23) 내부의 압력의 압력 레벨 또는 필요한 경우 도포 단계의 지속 시간이 증가되어야 하는 정도는, 전체 시스템의 실제 특성에 따라 실험적으로 결정되어야 한다.

접착제를 도포하는 장치는, 주입기(1)가 비워지자마자, 즉 액체 높이가 L_e 값에 도달하자마자 경고를 발생시키고 그리고/또는 반도체 조립 장치를 정지시키도록 설정된다.

이상 본 발명의 실시예 및 적용예들을 기재하였지만, 본 기술 분야의 당업자 라면 본 발명의 사상을 벗어나지 않고서 본 발명을 변경시킬 수 있음을 충분히 파악할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 외에는 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 도포 장치는 주입기의 무용 부피에 상관없이 일정한 양의 접착제를 기판에 도포할 수 있다.

Claims (5)

1. 기판에 접착제를 도포하는 장치에 있어서,

   접착제를 함유하고 출구를 구비하는 액체 용기와,

   압력 탱크(23)와,

   상기 액체 용기에 압력 펄스를 인가하기 위하여 상기 압력 탱크(23)를 액체 용기에 일시적으로 연결하는 밸브와,

   음향 변환기(8) 및 음향 변성기(9)를 포함하고 상기 출구에 대향된 액체 용기의 단부에 탈착 가능하게 부착되는 센서(4)와,

   상기 음향 변환기(8)를 작동시키고 상기 액체 용기 내의 접착제의 충진 높이를 나타내는 센서(4)의 출력 신호를 형성하는 전자 회로(10)와,

   상기 압력 탱크(23)의 압력과 밸브를 제어하고 상기 압력 탱크(23)의 압력 레벨 및/또는 상기 센서(4)에서의 출력 신호에 따른 압력 펄스의 파장을 조절하는 제어 유닛(33)을 포함하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
2. 제1항에 있어서,

   라이팅 노즐(17)을 구비한 라이팅 헤드(16)를 추가로 포함하고, 상기 라이팅 헤드(16)는 3개의 공간 방향으로 움직일 수 있으며, 상기 액체 용기는 상기 액체 용기의 출구가 라이팅 노즐(17)로 개방되도록 라이팅 헤드(16)에 탈착 가능하게 장착되고, 상기 제어 유닛(33)은 센서(4)에서의 출력 신호에 따라 압력 탱크(23) 내 의 압력 레벨만을 조절하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 센서의 출력 신호는, 액체 용기에서 정상 음파가 발생하도록 하는 음향 변환기(8)에 인가된 교류 신호의 주파수를 나타내는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 센서의 출력 신호는, 액체 용기에서 정상 음파가 발생하도록 하는 음향 변환기(8)에 적용된 교류 신호의 주파수를 나타내는 것을 특징으로 하는 도포 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 액체 용기의 접착제의 높이가 소정의 높이에 도달하였을 경우 경보가 발생하는 것을 특징으로 하는 도포 장치.

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