KR20070082944A - 초음파 본딩장치 및 초음파 본딩방법 - Google Patents

초음파 본딩장치 및 초음파 본딩방법 Download PDF

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Abstract

초음파 본딩 툴의 이동경로를 최소화하고 그에 따른 칩의 본딩 위치 오차를 방지하여 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 초음파 본딩장치 및 초음파 본딩방법이 개시된다. 초음파 본딩장치는 칩을 공급하는 칩공급유닛, 칩이 실장되기 위한 기판이 안착되는 스테이지유닛, 기판을 고정 지지함과 아울러 기판의 위치를 이동시킬 수 있도록 이동 가능하게 설치되는 피딩유닛, 초음파 본딩 툴을 구비하며 지면에 대해 수직한 Z 방향 및 Z 방향에 서로 직교하는 X,Y 방향으로 이동 가능하게 설치됨과 아울러 Z 방향을 따른 축선을 중심으로 상대 회동 가능하게 설치되는 헤드부유닛, X,Y,Z 방향으로 테이블에 상대 이동 가능하게 설치됨과 아울러 Y 방향을 따른 축선을 갖도록 상대 회동 가능하게 설치되어 칩공급유닛의 칩을 픽업하여 초음파 본딩 툴로 이송하는 픽업유닛을 포함한다. 이와 같은 구조는 초음파 본딩 툴의 이동경로가 최소화될 수 있게 하며 그에 따른 칩의 본딩 위치 정확성 저하를 방지할 수 있게 한다.
초음파 본딩장치, 초음파 본딩 툴, 피딩유닛, 픽업유닛, 스테이지유닛

Description

초음파 본딩장치 및 초음파 본딩방법{ULTRASONIC BONDING MACHINE AND ULTRASONIC POINT BONDING METHOD}
도 1은 기존의 초음파 본딩장치의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 초음파 본딩장치의 구조를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 본딩장치의 구조를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 초음파 본딩장치로서, 스테이지유닛의 구조를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 초음파 본딩장치의 제어블록도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6 본 발명에 따른 초음파 본딩방법을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 초음파 본딩방법으로서, 칩에 가압되는 하중 상태를 도시한 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
120 : 테이블 130 : 칩공급유닛
131 : 칩 132 : 기판
140 : 스테이지유닛 141 : 스테이지 베이스
142 : 스테이지 143 : 조절볼트
144 : 스테이지 볼 150 : 피딩유닛
151 : 그리퍼 160 : 헤드부유닛
162 : 초음파 본딩 툴 170 : 픽업유닛
180 : 카메라유닛 181 : 상부카메라
182 : 하부카메라 184 : 위치검출카메라
190 : 제어부
본 발명은 초음파 본딩장치 및 초음파 본딩방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 초음파 본딩 툴의 이동경로를 최소화하고 그에 따른 칩의 본딩 위치 오차를 방지하여 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 초음파 본딩장치 및 초음파 본딩방법에 관한 것이다.
패키징(packaging)은 반도체 부품을 조립하는 기술 중 하나로서, 다이 본딩(die bonding)은 웨어퍼로부터 분리된 반도체 칩을 패키지에 고정하고 칩과 패키지를 전기적으로 접속시키는 기술에 관한 것이다. 일반적으로 본딩을 위해서는 열압착 접착방식이나 초음파 접착방식이 이용되고 있다.
초음파 본딩장치는 기판에 칩을 배치시킨 후 가압하면서 높은 진동수로 진동시키는 동작을 통해서 칩과 외부 회로를 연결할 수가 있다. 이때 칩과 회로의 단자를 서로 접촉된 상태를 유지하며, 진동 에너지가 접점에 집중됨으로써 칩과 회로 의 단자들을 서로 결합할 수 있다. 경우에 따라서는 상온용접결합(cold weld bond)이 가능하기 때문에 고열을 가할 수 없는 칩과 기판의 본딩에 사용될 수가 있다.
도 1은 기존의 초음파 본딩장치의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 기존의 초음파 본딩장치(10)는 복수개의 칩(21)이 구비되어 있는 칩공급유닛(20), 상기 칩(21)이 실장되기 위한 기판(22)이 고정 설치되는 스테이지유닛(30), 상기 칩공급유닛(20)의 칩(21)을 픽업하여 상기 기판(22)으로 이송함과 아룰러 초음파 에너지에 의한 기계적 진동을 발생시켜 상기 칩(21)을 기판(22)에 본딩시키는 초음파 본딩 툴(40)을 포함하여 구성되어 있다.
이러한 구성에 의하여 칩공급유닛(20)에 구비되어 있는 칩(21)은 초음파 본딩 툴(40)에 의해 스테이지유닛에 고정 설치되는 기판(22)으로 이송 배치된 후 가압되며 초음파 본딩 툴(40)에서 발생되는 초음파 에너지에 의한 기계적 진동에 의해 기판(22)에 본딩될 수 있다.
그러나, 기존의 초음파 본딩장치에 있어서는, 초음파 본딩 툴(40)이 그 본연의 역할을 수행함과 동시에 칩공급유닛(20)의 칩(21)을 스테이지유닛의 기판(22)으로 이송시키는 픽업수단의 역할을 수행한다. 따라서 초음파 본딩 툴(40)의 이동경로가 길어지는 문제점이 있고, 이동경로가 연장됨에 따라 칩(21)의 본딩 위치에 대한 오차도 커질 수 있어 정확성 저하되고 정밀도 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생할 수가 있다.
또한, 기존의 초음파 본딩장치에서 기판(22)이 고정 설치되는 스테이지유닛 (30)은 각 부품간의 조립공차 및 가공 정도에 따른 미세위치보정을 하기 어려운 구조적인 문제점이 있고, 이에 따라 칩(21)의 본딩 위치 오차가 발생되며 정밀도 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 초음파 본딩 툴의 이동경로를 최소화하고 그에 따른 칩의 본딩 위치 오차를 방지하여 정밀도와 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 초음파 본딩장치 및 초음파 본딩방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 기판이 안착되는 스테이지유닛의 미세위치보정을 가능하게 함으로써 정밀도 및 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 초음파 본딩장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 초음파 본딩장치는 테이블의 일측에 설치되어 칩을 공급하는 칩공급유닛, 칩이 실장되기 위한 기판이 안착될 수 있도록 테이블의 다른 일측에 설치되는 스테이지유닛, 기판을 고정 지지함과 아울러 기판의 위치를 이동시킬 수 있도록 테이블에 수평이동 가능하게 설치되는 피딩유닛, 초음파 본딩 툴을 구비하며 지면에 대해 수직한 Z 방향 및 상기 Z 방향에 서로 직교하는 X,Y 방향으로 테이블에 상대 이동 가능하게 설치됨과 아울러 Z 방향을 따른 축선을 갖도록 상대 회동 가능하게 설치되 는 헤드부유닛, X,Y,Z 방향으로 테이블에 상대 이동 가능하게 설치됨과 아울러 Y 방향을 따른 축선을 갖도록 상대 회동 가능하게 설치되어 칩공급유닛의 칩을 픽업하여 초음파 본딩 툴로 이송하는 픽업유닛을 포한한다.
참고로, 여기서 X-Y-Z는 상호 직교하는 좌표 기준축으로서, Z축은 높이 방향의 성분을 의미하며, Y축은 기판의 길이 이송 방향의 성분을 의미하고, X축은 기판의 폭 이송 방향의 성분을 의미한다. 참고로, X-Y-Z의 성분은 본 명세서에서 임의로 정의한 것으로서 발명의 이해를 돕고자 사용하며, 이들 방향으로 인해 발명이 제한되지 않는다.
본 발명의 초음파 본딩장치는 피딩유닛을 이용하여 기판을 1차적으로 이송하며, 혼(horn)을 갖는 초음파 본딩 툴을 2차적으로 이송한다. 2개 이상의 부품이 이동 거리를 나누어 이동하고, 이를 보조하기 위해 각 부품들이 유기적으로 작동하여 각 부품 간의 이동 변위를 최소로 줄일 수 있다. 따라서 기판 및 칩의 이송을 신속하게 할 수 있으며, 칩의 본딩 위치에 대한 정확성을 현저하게 높일 수가 있다.
추가로, 스테이지유닛은 스테이지 베이스, 스테이지, 조절볼트를 포함하여 구성될 수 있고, 스테이지 베이스와 스테이지의 사이에는 스테이지 볼이 개재될 수 있다. 또한 칩공급유닛에 구비된 칩의 위치를 검출하기 위한 위치검출카메라 및 상부카메라와 하부카메라를 구비하여 헤드부유닛과 스테이지유닛의 사이에서 수평 이동 가능하게 설치되는 카메라유닛을 포함하여 구성될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명에 따른 초음파 본딩장치의 구조를 도시한 측면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 초음파 본딩장치의 구조를 도시한 평면도이다. 도 4는 본 발명에 따른 초음파 본딩장치로서, 스테이지유닛의 구조를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 초음파 본딩장치의 제어블록도를 개략적으로 도시한 도면이다.
참고로, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 2 내지 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 본딩장치는 테이블(120), 칩공급유닛(130), 스테이지유닛(140), 피딩유닛(150), 헤드부유닛(160), 픽업유닛(170)을 포함하여 구성되어 있다.
상기 테이블(120)의 상부 일측에는 LSI 또는 IC 등과 같은 반도체 칩(131)이 구비되어 있는 칩공급유닛(130)이 설치되어 있고, 상기 테이블(120)의 상부 다른 일측에는 칩(131)이 실장되기 위한 기판(132)이 안착될 수 있도록 스테이지유닛(140)이 설치되어 있다.
상기 피딩유닛(150)은 스테이지유닛(140)에 안착되는 기판(132)의 일단부에 결속되는 그리퍼(151)를 포함하여 기판(132)을 고정 지지함과 아울러 선택적으로 기판(132)이 스테이지유닛(140) 상에서 소정 위치로 피딩될 수 있도록 테이블(120)에 대해 수평 방향으로 상대 이동 가능하게 설치되어 있다. 본 실시예에서는 그리퍼(151)를 이용하여 기판(132)의 일정 위치 단위로 이송할 수가 있지만, 경우에 따 라서는 그리퍼(gripper) 대신 컨베이어 이송장치가 사용될 수 있으며, 컨베이어 이송장치는 기판에서 칩이 본딩되는 위치를 일직선 상에 위치시켜 다량의 본딩을 연속적으로 수행할 수가 있다.
다시 도면을 참조하면, 헤드부유닛(160)에는 초음파 본딩 툴(162)이 구비되어 있고, 이와 같은 헤드부유닛(160)은 지면에 대해 수직한 Z 방향 및 상기 Z 방향에 서로 직교하는 X,Y 방향으로 테이블(120)에 상대 이동 가능하게 설치됨과 아울러 Z 방향을 따른 축선을 갖도록 상대 회동 가능하게 설치되어 있다. 앞서 언급한 바와 같이, X-Y-Z는 상호 직교하는 상대적인 좌표 기준축으로서, Z축은 높이 방향의 성분을 의미하며, Y축은 좌우 방향의 성분을 의미하고, X축은 전후 방향의 성분을 의미한다.
즉 상기 헤드부유닛(160)은 상기 테이블(120)에 X 방향으로 상대 이동 가능하게 결합되는 X축 블록(164), 상기 X축 블록(164)에 Y 방향으로 상대 이동 가능하게 결합되는 Y축 블록(165), 상기 Y축 블록(165)에 Z 방향으로 상대 이동 가능하게 결합되는 Z축 블록(166), 상기 Z축 블록(166)에 Z축 방향을 따른 축선을 갖도록 상대 회동 가능하게 결합되는 회전 블록(167)을 통해 테이블(120)에 대해 X,Y,Z 방향으로 상대 이동될 수 있고, Z 방향을 따른 축선을 중심으로 회전될 수 있다.
상기 초음파 본딩 툴(162)로서는 초음파 제너레이터(generator), 컨버터(conveter), 부스터(booster) 및 혼(horn)(도시하지 않음) 등을 포함하여 구성되는 통상의 초음파 본딩 툴이 적용될 수 있으며, 상기 혼에는 칩(131)이 흡착될 수 있도록 흡착장치(도시하지 않음)가 구비되어 있다.
상기 픽업유닛(170)은 서로 직교하는 X,Y,Z 방향으로 테이블(120)에 상대 이동 가능하게 설치됨과 아울러 상기 Y 방향을 따른 축선을 갖도록 상대 회동 가능하게 결합되어 칩공급유닛(130) 상의 칩(131)을 픽업하여 초음파 본딩 툴(162)로 이송할 수 있게 한다.
즉 상기 픽업유닛(170)은 상기 테이블(120)에 X 방향으로 상대 이동 가능하게 결합되는 X축 이송블록(171), 상기 X축 이송블록(171)에 Z 방향으로 상대 이동 가능하게 결합되는 Z축 이송블록(172), Z축 이송블록(172)에 Y 방향으로 상대 이동 가능하게 결합되는 Y축 이송블록(173) 및 상기 Y축 이송블록(173)에 Y 방향을 따른 축선을 갖도록 상대 회동 가능하게 결합되는 회동블록(174)을 통해 테이블(120)에 대해 X,Y,Z 방향으로 상대 이동될 수 있고, Y 방향을 따른 축선을 중심으로 회동될 수 있다.
아울러 상기 픽업유닛(170)에는 칩(131)이 흡착될 수 있도록 흡착장치(도시하지 않음)가 구비되어 있다.
상기 칩공급유닛(130)에 근접한 테이블(120)의 일측에는 칩공급유닛(130)에 구비된 칩(131)의 위치를 검출하기 위한 위치검출카메라(184)가 설치되어 있고, 헤드부유닛(160)에 근접한 테이블(120)의 일측에는 초음파 본딩 툴(162)에 부착되는 칩(131)의 위치를 검출함과 동시에 기판(132)의 위치를 검출하기 위한 카메라유닛(180)이 설치되어 있다.
즉, 상기 카메라유닛(180)은 Z 방향을 따라 각각 다른 촬상 방향을 갖는 상부카메라(181) 및 하부카메라(182)를 구비하여 헤드부유닛(160)과 스테이지유닛 (140)의 사이에서 수평 이동 가능하게 설치되어 있다.
이와 같은 구조에 의해 상기 카메라유닛(180)은 선택적으로 수평 이동하며 초음파 본딩 툴(162)에 부착되는 칩(131)의 위치 및 스테이지유닛(140)상에 배치된 기판(132)의 위치를 검출할 수 있다.
또한 전술한 각 유닛은 위치검출카메라(184) 및 카메라유닛(180)에서 검출된 신호에 의한 제어부(190)의 제어에 의해 작동되도록 구성되어 있다.
즉 위치검출카메라(184)에서 검출된 신호에 의한 제어부(190)의 제어에 의해 픽업유닛(170)은 칩공급유닛(130)상에 배치된 칩(131) 중 어느 하나를 픽업하며 초음파 본딩 툴(162)로 이송시킬 수 있다.
그리고 카메라유닛(180)에서 검출된 신호에 의한 제어부(190)의 제어에 의해 초음파 본딩 툴(162)이 구비된 헤드부유닛(160)이 작동되며 초음파 본딩 툴(162)에 흡착된 칩(131)이 기판(132)의 소정 위치에 배치된 후 본딩될 수 있음은 물론 피딩유닛(150)이 작동되며 기판(132)이 스테이지유닛(140) 상에서 소정 위치로 피딩될 수 있다.
한편, 상기 스테이지유닛(140)은 각 부품간의 조립공차 및 가공 정도 등에 따른 미세위치보정이 가능한 구조로 구성될 수가 있다. 즉, 상기 스테이지유닛(140)은 테이블(120)에 결합되는 스테이지 베이스(141), 상기 스테이지 베이스(141)의 상측에 소정 간격을 두고 이격되게 배치되는 스테이지(142), 상기 스테이지(142)와 스테이지 베이스(141)에 상하 방향을 따라 관통 결합되는 조절볼트(143)를 포함하여 구성되어 있으며, 조절볼트(143)를 조절함으로 스테이지의 미세위치보 정을 할 수 있다.
또한 상기 스테이지 베이스(141)와 스테이지(142)의 사이에는 스테이지 볼(144)이 개재되어 있는 바, 상기 스테이지 볼(144)은 스테이지(142)가 스테이지 볼(144)에 지지된 상태에서 안정적으로 미세위치보정이 이루어질 수 있게 한다.
아울러 상기 스테이지 베이스(141)와 스테이지(142) 중 적어도 어느 일측에는 스테이지 볼(144)의 일부가 수용될 수 있도록 볼 수용홈(141a,142a)이 형성되어 있는 바, 이하에서는 스테이지 베이스(141)와 스테이지(142) 양측에 각각 볼 수용홈(141a,142a)이 형성된 예를 들어 설명하기로 한다.
이러한 구성에 의하여 칩공급유닛(130)에 배치된 칩(131)은 픽업유닛(170)에 의해 이송되어 초음파 본딩 툴(162)에 부착될 수 있고, 헤드부유닛(160)이 이동됨에 따라 스테이지유닛(140) 상에 안착된 기판(132)으로 이송 배치된 후 가압되며 초음파 본딩 툴(162)에서 발생되는 초음파 에너지에 의한 기계적 진동에 의해 기판(132)에 본딩될 수 있다.
아울러 상기 기판(132)은 카메라유닛(180)의 신호에 의한 제어부(190)의 제어에 의해 작동되는 피딩유닛(150)을 통해 초음파 본딩 툴(162)로부터 칩(131)이 이송 배치되기 전에 해당되는 소정 위치로 예비적으로 이동할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 초음파 본딩장치를 이용한 초음파 본딩방법을 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 초음파 본딩방법을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 7은 본 발명에 따른 초음파 본딩방법으로서, 칩(131)에 가압되는 하중 상태를 도시한 그래프이다.
도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 본딩방법은 칩공급유닛(130) 상에 구비된 칩(131)을 픽업유닛(170)을 통해 초음파 본딩 툴(162)에 공급하는 단계와 상기 칩(131)이 실장되기 위한 기판(132)이 스테이지유닛(140) 상에서 소정 위치에 배치되도록 피딩유닛(150)을 통해 피딩시키는 단계 중 어느 한 단계를 수행하는 제1단계, 칩공급유닛(130) 상에 구비된 칩(131)을 픽업유닛(170)을 통해 초음파 본딩 툴(162)에 공급하는 단계와 상기 칩(131)이 실장되기 위한 기판(132)이 스테이지유닛(140) 상에서 소정 위치에 배치되도록 피딩유닛(150)을 통해 피딩시키는 단계 중 다른 한 단계를 수행하는 제2단계, 상기 초음파 본딩 툴(162)에 공급된 칩(131)의 위치를 검출함과 동시에 스테이지유닛(140)에 배치된 기판(132)의 위치를 검출하는 제3단계, 상기 제3단계에서 검출된 신호값에 의해 초음파 본딩 툴(162)을 이동시켜 칩(131)을 기판(132)에 배치시키는 제4단계, 상기 기판(132)에 배치된 칩(131)을 가압함과 동시에 상기 초음파 본딩 툴(162)에서 발생되는 초음파 에너지에 의한 기계적 진동에 의해 상기 칩(131)을 상기 기판(132)에 본딩시키는 제5단계로 이루어져 있다.
아울러 상기 제1단계와 제2단계는 순차적으로 또는 동시에 수행될 수 있도록 구성될 수 있는 바, 이하에서는 제1단계 후 제2단계가 순차적으로 동시에 수행되도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
즉 제1단계에서는 칩공급유닛(130)상에 구비된 칩(131)을 픽업유닛(170)을 통해 초음파 본딩 툴(162)로 공급한다.
이때 상기 픽업유닛(170)은 칩공급유닛(130) 상에 구비된 칩(131)의 위치를 검출하고, 이때 칩공급유닛(130) 상부에 장착된 위치검출카메라(184)가 사용될 수 있다. 위치검출카메라(184)에서 검출된 신호로부터 제어부(190)는 픽업하고자 하는 낱개 칩의 위치를 계산할 수 있으며, 픽업유닛(170)은 제어부(190)의 제어에 의해 칩공급유닛(130)상에 배치된 칩(131) 중 특정된 하나를 픽업하며 초음파 본딩 툴(162)로 이송시킬 수 있다.
이때 픽업유닛(170)은 칩(131)을 픽업한 후, 초음파 본딩 툴(162)로 이동하며, 초음파 본딩 툴(162)의 하부에서 180도 반전하여 초음파 본딩 툴(162)의 안착부에 칩(131)을 부착시킬 수 있다. 이때 초음파 본딩 툴(162)의 안착부에는 음압 또는 진공압이 발생하여 칩(131)을 부착하고 있는 상태를 유지할 수가 있다.
다음 제2단계에서는 제1단계와 동시에 또는 순차적으로 진행될 수가 있다. 제2단계에 따르면, 상기 칩(131)이 실장되기 위한 기판(132)을 피딩유닛(150)을 통해 스테이지유닛(140) 상에서 소정 위치에 배치되도록 피딩시킨다. 여기서 기판(132)이 정지하는 소정의 위치는 칩의 본딩 위치가 초음파 본딩 툴(162)의 바로 하부에 위치하게 할 수 있으며, 초음파 본딩 툴(162)은 아주 미세한 위치 보정을 한 후에 하강하여 정확한 칩 본딩을 수행할 수 있을 정도의 수준으로 정의되는 것이 바람직하다.
그 후 제3단계에서는 상부카메라(181) 및 하부카메라(182)를 구비한 카메라유닛(180)이 초음파 본딩 툴(162) 및 기판의 목적 위치 사이에 위치하도록 전진하였다가 바로 후퇴한다. 이때 카메라유닛(180)을 통해 초음파 본딩 툴(162)에 공 급된 칩(131)의 위치 및 틀어짐 등을 확인할 수 있으며, 그와 동시에 스테이지유닛(140)에 배치된 기판(132)의 존재 여부 및 위치를 검출할 수 있다.
다음 제4단계에서는 제3단계를 통해 카메라유닛(180)으로부터 얻어진 신호값을 계산하며, 위치 보정을 위한 초음파 본딩 툴(162)의 위치 보정 값 및 회전 보정 값 등을 산출한다. 산출된 보정 값에 따라 제어부(190)는 초음파 본딩 툴(162)을 이동시킬 수 있으며, 위치 및 자세 보정을 마친 후 하강하여 칩(131)을 기판(132)에 배치시킨다.
마지막으로 제5단계에서는 기판(132)에 배치된 칩(131)을 가압함과 동시에 초음파 본딩 툴(162)에서 발생되는 초음파 에너지에 의한 기계적 진동에 의해 칩(131)을 기판(132)에 본딩시킴으로써 본딩공정이 완료된다.
아울러 상기 기판(132)에 배치된 칩(131)은 초음파 본딩 툴(162)의 하중제어에 의해 가압될 수 있도록 구성되어 있는 바, 상기 기판(132)에 배치된 칩(131)을 가압하는 단계는 초음파 본딩 툴(162)의 하중의 일부에 해당되는 하중을 칩(131)에 부여하는 예비가압단계(C1), 상기 초음파 본딩 툴(162)에 의해 칩(131)에 부여되는 하중을 본딩에 필요한 설정 하중(Predetermine Load)까지 증가시키는 본가압단계(C2), 상기 설정 하중을 일정 시간 유지시키는 가압유지단계(C3)로 이루어져 있다.
즉, 도 7과 같이 예비가압단계(C1)에서는 초음파 본딩 툴(162)의 하중의 일부에 해당되는 하중이 칩(131)에 부여되고, 본가압단계(C2)에서는 초음파 본딩 툴(162)에 의해 칩(131)에 부여되는 하중이 본딩에 필요한 설정 하중까지 증가되며, 가압유지단계(C3)에서는 본가압단계(C2)에서 칩(131)에 부여되는 설정 하중이 일정 시간 유지되는 바, 이와 같은 방법은 칩(131)에 순차적으로 하중에 부여될 수 있게 하며 칩(131)이 하중에 부여됨에 따라 칩(131)에 발생될 수 있는 손상을 최소화할 수 있게 한다. 아울러 초음파 에너지는 가압유지단계(C3)에서 발생되도록 구성되어 있다.
이와 같이 본 발명은, 칩공급유닛(130)의 칩(131)이 픽업유닛(170)을 통해 초음파 본딩 툴(162)로 이송된 후 초음파 본딩 툴(162)에 의해 기판(132)으로 이송 배치되어 본딩될 수 있게 함으로써, 종래 대비 초음파 본딩 툴(162)의 이동경로를 최소화할 수 있게 하고, 그에 따른 칩(131)의 본딩 위치 정확성 저하를 방지할 수 있게 한다.
더욱이 상기 기판(132)은 피딩유닛(150)에 의해 해당되는 소정 위치로 피딩될 수 있도록 구성되어 있는 바, 이와 같은 구조는 초음파 본딩 툴(162)의 이동경로를 더욱 최소화할 수 있게 한다.
일 예로, 이와 같은 구조 및 방법은 칩(131)을 기판(132)의 소정 위치로 이송 배치시키기 위한 초음파 본딩 툴(162)의 이동경로가 '10'이라고 가정할 때 초음파 본딩 툴(162)이 이동되기 전에 기판(132)이 '5'에 해당되는 만큼 이동되며 실질적으로 초음파 본딩 툴(162)의 이동경로가 '5'가 될 수 있게 할 수 있다.
한편 전술 및 도시한 본 발명에서는 칩(131) 및 기판(132)의 위치를 검출하기 위한 검출수단으로서 카메라(181,182,184)가 적용된 예를 들어 설명하고 있지만, 카메라(181,182,184) 대신 라인센서 등과 같이 빛을 검출할 수 있는 검출수단이 적용될 수 있고, 경우에 따라 접촉식 또는 비접촉식 검출수단이 적용될 수 있 다.
또 전술 및 도시한 실시형태에서는 본 발명이 플립칩 본딩장치에 적용된 예를 들어 설명하고 있지만, 와이어본딩장치, 테이프본딩장치 등 다른 각종 본딩장치에 적용할 수 있음은 물론이다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 본딩장치 및 초음파 본딩방법에 의하면 초음파 본딩 툴의 이동경로를 최소화하여 칩의 본딩 위치 정확성을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 스테이지유닛의 미세위치보정을 가능하게 함으로써 정밀도 및 신뢰성을 향상 시킬 수 있게 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 테이블의 일측에 설치되어 칩을 공급하는 칩공급유닛;
    상기 칩이 실장되기 위한 기판이 안착될 수 있도록 상기 테이블의 다른 일측에 설치되는 스테이지유닛;
    상기 기판을 고정 지지함과 아울러 상기 기판의 위치를 이동시킬 수 있도록 상기 테이블에 수평이동 가능하게 설치되는 피딩유닛;
    초음파 본딩 툴을 구비하며, 지면에 대해 수직한 Z 방향 및 상기 Z 방향에 서로 직교하는 X, Y 방향으로 상기 테이블에 상대 이동 가능하게 설치됨과 아울러 상기 Z 방향을 따른 축선을 갖도록 상대 회동 가능하게 설치되는 헤드부유닛; 및
    상기 X, Y, Z 방향으로 상기 테이블에 상대 이동 가능하게 설치됨과 아울러 상기 Y 방향을 따른 축선을 갖도록 상대 회동 가능하게 설치되어 상기 칩공급유닛의 칩을 픽업하여 상기 초음파 본딩 툴로 이송하는 픽업유닛;을 포함하는 초음파 본딩장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스테이지유닛은 상기 테이블에 결합되는 스테이지 베이스, 상기 스테이지 베이스의 상측에 소정 간격을 두고 이격되게 배치되는 스테이지, 상기 스테이지와 상기 스테이지 베이스에 상하 방향을 따라 관통 결합되는 조절볼트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 본딩장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스테이지 베이스와 상기 스테이지의 사이에 개재되는 스테이지 볼을 더 포함하고, 상기 스테이지 베이스와 상기 스테이지 중 적어도 어느 일측에는 상기 스테이지 볼의 일부가 수용될 수 있도록 볼 수용홈이 형성된 것을 특징으로 하는 초음파 본딩장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 칩공급유닛에 구비된 칩의 위치를 검출하기 위한 위치검출카메라, 상기 초음파 본딩 툴에 부착되는 칩의 위치를 검출하기 위한 상부카메라 및 상기 기판의 위치를 검출하기 위한 하부카메라를 구비하여 상기 헤드부유닛과 상기 스테이지유닛의 사이에서 수평 이동 가능하게 상기 테이블에 설치되는 카메라유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 본딩장치.
  5. 칩공급유닛 상에 구비된 칩을 초음파 본딩 툴에 공급하는 단계, 상기 칩이 실장되기 위한 기판이 스테이지유닛 상에서 소정 위치에 배치되도록 피딩시키는 단계 중 어느 한 단계를 수행하는 제1단계;
    상기 칩공급유닛 상에 구비된 칩을 초음파 본딩 툴에 공급하는 단계, 상기 칩이 실장되기 위한 기판이 스테이지유닛 상에서 소정 위치에 배치되도록 피딩시키는 단계 중 다른 한 단계를 수행하는 제2단계;
    상기 초음파 본딩 툴에 공급된 칩의 위치를 검출함과 동시에 상기 기판의 위치를 검출하는 제3단계;
    상기 제3단계에서 검출된 신호값에 의해 상기 초음파 본딩 툴을 이동시켜 상기 칩을 상기 기판에 배치시키는 제4단계;
    상기 기판에 배치된 칩을 가압함과 동시에 상기 초음파 본딩 툴에서 발생되는 초음파 에너지에 의한 기계적 진동에 의해 상기 칩을 상기 기판에 본딩시키는 제5단계;를 포함하는 초음파 본딩방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 칩공급유닛 상에 구비된 칩이 상기 칩을 초음파 본딩 툴에 공급되기 전에 상기 칩공급유닛 상에 구비된 칩의 위치를 검출하는 단계를 더 포함하는 초음파 본딩방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1단계와 상기 제2단계는 순차적으로 또는 동시에 수행될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 본딩방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 기판에 배치된 칩은 상기 초음파 본딩 툴의 하중제어에 의해 가압되도록 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 본딩방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판에 배치된 칩을 가압하는 단계는 상기 초음파 본딩 툴의 하중의 일부에 해당되는 하중을 상기 칩에 부여하는 예비가압단계, 상기 초음파 본딩 툴에 의해 상기 칩에 부여되는 하중을 본딩에 필요한 설정 하중까지 증가시키는 본가압단계, 상기 설정 하중을 일정 시간 유지시키는 가압유지단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 본딩방법.
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