KR20090010731A - 반도체 다이본딩 장비의 플리퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 다이본딩 장비의 플리퍼를 개시한다. 본 발명의 플리퍼는, 양단부가 서로 연통된 통 형상으로서 일 단부에 거치홈을 구비하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 적어도 일부가 삽입되는 회전축; 상기 회전축을 구동시키는 구동수단; 반도체 다이를 픽업하는 피커와, 대향하는 내벽을 가지는 가이드홈과, 진공흡인력을 제공하는 진공호스를 포함하는 픽업모듈; 상기 하우징과 상기 픽업모듈 사이에 설치되어, 상기 픽업모듈을 상기 하우징의 외측에 이동가능하게 결합하는 리니어가이드; 상기 거치홈에 삽입 설치되며, 일단은 상기 회전축에 결합하고, 타단은 상기 픽업모듈의 상기 가이드홈에 삽입되어 상기 픽업모듈에 대해 이동가능하게 결합하는 연결부재; 상기 거치홈의 내벽과 상기 연결부재 사이에 설치되는 탄성부재; 상기 하우징의 회전각도를 제한하기 위한 스토퍼; 회전 중에 상기 스토퍼에 걸릴 수 있도록 상기 하우징에 형성되는 걸림부재를 포함한다.

본 발명에 따르면, 하나의 구동모터를 이용하여 피커의 회전운동과 직선운동을 동시에 구현할 수 있기 때문에 플리퍼의 장치구성을 크게 단순화할 수 있다. 또한 구성 부품을 절감하여 제품단가를 낮춤으로써 가격경쟁력을 크게 높일 수 있다.

Description

반도체 다이본딩 장비의 플리퍼{Flipper of semiconductor die bonding apparatus}

본 발명은 반도체 다이의 본딩장비에 관한 것으로서, 구체적으로는 다이프레임에서 분리된 반도체 다이를 PCB로 이송하기 전에 뒤집어 주는 플리퍼(flipper)에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 패키지를 제조하기 위해서는, 웨이퍼에소정의 박막을 증착하고, 증착된 박막에 포토리소그래피 및 식각 공정을 통해 소정의 회로패턴을 형성하여야 한다.

또한 회로패턴이 형성된 웨이퍼에 대하여 소정의 테스트를 수행하고, 하나의 웨이퍼를 개별 다이(또는 칩)로 분할하는 절단(sawing)공정을 수행하여야 한다. 또한 절단된 개별 다이를 PCB기판에 본딩하는 다이본딩(Die Bonding) 공정과 몰딩하여 제품화하는 패키징 공정을 거쳐야 한다.

그런데 다이본딩 공정에서는 절단공정에서 절단된 다이가 개별적으로 다이본딩 장비로 이송되는 것이 아니라, 다이프레임의 접착시트에 부착된 상태에서 다이 본딩 장비로 이송된다.

따라서 다이 본딩 장비는 다이 프레임의 접착시트에서 개별 다이를 분리시키는 다이 이젝팅 장치와, 상기 다이 이젝팅 장치와 협력하여 다이를 접착시트로부터 분리하여 픽업한 다음 대기중인 PCB로 이송하는 이송로봇, 픽업된 다이에 도포할 접착제를 공급하는 디스펜션 장치 등을 구비한다.

그런데 기판의 상면을 PCB기판에 부착하는 플리칩(Flip Chip) 제조공정에서는 다이 프레임에서 분리된 다이를 이송로봇이 PCB기판으로 이송하기 전에 이송하기 전에 뒤집어 주어야 한다. 이를 위해 설치되는 것이 플리퍼(Flipper)이다.

도 1은 플리퍼(30)가 다이(1)를 집어서 뒤집어 주는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 즉, 다이 프레임(20)에 부착된 다이(1)를 다이프레임(20)의 하부에 위치하는 다이 이젝팅 장치(10)의 이젝터 핀(11)이 상부로 밀어주면 플리퍼(30)가 상기 다이(1)를 집어서 뒤집어 준다.

상기 플리퍼(30)는 대략 회전축(31)과, 상기 회전축(31)에 의해 회전하는 아암(32), 상기 아암(32)의 단부에서 다이(1)를 진공흡착하는 피커(33)를 포함한다.

따라서 피커(33)가 다이(1)의 상면을 진공흡착한 상태에서, 회전축(31)을 180도 회전시키면 다이(1)의 하면이 위쪽을 향하게 되고, 이어서 이송로봇(40)이 플리퍼(30)로부터 다이(1)를 인계받아 PCB기판까지 이송한다.

다이(1)를 넘겨준 플리퍼(30)의 피커(33)는 다른 다이(1)를 픽업하기 위하여 다시 다이프레임(20)의 상부로 회전한다.

그런데 피커(33)가 다이(1)를 진공흡착하여 픽업하기 위해서는 다이(1)의 상부로 매우 근접할 수 있어야 하는데 회전축(31)의 회전운동만으로는 피커(33)를 다이(1)의 상부에 근접시키기가 용이하지 않다.

이것은 피커(33)가 회전하는 과정에서 다이(1)와 충돌하거나 다이(1) 표면을 스크래칭할 위험이 있기 때문이다.

따라서 다이(1)의 상부에 피커(33)를 최대한 근접시키기 위해서 종래의 플리퍼(30)는 회전축(31)의 구동수단뿐만 아니라 피커(33)를 다이(1)쪽으로 직선운동시키기 위한 별도의 구동수단을 구비한다.

그런데 회전축의 구동수단 이외에 피커의 구동수단을 더 설치하게 되면, 장치의 구조가 복잡해지고 부피가 커지게 된다. 또한 제작비용이 증가하여 가격경쟁력이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하나의 구동모터만으로 피커의 회전운동과 직선운동을 동시에 실현할 수 있는 반도체 다이본딩장비의 플리퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 플리퍼의 장치구성을 단순화함으로써 컴팩트한 제품설계가 가능하도록 하고, 제품단가를 낮추어 가격경쟁력을 높이는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 양단부가 서로 연통된 통 형상으로서 일 단부에 거치홈을 구비하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 적어도 일부가 삽입되는 회전축; 상기 회전축을 구동시키는 구동수단; 반도체 다이를 픽업하는 피커와, 대향하는 내벽을 가지는 가이드홈과, 진공흡인력을 제공하는 진공호스를 포함하는 픽업모듈; 상기 하우징과 상기 픽업모듈 사이에 설치되어, 상기 픽업모듈을 상기 하우징의 외측에 이동가능하게 결합하는 리니어가이드; 상기 거치홈에 삽입 설치되며, 일단은 상기 회전축에 결합하고, 타단은 상기 픽업모듈의 상기 가이드홈에 삽입되어 상기 픽업모듈에 대해 이동가능하게 결합하는 연결부재; 상기 거치홈의 내벽과 상기 연결부재 사이에 설치되는 탄성부재; 상기 하우징의 회전각도를 제한하기 위한 스토퍼; 회전 중에 상기 스토퍼에 걸릴 수 있도록 상기 하우징에 형성되는 걸림부재를 포함하는 반도체 다이본딩 장비의 플리퍼를 제공한다.

상기 반도체 다이본딩 장비의 플리퍼에서, 상기 회전축과 상기 하우징은 기준위치에서 작업위치까지 함께 회전하고, 상기 탄성부재는 상기 거치홈의 상기 작업위치쪽의 내벽과 상기 연결부재의 사이에 설치되어 상기 연결부재가 가하는 힘에 의하여 상기 하우징을 회전시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 회전축과 함께 회전하던 상기 하우징이 상기 작업위치에서 상기 스토퍼에 의해 정지한 후에, 상기 회전축을 같은 방향으로 더 회전시키면 상기 연결부재에 연결된 상기 픽업모듈이 상기 리니어가이드에 의해 하부로 직선운동하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 픽업모듈의 가이드홈은 상기 회전축의 회전방향에 대해 수직방향으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 연결부재의 상기 타단에는 상기 가이드홈에 삽입되는 롤러가 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 하우징의 측부에는 상기 회전축이 관통하는 베어링블록이 위치하고, 상기 스토퍼는 상기 베어링블록의 측부에서 상기 하우징쪽으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 하나의 구동모터를 이용하여 피커의 회전운동과 직선운동을 동시에 구현할 수 있기 때문에 플리퍼의 장치구성을 크게 단순화할 수 있다. 또한 구성 부품을 절감하여 제품단가를 낮춤으로써 가격경쟁력을 크게 높일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 플리퍼(100)는 도 2의 분해사시도 및 도 3의 결합사시도에 도시된 바와 같이, 구동모터(110), 상기 구동모터(110)에의해 회전하는 회전축(112), 상기 회전축(112)과 연결부재(140)에 의해 연결되며 상기 회전 축(112)에 의해 회전하는 픽업모듈(130)을 포함한다.

상기 픽업모듈(130)은 상기 회전축(112)의 적어도 일부를 수용하는 하우징(120)의 외측에 결합된다.

하우징(120)은 도 4에 도시된 바와 같이 양단을 관통하는 관통부를 가진 실린더 형태이며, 그 일단부에 거치홈(124)을 구비한다. 하우징(120)의 일 단부에는 커버(122)가 설치될 수도 있다.

상기 거치홈(124)은 연결부재(140)를 삽입하기 위한 것으로서, 도시된 것처럼 하우징(120)의 일단부에 형성될 수도 있고, 하우징(120)의 측벽을 관통시켜서 형성될 수도 있다.

연결부재(140)의 일단은 하우징(120)의 내부에 설치되는 회전축(112)에 고정되고 타단은 하우징(120) 외부의 픽업모듈(130)에 결합하며, 그 중간부분이 상기 하우징의 거치홈(124)에 놓여진다.

하우징(120)에는 걸림부재(182)가 결합되는데, 상기 걸림부재(180)는 소정 위치에서 스토퍼(180)에 걸림으로써 하우징(120)이 더 이상 회전하지 않도록 하는 역할을 한다.

픽업모듈(130)은 반도체 다이를 진공흡착하는 피커(132), 피커(132)를 하우징(120)에 결합하기 위한 결합부재(134), 피커(132)에 연결되는 진공호스(136)를 포함한다.

픽업모듈(130)은 리니어가이드(150)를 매개로 하여 소정 거리의 직선운동이 가능하도록 하우징(120)의 외측에 연결된다.

리니어가이드(150)는 제1가이드부재(152)와 상기 제1가이드부재(152)에 대해 직선운동이 가능하도록 결합된 제2가이드부재(154)를 포함한다.

리니어가이드(150)의 제1가이드부재(152)는 하우징(120)의 외측에 고정시키고, 제2가이드부재(154)에 픽업모듈(130)의 결합부재(134)를 고정시키면 픽업모듈(130)이 하우징(120)에 대하여 이동가능하게 결합된다.

이와 같이 픽업모듈(130)과하우징(120)을 리니어가이드(150)를 이용하여 결합한 것은 픽업모듈(130)의 직선운동을 유도하기 위한 것이다.

픽업모듈(130)의 직선운동을 위해서는 픽업모듈(130)이 회전축(112)에 대하여 고정되지 않아야 하며, 따라서 일단이 회전축(112)에 결합된 연결부재(140)의 타단을 픽업모듈(130)의 결합부재(134)에 결합할 때는 자유이동이 가능하도록 결합하여야 한다.

이를 위하여 픽업모듈(130)의 결합부재(134)에 픽업모듈(130)의 회전방향에 수직하는 가이드홈(138)을 형성하고, 연결부재(140)의 단부에 상기 가이드홈(138)에 삽입될 수 있는 삽입부재(142)를 형성한다. 이때 마찰력을 줄이기 위해서 상기 삽입부재(142)는 롤러인 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 플리퍼(100)는 픽업모듈(130)이 반도체 다이의 상 부에 위치할 때까지는 회전축(120)에 의해 회전운동만 하고, 반도체 다이의 상부에서 하부방향으로 소정거리의 직선운동을 하는 데 특징이 있다.

이를 위해 하우징(120)의 거치홈(124)에 삽입되는 연결부재(140)와 거치홈(124)의 내벽 사이에 도 5a에 도시된 바와 같이 코일 스프링이나 판스프링 등의 탄성부재(144)를 설치한다.

이때 거치홈(124)의 폭이 그 내측에 삽입되는 연결부재(140)의 너비(또는 두께)보다 커야하며, 따라서 탄성부재(144)가 연결부재(140)를 거치홈(124)의 반대쪽 내벽으로 압박하는 상태가 된다.

상기 탄성부재(144)는 회전축(112)에 의하여 연결부재(140)가 기준위치로부터 180도 회전하는 동안 하우징(120)에 힘을 가하여 회전축(112)과 하우징(120)이 동일한 각속도로 회전하도록 하는 역할을 한다.

본 명세서에서는 편의상 픽업모듈(130)의 피커(132)가 상부를 향할 때의 회전축(112)의 위치를 기준위치라 하고, 180도 회전하여 피커(132)가 하부를 향할 때의 회전축(112)의 위치를 작업위치라고 정의하기로 한다.

탄성부재(144)는 연결부재(140)가 기준위치에서 작업위치로 회전하는 동안에는 거치홈(124)의 대향하는 두 내벽 중에서 기준위치쪽 내벽쪽으로 연결부재(140)를 압박하여 기준위치쪽 내벽에 연결부재(140)를 밀착시키는 것이 바람직하며, 탄성부재(144)의 탄성강도는 이러한 점을 고려하여 선택되어야 한다.

한편, 회전축(112)은 커플링(114)으로부터 구동모터(110)의 회전력을 전달받 는 것이 가능하며, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 커플링(114)과 하우징(120)의 사이에는 진공블록(160)과 회전축(112)을 지지하는 베어링(116)을 내장한 베어링블록(170)이 설치된다.

베어링 블록(170)에는 하우징(120)의 회전을 차단하는 스토퍼(180)가 회전축(120)에 대하여 대략 180도의 간격으로 2개가 설치되는데, 각 스토퍼(180)의 위치는 회전축(112)의 기준위치와 작업위치에 각각 대응된다.

따라서 회전축(120)이 기준위치와 작업위치에 도달하면 회전축(120)과 함께 회전하는 하우징(120)은 스토퍼(180)에 의해 저지되어 더 이상 회전하지 않게 되는 것이다.

회전축(112)은 진공펌핑을 위한 내부유로를 구비하며, 회전축(112)의 내부유로는 픽업모듈(130)의 진공호스(136)와 연결되는 한편 진공블록(160)을 통해 외부의 진공펌핑시스템과 연결된다.

한편 구동모터(110), 진공블록(160), 베어링블록(170)을 베이스플레이트(190)에 고정시키면, 본 발명의 플리퍼(100)를 컴팩트한 장치로 구성할 수 있다.

이하에서는 도 5a 내지 도 5d와 도 2 및 도 3을 참조하여 픽업모듈(130)의 작동과정을 상세히 설명한다.

먼저 도 5a는 픽업모듈(130)이 기준위치에 있는 모습을 나타낸 도면으로서, 이 상태에서 피커(132)는 흡착하고 있던 반도체 다이를 미도시된 이송로봇에 인계한다.

이어서 다른 다이를 픽업하기 위해 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이 픽업모듈(130)이 작업위치쪽으로 회전한다.

이때 구동모터(120)가 회전축(112)을 작업위치 방향으로 회전시키면, 회전축(112)에 결합된 연결부재(140)가 회전하게 되고, 연결부재(140)는 하우징(120)의 거치홈(124)에서 탄성부재(144)를 작업위치쪽으로 압박하게 된다.

따라서 회전축(112)과 함께 하우징(120)이 작업위치쪽으로 동일한 각속도로 회전하게 되며, 하우징(120)이 작업위치까지 회전하면 걸림부재(182)가 스토퍼(180)에 걸리면서 하우징(120)이 더 이상 회전하지 않게 된다.

이와 같이 하우징(120)이 더 이상 회전할 수 없는 상태에서 회전축(112)을 소정 각도만큼 더 회전시키면, 연결부재(140)는 탄성부재(144)의 탄성력을 극복하면서 거치홈(124)의 작업위치쪽 내벽에 접할 때까지 회전하게 된다.

이때 연결부재(140)의 타단은 픽업모듈(130)의 가이드홈(138)의 내측에 자유운동이 가능하게 삽입되어 있기 때문에 가이드홈(130)의 내부에서 외측으로 약간 유동함과 동시에 픽업모듈(130)의 결합부재(134)에 대해 하방의 힘을 가하게 된다.

결합부재(134)는 리니어가이드(150)의 제2가이드부재(154)에 고정되어 있기 때문에, 제1가이드부재(152)에 대해 하방으로의 직선운동을 하게 된다.

즉, 작업위치에서는 하우징(120)의 회전이 저지되기 때문에 회전축(112)과 이에 연결된 연결부재(140)의 회전운동을 리니어가이드(150)에 의해 픽업모듈(130)의 직선운동으로 전환시킬 수 있는 것이다.

직선운동구간이 매우 긴 경우에는 별도의 구동모터를 이용하는 것이 바람직할 수도 있으나, 본 발명의 실시예가 적용되는 플리퍼는 대부분 수mm 이내의 직선운동구간이 요구되기 때문에 하나의 구동모터만으로 피커의 회전운동뿐만 아니라 직선운동도 구현할 수 있는 것이다.

그리고 직선운동구간의 거리는 하우징(120)의 거치홈(124)의 폭이나 연결부재(140)의 길이 등을 조절함으로써 변화시킬 수 있다.

전술한 과정을 통해 피커(132)가 반도체 다이의 상부에서 하부로 직선운동을 한 다음에는 진공호스(136)를 통한 진공펌핑을 통해 반도체 다이를 픽업한다.

이어서 기준위치까지 복원시키기 위하여 회전축(112)을 처음과 반대방향으로 회전시키면, 연결부재(140)가 하우징 거치홈(124)의 기준위치쪽 내벽에 접할 때까지는 연결부재(140)만 회전하며 이 과정에서 픽업모듈(130)은 리니어가이드(150)를 따라 상승한다.

회전축(112)이 기준위치쪽으로 계속 회전하면 연결부재(140)가 거치홈(124)의 기준위치쪽 내벽을 밀게 되며, 따라서 회전축(112)과 하우징(120)은 동일한 각속도로 회전하여 도 5a에 도시된 바와 같은 기준위치에 도달하게 된다.

도 1은 종래 반도체 다이본딩 장비에서 플리퍼의 작동과정을 나타낸 도면

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 플리퍼의 분해 사시도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플리퍼의 결합사시도

도 4는 하우징을 나타낸 도면

도 5a 내지 도 5d는 픽업모듈의 작동과정을 순서대로 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

110: 구동모터 112: 회전축

120: 하우징 122: 하우징커버

124: 거치홈 130: 픽업모듈

132: 피커 134: 결합부재

136: 진공호스 138: 가이드홈

140: 연결부재 142: 롤러

144: 스프링 150: 리니어가이드

152: 제1가이드부재 154: 제2가이드부재

160: 진공블록 170: 베어링블록

180: 스토퍼 190: 베이스플레이트

Claims (6)

1. 양단부가 서로 연통된 통 형상으로서 일 단부에 거치홈을 구비하는 하우징;

   상기 하우징의 내부에 적어도 일부가 삽입되는 회전축;

   상기 회전축을 구동시키는 구동수단;

   반도체 다이를 픽업하는 피커와, 대향하는 내벽을 가지는 가이드홈과, 진공흡인력을 제공하는 진공호스를 포함하는 픽업모듈;

   상기 하우징과 상기 픽업모듈 사이에 설치되어, 상기 픽업모듈을 상기 하우징의 외측에 이동가능하게 결합하는 리니어가이드;

   상기 거치홈에 삽입 설치되며, 일단은 상기 회전축에 결합하고, 타단은 상기 픽업모듈의 상기 가이드홈에 삽입되어 상기 픽업모듈에 대해 이동가능하게 결합하는 연결부재;

   상기 거치홈의 내벽과 상기 연결부재 사이에 설치되는 탄성부재;

   상기 하우징의 회전각도를 제한하기 위한 스토퍼;

   회전 중에 상기 스토퍼에 걸릴 수 있도록 상기 하우징에 형성되는 걸림부재;

   를 포함하는 반도체 다이본딩 장비의 플리퍼
2. 제1항에 있어서,

   상기 회전축과 상기 하우징은 기준위치에서 작업위치까지 함께 회전하고, 상기 탄성부재는 상기 거치홈의 상기 작업위치쪽의 내벽과 상기 연결부재의 사이에 설치되어 상기 연결부재가 가하는 힘에 의하여 상기 하우징을 회전시키는 것을 특징으로 하는 반도체 다이본딩 장비의 플리퍼
3. 제2항에 있어서,

   상기 회전축과 함께 회전하던 상기 하우징이 상기 작업위치에서 상기 스토퍼에 의해 정지한 후에, 상기 회전축을 같은 방향으로 더 회전시키면 상기 연결부재에 연결된 상기 픽업모듈이 상기 리니어가이드에 의해 하부로 직선운동하는 것을 특징으로 하는 반도체 다이본딩 장비의 플리퍼
4. 제1항에 있어서,

   상기 픽업모듈의 가이드홈은 상기 회전축의 회전방향에 대해 수직방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 다이본딩 장비의 플리퍼
5. 제4항에 있어서,

   상기 연결부재의 상기 타단에는 상기 가이드홈에 삽입되는 롤러가 결합되는 것을 특징으로 하는 반도체 다이본딩 장비의 플리퍼
6. 제1항에 있어서,

   상기 하우징의 측부에는 상기 회전축이 관통하는 베어링블록이 위치하고, 상기 스토퍼는 상기 베어링블록의 측부에서 상기 하우징쪽으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 다이본딩 장비의 플리퍼

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