KR20140094458A - 가열가능 및 냉각가능 흡인 부재를 갖춘 본딩 헤드 - Google Patents

가열가능 및 냉각가능 흡인 부재를 갖춘 본딩 헤드 Download PDF

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Abstract

반도체 칩을 기판 상에 실장하기 위한 본딩 헤드(1)는 본딩 헤드 몸체(2) 및 단일 피스로 형성되는 흡인 부재(3)를 포함한다. 흡인 부재(3)의 가열, 냉각 및 온도의 모니터링에 필요한 요소가 모두 흡인 부재(3) 내에 통합되어, 가열 요소도 냉각 요소도 열 전달을 막는 표면에 의해 반도체 칩(11)으로부터 분리되지 않는다. 본딩 헤드 몸체(2)는 흡인 부재(3)에 전력 및 냉각 매체를 공급하는데 필요한 요소만을 포함한다.

Description

가열가능 및 냉각가능 흡인 부재를 갖춘 본딩 헤드{BONDING HEAD WITH A HEATABLE AND COOLABLE SUCTION MEMBER}
<우선권 주장>
본 출원인은 그 개시가 언급에 의해 본 명세서에 포함되는, 2013년 1월 21일자로 출원된 스위스 특허 출원 제245/13호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 가열가능 및 냉각가능 흡인 부재를 갖춘 본드헤드에 관한 것이다.
그러한 본딩 헤드는 반도체 산업에서 반도체 칩(다이로 알려짐)을 기판 상에 통상의 본딩 또는 열압착 본딩(TC 본딩)하기 위해 사용된다. 연결의 형성은 온도와 선택적 압력의 작용 하에서 일어난다.
TC 본딩과 같은 일정 본딩 공정은 기판 상에 본딩하는 동안 반도체 칩의 가열 및 냉각, 즉 극한의 가열 및 냉각 속도를 갖는 온도 프로파일의 구동을 필요로 한다. 이러한 가열 및 냉각은 시간을 필요로 하고, 사이클 타임과 따라서 기계의 처리량을 실질적으로 결정한다.
미국 특허 제6,821,381호로부터, 본딩 헤드 상에 스크류 체결되는, 세라믹으로 제조되는 흡인 부재를 포함하는 열압착 본딩 헤드가 알려져 있다. 흡인 부재는 흡인 부재의 요홈 내에 부착되는 저항 가열 장치를 포함한다. 열전 소자가 또한 흡인 부재 상의 외면에 배치된다. 흡인 부재의 상면은 본딩 헤드와 흡인 부재 사이에 냉각 채널이 형성되도록 요홈을 포함하며, 이러한 냉각 채널은 흡인 부재를 냉각시키기 위해 압축 공기를 공급받을 수 있다. 압축 공기는 냉각 채널을 통해 수평 방향으로 유동하고, 그 단부에서 주위 환경에 도달한다.
WO 2012002300으로부터, 통합된 히터 및 압축 공기를 공급받을 수 있는 냉각 채널을 갖춘 본딩 헤드 몸체와 진공에 의해 본딩 헤드 몸체 상에 유지될 수 있는 흡인 부재를 포함하는 열압착 본딩 헤드가 알려져 있다. 흡인 부재도 또한 압축 공기를 공급받을 수 있는 냉각 채널을 포함한다.
종래 기술로부터 알려진 그러한 본딩 헤드에 의하면, 반도체 칩을 100℃/s의 가열 속도로 가열하는 것과 그것을 50℃/s의 냉각 속도로 냉각시키는 것이 가능하다.
본 발명은 그러한 본딩 헤드를 개선하는데, 즉 특히 흡인 부재의 가열 속도 및 냉각 속도를 증가시키는데 목적을 두고 있다.
상기 과제는 특허청구범위에 기재된 본 발명에 따르는 가열가능 및 냉각가능 흡인 부재를 갖춘 본딩 헤드에 의해 달성된다.
본 발명에 의하면, 본딩 헤드가 개선되며, 특히 흡인 부재의 가열 속도 및 냉각 속도가 증가된다.
본 명세서에 포함되고 그것의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 하나 이상의 실시 형태를 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리 및 구현예를 설명하는 역할을 한다. 도면은 축척에 맞게 도시되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 본딩 헤드의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 2는 흡인 부재의 저면을 도시한다.
도 3은 흡인 부재의 상면을 도시한다.
반도체 실장 장치는 반도체 칩을 차례로 취출하여 그것들을 기판 상에 배치하는 픽-앤드-플레이스 시스템을 포함한다. 픽-앤드-플레이스 시스템은 본딩 헤드(1)를 포함한다. 도 1은 본 발명을 이해하는데 필요한 본딩 헤드(1)의 부분을 개략적으로 도시한다. 본딩 헤드(1)는 기판의 표면에 수직하게 연장되는 방향으로 변위가능하게 픽-앤드-플레이스 시스템 상에 장착되며, 이러한 방향은 보통 수직 방향이고, 여기에서 Z 방향으로 지칭된다. 본딩 헤드(1)는 본딩 헤드 몸체(2)와 본딩 헤드 몸체(2)에 탈착가능하게 고정되는 가열가능 및 냉각가능 흡인 부재(3)를 포함한다.
흡인 부재(3)는 서로 대향하는 그리고 서로에 대해 평행하게 연장되는 저면(4) 및 상면(5)을 구비한다. 본딩 헤드 몸체(2)는 흡인 부재(3)의 상면(5)이 그것 상에 놓이는 저면(6)을 구비한다. 본딩 헤드 몸체(2)의 저면(6) 또는 흡인 부재(3)의 상면(5)은 하나 이상의 제1 요홈(7)을 구비하고, 이러한 제1 요홈으로 하나의 제1 채널(8) 또는 수개의 제1 채널(8)이 통하며, 이러한 채널은 저면(6) 상에 놓인 흡인 부재(3)를 위로 흡인하고 단단히 유지시키기 위해 진공을 공급받을 수 있다.
도 2는 흡인 부재(1)의 저면(4)을 도시한다. 저면(4)은 하나(도시된 바와 같이) 또는 그 초과의 요홈(9)을 포함한다. 본딩 헤드 몸체(2)와 흡인 부재(3)는 상기 하나 이상의 요홈(9)으로 통하는 그리고 반도체 칩(11)을 위로 흡인하기 위해 진공을 공급받을 수 있는 적어도 하나의 제2 채널(10)을 포함한다. 요홈 또는 요홈들(9)에 의해 완전히 커버되는 저면(4)의 표면 영역은 반도체 칩(11)을 위로 흡인하기 위한 흡인 영역을 형성하는 반면, 요홈 또는 요홈들(9)에 의해 커버되지 않는 저면(4)의 표면 영역은 가열 중 열의 전달을 또는 반도체 칩(11)의 냉각 중 열의 방열을 허용한다. 표면 영역의 이들 두 부분은 반도체 칩(11)이 한편으로는 필요한 힘으로 위로 흡입될 수 있고 다른 한편으로는 효율적으로 가열 및 냉각될 수 있도록 그 비율에 관해 결정되도록 의도된다.
흡인 부재(3)는 측벽(15) 또는 바람직하게는 흡인 부재(3)의 상면(5)으로 통하는 입구(13) 및 출구(14)를 각각 포함하는 하나 이상의 냉각 채널(12)을 포함한다. 본딩 헤드 몸체(2)의 저면(6)에 하나 이상의 제2 요홈(16)과 하나 이상의 제3 요홈(17)이 형성된다. 본딩 헤드 몸체(2)는 상기 하나 이상의 제2 요홈(16)으로 통하는 하나의 제3 채널 또는 수개의 제3 채널(18)과 상기 하나 이상의 제3 요홈(17)으로 통하는 하나의 제4 채널 또는 수개의 제4 채널(19)을 포함한다. 흡인 부재(3)가 본딩 헤드 몸체(2)의 저면(6) 상에 놓일 때, 상기 하나 이상의 요홈(16)은 냉각 채널(12)의 입구(13)와 연결되는 하나 이상의 캐비티를 형성하고, 상기 하나 이상의 요홈(17)은 냉각 채널(12)의 출구(14)와 연결되는 하나 이상의 캐비티를 형성한다. 따라서, 흡인 부재(3)는 제3 채널(18) 또는 제3 채널들(18)을 통해 냉각 매체를 공급함으로써 그리고 제4 채널(19) 또는 제4 채널들(19)을 통해 냉각 매체를 배출함으로써 냉각될 수 있다. 냉각 매체는 제3 채널(18) 또는 제3 채널들(18)에 공급되는 예를 들어 압축 공기이며, 여기에서 그것은 냉각 채널(12)을 통해 유동하고, 제4 채널 또는 제4 채널들을 통해 주위 환경으로 배출된다. 제3 채널(18) 또는 제3 채널들(18)과 제4 채널(19) 또는 제4 채널들(19)은 또한 기체 또는 액체 냉각 매체가 내부에서 순환될 수 있는 폐쇄 냉각 회로의 일부일 수 있다.
흡인 부재(3)는 또한 흡인 부재(3) 내에 통합되는 전기 저항 가열 장치(20) 및 온도 센서(21)를 포함한다. 온도 센서(21)는 바람직하게는 온도-의존성 전기 저항기이고, 흡인 부재(3)의 현재 온도를 측정하기 위해 사용된다. 흡인 부재(3)는 예를 들어 여기에 도시된 바와 같은 측방향으로 돌출되는 돌출부(22)를 포함하며, 이러한 돌출부의 상면은 흡인 부재(3)의 상면(5)보다 낮게 위치되고, 이러한 돌출부의 저면은 흡인 부재(3)의 저면(4)보다 높게 위치된다. 돌출부(22)의 상면은 전기 저항 가열 장치(20)에 연결되는 2개의 제1 전기 접촉 영역(23)과 온도 센서(21)를 형성하는 온도-의존성 전기 저항기에 연결되는 2개의 제2 전기 접촉 영역(24)을 포함한다. 전기 접촉 영역은 또한 흡인 부재(3)의 상면(5) 및/또는 측벽(15) 내에 통합될 수 있다.
도 3은 흡인 부재(3)를 평면도로 도시한다. 이러한 도면은 냉각 채널(12)의 입구(13) 및 출구(14)를 갖춘 상면(5)과 제1 및 제2 전기 접촉 영역(23, 24)을 도시한다.
접촉 핀(도시된 바와 같은) 또는 브라켓 등과 같은 전기 접촉 요소(25)가 본딩 헤드 몸체(2)에 부착되며, 이러한 접촉 요소는 바람직하게는 탄성적인 방식으로 장착되고, 저항 가열 장치의 작동을 위해 그리고 온도 센서(21)의 작동을 위해 요구되는 전류를 공급하는 제어 유닛에 전기적으로 연결된다. 흡인 부재(3)가 본딩 헤드 몸체(2)의 저면(6)으로 위로 흡인될 때, 전기 접촉 요소(25)가 접촉 영역(23, 24)과 접촉하여, 전기 저항 가열 장치(20) 및 온도 센서(21)에 대한 전기 연결이 생성된다.
냉각 채널(12)은 바람직하게는 흡인 부재(3)의 상면(5) 바로 아래에 배치된다. 전기 저항 가열 장치(20)는 바람직하게는 냉각 채널(12) 아래에 배치되지만, 또한 냉각 채널(12) 위에, 즉 냉각 채널(12)과 상면(5) 사이에 배치될 수 있다. 온도 센서(21)는 바람직하게는 흡인 부재(3)의 저면(4) 바로 위에 배치되지만, 또한 흡인 부재(3) 내의 다른 위치에 위치될 수 있다. 흡인 부재(3)는 소결된 세라믹 재료의 단일 피스로 구성된다. 제조는 예를 들어 세라믹 재료의 수개의 층, 저항 가열 장치(20) 및 온도 센서(21)가 서로 원하는 순서로 적층된 다음에 흡인 부재(3)를 형성하는 하나의 단일 세라믹 요소가 생성되도록 함께 소결되는 방식으로 수행된다.
본 발명에 따른 본딩 헤드(1)는 흡인 부재(3)의 가열, 냉각 및 온도의 모니터링을 위해 요구되는 요소가 모두 흡인 부재(3) 내에 통합되고, 단지 본딩 헤드 몸체(2)만이 흡인 부재(3)에 전력 및 냉각 매체를 공급하는데 필요한 요소를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 요소의 배열과 구성은 한편으로는 흡인 부재(3)가 납작하도록, 즉 저면(4)과 상면(5) 사이의 거리 A가 최대 폭 B, 즉 상호 대향 측벽(15) 사이의 최대 거리[돌출부(22)를 고려하지 않는 경우]보다 명확히 작도록 이루어진다. 통합된 전기 저항 가열 장치(20) 및 통합된 온도 센서(21)를 갖춘 소결된 세라믹 재료의 단일 피스의 흡인 부재(3)의 콤팩트한 배열은 한편으로는 흡인 부재(3)의 매우 낮은 열 질량으로 이어지고, 다른 한편으로는 저항 가열 장치(20) 및/또는 냉각 채널(12)이 본딩 헤드 몸체(2) 내에 통합된 경우에 그러할 열 전달을 막는 표면에 의해 가열도 냉각도 반도체 칩(11)으로부터 분리되지 않는다.
냉각 채널(12)은 바람직하게는 서로 적층되어 위치되는 수개의 평면이 아닌 흡인 부재(3)의 상부 표면(5)에 평행하게 연장되는 단지 하나의 단일 평면에 배치된다. 냉각 채널(12)은 이러한 구성에서 단지 낮은 높이를 형성하여, 흡인 부재(3)의 납작한 구조가 획득된다. 납작한 구조는 낮은 전체 높이를 의미한다.
압축 공기 또는 불활성 기체에 의한 냉각을 위해 제공되는 실시 형태의 경우에, 제4 채널 또는 제4 채널들(19)은 바람직하게는 예시된 바와 같이 흡인 부재(3)의 저면(4)에 대해 비스듬히 연장되고, 주위 환경으로 통한다. 따라서, 제4 채널 또는 제4 채널들(19)의 출구 개구는 제4 채널 또는 제4 채널들(19)의 입구 개구보다 흡인 부재(3)의 저면(4)으로부터 더욱 멀리 떨어져 있다. 따라서, 방출된 압축 공기가 상향 방향으로 유출되어, 방출된 압축 공기가 기판에 대한 그 연결부가 아직 완전히 고화되지 않은 이미 실장된 반도체 칩을 변위시키거나 불어내거나, 접착제 재료로 코팅되었지만 아직 반도체 칩이 배치되지 않은 인접 기판 장소의 경우에 접착제 재료의 표류를 유발할 가능성을 감소시킨다.
흡인 부재(3)가 본딩 헤드 몸체(2)에 탈착가능하게 고정되거나 진공에 의해 본딩 헤드 몸체(2) 상에 유지되기 때문에, 그것은 반도체 실장 장치를 상이한 크기의 반도체 칩에 맞추기 위해 쉽게 그리고 자동적으로 교체될 수 있다.
본 발명의 실시 형태 및 응용이 도시되고 설명되었지만, 본 명세서의 발명의 개념으로부터 벗어나지 않고서 위에 언급된 것 이상의 많은 변경이 가능함이 본 개시의 이익을 취하는 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부 특허청구범위 및 그 등가물의 사상을 제외하고는 제한되도록 의도되지 않는다.
1: 본딩 헤드 2: 본딩 헤드 몸체
3: 흡인 부재 4: 저면
5: 상면 6: 저면
7: 요홈 8: 제1 채널
9: 요홈 10: 제2 채널
11: 반도체 칩 12: 냉각 채널
13: 입구 14: 출구
18: 제3 채널 19: 제4 채널
20: 전기 저항 가열 장치 21: 온도 센서
23: 제1 접촉 영역 24: 제2 접촉 영역
25: 접촉 요소

Claims (5)

  1. 본딩 헤드(1)로서,
    본딩 헤드 몸체(2); 및
    소결된 세라믹 재료의 단일 피스로 구성되는 그리고 서로 대향하는 저면(4) 및 상면(5)을 구비하는 납작한 흡인 부재(3)
    를 포함하고,
    흡인 부재(3)에서:
    저면(4)에 적어도 하나의 요홈(9)이 형성되고,
    상면(5) 아래에 하나 이상의 냉각 채널(12)이 제공되고, 상기 냉각 채널은 입구(13) 및 출구(14)를 포함하며,
    냉각 채널(12) 아래 또는 위에 전기 저항 가열 장치(20)가 배치되고,
    온도 센서(21)가 통합되고, 전기 저항 가열 장치(20)는 제1 접촉 영역(23)에 연결되며, 온도 센서(21)는 제2 접촉 영역(24)에 연결되고,
    본딩 헤드 몸체(2)의 저면(6) 또는 흡인 부재(3)의 상면(5)은 하나 이상의 요홈(7)을 포함하고, 본딩 헤드 몸체(2)는 하나 이상의 요홈(7)으로 통하는 그리고 흡인 부재(3)를 위로 흡인하기 위해 진공을 공급받을 수 있는 하나 이상의 제1 채널(8)을 포함하며,
    본딩 헤드 몸체(2)와 흡인 부재(3)는 흡인 부재(3)의 저면(4) 내의 적어도 하나의 요홈(9)으로 통하는 그리고 반도체 칩(11)을 위로 흡인하기 위해 진공을 공급받을 수 있는 적어도 하나의 제2 채널(10)을 포함하고,
    본딩 헤드 몸체(2)는 냉각 채널(12)의 입구(13)와 연통 연결되는 하나 이상의 제3 채널(18)과 냉각 채널(12)의 출구(14)와 연통 연결되는 하나 이상의 제4 채널(19)을 포함하고,
    흡인 부재(3)가 전기 저항 가열 장치(20)에 의해 가열될 수 있고, 냉각 매체를 제3 채널 또는 채널들(18)을 통해 공급하고 냉각 매체를 제4 채널 또는 채널들(19)을 통해 배출시킴으로써 냉각될 수 있도록, 그리고 온도 센서(21)에 의해 측정된 온도가 제어 유닛으로 전송될 수 있도록, 흡인 부재(3)가 위로 흡인될 때 제1 접촉 영역(23) 또는 제2 접촉 영역(24)과 접촉하는 접촉 요소(25)가 본딩 헤드 몸체(2)에 부착되는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    제4 채널 또는 채널들(19)은 흡인 부재(3)의 저면(4)에 대해 비스듬히 배치되는 방향으로 연장되고 주위 환경으로 통하여, 제4 채널 또는 채널들(19)의 출구 개구는 제4 채널 또는 채널들(19)의 입구 개구보다 흡인 부재(3)의 저면(4)으로부터 더욱 멀리 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    냉각 채널(12), 제3 채널 또는 채널들(18) 및 제4 채널 또는 채널들(19)은 폐회로에 속하는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 채널(12)은 흡인 부재(3)의 상면(5)에 평행하게 연장되는 단일 평면 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    접촉 요소(25)는 본딩 헤드 몸체(2) 상에 탄성적으로 장착되는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.
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