KR20150080677A - 솔더범프의 강도 측정 장치 - Google Patents

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KR20150080677A
KR20150080677A KR1020140000061A KR20140000061A KR20150080677A KR 20150080677 A KR20150080677 A KR 20150080677A KR 1020140000061 A KR1020140000061 A KR 1020140000061A KR 20140000061 A KR20140000061 A KR 20140000061A KR 20150080677 A KR20150080677 A KR 20150080677A
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김기락
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세메스 주식회사
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Abstract

솔더범프의 강도를 측정하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 솔더범프가 형성된 기판을 지지하는 척과, 상기 척의 상부에 배치되며 상기 솔더범프의 강도를 측정하기 위한 측정 팁이 장착된 측정 카트리지와, 상기 측정 팁의 하단부를 상기 솔더범프의 일측에 위치시키기 위하여 상기 측정 카트리지를 수직 방향으로 이동시키는 카트리지 구동부와, 상기 측정 팁에 의해 상기 솔더범프가 상기 기판으로부터 분리되도록 상기 척을 수평 방향으로 이동시키는 척 구동부를 포함한다.

Description

솔더범프의 강도 측정 장치{Apparatus for measuring strength of solder bump}
본 발명의 실시예들은 솔더범프의 강도 측정 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 실리콘웨이퍼와 같은 기판 상에 형성된 솔더범프의 접합 강도 또는 전단 강도를 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자들은 일련의 제조 공정들을 반복적으로 수행함으로써 반도체 기판으로서 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 형성될 수 있으며, 상기와 같이 형성된 반도체 소자들은 다이싱 공정 및 다이 본딩 공정을 통해 기판 상에 탑재될 수 있다. 이어서, 상기 기판 상의 반도체 소자들은 에폭시 수지와 같은 몰딩 수지를 이용하여 일괄적으로 패키징될 수 있다. 상기와 같이 몰딩 공정에 의해 제조된 반도체 스트립은 절단 및 분류(Sawing & Sorting) 공정을 통해 복수의 반도체 패키지들로 개별화되고 양품 또는 불량품 판정에 따라 분류될 수 있다.
한편, 칩 사이즈 축소에 대한 최근 요구에 대응하기 위하여 웨이퍼 레벨 패키지에 대한 개발이 활발하게 진행되고 있다. 상기 웨이퍼 레벨 패키지는 웨이퍼 상태에서 패키징 공정을 수행하여 회로를 재배열하거나 플립칩 범핑을 수행하여 패키지 구조를 완성한 후 이를 개별화하여 반도체 패키지를 완성하는 방법이다. 따라서, 상기 웨이퍼 레벨 패키지의 모든 공정은 웨이퍼 레벨에서 수행되며, 상기 웨이퍼 레벨 패키지의 솔더범프는 격자형으로 배치될 수 있다.
상기 솔더범프는 상기 반도체 패키지의 접속 단자로서 사용되는 것으로 상기 솔더범프의 강도, 예를 들면, 접합 강도, 전단 강도 등은 매우 중요하게 관리되어야 하는 항목들 중 하나이다. 따라서, 상기 웨이퍼 상에 솔더범프를 형성한 후 상기 솔더범프의 강도를 측정하는 공정이 수행될 수 있다. 일 예로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0121750호에는 반도체 공정용 멀티 카트리지 타입 접합 강도 테스트 장치가 개시되어 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 접합 강도 테스트 장치의 경우 작업자가 현미경을 통하여 육안으로 측정 대상을 관측하고 수동으로 테스트 공정을 수행해야 하므로 상기 테스트 공정에 상당한 시간이 소요되며, 또한 작업자의 숙련도에 따라 테스트 결과가 상이할 수 있으므로 이의 신뢰도가 저하될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 기판 상의 솔더범프의 강도 측정을 용이하게 수행할 수 있으며 측정 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있는 솔더범프 강도 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 솔더범프의 강도 측정 장치는, 솔더범프가 형성된 기판을 지지하는 척과, 상기 척의 상부에 배치되며 상기 솔더범프의 강도를 측정하기 위한 측정 팁이 장착된 측정 카트리지와, 상기 측정 팁의 하단부를 상기 솔더범프의 일측에 위치시키기 위하여 상기 측정 카트리지를 수직 방향으로 이동시키는 카트리지 구동부와, 상기 측정 팁에 의해 상기 솔더범프가 상기 기판으로부터 분리되도록 상기 척을 수평 방향으로 이동시키는 척 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 측정 카트리지는, 상기 측정 팁이 수직 방향으로 이동 가능하도록 장착되며 상기 측정 팁에 인가되는 힘을 측정하기 위한 로드 센서와, 상기 측정 팁의 하단부가 상기 카트리지 구동부에 의해 상기 기판의 상부 표면에 밀착되고 이어서 상기 로드 센서에 대하여 상대적으로 상승되는 경우 상기 측정 팁의 수직 변위를 측정하기 위한 변위 센서를 포함할 수 있으며, 상기 카트리지 구동부는 상기 변위 센서의 측정값에 기초하여 상기 측정 카트리지의 이동을 중지시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 측정 카트리지는 상기 카트리지 구동부에 의해 상기 측정 카트리지의 이동이 중지된 후 상기 측정 팁을 고정시키는 팁 고정 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 팁 고정 유닛은 상기 측정 팁을 감싸도록 배치되는 솔레노이드를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 측정 카트리지는 상기 측정 팁을 하방으로 탄성 지지하는 스프링을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 카트리지 구동부는 상기 측정 팁의 하단부가 상기 기판의 상부 표면으로부터 소정 간격 이격되도록 상기 측정 카트리지를 상방으로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 카트리지 구동부는 상기 측정 카트리지를 파지하기 위한 홀더를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 복수의 측정 카트리지들을 수납하는 카트리지 수납부와, 상기 홀더와 상기 카트리지 수납부 사이에서 상기 측정 카트리지를 교체하기 위한 카트리지 교체부가 더 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 카트리지 수납부는, 상부가 개방되어 있으며 상기 복수의 측정 카트리지들을 수직 방향으로 수납하기 위한 카세트와, 상기 카세트를 수평 방향으로 이동시키기 위한 카세트 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 카트리지 교체부는, 상기 측정 카트리지 및 상기 복수의 측정 카트리지들을 파지하기 위한 그리퍼와, 상기 그리퍼를 수직 및 수평 방향으로 이동시키기 위한 그리퍼 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 척을 지지하는 스테이지가 더 구비될 수 있으며, 상기 척 구동부는 상기 스테이지를 수평 방향으로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 스테이지 상에 배치되며 상기 척을 회전시키기 위한 회전 구동부가 더 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 스테이지 상에 배치되며 상기 측정 팁의 위치 좌표를 확인하기 위한 팁 카메라가 더 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 스테이지 상에 배치되며 상기 측정 팁의 하단부로부터 이물질을 제거하기 위한 클리닝 유닛이 더 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 척의 상부에 배치되며 상기 척 상에 지지된 기판의 정렬을 위한 정렬 카메라가 더 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 솔더범프가 상기 측정 팁에 의해 상기 기판으로부터 분리되는 과정을 관찰하기 위한 관찰 카메라가 더 구비될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 측정 팁의 하단부를 상기 기판의 상부 표면에 밀착시키고, 이어서 상기 측정 팁의 하단부를 상기 기판의 상부 표면으로부터 소정 간격 이격시키며, 계속해서 상기 척을 수평 방향으로 이동시킴으로써 상기 솔더범프의 강도를 자동으로 측정할 수 있다.
따라서, 종래 기술에서 작업자의 숙련도에 의존하던 방식과 비교하여 상기 솔더범프의 측정 공정을 자동화를 통해 용이하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라 작업자의 숙련도와 상관없이 상기 솔더범프의 강도 측정 공정에서 그 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더범프의 강도 측정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 솔더범프의 강도 측정 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 측정 카트리지를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4 및 도 6은 도 1에 도시된 솔더범프의 강도 측정 장치를 이용하여 솔더범프의 강도 측정을 수행하는 방법을 설명하기 위한 개략도들이다.
이하, 본 발명은 본 발명의 실시예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
하나의 요소가 다른 하나의 요소 또는 층 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로서 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들 또는 층들이 이들 사이에 게재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결되는 것으로서 설명되는 경우, 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
하기에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 영역은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 영역의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더범프의 강도 측정 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 솔더범프의 강도 측정 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더범프(20; 도 4 참조)의 강도 측정 장치(100)는 기판(10) 상에 형성된 솔더범프(20)의 강도를 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 특히, 복수의 반도체 소자들이 형성된 실리콘웨이퍼와 같은 기판(10) 상에 형성된 솔더범프(20) 또는 솔더볼의 강도를 측정하기 위하여 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 측정 장치(100)는 상기 기판(10)을 지지하기 위한 척(110)과, 상기 척(110)의 상부에 배치되며 상기 솔더범프(20)의 강도를 측정하기 위한 측정 팁(122; 도 3 참조)이 장착된 측정 카트리지(120)와, 상기 측정 팁(122)의 하단부를 상기 솔더범프(20)의 일측에 위치시키기 위하여 상기 측정 카트리지(120)를 수직 방향으로 이동시키는 카트리지 구동부(140)와, 상기 측정 팁(122)에 의해 상기 솔더범프(20)가 상기 기판(10)으로부터 분리되도록 상기 척(110)을 수평 방향으로 이동시키는 척 구동부(112)를 포함할 수 있다.
상기 척(110)은 상기 기판(10) 즉 상기 실리콘웨이퍼를 지지하기 위하여 대략 원반 형태를 가질 수 있으며, 도시되지는 않았으나, 상기 척(110)의 상부면에는 상기 기판(10)을 진공 흡착하기 위한 복수의 진공홀들이 구비될 수 있다.
상기 척 구동부(112)는 정반(102) 상에 배치될 수 있으며 상기 척(110)을 수평 방향으로 이동시킬 수 있다. 일 예로서, 상기 척 구동부(112)는 직교 좌표 로봇이 사용될 수 있으며, 상기 척(110)을 서로 직교하는 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 예를 들면, 상기 척(110)은 스테이지(114) 상에 배치될 수 있으며, 상기 척 구동부(112)는 상기 스테이지(114)를 수평 방향으로 이동시킬 수 있다. 특히, 상기 척(110)의 위치 정밀도를 향상시키기 위하여 상기 척 구동부(112)를 구성함에 있어서 리니어 서보 모터와 옵티컬 리니어 엔코더가 사용될 수 있으며, 도시되지는 않았으나, 상기 척 구동부(112)의 동작은 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테이지(114) 상에는 상기 척(110)을 회전시키기 위한 회전 구동부(116)가 배치될 수 있으며, 상기 척(110)은 상기 회전 구동부(116) 상에 배치될 수 있다. 상기 회전 구동부(116)는 상기 척(110) 상에 위치된 기판(10)의 배치 각도를 조절하기 위하여 상기 척(110)을 회전시킬 수 있으며, 상기 회전 구동부(116)의 동작은 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다.
한편, 상기 측정 장치(100)는 상기 기판(10)을 상기 척(110) 상으로 전달하기 위하여 EFEM(Equipment Front End Module)과 같은 기판 이송 모듈(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 정반(102)의 하부에는 서포트 프레임(104)과 진동 흡수를 위한 제진 유닛들(106)이 구비될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 정반(102) 상에는 상기 카트리지 구동부(140)와 상기 측정 카트리지(120)를 지지하기 위한 브리지 구조물(108)이 배치될 수 있다.
상기 카트리지 구동부(140)는 상기 브리지 구조물(108)에 장착되어 상기 측정 카트리지(120)를 수직 방향으로 이동시킬 수 있다. 일 예로서, 상세히 도시되지는 않았으나 상기 카트리지 구동부(140)는 모터와 볼 스크루 및 볼 너트를 이용하여 구성될 수 있으며, 상기 측정 카트리지(120)는 리니어 모션 가이드에 의해 수직 방향으로 안내될 수 있다. 특히, 상기 측정 카트리지(120)의 높이를 정밀하게 제어하기 위하여 마이크로 스텝핑 모터와 옵티컬 리니어 엔코더가 사용될 수 있다.
상기 카트리지 구동부(140)는 상기 측정 카트리지(120)를 파지하기 위한 홀더(142)를 구비할 수 있으며, 상기 측정 팁(122)의 하단부가 상기 솔더범프(20)의 일측에 위치될 수 있도록 상기 홀더(142)를 수직 방향으로 이동시킬 수 있다.
상세히 도시되지는 않았으나, 일 예로서, 상기 홀더(142)는 상기 측정 카트리지(120)를 집게 형태로 파지할 수 있으며, 상기 측정 카트리지(120)를 파지하는 동작을 위하여 홀더 구동부(미도시)가 추가적으로 구비될 수 있다. 상기 홀더 구동부로는 공압 실린더가 사용될 수 있으나, 상기 홀더(142)의 구성과 상기 홀더 구동부의 구성은 다양하게 변경 가능하므로 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 정반(102) 상에는 복수의 측정 카트리지들(120)을 수납하는 카트리지 수납부(150)가 배치될 수 있으며, 또한 상기 홀더(142)와 상기 카트리지 수납부(150) 사이에서 상기 측정 카트리지(120)를 교체하기 위한 카트리지 교체부(160)가 구비될 수 있다.
상기 측정 카트리지들(120)은 다양한 종류의 솔더범프들(20)에 대응하기 위하여 마련될 수 있다. 예를 들면, 상기 측정 카트리지들(120)에는 상기 솔더범프들(20)의 크기에 따라 서로 다른 측정 팁(122)이 각각 장착될 수 있으며, 또한 상기 측정 카트리지들(120)은 서로 다른 강도 측정 범위를 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 측정 대상이 되는 솔더범프(20)에 따라 상기 측정 카트리지들(120) 중에서 하나를 선택하여 사용할 수 있다.
예를 들면, 상기 카트리지 수납부(150)는 상부가 개방되어 있으며 상기 복수의 측정 카트리지들(120)을 수직 방향으로 수납하는 카세트(152)와, 상기 카세트(152)를 수평 방향으로 이동시키는 카세트 구동부(154)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 카세트 구동부(154)는 모터와 볼 스크루 및 볼 너트 등을 이용하여 구성될 수 있으며, 상기 브리지 구조물(108)에 대하여 직교하는 방향으로 상기 카세트(152)를 이동시킬 수 있다.
상기 카트리지 교체부(160)는 상기 측정 카트리지(120) 및 상기 카세트(152)에 수납된 복수의 측정 카트리지들(120)을 파지하기 위한 그리퍼(162)와, 상기 그리퍼(162)를 수직 및 수평 방향으로 이동시키기 위한 그리퍼 구동부(164)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 그리퍼(162)는 집게 형태로 상기 측정 카트리지(120)를 파지할 수 있으며, 상기 그리퍼 구동부(164)는 상기 측정 카트리지(120)의 교체를 위하여 상기 그리퍼(162)를 수직 및 수평 방향으로 이동시킬 수 있다. 일 예로서, 상기 그리퍼 구동부(164)는 상기 측정 카트리지(120)를 상기 카세트(152)에 수납하고 또한 상기 측정 카트리지들(120) 중에서 하나를 상기 카세트(152)로부터 인출하기 위하여 상기 그리퍼(162)를 수직 방향으로 이동시킬 수 있으며, 상기 측정 카트리지(120)를 교체하기 위하여 상기 그리퍼(162)를 상기 브리지 구조물(108)에 평행한 방향으로 이동시킬 수 있다. 상기 그리퍼 구동부(164)는 상기 브리지 구조물(108)에 장착될 수 있으며, 모터와 볼 스크루 및 볼 너트를 이용하여 구성될 수 있다.
특히, 상기 카세트(152)에 수납된 복수의 측정 카트리지들(120) 중 하나가 상기 카세트 구동부(154)에 의해 선택적으로 상기 그리퍼(162) 아래에 위치될 수 있으며, 상기 카트리지 교체부(160)는 상기 선택된 측정 카트리지(120)를 상기 카세트(152)로부터 인출하여 상기 홀더(142)에 장착할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 측정 카트리지를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 상기 측정 팁(122)은 대략 수직 방향으로 연장하는 니들(needle) 형태를 가질 수 있으며, 상기 측정 카트리지(120)는 상기 측정 팁(122)이 수직 방향으로 이동 가능하게 장착되는 로드 센서(124)를 포함할 수 있다. 상기 로드 센서(124)는 상기 측정 팁(122)에 인가되는 힘을 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 도시된 바에 의하면, 상기 측정 팁(122)이 상기 로드 센서(124)를 관통하고 있으나, 상기 측정 팁(122)이 상기 로드 센서(124)와 결합되는 방법은 다양하게 변경 가능하므로 상기 결합 구조에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 로드 센서(124)는 하우징(126)의 하부에 장착될 수 있으며, 상기 측정 팁(122)은 상기 하우징(126)의 내부 즉 상방으로 연장될 수 있다.
한편, 상기 측정 팁(122)은 상기 솔더범프(20)의 강도 측정을 위하여 상기 카트리지 구동부(140)에 의해 하방으로 이동될 수 있으며, 상기 측정 팁(122)의 하단부가 상기 기판(10)의 상부 표면에 밀착된 후 이어서 상기 로드 센서(124)에 대하여 상대적으로 상승될 수 있다. 이때, 상기 하우징(126) 내부에는 상기 측정 팁(122)의 수직 변위를 측정하기 위한 변위 센서(128)가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 카트리지 구동부(140)는 상기 변위 센서(128)의 측정값에 기초하여 상기 측정 카트리지(120)의 하방 이동을 중지시킬 수 있다. 특히, 상기 변위 센서(128)의 측정값은 상기 제어부로 전송될 수 있으며, 상기 제어부는 상기 측정값에 기초하여 상기 카트리지 구동부(140)의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 상기 하우징(126)의 내부에는 상기 측정 팁(128)을 하방으로 탄성 지지하는 스프링(130)이 배치될 수 있다. 상기 스프링(130)은 상기 측정 팁(122)이 상기 기판(10)의 상부 표면에 밀착되는 경우 완충 작용을 통해 상기 기판(10)의 손상을 방지할 수 있으며, 또한 탄성 복원력을 통해 상기 측정 팁(122)이 상기 기판(10)의 상부 표면에 밀착된 상태를 일정하게 유지시킬 수 있다. 일 예로서, 상기 하우징(126)의 내부에는 상기 측정 팁(122)의 상단부에 밀착된 판 스프링이 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하우징(126)의 내부에는 상기 카트리지 구동부(140)에 의해 상기 측정 카트리지(120)의 이동이 중지된 후 상기 측정 팁(122)의 위치를 고정시키기 위한 팁 고정 유닛(132)이 배치될 수 있다. 상기 팁 고정 유닛(132)은 후속하여 수행되는 상기 솔더범프(20)의 강도 측정 단계에서 상기 측정 팁(122)의 수직 방향 위치를 고정시키기 위하여 사용될 수 있다.
일 예로서, 상기 팁 고정 유닛(132)은 상기 측정 팁(122)을 감싸도록 배치되는 솔레노이드를 포함할 수 있다. 상기 솔레노이드는 상기 제어부에 의해 동작될 수 있으며, 상술한 바와 같이 상기 카트리지 구동부(140)에 의해 상기 측정 카트리지(120)의 하방 이동이 중지된 후 상기 측정 팁(122)의 하단부가 상기 기판(10)의 상부 표면에 밀착된 상태에서 상기 측정 팁(122)의 높이를 고정시킬 수 있다.
한편, 상기에서는 상기 스프링(130)과 팁 고정 유닛(132)으로서 각각 판 스프링과 솔레노이드가 사용되는 구성을 설명하고 있으나, 상기 스프링(130)과 팁 고정 유닛(132)의 세부 구성은 다양하게 변경 가능하다. 따라서, 상기 스프링(130)과 팁 고정 유닛(132)의 세부 구성에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않을 것이다.
또한, 일 예로서, 상기 변위 센서(128)로는 투수과형 또는 반사형 광센서가 사용될 수 있으며, 상기 광센서는 상기 판 스프링의 위치 변화를 검출할 수 있으며 이에 의해 상기 측정 팁(122)의 수직 변위를 검출할 수 있다. 그러나, 상기 변위 센서(128)의 종류 역시 다양하게 변경 가능하므로 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않을 것이다.
도 4 및 도 6은 도 1에 도시된 솔더범프의 강도 측정 장치를 이용하여 솔더범프의 강도 측정을 수행하는 방법을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 4를 참조하면, 상술한 바와 같이 상기 측정 팁(122)의 하단부는 상기 카트리지 구동부(140)에 의해 상기 기판(10)의 상부 표면에 밀착될 수 있으며, 이어서 상기 측정 팁(122)은 상기 팁 고정 유닛(132)에 의해 고정될 수 있다.
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 카트리지 구동부(140)는 상기 측정 팁(122)의 하단부가 상기 기판(10)의 상부 표면으로부터 소정 거리 이격되도록 상기 측정 카트리지(120)를 상방으로 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 카트리지 구동부(140)는 상기 측정 팁(122)의 하단부가 상기 기판(10)의 상부 표면으로부터 수 내지 수십 ㎛ 정도 이격되도록 상기 측정 카트리지(120)를 상방으로 이동시킬 수 있다. 이는 상기 솔더범프(20)의 강도를 측정하기 위하여 상기 척(110)을 수평 방향으로 이동시키는 경우 상기 측정 팁(122)의 하단부에 의해 상기 기판(10)의 상부 표면이 손상되지 않도록 하며, 아울러 상기 솔더범프(20)의 강도 측정을 보다 정확하게 하기 위함이다.
한편, 상기 측정 팁(122)의 하단부와 상기 기판(10)의 상부 표면 사이의 간격에 의해 상기 솔더범프(20)의 접합 강도 및 전단 강도가 선택적으로 측정될 수 있다. 예를 들면, 상기 측정 팁(122)의 하단부와 상기 기판(10)의 상부 표면 사이의 간격을 수 ㎛ 정도로 유지하는 경우 상기 솔더범프(20)의 접합 강도가 측정될 수 있으며, 이와 다르게 상기 측정 팁(122)의 하단부와 상기 기판(10)의 상부 표면 사이의 간격을 수십 ㎛ 정도로 유지하는 경우 상기 솔더범프(20)의 전단 강도가 측정될 수 있다.
상기와 같이 측정 팁(122)의 하단부를 상기 기판(10)의 상부 표면으로부터 소정 간격 이격시킨 후 도 6에 도시된 바와 같이 상기 척(110)은 상기 솔더범프(20)의 강도를 측정하기 위하여 수평 방향으로 이동될 수 있다. 이에 의해 상기 솔더범프(20)가 상기 측정 팁(122)에 의해 상기 기판(10)으로부터 분리될 수 있으며 상기 솔더범프(122)의 강도는 상기 로드 센서(124)에 의해 측정될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 측정 장치(100)는 상기 측정 팁(122)의 위치 좌표를 확인하기 위한 팁 카메라(170) 및 상기 척(110) 상에 지지된 기판(10)의 정렬을 위한 정렬 카메라(172)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 팁 카메라(170)는 상기 스테이지(114) 상에 배치될 수 있으며, 상기 정렬 카메라(172)는 상기 척(110)의 상부, 예를 들면, 상기 브리지 구조물(108) 상에 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 측정 카트리지(120)가 상기 홀더(142)에 장착된 후 상기 스테이지(114)는 상기 팁 카메라(170)가 상기 측정 팁(122)의 하부에 위치되도록 이동될 수 있으며, 이어서 상기 팁 카메라(170)는 상기 측정 팁(122)의 이미지를 획득할 수 있다. 상기 측정 팁(122)의 이미지는 상기 제어부로 전송될 수 있으며, 상기 제어부는 상기 측정 팁(122)의 이미지로부터 상기 측정 팁(122)의 위치 좌표를 획득할 수 있다.
또한, 상기 기판(10)이 상기 척(110) 상에 로드된 후 상기 정렬 카메라(172)는 상기 기판(10) 상의 정렬 마크들에 대한 이미지들을 획득할 수 있으며, 상기 획득된 정렬 마크들의 이미지들로부터 상기 정렬 마크들의 위치 좌표들이 획득될 수 있다. 상기 제어부는 상기 정렬 마크들의 위치 좌표들에 기초하여 상기 스테이지(114)를 이동시키고 또한 상기 척(110)을 회전시켜 상기 기판(10)을 정렬할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스테이지(114) 상에는 상기 측정 팁(122)의 하단부로부터 이물질을 제거하기 위한 클리닝 유닛(180)을 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 클리닝 유닛(180)은 상기 솔더범프(20)의 강도 측정 이후 상기 측정 팁(122)의 하단부에 잔류하는 이물질 예를 들면 상기 기판(10)으로부터 분리된 솔더범프(20)를 제거하기 위한 브러시를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 측정 장치(100)는 상기 솔더범프(20)가 상기 기판(10)으로부터 분리되는 과정 즉 상기 측정 공정이 수행되는 과정을 관찰하기 위한 관찰 카메라(174)를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 측정 팁(122)의 하단부를 상기 기판(10)의 상부 표면에 밀착시키고, 이어서 상기 측정 팁(122)의 하단부를 상기 기판(10)의 상부 표면으로부터 소정 간격 이격시키며, 계속해서 상기 척(110)을 수평 방향으로 이동시킴으로써 상기 솔더범프(20)의 강도를 자동으로 측정할 수 있다.
따라서, 종래 기술에서 작업자의 숙련도에 의존하던 방식과 비교하여 상기 솔더범프(20)의 강도 측정 공정을 자동화를 통해 용이하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라 작업자의 숙련도와 상관없이 상기 솔더범프(20)의 강도 측정 공정에서 그 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 기판 20 : 솔더범프
100 : 솔더범프 강도 측정 장치 102 : 정반
104 : 프레임 106 : 제진 유닛
108 : 브리지 구조물 110 : 척
112 : 척 구동부 114 : 스테이지
116 : 회전 구동부 120 : 측정 카트리지
122 : 측정 팁 124 : 로드 센서
126 : 하우징 128 : 변위 센서
130 : 스프링 132 : 팁 고정 유닛
140 : 카트리지 구동부 142 : 홀더
150 : 카트리지 수납부 152 : 카세트
154 : 카세트 구동부 160 : 카트리지 교체부
162 : 그리퍼 164 : 그리퍼 구동부
170 : 팁 카메라 172 : 정렬 카메라
174 : 관찰 카메라 180 : 클리닝 유닛

Claims (16)

  1. 솔더범프가 형성된 기판을 지지하는 척;
    상기 척의 상부에 배치되며 상기 솔더범프의 강도를 측정하기 위한 측정 팁이 장착된 측정 카트리지;
    상기 측정 팁의 하단부를 상기 솔더범프의 일측에 위치시키기 위하여 상기 측정 카트리지를 수직 방향으로 이동시키는 카트리지 구동부; 및
    상기 측정 팁에 의해 상기 솔더범프가 상기 기판으로부터 분리되도록 상기 척을 수평 방향으로 이동시키는 척 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측정 카트리지는,
    상기 측정 팁이 수직 방향으로 이동 가능하도록 장착되며 상기 측정 팁에 인가되는 힘을 측정하기 위한 로드 센서; 및
    상기 측정 팁의 하단부가 상기 카트리지 구동부에 의해 상기 기판의 상부 표면에 밀착되고 이어서 상기 로드 센서에 대하여 상대적으로 상승되는 경우 상기 측정 팁의 수직 변위를 측정하기 위한 변위 센서를 포함하며,
    상기 카트리지 구동부는 상기 변위 센서의 측정값에 기초하여 상기 측정 카트리지의 이동을 중지시키는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 측정 카트리지는 상기 카트리지 구동부에 의해 상기 측정 카트리지의 이동이 중지된 후 상기 측정 팁을 고정시키는 팁 고정 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 팁 고정 유닛은 상기 측정 팁을 감싸도록 배치되는 솔레노이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 측정 카트리지는 상기 측정 팁을 하방으로 탄성 지지하는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 카트리지 구동부는 상기 측정 팁의 하단부가 상기 기판의 상부 표면으로부터 소정 간격 이격되도록 상기 측정 카트리지를 상방으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 카트리지 구동부는 상기 측정 카트리지를 파지하기 위한 홀더를 구비하는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서, 복수의 측정 카트리지들을 수납하는 카트리지 수납부; 및
    상기 홀더와 상기 카트리지 수납부 사이에서 상기 측정 카트리지를 교체하기 위한 카트리지 교체부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 카트리지 수납부는,
    상부가 개방되어 있으며 상기 복수의 측정 카트리지들을 수직 방향으로 수납하기 위한 카세트; 및
    상기 카세트를 수평 방향으로 이동시키기 위한 카세트 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 카트리지 교체부는,
    상기 측정 카트리지 및 상기 복수의 측정 카트리지들을 파지하기 위한 그리퍼; 및
    상기 그리퍼를 수직 및 수평 방향으로 이동시키기 위한 그리퍼 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 척을 지지하는 스테이지를 더 포함하며, 상기 척 구동부는 상기 스테이지를 수평 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 스테이지 상에 배치되며 상기 척을 회전시키기 위한 회전 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 스테이지 상에 배치되며 상기 측정 팁의 위치 좌표를 확인하기 위한 팁 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 스테이지 상에 배치되며 상기 측정 팁의 하단부로부터 이물질을 제거하기 위한 클리닝 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 척의 상부에 배치되며 상기 척 상에 지지된 기판의 정렬을 위한 정렬 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 솔더범프가 상기 측정 팁에 의해 상기 기판으로부터 분리되는 과정을 관찰하기 위한 관찰 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더범프의 강도 측정 장치.
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