KR20180071473A

KR20180071473A - 히터 어셈블리

Info

Publication number: KR20180071473A
Application number: KR1020160173960A
Authority: KR
Inventors: 류도형; 박준성; 박성환; 김보민; 이성민; 이정욱; 하정민
Original assignee: (주)세온
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2018-06-28
Also published as: KR102148555B1; WO2018117580A1

Abstract

본 발명은 칩의 본딩을 위한 본딩 장치에 장착되는 히터 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리는, 하면에 발열 박막층이 형성되는 발열체와, 에어의 유입이 가능한 이격 공간이 형성되도록 발열체의 하부에 장착되는 인슐레이터와, 인슐레이터가 고정 설치되는 베이스부를 포함한다

Description

히터 어셈블리{Heater assembly}

본 발명은 히터 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 반도체 패키지의 제조시 신속하고 정확한 온도 제어가 가능한 히터 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 전자제품의 소형화 및 고기능화에 반드시 수반되어야 하는 것이 반도체 칩을 고집적화하는 것이다. 반도체 칩의 고집적화와 함께, 반도체 패키지도 종래의 와이어 본딩 방식만으로는 경박단소화에 한계를 갖는다. 따라서, 최근에는, 와이어 본딩을 이용하지 않고서, 반도체 칩의 입출력 단자인 패드 위에 별도의 솔더 범프나 패드와 같은 전극 부재를 형성한 다음, 반도체 칩을 캐리어 기판이나 테이프 배선 기판과 같은 배선 기판에 상기 전극 부재를 이용하여 결합하거나 다른 반도체 칩에 적층하는 방식으로 배선 공정을 수행하는 방식에 널리 사용되고 있다. 대표적인 예로서, 상기 반도체 칩이 뒤집혀진 상태로 기판에 본딩되는 플립 칩 본딩 기술과 관통형 실리콘 비아(through silicon via; TSV)를 이용한 복수의 반도체 칩들의 3차원 적층 기술이 있다.

상기 플립 칩 본딩 및 TSV를 이용한 반도체 패키지 기술에서, 전극들의 본딩은 열압착 방식 또는 레이저 압착 방식을 통해 수행된다. 이들 중 상기 열압착 방식은 가압 아암의 내부에 히터가 내장되고, 가압 아암의 선단에 반도체 칩의 흡착을 위한 흡입 홀을 갖는 가압 헤드로 이루어진 히터 어셈블리에 의해 수행된다.

예를 들면, 플립 칩 본딩 공정에서, 상기 히터 어셈블리는 광학적 인식 장치와 같은 위치 정렬 장치의 도움으로 배선 기판의 소정 위치에 본딩할 플립 칩의 위치를 맞춘 후, 가압 아암을 하강시켜 상기 플립 칩을 상기 배선 기판에 가압시키면서 상기 가압 아암 내부의 히터를 가열하여 상기 가압 헤드 쪽으로 열전도가 이루어지면서 상기 플립 칩을 가열하고, 이와 같은 상태를 소정 시간 유지하는 것에 의해 상기 배선 기판에 상기 플립 칩의 전극 패드를 본딩시킨다. 필요에 따라, 상기 플립 칩과 기판 사이에 열경화성 수지가 도포되고, 상기 열압착 동안 열경화성 수지의 경화가 이루어져 상기 플립 칩의 본딩 구조가 보호될 수도 있다. 이후, 가압 헤드의 히터를 끄고 가압 아암을 상승시켜서 기판을 인출할 수 있도록 하게 된다.

상기 TSV를 이용한 반도체 패키지 공정에서도 반도체 칩들의 표면에 노출된 관통 전극들을 서로 대향 정렬한 후, 전술한 히터 어셈블리로 적층된 반도체 칩들을 가열하여 상기 관통 전극들의 사이의 본딩을 수행하기 위해 상기 히터 어셈블리가 사용될 수 있다.

반도체 패키지의 경박단소화가 지속적으로 요구됨에 따라, 반도체 칩 상의 전극간 거리가 극소화되고, 상기 전극간 접속에 단락 또는 열충격으로 인한 크랙이 없는 신뢰성 있는 본딩을 위해서 상기 히터 어셈블리의 정밀한 온도 제어가 요구된다. 특히, 급속 가열 및 급속 냉각을 구현하기 위한 신속한 온도 제어는 반도체 패키지의 집적도가 증가될수록 전극 사이의 거리와 높이가 감소됨에 따라 필수적이다.

그러나, 종래의 열압착을 위한 히터 어셈블리는, 패턴 전극 또는 선형 저항선과 같은 발열 구조체를 사용하여 가열 구조와 냉각 구조가 복잡하고, 그에 따라 상기 히터를 신속하게 가열한 후 다시 급속하게 냉각시킬 수 있는 효율의 개선과 정밀 제어가 어렵다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 반도체 패키지의 집적도가 증가됨에 따라, 구조가 간단하면서도 급속 가열 및 급속 냉각을 위한 신속하고 정밀한 온도 제어가 가능하여 열 가압에 의한 반도체 제조 공정을 수행할 수 있는 히터 어셈블리를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리는, 칩의 본딩을 위한 본딩 장치에 장착되는 히터 어셈블리로서, 하면에 발열 박막층이 형성되는 발열체; 에어의 유입이 가능한 이격 공간이 형성되도록 상기 발열체의 하부에 장착되는 인슐레이터; 및 상기 인슐레이터가 고정 설치되는 베이스부를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 발열 박막층의 열이 상기 발열체에 고르게 전달되도록, 상기 발열체를 관통하여 전원 와셔를 개재하여 상기 인슐레이터에 고정되는 고정 부재를 더 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 발열체의 상면에 착탈 가능하게 장착되는 소모성 패드를 더 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 베이스부는 상기 이격 공간을 통해 유입된 상기 에어의 순환을 위한 음압을 제공할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 베이스부에는 음압을 발생시키기 위한 가스 이동을 안내하는 메인 유로와, 상기 메인 유로의 측부에서 분기되어 상기 베이스부의 상방향으로 연장되는 에어 유로가 마련될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 에어 유로는 상기 메인 유로의 일측 및 타측에서 분기되는 다수개로 제공될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 베이스부에는 음압을 발생시키기 위한 가스 이동을 안내하는 메인 유로와, 냉각을 위한 가스의 공급이 이루어지는 제 1 냉각 유로와, 상기 제 1 냉각 유로의 끝단에서 상기 베이스부의 상부 가장자리를 따라 연장되는 제 2 냉각 유로와, 상기 제 2 냉각 유로의 끝단에서 하방향으로 연장되는 제 3 냉각 유로와, 상기 제 3 냉각 유로의 끝단에서 상기 베이스부의 하면 상에서 연장되는 제 4 냉각 유로와, 제 4 냉각 유로의 끝단에서 상기 메인 유로로 연장되는 제 5 냉각 유로가 마련될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 제 1 냉각 유로는 상기 베이스부의 하면 상에서 지그재그 형태로 연장될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 베이스부에는 상기 소모성 패드를 상기 발열체의 상면에 부착시키기 위한 가스를 제공하는 흡입 유로와, 상기 소모성 패드를 상기 발열체의 상면에서 분리시키기 위한 가스를 제공하는 토출 유로가 마련될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 베이스부에는 음압을 발생시키기 위한 가스 이동을 안내하는 메인 유로가 마련되고, 상기 토출 유로는 상기 메인 유로보다 작은 직경을 갖도록 상기 메인 유로의 상측에서 분기될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 베이스부에는 상기 인슐레이터를 관통한 제 1 고정 볼트가 고정되는 베이스부 고정홀과, 상기 인슐레이터를 관통한 제 2 고정 볼트가 본딩 장치와의 조립을 위해 관통되는 베이스부 관통 홀이 형성될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 인슐레이터는 상기 이격 공간을 형성하기 위한 지지 돌기가 구비된 제 1 플레이트; 상기 베이스부의 상부에 고정되는 제 2 플레이트; 및 상기 제 1 플레이트 및 상기 제 2 플레이트 사이에 연결되는 제 3 플레이트를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 인슐레이터에는 상기 소모성 패드를 상기 발열체의 상면에 부착시키기 위한 가스를 안내하는 흡입 홀과, 상기 발열체의 상면에서 상기 소모성 패드를 분리시키기 위한 가스를 안내하는 토출홀이 형성될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 인슐레이터에는 상기 이격 공간을 통해 유입된 상기 에어를 상기 베이스부로 안내하기 위한 냉각 홀이 형성될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 인슐레이터에는 상기 발열체를 관통한 상기 고정 부재가 삽입되는 인슐레이터 조립 홀이 형성될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 인슐레이터 조립 홀의 높이는 상기 발열체에 전원을 공급하는 전원 와셔가 고정 부재를 매개로 상기 인슐레이터 조립 홀에 고정되도록 하기 위해, 상기 이격 공간을 형성하기 위한 지지 돌기의 높이보다 낮게 설계될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 발열체에는 서로 다른 전극을 제공하기 위한 전극체가 양측에 위치될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 발열체에는 상기 전극체에 전원을 공급하기 위한 전원 와셔가 접속될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 발열체에는 온도 측정을 위한 감지 센서가 장착될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 발열체에는 가스의 흡입력을 이용하여 상기 발열체의 상면에 소모성 패드를 부착시키는 흡입 홀과, 가스의 토출력을 이용하여 상기 발열체의 상면에 상기 소모성 패드를 분리시키는 블로잉 홀이 형성될 수 있다.

일부 실시예에서, 상기 흡입 홀은 상기 블로잉 홀을 사이에 두고 동일 선상에 이격 배치되는 다수개로 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 발열체에 발열 박막층을 형성함으로써, 발열체의 순간적인 온도 상승 및 냉각에 의한 정밀한 온도 제어가 가능한 히터 어셈블리가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 휨 현상이 억제된 발열체에 의해 피처리체에 균일한 열전달이 가능할 뿐만 아니라, 수명의 향상을 도모하고, 추가적으로 가열체의 재생 방법을 제공할 수 있는 히터 어셈블리가 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리의 결합 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 하측에서 바라본 히터 어셈블리의 결합 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리의 정면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리의 인슐레이터를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리의 베이스부를 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리의 베이스부를 도시한 내부 구성도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 결합 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 하측에서 바라본 히터 어셈블리의 결합 사시도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 베이스부를 도시한 평면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 베이스부를 도시한 내부 구성도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 결합 사시도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 베이스부를 도시한 평면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 베이스부를 도시한 내부 구성도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 박막층(110)을 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단화된 서브 박막층들을 포함하는 발열 박막층(110)의 온도 분포를 보여주는 이미지이다
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 산화물의 확산 장벽층을 형성한 경우 정전압 전력 인가시 시간에 따른 발열 박막층(110)의 온도 변화 그래프이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 히터 어셈블리의 성능 온도 프로파일을 보여주는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.　 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.　 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/[0029] 또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다.　 이

들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다.

따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

본 실시예에서, 히터 어셈블리는 칩간 적층 또는 기판 상에 칩을 본딩을 위한 본딩 장치에 장착되는 히터일 수 있다. 예를 들어, 히터 어셈블리는 상단 칩과 하단 칩을 관통 전극으로 연결하는 TSV(Through Silicon Via: 실리콘 관통 전극)를 이용한 반도체 패키지에 사용될 수도 있다. 그러나, 본 발명은, 이에 한정되지는 아니하며, 칩의 본딩을 위한 다양한 형태의 본딩 장치에 적용될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리의 결합 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 하측에서 바라본 히터 어셈블리의 결합 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리의 정면도이며, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 발열체(100)의 평면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리(10)는, 배면 상에 발열 박막층(110)이 형성된 기판(120)을 포함하는 발열체(100), 기체의 유입이 이루어지도록 발열 박막층(110)에 대한 이격 공간(S)을 제공하는 인슐레이터(200), 및 기체의 순환을 위한 베이스부(300)를 포함한다.

발열체(100)의 발열 박막층(110)은 반도체 칩 또는 패키지의 본딩 또는 제조를 위해 제어된 온도로 고속 승온 및 고속 냉각될 수 있는 발열층이다. 이러한 고속 승온 및 고속 냉각을 위하여, 히터의 질량을 극소화할 수 있도록, 상기 히터는 박막의 면상 발열체인 발열 박막층(110)이다. 본 발명의 실시예에 따른 발열 막막층(110)의 두께는 후술하는 급속 온도 제어 및 휨 없는 열전달이 가능하도록 5 ㎛ 이하의 크기를 갖는다.

발열 박막층(110)은 전원의 인가시 저항에 의한 순간적인 열발생이 가능한 도전성 박막으로서 ITO(In2O3 : SnO2 = 90 : 10, 인듐 주석 산화물) 도전막 또는 FTO(F-doped SnO2 : 불소(F)가 포함된 주석 산화물) 도전막이 사용될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 종류의 도전막이 사용될 수 있다.

발열 박막층(110)은 2차원적인 평면 상에서 열이 발생되고, 가열이 이루어지지 않는 데드 존이 없다. 또한, 발열 박막층(110)은 기판(120) 상에 화학기상증착, 스퍼터링, 열분해, 또는 스프레이법과 같은 기상 증착법을 이용하여 제조될 수 있기 때문에, 기판(120)과 발열 박막층(110) 사이의 별도의 접합을 위한 소결 공정이 요구되지 않는다. 이와 달리, 저항 패턴, 코일, 탄소 섬유 및 실리콘 섬유와 도전성 섬유체와 같은 선형 가열 부재는 이를 기판 상에 2차원 배열시 상기 가열 부재가 존재하는 영역과 존재하지 않는 영역이 존재하며, 그 결과 상기 가열 부재가 존재하지 않는 영역에서는 데드 존이 발생한다. 따라서, 종래의 선형 가열 부재는, 상기 데드 존과 상기 가열 부재 사이의 온도 편차를 극복하기 위한 매립체 또는 표면 코팅체가 반드시 적용되어야 하며, 통상적으로 이들은 이종 물질들로 이루어지므로, 상기 매립체 또는 상기 표면 코팅체와 상기 가열 부재 사이의 신뢰성 있는 접합을 확보하기 위해서는 별도의 고온 소결 공정이 요구된다.

발열 박막층(110)은 순간적인 온도 상승이 가능하고, 기체, 예를 들면, 주변 공기 또는 기상 냉매의 접촉에 의해 급격한 냉각이 가능하다. 예를 들어, 2 차원 형태(코팅막)의 발열 박막층(110)과 3 차원 형태(미언더형 저항선)의 알루미늄 발열체 간 열량 방정식, 즉 Q = cm△t을 비교해 보면, 동일 면적 대비 동일한 열량 Q이 축력될 때, 발열 박막층(110)의 질량(m)은 알루미늄 발열체의 질량(m)보다 작고, 발열 박막층(110)의 비열(c, 주석/인듐 = 0.05)은 알루미늄 발열체의 비열(c : 알루미늄 = 0.21)보다 작으므로, 동일 면적 대비 동일한 열량 기준으로 발열 박막층(110)의 온도 변화(△t)는 알루미늄 발열체의 온도 변화(△t)보다 훨씬 더 클 수 있다. 결국, 2 차원 구조의 발열 박막층(110)은 3 차원 구조를 갖는 벌키한 종래의 발열체보다 순간적인 온도 상승이 가능하고, 반대로 냉각 기체에 노출되면 더 빠르게 냉각될 수도 있는 이점이 있다.

기판(120)은 절연성 기판이며, 발열 박막층(110)과 열 팽창률이 유사한 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판(120)은 실리콘 질화물이거나, 상기 실리콘 질화물과 실리콘 탄화물의 혼합물일 수 있다. 상기 실리콘 질화물의 기판이나 상기 실리콘 질화물과 실리콘 탄화물의 혼합물의 기판은 이들 분말 재료를 소성하는 통상의 세라믹 소결법에 의해 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 실리콘 질화물과 상기 실리콘 탄화물의 혼합물은, 상기 실리콘 탄화물의 함량에 따라 도전성을 갖게 되므로 상기 실리콘 탄화물의 함량은 기판 전체 중량에 대하여 30 중량% 이하인 것이 바람직하다.

발열 박막층(110)이 전술한 FTO와 같이 세라믹 발열층인 경우, 상기 실리콘 질화물, 또는 상기 실리콘 질화물과 상기 실리콘 탄화물 사이의 혼합물로 형성된 기판은 발열 박막층(110)과의 열팽창률에 있어 우수한 매칭률을 가지므로, 온도 변화에도 불구하고 기판(120)의 휨이나 발열 박막층(110)의 탈리가 방지될 수 있다. 특히, 기판(120)의 휨과 같은 문제가 억제될 수 있으며, 피가열체에 면접하여 균일한 열전달을 할 수 있으며, 발열체(100)의 수명도 향상시킬 수 있다.

기판(120)은 배면에 형성된 발열 박막층(110)으로부터 발생한 열을 전면(120U)로 전달하면서 동시에 평면 방향으로의 열분산의 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다. 기판(120)의 배면에 소정 두께(예를 들면, 1 ㎛ 내외)의 발열 박막층(110)이 형성되므로, 발열 박막층(110)으로부터 열을 전달받아 예를 들면, 반도체 칩에 대하여 면접 나아가 가압하면서 본딩 공정을 수행할 수 있다. 발열 박막층(110)은 도 5a에 도시된 것과 같이 기판(120)의 배면(120B)에 전면적으로 형성되거나, 배면(120B)의 가장자리 영역을 제외한 내측 영역에 형성될 수도 있다. 도 5b는 기판(120)의 배면(120B)의 조립 홀(102)를 제외한 내측 영역에 발열 박막층(110)이 형성된 것을 도시한다. 기판(120)의 배면(120B)의 일부 영역에 발열 박막층(110)을 형성하는 것은, 쉐도우 마스크, 기판(120)의 배면(120B)에 마스크를 형성하고, 발열 박막층(110)을 증착한 후 리프트 오프하는 방식 또는 리소그래피에 의한 식각 공정을 통해 달성될 수 있다.

발열 박막층(110)의 양단부측 상에는 전극체(도 5a 및 도 5b의 130: 예를 들면, 도전체 페이스트 또는 금속 박막)가 마련될 수 있다. 기판(120)에 전극체(130)를 형성하기 위해서, 발열 박막층(110)의 코팅 전, 기판(120)의 하면에는 발열체 조립 홀(102)과 같은 다른 구조를 제외한 나머지 부분을 마스킹한 상태에서, 발열 박막층(110)을 열분산 기판(120)의 하면에 코팅하고, 열분산 기판(120)의 하면에서 마스킹을 제거한 후, 발열 박막층(110)이 형성된 열분산 기판(120)의 양단부측에 전극체(130)를 형성할 수 있다.

전극체(130)는 전원 배선과 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 전극체(130)는 전극체(130)와 면접하여 안정적이고 저저항 콘택을 구현할 수 있는 전원 와셔(630)를 통해 전원이 공급될 수 있다. 전원 와셔(630)은 기판(120)과 인슐레이터(200)와 같은 다른 구조체와의 체결을 통해 압착되는 방식으로 전극체(130)와 전기적 콘택을 달성할 수 있다.

기판(120)의 양단부에는 인슐레이터(200)와의 조립을 위한 발열체 조립 홀(102)이 형성될 수 있다. 발열체 조립 홀(102)은 후술하는 인슐레이터(200)의 인슐레이터 조립홀(102)과 동일 수직 선상에 위치되므로, 고정 부재(400)는 발열체 조립 홀(102) 및 인슐레이터 조립 홀(202)을 관통하여, 발열체(100)와 인슐레이터(200)를 상호 고정할 수 있다.

기판(120)에는 제에벡 효과를 이용하여 온도에 따른 이종금속 접촉면에서 발생하는 기전력을 측정하여 온도를 계산하기 위한 써모커플 또는 파장 분석을 통해 온도를 계산하는 적외선 센서와 같은 온도 감지 센서(미도시)가 장착될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 온도 감지 센서가 써모커플린 경우, 기판(120)의 일측에 상기 써모커플이 삽입되어 장착 가능한 센서 장착홀(101)이 형성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리의 인슐레이터(200)를 도시한 사시도이다.

도 6을 참조하면, 인슐레이터(200)는 기상 냉매의 유입이 가능한 이격 공간(S)을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 인슐레이터(200)는 발열체(100)의 발열 박막층(110)과 인슐레이터(200)의 상면 사이에 이격 공간(S)이 형성되도록 발열체(100)의 발열 박막층(110)에 대향하여 발열체(100)의 하부에 장착될 수 있다. 발열 박막층(110)과의 유격을 유지하기 위해, 인슐레이터(200)의 상면에는 지지 돌기(210)가 돌출 형성될 수 있다. 지지 돌기(210)는 인슐레이터(200)의 상면 코너부에 이격 설치되는 4 개의 지지 돌기(210)를 포함할 수 있다. 이들 지지 돌기(210) 간 이격된 공간 사이에 이격 공간(S)이 형성되므로, 인슐레이터(200)의 사방향(전후좌우 방향)으로 기상 냉매의 유입이 이루어질 수 있다. 상기 기상 냉매는 주위의 에어일 수 있다. 다른 예에서, 상기 기상 냉매는 저온의 아르곤 또는 질소와 같은 냉각 기체일 수도 있다. 상기 기상 냉매는 이격 공간(S)이 주위에 노출됨으로써 또는 이격 공간(S)에 결합된 포트(미도시)를 통해 공급될 수 있다.

인슐레이터(200)에는 이격 공간(S)을 통해 유입된 기상 냉매를 베이스부(300)로 안내하기 위한 냉각 홀(203)이 형성될 수 있다. 냉각 홀(203)은 인슐레이터(200)의 중앙 상면에 형성되는 다수개로 제공될 수 있다. 각각의 냉각 홀(203)은 베이스부(300)에서 발생되는 음압에 의해 에어를 흡입하여 베이스부(300)로 안내할 수 있다.

인슐레이터(200)에는 발열체(100)의 고정을 위한 인슐레이터 조립 홀(202)이 형성될 수 있다. 인슐레이터 조립 홀(202)은 인슐레이터(200)의 상면 양 단부측에 위치되는 한 쌍으로 구성될 수 있고, 인슐레이터 조립 홀(202)에는 발열체(100)의 발열체 조립 홀(102)을 관통한 고정 부재(400)가 고정될 수 있다. 이 인슐레이터 조립 홀(202)은 고정 부재(400)의 외경과 대응되는 내경을 가질 수 있으며, 인슐레이터 조립 홀(202)에는 고정 부재(400)와 나사 결합을 위한 암나사산이 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 발열체(100)와 인슐레이터(200)의 고정은 클램프와 같은 커플러 또는 볼트/너트의 체결에 의해 결합될 수 있다. 이를 위해 발열체(100)와 인슐레이터(200)의 외주에는 서로 대응되는 적합한 주연부가 형성될 수 있다.

여기서, 인슐레이터 조립 홀(202)에는 배선과 연결된 전원 와셔(630)가 삽입되기 때문에, 인슐레이터 조립 홀(202)의 높이(인슐레이터의 상면에서 인슐레이터 조립 홀의 상단까지의 거리)는, 지지 돌기(210)의 높이(인슐레이터의 상면에서 지지 돌기의 상단까지의 거리)보다 작게 설계된다.

인슐레이터(200)는 발열체(100)와 베이스부(300) 사이에 위치한다. 인슐레이터(200)는 발열체(100)의 도전막인 발열 박막층(110)이 베이스(300)에 대하여 전기적 절연될 수 있도록 한다. 즉, 기판(110)은 절연성 기판이어서, 히터 어셉블리가 공정 중에 접촉하는 피처리체에 대한 전기적 절연을 유지하고, 인슐레이터(200)는 다른 외부 회로나 설비와 연결되는 베이스부(300)에 대하여 전기적 절연을 유지한다.

인슐레이터(200)에는 제 1 고정 볼트(610)가 삽입되는 인슐레이터 고정홀(204)과, 제 2 고정 볼트(미도시)가 삽입되는 인슐레이터 관통 홀(205)이 형성될 수 있다. 제 1 고정 볼트(610)는 인슐레이터 고정홀(204)을 관통하여 베이스부(300)의 베이스부 고정홀(304)에 결합될 수 있고, 제 2 고정 볼트는 인슐레이터 관통 홀(205)과 베이스부(300)의 베이스부 관통 홀(305)을 관통하여 베이스부(300)를 포함하는 히터 어셈블리를 호스트 장치인 본딩 장치의 헤드 수용부에 고정시킬 수 있다.

인슐레이터(200)는 복수의 편들로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 인슐레이터(200)는 발열체(100)의 하부에 고정되는 제 1 플레이트(210), 베이스부(300)의 상부에 고정되는 제 2 플레이트(220), 및 제 1 플레이트(210)와 제 2 플레이트(220) 사이에 연결되는 제 3 플레이트(230)를 포함할 수 있다. 이들 제 1 플레이트(210), 제 2 플레이트(220) 및 제 3 플레이트(230)는 체결볼트(미도시)를 통해 하나의 블럭(인슐레이터)으로 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 제 1 플레이트(210)에는 지지 돌기(210), 냉각 홀(203) 및 인슐레이터 조립 홀(202)이 형성될 수 있고, 제 2 플레이트(220)에는 인슐레이터 고정홀(204) 및 인슐레이터 관통 홀(205)이 형성될 수 있으며, 제 2 플레이트(220) 및 제 3 플레이트(230)에는 제 1 플레이트(210)의 냉각 홀(203)과 베이스부(300)의 기상 냉매 유로(320) 사이를 연결하는 연결유로(미도시)가 형성될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리의 베이스부(300)를 도시한 평면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 히터 어셈블리(300)의 베이스부를 도시한 내부 구성도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 베이스부(300)는 인슐레이터(200)의 장착이 이루어지는 지지 블럭으로, 이 베이스부(300)에는 본딩 장치에 조립될 수 있다. 예컨대, 베이스부(300)에는 인슐레이터(200)와의 결합을 위해 제 1 고정 볼트(610)가 삽입되는 베이스부 고정홀(304)과, 본딩 장치와의 결합을 위해 제 2 고정 볼트가 삽입되는 베이스부 관통 홀(305)이 형성될 수 있다. 베이스부 고정홀(304) 및 베이스부 관통 홀(305)은 베이스부(300)의 가장자리부 측에 인슐레이터의 해당 홀들과 정렬되어 배치될 수 있다. 제 1 고정 볼트(610) 및 제 2 고정 볼트를 통한 인슐레이터(200) 및 베이스부(300)간 결합시, 이들 인슐레이터(200) 및 베이스부(300) 사이 간극은 기상 냉매의 누출 방지를 위해 기밀을 유지할 수 있다.

베이스부(300)는 기상 냉매의 유입 및 순환을 위한 음압을 제공할 수 있다. 이를 위해, 베이스부(300)에는 음압의 발생을 위해 가스 이동을 안내하는 메인 유로(310)와, 메인 유로(310)와 연통된 기상 냉매 유로(320)가 마련될 수 있다. 기상 냉매 유로(320)은 메인 유로(320)와 동일한 직경을 가질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 기상 냉매 유로(320)의 개수는 1개 또는 복수개 일 수 있으며, 도 7은 4 개의 기상 냉매 유로를 개시한다.

메인 유로(310)에서 메인 유로(310)의 입구(310a)에서 출구(310b)로 가스(에어)가 고속 이동되면, 메인 유로(310)는 기상 냉매 유로(320)보다 낮은 압력(음압)을 유지할 수 있고, 메인 유로(310)와 기상 냉매 유로(320) 간 압력 차이로 인해, 기상 냉매 유로(320) 내 가스(예를 들면, 에어)는 메인 유로(310)로 이동되어 메인 유로(310)의 출구(310b)를 통해 배출될 수 있다. 이와 같이, 메인 유로(310) 내에서 가스(에어) 흐름이 발생되면, 메인 유로(310) 내 가스(에어)의 속도가 발생(증가)되면, 메인 유로(310) 내 압력은 기상 냉매 유로(320) 내 압력보다 낮게(베르누이 정리)되므로, 기상 냉매 유로(320)는 이격 공간(S)을 통해서 기상 냉매가 유입되도록 하고, 상기 기상 냉매의 흐름에 노출되는 발열 박막층(110)은 유입되는 상기 기상 냉매에 의해 급냉되거나 온도 상승이 억제될 수 있다. 일 실시예에서, 발열 박막층(110)의 급냉을 위해서는 메인 유로를 흐르는 가스의 유속을 증가시킬 수 있으며, 발열 박막층(110)이 일정한 온도를 유지하는 경우, 발열 박막층(100)에 인가되는 전력의 제어를 온도 조절을 도와 냉각시키는 방식으로 발열 박막층(110)의 온도 제이를 꾀할 수 있다.

기상 냉매 유로(320)는 메인 유로(310)의 일측 및 타측에서 분기되는 4 개의 기상 냉매 유로(320)로 제공될 수 있고, 이들 4 개의 기상 냉매 유로(320)는 인슐레이터(200)의 4 개의 냉각 홀(203)에 각각 연통될 수 있다. 이에 따라, 이격 공간(S)을 통해 유입된 에어는 발열체(100)의 열에 의해 가열된 상태에서, 4 개의 냉각 홀(203)을 통해 4 개의 기상 냉매 유로(320)로 이동될 수 있고, 기상 냉매 유로(320)로 이동된 기상 냉매는 메인 유로(310)를 통과하여 메인 유로(310)의 출구(310b)로 신속하게 배출될 수 있다. 이러한 기상 냉매의 신속한 흐름을 통해, 발열체(100)는 급속하게 냉각될 수 있다.

고정 부재(400)는 발열체(100)를 관통하여 인슐레이터(200)에 고정될 수 있다. 고정 부재(400)는 발열체(100)의 발열체 조립 홀(102)을 관통한 후, 전선에 연결된 전원 와셔(630)를 개재하여 인슐레이터(200)의 인슐레이터 조립 홀(202)에 고정될 수 있다. 고정 부재(400)는 열전도가 높은 재질의 볼트 형태로 제공되므로, 발열체(100)를 인슐레이터(200)에 고정하는 동시에, 발열 박막층(110)에서 발생된 열을 발열체(100)에 고르게 전달할 수 있다.

고정 부재(400)는 발열체(100)의 양단부측에 설치되는 한 쌍으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 고정 부재(400)는 발열체(100)의 일단부뿐만 아니라 타단부에서 인슐레이터(200)에 견고하게 고정될 수 있고, 발열 박막층(110)에서 발생된 열을 발열체(100)의 양단부측에서 고르게 전달할 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 분해 사시도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 결합 사시도이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 하측에서 바라본 히터 어셈블리의 결합 사시도이고, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 베이스부를 도시한 평면도이며, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 베이스부를 도시한 내부 구성도이다.

도 9 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리(10')는, 발열 박막층(110)이 형성된 발열체(100)와, 에어의 유입이 이루어지는 이격 공간(S)을 제공하는 인슐레이터(200)와, 음압에 의한 에어의 순환이 이루어지도록 냉각 유로를 제공하는 베이스부(300')와, 발열 박막층(110)의 열을 발열체(100)에 고르게 전달하는 고정 부재(400)를 포함한다.

일 실시예에서, 발열체(100)는 칩의 본딩을 위한 온도로 가열이 가능한 발열 박막층(110)과, 발열 박막층(110)의 열을 전달받아 발열되는 열분산 기판(120)를 포함할 수 있다. 여기서, 발열 박막층(110)은 전원의 인가시 저항에 의한 순간적인 열발생이 가능한 박막 형태의 도전막으로, 발열 박막층(110)은 2차원적인 평면상에 열이 발생되므로, 순간적인 열의 급격한 온도 상승이 가능하고, 에어의 순환에 의한 급격한 냉각이 가능하다.

그리고 발열 박막층(110)의 양단부측에는 전극체(130)가 마련될 수 있다. 이에 따라, 전선이 연결된 전원 와셔(630)를 통해 전원이 전극체(130)에 인가되면, 발열 박막층(110)은 전극체(130)로 인해 발생되는 저항에 의한 순간적으로 고온으로 발열될 수 있다.

열분산 기판(120)는 열전도율이 우수한 열전도 플레이트로, 열분산 기판(120)의 하면에 소정두께의 발열 박막층(110)이 형성되므로, 발열 박막층(110)으로부터 열을 전달받아 칩을 본딩할 수 있다. 이때, 열분산 기판(120)는 발열 박막층(110)으로부터 면접촉을 통해 열을 직접적으로 전달받거나, 고정 부재(400)를 매개로 발열 박막층(110)으로부터 열을 간접적으로 전달받을 수 있다.

열분산 기판(120)의 양단부에는 인슐레이터(200)와의 조립을 위한 발열체 조립 홀(102)이 형성될 수 있다. 발열체 조립 홀(102)은 후술하는 인슐레이터 조립 홀(202)과 동일 수직선상에 위치되므로, 고정 부재(400)는 발열체 조립 홀(102) 및 인슐레이터 조립 홀(202)을 관통하여, 발열체(100) 및 인슐레이터(200)를 상호 고정할 수 있다.

열분산 기판(120)에는 온도 측정을 위한 감지 센서가 장착될 수 있다. 이를 위해, 열분산 기판(120)의 일측에는 감지 센서가 삽입되어 장착가능한 센서 장착홀(101)이 형성될 수 있다.

인슐레이터(200)는 에어의 유입이 가능한 이격 공간(S)을 제공할 수 있다. 예컨대, 인슐레이터(200)는 발열체(100)의 발열 박막층(110)과 인슐레이터(200)의 상면 사이에 이격 공간(S)이 형성되도록 발열체(100)의 하부에 장착될 수 있다. 발열 박막층(110)과의 유격을 유지하기 위해, 인슐레이터(200)의 상면에는 지지 돌기(210)가 돌출 형성될 수 있다. 지지 돌기(210)는 인슐레이터(200)의 상면 코너부에 이격 설치되는 4 개로 이루어질 수 있다. 이들 지지 돌기(210) 간 이격된 공간에 이격 공간(S)이 형성되므로, 인슐레이터(200)의 사방향(전후좌우 방향)으로 에어의 유입이 이루어질 수 있다.

인슐레이터(200)에는 이격 공간(S)을 통해 유입된 에어를 베이스부(300')로 안내하기 위한 냉각 홀(203)이 형성될 수 있다. 냉각 홀(203)은 인슐레이터(200)의 중앙 상면에 형성되는 다수개로 제공될 수 있다. 각각의 냉각 홀(203)은 베이스부(300')에서 발생되는 음압에 의해 에어를 흡입하여 베이스부(300')로 안내할 수 있다.

인슐레이터(200)에는 발열체(100)의 고정을 위한 인슐레이터 조립 홀(202)이 형성될 수 있다. 인슐레이터 조립 홀(202)은 인슐레이터(200)의 상면 양 단부측에 위치되는 한 쌍으로 구성될 수 있고, 인슐레이터 조립 홀(202)에는 발열체(100)의 발열체 조립 홀(102)을 관통한 고정 부재(400)가 고정될 수 있다. 이 인슐레이터 조립 홀(202)은 고정 부재(400)의 외경과 대응되는 내경을 가지며, 인슐레이터 조립 홀(202)에는 고정 부재(400)와 나사결합을 위한 암나사산이 형성될 수 있다.

인슐레이터(200)는 발열체(100)와 베이스부(300') 사이에 위치되도록 베이스부(300')의 상부에 고정될 수 있다. 이를 위해, 인슐레이터(200)에는 제 1 고정 볼트(610)가 삽입되는 인슐레이터 고정홀(204)과, 제 2 고정 볼트가 삽입되는 인슐레이터 관통 홀(205)이 형성될 수 있다. 제 1 고정 볼트(610)는 인슐레이터 고정홀(204)을 관통하여 베이스부(300')의 베이스부 고정홀(304)에 결합될 수 있고, 제 2 고정 볼트는 인슐레이터 관통 홀(205)과 베이스부(300')의 베이스부 관통 홀(305)을 관통하여 베이스부(300') 및 본딩 장치를 함께 결합할 수 있다.

베이스부(300')는 인슐레이터(200)의 장착이 이루어지는 지지 블럭으로, 이 베이스부(300')는 인슐레이터(200)가 장착된 상태에서 본딩 장치에 조립될 수 있다. 예컨대, 베이스부(300')에는 인슐레이터(200)와의 결합을 위해 제 1 고정 볼트(610)가 삽입되는 베이스부 고정홀(304)과, 본딩 장치와의 결합을 위해 제 2 고정 볼트가 삽입되는 베이스부 관통 홀(305)이 형성될 수 있다. 베이스부 고정홀(304) 및 베이스부 관통 홀(305)은 베이스부(300')의 가장자리부 측에 나란하게 설치되는 4 개로 구성될 수 있다. 제 1 고정 볼트(610) 및 제 2 고정 볼트를 통한 인슐레이터(200) 및 베이스부(300') 간 결합시, 이들 인슐레이터(200) 및 베이스부(300') 사이 간극은 에어의 누출 방지를 위해 실링 처리될 수 있다.

베이스부(300')는 에어의 순환을 위한 음압을 제공할 수 있다. 이를 위해, 베이스부(300')에는 음압의 발생을 위해 에어의 이동을 안내하는 메인 유로(310)와, 메인 유로(310)와 동일 직경을 갖도록 메인 유로(310)의 측부에서 분기되는 기상 냉매 유로(320)가 마련될 수 있다. 메인 유로(310)에는 메인 유로(310)의 입구(310a)에서 출구(310b)로 에어가 이동되므로, 메인 유로(310)는 기상 냉매 유로(320)보다 낮은 압력(음압)을 유지할 수 있고, 메인 유로(310)와 기상 냉매 유로(320) 간 압력 차이로 인해, 기상 냉매 유로(320) 내 에어는 메인 유로(310)로 이동되어 메인 유로(310)의 출구(310b)를 통해 배출될 수 있다. 결국, 기상 냉매 유로(320)는 발열체(100)에서 가열된 에어를 외부로 안내할 수 있다.

여기서, 기상 냉매 유로(320)는 메인 유로(310)의 일측 및 타측에서 분기되는 4 개의 기상 냉매 유로(320)로 제공될 수 있고, 이들 4 개의 기상 냉매 유로(320)는 인슐레이터(200)의 4 개의 냉각 홀(203)에 각각 연통될 수 있다. 이에 따라, 이격 공간(S)을 통해 유입된 에어는 발열체(100)의 열에 의해 가열된 상태에서, 4 개의 냉각 홀(203)을 통해 4 개의 기상 냉매 유로(320)로 이동될 수 있고, 기상 냉매 유로(320)로 이동된 에어는 메인 유로(310)를 통과하여 메인 유로(310)의 출구(310b)로 신속하게 배출될 수 있다. 이러한 에어의 신속한 흐름을 통해, 발열체(100)는 급속하게 냉각될 수 있다.

베이스부(300')는 에어의 순환을 통해 냉각될 수 있다. 이를 위해, 음압을 발생시키기 위한 일정 속도의 에어의 이동을 안내하는 메인 유로(310)와, 냉각을 위한 가스(에어)의 공급받아 메인 유로(310)로 안내하는 냉각 유로가 마련될 수 있다. 메인 유로(310)의 입구(310a) 및 출구(310b)는 베이스부(300')의 정면측과 후면측에 각각 위치될 수 있으며, 메인 유로(310)의 입구(310a) 및 출구(310b)를 통해 일정 속도의 가스(에어)가 베이스부(300')를 관통하여 입출될 수 있다.

베이스부(300')의 냉각 유로는 베이스부(300')의 내측 하부 및 내측 상부에 전개되므로, 베이스부(300')와 효과적으로 열전달될 수 있다. 예를 들어, 냉각 유로는 냉각 유로의 입구(330a)를 통해 냉각을 위한 가스(에어)를 공급받는 제 1 냉각 유로(331)와, 제 1 냉각 유로(331)의 끝단에서 베이스부(300')의 상부 가장자리를 따라 연장되는 제 2 냉각 유로(332)와, 제 2 냉각 유로(332)의 끝단에서 하방향으로 연장되는 제 3 냉각 유로(333)와, 제 3 냉각 유로(333)의 끝단에서 베이스부(300')의 하면 상에서 연장되는 제 4 냉각 유로(334)와, 제 4 냉각 유로(334)의 끝단에서 메인 유로(310)로 연장되어 연결되는 제 5 냉각 유로(335)로 구성될 수 있다.

여기서, 제 1 냉각 유로(331)의 직경은 제 2 냉각 유로(332)의 직경보다 더 크게 설계될 수 있다. 이로써, 냉각 유로의 입구(330a)를 통해 제 1 냉각 유로(331)로 유입된 가스는 제 2 냉각 유로(332)로 이동하면서, 가스의 속도가 더 빨라질 수 있다. 특히, 제 4 냉각 유로(334)는 베이스부(300')의 하면에서 전체적으로 고르게 전개되도록 베이스부(300')의 하면 상에서 지그재그 형태로 연장되므로, 제 4 냉각 유로(334)를 이동하는 가스는 베이스부(300')의 하부를 전체적으로 고르게 냉각시킬 수 있다.

예컨대, 베이스부(300')의 냉각을 위한 가스는 냉각 유로의 입구(330a)를 통해 제 1 냉각 유로(331)로 유입된 후, 제 2 냉각 유로(332)로 이동하면서 가속되어 베이스부(300')의 상부를 냉각시키고, 제 3 냉각 유로(333)를 통해 제 4 냉각 유로(334)를 이동하면서, 베이스부(300')의 하부를 전체적으로 고르게 냉각시킨 후, 제 5 냉각 유로(335)를 통해 메인 유로(310)로 이동되어 메인 유로(310)의 출구(301b)로 배출될 수 있다.

고정 부재(400)는 발열체(100)를 관통하여 인슐레이터(200)에 고정될 수 있다. 고정 부재(400)는 발열체(100)의 발열체 조립 홀(102)을 관통한 후, 전선에 연결된 전원 와셔(630)를 개재하여 인슐레이터(200)의 인슐레이터 조립 홀(202)에 고정될 수 있다. 이 고정 부재(400)는 열전도가 높은 재질의 볼트 형태로 제공되므로, 발열체(100)를 인슐레이터(200)에 고정하는 동시에, 발열 박막층(110)에서 발생된 열을 발열체(100)에 고르게 전달할 수 있다.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 분해 사시도이고, 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 결합 사시도이고, 도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 베이스부를 도시한 평면도이며, 도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리의 베이스부를 도시한 내부 구성도이다.

도 14 내지 도 17을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히터 어셈블리(10")는, 발열 박막층(110)이 형성된 발열체(100")와, 에어의 유입이 이루어지는 이격 공간(S)을 제공하는 인슐레이터(200)와, 음압에 의한 에어의 순환이 이루어지도록 냉각 유로를 제공하는 베이스부(300")와, 발열 박막층(110)의 열을 발열체(100")에 고르게 전달하는 고정 부재(400)와, 발열체(100")의 상면에 착탈 가능하게 장착되는 소모성 패드(500)를 포함한다.

보다 상세하게, 발열체(100")는 칩의 본딩을 위한 온도로 가열이 가능한 발열 박막층(110)을 포함할 수 있다. 발열 박막층(110)은 전원의 인가시 저항에 의한 순간적인 열발생이 가능한 박막 형태의 도전막으로, 2차원적인 평면상에 열이 발생되므로, 순간적인 열의 급격한 온도 상승이 가능하고, 에어의 순환에 의한 급격한 냉각이 가능하다.

이러한 발열체(100")는 열분산 기판(120)를 포함할 수 있다. 열분산 기판(120)는 열전도율이 우수한 열전도 플레이트로, 열분산 기판(120)의 하면에 소정두께(예를 들면, 1마이크론 미터 내외)의 발열 박막층(110)이 형성되므로, 발열 박막층(110)으로부터 열을 전달받아 칩을 본딩할 수 있다. 이때, 열분산 기판(120)는 발열 박막층(110)으로부터 면접촉을 통해 열을 직접적으로 전달받거나, 고정 부재(400)를 매개로 발열 박막층(110)으로부터 열을 간접적으로 전달받을 수 있다.

그리고 발열 박막층(110)의 양단부측에는 전극체(120 :도전체 페이스트)가 마련될 수 있고, 열분산 기판(120)의 양단부에는 인슐레이터(200)와의 조립을 위한 발열체 조립 홀(102)이 형성될 수 있다. 발열체 조립 홀(102)은 후술하는 인슐레이터 조립 홀(202)과 동일 수직선상에 위치되므로, 고정 부재(400)는 발열체 조립 홀(102) 및 인슐레이터 조립 홀(202)을 관통하여, 발열체(100") 및 인슐레이터(200)를 상호 고정할 수 있다.

열분산 기판(120)에는 가스(에어)의 흡입력을 이용하여 소모성 패드(500)를 발열체(100")의 상면에 부착시키기 위한 흡입 홀(103)과, 가스(에어)의 토출력을 이용하여 소모성 패드(500)를 발열체(100")의 상면에서 분리시키기 위한 블로잉 홀(104)이 형성될 수 있다. 흡입 홀(103)은 후술하는 인슐레이터(200)의 흡입 홀(206)에 연통되고, 블로잉 홀(104)은 후술하는 인슐레이터(200)의 토출홀(207)에 연통된다. 흡입 홀(103)은 블로잉 홀(104)을 사이에 두고 동일 선상에 이격 배치되는 한 쌍으로 구성될 수 있다.

인슐레이터(200)는 에어의 유입이 가능한 이격 공간(S)을 제공할 수 있다. 예컨대, 인슐레이터(200)는 발열체(100")의 발열 박막층(110)과 인슐레이터(200)의 상면 사이에 이격 공간(S)이 형성되도록 발열체(100")의 하부에 장착될 수 있다. 발열 박막층(110)과의 유격을 유지하기 위해, 인슐레이터(200)의 상면에는 지지 돌기(210)가 돌출 형성될 수 있다.

인슐레이터(200)에는 이격 공간(S)을 통해 유입된 에어를 베이스부(300")로 안내하기 위한 냉각 홀(203)이 형성될 수 있다. 냉각 홀(203)은 인슐레이터(200)의 중앙 상면에 형성되는 다수개로 제공될 수 있다. 각각의 냉각 홀(203)은 베이스부(300")에서 발생되는 음압에 의해 에어를 흡입하여 베이스부(300")로 안내할 수 있다.

인슐레이터(200)에는 발열체(100")의 고정을 위한 인슐레이터 조립 홀(202)이 형성될 수 있다. 인슐레이터 조립 홀(202)은 인슐레이터(200)의 상면 양 단부측에 위치되는 한 쌍으로 구성될 수 있고, 인슐레이터 조립 홀(202)에는 발열체(100")의 발열체 조립 홀(102)을 관통한 고정 부재(400)가 고정될 수 있다. 이 인슐레이터 조립 홀(202)은 고정 부재(400)의 외경과 대응되는 내경을 가지며, 인슐레이터 조립 홀(202)에는 고정 부재(400)와 나사결합을 위한 암나사산이 형성될 수 있다.

인슐레이터(200)에는 제 1 고정 볼트(610)가 삽입되는 인슐레이터 고정홀(204)과, 제 2 고정 볼트가 삽입되는 인슐레이터 관통 홀(205)이 형성될 수 있다. 제 1 고정 볼트(610)는 인슐레이터 고정홀(204)을 관통하여 베이스부(300")의 베이스부 고정홀(304)에 결합될 수 있고, 제 2 고정 볼트는 인슐레이터 관통 홀(205)과 베이스부(300")의 베이스부 관통 홀(305)을 관통하여 베이스부(300") 및 본딩 장치를 함께 결합할 수 있다.

인슐레이터(200)에는 소모성 패드(500)를 발열체(100")의 상면에 부착시키기 위한 에어를 안내하는 흡입 홀(206)과, 발열체(100")의 상면에서 소모성 패드(500)를 분리시키기 위한 토출홀(207)이 형성될 수 있다. 흡입 홀(206)은 발열체(100")의 흡입 홀(103)과 베이스부(300")의 흡입 유로(340)에 동일 수직선상에 위치되므로, 발열체(100")의 흡입 홀(103)을 통해 흡입된 에어를 베이스부(300")의 흡입 유로(340)로 안내할 수 있다. 토출홀(207)은 발열체(100")의 블로잉 홀(104)과 베이스부(300")의 토출 유로(350)에 동일 수직선상에 위치되므로, 베이스부(300")의 토출 유로(350)에서 토출되는 에어를 발열체(100")의 블로잉 홀(104)로 안내할 수 있다.

베이스부(300")는 인슐레이터(200)의 장착이 이루어지는 지지 블럭으로, 이 베이스부(300")에는 인슐레이터(200)가 장착된 상태에서 본딩 장치에 조립될 수 있다. 예컨대, 베이스부(300")에는 인슐레이터(200)와의 결합을 위해 제 1 고정 볼트(610)가 삽입되는 베이스부 고정홀(304)과, 본딩 장치와의 결합을 위해 제 2 고정 볼트가 삽입되는 베이스부 관통 홀(305)이 형성될 수 있다. 베이스부 고정홀(304) 및 베이스부 관통 홀(305)은 베이스부(300")의 가장자리부 측에 나란하게 설치되는 4 개로 구성될 수 있다. 제 1 고정 볼트(610) 및 제 2 고정 볼트를 통한 인슐레이터(200) 및 베이스부(300") 간 결합시, 이들 인슐레이터(200) 및 베이스부(300") 사이 간극에는 에어의 누출 방지를 위해 실링 처리될 수 있다.

베이스부(300")는 에어의 순환을 위한 음압을 제공할 수 있다. 이를 위해, 베이스부(300")에는 음압의 발생을 위해 에어의 이동을 안내하는 메인 유로(310)와, 메인 유로(310)와 동일 직경을 갖도록 메인 유로(310)의 측부에서 분기되는 기상 냉매 유로(320)가 마련될 수 있다. 이때, 메인 유로(310)에는 메인 유로(310)의 입구(310a)에서 출구(310b)로 에어가 이동되므로, 메인 유로(310)는 기상 냉매 유로(320)보다 낮은 압력(음압)을 유지할 수 있고, 메인 유로(310)와 기상 냉매 유로(320) 간 압력 차이로 인해, 기상 냉매 유로(320) 내 에어는 메인 유로(310)로 이동되어 메인 유로(310)의 출구(310b)를 통해 배출될 수 있다.

여기서, 기상 냉매 유로(320)는 메인 유로(310)의 일측 및 타측에서 분기되는 4 개의 기상 냉매 유로(320)로 제공될 수 있고, 이들 4 개의 기상 냉매 유로(320)는 인슐레이터(200)의 4 개의 냉각 홀(203)에 각각 연통될 수 있다. 이에 따라, 이격 공간(S)을 통해 유입된 에어는 발열체(100")의 열에 의해 가열된 상태에서, 4 개의 냉각 홀(203)을 통해 4 개의 기상 냉매 유로(320)로 이동될 수 있고, 기상 냉매 유로(320)로 이동된 에어는 메인 유로(310)를 통과하여 메인 유로(310)의 출구(310b)로 신속하게 배출될 수 있다.

베이스부(300")는 에어의 순환을 통해 냉각될 수 있다. 이를 위해, 음압을 발생시키기 위한 일정 속도의 에어의 이동을 안내하는 메인 유로(310)와, 냉각을 위한 가스(에어)의 공급받아 메인 유로(310)로 안내하는 냉각 유로가 마련될 수 있다.

베이스부(300")의 냉각 유로는 베이스부(300")의 내측 하부 및 내측 상부에 전개되므로, 베이스부(300")와 효과적으로 열전달될 수 있다. 예를 들어, 냉각 유로는 냉각 유로의 입구(330a)를 통해 냉각을 위한 가스(에어)를 공급받는 제 1 냉각 유로(331)와, 제 1 냉각 유로(331)의 끝단에서 베이스부(300")의 상부 가장자리를 따라 연장되는 제 2 냉각 유로(332)와, 제 2 냉각 유로(332)의 끝단에서 하방향으로 연장되는 제 3 냉각 유로(333)와, 제 3 냉각 유로(333)의 끝단에서 베이스부(300")의 하면 상에서 연장되는 제 4 냉각 유로(334)와, 제 4 냉각 유로(334)의 끝단에서 메인 유로(310)로 연장되어 연결되는 제 5 냉각 유로(335)로 구성될 수 있다.

여기서, 제 1 냉각 유로(331)의 직경은 제 2 냉각 유로(332)의 직경보다 더 크게 설계될 수 있다. 냉각 유로의 입구(330a)를 통해 제 1 냉각 유로(331)로 유입된 가스는 제 2 냉각 유로(332)로 이동하면서, 가스의 속도가 더 빨라질 수 있다. 그리고 제 4 냉각 유로(334)는 베이스부(300")의 하면에서 전체적으로 고르게 전개되도록 베이스부(300")의 하면 상에서 지그재그 형태로 연장되므로, 제 4 냉각 유로(334)를 이동하는 가스는 베이스부(300")의 하부를 전체적으로 고르게 냉각시킬 수 있다.

예컨대, 베이스부(300")의 냉각을 위한 가스가 냉각 유로의 입구(330a)를 통해 제 1 냉각 유로(331)로 유입된 후, 제 2 냉각 유로(332)로 이동하면서 가속되어 베이스부(300")의 상부를 냉각시키고, 제 3 냉각 유로(333)를 통해 제 4 냉각 유로(334)를 이동하면서, 베이스부(300")의 하부를 전체적으로 고르게 냉각시킨 후, 제 5 냉각 유로(335)를 통해 메인 유로(310)로 이동되어 메인 유로(310)의 출구(301b)로 배출될 수 있다.

베이스부(300")에는 소모성 패드(500)를 발열체(100")의 상면에 부착시키기 위한 에어를 제공하는 흡입 유로(340)와, 소모성 패드(500)를 발열체(100")의 상면에서 분리시키기 위한 에어를 제공하는 토출 유로(350)가 마련될 수 있다.

베이스부(300")의 흡입 유로(340)는 가스(에어)의 흡입을 통해 소모성 패드(500)를 발열체(100")에 부착할 수 있다. 흡입 유로(340)는 흡입 유로(340)의 출구(340b)를 통해 에어의 흡입이 이루어지는 제 1 흡입 유로(341)와,제 1 흡입 유로(341)의 끝단에 연결되어 상방향으로 연장되는 제 2 흡입 유로(342)와, 제 2 흡입 유로(342)의 끝단에 연결되고 적어도 일부가 인슐레이터(200)의 흡입 홀(206)과 연통되도록 베이스부(300")의 상면에 노출되는 제 3 흡입 유로(343)로 구성될 수 있다. 이때, 제 1 흡입 유로(341)는 제 2 흡입 유로(342)보다 더 큰 직경을 가지므로, 흡입 유로(340)의 입구(340b)에서 에어를 흡입하는 경우, 제 2 흡입 유로(342)에서는 제 1 흡입 유로(341)보다 빠른 속도로 가스가 흡입될 수 있다.

이에 따라, 흡입 유로(340)의 출구(340b)에서 에어가 썩션되면, 흡입 유로(340), 인슐레이터(200)의 흡입 홀(206) 및 발열체(100")의 흡입 홀(103)을 통해 에어가 흡입되므로, 소모성 패드(500)는 발열체(100")의 흡입 홀(103)을 통해 발열체(100")에 부착될 수 있다. 이때, 토출 유로(350)를 통한 에어의 블로잉은 정지 상태를 유지한다.

베이스부(300")의 토출 유로(350)는 에어의 토출(블로잉)을 통해 소모성 패드(500)를 발열체(100")에서 분리할 수 있다. 토출 유로(350)는 토출 유로(350)의 입구(350a)를 통해 토출을 위한 에어를 공급받는 제 1 토출 유로(351)와, 베이스부(300")의 상면에서 노출되도록 제 1 냉각 유로(331)의 끝단에서 베이스부(300")의 상부 가장자리를 따라 연장되는 제 2 토출 유로(352)와, 메인 유로(310)와 연결되도록 제 2 냉각 유로(332)의 끝단에서 하방향으로 연장되는 제 3 토출 유로(353)로 구성될 수 있다. 여기서, 제 1 토출 유로(351)는 제 2 토출 유로(352)보다 더 큰 직경을 갖으므로, 토출 유로(350)의 입구(350a)를 통해 제 1 토출 유로(351)로 유입된 가스는 제 2 토출 유로(352)로 이동하면서, 가스의 속도가 더 빨라질 수 있다.

따라서, 토출 유로(350)의 입구(350b)에서 에어를 블로잉하면, 토출 유로(350), 인슐레이터(200)의 토출홀(207) 및 발열체(100")의 블로잉 홀(104)을 통해 에어가 블로잉되므로, 소모성 패드(500)는 발열체(100")의 블로잉 홀(104)을 통해 발열체(100")에서 분리될 수 있다. 이때, 인슐레이터(200)의 토출홀(207)로 토출되지 않은 나머지 에어는 메인 유로(310)를 통해 원활하게 배출될 수 있다. 그리고 흡입 유로(340)를 통한 에어의 썩션은 정지 상태를 유지한다.

소모성 패드(500)는 열전달능이 우수한 세라믹 패드로, 본딩 장치를 통한 칩의 본딩 작동시, 발열체(100")와 칩 사이에 위치되므로, 발열체(100")와 칩 간의 직접적인 손상을 방지하고, 충격으로부터 본딩 장치 및 칩을 보호할 수 있다.

소모성 패드(500)는 발열체(100")에 착탈이 가능한 구조를 통해, 열변형 및 손상이 빈번하게 발생되는 부품에 대한 신속한 교체가 가능하다. 본 실시예에서, 소모성 패드(500)는 발열체(100")에 마련된 흡입 홀(103)을 통해 발열체(100")에 부착되거나, 블로잉 홀(104)을 통해 발열체(100")에서 분리될 수 있다. 물론, 이에 한정되지는 아니하며, 소모성 패드(500)는 다양한 결합방식을 통해 발열체(100")에 착탈될 수 있을 것이다. 예를 들어, 소모성 패드(500)는 클립을 이용하여 발열체(100")의 상면에 부착되거나 분리될 수 있다.

발열 박막층(110) 상에서 급속 승온의 경우에, 발열 박막층(110)의 중앙부와 단부(전극체(130)가 형성되는 가장자리 영역) 사이에서 대략 100 ℃의 온도 차이가 발생할 수 있다. 예컨대, 승온 시 발열 박막층(110)의 중앙부 온도가 약 391 ℃인 반면 발열 박막층(110)의 단부의 온도는 대략 289 ℃ 내지 303 ℃로 나타나며, 이러한 불균등한 승온 현상으로 발열 박막층(110)의 중앙부가 파손될 수 있다. 이런 현상을 방지하기 위해, 본 발명의 일 실시예에서 발열 박막층(110)은 하기 도 18a 같이 다단 패턴(또는 복층의 형태)으로 형성될 수 있다.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 발열 박막층(110)을 도시한다.

도 18을 참조하면, 발열 박막층(110)은 제 3 서브 박막층(S3), 제 3 서브 박막층(S3) 상에 형성되는 제 2 서브 박막층(S2) 및 제 2 서브 박막층(S2) 상에 형성되는 제 1 서브 박막층(S1)을 포함할 수 있다. 본 발명에서, 제 1 서브 박막층(S1), 제 2 서브 박막층(S2) 및 제 3 서브 박막층(S3)은 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 제 1 서브 박막층(S1)은 제 2 서브 박막층(S2)보다 x 방향(전극체(130)의 대향 방향으로서 구동 전류가 흐르는 방향임)의 길이가 작으며, 제 2 서브 박막층(S2)은 제 3 서브 박막층(S3)보다 x 방향의 길이가 작을 수 있다. 이때, 제 1 서브 박막층(S1), 제 2 서브 박막층(S2) 및 제 3 서브 박막층(S3)의 y 방향(구동 전류가 흐르는 방향의 수직 방향임)의 길이는 같거나 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 마찬가지로, 제 1 서브 박막층(S1), 제 2 서브 박막층(S2) 및 제 3 서브 박막층(S3)의 z축의 길이(또는 두께)는 같거나 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 또한, 제 1 서브 박막층(S1), 제 2 서브 박막층(S2) 및 제 3 서브 박막층(S3)의 재료는 전술한 저항 성분을 갖는 불소 도핑된 주석 산화물과 같은 세라믹을 포함할 수 있으며, 이들 서브 박막층(S1~ S3)은 서로 동일한 재료로 형성되거나 서로 다른 종류의 세라믹 재료를 포함할 수 있다.

제 3 서브 박막층(S3)의 중앙을 기준으로 하여, 제 3 서브 박막층(S3) 상에 제 2 서브 박막층(S2) 및 제 1 서브 박막층(S1)을 적층하게 되면, 발열 박막층(110)의 중앙부가 두꺼워지며, 상대적으로 발열 박막층(110)의 좌우측은 얇아지게 될 수 있다. 또한, 발열 박막층(110)의 중앙이 두꺼워지게 되면, 중앙부에서 저항 값이 낮아지고, 발열 박막층(110)의 x 방향의 양 단부측은 얇아 상대적으로 저항 값이 중앙부에 비해 크다.

이러한 발열 박막층(110)에 정전류의 전력이 인가되면, 발열 박막층(110)의 중앙부(P1)는 낮은 저항으로 인해 발열량이 감소하고, 발열 박막층(110)의 좌우측은 높은 저항으로 인해 발열량이 중앙부(P1)에 비해 더 클 수 있다. 따라서, 이러한 저항 차이에 의한 발열 박막층(110)의 영역별 발열 온도 차이는 상기 양 단부측에서 발생하는 열량이 상대적으로 온도가 낮은 중앙부(P1)로 확산되는 효과에 의해 발열 박막층(110)의 전체에 걸쳐 온도 균일성을 확보할 수 있게 된다. 또한, 서브 박막층을 더 세분화할수록 더 균일하게 발열량을 분배할 수 있다. 도 18에 도시된 실시예는 3 개의 서브 박막층들을 예시하고 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 저항과 열분산 효과를 고려하여 승온 온도 균일성을 확보하기 위해, 서브 박막층의 크기와 개수가 정해질 수 있다. 예를 들면, 발열 박막층(110)은, 2 단의 서브 박막층들, 또는 4 단 이상의 다단화된 서브 박막층들의 적층 구조를 가질 수도 있다.

도 19a 및 도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단화된 서브 박막층들을 포함하는 발열 박막층(110)의 온도 분포를 보여주는 이미지이다. 도 19a는 3 단의 서브 박막층들을 적층하는 구조를 갖는 발열 박막층(110)의 온도 분포를 나타내는 이미지이고, 19b는 4 단의 서브 박막층을 적층하는 구조를 갖는 발열 박막층(110)의 온도 분포를 나타내는 이미지이다.

도 19a 및 도 19b를 참조하면, 3 단의 서브 박막층들을 적층하는 구조를 갖는 발열 박막층(110)의 중앙부(P1)와 단부(P2)의 온도 차이는 대략 40 ℃로 단일 층 구조의 발열 박막층에 비하여 온도 편차가 감소되었다. 4 단의 서브 박막층을 적층하는 구조를 갖는 발열 박막층(110)의 중앙부(P1)와 단부(P2)의 온도 차이는 대략 5.3 ℃로 온도 편차가 더욱 완화된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발열 박막층(110)은 그 상부에 확산 방지막을 더 포함할 수 있다. 발열 박막층이 FTO 도전막인 경우, 대략 200 ℃ 이상의 고온으로 가열하여 사용되는 경우, 높은 전압에 의한 영향으로 박막의 미세 구조가 변화하거나, 막의 산화 상태에 변화가 초래될 수 있다. 이처럼 상기 FTO 도전막을 가열 또는 냉각하는 공정이 반복되어 원자 이동에 따른 결함 또는 미세 구조 변화가 누적될 경우, 상기 FTO 도전막의 표면에는 열화가 발생하고, 크랙(crack)과 같은 결함이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 결함은 상기 박막 발열체의 안정성과 내구성을 열화시키는 원인이 될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 이러한 결함을 최소화하기 위해서 발열 박막층(110) 상에 확산 장벽층(미도시함)을 더 형성할 수 있다. 상기 확산 장벽층에 의해 발열 박막층(110)의 주석 및/불소의 원자 이동 또는 휘발이 방지되며 발열 박막층(110)의 표면의 열화가 방지될 수 있기 때문에 안정성과 내구성이 향상된 발열 구조체가 제공될 수 있다. 또한, 상기 확산 장벽층은 발열 박막층(110)을 덮음으로써 산소, 수분, 메탄 가스, 산화성 기체 또는 환원성 기체와 같은 대기 중의 기체 분자가 발열 박막층(110)에 침투하는 것을 차단할 수 있다.

도 20은 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 산화물의 확산 장벽층을 형성한 경우 정전압 전력 인가시 시간에 따른 발열 박막층(110)의 온도 변화 그래프이다.

도 20을 참조하면, 25 V 에서뿐만 아니라 50 V 및 60 V의 고 정전압 전력이 인가시에도 발열 박막층(110)의 균열이나 크랙없이 발열 박막층(110)의 내구성이 유지될 뿐만 아니라 발열 온도가 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 이는 전술한 발열 박막층(110) 상에 형성된 상기 확산 장벽층이, 고 정전압 구동 영역에서도 발열 박막층(110)의 표면의 열화를 방지하고 있기 때문인 것으로 추측된다.

본 발명의 실시예에 따른 가열체는 실제 사용시 주로 발열 박막층에서 수명과 관련된 결함이 발생될 수 있다. 발열 박막층(110)은 기판(120)에 별도 형성되는 것이기 때문에, 단순히 수명이 끝난 발열 박막층(110)을 화학적 식각이나 물리적 연마를 통해 제거하고, 노출된 기판(120) 표면에 다시 발열 박막층(110)을 형성함으로써 가열체를 재생시킬 수 있다. 이러한 본 발명의 이점은 패턴 전극과 같이 이종의 재료를 복합화하여 소결 제조되는 종래의 가열체 대비 우수한 경제성을 갖도록 한다.

발열 박막층을 이용한 가열체에 의해 반도체 제조 공정의 피처리체에 균일한 열전달을 위해서는 발열체(도 1의 100 참조)의 고속 승온 또는 고속 냉각시 가열체의 표면과 피처리체의 표면의 접촉 계면이 전 영역에 걸쳐 유지되어야 하며, 이를 위해서는 가열체의 열변형이 일어나서는 안된다. 본 발명자는 이러한 열변형이 기판(120)과 발열 박막층(110) 사이의 열팽창 계수의 차이에 의해 발생됨을 확인하였다. 기판(120)과 발열 박막층(110) 사이의 열팽창 계수의 차이에 의해 고속 승온 또는 고속 냉각시 발열체(100)가 피처리체의 표면을 기준으로 오목하게 또는 볼록하게 변형될 수 있으며, 이 경우, 피처리체와의 접촉시 전면적에 걸쳐 균일한 열전달을 할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 상기 열팽창 계수의 차이는 발열 박막층(110)이 기판(120)으로부터 박리되는 현상을 초래하여 발열체(100)의 수명을 단축시킬 수도 있다. 특히, 반도체 제조를 위한 열 압착 본딩 장치(Thermal Compression Bonder; TCB)의 정밀 히터로서 발열층을 적용하기 위해서는 이의 개선이 필요하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 세라믹계 발열 박막층(110)에 대하여 기판(120)을 세라믹계 재료로 구성하되, 기판(120)의 재료 조성을 조절한다. 일 실시예에서, 기판(120)은 절연체인 실리콘 질화물을 주 구성 재료로서 포함할 수 있다. 그러나, 실리콘 질화물은 금속 산화물인 발열 박막층에 비하여 열 팽창률이 작다. 상기 실리콘 질화물로 구성되는 기판(120)의 열 팽창 계수와 발열 박막층(110)의 열 팽창 계수를 매칭시키기 위해 열 팽창 계수가 발열 박막층에 비해 더 큰, 세라믹 재료, 예를 들면, 티타늄 질화물(TiN)을 혼합 사용할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 기판(120)은 열 팽창 계수가 낮더라도 전기 절연성이 우수한 세라믹 재료를 주된 기판 재료로 사용하고, 주로 금속 산화물을 포함하기 때문에 상기 주된 기판 재료보다 높은 열 팽창률을 갖는 발열 박막층(110)과 기판(120) 사이의 열 팽창 계수의 차이를 매칭시키기 위해, 열 팽창 계수가 큰 부가 세라믹 재료를 혼합 시킬 수 있다. 그에 따라, 주된 기판 재료와 부가 세라믹 재료를 포함하는 혼합 조성의 기판은 혼합 규칙(rule of mixture)에 따라 이들 재료의 상대적 혼합비에 선형적으로 비례하는 열팽창 계수를 가질 수 있다.

일 실시예에서, FTO 발열 박막층과의 열팽창 계수의 매칭을 위하여 상기 혼합 조성의 기판은 실리콘 질화물과 티타늄 질화물의 혼합 조성을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 기판(120)은 실리콘 질화물 분말과 티타늄 질화물 분말을 혼합하여 슬러리를 형성한 후 이를 소결하여 형성될 수 있다. 이 때, 티타늄 질화물은 재료 자체가 도전성을 가지므로, 상기 혼합 분말의 총 중량에 대하여 티타늄 산화물은 30 중량% 미만으로 혼합되어야 기판(120)으로서 가져야 하는 절연성을 유지할 수 있다.

도 21은 본 발명의 실시예에 따른 히터 어셈블리의 성능 온도 프로파일을 보여주는 그래프이다.

도 21을 참조하면, 히터 어셈블리는 FTO 발열 박막층에 대하여, 실리콘 질화물(80 중량%)과 티타늄 산화물(20 중량%)의 혼합 분말로 제조된 기판을 포함하는 가열체의 발열 특성이다. 상기 가열체는 약 100 ℃ 내지 400 ℃ 사이의 동작 온도 범위에서 제어될 수 있다. 예컨대, 초당 200 ℃ 내지 400 ℃의 승온 속도를 갖고, 초당 200 ℃ 내지 400 ℃의 냉각 속도를 갖도록 온도 제어가 될 수 있으며, 동작 동안 변형과 크랙 없이 안정적인 성능을 유지한다.

따라서, 본 발명의 다향한 실시예에 따른 발열 박막층(110)을 포함하는 히터 어셈블리는 급속 가열 및 급속 냉각에 유리할 뿐만 아니라, 균일한 열 분포와 별도 형성에 따른 재생적 이점을 갖는다.

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100 :발열체 101 :센서 장착홀
102 :발열체 조립 홀 103 :흡입 홀
104 :블로잉 홀 110 :발열 박막층
130 :전극체 200 :인슐레이터
202 :인슐레이터 조립 홀 203 :냉각 홀
204 :인슐레이터 고정홀 205 :인슐레이터 관통 홀
300 :베이스부 304 :베이스부 고정홀
305 :베이스부 관통 홀 310 :메인 유로
320 :에어 유로 331 :제 1 냉각 유로
332 :제 2 냉각 유로 333 :제 3 냉각 유로
341 :흡입 유로 342 :토출 유로
400 :고정 부재 500 :소모성 패드

Claims

반도체 칩의 본딩 장치에 장착되는 히터 어셈블리로서,
배면에 발열 박막층이 형성된 발열체;
상기 발열 박막층과의 사이에 에어의 유입이 가능한 이격 공간이 형성되도록 상기 발열체의 하부에 장착되는 인슐레이터; 및
상기 인슐레이터가 고정 설치되는 베이스부를 포함하는 히터 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 발열 박막층의 열이 상기 발열체에 고르게 전달되도록, 상기 발열체를 관통하여 전원 와셔를 개재하여 상기 인슐레이터에 고정되는 고정 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 발열체의 상면에 착탈 가능하게 장착되는 소모성 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 베이스부는
상기 이격 공간을 통해 유입된 상기 에어의 순환을 위한 음압을 제공하는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 베이스부에는
음압을 발생시키기 위한 가스 이동을 안내하는 메인 유로와, 상기 메인 유로의 측부에서 분기되어 상기 베이스부의 상방향으로 연장되는 에어 유로가 마련되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 5 항에 있어서,
상기 에어 유로는
상기 메인 유로의 일측 및 타측에서 분기되는 다수개로 제공되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 베이스부에는
음압을 발생시키기 위한 가스 이동을 안내하는 메인 유로와, 냉각을 위한 가스의 공급이 이루어지는 제 1 냉각 유로와, 상기 제 1 냉각 유로의 끝단에서 상기 베이스부의 상부 가장자리를 따라 연장되는 제 2 냉각 유로와, 상기 제 2 냉각 유로의 끝단에서 하방향으로 연장되는 제 3 냉각 유로와, 상기 제 3 냉각 유로의 끝단에서 상기 베이스부의 하면 상에서 연장되는 제 4 냉각 유로와, 제 4 냉각 유로의 끝단에서 상기 메인 유로로 연장되는 제 5 냉각 유로가 마련되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 냉각 유로는
상기 베이스부의 하면 상에서 지그재그 형태로 연장되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 3 항에 있어서,
상기 베이스부에는
상기 소모성 패드를 상기 발열체의 상면에 부착시키기 위한 가스를 제공하는 흡입 유로와, 상기 소모성 패드를 상기 발열체의 상면에서 분리시키기 위한 가스를 제공하는 토출 유로가 마련되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 9 항에 있어서,
상기 베이스부에는
음압을 발생시키기 위한 가스 이동을 안내하는 메인 유로가 마련되고,
상기 토출 유로는 상기 메인 유로보다 작은 직경을 갖도록 상기 메인 유로의 상측에서 분기되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 베이스부에는
상기 인슐레이터를 관통한 제 1 고정 볼트가 고정되는 베이스부 고정홀과, 상기 인슐레이터를 관통한 제 2 고정 볼트가 본딩 장치와의 조립을 위해 관통되는 베이스부 관통 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 인슐레이터는
상기 이격 공간을 형성하기 위한 지지 돌기가 구비된 제 1 플레이트;
상기 베이스부의 상부에 고정되는 제 2 플레이트; 및
상기 제 1 플레이트 및 상기 제 2 플레이트 사이에 연결되는 제 3 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 3 항에 있어서,
상기 인슐레이터에는
상기 소모성 패드를 상기 발열체의 상면에 부착시키기 위한 가스를 안내하는 흡입 홀과, 상기 발열체의 상면에서 상기 소모성 패드를 분리시키기 위한 가스를 안내하는 토출홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 인슐레이터에는
상기 이격 공간을 통해 유입된 상기 에어를 상기 베이스부로 안내하기 위한 냉각 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 2 항에 있어서,
상기 인슐레이터에는
상기 발열체를 관통한 상기 고정 부재가 삽입되는 인슐레이터 조립 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 15 항에 있어서,
상기 인슐레이터 조립 홀의 높이는
상기 발열체에 전원을 공급하는 전원 와셔가 고정 부재를 매개로 상기 인슐레이터 조립 홀에 고정되도록 하기 위해, 상기 이격 공간을 형성하기 위한 지지 돌기의 높이보다 낮게 설계되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 발열체에는
서로 다른 전극을 제공하기 위한 전극체가 양측에 위치되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 17 항에 있어서,
상기 발열체에는
상기 전극체에 전원을 공급하기 위한 전원 와셔가 접속되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 발열체에는
온도 측정을 위한 감지 센서가 장착되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 발열체에는
가스의 흡입력을 이용하여 상기 발열체의 상면에 소모성 패드를 부착시키는 흡입 홀과, 가스의 토출력을 이용하여 상기 발열체의 상면에 상기 소모성 패드를 분리시키는 블로잉 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
제 20 항에 있어서,
상기 흡입 홀은
상기 블로잉 홀을 사이에 두고 동일 선상에 이격 배치되는 다수개로 제공되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.