KR20200060500A - 결합 헤드 장치, 결합 방법 및 결합 기계 - Google Patents

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Abstract

결합 헤드 장치, 결합 방법 및 결합 기계가 개시된다. 일 실시예에 따르면, 결합 헤드 장치는, 제1 파워 어셈블리, 가이드 어셈블리 및 결합 어셈블리(bonding assembly)를 포함하고, 상기 제1 파워 어셈블리는 상기 결합 어셈블리와 독립적이고, 상기 제1 파워 어셈블리는 칩을 결합하기 위해 결합 어셈블리에 구동력(driving force)를 제공하도록 구성되고, 상기 가이드 어셈블리(guide assembly)는 가이딩 트랙(guiding track)을 포함하고, 상기 결합 어셈블리는 공기 부상부(air levitation unit), 힘 수용부(force-receiving unit), 석션(suction) 및 보관부(retention unit)을 포함하고, 상기 힘 수용부, 상기 공기 부상부, 상기 석션 및 상기 보관부는 순차적으로 연결되고 가이딩 트랙에 대해 각각 이동 가능하고, 상기 힘 수용부는 상기 구동력을 수용하고 상기 제1 파워 어셈블리로부터 상기 공기 부상부로 전송하도록 구성되고, 상기 공기 부상부는 상기 석션 및 보관부를 제어하여 상기 칩을 보관하거나 릴리즈(release)하고 상기 칩을 결합하기 위해 상기 구동력을 제1 힘(first force)으로 변환하도록 구성된다.

Description

결합 헤드 장치, 결합 방법 및 결합 기계
본 발명은 반도체 분야와 관련되며 구체적으로 결합 헤드 장치와 관련된다.
반도체 기술의 지속적인 개발로 칩 다이(chip dies)의 축소가 증가하고 칩 패키지의 최소화가 요구되고 있다. 플립-칩(flip-chip) 고정의 경우, 사용된 결합 헤드의 디자인은 칩 패키징 신뢰성 및 정확성에 직접 영향을 미치며, 이러한 결합 헤드는 결합 동안 기준에 대해 원하는 위치에 정렬되고 배치되도록 칩의 배향 각을 조절할 수 있는 능력을 갖도록 요구된다. 칩 패키지의 축소가 증가함에 따라, 그러한 칩에 포함된 구성 요소의 밀도는 증가하고, 그 위에 점점 더 많은 범프(bumps)가 발생하고, 이들은 간격을 감소시킴으로써 서로 이격된다. 이러한 이유로, 사용된 결합 공정에 따라 제어되는 힘을 적용하기 위해 더욱 정확한 결합 장비가 요구된다. 이러한 결합 장비에 있어서, 결합 헤드는 중요한 구성 요소이며, 더 높은 결합 수율의 획득을 위해 경량화가 요구된다.
종래의 결합 헤드는 대게 수직 가이드 트랙, 구동 모터 및 구동 모터의 작동 중 수직으로 이동 가능한 리드 스크류 어셈블리를 포함했다. 결합력을 제어하기 위해 종래의 결합 헤드에는 종종 추가적으로 측정 및 제어 목적의 압력 센서가 제공되지만, 이는 부정확하고 복잡하다는 점이 발견됐다. 또한, 종래의 결합 헤드는 일반적으로 부피가 크고 무거워서 결합 헤드의 이동이 느리고 시스템의 수율이 낮다. 또한, 모터에 의해 선형으로 구동되는 결합 헤드는 상당한 운동량으로 움직이며, 이는 처리 중인 칩을 파괴하는 경향이 있다. 소프트 랜딩은 결합 헤드에 의해 칩에 영향을 주는 것을 피하는데 도움이 되는 것으로 간주되지만 복잡한 제어 프로세스가 필요하다.
특허 출원 공개 번호 CN1956144A는 결합 동안 발생하는 충격을 줄이기 위해 유연한 구성 요소를 사용하는 경량의 결합 헤드 어셈블리를 개시한다. 하지만, 이러한 결합 헤드는 불충분한 강도(rigidity)로 인해 결합 동안 발생하는 틸트 오류(tilt error)에 영향을 받기 쉬우며, 이는 불균형한 결합력 분포, 결합된 칩의 휨(warpage) 및 다른 가능한 문제들을 야기할 수 있다. 상기 문제들을 고려할 때, 새로운 결합 헤드 장치 및 방법이 필요한 실정이다.
일 실시예에 따른 결합 헤드 장치는, 제1 파워 어셈블리; 가이드 어셈블리; 및 결합 어셈블리(bonding assembly)를 포함하고, 상기 제1 파워 어셈블리는 상기 결합 어셈블리와 독립적이고, 상기 제1 파워 어셈블리는 칩을 결합하기 위해 결합 어셈블리에 구동력(driving force)를 제공하도록 구성되고, 상기 가이드 어셈블리(guide assembly)는 가이딩 트랙(guiding track)을 포함하고, 상기 결합 어셈블리는 공기 부상부(air levitation unit), 힘 수용부(force-receiving unit), 석션(suction) 및 보관부(retention unit)을 포함하고, 상기 힘 수용부, 상기 공기 부상부, 상기 석션 및 상기 보관부는 순차적으로 연결되고 가이딩 트랙에 대해 각각 이동 가능하고, 상기 힘 수용부는 상기 구동력을 수용하고 상기 제1 파워 어셈블리로부터 상기 공기 부상부로 전송하도록 구성되고, 상기 공기 부상부는 상기 석션 및 보관부를 제어하여 상기 칩을 보관하거나 릴리즈(release)하고 상기 칩을 결합하기 위해 상기 구동력을 제1 힘(first force)으로 변환하도록 구성된다.
상기 공기 부상부는 공기 부상 샤프트(air levitation shaft), 제2 포트(second port), 제3 포트(third port) 및 압력 조절 밸브(pressure regulating valve)를 포함하고, 상기 압력 조절 밸브는 상기 제1 포트와 연결되고 제1 압력 밸브에 상기 제1 포트를 통하여 유입된 가스의 압력을 조정하여(tune) 상기 제1 힘을 제어하고, 상기 제2 포트는 외부의 진공 장치와 연결되고 상기 제3 포트와 진공 루프(vacuum loop)를 형성하고, 상기 제3 포트는 상기 석션 및 보관부와 연결되어 상기 칩을 보관하거나 릴리즈하도록 상기 석션 및 보관부를 제어할 수 있다.
상기 공기 부상 샤프트는 샤프트 바디(shaft body), 제1 공기 쿠션 패드(first air cushion pad), 제2 공기 쿠션 패드, 샤프트 슬리브(shaft sleeve) 및 샤프트 홀더(shaft holder)를 포함하고, 상기 샤프트 바디는 상기 가이딩 트랙의 확장 방향에 병행하게 배치되고, 상기 샤프트 슬리브 및 상기 샤프트 바디는 상기 제1 힘을 제어하기 위하여 상기 압력 조절 밸브와 협력하는 공동(cavity)을 형성하고, 상기 제1 및 제2 공기 쿠션 패드는 상기 샤프트 바디와 평행한 평면 상에 상기 샤프트 바디의 중심 축에 대해 대칭적으로 배치되고, 상기 샤프트 홀더는 상기 샤프트 바디, 상기 제1 공기 쿠션 패드, 상기 제2 공기 쿠션 패드 및 상기 샤프트 슬리브를 지지하도록 구성될 수 있다.
상기 가이드 어셈블리는 제2 어댑터 플레이트(first adapter plate) 및 슬라이더(slider)를 포함하고, 상기 제1 어댑터 플레이트는 상기 공기 부상부를 상기 슬라이더에 연결하고, 상기 슬라이더는 상기 가이딩 트랙 상에서 이동가능할 수 있다.
상기 힘 수용부는 프레스 헤드(press head) 및 서포트 로드(support rod)를 포함하고, 상기 프레스 헤드는 상기 서포트 로드의 제1 단부에 연결되고, 상게 서포트 로드의 제2 단부는 상기 제1 어댑터 플레이트에 연결될 수 있다.
상기 힘 수용부는 버퍼링 패드(buffering pad), 제한 블록(limiting block) 및 적어도 하나의 탄성 모듈(elastic module)을 포함하고, 상기 제한 블록의 위치는 상기 가이딩 트랙에 대하여 고정되고, 상기 탄성 모듈은 제1 단부에서 상기 프레스 헤드와 연결되고 제2 단부에서 상기 제한 블록과 연결되고 상기 프레스 헤드가 초기 위치로 되돌아가도록 탄성(resilience)을 제공하도록 구성되고, 상기 버퍼링 패드는 상기 제한 블록과 상기 제1 어댑터 플레이트 사이에 배치될 수 있다.
상기 탄성 모듈은 스프링을 포함할 수 있다.
상기 제1 파워 어셈블리는 선형 모터(linear motor) 및 모터 구동 로드(motor driving rod)를 포함하고, 상기 선형 모터는 상기 모터 구동 로드를 통해 상기 프레스 헤드를 구동하여 상기 프레스 헤드에 상기 구동력을 제공하도록 구성될 수 있다.
제2 어댑터 플레이스(second adapter plate) 및 조정 블록(adjusting block)을 포함하는 서포팅 어셈블리(supporting assembly) 더 포함하고, 상기 가이딩 트랙은 상기 제2 어댑터 플레이트와 연결되고, 상기 제2 어댑터 플레이트는 고정 장치(fixation device)에 고정되고, 상기 조정 블록은 상기 제한 블록과 상기 제2 어댑터 플레이트 사이에 배치되고 상기 프레스 헤드의 초기 위치를 조정하도록 구성될 수 있다.
상기 서포트 로드는 상기 제한 블록을 통과하고, 상기 제한 블록은 상기 조정 블록과 연결되고 상기 프레스 헤드 및 상기 서포트 로드가 상기 제1 파워 어셈블리에 의해 구동될 때 상기 프레스 헤드의 위치를 제한하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 기판에 칩을 결합하는 결합 방법은, 가이딩 트랙을 포함하는 가이드 어셈블리뿐만 아니라 순차적으로 연결되는 공기 부상부, 힘 수용부, 석션 및 보관부를 포함하는 결합 어셈블리를 제공하는 단계; 상기 결합 어셈블리의 상기 석션 및 보관부에 의해 칩을 보관하는 단계; 상기 결합 어셈블리와 독립적인 제1 파워 어셈블리에 의해 상기 결합 어셈블리의 상기 힘 수용부를 구동하는 단계; 상기 가이드 어셈블리의 상기 가이딩 트랙을 따라 상기 결합 어셈블리의 상기 공기 부상부를 이동시킴으로써 기판에 상기 칩을 결합하는 단계; 및 상기 석션 및 보관부에 의해 상기 칩을 릴리즈(releasing)하는 단계를 포함하고, 상기 칩을 상기 기판에 결합하는 동안, 상기 칩을 상기 기판에 결합하기 위한 제1 힘은 상기 결합 어셈블리의 상기 공기 부상부에 의해 제어된다.
상기 제1 파워 어셈블리에 의해 상기 힘 수용부를 구동하기 전에, 상기 공기 부상부의 공기 부상 샤프트가 상기 가이딩 트랙을 따라 움직이도록 하여 상기 제1 힘을 제어하기 위하여, 제1 압력값으로 가스(gas)를 상기 공기 부상부의 제1 포트(first port)로 주입하는(introducing) 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 석션 및 보관부에 의해 상기 칩이 릴리즈되고 나서, 상기 힘 수용부 내의 상기 프레스 헤드가 초기 위치로 되돌아가도록 상기 결합 어셈블리의 상기 힘 수용부 내의 탄성 모듈에 의해 탄성을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 결합 장치는, 고정 장치, 적어도 하나의 기판 플랫폼(substrate platform) 및 상기 정의된 적어도 하나의 결합 헤드 장치를 포함하고, 상기 결합 헤드 장치는 상기 고정 장치에 고정되고(fixedly coupled) 상기 기판 플랫폼에 수반되는 기판에 칩을 결합하도록 구성된다.
전술한 바와 같이, 본 명세서에서 제안된 결합 헤드 장치에서, 결합 어셈블리는 칩의 결합 동안 발생된 제1 힘을 완충하는데 사용된다. 또한, 결합 어셈블리는 제1 파워 어셈블리와 독립적이기 때문에, 경량의 결합 헤드 장치가 달성되고 결합 동안 결합 헤드 장치가 증가된 속도로 이동할 수 있게 하는 한편, 칩의 결합 동안 발생된 제1 힘은 감소된다. 또한, 결합 어셈블리의 공기 부상부에서의 압력을 미세하게 조정함으로써 제1 힘이 추가로 완충될 수 있다. 이것은 종래에 사용되는 압력 센서의 필요성을 없애고 칩 결합 제어에서 감소된 복잡도를 가지고 감소되지 않은 강도를 가지는 간단하고 작동하기 쉬운 결합 헤드 장치 구조를 수반하며, 이는 칩 휨, 불균형한 제1 힘 분포 등의 문제를 피하게 한다. 또한, 제1 파워 어셈블리로부터 분리된 결합 어셈블리를 포함하는 결합 헤드 장치를 사용하는 제안된 결합 장치를 통해, 복수의 칩은 각각의 기판 플랫폼 상에 수반된 각각의 기판에 동시에 결합될 수 있고, 결합 수율은 증가된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 결합 헤드 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 결합 헤드 장치 내의 샤프트의 측면도이다.
도 3은 도 1의 결합 헤드 장치 내의 공기 부상 샤프트의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 결합 장치의 상면도이다.
도 5는 도 4의 회전 결합 장치의 단면도이다.
도 6은 도 4의 회전 결합 장치의 칩 결합 공정의 개략적인 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시예는 수반되는 도면과 관련하여 아래에 더욱 자세하게 설명될 것이다. 본 발명의 특징과 장점은 후술하는 설명과 청구항으로부터 보다 명확해질 것이다. 도면들은 본 명세서에 개시된 실시 예들을 설명함에 있어 편의성과 명확성을 용이하게 하기 위한 목적으로, 반드시 축척대로 제시될 필요가 없는 매우 단순화된 형태로 제공됨에 유의해야 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 제공되는 결합 헤드 장치(bonding head device)는 제1 파워 어셈블리(first power assembly)(1), 가이드 어셈블리(guide assembly)(2) 및 결합 어셈블리(bonding assembly)(3)를 포함한다. 제 1 파워 어셈블리(1)는 칩을 결합하기 위하여 결합 어셈블리(3)를 구동하도록 구성되고, 가이드 어셈블리(2)는 결합 어셈블리(3)를 가이드하도록 구성된다.
특히, 결합 어셈블리(3)는 공기 부상부(air　levitation unit)(31), 힘 수용부(force-receiving unit)(32) 및 석션 및 보관부(suction and retention unit)(33)를 포함하고, 가이드 어셈블리(2)는 가이딩 트랙(guiding track)(23)을 포함한다. 공기 부상부(31)는 가이딩 트랙(23)의 길이 방향을 따라 이동할 수 있으며, 칩을 결합(bonding)하는 동안 제1 힘(first force)을 생성하고 석션 및 보관부(33)가 칩을 릴리즈(release)하거나 석션에 의해 보관하도록 힘 수용부(32)를 구동하기 위하여 제1 파워 어셈블리(1)를 작동시키도록 구성된다. 제1 힘은 칩을 결합하는 동안 생성된 결합 힘(bonding force)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
도 1과 도 2를 참조하면, 제1 파워 어셈블리(1)는 선형 모터(linear motor)(11) 및 선형 구동 로드(motor driving rod)(12)를 포함한다. 힘 수용부(32)가 아래 방향으로 움직여 결합 동작을 수행하도록 선형 모터(11)는 모터 구동 로드(12)를 통해 힘 수용부(32)를 구동하도록 구성될 수 있다. 가이드 어셈블리(2)는 또한 제1 어댑터 플레이트(21) 및 슬라이더(22)을 포함할 수 있고, 슬라이더(22)는 가이딩 트랙(23)의 길이 방향을 따라 이동할 수 있다. 구체적으로, 공기 부상부(31)가 제1 어댑터 플레이트(21)를 통해 슬라이더(22)와 연결됨으로써, 슬라이더(22)는 제1 어댑터 플레이트(21)와 공기 부상부(31)가 가이딩 트랙(23)의 길이 방향을 따라 이동하여 제1 힘을 버퍼링할(buffer) 수 있다.
구체적으로, 공기 부상부(31)는 샤프트(311), 제1 포트(312), 제2 포트(313), 제3 포트(314) 및 압력 조절 밸브(315)를 포함할 수 있다. 압력 조절 밸브(315)는 제1 포트(312)와 연결될 수 있고 제1 힘을 제어하기 위하여 제1 포트(312)를 통해 주입된(introduced) 가스(gas)의 압력을 조정하도록 구성될 수 있다. 제3 포트(314)와 진공 루프(vacuum loop)를 형성하기 위하여 제2 포트(313)는 장치의 진공 장치(vacuum device)(미도시)와 연결될 수 있다. 석션 및 보관부(33)에 의해 칩의 보관 및 릴리즈를 제어하기 위하여 제3 포트(314)는 석션 및 보관부(33)와 연결될 수 있다. 구체적으로, 힘 수용부(32)는 프레스 헤드(321) 및 서포트 로드(322)를 포함할 수 있고, 프레스 헤드(321)는 서포트 로드(322)의 일단에 연결되고, 서포트 로드(322)의 다른 일단은 제1 어댑터 플레이트(21)와 연결될 수 있다.
힘 수용부(32)는 탄성 모듈(324), 버퍼링 패드(323) 및 제한 블록(325)를 더 포함할 수 있다. 탄성 모듈(324)은 일단에 프레스 헤드(321)와 연결되고 다른 일단에 제한 블록(325)과 연결될 수 있고, 결합 동작이 완료된 다음에 초기 위치를 향해 위로 프레스 헤드(321)가 이동하게 하도록 구성될 수 있다. 버퍼링 패드(323)는 제한 블록(325)과 제1 어댑터 플레이트(21) 사이에 배치될 수 있고 프레스 헤드(321)가 초기 위치로 복귀하는 동안 제1 어댑터 플레이트(21)가 바닥으로부터 제한 블록(325)에 충격을 주지 않도록 구성될 수 있다.
가이딩 트랙(23)은 고정 장치(fixation device)에 고정되어(secured) 제1 파워 어셈블리(1), 가이드 어셈블리(2) 및 결합 어셈블리(3) 각각을 지지할 수 있다.
선택적으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 결합 헤드 장치(bonding head device)는 제1 파워 어셈블리(1), 가이드 어셈블리(2) 및 결합 어셈블리(3)를 각각 지지하기 위한 서포팅 어셈블리(supporting assembly)(4)를 더 포함할 수 있다. 대안적으로, 칩의 결합을 위해서 결합 헤드 장치는 전체적으로 고정 장치(fixation device)(5)에 고정될(secured) 수 있다. 구체적으로, 서포팅 어셈블리(4)는 제2 어댑터 플레이트(second adapter plate)(41) 및 조정 블록(adjusting block)(42)을 포함할 수 있고, 제2 어댑터 플레이트(41)는 가이딩 트랙(23)에 고정되고, 조정 블록(42)은 제한 블록(325) 및 제2 어댑터 플레이트(41) 상이에 배치됨으로써, 칩의 두께 또는 다른 특성에 기초하여 프레스 헤드(321)에 대한 초기 위치의 조정을 통해 제1 힘 버퍼링 정확도가 개선될 수 있다.
구체적으로, 칩을 결합하는 동안, 제2 포트(313) 및 제3 포트(314)에 의해 형성된 진공 루프는 석션 및 보관부(33)가 칩을 진공 보관하거나 릴리즈하게 할 수 있다. 석션 및 보관부(33)는 석션 컵(suction cup)을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 석션에 의해 보관 가능한 다른 적합한 장치로서 수행될 수도 있다.
결합(bonding)은 모터 구동 로드(12)에 의해 프레스 헤드(321)를 구동하는 선형 모터(11)로 시작될 수 있다. 선형 모터(11)는 프레스 헤드(321)와 분리되어 있기 때문에, 결합 헤드 장치는 전체적으로 가볍고 따라서 결합 동안 증가된 속도로 움직일 수 있다. 결과적으로, 칩의 결합 동안 생성된 제1 힘은 감소되고 더 높은 결합 수율(higher bonding yield)이 획득될 수 있다. 동시에, 선형 모터의 움직임 정확도는 가이딩 트랙을 따르는 결합 헤드의 움직임 정확도와 디커플링되기 때문에, 이와 관련하여 추가적인 오류는 발생하지 않을 것이다. 선택적으로, 본 발명에 따르면, 선형 모터(11)는 제한 없이 보이스 코일 모터(voice coil motor) 또는 기계식 변속기에 의존하는 푸시 로드 모터(push-rod motor)를 포함할 수 있다.
워크벤치(workbench)에서 칩 결합 동작이 수행되기 전에, 제1 압력값의 가스는 제1 포트(312)를 통해 주입되어 공기 부상부(31)가 제1 힘을 다시 버퍼링하고 이에 따라 훨씬 정확한 결합 힘을 도출하게 할 수 있다. 제1 압력값은 압력 조절 밸브(315)를 사용하여 조절될 수 있고 제1 힘에 기초하여 미리 결정될 수 있다. 본 발명은 제1 힘이 획득되는 방식과 관련하여 어떤 방식으로도 제한되지 않는다.
구체적으로, 도 3을 참조하면, 공기 부상 샤프트(311)는 샤프트 바디(3111), 제1 공기 쿠션 패드(3112), 제2 공기 쿠션 패드(3113), 샤프트 슬리브(31140 및 샤프트 홀더(3115)를 포함할 수 있다. 제1 공기 쿠션 패드(3112) 및 제2 공기 쿠션 패드(3113)은 샤프트 바디(3111)와 평행한 평면 상에 샤프트 바이의 중심축에 대하여 대칭적으로 배치될 수 있다. 샤프트 홀더는 샤프트 바디(3111), 제1 공기 쿠션 패드(3112), 제2 공기 쿠션 패드(3113) 및 샤프트 슬리브(3114)를 각각을 지지하도록 구성될 수 있다.
제1 공기 쿠션 패드(3112) 및 제2 공기 쿠션 패드(3113)는 칩 결합 동작 동안 수직으로 이동할 때 그 자신의 중심축에 대한 샤프트의 회전을 방지할 수 있다. 샤프트 바디(3111)는 가이딩 트랙(23)이 확장되는 것과 동일한 방향으로 확장될 수 있다. 샤프트 슬리브(3114)와 샤프트 바디(3111)는 함께 공동(cavity)의 범위를 정할(delimit) 수 있고, 압력 조절 밸브(315)와 협력하여 다른 시간 동안 제1 힘을 버퍼링할 수 있다. 압력 센서를 사용함으로써 이러한 동작을 수행하는 종래 기술과 비교할 때, 결합 헤드 장치에 요구되는 칩 결합 제어의 복잡도는 감소될 수 있고, 칩 휨(chip warpage), 불균일한 제1 힘 분포 및 다른 문제를 야기할 수 있는 결합 헤드의 강도(rigidity) 감소에 의해 제1 힘을 버퍼링할 필요가 없다.
선택적으로, 프레스 헤드(321)는 탄성 모듈(324)의 탄성(resilience)의 결과로서 초기 위치로 복귀할 수 있고 다음 결합 동작을 준비할 수 있다. 선택적으로, 탄성 모듈(324)은 스프링을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 본 발명은 탄성 모듈(324)의 실례, 재료 및 구조의 수와 관련하여 어떤 식으로도 제한되지 않는다. 도 1을 참조하면, 탄성을 제공하는 스프링의 경우, 스프링은 프레스 헤드(321)에 연결되고 서포트 로드(322)의 전체 길이에 걸쳐 연장될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 논의된 결합 헤드 장치의 적어도 하나의 예는 고정 장치(fixation device)(5) 및 적어도 하나의 기판 플랫폼(substrate platform)(6)과 함께 결합 장치(bonding apparatus)를 구성한다. 본 발명은 임의의 수의 결합 헤드 또는 기판 플랫폼(6)에 한정되지 않는다. 선택적으로, 도 4를 참조하면, 고정 장치(5)는 회전 디스크일 수 있고, 회전 디스크 상에서 결합 헤드 장치는 균일하게 또는 불균일하게 고정될 수 있다. 결합 헤드 장치의 배치는 기판 플랫폼(6)의 위치에 기초하며 각각의 결합 헤드 장치의 결합 어셈블리(3)가 대응하는 하나의 기판 플랫폼(6)의 결합 스테이션(bonding station)에 배치되도록 할 수 있다. 본 발명은 고정 장치(5)의 임의의 형상으로 한정되지 않는다.
구체적으로, 도 4 및 도 5를 참조하면, 8개의 결합 헤드 장치가 고정 장치(5) 상에 고정되고 고정 장치(5)와 함께 회전될 수 있다. 여기서, 결합 헤드 장치를 위해 각각의 제1 파워 어셈블리를 개별적으로 배치할 필요는 없다. 오히려, 이 예시에서 사용된 두개의 기판 플랫폼(6) 각각에 대해 결합 헤드 장치 중 하나가 두 개의 제1 파워 어셈블리(1) 중 하나의 바로 아래에 있도록 회전될 때 제1 파워 어셈블리(1)에 의해 결합 힘이 결합 헤드의 힘 수용부(32)로 작용하도록 하기 위하여 오직 하나의 제1 파워 어셈블리(1)가 기판 플랫폼(6) 위에 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 칩 결합은 현저하게 증가된 결합 수율로 두개의 기판 플랫폼(6) 상에서 동시에 수행될 수 있다. 선택적으로, 결합 헤드 장치 각각이 칩 결합 동안 기판 플랫폼(6) 중 대응하는 하나 위의 적절한 위치로 이동할 수 있도록 고정 장치(5)를 구동하기 위하여 제2 파워 어셈블리(미도시)는 제공될 수 있고, 본 발명은 이와 관련하여 어떠한 의미로도 제한되지 않는다.
구체적으로, 도 6을 참조하면, 상기 논의된 결합 장치를 사용하는 결합 공정은 다음 단계들을 포함한다.
S1: 각각이 그 위에 칩을 보관하는 두개의 결합 헤드 장치가 각각 기판을 수반하는 기판 플랫폼(6) 각각의 위에 배치되도록 고정 장치(5)를 회전하는 단계;
S2: 두개의 기판 플랫폼(6) 상의 각각의 기판에 보관된 칩을 결합하기 위하여 두개의 제1 파워 어셈블리에 의해 두개의 결합 헤드 장치를 구동하는 단계;
S3: 각각의 위에 칩을 보관하는 다른 두개의 결합 헤드 장치가 각각의 기판 플랫폼(6) 위에 배치되도록 고정 장치(5)를 다시 회전하고, 각각의 위에 보관된 칩이 각각의 기판에 결합되도록 두개의 제1 파워 어셈블리에 의해 결합 헤드 장치를 구동하는 단계;
제1 파워 어셈블리와 분리된 결합 어셈블리를 포함하는 결합 헤드 장치를 채택한 본 명세서에서 제안된 결합 장치에 의해, 복수의 칩은 각각의 기판 플랫폼 상에 운반된 각각의 기판에 동시에 결합될 수 있으며, 본딩 수율을 크게 증가시키고 장치를 실행 가능하게 한다.
구체적으로, 단계 S2에서, 두개의 결합 헤드 장치 각각에서, 공기 부상부는 석션 및 보관부가 석션에 의해 칩을 보관하거나 칩을 릴리즈하게 할 수있다. 제1 파워 어셈블리(1)와 독립적인 공기 부상부(31)는 제1 힘을 버퍼링하기 위해 가이딩 트랙(23)을 따라 짧은 스트로크로(in short strokes) 이동할 수있다. 또한, 공기 부상부(31)의 샤프트 바디(3111) 및 샤프트 슬리브(3112)에 의해 형성된 공동 내의 제1 압력값의 가스는 제1 힘을 추가로 버퍼링 할 수 있어, 버퍼링 정확도를 증가시키고 제어 복잡도를 감소시킨다.
요약하면, 본 명세서에서 제안된 결합 헤드 장치에서, 결합 어셈블리는 칩의 결합 동안 생성된 제1 힘을 버퍼링하기 위해 사용된다. 또한, 결합 어셈블리는 제1 파워 어셈블리 또는 어셈블리들과 독립적이므로, 경량의 결합 헤드 장치가 달성되고 결합 헤드 장치가 결합 동안 증가된 속도로 이동하도록 할 수 있고, 칩의 결합 동안 생성된 제1 힘이 감소되며, 이로 인해 결합 수율이 높아진다. 또한, 결합 어셈블리의 공기 부상부의 압력을 미세하게 조정함으로써 제1 힘이 추가로 버퍼링될 수 있다. 이는 종래에 사용되던 압력 센서를 필요로 하지 않으며, 이는 칩 결합 제어에서 감소된 복잡도와 손상되지 않은 강도(rigidity)를 가지는 간단하고 작동하기 편한 결합 헤드 장치 구조를 수반하며, 칩 휨(chip warpage), 불균형한 제1 힘 분포 등의 문제를 피하게 할 수 있다. 또한, 제1 파워 어셈블리로부터 분리된 결합 어셈블리를 포함하는 결합 헤드 장치를 사용하는 제안된 결합 장치를 이용하여, 복수의 칩이 각각의 기판 플랫폼 상에 운반된 각각의 기판에 동시에 결합될 수 있고, 본딩 수율은 증가될 수 있다.
위에서 제시된 내용은 본 발명의 일부의 바람직한 실시예일 뿐이며, 본 발명은 어떠한 방식으로도 제한되지 않는다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 등가물 및 변형물을 포함하여 본원에 개시된 원리 및 교시에 대한 임의의 형태의 변경은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
1: 제1 파워 어셈블리
11: 선형 모터
12: 모터 구동 로드
2: 가이드 어셈블리
21: 제1 어댑터 플레이트
22: 슬라이더
23: 가이딩 트랙
3: 결합 어셈블리
31: 공기 부상부
311: 공기 부상 샤프트
3111: 샤프트 바디
3112: 제1 공기 쿠션 패드
3113: 제2 공기 쿠션 패드
3114: 샤프트 실리브
3115: 공기 부상 샤프트 홀더
312: 제1 포트
313: 제2 포트
314: 제3 포트
315: 압력 조절 밸브
32: 힘 수용부
321: 프레스 헤드
322: 서포트 로드
323: 버퍼링 패드
324: 탄성 모듈
325: 제한 블록
33: 석션 및 보관부
4: 서포팅 어셈블리
41: 제2 어댑터 플레이트
42: 조정 블록
5: 고정 장치
6: 기판 플랫폼

Claims (14)

  1. 제1 파워 어셈블리;
    가이드 어셈블리; 및 결합 어셈블리(bonding assembly)를 포함하고,
    상기 제1 파워 어셈블리는 상기 결합 어셈블리와 독립적이고, 상기 제1 파워 어셈블리는 칩을 결합하기 위해 결합 어셈블리에 구동력(driving force)를 제공하도록 구성되고,
    상기 가이드 어셈블리(guide assembly)는 가이딩 트랙(guiding track)을 포함하고,
    상기 결합 어셈블리는 공기 부상부(air levitation unit), 힘 수용부(force-receiving unit), 석션(suction) 및 보관부(retention unit)을 포함하고, 상기 힘 수용부, 상기 공기 부상부, 상기 석션 및 상기 보관부는 순차적으로 연결되고 가이딩 트랙에 대해 각각 이동 가능하고, 상기 힘 수용부는 상기 구동력을 수용하고 상기 제1 파워 어셈블리로부터 상기 공기 부상부로 전송하도록 구성되고, 상기 공기 부상부는 상기 석션 및 보관부를 제어하여 상기 칩을 보관하거나 릴리즈(release)하고 상기 칩을 결합하기 위해 상기 구동력을 제1 힘(first force)으로 변환하도록 구성되는,
    결합 헤드 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기 부상부는 공기 부상 샤프트(air levitation shaft), 제2 포트(second port), 제3 포트(third port) 및 압력 조절 밸브(pressure regulating valve)를 포함하고,
    상기 압력 조절 밸브는 상기 제1 포트와 연결되고 제1 압력 밸브에 상기 제1 포트를 통하여 유입된 가스의 압력을 조정하여(tune) 상기 제1 힘을 제어하고, 상기 제2 포트는 외부의 진공 장치와 연결되고 상기 제3 포트와 진공 루프(vacuum loop)를 형성하고, 상기 제3 포트는 상기 석션 및 보관부와 연결되어 상기 칩을 보관하거나 릴리즈하도록 상기 석션 및 보관부를 제어하는,
    결합 헤드 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공기 부상 샤프트는 샤프트 바디(shaft body), 제1 공기 쿠션 패드(first air cushion pad), 제2 공기 쿠션 패드, 샤프트 슬리브(shaft sleeve) 및 샤프트 홀더(shaft holder)를 포함하고,
    상기 샤프트 바디는 상기 가이딩 트랙의 확장 방향에 병행하게 배치되고, 상기 샤프트 슬리브 및 상기 샤프트 바디는 상기 제1 힘을 제어하기 위하여 상기 압력 조절 밸브와 협력하는 공동(cavity)을 형성하고,
    상기 제1 및 제2 공기 쿠션 패드는 상기 샤프트 바디와 평행한 평면 상에 상기 샤프트 바디의 중심 축에 대해 대칭적으로 배치되고, 상기 샤프트 홀더는 상기 샤프트 바디, 상기 제1 공기 쿠션 패드, 상기 제2 공기 쿠션 패드 및 상기 샤프트 슬리브를 지지하도록 구성되는,
    결합 헤드 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 어셈블리는 제2 어댑터 플레이트(first adapter plate) 및 슬라이더(slider)를 포함하고, 상기 제1 어댑터 플레이트는 상기 공기 부상부를 상기 슬라이더에 연결하고, 상기 슬라이더는 상기 가이딩 트랙 상에서 이동가능한,
    결합 헤드 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 힘 수용부는 프레스 헤드(press head) 및 서포트 로드(support rod)를 포함하고, 상기 프레스 헤드는 상기 서포트 로드의 제1 단부에 연결되고, 상게 서포트 로드의 제2 단부는 상기 제1 어댑터 플레이트에 연결되는,
    결합 헤드 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 힘 수용부는 버퍼링 패드(buffering pad), 제한 블록(limiting block) 및 적어도 하나의 탄성 모듈(elastic module)을 포함하고, 상기 제한 블록의 위치는 상기 가이딩 트랙에 대하여 고정되고, 상기 탄성 모듈은 제1 단부에서 상기 프레스 헤드와 연결되고 제2 단부에서 상기 제한 블록과 연결되고 상기 프레스 헤드가 초기 위치로 되돌아가도록 탄성(resilience)을 제공하도록 구성되고, 상기 버퍼링 패드는 상기 제한 블록과 상기 제1 어댑터 플레이트 사이에 배치된,
    결합 헤드 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄성 모듈은 스프링을 포함하는,
    결합 헤드 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 파워 어셈블리는 선형 모터(linear motor) 및 모터 구동 로드(motor driving rod)를 포함하고, 상기 선형 모터는 상기 모터 구동 로드를 통해 상기 프레스 헤드를 구동하여 상기 프레스 헤드에 상기 구동력을 제공하도록 구성되는,
    결합 헤드 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    제2 어댑터 플레이스(second adapter plate) 및 조정 블록(adjusting block)을 포함하는 서포팅 어셈블리(supporting assembly) 더 포함하고, 상기 가이딩 트랙은 상기 제2 어댑터 플레이트와 연결되고, 상기 제2 어댑터 플레이트는 고정 장치(fixation device)에 고정되고, 상기 조정 블록은 상기 제한 블록과 상기 제2 어댑터 플레이트 사이에 배치되고 상기 프레스 헤드의 초기 위치를 조정하도록 구성되는,
    결합 헤드 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 서포트 로드는 상기 제한 블록을 통과하고, 상기 제한 블록은 상기 조정 블록과 연결되고 상기 프레스 헤드 및 상기 서포트 로드가 상기 제1 파워 어셈블리에 의해 구동될 때 상기 프레스 헤드의 위치를 제한하도록 구성되는,
    결합 헤드 장치.
  11. 가이딩 트랙을 포함하는 가이드 어셈블리뿐만 아니라 순차적으로 연결되는 공기 부상부, 힘 수용부, 석션 및 보관부를 포함하는 결합 어셈블리를 제공하는 단계;
    상기 결합 어셈블리의 상기 석션 및 보관부에 의해 칩을 보관하는 단계;
    상기 결합 어셈블리와 독립적인 제1 파워 어셈블리에 의해 상기 결합 어셈블리의 상기 힘 수용부를 구동하는 단계,
    상기 가이드 어셈블리의 상기 가이딩 트랙을 따라 상기 결합 어셈블리의 상기 공기 부상부를 이동시킴으로써 기판에 상기 칩을 결합하는 단계;
    상기 석션 및 보관부에 의해 상기 칩을 릴리즈(releasing)하는 단계를 포함하고,
    상기 칩을 상기 기판에 결합하는 동안, 상기 칩을 상기 기판에 결합하기 위한 제1 힘은 상기 결합 어셈블리의 상기 공기 부상부에 의해 제어되는,
    기판에 칩을 결합하는 결합 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 파워 어셈블리에 의해 상기 힘 수용부를 구동하기 전에, 상기 공기 부상부의 공기 부상 샤프트가 상기 가이딩 트랙을 따라 움직이도록 하여 상기 제1 힘을 제어하기 위하여, 제1 압력값으로 가스(gas)를 상기 공기 부상부의 제1 포트(first port)로 주입하는(introducing) 단계를 더 포함하는,
    결합 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 석션 및 보관부에 의해 상기 칩이 릴리즈되고 나서, 상기 힘 수용부 내의 상기 프레스 헤드가 초기 위치로 되돌아가도록 상기 결합 어셈블리의 상기 힘 수용부 내의 탄성 모듈에 의해 탄성을 생성하는 단계를 더 포함하는,
    결합 방법.
  14. 고정 장치, 적어도 하나의 기판 플랫폼(substrate platform) 및 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 의해 정의된 적어도 하나의 결합 헤드 장치를 포함하고,
    상기 결합 헤드 장치는 상기 고정 장치에 고정되고(fixedly coupled) 상기 기판 플랫폼에 수반되는 기판에 칩을 결합하도록 구성되는,
    결합 장치.
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