KR20200094286A - 레이저를 포함하는 반도체 칩 본딩용 픽업장치 및 이를 이용한 본딩방법 - Google Patents
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Abstract
레이저를 포함하는 반도체 칩 본딩용 픽업장치 및 이를 이용한 본딩방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 내부에 중공을 포함하고, 상기 중공으로 진공 흡입압을 통과시키는 샹크부, 상기 샹크부와 연통되며, 상기 진공 흡입압으로 반도체 칩을 흡착시키는 헤드부 및 상기 헤드부에 고정되어, 상기 반도체 칩으로 레이저를 발진하는 발광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽업장치를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 내부에 중공을 포함하고, 상기 중공으로 진공 흡입압을 통과시키는 샹크부, 상기 샹크부와 연통되며, 상기 진공 흡입압으로 반도체 칩을 흡착시키는 헤드부 및 상기 헤드부에 고정되어, 상기 반도체 칩으로 레이저를 발진하는 발광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽업장치를 제공한다.
Description
본 발명은 레이저를 이용하여 반도체 칩을 가열하고 이를 서브마운트로 이송하는 레이저를 포함하는 반도체 칩 본딩용 픽업장치 및 이를 이용한 본딩방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로, 반도체 패키지 조립 공정에 있어서, 칩 본딩(Bonding) 공정은 웨이퍼(Wafer)에서 개별 칩(또는 '다이', Die)을 분리시켜, 솔더(Solder), 은 나노페이스트 또는 에폭시 접착제를 이용하여, 분리된 칩을 리드프레임 또는 인쇄회로기판(PCB)과 같은 패키지 본체에 붙이는 공정이다.
칩 본딩 공정에 앞서, 웨이퍼로부터 절단된 개별 칩을 픽업(Pick-up)하여 패키지 본체의 실장부로 이송하는 공정이 요구되는데, 이때, 웨이퍼로부터 개별 칩을 진공 흡착방식으로 픽업하여 기판으로 이송하는 장치를 반도체 칩 본딩용 픽업장치라 한다.
도 1은 종래의 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 서브마운트와 본딩시키는 과정을 도시한 도면이다.
반도체 칩 본딩용 픽업장치(110, 이하 '픽업장치'로 약칭함)의 일단에는 진공 생성장치(미도시)가 연결되어 있으며, 픽업장치(110)는 진공 생성장치(미도시)로부터 발생된 진공 흡입압을 진공홀(112)로 전달받아 흡착구(114)로 배출한다. 픽업장치(110)는 흡착구(114)로 배출되는 진공 흡입압을 이용하여 반도체 칩(120, 이하 '칩'으로 약칭함)의 상면을 흡착시킨 후, 이를 서브마운트(130)의 상부로 이동시킨다. 전(前)공정에 의해 칩(120)의 하면에는 기 설정된 간격으로 도팅(Dotting)된 복수 개의 칩 솔더볼(125)이 형성되어 있으며, 마찬가지로, 서브마운트(130)의 상면에는 칩 솔더볼(125)과 동일한 간격으로 도팅된 복수 개의 서브마운트 솔더볼(135)이 형성되어 있다. 여기서, 픽업장치(110)가 칩(120)을 하강시켜 이를 서브마운트(130)의 상면에 위치시킬 때, 픽업장치(110)는 칩 솔더볼(125)과 서브마운트 솔더볼(135)이 서로 맞닿을 수 있도록 위치를 조정하여 칩(120)을 하강시킨다.
픽업장치(110)가 칩(120)을 서브마운트(130)의 상면에 위치시키면, 서브마운트(130)의 하부에 연결된 별도의 가열장치(미도시)는 서브마운트(130)로 열을 가한다. 서브마운트(130)의 하부에 가해진 열에 의해 서브마운트 솔더볼(135)이 용융되고, 칩(120)은 서브마운트(130)로부터 열을 전달받는다. 칩(120)이 가열됨에 따라, 칩 솔더볼(125)이 용융됨으로써 칩(120)과 서브마운트(130)는 서로 본딩된다. 이때, 픽업장치(110)는 칩(120)이 어긋나거나 틀어진 채로 서브마운트(130)에 본딩되지 않도록 기 설정된 힘으로 칩(120)에 압력을 가한다.
일반적으로, 픽업장치(110)는 전도성이 높은 금속의 재질로 구성되는데, 이 때문에, 칩(120)의 열이 픽업장치(110)로 전도되는 문제가 발생할 수 있다. 칩(120)의 사이즈가 작은 경우, 칩(120)을 픽업하는 픽업장치(110)의 사이즈도 작기 때문에, 픽업장치(110)에 의해 칩(120)의 열이 손실되어도 칩(120)과 서브마운트(130)가 본딩되는데 큰 영향을 미치지 않는다.
그러나 칩(120)의 사이즈가 큰 경우에는 픽업장치(110)의 사이즈도 커지는데, 이는 곧, 칩(120)으로부터 픽업장치(110)로 전도되는 열의 양이 많아짐을 의미한다. 즉, 칩(120)의 열이 손실됨에 따라, 별도의 가열장치(미도시)는 서브마운트(130)의 하부로 가하는 열의 온도를 증가시켜야 하며, 이는 경제적 비효율성을 초래할 수 있다. 또한, 픽업장치(110)로 열이 이동하여 칩(120)의 온도가 감소됨으로써, 칩 솔더볼(125)이 잘 녹지 않는 문제가 발생할 수 있으며, 이에 의해, 칩(120)과 서브마운트(130) 간에 접합 불량이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 레이저를 이용하여 반도체 칩에 직접적으로 열을 가하고 이를 서브마운트로 이송시키는 레이저를 포함하는 반도체 칩 본딩용 픽업장치 및 이를 이용한 본딩방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 내부에 중공을 포함하고, 상기 중공으로 진공 흡입압을 통과시키는 샹크부, 상기 샹크부와 연통되며, 상기 진공 흡입압으로 반도체 칩을 흡착시키는 헤드부 및 상기 헤드부에 고정되어, 상기 반도체 칩으로 레이저를 발진하는 발광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽업장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 샹크부는, 상기 발광부와 연결된 전극도선을 외부로 노출시키는 전극도선 관통공을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 헤드부는, 복수 개의 빈 공간을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 헤드부는, 상기 진공 흡입압을 전달받는 진공홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 헤드부는, 상기 발광부가 삽입되는 고정홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 발광부는, 레이저 광원을 이용하여 상기 반도체 칩으로 상기 레이저를 발진하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 발광부는, 별도의 전원공급장치로부터 전류를 공급받는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 발광부는, 상기 진공 흡입압을 배출하는 복수 개의 진공 배출홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 반도체 칩이 위치한 방향으로 이동하는 이동과정, 상기 반도체 칩을 흡착하는 흡착과정, 상기 반도체 칩을 서브마운트의 상부로 이동시키는 이동과정, 상기 반도체 칩으로 레이저를 발진하는 발진과정 및 상기 반도체 칩을 상기 서브마운트의 상면에 배치시키는 배치과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 본딩과정을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 반도체 칩은, 하면에 기 설정된 간격으로 형성된 복수 개의 솔더볼을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 서브마운트는, 상면에 기 설정된 간격으로 형성된 복수 개의 솔더볼을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 레이저를 이용하여 반도체 칩에 직접적으로 열을 가하고 이를 서브마운트로 이송시킴으로써, 반도체 칩의 열이 손실되지 않기 때문에, 반도체 칩과 서브마운트가 안정적으로 본딩될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 서브마운트와 본딩시키는 과정을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치의 입체도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치의 분해도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 흡착하는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 흡착하는 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 가열하는 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 서브마운트와 본딩시키는 과정을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 흡착하는 과정을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 가열하고, 서브마운트와 본딩시키는 과정을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 서브마운트로 이송하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치의 입체도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치의 분해도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 흡착하는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 흡착하는 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 가열하는 과정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 서브마운트와 본딩시키는 과정을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 흡착하는 과정을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 가열하고, 서브마운트와 본딩시키는 과정을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 서브마운트로 이송하는 과정을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 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 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 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.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치의 입체도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치의 분해도이다. 그리고 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치의 단면도이다.
반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 샹크(Shank)부(210), 헤드부(220), 발광부(230), 전원공급장치(240), 구동부(250), 카메라(260) 및 제어부(270)를 포함한다.
샹크부(210)는 진공 생성장치(미도시)에서 발생한 진공 흡입압을 통과시키는 진공 통로(212) 및 발광부(230)와 연결된 복수 개의 전극도선(236, 237)을 외부로 노출 시키는 전극도선 관통공(214)을 포함한다.
진공 통로(212)는 진공 흡입압을 통과시켜, 이를 헤드부(220)로 이동시킨다. 여기서, 진공 흡입압은 샹크부(210)의 일단에 연결된 진공 생성장치(미도시)로부터 생성될 수 있다. 진공 통로(212)는 샹크부(210)의 중앙을 관통하는 원통 모양의 중공(中孔) 형태로 구현될 수 있으며, 진공 통로(212)의 타단은 헤드부(220)와 연통됨으로써, 진공 생성장치(미도시)에서 발생한 진공 흡입압을 헤드부(220)로 이동시킨다.
전극도선 관통공(214)은 발광부(230)에 연결된 n형 전극도선(236) 및 p형 전극도선(237)을 외부로 가이딩(Guiding)하는 통로로서, 진공 통로(212)로부터 +x축 또는 -x축 방향으로 분기되어 있으며, 내부에 중공을 구비한 원통 모양으로 구현될 수 있다.
헤드부(220)는 연결개구(222), 진공홀(223), 고정홀(224), 지지턱(226) 및 흡착면(228)을 포함한다.
헤드부(220)는 상부에 연결된 샹크부(210)의 진공 통로(212)로부터 진공 흡입압을 전달받아 반도체 칩(280)을 흡착시킨다. 헤드부(220)는 내부에 단차를 갖는 복수 개의 공간을 포함하는 육면체의 형태로 구현될 수 있으며, 복수 개의 공간은 지지턱(226)을 경계로 진공홀(223) 및 고정홀(224)로 분리될 수 있다.
연결개구(222)는 샹크부(210)와 헤드부(220)가 접합되는 부분에 형성되어 있으며, 진공 통로(212)와 진공홀(223)을 연통시킴으로써, 진공 통로(212)를 따라 이동된 진공 흡입압이 진공홀(223)로 전달될 수 있도록 한다. 연결개구(222)는 진공 통로(212)의 단면적 및 형태와 동일한 홀(Hole) 형태로 구현될 수 있다.
진공홀(223)은 연결개구(222)에 의해 진공 통로(212)와 연통되며, 진공 통로(212)로부터 진공 흡입압을 유입시킨다. 진공홀(223)은 진공 흡입압을 유입시켜, 이를 발광부(230)의 진공 배출홀(238)로 온전히 전달한다.
상술한 바와 같이, 진공홀(223)은 지지턱(226)에 의해 고정홀(224)과 단차를 갖도록 형성되어 있으며, 진공홀(223)의 면적은 고정홀(224)의 면적보다 작게 구성될 수 있다.
고정홀(224)은 지지턱(226)의해 진공홀(223)과 단차를 갖도록 형성된 빈 공간으로서, 고정홀(224)은 발광부(230)를 수용한다. 따라서, 고정홀(224)의 면적은 발광부(230)의 면적보다 더 크게 구성될 수 있다.
고정홀(224)로 발광부(230)가 삽입됨에 따라, 지지턱(226)은 발광부(230)를 지지한다. 이와 동시에, 지지턱(226)은 헤드부(220) 내의 공간에 단차를 형성시킴으로써, 내부에 복수 개의 공간이 형성될 수 있도록 한다.
흡착면(228)은 반도체 칩(280)이 흡착되는 수평의 단면으로서, 반도체 칩(280) 표면에 손상이 가지 않도록, 흡착면(228)의 표면에는 흡착 러버(Rubber)와 같은 완충제가 부착될 수 있다.
발광부(230)는 DPC 서브마운트(231), 레이저 광원(232), n형 전극판(233), p형 전극판(234), 전극 연결 와이어(235), n형 전극도선(236), p형 전극도선(237) 및 진공 배출홀(238)을 포함한다.
발광부(230)는 전원공급장치(240)로부터 전원을 공급받아 흡착면(228)에 흡착된 반도체 칩(280)으로 레이저를 발진한다. 발광부(230)가 반도체 칩(280)으로 레이저를 발진함에 따라, 반도체 칩(280)의 상면이 가열된다.
DPC 서브마운트(231)는 n형 전극판(233) 및 p형 전극판(234)을 고정시키는 육면체의 기판으로서, DPC 서브마운트(231)의 상면과 하면을 제외한 옆면은 헤드부(220)의 고정홀(224)에 고정되며, DPC 서브마운트(231)의 상면은 지지턱(226)에 의해 지지된다. DPC 서브마운트(231)가 고정홀(224)에 더 단단히 고정될 수 있도록, DPC 서브마운트(231)의 하면에는 경화성 수지가 도포될 수 있다. DPC 서브마운트(231)의 높이는 고정홀(224)의 깊이보다 작게 구성될 수 있으며, 단면은 고정홀(224)의 단면과 동일하거나 더 작게 구성될 수 있다.
전극도선 관통공(214)에 의해 외부로 노출된 n형 전극도선(236) 및 p형 전극도선(237)으로 전원이 공급됨에 따라, 이와 연결된 n형 전극판(233) 및 p형 전극판(234)은 레이저 광원(232)으로 전류를 공급한다. 이에 따라, 레이저 광원(232) 내의 반도체층에서는 전자와 정공의 생성 및 재결합이 발생하며, 레이저 광원(232)은 반도체 칩(280)이 위치한 하부 수직방향으로 레이저를 발진한다. 이때, 반도체 칩(280)은 헤드부(220)의 흡착면(228)에 흡착된 상태이며, 반도체 칩(280)이 서브마운트(290)의 상부로 이동되면, 레이저 광원(232)은 반도체 칩(280)으로 레이저를 발진한다.
레이저 광원(232)은 n형 전극판(233)의 하면에 결합되며, 전극 연결 와이어(235)에 의해 p형 전극판(234)과 연결될 수 있다. 레이저 광원(232)은 850㎚ 또는 940㎚ 대역의 파장을 방출하는 반도체 발광 다이오드의 일종인 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, '수직 공진형 표면 발광 레이저')로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
레이저 광원(232)이 고출력의 레이저를 반도체 칩(280)으로 발진함에 따라 발생하는 효과에 대해서는 도 5 내지 도 10을 참조하여 후술하도록 한다.
n형 전극판(233)은 상부에 연결된 n형 전극도선(236)으로부터 전류를 공급받아 레이저 광원(232)의 n형 반도체층에 존재하는 전자를 활성화시킴으로써, 레이저 광원(232)이 레이저를 발진할 수 있도록 한다.
n형 전극판(233)의 하면에는 레이저 광원(232)이 결합되며, n형 전극판(233)은 p형 전극판(234)과 기 설정된 간격으로 이격되어 DPC 서브마운트(231)에 고정된 형태로 구현될 수 있다. n형 전극판(233)은 진공홀(223) 내부의 진공 흡입압이 외부로 배출될 수 있도록, 복수 개의 진공 배출홀(238)을 포함한다.
마찬가지로, p형 전극판(234)은 p형 전극도선(237)으로부터 전류를 공급받아 레이저 광원(232)의 p형 반도체층의 정공을 활성화시킴으로써, 레이저 광원(232)이 레이저를 출력할 수 있도록 한다.
p형 전극판(234)은 DPC 서브마운트(231)에 고정된 형태로 구성될 수 있으며, p형 전극판(234)의 하면에는 전극 연결 와이어(235)가 결합된다. 전극 연결 와이어(235)에 의해 p형 전극판(234)은 레이저 광원(232)에 전원을 공급한다.
전극 연결 와이어(235)는 레이저 광원(232)과 p형 전극판(234)을 연결하는 도선으로써, 레이저 광원(23)의 하면으로부터 p형 전극판(234)의 하면으로 연장되는 복수 개의 전선(電線)으로 구성될 수 있다.
n형 전극도선(236) 및 p형 전극도선(237)은 전원공급장치(240)로부터 전원을 공급받음으로써, 레이저 광원(232)이 레이저를 발진할 수 있도록 한다.
n형 전극도선(236) 및 p형 전극도선(237)은 각각 n형 전극판(233) 및 p형 전극판(234)의 상부에 연결되어, 진공 통로(212)를 지나 샹크부(210)의 전극도선 관통공(214)을 따라 외부로 노출되는 형태로 구현될 수 있다.
진공 배출홀(238)은 n형 전극판(233)에 형성된 복수 개의 관통공으로서, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)가 반도체 칩(280)을 흡착시킬 수 있도록, 진공홀(223) 내부의 진공 흡입압을 외부로 배출시킨다.
진공 배출홀(238)은 진공 흡입압을 손실시키지 않고 외부로 균일하게 배출할 수 있는 위치에 형성되며, 진공 배출홀(238)의 갯수 또한, 진공 흡입압을 외부로 고르게 배출할 수 있도록 복수 개로 구성될 수 있다.
전원공급장치(240)는 제어부(270)의 제어에 따라 발광부(230)에 전원을 공급한다. 전원공급장치(240)는 n형 전극도선(236) 및 p형 전극도선(237)의 종단과 연결되어 있으며, n형 전극도선(236) 및 p형 전극도선(237)에 각각 n(-) 및 p(+) 전류를 공급함으로써, 레이저 광원(232)이 반도체 칩(280)으로 레이저를 발진할 수 있도록 한다.
반도체 칩(280)과 서브마운트(290)의 본딩이 완료되면, 전원공급장치(240)는 제어부(270)의 제어에 따라 전류 공급을 차단함으로써, 레이저 광원(232)이 반도체 칩(280)으로 레이저를 더 이상 발진하지 않도록 한다.
구동부(250)는 제어부(270)의 제어에 따라 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)를 ±x축, ±y축 및 ±z축 방향으로 이동시킨다.
구동부(250)는 제어부(270)의 제어에 따라 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)를 ±x축, ±y축 및 ±z축 방향 중 어느 하나의 방향으로 이동시켜, 반도체 칩(280)의 네 모서리를 흡착시킬 수 있는 위치로 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)를 이동시킨다.
구동부(250)는 제어부(270)의 제어에 따라 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)를 -y축 방향으로 하강시켜, 흡착면(228)이 반도체 칩(280)을 흡착할 수 있도록 한다.
흡착면(228)에 반도체 칩(280)이 흡착되면, 구동부(250)는 제어부(270)의 제어에 따라 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)를 +y축 방향으로 상승시킨 후, 이를 다시, +x축 방향으로 이동시켜, 반도체 칩(280)을 서브마운트(290)의 상부로 이동시킨다.
반도체 칩(280)이 서브마운트(290)의 상부에 위치하면, 구동부(250)는 제어부(270)의 제어에 따라 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)를 -z축 방향으로 하강시켜, 반도체 칩(280)이 서브마운트(290)의 상면에 배치될 수 있도록 한다.
구동부(250)는 모터와 같은 구동부재로 구현될 수 있으며, 복수 개로 구성될 수 있다. 구동부(250)는 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)의 외부에 별도로 구비될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)의 내부에 구비될 수도 있다.
카메라(260)는 반도체 칩(280)을 촬영한다. 카메라(260)는 촬영한 영상 또는 이미지를 제어부(270)로 제공함으로써, 제어부(270)가 반도체 칩(280)이 어느 방향에 위치하였는지를 확인하고, 경우에 따라 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)를 어느 방향으로 이동시켜야 하는지를 판단할 수 있도록 한다.
카메라(260)는 반도체 칩(280)을 촬영한 영상 또는 이미지를 제어부(270)로 제공함으로써, 제어부(270)가 반도체 칩(280)이 어느 방향에 위치하였는지를 확인하고, 전원공급장치(240)를 작동시켜야 하는지를 판단할 수 있도록 한다.
도면에는 도시되지 않았지만, 반도체 칩(280)의 하면 및 서브마운트(290)의 상면에는 각각 복수 개의 솔더볼(미도시)이 도팅(Dotting)되어 있는데, 카메라(260)는 반도체 칩(280)의 일정 면적을 촬영하여, 영상 또는 이미지를 제어부(270)로 제공함으로써, 제어부(270)가 반도체 칩(280)의 하면에 도팅된 솔더볼(미도시)의 위치와 서브마운트(290)의 상면에 도팅된 솔더볼(미도시)의 위치가 일치하였는지를 판단할 수 있도록 한다.
반도체 칩(280)의 하면에 도팅된 솔더볼(미도시)과 서브마운트(290)의 상면에 도팅된 솔더볼(미도시)이 열에 의해 용융되어 접합되면, 카메라(260)는 이를 촬영한 데이터를 제어부(270)로 송신함으로써, 제어부(270)는 반도체 칩(280)과 서브마운트(290)의 본딩(Bonding) 정도를 확인할 수 있도록 한다.
카메라(260)는 복수 개로 구성될 수 있으며, 반도체 칩(280)을 촬영할 수 있는 적절한 위치라면 어디에 설치되어도 무방하다.
제어부(270)는 발광부(230)가 레이저를 발진할 수 있도록 전원공급장치(240)를 제어하며, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)가 반도체 칩(280)의 위치에 따라 ±x축, ±y축 및 ±z축 어느 하나의 방향으로 이동할 수 있도록 구동부(250)를 제어한다. 나아가, 제어부(270)는 구동부(250)를 제어함으로써, 반도체 칩(280)이 서브마운트(290)의 상면에 배치될 수 있도록 한다.
제어부(270)는 전원공급장치(240)를 제어한다. 제어부(270)는 카메라(260)로부터 데이터를 수신하여, 반도체 칩(280)이 서브마운트(290)의 상부에 위치했는지를 판단한다. 반도체 칩(280)이 서브마운트(290)의 상부에 위치하면, 제어부(270)는 발광부(230)로 전원이 공급될 수 있도록 전원공급장치(240)를 제어한다.
또한, 제어부(270)는 카메라(260)로부터 데이터를 수신하여, 반도체 칩(280)이 서브마운트(290)에 본딩되었는지를 판단한다. 반도체 칩(280)과 서브마운트(290)가 본딩된 경우, 제어부(270)는 전원공급장치(240)를 제어하여, 전원공급장치(240)가 더 이상 발광부(230)로 전원을 공급하지 않도록 한다.
제어부(270)는 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)가 반도체 칩(280)을 흡착시킬 수 있도록 구동부(250)를 제어한다. 제어부(270)는 카메라(260)로부터 수신한 데이터를 토대로 반도체 칩(280)의 위치를 파악하여, 구동부(250)가 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)를 ±x축, ±y축 및 ±z축 방향 중 어느 하나의 방향으로 이동시킬 수 있도록 구동부(250)를 제어한다.
별도의 진공 생성장치(미도시)가 진공 흡입압을 발생시켜, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)가 흡착면(228)으로 반도체 칩(280)을 흡착하면, 제어부(270)는 구동부(250)를 제어함으로써, 반도체 칩(280)이 서브마운트(290)의 상부에 위치하도록 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)를 +z축 방향으로 이동시킨 후, 다시, +x축 방향으로 이동시킨다.
반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)가 서브마운트(290)의 상부로 이동하면, 제어부(270)는 구동부(250)를 제어함으로써, 반도체 칩(280)이 서브마운트(290)의 상면에 배치되도록 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)를 -z축 방향으로 하강시킨다. 상술한 바와 같이, 도면에는 도시되지 않았지만, 반도체 칩(280)의 하면 및 서브마운트(290)의 상면에는 각각 복수 개의 솔더볼(미도시)이 도팅되어 있는데, 이때, 제어부(270)는 카메라(260)로부터 수신한 데이터를 토대로, 반도체 칩(280)의 솔더볼(미도시)과 서브마운트(290)의 솔더볼(미도시)이 서로 접촉될 수 있는 위치로 반도체 칩(280)을 이동시키도록 구동부(250)를 제어한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 흡착하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 반도체 칩(280)을 흡착시키기 위해 반도체 칩(280)이 위치한 방향으로 이동한다. 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)가 반도체 칩(280)을 흡착시킬 수 있는 위치로 이동하면, 샹크부(210)의 상부에 연결된 진공 생성장치(미도시)는 진공 흡입압을 발생시킨다. 진공 생성장치(미도시)로부터 발생된 진공 흡입압은 진공 통로(212)를 거쳐 진공홀(223)로 이동한 후, 진공 배출홀(238)에 의해 외부로 배출된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 반도체 칩(280)을 흡착면(228)에 흡착시킨다. 이때, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 반도체 칩(280)이 구부러지거나 휘어지지 않도록, 복수 개의 진공 배출홀(238)을 이용하여 진공 흡착압을 외부로 균일하게 배출시킨다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 가열하는 과정을 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)가 반도체 칩(280)을 흡착면(228)에 흡착시켜 서브마운트(290)의 상부로 이동하면, 제어부(270)의 제어에 따라 전원공급장치(240)는 전극도선 관통공(214)에 의해 외부로 노출된 n형 전극도선(236) 및 p형 전극도선(237)으로 전원을 공급한다.
이에 따라, 레이저 광원(232)의 반도체층에서는 전자 및 정공의 생성 및 재결합이 이루어지며, 레이저 광원(232)은 흡착면(228)에 흡착된 반도체 칩(280)의 상면으로 레이저를 발진한다. 레이저에 의해 반도체 칩(280)은 가열되며, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 가열된 반도체 칩(280)을 서브마운트(290)의 상면에 배치시킨다. 여기서, 반도체 칩(280)의 하면 및 서브마운트(290)의 상면에는 복수 개의 칩 솔더볼(510) 및 서브마운트 솔더볼(520)이 각각 기 설정된 간격으로 도팅(Dotting)되어 있는데, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 칩 솔더볼(510)과 서브마운트 솔더볼(520)이 서로 접촉될 수 있는 위치로 반도체 칩(280)을 이동시킨다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 서브마운트와 본딩시키는 과정을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 칩 솔더볼(510)과 서브마운트 솔더볼(520)이 서로 접촉하도록 반도체 칩(280)을 -y축 방향으로 하강시킨 후, 기 설정된 값으로 반도체 칩(280)에 압력을 가한다. 이때, 레이저 광원(232)은 반도체 칩(280)의 상부면으로 계속해서 레이저를 발진하고 있으며, 서브마운트(290)의 하부에 배치된 별도의 가열장치(미도시)는 서브마운트(290)의 하부로 열을 가한다. 이에 따라, 칩 솔더볼(510)과 서브마운트 솔더볼(520)이 서로 맞닿은 채로 용융됨으로써, 반도체 칩(280)은 서브마운트(290)에 본딩될 수 있다.
종래에는 서브마운트(290)의 하부로 가해지는 열에만 의존하였기 때문에, 특히, 반도체 칩(280)의 크기가 큰 경우, 반도체 칩(280)의 열이 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)로 전도될 가능성이 높다. 이에 따라, 칩 솔더볼(510)이 열에 의해 충분히 용융되지 않아, 반도체 칩(280)과 서브마운트(290) 간에 접합 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 레이저를 이용하여 반도체 칩(280)에 직접적으로 열을 가함으로써, 이러한 문제를 극복할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 흡착하는 과정을 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 가열하고, 서브마운트와 본딩시키는 과정을 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 서브마운트(290)의 상면에는 은 나노입자(910)가 도포된다. 은 나노입자(910)는 반도체 칩(280)과 서브마운트(290)가 더 잘 본딩될 수 있도록 도와주는 열 계면제 역할을 수행한다. 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)가 반도체 칩(280)으로 레이저를 발진함에 따라, 반도체 칩(280)에 가해진 열이 은 나노입자(910)로 전이됨으로써, 은 나노입자(910)는 열에 의해 소결(Sintering)된다. 이에 의해, 반도체 칩(280)과 서브마운트(290)는 더욱 단단히 결합될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 진공 생성장치(미도시)로부터 생성된 진공 흡입압을 진공 통로(212)로 전달받아, 반도체 칩(280)을 흡착면(228)으로 흡착시킨다. 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 반도체 칩(280)을 흡착시킨 채로 +y축 방향 및 +x축 방향으로 이동하여, 서브마운트(290)의 상부에 위치한다. 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 다시 -y축 방향으로 하강함으로써, 반도체 칩(280)을 서브마운트(290)의 상면에 위치시킨다. 이때, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 칩 솔더볼(510)과 서브마운트 솔더볼(520)이 서로 맞닿을 수 있도록 반도체 칩(280)의 위치를 정렬한다.
반도체 칩(280)이 서브마운트(290)의 상면에 배치되면, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 레이저 광원(232)이 레이저를 발진할 수 있도록, 전원공급장치(240)를 작동시킨다. 레이저 광원(232)이 반도체 칩(280)이 위치한 수직 아래방향으로 레이저를 발진시킴으로써, 반도체 칩(280)은 가열된다. 반도체 칩(280)의 열은 칩 솔더볼(510), 은 나노입자(910) 및 서브마운트 솔더볼(520)로 전도되며, 이에 따라, 별도의 가열장치(미도시)가 서브마운트(290)의 하부로 열을 가히지 않아도, 반도체 칩(280)은 서브마운트(290)에 안정적으로 본딩된다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 본딩용 픽업장치가 반도체 칩을 서브마운트로 이송하는 과정을 도시한 순서도이다.
반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)가 반도체 칩(280)이 위치한 방향으로 이동한다(S1110). 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 반도체 칩(280)을 흡착할 수 있는 위치로 이동한다.
반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)가 반도체 칩(280)을 흡착시킨다(S1120). 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)의 상부에 연결된 진공 생성장치(미도시)로부터 발생한 진공 흡입압을 이용하여, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 흡착면(228)으로 반도체 칩(280)의 상면을 흡착시킨다.
반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)가 반도체 칩(280)을 흡착시켜 서브마운트(290)의 상부로 이동한다(S1130). 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 반도체 칩(280)을 흡착시켜 서브마운트(290)가 위치한 방향으로 이동한다.
반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)가 반도체 칩(280)의 상면으로 레이저를 발진한다(S1140). 반도체 칩(280)이 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)에 의해 서브마운트(290)의 상면에 위치하면, 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 레이저 광원(232)로 반도체 칩(280)의 상면에 레이저를 발진한다.
반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)가 반도체 칩(280)을 서브마운트(290)의 상면에 배치시킨다(S1150). 반도체 칩 본딩용 픽업장치(200)는 칩 솔더볼(510) 및 서브마운트 솔더볼(520)이 서로 맞닿을 수 있도록 반도체 칩(280)을 서브마운트(290)의 상면에 배치시킨다. 이때, 반도체 칩(280)은 레이저에 의해 가열된 상태이며, 이에 따라, 솔더볼(510, 520)이 용융됨으로써 반도체 칩(280)과 서브마운트(290)가 본딩된다. 나아가, 반도체 칩(280)으로 가해진 레이저는 서브마운트(290)의 상면에 도포된 은 나노입자(910)와 같은 열 계면제를 소결시킴으로써, 반도체 칩(280)과 서브마운트(290)가 안정적으로 본딩될 수 있도록 한다.
도 11에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 11에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 11은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 11에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 종래의 반도체 칩 본딩용 픽업장치
112: 진공홀
114: 흡착구
120: 반도체 칩
125: 칩 솔더볼
130: 서브마운트
135: 서브마운트 솔더볼
200: 반도체 칩 본딩용 픽업장치
210: 샹크부
212: 진공 통로
214: 전극도선 관통공
220: 헤드부
222: 연결개구
223: 진공홀
224: 고정홀
226: 지지턱
228: 흡착면
230: 발광부
231: DPC 서브마운트
232: 레이저 광원
233: n형 전극판
234: p형 전극판
235: 전극 연결 와이어
236: n형 전극도선
237: p형 전극도선
238: 진공 배출홀
240: 전원공급장치
250: 구동부
260: 카메라
270: 제어부
280: 반도체 칩
290: 서브마운트
510: 칩 솔더볼
520: 서브마운트 솔더볼
112: 진공홀
114: 흡착구
120: 반도체 칩
125: 칩 솔더볼
130: 서브마운트
135: 서브마운트 솔더볼
200: 반도체 칩 본딩용 픽업장치
210: 샹크부
212: 진공 통로
214: 전극도선 관통공
220: 헤드부
222: 연결개구
223: 진공홀
224: 고정홀
226: 지지턱
228: 흡착면
230: 발광부
231: DPC 서브마운트
232: 레이저 광원
233: n형 전극판
234: p형 전극판
235: 전극 연결 와이어
236: n형 전극도선
237: p형 전극도선
238: 진공 배출홀
240: 전원공급장치
250: 구동부
260: 카메라
270: 제어부
280: 반도체 칩
290: 서브마운트
510: 칩 솔더볼
520: 서브마운트 솔더볼
Claims (11)
- 내부에 중공을 포함하고, 상기 중공으로 진공 흡입압을 통과시키는 샹크부;
상기 샹크부와 연통되며, 상기 진공 흡입압으로 반도체 칩을 흡착시키는 헤드부; 및
상기 헤드부에 고정되어, 상기 반도체 칩으로 레이저를 발진하는 발광부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽업장치. - 제1항에 있어서,
상기 샹크부는,
상기 발광부와 연결된 전극도선을 외부로 노출시키는 전극도선 관통공을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 픽업장치. - 제1항에 있어서,
상기 헤드부는,
복수 개의 빈 공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 픽업장치. - 제3항에 있어서,
상기 헤드부는,
상기 진공 흡입압을 전달받는 진공홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 픽업장치. - 제3항에 있어서,
상기 헤드부는,
상기 발광부가 삽입되는 고정홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 픽업장치. - 제1항에 있어서,
상기 발광부는,
레이저 광원을 이용하여 상기 반도체 칩으로 상기 레이저를 발진하는 것을 특징으로 하는 픽업장치. - 제1항에 있어서,
상기 발광부는,
별도의 전원공급장치로부터 전류를 공급받는 것을 특징으로 하는 픽업장치. - 제1항에 있어서,
상기 발광부는,
상기 진공 흡입압을 배출하는 복수 개의 진공 배출홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 픽업장치. - 반도체 칩이 위치한 방향으로 이동하는 이동과정;
상기 반도체 칩을 흡착하는 흡착과정;
상기 반도체 칩을 서브마운트의 상부로 이동시키는 이동과정;
상기 반도체 칩으로 레이저를 발진하는 발진과정; 및
상기 반도체 칩을 상기 서브마운트의 상면에 배치시키는 배치과정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 본딩과정. - 제9항에 있어서,
상기 반도체 칩은,
하면에 기 설정된 간격으로 형성된 복수 개의 솔더볼을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 본딩과정. - 제9항에 있어서,
상기 서브마운트는,
상면에 기 설정된 간격으로 형성된 복수 개의 솔더볼을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 본딩과정.
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| KR1020190011566A KR102153067B1 (ko) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | 레이저를 포함하는 반도체 칩 본딩용 픽업장치 및 이를 이용한 본딩방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020190011566A KR102153067B1 (ko) | 2019-01-30 | 2019-01-30 | 레이저를 포함하는 반도체 칩 본딩용 픽업장치 및 이를 이용한 본딩방법 |
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|---|---|
| KR20200094286A true KR20200094286A (ko) | 2020-08-07 |
| KR102153067B1 KR102153067B1 (ko) | 2020-09-07 |
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| KR102153067B1 (ko) | 2020-09-07 |
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