KR20210034340A - 본딩 헤드 및 본딩 방법 - Google Patents
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Abstract
다수의 헤드 핀에 의해 균일한 접합력으로 피접합체를 접합할 수 있는 본딩 헤드 및 본딩 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드는 제1 피접합체 상에 제2 피접합체를 접합하기 위한 본딩 헤드에 있어서, 본딩헤드 본체; 상기 본딩헤드 본체의 하면을 따라 돌설되고, 상기 본딩헤드 본체에 상하 방향으로 형성된 홈부에 상하 방향으로 이동 가능하게 장착되는 다수의 헤드 핀; 상기 다수의 헤드 핀이 상기 제2 피접합체와 접촉됨에 따른 압력 분포를 측정하는 압력 측정부; 및 상기 압력 측정부에 의해 측정된 압력 분포에 따라 상기 다수의 헤드 핀의 돌출 길이를 제어하는 구동부를 포함한다.
Description
본 발명은 기판, 다이 등의 접합 대상물들을 접합하기 위한 본딩 헤드 및 본딩 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 길이 조절이 가능한 다수의 헤드 핀에 의해 균일한 접합력으로 피접합체를 접합할 수 있는 본딩 헤드 및 본딩 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자들의 집적도 향상이 한계에 도달함에 따라 반도체 소자들을 3차원적으로 적층하는 3D 패키지 기술이 주목받고 있다. 대표적으로, 실리콘 관통 전극(TSV; Through Silicon Via)을 이용하여 3차원 집적회로를 상용화하는 기술이 연구되고 있다. 3차원 반도체는 TSV 다이들을 적층하여 접합하는 다이 본딩 공정을 통해 제조될 수 있다.
종래에 TSV 다이를 웨이퍼 상에 접합하는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다. 먼저, TSV 칩의 하부 접합면에 접합 매개체인 접합 필름(adhesion film)과 솔더 범프(solder bump)를 마련한다. 접합 필름과 솔더 범프가 마련된 TSV 다이는 본딩 헤드에 의해 웨이퍼의 상부로 이송되어 접합 위치에 정렬된 후, 웨이퍼의 상면 또는 웨이퍼 상에 접합된 TSV 다이의 상면에 놓여진다.
TSV 다이의 접합 공정은 가접합(pre bonding) 공정과, 본접합(post bonding) 공정을 포함한다. 본딩 헤드에 의해 TSV 다이를 웨이퍼 상에 가압 및 승온하는 가접합 공정을 통해, TSV 다이는 웨이퍼 상에 1차 접합된다. TSV 다이의 가접합을 위해, 본딩 헤드는 TSV 다이를 웨이퍼 상에 가압 및 승온하기 위한 수단을 구비한다. TSV 다이가 웨이퍼 상에 가접합되면, TSV 다이를 고온으로 열처리하고 가압하여 접합 필름과 솔더 범프를 경화시키는 본접합 공정이 수행된다. 접합 필름과 솔더 범프를 매개로 하는 고온 열압착(Thermo-compression) 플립칩 공정에 의해 TSV 다이는 웨이퍼 상에 접합된다.
도 1은 종래의 접합 공정의 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 종래의 접합 공정은 기판(10)에 휨이 발생하거나 칩들(20) 간의 높이 편차 발생 시 본딩 공정 제어가 불가능하다. 본딩 헤드(30)에 의해 칩들(20)에 가해지는 하중(Mechanical load)이 상이해지면 칩들(20)을 균일한 접합력으로 접합하지 못하게 되며, 본딩 헤드(30)에 의해 가압되는 압력이 낮은 영역은 솔더 범프(B)를 매개로 하는 접합력이 떨어지게 된다. 또한, 본딩 헤드(30)에 의해 과도한 압력이 집중되는 영역은 칩(20) 또는 기판(10)에 균열(Fracture)이 발생하거나 파손, 손상되는 등의 본딩 불량이 발생할 수 있다.
본 발명은 길이 조절이 가능한 다수의 헤드 핀에 의해 균일한 접합력으로 피접합체를 접합할 수 있는 본딩 헤드 및 본딩 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 다수의 헤드 핀에 의해 휜 기판 또는 다이 상에 피접합체를 균일한 압력으로 접합할 수 있는 본딩 헤드 및 본딩 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 다수의 헤드 핀에 의해 피접합체 접합시 피접합체의 균열, 파손, 손상을 방지할 수 있는 본딩 헤드 및 본딩 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 다양한 피접합체들의 위치 및 간격에 적응적으로 피접합체들을 접합할 수 있는 본딩 헤드 및 본딩 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드는, 제1 피접합체 상에 제2 피접합체를 접합하기 위한 본딩 헤드에 있어서, 본딩헤드 본체; 상기 본딩헤드 본체의 하면을 따라 돌설되고, 상기 본딩헤드 본체에 상하 방향으로 형성된 홈부에 상하 방향으로 이동 가능하게 장착되는 다수의 헤드 핀; 상기 다수의 헤드 핀이 상기 제2 피접합체와 접촉됨에 따른 압력 분포를 측정하는 압력 측정부; 및 상기 압력 측정부에 의해 측정된 압력 분포에 따라 상기 다수의 헤드 핀의 돌출 길이를 제어하는 구동부를 포함한다.
상기 압력 측정부는 상기 다수의 헤드 핀과 상기 제2 피접합체 간의 접촉 압력을 전기 신호로 변환하는 압전 소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드는, 상기 홈부 내에 삽입되어 상기 다수의 헤드 핀에 가해지는 압력을 완충하는 탄성체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드는, 상기 압력 측정부에 의해 측정된 압력 분포에 따라 상기 다수의 헤드 핀에 작용하는 압력이 균일해지도록 하는 상기 다수의 헤드 핀의 목표 높이를 산출하고, 상기 다수의 헤드 핀의 목표 높이에 따라 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드는, 상기 헤드 핀의 단부에 볼 베어링을 매개로 회전 가능하게 장착되는 가압판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드는, 상기 제2 피접합체의 높이 분포를 측정하는 높이 검출 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 구동부는 상기 제2 피접합체의 높이 분포에 따라 상기 다수의 헤드 핀을 구동할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드는, 상기 본딩헤드 본체 내에 수평 방향으로 이동 가능하게 마련되는 다수개의 본딩 유닛을 포함할 수 있다. 상기 다수의 헤드 핀은 상기 다수개의 본딩 유닛에 각각 장착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드는, 상기 제2 피접합체의 위치 또는 제2 피접합체들 간의 간격에 따라 상기 다수개의 본딩 유닛을 이동시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 구동부는 기준 압력 보다 낮은 압력으로 가압되는 헤드 핀을 상기 본딩헤드 본체의 하면으로부터 돌출시키고, 상기 기준 압력 보다 높은 압력으로 가압되는 헤드 핀을 상기 홈부 내로 반입시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법은, 본딩 헤드에 의해 제1 피접합체 상에 제2 피접합체를 접합하는 본딩 방법에 있어서, 상기 본딩 헤드의 압력 측정부에 의해, 본딩헤드 본체의 하면을 따라 돌설되는 다수의 헤드 핀이 상기 제2 피접합체와 접촉됨에 따른 압력 분포를 측정하는 단계; 및 상기 본딩 헤드의 구동부에 의해, 상기 다수의 헤드 핀이 상기 제2 피접합체와 접촉되는 압력 분포에 따라 상기 본딩헤드 본체의 하면으로부터의 상기 다수의 헤드 핀의 돌출 길이를 제어하는 단계를 포함한다.
상기 다수의 헤드 핀의 돌출 길이를 제어하는 단계는, 제어부에 의해, 상기 압력 분포에 따라 상기 다수의 헤드 핀에 작용하는 압력이 균일해지도록 하는 상기 다수의 헤드 핀의 목표 높이를 산출하는 단계; 및 상기 구동부에 의해, 상기 다수의 헤드 핀의 목표 높이에 따라 상기 구동부를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법은, 높이 검출 센서에 의해, 상기 제2 피접합체의 높이 분포를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 다수의 헤드 핀의 돌출 길이를 제어하는 단계는, 상기 구동부에 의해, 상기 제2 피접합체의 높이 분포에 따라 상기 다수의 헤드 핀을 상하 방향으로 구동하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법은, 상기 다수의 헤드 핀을 구비하고 상기 본딩헤드 본체 내에 수평 방향으로 이동 가능하게 마련되는 다수개의 본딩 유닛의 위치를 상기 제2 피접합체의 위치 또는 제2 피접합체들 간의 간격에 따라 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 다수의 헤드 핀의 돌출 길이를 제어하는 단계는, 상기 구동부에 의해, 기준 압력 보다 낮은 압력으로 가압되는 헤드 핀을 상기 본딩헤드 본체의 하면으로부터 돌출시키는 단계; 및 상기 구동부에 의해, 상기 기준 압력 보다 높은 압력으로 가압되는 헤드 핀을 상기 본딩헤드 본체 내에 반입시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법은, 상기 다수의 헤드 핀이 상기 홈부 내에 삽입된 탄성체에 의해 완충되는 상태에서 상기 다수의 헤드 핀의 단부에 볼 베어링을 매개로 회전 가능하게 장착된 가압판에 의해 상기 제2 피접합체를 가압하여 상기 제2 피접합체를 상기 제1 피접합체 상에 접합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 길이 조절이 가능한 다수의 헤드 핀에 의해 균일한 접합력으로 피접합체를 접합할 수 있는 본딩 헤드 및 본딩 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 다수의 헤드 핀을 가지는 본딩 헤드에 의해 휘어진 기판 또는 다이 상에 피접합체를 균일한 압력으로 접합할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 다수의 헤드 핀을 가지는 본딩 헤드에 의해 피접합체를 접합시 피접합체의 균열, 파손, 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 다양한 피접합체들의 위치 및 간격에 적응적으로 피접합체들을 접합할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 접합 공정의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드의 일부를 나타낸 저면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드의 동작을 보여주는 예시도들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 본딩 헤드의 측면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 본딩 헤드의 측면도이다.
도 10은 도 9의 실시예에 따른 본딩 헤드의 동작 상태를 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 본딩 헤드의 측면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 본딩 헤드의 단면도이다.
도 13 및 도 14는 도 12의 실시예에 따른 본딩 헤드의 동작을 설명하기 위한 예시도들이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드의 일부를 나타낸 저면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드의 동작을 보여주는 예시도들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 본딩 헤드의 측면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 본딩 헤드의 측면도이다.
도 10은 도 9의 실시예에 따른 본딩 헤드의 동작 상태를 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 본딩 헤드의 측면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 본딩 헤드의 단면도이다.
도 13 및 도 14는 도 12의 실시예에 따른 본딩 헤드의 동작을 설명하기 위한 예시도들이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법은 제1 피접합체 상에 제2 피접합체를 접합하기 위한 것으로, 본딩헤드 본체의 하면을 따라 돌설된 다수의 헤드 핀이 제1 피접합체 상에 배치된 제2 피접합체와 접촉됨에 따른 압력 분포를 측정하고, 다수의 헤드 핀의 압력 분포에 따라 다수의 헤드 핀의 높이를 조절하여 제1 피접합체 상에 제2 피접합체를 균일한 압력으로 가압할 수 있도록 제공된다.
실시예에서, 제1 피접합체는 기판 또는 다이를 포함할 수 있다. 제2 피접합체는 기판 또는 다이를 포함할 수 있다. 제1 피접합체와 제2 피접합체의 접합은 기판과 기판의 접합, 기판과 다이의 접합, 또는 다이와 다이의 접합을 포함할 수 있다. 제1 피접합체와 제2 피접합체는 관통 전극(TSV; Through Silicon Via)을 가지는 기판 또는 다이일 수 있다. 관통 전극은 예를 들어, Cu, Co, Pt, Ru, W, Ni 등과 같은 도전성 물질로 제공될 수 있다. 이하에서, 제1 피접합체인 기판 상에 제2 피접합체인 다이를 접합하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드를 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드의 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드의 일부를 나타낸 저면도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드(100)는 기판(10) 상에 다이(20)를 접합하기 위한 것으로, 본딩헤드 본체(110), 다수의 헤드 핀(120), 압력 측정부(130), 구동부(140), 탄성체(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.
본딩헤드 본체(110)는 다수의 헤드 핀(120)과 압력 측정부(130), 구동부(140) 및 탄성체(150)를 수용하기 위한 다수의 홈부(112)를 구비할 수 있다. 홈부(112)는 본딩헤드 본체(110)의 저면으로부터 상방으로 연장되게 형성될 수 있다.실시예에서, 다수의 홈부(112)는 본딩헤드 본체(110)의 저면(하면)에 행과 열을 이루어 배열될 수 있다.
다수의 헤드 핀(120)은 다이(20)와 접촉되는 압력에 따라 홈부(112) 내에서 상하 이동 가능하도록 본딩헤드(100)의 접합면에 장착될 수 있다. 다수의 헤드 핀(120)은 본딩헤드 본체(110)의 하면을 따라 2차원 배열을 이루도록 배치되어 본딩헤드 본체(110)의 하면으로부터 하방으로 돌설될 수 있다. 다수의 헤드 핀(120)은 기판(10) 상에 배치된 다이(20)와 접촉되는 압력에 따라 돌출 길이(하단부 높이)가 변화 가능하도록 본딩헤드 본체(110)에 장착될 수 있다.
탄성체(150)는 헤드 핀(120)에 가해지는 압력을 완충하는 작용을 한다. 헤드 핀(120)은 홈부(112) 내에 삽입된 탄성체(150)에 의해 탄성 지지될 수 있다. 헤드 핀(120)의 상단은 구동부(140)의 작동로드(예를 들어, 실린더 로드) 하단에 결합될 수 있다. 탄성체(150)의 상단은 홈부(112)의 상단부에 마련된 압력 측정부(130)에 결합되고, 하단은 구동부(140)의 상면에 결합될 수 있다. 이에 따라 헤드 핀(120)과 구동부(140)는 탄성체(150)에 의해 탄성 지지될 수 있다.
압력 측정부(130)는 다수의 헤드 핀(120)이 다이(20)와 접촉되는 압력 분포를 측정할 수 있다. 압력 측정부(130)는 헤드 핀(120)과 다이(20) 간의 접촉 압력을 전기 신호로 변환하는 압전 소자로 제공될 수 있다. 압전 소자는 다수의 헤드 핀(120)이 설치된 다수의 홈부(112) 내에 각각 설치될 수 있다.
압력 측정부(130)는 예를 들어, 피에조(Piezo) 소자로 제공될 수 있다. 압력 측정부(130)에 의해 측정된 압력은 제어부(160)로 전달될 수 있다. 제어부(160)는 다수의 압력 측정부(130)로부터 입력되는 압력 신호(압력 분포)에 따라 다수의 구동부(140)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
구동부(140)는 각 헤드 핀(120)과 일대일 대응되도록 홈부(112) 내에 마련될 수 있다. 다수의 구동부(140)는 압력 측정부(130)에 의해 측정된 압력 분포를 기반으로 제어부(160)에서 생성하는 제어 신호에 따라 다수의 헤드 핀(120)의 높이를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(160)는 압력 측정부(130)에 의해 측정된 압력 분포에 따라, 다수의 헤드 핀(120)에 작용하는 압력이 균일해지도록 하는 각 헤드 핀(120)의 목표 높이를 산출할 수 있다. 제어부(160)는 각 헤드 핀(120)의 목표 높이에 따라 각 구동부(140)를 제어할 수 있다. 구동부(140)는 제어부(150)에 의해 제어되어 다수의 헤드 핀(120)의 돌출 길이(하단부 높이)를 조절할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드의 동작을 보여주는 예시도들이다. 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 본딩 헤드(100)에 의하면, 헤드 핀(120)이 다이(20)의 상면에 접촉할 때의 압력을 조정할 수 있으며, 다이들(칩들) 간에 높이 편차가 발생하여도 균일한 하중을 전달할 수 있다.
예를 들어, 다이(20)와 접촉에 의해 헤드 핀(120)에 기준 압력 보다 높은 압력이 가해지는 경우, 제어부(160)는 해당 헤드 핀(120)을 홈부(112) 내에 반입시키도록 구동부(140)를 제어하여 다이(20)와의 접촉에 따른 헤드 핀(120)의 압력이 기준 압력을 초과하지 않도록 할 수 있다.
반대로, 다이(20)와 접촉에 의해 헤드 핀(120)에 가해지는 압력이 기준 압력 보다 낮은 경우, 제어부(160)는 해당 헤드 핀(120)을 홈부(112)로부터 외부로 반출시키도록 구동부(140)를 제어하여 다이(20)와의 접촉에 따른 헤드 핀(120)의 압력이 기준 압력에 도달하도록 할 수 있다.
이에 따라 모든 헤드 핀(120)이 동일한 기준 압력으로 다이(20)를 균일하게 가압하도록 할 수 있다. 여기서, 헤드 핀(120)의 돌출 길이를 제어하기 위한 기준이 되는 기준 압력은 미리 설정되는 압력일 수도 있고, 모든 헤드 핀(120)의 통계값(예를 들어, 평균 압력값)일 수도 있다.
도시되지 않았으나, 본딩 헤드(100)는 XY 평면 상에서 이동 가능하게 구성되고, Z축을 따라 승강 가능하게 구성될 수 있다. 실시예에서, 본딩 헤드(100)는 가열 수단을 구비하여 다수의 헤드 핀(120)을 통해 다이(20)에 열을 전달하도록 구성될 수 있다.
본딩 헤드(100)는 다이(20)에 접합을 위한 열을 전달하기 위한 가열 수단을 구비하지 않을 수도 있다. 이 경우 기판(10)을 지지하는 스테이지 또는 그 주변에 히터를 적용하거나, IR 램프, LED, 레이저 발열 구조 또는 리플로우(Reflow) 방식의 열풍 구조 등을 통해 본딩 공정에 필요한 열을 제공할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 다수의 헤드 핀(120)과 다이(20) 간의 접촉에 따른 압력 분포에 따라 각 헤드 핀(120)의 돌출 길이(하단부 높이)를 제어하여 다수의 헤드 핀(120)에 의해 다이(20)에 균일한 압력을 가하도록 할 수 있으며, 이에 따라 다이(20)가 균일한 접합력으로 기판(10) 상에 접합되게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 기판(10)에 휨이 발생하거나 다이들(20) 간의 높이 편차가 발생하더라도, 기판(10)의 휨 또는 다이들(20)의 높이 편차에 적응적으로 본딩 공정 제어가 가능하다. 또한, 다수의 헤드 핀(120)에 의해 다이들(20)에 균일한 하중을 가하여 다이들(20)을 균일한 접합력으로 접합할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 다이(20)의 영역별로 가해지는 압력의 편차를 줄일 수 있고, 다이들(20) 간의 압력 편차를 줄일 수 있다. 따라서, 전체 다이들(20)을 솔더 범프(B)를 매개로 균일한 접합력으로 접합할 수 있다. 또한, 다이(20)의 특정 영역에 과도한 압력이 집중되는 것을 방지하여 기판(10) 또는 다이(20)에 균열, 파손, 손상 등의 본딩 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 본딩 헤드의 측면도이다. 도 8의 실시예를 설명함에 있어서 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략하기로 한다. 도 8의 실시예에 따른 본딩 헤드(100)는 기판(10) 상에 접합될 다이들(20a, 20b, 20c)의 영역 마다 다수의 헤드 핀(120a, 120b, 120c)이 본딩헤드 본체(110)의 하면에 상하 이동 가능하게 장착된 점에서 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다.
도 8의 실시예에 의하면, 다이들(20a, 20b, 20c)의 영역 마다 다수의 헤드 핀(120a, 120b, 120c)이 설치된 본딩 헤드(100)에 의해 기판(10) 상에 다이들(20a, 20b, 20c)을 동시에 접합할 수 있다. 또한, 기판(10) 및/또는 다이들(20a, 20b, 20c)의 휨이나, 다이들(20a, 20b, 20c)의 높이 편차에 관계 없이 동일한 압력으로 다이들(20a, 20b, 20c)을 가압하여 다이들(20a, 20b, 20c)을 균일한 접합력으로 기판(10) 상에 접합할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 본딩 헤드의 측면도이다. 도 10은 도 9의 실시예에 따른 본딩 헤드의 동작 상태를 예시한 도면이다. 도 9 및 도 10의 실시예를 설명함에 있어서 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략하기로 한다. 도 8 및 도 9에 도시된 실시예에 따른 본딩 헤드(100)는 각 헤드 핀(120)의 단부에 볼 베어링(180)을 매개로 회전 가능하게 가압판(170)이 장착된 점에서 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다.
도 9 및 도 10에 도시된 실시예에 의하면, 가압판(170)에 의해 다이(20)에 접촉되는 면적을 증가시킬 수 있으며, 다이(20)에 보다 균일한 압력을 가하여 기판(10)과 다이(20) 간에 일정한 접합력을 확보할 수 있다. 또한, 가압판(170)에 가열 수단을 구비하는 경우, 가압판(170)에 의해 다이(20)와 접촉 면적을 넓혀 본딩 공정을 위한 열을 다이(20)에 효율적으로 전달할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 본딩 헤드의 측면도이다. 도 11의 실시예를 설명함에 있어서 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략하기로 한다. 도 11에 도시된 실시예에 따른 본딩 헤드(100)는 높이 검출 센서(190)를 더 포함하는 점에서 앞서 설명한 실시예와 차이가 있다.
높이 검출 센서(190)는 기판(10) 상에 배치된 다이(20)의 높이 분포를 측정할 수 있다. 높이 검출 센서(190)에 의해 측정된 다이들(20)의 높이 분포는 제어부(160)로 전달될 수 있다. 제어부(160)는 다이(20)의 높이 분포에 따라 다수의 헤드 핀(120)의 돌출 길이를 결정하여, 다수의 헤드 핀(120)에 의해 균일한 압력으로 다이(20)를 가압할 수 있다.
높이 검출 센서(190)는 하나 이상의 레이저 거리 센서, 3차원 이미지 센서 등으로 제공될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 도 11의 실시예에 의하면, 본딩 공정 초기에 미리 다수의 헤드 핀(120)의 돌출 길이를 설정하여, 본딩 공정 초기부터 다이(20) 전체에 균일한 압력을 가할 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 본딩 헤드의 단면도이다. 도 13 및 도 14는 도 12의 실시예에 따른 본딩 헤드의 동작을 설명하기 위한 예시도들이다. 도 12 내지 도 14의 실시예를 설명함에 있어서 앞서 설명한 실시예와 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 본딩 헤드(100)는 본딩헤드 본체(110) 내에 다수개의 본딩 유닛(200a, 200b, 200c)을 구비할 수 있다. 본딩 유닛(200a, 200b, 200c)은 각각 이동부(210a, 210b, 210c)와 가이드레일(220a, 220b, 220c)을 구비할 수 있다.
이동부(210a, 210b, 210c)는 랙/피니언 기어, 스크류, 구동모터, 구동실린더 등의 구동수단으로 구성될 수 있으나, 이에 제한되지는 않으며, 본딩 유닛(200a, 200b, 200c)을 이동시킬 수 있는 열거되지 않은 다양한 구동수단으로 구현될 수도 있다.
본딩 유닛(200a, 200b, 200c)은 XY 스테이지 등에 의해 이동 가능한 이동부(210a, 210b, 210c)에 의해, 본딩헤드 본체(110) 내에 마련된 공간부(110a, 110b, 110c) 내에서 가이드레일(220a, 220b, 220c)을 따라 수평 방향(XY축 방향)으로 이동 가능하게 제공될 수 있다.
각 본딩 유닛(200a, 200b, 200c)은 다수의 헤드 핀(120a, 120b, 120c)을 구비할 수 있다. 다수의 헤드 핀(120a, 120b, 120c)은 도 3과 동일 또는 유사한 구조로 상하 방향으로 이동되어 다이들(20)과의 접촉에 따른 압력 분포에 따라 그 돌출 길이가 조절될 수 있다.
본딩 헤드(100)는 다이들(20)의 위치 또는 다이들(20) 간의 간격 등을 측정하기 위한 센서(도시 생략)를 구비할 수도 있다. 이러한 센서의 예로는 다이(20)에 이르는 거리를 측정하는 레이저 거리 센서, 3차원 이미지 센서 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 12 내지 도 14의 실시예에 의하면, 다이들(20)의 다양한 위치 및 다양한 간격에 대응하여 본딩 유닛(200a, 200b, 200c)을 이동시켜 다이들(20)을 동시에 기판(10) 상에 접합할 수 있으며, 다이들(20)을 균일한 접합력으로 기판(10) 상에 접합할 수 있다. 또한, 본딩 헤드(100)의 하면 전체 영역에 헤드 핀(120)을 설치하지 않아도 되므로, 다이들(20)의 동시에 접합하기 위한 헤드 핀(120)의 개수를 최소화하여 접합 공정 비용을 절감할 수 있다.
이상에서는 기판 상에 다이를 접합하는 예를 들어 본딩 헤드 및 본딩 방법에 대해 설명하였으나, 본딩 헤드는 기판과 기판을 접합하거나, 기판 이외의 피접합체를 접합하기 위한 용도로 활용될 수도 있다. 제어부는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다.
제어부는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현되거나, 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성되거나 또는 프로세서를 재생시키도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제어부는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 제어부에서 제공하는 기능은 복수의 제어 유닛들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 본딩 방법 중의 적어도 일부(예를 들어, 제어부의 기능)는 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Electrically Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM)과 같은 불휘발성 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광학적 판독 매체 예를 들어 시디롬, 디브이디 등과 같은 형태의 저장매체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 기판
20: 다이
100: 본딩 헤드 110: 본딩헤드 본체
110a, 110b, 110c: 공간부 112: 홈부
120, 120a, 120b, 120c: 헤드 핀 130: 압력 측정부
140: 구동부 150: 탄성체
160: 제어부 170: 가압판
180: 볼 베어링 190: 높이 검출 센서
200a, 200b, 200c: 본딩 유닛 210a, 210b, 210c: 이동부
220a, 220b, 220c: 가이드 레일
100: 본딩 헤드 110: 본딩헤드 본체
110a, 110b, 110c: 공간부 112: 홈부
120, 120a, 120b, 120c: 헤드 핀 130: 압력 측정부
140: 구동부 150: 탄성체
160: 제어부 170: 가압판
180: 볼 베어링 190: 높이 검출 센서
200a, 200b, 200c: 본딩 유닛 210a, 210b, 210c: 이동부
220a, 220b, 220c: 가이드 레일
Claims (15)
- 제1 피접합체 상에 제2 피접합체를 접합하기 위한 본딩 헤드에 있어서,
본딩헤드 본체;
상기 본딩헤드 본체의 하면을 따라 돌설되고, 상기 본딩헤드 본체에 상하 방향으로 형성된 홈부에 상하 방향으로 이동 가능하게 장착되는 다수의 헤드 핀;
상기 다수의 헤드 핀이 상기 제2 피접합체와 접촉됨에 따른 압력 분포를 측정하는 압력 측정부; 및
상기 압력 측정부에 의해 측정된 압력 분포에 따라 상기 다수의 헤드 핀의 돌출 길이를 제어하는 구동부를 포함하는 본딩 헤드. - 제1항에 있어서,
상기 압력 측정부는 상기 다수의 헤드 핀과 상기 제2 피접합체 간의 접촉 압력을 전기 신호로 변환하는 압전 소자를 포함하는 본딩 헤드. - 제1항에 있어서,
상기 홈부 내에 삽입되어 상기 다수의 헤드 핀에 가해지는 압력을 완충하는 탄성체를 더 포함하는 본딩 헤드. - 제1항에 있어서,
상기 압력 측정부에 의해 측정된 압력 분포에 따라 상기 다수의 헤드 핀에 작용하는 압력이 균일해지도록 하는 상기 다수의 헤드 핀의 목표 높이를 산출하고, 상기 다수의 헤드 핀의 목표 높이에 따라 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 본딩 헤드. - 제1항에 있어서,
상기 헤드 핀의 단부에 볼 베어링을 매개로 회전 가능하게 장착되는 가압판을 더 포함하는 본딩 헤드. - 제1항에 있어서,
상기 제2 피접합체의 높이 분포를 측정하는 높이 검출 센서를 더 포함하고, 상기 구동부는 상기 제2 피접합체의 높이 분포에 따라 상기 다수의 헤드 핀을 구동하는 본딩 헤드. - 제1항에 있어서,
상기 본딩헤드 본체 내에 수평 방향으로 이동 가능하게 마련되는 다수개의 본딩 유닛을 포함하고,
상기 다수의 헤드 핀은 상기 다수개의 본딩 유닛에 각각 장착되는 본딩 헤드. - 제1항에 있어서,
상기 제2 피접합체의 위치 또는 제2 피접합체들 간의 간격에 따라 상기 다수개의 본딩 유닛을 이동시키는 제어부를 더 포함하는 본딩 헤드. - 제1항에 있어서,
상기 구동부는 기준 압력 보다 낮은 압력으로 가압되는 헤드 핀을 상기 본딩헤드 본체의 하면으로부터 돌출시키고, 상기 기준 압력 보다 높은 압력으로 가압되는 헤드 핀을 상기 홈부 내로 반입시키는 본딩 헤드. - 본딩 헤드에 의해 제1 피접합체 상에 제2 피접합체를 접합하는 본딩 방법에 있어서,
상기 본딩 헤드의 압력 측정부에 의해, 본딩헤드 본체의 하면을 따라 돌설되는 다수의 헤드 핀이 상기 제2 피접합체와 접촉됨에 따른 압력 분포를 측정하는 단계; 및
상기 본딩 헤드의 구동부에 의해, 상기 다수의 헤드 핀이 상기 제2 피접합체와 접촉되는 압력 분포에 따라 상기 본딩헤드 본체의 하면으로부터의 상기 다수의 헤드 핀의 돌출 길이를 제어하는 단계를 포함하는 본딩 방법. - 제10항에 있어서,
상기 다수의 헤드 핀의 돌출 길이를 제어하는 단계는,
제어부에 의해, 상기 압력 분포에 따라 상기 다수의 헤드 핀에 작용하는 압력이 균일해지도록 하는 상기 다수의 헤드 핀의 목표 높이를 산출하는 단계; 및
상기 구동부에 의해, 상기 다수의 헤드 핀의 목표 높이에 따라 상기 구동부를 제어하는 단계를 포함하는 본딩 방법. - 제10항에 있어서,
높이 검출 센서에 의해, 상기 제2 피접합체의 높이 분포를 측정하는 단계를 더 포함하고,
상기 다수의 헤드 핀의 돌출 길이를 제어하는 단계는,
상기 구동부에 의해, 상기 제2 피접합체의 높이 분포에 따라 상기 다수의 헤드 핀을 상하 방향으로 구동하는 단계를 포함하는 본딩 방법. - 제10항에 있어서,
상기 다수의 헤드 핀을 구비하고 상기 본딩헤드 본체 내에 수평 방향으로 이동 가능하게 마련되는 다수개의 본딩 유닛의 위치를 상기 제2 피접합체의 위치 또는 제2 피접합체들 간의 간격에 따라 조절하는 단계를 더 포함하는 본딩 방법. - 제10항에 있어서,
상기 다수의 헤드 핀의 돌출 길이를 제어하는 단계는,
상기 구동부에 의해, 기준 압력 보다 낮은 압력으로 가압되는 헤드 핀을 상기 본딩헤드 본체의 하면으로부터 돌출시키는 단계; 및
상기 구동부에 의해, 상기 기준 압력 보다 높은 압력으로 가압되는 헤드 핀을 상기 본딩헤드 본체 내에 반입시키는 단계를 포함하는 본딩 방법. - 제14항에 있어서,
상기 다수의 헤드 핀이 상기 홈부 내에 삽입된 탄성체에 의해 완충되는 상태에서 상기 다수의 헤드 핀의 단부에 볼 베어링을 매개로 회전 가능하게 장착된 가압판에 의해 상기 제2 피접합체를 가압하여 상기 제2 피접합체를 상기 제1 피접합체 상에 접합하는 단계를 더 포함하는 본딩 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190116177A KR102361472B1 (ko) | 2019-09-20 | 2019-09-20 | 본딩 헤드 및 본딩 방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1020190116177A KR102361472B1 (ko) | 2019-09-20 | 2019-09-20 | 본딩 헤드 및 본딩 방법 |
Publications (2)
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