WO2011159035A2 - 다이 본딩 장치의 본드 헤드 - Google Patents

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WO2011159035A2
WO2011159035A2 PCT/KR2011/003797 KR2011003797W WO2011159035A2 WO 2011159035 A2 WO2011159035 A2 WO 2011159035A2 KR 2011003797 W KR2011003797 W KR 2011003797W WO 2011159035 A2 WO2011159035 A2 WO 2011159035A2
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collet
collet shaft
die
shaft
bond head
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지승용
서경석
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한미반도체 주식회사
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    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01082—Lead [Pb]

Definitions

  • the present invention relates to a bond head of a die bonding apparatus, and more particularly, to a bond head of a die bonding apparatus that continuously and repeatedly performs a task of vacuum-sucking a die from a wafer to convey and pressurize the die to a substrate.
  • a semiconductor manufacturing process includes a sawing process of cutting a wafer and individualizing it into a die, which is a semiconductor chip, a die bonding process of attaching the individualized dies to a substrate, and electrically connecting the die and the connection pads of the substrate. And a wire bonding step, a molding step of molding the die and a peripheral portion of the die, and a step of forming an external connection terminal on a ball pad of the substrate.
  • the die bonding process is performed by applying an adhesive to a substrate such as a printed circuit board and a lead frame, and then pressing the die onto the substrate.
  • the sawing die is picked up from the wafer, conveyed to the substrate and pressurized by the bond head.
  • a typical bond head vacuum suctions a die on a wafer using a collet having a pneumatic flow path in the center, and then quickly moves to a substrate position to lower the die while applying a constant pressure to a designated position on the substrate. . Therefore, in order to prevent damage to the die during the operation of the bond head, the collet of the bond head is configured to be able to flow a certain amount up and down.
  • the bond head lowers the die to the substrate, the die must be seated in the correct direction at the designated position on the substrate, so that the die is rotated a predetermined angle about the vertical axis of the die while the bond head conveys the die from the wafer to the substrate. Correctly correct the direction of and then seat it on the substrate.
  • the collet of the bond head must be configured to be capable of rotating and vertically moving with respect to the bond head body, so that a ball bearing that enables rotational movement is interposed between the collet shaft on which the collet is mounted and the mounting portion on which the collet shaft is mounted. Since the ball bearing is made of metal, in order for the collet shaft to be durable against the ball bearing, the collet shaft must also be made of metal, thereby increasing the weight of the entire bond head.
  • the conventional bond head has a structure in which the mounting portion on which the collet shaft is mounted to be movable up and down by the elevating guide member for vertical movement of the collet shaft. Therefore, the weight is increased due to the elevating guide member, and the structure is complicated.
  • the bond head moves from the wafer to the substrate at high speed, the die head is prevented from changing in the die direction due to the flow of the collet, and the collet picks up the die from the wafer and lowers the die by applying a predetermined pressure to the substrate.
  • the collet is to be controlled static pressure at a predetermined pressure in the vertical direction, the conventional bond head is configured to move the entire collet shaft mounting portion equipped with the collet up and down, so that a large capacity voice coil motor VCM: Voice Coil Motor must be used.
  • VCM Voice Coil Motor
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a bond head of a die bonding apparatus that is simple in structure, light in weight, and facilitates constant pressure control to implement stable operation.
  • the bond head of the die bonding apparatus for picking up the die from the wafer to transfer to the substrate, the body portion is formed so that the mount hole penetrates in the vertical direction;
  • a collet shaft provided with a collet for allowing a rotary movement about an axis perpendicular to the mount hole of the body portion and a lifting movement in an up and down direction, and having a die suctioned under vacuum at a lower end thereof; It is installed between the inner circumferential surface of the mount hole and the collet shaft, the air gap is formed between the inner circumferential surface of the hollow portion and the outer circumferential surface of the collet shaft to form a gap for flowing the collet shaft by the air injected into the void
  • the collet shaft is rotatably and vertically supported with respect to the body part using the air bearing, the collet shaft can be manufactured using a lightweight material, thereby reducing the total weight of the bond head.
  • the static pressure control unit such as a magnetic body or voice coil motor (VCM) in the upper part of the collet shaft elastically supports the collet shaft while controlling the static pressure of the collet shaft at a set pressure, thereby simplifying the structure of the bond head. And the total weight of the bond head can be significantly reduced than conventional.
  • VCM voice coil motor
  • the manufacturing cost of the bond head can be reduced, and the static pressure control during the process can be easily and stably achieved.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a bond head of a die bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view illustrating an operation of picking up a die using the bond head of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view illustrating an operation of picking up a die using the bond head of FIG. 1.
  • 3 and 4 are plan views showing one embodiment of the rotating unit of the bond head according to the present invention.
  • FIG. 5 is a graph schematically showing a signal waveform generated from a sensor according to a position of a sensor dog during a control position setting operation.
  • FIGS. 3 and 4 are views similar to FIGS. 3 and 4, which are plan views showing another embodiment of the rotating unit of the bond head according to the present invention.
  • the bond head for the die bonding apparatus is largely the body portion 10, the collet shaft 30, the air bearing member 20, the static pressure control unit, the rotation It includes a unit.
  • the body portion 10 is coupled to the linear movement device in the upper portion of the die bonding device is configured to be movable in the horizontal direction and the vertical direction, the mount hole in which the collet shaft 30 and the air bearing member 20 is installed ( 11) is formed to penetrate in the vertical direction.
  • the collet shaft 30 is a component that vacuum-sucks the die, and a conical collet 31 having a lower end point is detachably mounted to the lower portion of the collet shaft 30.
  • a pneumatic flow path 32 is formed in the center of the collet shaft 30 so as to penetrate in the vertical direction.
  • the pneumatic flow path 32 is connected to a pneumatic line 70 of an external vacuum pressure forming device (not shown).
  • a lens 60 is mounted inside the upper portion of the pneumatic flow path 32 to transmit light and block air flow.
  • the lens 60 provides a function to allow shooting in the same state by transmitting light during vision shooting to find the correct pickup position of the collet 31 after replacing the collet 31 of the collet shaft 30. do.
  • the upper end of the collet shaft 30 is formed with a diameter larger than the diameter of the collet shaft 30, the seating portion 34 for supporting the collet shaft 30 is mounted on the upper side of the air bearing member (20).
  • the air bearing member 20 is formed in the form of a hollow tube installed inside the mount hole 11 of the body portion 10, between the inner peripheral surface of the hollow portion of the air bearing member 20 and the outer peripheral surface of the collet shaft 30 By the air supplied to the collet shaft 30 serves to support the rotational movement and the vertical movement around the vertical axis. Fine pores exist between the inner circumferential surface of the hollow portion of the air bearing member 20 and the outer circumferential surface of the collet shaft 30, and the air is injected into the pores so that the collet shaft 30 is not in contact with the inner circumferential surface of the air bearing member 20. Is supported by. Although not shown, the inner circumferential surface of the air bearing member 20 is connected to an external pneumatic device to receive air.
  • Reference numeral 22 is an O-ring type elastic ring made of a flexible material such as rubber for fixing the air bearing member 20 to the inner circumferential surface of the mount hole 11.
  • the positive pressure control unit presses the upper end of the collet shaft 30 to a predetermined pressure to maintain the state in which the collet shaft 30 is not moved while the collet 31 picks up and transports the die D.
  • the collet 31 serves to pressurize to a predetermined pressure when pressing while seating the die on the substrate.
  • the positive pressure control unit is installed on the upper end of the collet shaft 30 by the first magnetic body 41 and the upper end of the body portion 10 by interaction with the first magnetic body 41
  • the second magnetic body 42 elastically supports the collet shaft 30 by the generated magnetic force.
  • the first and second magnetic bodies 41 and 42 may be configured using permanent magnets having the same pole, but may be formed of a coil-type magnetic body that generates a magnetic force by a coil wound on an outer surface of the power source applied from the outside. It may be.
  • the first magnetic material 41 and the second magnetic material 42 may be configured to be able to adjust the distance between each other to adjust the magnitude of the generated magnetic force.
  • a voice coil motor may be used as the static pressure control unit.
  • VCM voice coil motor
  • more precise pressure control may be performed at each working position.
  • the rotation unit serves to align the direction of the die D by rotating the collet shaft 30 at any desired angle about a vertical axis.
  • the rotation unit is coupled to a drive motor 51 installed at an upper end of the body part 10 and an axis of the drive motor 51 to rotate.
  • a drive gear 52 and a gear 54 having one end coupled to the upper portion of the collet shaft 30 and engaged with the drive gear 52 at the other end are formed to rotate by rotation of the drive gear 52. It consists of a driven gear 53.
  • the drive gear 52 and the driven gear part 53 is made of spur gears, but various kinds of gears may be used.
  • the collet shaft 30 is tensioned laterally.
  • the outer circumferential surface of the collet shaft 30 can rotate while maintaining a non-contact state with the inner circumferential surface of the air bearing member 20 without being inclined or deflected.
  • the driven gear 53 engaged thereto rotates, and at one end of the driven gear 53.
  • the connected collet shaft 30 is rotated about a vertical axis in the air bearing member 20.
  • the rotation unit is configured with a control position setting member for setting the initial position value for the rotational direction of the collet shaft 30 and the control position value for the up and down direction.
  • a metal sensor dog 55 installed on one side of the driven gear part 53 and a relative position with the sensor dog 55 installed on the body part 10. It is composed of a sensor 56 for detecting the.
  • the sensor 56 may be configured using a proximity sensor configured to detect when the sensor dog 55 approaches or moves within a predetermined distance range.
  • the sensor dog 55 is installed in the driven gear 53, otherwise the sensor dog 55 is installed in the body 10, the sensor 56 on the driven gear 53 side It may be installed.
  • the bond head configured as described above operates as follows.
  • air is supplied at a predetermined pressure to a gap between the inner circumferential surface of the hollow portion of the air bearing member 20 and the outer circumferential surface of the collet shaft 30 through an external pneumatic device (not shown). Air acts as a bearing so that the collet shaft 30 can be rotated and lifted in a non-contact state with respect to the air bearing member 20.
  • the body portion 10 moves on the wafer W and lowers from the position at which the die D is to be picked up.
  • a vacuum pressure is formed in the pneumatic flow path 32 while the suction force is generated through the pneumatic line 70 in communication with the pneumatic flow path 32 of the collet shaft 30.
  • the upper end of the collet shaft 30 is under pressure by the first and second magnetic bodies 41 and 42, which are positive pressure control units, so the collet shaft 30 and The combined collet 31 is pressed to the die D on the wafer W at a predetermined pressure to suck the die D in vacuum.
  • the body portion 10 is lifted by the linear motion device (not shown) and moved on the substrate.
  • a predetermined control signal is applied to the drive motor 51 through a controller (not shown) of the die bonding apparatus in the process of moving the body part 10, so that the drive motor 51 is operated to drive the driven gear part 53.
  • the collet shaft 30 By rotating the collet shaft 30 at a predetermined angle, thereby correcting the direction of the die D vacuum-adsorbed to the collet 31 in the correct direction to be mounted on the substrate (not shown).
  • the process of bonding the die D of the wafer W by vacuum suction to the substrate is performed at a very high speed. Therefore, when the bond head moves the substrate by vacuum suction of the die D of the wafer W, a large inertial force is exerted on the collet shaft 30, but the first and second magnetic bodies of which the collet shaft 30 is a positive pressure control unit. Since the state of being pressed downward by a predetermined pressure by the magnetic force of (41, 42) is maintained, the phenomenon in which the collet shaft 30 is moved and the direction of the die D is displaced in the moving process is not generated.
  • control position value with respect to the rotation direction of the collet shaft 30 and the control position value with respect to the up-down direction must be set correctly.
  • Direction correction and pick-up of die D can be made accurately.
  • control position setting operation is performed as follows.
  • the sensor 56 rises as the sensor dog 55 approaches, as shown in FIG. 5.
  • the output of the sensor 56 exceeds the set value, and when the output is maximum, the rotation direction of the collet shaft 30 is increased. Set to the control position value for.
  • the driving motor 51 is operated in reverse to detach the sensor dog 55 directly to the outside of the sensing area SA of the sensor 56. Then, the driving motor 51 is operated in the same direction as the first time, and the sensor dog 55 is slowly moved toward the sensor 56, and then the sensor dog 55 is placed on the boundary of the sensing area SA of the sensor 56. When it reaches, the operation of the drive motor 51 is stopped. Then, the body portion 10 of the bond head is lowered to lower the collet shaft 30 slowly.
  • the collet shaft 30 When the lower end of the collet 31 is pressed against the die D on the wafer W, the collet shaft 30 is moved upward with respect to the air bearing member 20, and thus the sensor dog 55 Is away from the sensor 56, the output value of the sensor 56 is lowered and out of the detection area SA, so the controller (not shown) of the die bonding apparatus is positioned at the up and down direction of the collet shaft 30 at this time. Set to a value.
  • the driving motor 51, the driving gear 52, and the driven gear part 53 are configured as the rotating unit for rotating the collet shaft 30 in the above-described embodiment, the embodiment of FIG. 6 and FIG.
  • the drive motor 151, the drive link 152 is axially coupled to the drive motor 151 and rotated, and the operation pin 153 formed to protrude in the vertical direction at the end of the drive link 152.
  • a driven link 154 having one end fixedly coupled to an upper end of the collet shaft 30 and a guide groove 154a into which the operation pin 153 is inserted at the other end thereof.
  • reference numerals 155 and 156 are sensors installed in the driven link 154 and the body 10 to configure the control positioning member, respectively. 155 and the setting of the rotational direction initial position value and the vertical direction control position value of the collet shaft 30 by the sensor 156 can be made in the same manner as the first embodiment described above, and the detailed description thereof will be omitted.
  • the collet 31 which vacuum-adsorbs the die D is also replaced according to the kind of die D. As shown in FIG. When the collet 31 is replaced, the collet 31 may be displaced due to the tolerance of the collet 31. In this case, it is necessary to check the misplaced position of the collet 31 so that accurate work can be made. To this end, a vision camera (not shown) is positioned above the collet shaft 30, a positioning jig (not shown) is placed below the collet 31, and the center of the first and second magnetic bodies 41 and 42 is disposed.
  • the collet shaft 30 on which the collet 31 is mounted is supported by the air bearing member 20 so as to be rotatable and liftable. Can be produced.
  • the positive pressure control unit for controlling the static pressure of the collet shaft 30 is configured directly above the collet shaft 30 to press the collet shaft 30 to a set pressure, the configuration becomes simple, and the overall weight can be drastically reduced. There is an advantage to that.
  • the present invention can be usefully applied to pick up dies, chips and the like from a substrate such as a wafer and transfer them to a designated process position in the manufacture of semiconductor packages, electronic components and the like.

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Abstract

본 발명은 다이 본딩 장치의 본드 헤드에 관한 것으로, 본 발명에 따른 다이 본딩 장치의 본드 헤드는, 웨이퍼에서 다이를 픽업하여 기판으로 이송하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드에 있어서, 상하방향으로 마운트홀이 관통되게 형성되어 있는 몸체부와; 상기 몸체부의 마운트홀에 수직한 축을 중심으로 한 회전 운동 및 상하 방향으로의 승강 운동 가능하게 설치되며, 하단부에 다이가 진공 흡착되는 콜렛이 구비된 콜렛샤프트와; 상기 마운트홀의 내주면과 상기 콜렛샤프트 사이에 설치되며, 중공부 내주면과 상기 콜렛샤프트의 외주면 사이에 외부에서 공급되는 공기가 유동할 수 있는 공극이 형성되어 상기 공극에 주입된 공기에 의해 상기 콜렛샤프트를 회전 운동 및 상하 운동 가능하게 지지하는 에어베어링부재와; 상기 콜렛샤프트를 수직한 축을 중심으로 임의의 각도로 회전 운동시키는 회동유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다이 본딩 장치의 본드 헤드
본 발명은 다이 본딩 장치의 본드 헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼에서 다이를 진공 흡착하여 기판으로 반송 및 가압하는 작업을 연속 반복적으로 수행하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조 공정은 웨이퍼를 절단하여 반도체 칩인 다이(die)로 개별화하는 소잉(Sawing)공정, 개별화된 다이들을 기판에 부착하는 다이 본딩 공정, 상기 다이와 상기 기판의 접속 패드들을 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 공정, 상기 다이와 상기 다이의 주변부를 몰딩하는 몰딩공정 및 상기 기판의 볼 패드에 외부 접속 단자를 형성하는 공정 등을 포함하여 이루어진다.
상기 다이 본딩 공정은 인쇄회로기판, 리드 프레임 등의 기판에 접착제를 도포한 후 상기 다이를 상기 기판에 가압하여 이루어진다. 상기 소잉된 다이를 웨이퍼에서 픽업하고 기판으로 반송하여 가압하는 작업은 본드 헤드에 의해 수행된다.
통상의 본드 헤드는 중앙에 공압유로가 형성되어 있는 콜렛(collet)을 이용하여 웨이퍼 상의 다이를 진공 흡착한 다음, 신속하게 기판 위치로 이동하여 기판의 지정된 위치에 일정한 압력을 가하면서 다이를 내려놓는다. 따라서, 본드 헤드의 동작이 이루어지는 과정에서 다이의 손상을 방지하기 위해서 본드 헤드의 콜렛이 상하로 일정량 유동이 가능하게 구성된다. 또한, 본드 헤드가 다이를 기판에 내려 놓을 때 다이가 기판의 지정된 위치에 정확한 방향으로 안착되어야 하므로 본드 헤드가 웨이퍼에서 기판으로 다이를 반송하는 과정에서 콜렛이 수직한 축을 중심으로 소정 각도 회전하여 다이의 방향을 정확하게 보정한 다음 기판에 안착시킨다.
이와 같이 본드 헤드의 콜렛은 본드 헤드 몸체에 대해 회전 운동 및 상하 운동이 가능하게 구성되어야 하므로 콜렛이 장착되는 콜렛샤프트와 이 콜렛샤프트가 장착되는 장착부 사이에는 회전 운동을 가능하게 하는 볼베어링이 개재되는데, 상기 볼베어링은 금속으로 이루어지기 때문에 콜렛샤프트가 볼베어링에 대해 내구성을 가지기 위해서는 콜렛샤프트 역시 금속으로 이루어져야 하므로 본드 헤드 전체의 중량이 증가하게 된다.
또한, 종래의 본드 헤드는 상기 콜렛샤프트의 상하 이동을 위해 콜렛샤프트가 장착되는 장착부가 승강 가이드부재에 의해 본드 헤드 몸체에 상하로 이동 가능하게 연결되는 구조를 갖는다. 따라서, 승강 가이드부재로 인하여 중량이 가중되고, 구조가 복잡해지는 문제가 수반된다.
이와 더불어, 본드 헤드가 웨이퍼에서 기판으로 고속으로 이동할 때 콜렛의 유동에 의한 다이 방향의 변화를 방지하고, 콜렛이 웨이퍼에서 다이를 픽업하는 작업과 다이를 기판에 소정 압력을 가하여 내려 놓는 작업을 수행할 때 콜렛이 상하 방향으로 소정의 압력으로 정압 제어되어야 하는데, 종래의 본드 헤드는 콜렛이 장착된 콜렛샤프트 장착부 전체가 상하로 이동하도록 구성되어 있기 때문에 전술한 정압 제어를 위해 대용량의 보이스코일모터(VCM: Voice Coil Motor)를 사용해야 한다. 따라서, 본드 헤드 전체 중량이 더욱 증가하게 된다.
이러한 본드 헤드의 중량 증가는 고속 이동을 어렵게 하고, 다이의 파손을 유발하는 문제를 발생시킨다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 구조적으로 단순하고, 가벼우며, 정압 제어가 용이하여 안정적인 동작을 구현할 수 있는 다이 본딩 장치의 본드 헤드를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 웨이퍼에서 다이를 픽업하여 기판으로 이송하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드에 있어서, 상하방향으로 마운트홀이 관통되게 형성되어 있는 몸체부와; 상기 몸체부의 마운트홀에 수직한 축을 중심으로 한 회전 운동 및 상하 방향으로의 승강 운동이 가능하게 설치되며, 하단부에 다이가 진공 흡착되는 콜렛이 구비된 콜렛샤프트와; 상기 마운트홀의 내주면과 상기 콜렛샤프트 사이에 설치되며, 중공부 내주면과 상기 콜렛샤프트의 외주면 사이에 외부에서 공급되는 공기가 유동할 수 있는 공극이 형성되어 상기 공극에 주입된 공기에 의해 상기 콜렛샤프트를 회전 운동 및 상하 운동 가능하게 지지하는 에어베어링부재와; 상기 콜렛샤프트를 수직한 축을 중심으로 임의의 각도로 회전 운동시키는 회동유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드를 제공한다.
본 발명에 따르면, 에어베어링을 사용하여 콜렛샤프트를 몸체부에 대해 회전 운동 및 상하 운동 가능하게 지지하므로 콜렛샤프트를 경량 소재를 사용하여 제작할 수 있게 되어 본드 헤드의 전체 중량을 줄일 수 있다.
또한, 콜렛샤프트의 상부에서 자성체 또는 보이스코일모터(VCM: Voice Coil Motor)와 같은 정압제어유닛으로 콜렛샤프트를 탄성적으로 지지하면서 콜렛샤프트를 설정된 압력으로 정압 제어하므로 본드 헤드의 구조를 더욱 단순화시킬 수 있으며, 본드 헤드의 전체 중량을 기존보다 획기적으로 줄일 수 있다.
따라서, 본드 헤드의 제작 비용을 줄일 수 있으며, 공정 중 정압 제어가 용이하고 안정적으로 이루어질 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 장치의 본드 헤드의 구성을 나타낸 종단면도이다.
도 2는 도 1의 본드 헤드를 이용하여 다이를 픽업하는 동작을 나타낸 종단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 본드 헤드의 회동유닛의 일 실시예를 나타낸 평면도들이다.
도 5는 제어위치 설정 작업시 센서도그의 위치에 따라 센서에서 발생하는 신호 파형을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 6 및 도 7은 도 3 및 도 4와 유사한 도면으로, 본 발명에 따른 본드 헤드의 회동유닛의 다른 실시예를 나타낸 평면도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다이 본딩 장치용 본드 헤드의 바람직한 실시예를 상세히 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 본딩 장치용 본드 헤드는 크게 몸체부(10)와, 콜렛샤프트(30), 에어베어링부재(20), 정압제어유닛, 회동유닛을 포함한다.
상기 몸체부(10)는 다이 본딩 장치의 상부에서 선형운동장치에 결합되어 수평 방향 및 상하 방향으로 이동 가능하게 구성되며, 상기 콜렛샤프트(30) 및 에어베어링부재(20)가 설치되는 마운트홀(11)이 상하방향으로 관통되게 형성되어 있다.
상기 콜렛샤프트(30)는 다이를 진공 흡착하는 구성요소로서, 콜렛샤프트(30)의 하부에는 하단부가 뾰족한 원추형의 콜렛(31)이 착탈 가능하게 장착된다. 그리고, 상기 콜렛샤프트(30)의 중앙부에는 공압유로(32)가 상하방향으로 관통되게 형성되어 있다. 상기 공압유로(32)는 외부의 진공압형성장치(미도시)의 공압라인(70)에 연결된다. 또한, 상기 공압유로(32)의 상부 내측에는 빛은 투과시키고 공기 흐름은 차단하는 렌즈(60)가 장착된다. 상기 렌즈(60)는 콜렛샤프트(30)의 콜렛(31)을 교체한 후 콜렛(31)의 정확한 픽업 위치를 찾기 위한 비전 촬영시 빛을 투과시킴으로써 바로 그 상태에서 촬영이 가능하게 하는 기능을 제공한다. 상기 콜렛샤프트(30)의 상단부에는 콜렛샤프트(30)가 에어베어링부재(20) 상측에 얹혀진 상태로 지지되도록 하는 안착부(34)가 콜렛샤프트(30)의 직경보다 큰 직경으로 형성되어 있다.
상기 에어베어링부재(20)는 상기 몸체부(10)의 마운트홀(11) 내측에 설치되는 중공관 형태로 이루어지며, 에어베어링부재(20)의 중공부 내주면과 콜렛샤프트(30)의 외주면 사이에 공급되는 공기에 의해 콜렛샤프트(30)가 수직한 축을 중심으로 회전 운동 및 상하로 이동 가능하게 지지하는 기능을 한다. 상기 에어베어링부재(20)의 중공부 내주면과 콜렛샤프트(30)의 외주면 간에는 미세한 공극이 존재하여, 이 공극으로 공기가 주입되면서 콜렛샤프트(30)가 에어베어링부재(20)의 내주면에 비접촉 상태로 지지된다. 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 에어베어링부재(20)의 내주면은 외부의 공압장치와 연결되어 공기를 공급받는다. 미설명부호 22는 에어베어링부재(20)를 마운트홀(11)의 내주면에 밀착시켜 고정시키기 위한 고무 등의 유연한 재질로 이루어진 오링(O-ring) 형태의 탄성링이다.
상기 정압제어유닛은 콜렛샤프트(30)의 상단부를 소정 압력으로 가압하여 상기 콜렛(31)이 다이(D)를 픽업하여 이송하는 과정에서 콜렛샤프트(30)가 움직이지 않고 정지된 상태를 유지함과 더불어 콜렛(31)이 기판에 다이를 안착시키면서 가압할 때 설정된 압력으로 가압될 수 있도록 하는 작용을 한다.
이 실시예에서 상기 정압제어유닛은 콜렛샤프트(30)의 상단부에 설치되는 제1자성체(41)와, 상기 몸체부(10)의 상단부에 설치되어 상기 제1자성체(41)와의 상호 작용에 의해 발생하는 자력에 의해 콜렛샤프트(30)를 탄성적으로 지지하는 제2자성체(42)로 구성된다. 여기서, 상기 제1,2자성체(41, 42)는 같은 극을 갖는 영구자석을 사용하여 구성될 수도 있지만, 외면에 코일이 감겨져 외부에서 인가되는 전원에 의해 자력을 발생시키는 코일형 자성체로 구성될 수도 있다. 그리고, 상기 제1자성체(41)와 제2자성체(42)는 생성되는 자력의 크기를 조절할 수 있도록 상호 간의 거리 조절이 가능하게 구성될 수 있다.
이외에도 상기 정압제어유닛으로서 보이스코일모터(VCM: Voice Coil Motor)를 이용할 수도 있는데, 보이스코일모터를 사용하게 되면 각각의 작업 위치에서 더욱 정밀한 압력 제어를 할 수 있다.
상기 회동유닛은 상기 콜렛샤프트(30)를 수직한 축을 중심으로 임의의 원하는 각도로 회전 운동시킴으로써 다이(D)의 방향을 정렬하는 작용을 한다. 이 실시예에서 상기 회동유닛은 도 1 및 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 몸체부(10)의 상단부에 설치되는 구동모터(51)와, 상기 구동모터(51)의 축에 결합되어 회전하는 구동기어(52)와, 일단이 상기 콜렛샤프트(30)의 상부에 결합되고 타단에 상기 구동기어(52)와 치합하는 기어이(54)가 형성되어 상기 구동기어(52)의 회전에 의해 회전운동하는 종동기어부(53)로 구성된다. 이 실시예에서 상기 구동기어(52) 및 종동기어부(53)는 스퍼기어(spur gear)로 이루어지나, 이외에도 다양한 종류의 기어가 사용될 수 있다. 상기 구동모터(51)의 회전력을 콜렛샤프트(30)에 전달하는 유닛으로서 평기어로 이루어진 구동기어(52) 및 종동기어부(53)가 사용되면, 콜렛샤프트(30)가 측방향으로 장력을 받아 기울어지거나 편향되는 현상이 발생하지 않고 콜렛샤프트(30)의 외주면이 에어베어링부재(20)의 내주면과 비접촉 상태를 유지하면서 회전운동할 수 있는 이점이 있다.
상기와 같이 구성된 회동유닛은 구동모터(51)에 전원이 인가되어 구동기어(52)가 회전하면, 이에 치합된 종동기어부(53)가 회전운동하게 되고, 종동기어부(53)의 일단에 연결된 콜렛샤프트(30)가 에어베어링부재(20) 내에서 수직한 축을 중심으로 회전 운동하게 된다.
한편, 상기 회동유닛에는 콜렛샤프트(30)의 회전 방향에 대한 초기 위치값 및 상하 방향에 대한 제어 위치값을 설정하기 위한 제어위치 설정부재가 구성된다. 이 실시예에서 상기 제어위치 설정부재로 상기 종동기어부(53)의 일편에 설치되는 금속 재질의 센서도그(55)와, 상기 몸체부(10)에 설치되어 상기 센서도그(55)와의 상대 위치를 검출하는 센서(56)로 구성된다. 상기 센서(56)는 센서도그(55)가 일정 거리 범위 내로 접근하거나 멀어질 때 이를 감지하도록 된 근접센서를 이용하여 구성될 수 있다. 물론, 이 실시예에서 상기 센서도그(55)는 종동기어부(53)에 설치되나, 이와 다르게 센서도그가 몸체부(10)에 설치되고, 센서(56)가 종동기어부(53) 측에 설치될 수도 있다.
상기와 같이 구성된 본드 헤드는 다음과 같이 작동한다.
본드 헤드의 가동이 시작되면, 외부의 공압장치(미도시)를 통해서 에어베어링부재(20)의 중공부 내주면과 콜렛샤프트(30)의 외주면 사이의 공극에 소정의 압력으로 공기가 공급되고, 이 공기가 베어링 작용을 하여 콜렛샤프트(30)가 에어베어링부재(20)에 대해 비접촉 상태로 회전 운동 및 승강 운동이 가능한 상태로 된다.
이 상태에서 몸체부(10)가 웨이퍼(W) 상으로 이동하여 다이(D)를 픽업할 위치에서 하측으로 하강한다. 이 때, 상기 콜렛샤프트(30)의 공압유로(32)와 연통된 공압라인(70)을 통해 흡입력이 발생하면서 공압유로(32) 내에 진공압이 형성된다. 상기 콜렛(31)의 하단부가 픽업할 다이(D)의 상단부에 접촉하면, 다이(D)가 콜렛(31)의 하단부에 진공 흡착되어 고정된다. 이 때, 도 2에 도시된 것과 같이 상기 콜렛샤프트(30)의 상단부는 정압제어유닛인 제1,2자성체(41, 42)에 의해 하측으로 가압력을 받고 있는 상태이므로 콜렛샤프트(30) 및 이에 결합된 콜렛(31)이 웨이퍼(W) 상의 다이(D)에 소정의 압력으로 눌려지면서 다이(D)를 진공 흡착하게 된다.
이어서, 몸체부(10)가 선형운동장치(미도시)에 의해 상승하여 기판 상으로 이동한다. 이 때, 몸체부(10)가 이동하는 과정에서 다이 본딩 장치의 콘트롤러(미도시)를 통해서 구동모터(51)에 소정의 제어신호가 인가되어 구동모터(51)가 작동하여 종동기어부(53)를 소정 각도 회전시키고, 이로써 콜렛샤프트(30)를 소정 각도로 회전시켜 콜렛(31)에 진공 흡착된 다이(D)의 방향을 기판(미도시)에 장착될 정확한 방향으로 보정한다.
그리고, 본드 헤드가 웨이퍼(W)의 다이(D)를 진공 흡착하여 기판(미도시)으로 이송하는 과정은 매우 고속으로 이루어진다. 따라서, 본드 헤드가 웨이퍼(W)의 다이(D)를 진공 흡착하여 기판으로 이동할 때 콜렛샤프트(30)에 큰 관성력이 가해지게 되지만, 콜렛샤프트(30)가 정압제어유닛인 제1,2자성체(41, 42)의 자력에 의해 하측으로 소정의 압력으로 가압된 상태를 유지하게 되므로 이동 과정에서 콜렛샤프트(30)가 움직여 다이(D)의 방향이 틀어지는 현상은 발생하지 않는다.
상기 콜렛(31)에 흡착된 다이(D)가 기판에 내려 놓을 위치 상에 정렬되면, 몸체부(10)가 하강하여 콜렛(31)에 흡착된 다이(D)를 기판(미도시) 상에 내려놓으면서 소정의 압력으로 가압한 다음, 다시 몸체부(10)가 상승하여 웨이퍼(W) 상으로 이동한다.
한편, 다이 본딩 장치에서 다이 본딩 공정을 개시하기 전에 콜렛샤프트(30)의 회전 방향에 대한 제어위치값과 상하 방향에 대한 제어위치값을 정확하게 설정해야 콜렛샤프트(30)의 회전에 의한 다이(D)의 방향 보정 및 다이(D)의 픽업이 정확하게 이루어질 수 있다.
따라서, 다이 본딩 공정의 개시 이전에 상기 센서도그(55) 및 센서(56)를 이용하여 제어위치를 설정하는 작업을 수행하게 되는데, 이러한 제어위치 설정 작업은 다음과 같이 이루어진다.
상기 센서(56)는 도 5에 도시된 것처럼 센서도그(55)가 근접하게 되면 출력이 상승한다. 먼저, 구동모터(51)에 전원을 인가하여 종동기어부(53)를 회전시켜 센서도그(55)를 센서(56)에 점차적으로 접근시킨다. 상기 센서도그(55)가 센서(56)와 근접하여 감지영역(SA) 내에 오게 되면, 센서(56)의 출력이 설정치를 넘게 되고, 출력이 최대일 때를 콜렛샤프트(30)의 회전 방향에 대한 제어위치값으로 설정한다.
이어서, 구동모터(51)를 역으로 동작시켜 센서도그(55)를 센서(56)의 감지영역(SA) 바로 외측으로 이탈시킨다. 그리고, 다시 구동모터(51)를 처음과 같은 방향으로 동작시켜 센서도그(55)를 센서(56) 쪽으로 천천히 이동시키다가 센서도그(55)가 센서(56)의 감지영역(SA)의 경계에 도달하면 구동모터(51)의 작동을 중지한다. 그런 다음, 본드 헤드의 몸체부(10)를 하강시켜 콜렛샤프트(30)를 천천히 하강시킨다. 상기 콜렛(31)의 하단부가 웨이퍼(W) 상의 다이(D)에 접촉하여 가압되면, 콜렛샤프트(30)가 에어베어링부재(20)에 대해 상측으로 이동하게 되고, 이에 따라 센서도그(55)가 센서(56)로부터 멀어지게 되면서 센서(56)의 출력값이 저하되어 감지영역(SA)을 벗어나게 되므로 다이 본딩 장치의 콘트롤러(미도시)는 이 때를 콜렛샤프트(30)의 상하 방향에 대한 위치값으로 설정한다.
전술한 실시예에서 상기 콜렛샤프트(30)를 회전시키기 위한 회동유닛으로서 구동모터(51)와 구동기어(52) 및 종동기어부(53)가 구성되었지만, 도 6 및 도 7에 다른 실시예로 도시된 것과 같이 구동모터(151)와, 상기 구동모터(151)에 축결합되어 회전하는 구동링크(152)와, 상기 구동링크(152)의 끝단부에 상하방향으로 돌출되게 형성된 작동핀(153)과, 일단이 상기 콜렛샤프트(30)의 상단부에 고정되게 결합되고 타단에 상기 작동핀(153)이 삽입되는 가이드홈(154a)이 형성되어 있는 종동링크(154)를 포함한 구성으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 회동유닛은 상기 구동모터(151)에 전원이 인가되어 구동모터(151)가 작동하게 되면, 구동링크(152)가 일방향으로 회전하게 되고, 상기 구동링크(152)의 작동핀(153)에 의해 종동링크(154)가 구동링크(152)와 반대 방향으로 연동하여 회전하게 된다. 도 6 및 도 7에서 미설명부호 155와 156은 각각 상기 제어위치 설정부재를 구성하기 위해 상기 종동링크(154)에 설치되는 센서도그 및 몸체부(10)에 설치되는 센서로, 상기 센서도그(155) 및 센서(156)에 의한 콜렛샤프트(30)의 회전 방향 초기 위치값 및 상하 방향 제어 위치값 설정은 전술한 첫번째 실시예와 동일하게 이루어질 수 있는 바, 그 상세한 설명은 생략한다.
한편, 작업 대상 다이(D)의 사이즈나 종류 등이 변경되면, 다이(D)를 진공 흡착하는 콜렛(31) 역시 다이(D)의 종류에 맞게 교체된다. 이러한 콜렛(31)의 교체시 콜렛(31)의 공차 등으로 인해 콜렛(31)의 위치가 틀어지는 경우가 발생한다. 이 경우 콜렛(31)의 틀어진 위치를 확인해야 정확한 작업이 이루어질 수 있다. 이를 위해 콜렛샤프트(30)의 상측에 비전카메라(미도시)를 위치시키고, 콜렛(31)의 하측에 위치셋팅용 지그(미도시)를 놓은 다음, 제1,2자성체(41, 42) 중앙의 관통홀(43) 및 콜렛샤프트(30) 중앙의 공압유로(32)를 통해 위치셋팅용 지그 상의 기준마크를 촬영하여 콜렛(31)이 틀어진 위치를 확인한다. 이 때, 상기 공압유로(32) 내에는 렌즈(60)가 설치되어 공압유로(32)를 막고 있으므로 상기 비전카메라(미도시)를 이용하여 촬영을 수행할 때에는 선명한 영상을 얻을 수 있으며, 다이 본딩 작업시에는 공압유로(32)의 상부를 통해 공기가 누출되는 현상이 발생하지 않는다.
전술한 것과 같이 본 발명의 본드 헤드는 콜렛(31)이 장착되는 콜렛샤프트(30)가 에어베어링부재(20)에 의해 회전 운동 및 승강 운동 가능하게 지지되므로 콜렛샤프트(30)를 경량 소재를 이용하여 제작할 수 있다.
또한, 콜렛샤프트(30)를 정압 제어하기 위한 정압제어유닛이 콜렛샤프트(30)의 바로 상부에 구성되어 콜렛샤프트(30)를 설정된 압력으로 가압하므로 구성이 간단해지고, 전체 무게를 획기적으로 줄일 수 있는 이점이 있다.
전술한 본 발명에 따른 다이 본딩 장치의 본드 헤드에 대한 실시예는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시 목적으로 제시된 것으로 본 발명은 이에 국한되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 첨부된 특허청구범위에 기재된 기술 사상의 범주 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능할 것이다.
본 발명은 반도체 패키지, 전자부품 등의 제조시 웨이퍼 등의 기판에서 다이, 칩 등을 픽업하여 지정된 공정 위치로 이송하는데 유용하게 적용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 웨이퍼에서 다이를 픽업하여 기판으로 이송하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드에 있어서,
    상하방향으로 마운트홀이 관통되게 형성되어 있는 몸체부와;
    상기 몸체부의 마운트홀에 수직한 축을 중심으로 한 회전 운동 및 상하 방향으로의 승강 운동이 가능하게 설치되며, 하단부에 다이가 진공 흡착되는 콜렛이 구비된 콜렛샤프트와;
    상기 마운트홀의 내주면과 상기 콜렛샤프트 사이에 설치되며, 중공부 내주면과 상기 콜렛샤프트의 외주면 사이에 외부에서 공급되는 공기가 유동할 수 있는 공극이 형성되어 상기 공극에 주입된 공기에 의해 상기 콜렛샤프트를 회전 운동 및 상하 운동 가능하게 지지하는 에어베어링부재와;
    상기 콜렛샤프트를 수직한 축을 중심으로 임의의 각도로 회전 운동시키는 회동유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 몸체부의 상부에 설치되어 상기 콜렛샤프트의 상단부에 하측으로 일정 압력을 가하는 정압제어유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 정압제어유닛은 상기 콜렛샤프트의 상단부에 설치되는 제1자성체와, 상기 몸체부의 상단부에 설치되어 상기 제1자성체와의 상호 작용에 의해 발생하는 자력에 의해 콜렛샤프트를 탄력적으로 가압하는 제2자성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1자성체와 제2자성체는 상호 간의 거리 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드.
  5. 제2항에 있어서, 상기 정압제어유닛은 상기 콜렛샤프트의 상단부에 설치되는 보이스코일모터(VCM: Voice Coil Motor)인 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회동유닛은 상기 몸체부의 상단부에 설치되는 구동모터와, 상기 구동모터의 축에 결합되어 회전하는 구동기어와, 일단이 상기 콜렛샤프트에 결합되고 타단에 상기 구동기어와 치합하여 상기 구동기어의 회전에 의해 회전운동하는 종동기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 회동유닛은 상기 콜렛샤프트의 회전 방향에 대한 제어위치 및 상하 방향의 제어위치를 설정하기 위한 제어위치 설정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어위치 설정부재는 상기 종동기어부 또는 몸체부에 설치되는 센서도그와, 상기 몸체부 또는 종동기어부에 설치되어 상기 센서도그와의 상대 위치를 검출하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회동유닛은 상기 몸체부의 상단부에 설치되는 구동모터와, 상기 구동모터의 축에 결합되어 회전하는 구동링크와, 상기 구동링크의 끝단부에 상하방향으로 돌출되게 형성된 작동핀과, 일단이 상기 콜렛샤프트의 상단부에 고정되게 결합되고 타단에 상기 작동핀이 삽입되는 가이드홈이 형성되어 있는 종동링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드.
  10. 제9항에 있어서, 상기 회동유닛은 상기 콜렛샤프트의 회전 방향에 대한 제어위치 및 상하 방향의 제어위치를 설정하기 위한 제어위치 설정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어위치 설정부재는 상기 종동링크 또는 몸체부에 설치되는 센서도그와, 상기 몸체부 또는 종동링크에 설치되어 상기 센서도그와의 상대 위치를 검출하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드.
  12. 제1항에 있어서, 상기 콜렛샤프트의 중앙부에 공압유로가 상하 방향으로 관통되게 형성되며, 이 공압유로 내측에 빛은 투과시키고 공기 흐름은 차단하는 렌즈가 장착된 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드.
  13. 제12항에 있어서, 상기 몸체부의 상부에 설치되어 상기 콜렛샤프트의 상단부에 하측으로 소정 압력으로 가압하는 정압제어유닛을 더 포함하며, 상기 정압제어유닛의 상측에서 비전카메라가 상기 콜렛샤프트의 공압유로 및 렌즈를 통해 콜렛 하부에 위치한 위치측정용 지그 상의 기준마크를 촬영할 수 있도록 상기 정압제어유닛에 상하방향으로 관통된 관통홀이 형성된 것을 특징으로 하는 다이 본딩 장치의 본드 헤드.
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