WO2018117580A1 - 히터 어셈블리 - Google Patents

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insulator
heating element
thin film
film layer
hole
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PCT/KR2017/014979
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류도형
박준성
박성환
김보민
이성민
이정욱
하정민
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(주)세온
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    • H01L2023/4068—Heatconductors between device and heatsink, e.g. compliant heat-spreaders, heat-conducting bands

Definitions

  • the present invention relates to a heater assembly, and more particularly, to a heater assembly capable of rapid and accurate temperature control in the manufacture of a semiconductor package.
  • the bonding of the electrodes is performed by a thermocompression method or a laser compression method.
  • the thermocompression method is performed by a heater assembly having a heater embedded in the pressurizing arm and having a suction head for adsorbing the semiconductor chip at the tip of the pressurizing arm.
  • the heater assembly adjusts the position of the flip chip to be bonded to a predetermined position on the wiring board with the aid of a position alignment device such as an optical recognition device, and then lowers the pressure arm to move the flip chip.
  • a position alignment device such as an optical recognition device
  • the flip chip is heated, and the electrode pad of the flip chip on the wiring board is maintained for a predetermined time. Bond the.
  • a thermosetting resin may be applied between the flip chip and the substrate, and the thermosetting resin may be cured during the thermocompression to protect the bonding structure of the flip chip. Thereafter, the heater of the pressure head is turned off and the pressure arm is raised so that the substrate can be taken out.
  • the heater assemblies are arranged so that the through electrodes exposed on the surfaces of the semiconductor chips are aligned with each other, and then the semiconductor chips stacked with the above heater assembly are heated to perform bonding between the through electrodes. Can be used.
  • the distance between electrodes on the semiconductor chip is minimized, and precise temperature control of the heater assembly is required for reliable bonding without cracks due to short circuit or thermal shock in the inter-electrode connection.
  • rapid temperature control for implementing rapid heating and rapid cooling is essential as the distance and height between the electrodes decreases as the degree of integration of the semiconductor package increases.
  • thermocompression bonding is complicated by a heating structure and a cooling structure by using a heat generating structure such as a pattern electrode or a linear resistance wire, and thus can rapidly cool the heater again and then rapidly cool it again. Improvement of efficiency and precision control are difficult.
  • the technical problem to be solved by the present invention is that, as the degree of integration of the semiconductor package is increased, it is possible to perform a semiconductor manufacturing process by thermal pressurization is possible because the structure is simple, but rapid and precise temperature control for rapid heating and rapid cooling It is to provide a heater assembly.
  • Heater assembly for achieving the above technical problem, a heater assembly mounted on the bonding device for bonding of the chip, the heating element is formed on the lower surface of the heat generating thin film layer; An insulator mounted on a lower portion of the heating element to form a space for allowing air to flow therein; And a base part on which the insulator is fixedly installed.
  • the fixing member may further include a fixing member fixed to the insulator through a power washer so as to evenly transfer heat of the heating thin film layer to the heating element.
  • it may further include a consumable pad detachably mounted on the upper surface of the heating element.
  • the base unit may provide a sound pressure for circulation of the air introduced through the separation space.
  • the base part may be provided with a main flow path for guiding gas movement for generating a negative pressure, and an air flow path branching from the side of the main flow path and extending upwardly of the base part.
  • the air flow path may be provided in plural numbers branched from one side and the other side of the main flow path.
  • the base portion may include a main flow path for guiding gas movement for generating a negative pressure, a first cooling flow path for supplying gas for cooling, and an upper edge of the base portion at an end of the first cooling flow path.
  • a second cooling passage extending along the second side, a third cooling passage extending downward from the end of the second cooling passage, a fourth cooling passage extending on the lower surface of the base portion at the end of the third cooling passage,
  • a fifth cooling passage may be provided extending from the end of the fourth cooling passage to the main passage.
  • the first cooling passage may extend in a zigzag form on the bottom surface of the base portion.
  • the base portion may be provided with a suction passage providing gas for attaching the consumable pad to the upper surface of the heating element, and a discharge passage providing gas for separating the consumable pad from the upper surface of the heating element.
  • a suction passage providing gas for attaching the consumable pad to the upper surface of the heating element
  • a discharge passage providing gas for separating the consumable pad from the upper surface of the heating element.
  • the base part may be provided with a main flow path for guiding gas movement for generating a negative pressure, and the discharge flow path may be branched above the main flow path to have a diameter smaller than that of the main flow path.
  • the base part fixing hole through which the first fixing bolt penetrating the insulator is fixed, and the base part through hole through which the second fixing bolt penetrating the insulator penetrates for bonding with the bonding apparatus This can be formed.
  • the insulator comprises: a first plate having a support protrusion for forming the separation space; A second plate fixed to an upper portion of the base portion; And a third plate connected between the first plate and the second plate.
  • the insulator may be provided with a suction hole for guiding the gas for attaching the consumable pad to the top surface of the heating element, and a discharge hole for guiding the gas for separating the consumable pad from the top surface of the heating element.
  • the insulator may be provided with a cooling hole for guiding the air introduced through the separation space to the base portion.
  • the insulator may be formed with an insulator assembly hole into which the fixing member penetrating the heating element is inserted.
  • the height of the insulator assembly hole may be designed to be lower than the height of the support protrusion for forming the separation space so that the power washer for supplying power to the heating element is fixed to the insulator assembly hole via a fixing member. Can be.
  • the heating element may be provided at both sides of the electrode body for providing different electrodes.
  • the heating element may be connected to a power washer for supplying power to the electrode body.
  • the heating element may be equipped with a sensor for measuring the temperature.
  • the heating element is formed with a suction hole for attaching the consumable pad to the upper surface of the heating element using the suction force of the gas, and a blowing hole for separating the consumable pad on the upper surface of the heating element using the earth output of the gas Can be.
  • the suction holes may be provided in plurality, spaced apart on the same line with the blowing holes therebetween.
  • a heater assembly capable of precise temperature control by the instantaneous temperature rise and cooling of the heating element can be provided.
  • the heater assembly capable of not only uniform heat transfer to the object to be processed by the heating element with the curvature phenomenon suppressed, but also to improve the service life and additionally provide a regeneration method of the heating element. May be provided.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a heater assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a combined perspective view of a heater assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a combined perspective view of the heater assembly viewed from the bottom side according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a front view of a heater assembly according to an embodiment of the present invention.
  • 5A and 5B are top views of a heater assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating an insulator of a heater assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view showing a base portion of the heater assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an internal configuration of a base part of a heater assembly according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of a heater assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a combined perspective view of a heater assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a combined perspective view of the heater assembly viewed from the bottom according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a plan view illustrating a base of a heater assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an internal configuration of a base part of a heater assembly according to another exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14 is an exploded perspective view of a heater assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a combined perspective view of a heater assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a plan view illustrating a base portion of a heater assembly according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an internal configuration of a base unit of a heater assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 illustrates a heat generating thin film layer 110 according to an embodiment of the present invention.
  • 19A and 19B are images showing a temperature distribution of the exothermic thin film layer 110 including the multi-stage sub thin film layers according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • 20 is a graph showing a temperature change of the exothermic thin film layer 110 with time when a constant voltage power is applied when the diffusion barrier layer of silicon oxide is formed according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 21 is a graph showing a performance temperature profile of a heater assembly according to an embodiment of the present invention.
  • first member part, region, layer or portion
  • second member component, region, layer or portion
  • the heater assembly may be a heater mounted in a bonding apparatus for bonding chips between chips or bonding chips on a substrate.
  • the heater assembly may be used in a semiconductor package using a through silicon via (TSV) connecting the upper chip and the lower chip to the through electrode.
  • TSV through silicon via
  • the present invention is not limited thereto and may be applied to various types of bonding apparatuses for bonding the chips.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a heater assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a combined perspective view of a heater assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is viewed from below according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is a perspective view of the heater assembly
  • FIG. 4 is a front view of the heater assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 5A and 5B are plan views of the heating element 100 according to various embodiments of the present disclosure.
  • the heater assembly 10 includes a heating element 100 including a substrate 120 on which a heat generating thin film layer 110 is formed, and inflow of gas is performed. Insulator 200 to provide a space (S) for the heat generating thin film layer 110 to be made, and a base portion 300 for the circulation of the gas.
  • the exothermic thin film layer 110 of the heat generator 100 is a heat exothermic layer that may be rapidly heated and cooled at a controlled temperature for bonding or manufacturing the semiconductor chip or package.
  • the heater is a heat generating thin film layer 110 which is a planar heating element of a thin film.
  • the thickness of the exothermic film layer 110 according to the embodiment of the present invention has a size of 5 ⁇ m or less to enable rapid temperature control and heat transfer without bending.
  • the exothermic thin film layer 110 is a conductive thin film capable of instantaneous heat generation by resistance when a power supply is applied.
  • the exothermic thin film layer 110 generates heat on a two-dimensional plane, and there is no dead zone in which heating is not performed.
  • the exothermic thin film layer 110 may be manufactured using a vapor deposition method such as chemical vapor deposition, sputtering, pyrolysis, or spraying on the substrate 120, a separate layer is formed between the substrate 120 and the exothermic thin film layer 110. There is no need for a sintering process for the bonding of.
  • linear heating members such as resistance patterns, coils, carbon fibers and silicon fibers and conductive fibers have regions in which the heating member is present and non-existent when it is two-dimensionally arranged on a substrate. The dead zone occurs in a region where no heating member is present.
  • the conventional linear heating member a embedding body or surface coating for overcoming the temperature deviation between the dead zone and the heating member must be applied, and since the conventional linear heating member is usually made of heterogeneous materials, A separate high temperature sintering process is required to ensure reliable bonding between the surface coating and the heating member.
  • the exothermic thin film layer 110 may be instantaneously raised in temperature, and may be rapidly cooled by contact with a gas, for example, ambient air or a gaseous refrigerant.
  • a gas for example, ambient air or a gaseous refrigerant.
  • the exothermic thin film layer 110 of the two-dimensional structure is capable of instantaneous temperature rise than the bulky conventional heating element having a three-dimensional structure, on the contrary, there is an advantage that may be cooled faster when exposed to the cooling gas.
  • the substrate 120 is an insulating substrate and may include a material having a similar thermal expansion coefficient to the exothermic thin film layer 110.
  • the substrate 120 may be silicon nitride or a mixture of silicon nitride and silicon carbide.
  • the substrate of the silicon nitride or the mixture of the silicon nitride and the silicon carbide can be produced by a conventional ceramic sintering method of firing these powder materials.
  • the content of the silicon carbide is preferably 30% by weight or less based on the total weight of the substrate.
  • the exothermic thin film layer 110 is a ceramic exothermic layer as in the above-described FTO
  • the substrate formed of the silicon nitride or the mixture between the silicon nitride and the silicon carbide has an excellent matching rate in thermal expansion rate with the exothermic thin film layer 110. Therefore, in spite of the temperature change, the bending of the substrate 120 or the detachment of the heat generating thin film layer 110 can be prevented. In particular, problems such as warpage of the substrate 120 may be suppressed, uniform heat transfer may be performed by interviewing the object to be heated, and the life of the heating element 100 may be improved.
  • the substrate 120 may further improve heat uniformity of heat dissipation in the planar direction while simultaneously transferring heat generated from the heat generating thin film layer 110 formed on the rear surface to the front surface 120U. Since the exothermic thin film layer 110 having a predetermined thickness (for example, about 1 ⁇ m or less) is formed on the back surface of the substrate 120, the heat is transferred from the exothermic thin film layer 110, for example, while pressurizing and interviewing the semiconductor chip. The bonding process may be performed.
  • the heat generating thin film layer 110 may be formed entirely on the rear surface 120B of the substrate 120 as shown in FIG. 5A, or may be formed on the inner region except for the edge region of the rear surface 120B. FIG.
  • Forming the exothermic thin film layer 110 on a portion of the back surface 120B of the substrate 120 may include forming a mask on the shadow mask and the back surface 120B of the substrate 120 and depositing the exothermic thin film layer 110. It may be achieved through a lift off method or an etching process by lithography.
  • An electrode body (130 of FIGS. 5A and 5B: for example, a conductor paste or a metal thin film) may be provided on both end sides of the heat generating thin film layer 110.
  • the lower surface of the substrate 120 is masked with the rest of the structure except for other structures such as the heating element assembly hole 102.
  • the heat dissipating thin film layer 110 is formed on both ends of the heat dissipation substrate 120 on which the heat dissipating thin film layer 110 is formed.
  • the electrode body 130 may be formed.
  • the electrode body 130 may be electrically connected to the power line.
  • the electrode body 130 may be supplied with power through a power washer 630 that can be interviewed with the electrode body 130 to implement a stable and low resistance contact.
  • the power washer 630 may achieve electrical contact with the electrode body 130 in a manner that the power washer 630 is compressed through the fastening of the substrate 120 and another structure such as the insulator 200.
  • Heating element assembly holes 102 for assembling with the insulator 200 may be formed at both ends of the substrate 120. Since the heating element assembly hole 102 is positioned on the same vertical line as the insulator assembly hole 102 of the insulator 200 described later, the fixing member 400 penetrates the heating element assembly hole 102 and the insulator assembly hole 202. The heating element 100 and the insulator 200 may be fixed to each other.
  • the substrate 120 has a temperature sensing sensor such as a thermocouple for calculating a temperature by measuring electromotive force generated at a dissimilar metal contact surface according to temperature using a Seebeck effect or an infrared sensor for calculating a temperature through wavelength analysis May be mounted.
  • a temperature sensing sensor such as a thermocouple for calculating a temperature by measuring electromotive force generated at a dissimilar metal contact surface according to temperature using a Seebeck effect or an infrared sensor for calculating a temperature through wavelength analysis May be mounted.
  • a sensor mounting hole 101 may be formed on one side of the substrate 120 to insert the thermocouple.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating an insulator 200 of a heater assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the insulator 200 may provide a separation space S through which the gaseous refrigerant may be introduced.
  • the insulator 200 faces the heat generating thin film layer 110 of the heating element 100 such that a space S is formed between the heat generating thin film layer 110 of the heat generating element 100 and the top surface of the insulator 200. It may be mounted on the lower portion of the heating element (100).
  • the support protrusion 210 may protrude from the top surface of the insulator 200.
  • the support protrusion 210 may include four support protrusions 210 spaced apart from the top corner of the insulator 200.
  • the gaseous refrigerant may be introduced in the four directions (front, rear, left and right directions) of the insulator 200.
  • the gaseous refrigerant may be ambient air.
  • the gaseous refrigerant may be a cooling gas such as low temperature argon or nitrogen.
  • the gaseous refrigerant may be supplied through a port (not shown) coupled to the spaced space S by exposing the spaced space S to the surroundings.
  • the insulator 200 may be provided with a cooling hole 203 for guiding the gaseous refrigerant introduced through the separation space S to the base 300.
  • the cooling holes 203 may be provided in plural numbers formed on the central upper surface of the insulator 200. Each cooling hole 203 may suck air into the base part 300 by the negative pressure generated in the base part 300.
  • An insulator assembly hole 202 may be formed in the insulator 200 to fix the heating element 100.
  • the insulator assembly hole 202 may be configured as a pair located at both end sides of the upper surface of the insulator 200, and the fixing member penetrates the heating element assembly hole 102 of the heating element 100 in the insulator assembly hole 202.
  • 400 may be fixed.
  • the insulator assembly hole 202 may have an inner diameter corresponding to the outer diameter of the fixing member 400, and an internal thread for screwing the fixing member 400 may be formed in the insulator assembly hole 202.
  • the fixing of the heating element 100 and the insulator 200 may be coupled by fastening a coupler or bolt / nut, such as a clamp.
  • suitable peripheral portions corresponding to each other may be formed on the outer circumferences of the heating element 100 and the insulator 200.
  • the height of the insulator assembly hole 202 (the distance from the upper surface of the insulator to the upper end of the insulator assembly hole) is supported by the support protrusion 210. It is designed to be smaller than the height (the distance from the top surface of the insulator to the top of the support projection).
  • the insulator 200 is located between the heating element 100 and the base 300.
  • the insulator 200 allows the heat generating thin film layer 110, which is a conductive film of the heat generating body 100, to be electrically insulated from the base 300. That is, since the substrate 110 is an insulating substrate, the heater assembly maintains electrical insulation with respect to the object to be contacted during the process, and the insulator 200 is electrically connected to the base portion 300 connected to other external circuits or facilities. Maintain insulation.
  • the insulator 200 may include an insulator fixing hole 204 into which the first fixing bolt 610 is inserted, and an insulator through hole 205 into which the second fixing bolt 610 is inserted.
  • the first fixing bolt 610 may be coupled to the base fixing hole 304 of the base part 300 by passing through the insulator fixing hole 204, and the second fixing bolt may be the insulator through hole 205 and the base part.
  • the heater assembly including the base portion 300 may be fixed to the head receiving portion of the bonding apparatus, which is a host device, through the base portion through hole 305 of 300.
  • the insulator 200 may be made of a plurality of pieces.
  • the insulator 200 may include a first plate 210 fixed to a lower portion of the heating element 100, a second plate 220 fixed to an upper portion of the base portion 300, and a first plate 210. And a third plate 230 connected between the second plate 220 and the second plate 220.
  • These first plate 210, second plate 220 and third plate 230 may be composed of one block (insulator) through a fastening bolt (not shown).
  • the support protrusion 210, the cooling hole 203, and the insulator assembly hole 202 may be formed in the first plate 210, and the insulator fixing hole 204 and the second plate 220 may be formed in the first plate 210.
  • An insulator through-hole 205 may be formed, and the second plate 220 and the third plate 230 have a cooling hole 203 of the first plate 210 and a gaseous phase refrigerant channel 320 of the base 300.
  • Connecting passages (not shown) connecting between the () may be formed.
  • FIG. 7 is a plan view showing a base portion 300 of the heater assembly according to an embodiment of the present invention
  • Figure 8 is an internal configuration diagram showing a base portion of the heater assembly 300 according to an embodiment of the present invention. .
  • the base unit 300 is a support block on which the insulator 200 is mounted, and the base unit 300 may be assembled to a bonding apparatus.
  • the base part 300 includes a base part fixing hole 304 into which the first fixing bolt 610 is inserted for coupling with the insulator 200, and a base into which the second fixing bolt is inserted for bonding with the bonding apparatus.
  • the secondary through hole 305 may be formed.
  • the base fixing hole 304 and the base through hole 305 may be arranged in alignment with the corresponding holes of the insulator on the edge of the base 300.
  • the base unit 300 may provide a negative pressure for inflow and circulation of the gaseous refrigerant.
  • the base portion 300 may be provided with a main flow passage 310 for guiding gas movement to generate a negative pressure, and a gaseous refrigerant flow passage 320 communicating with the main flow passage 310.
  • the gas phase refrigerant passage 320 may have the same diameter as the main passage 320, but the present invention is not limited thereto, and the number of the gas phase refrigerant passage 320 may be one or plural, and FIG. 7 is four. Gas phase refrigerant passages are disclosed.
  • the main flow passage 310 When the gas (air) is moved from the main flow passage 310 to the inlet 310a of the main flow passage 310 at a high speed, the main flow passage 310 has a lower pressure (negative pressure) than the gas phase refrigerant flow passage 320. And due to the pressure difference between the main flow passage 310 and the gas phase refrigerant flow path 320, the gas (eg, air) in the gas phase refrigerant flow path 320 is moved to the main flow path 310 so that the main flow path 310 is maintained. May be discharged through the outlet 310b.
  • the gas (eg, air) in the gas phase refrigerant flow path 320 is moved to the main flow path 310 so that the main flow path 310 is maintained. May be discharged through the outlet 310b.
  • the gaseous refrigerant flow path 320 allows the gaseous refrigerant to be introduced through the separation space S, and the exothermic thin film layer 110 exposed to the flow of the gaseous refrigerant is introduced. Rapid cooling or temperature rise can be suppressed by the gaseous refrigerant.
  • the flow rate of the gas flowing through the main flow path may be increased.
  • the power applied to the heat generating thin film layer 100 may be increased.
  • Temperature control of the exothermic thin film layer 110 may be achieved by cooling the temperature by controlling the temperature.
  • the gas phase refrigerant passage 320 may be provided as four gas phase refrigerant passages 320 branching from one side and the other side of the main passage 310, and the four gas phase refrigerant passages 320 may be provided by four of the insulators 200. It may be in communication with each of the cooling holes (203). Accordingly, the air introduced through the separation space S may be moved to the four gaseous refrigerant paths 320 through four cooling holes 203 in a state of being heated by the heat of the heating element 100. The gaseous refrigerant moved to the refrigerant passage 320 may be quickly discharged through the main passage 310 to the outlet 310b of the main passage 310. Through the rapid flow of the gaseous refrigerant, the heating element 100 may be rapidly cooled.
  • the fixing member 400 may be fixed to the insulator 200 by penetrating the heating element 100.
  • the fixing member 400 may penetrate the heating element assembling hole 102 of the heating element 100 and then be fixed to the insulator assembling hole 202 of the insulator 200 via a power washer 630 connected to the electric wire. Since the fixing member 400 is provided in the form of a bolt having a high thermal conductivity, the fixing member 400 may fix the heating element 100 to the insulator 200 and evenly transfer heat generated from the heating thin film layer 110 to the heating element 100. .
  • the fixing member 400 may be configured as a pair installed at both end sides of the heating element 100. Accordingly, the fixing member 400 may be firmly fixed to the insulator 200 at one end as well as the other end of the heating element 100, and heat generated from the heating thin film layer 110 may be at both end sides of the heating element 100. Can be delivered evenly from
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of a heater assembly according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a perspective view showing a coupling of the heater assembly according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is viewed from below according to another embodiment of the present invention
  • 12 is a perspective view showing a coupling of the heater assembly
  • FIG. 12 is a plan view illustrating a base of a heater assembly according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an internal configuration of the base of a heater assembly according to another embodiment of the present invention. .
  • the heater assembly 10 ′ according to another embodiment of the present invention provides a heating element 100 in which the heat generating thin film layer 110 is formed, and a separation space S through which air is introduced.
  • the heating element 100 may include a heat generating thin film layer 110 capable of heating at a temperature for bonding the chip, and a heat dissipation substrate 120 that receives heat from the heat generating thin film layer 110.
  • the exothermic thin film layer 110 is a thin film-type conductive film capable of instantaneous heat generation by resistance when power is applied.
  • the exothermic thin film layer 110 generates heat on a two-dimensional plane, and thus, a sudden temperature of instantaneous heat is generated. Ascending is possible, and rapid cooling by air circulation is possible.
  • the electrode body 130 may be provided at both ends of the heat generating thin film layer 110. Accordingly, when the power is applied to the electrode body 130 through the power washer 630 connected to the wire, the heat generating thin film layer 110 may be instantaneously heated to a high temperature due to the resistance generated by the electrode body 130. .
  • the heat dissipation substrate 120 is a heat conduction plate having excellent thermal conductivity. Since the heat dissipation thin film layer 110 having a predetermined thickness is formed on the bottom surface of the heat dissipation substrate 120, the heat dissipation substrate 120 receives heat from the heat dissipation thin film layer 110 to bond the chips. have. In this case, the heat dissipation substrate 120 may receive heat directly from the heat generating thin film layer 110 through surface contact or indirectly receive heat from the heat generating thin film layer 110 through the fixing member 400.
  • Heating element assembly holes 102 for assembling with the insulator 200 may be formed at both ends of the heat dissipation substrate 120. Since the heating element assembly hole 102 is positioned on the same vertical line as the insulator assembly hole 202 to be described later, the fixing member 400 penetrates the heating element assembly hole 102 and the insulator assembly hole 202 to generate the heating element 100. And the insulator 200 may be fixed to each other.
  • the heat dissipation substrate 120 may be equipped with a sensor for measuring temperature. To this end, a sensor mounting hole 101 may be formed at one side of the heat dissipation substrate 120 to insert the sensing sensor therein.
  • the insulator 200 may provide a separation space S through which air may be introduced.
  • the insulator 200 may be mounted on the lower portion of the heating element 100 such that a space S is formed between the heating thin film layer 110 of the heating element 100 and the upper surface of the insulator 200.
  • the support protrusion 210 may protrude from the top surface of the insulator 200.
  • the support protrusion 210 may be formed of four pieces spaced apart from the top corner portion of the insulator 200. Since the separation space (S) is formed in the spaced space between the support protrusions 210, the inflow of air in the four directions (front, rear, left and right directions) of the insulator 200 can be made.
  • the insulator 200 may have a cooling hole 203 for guiding air introduced through the separation space S to the base 300 ′.
  • the cooling holes 203 may be provided in plural numbers formed on the central upper surface of the insulator 200. Each cooling hole 203 may suck air into the base part 300 'by the negative pressure generated in the base part 300'.
  • An insulator assembly hole 202 may be formed in the insulator 200 to fix the heating element 100.
  • the insulator assembly hole 202 may be configured as a pair located at both end sides of the upper surface of the insulator 200, and the fixing member penetrates the heating element assembly hole 102 of the heating element 100 in the insulator assembly hole 202.
  • 400 may be fixed.
  • the insulator assembly hole 202 has an inner diameter corresponding to the outer diameter of the fixing member 400, and an internal thread for screwing the fixing member 400 may be formed in the insulator assembly hole 202.
  • the insulator 200 may be fixed to the upper portion of the base 300 ′ so as to be positioned between the heating element 100 and the base 300 ′.
  • an insulator fixing hole 204 into which the first fixing bolt 610 is inserted and an insulator through hole 205 into which the second fixing bolt is inserted may be formed in the insulator 200.
  • the first fixing bolt 610 may be coupled to the base fixing hole 304 of the base part 300 ′ through the insulator fixing hole 204, and the second fixing bolt may be connected to the insulator through hole 205 and the base.
  • the base part 300 'and the bonding device may be coupled together through the base part through hole 305 of the part 300'.
  • the base portion 300 ′ is a support block on which the insulator 200 is mounted, and the base portion 300 ′ may be assembled to the bonding apparatus while the insulator 200 is mounted.
  • the base portion 300 ' may include a base portion fixing hole 304 into which the first fixing bolt 610 is inserted for coupling with the insulator 200, and a second fixing bolt for inserting into the bonding device.
  • the base part through hole 305 may be formed.
  • the base part fixing hole 304 and the base part through hole 305 may be formed of four pieces installed side by side on the edge part side of the base part 300 ′.
  • the base portion 300 ′ may provide a sound pressure for circulation of air.
  • the base portion 300 ′ has a gas phase refrigerant branching from the side of the main flow passage 310 to have the same diameter as the main flow passage 310 and the main flow passage 310 to guide the movement of air to generate a negative pressure.
  • the flow path 320 may be provided. Since the air moves from the inlet 310a of the main flow passage 310 to the exit 310b in the main flow passage 310, the main flow passage 310 may maintain a lower pressure (negative pressure) than the gaseous phase refrigerant passage 320.
  • the gas phase refrigerant passage 320 may guide the air heated by the heating element 100 to the outside.
  • the gas phase refrigerant flow path 320 may be provided as four gas phase refrigerant flow paths 320 branching from one side and the other side of the main flow path 310, and the four gas phase refrigerant flow paths 320 may be formed in the insulator 200.
  • Each of the four cooling holes 203 may be in communication. Accordingly, the air introduced through the separation space S may be moved to the four gaseous refrigerant paths 320 through four cooling holes 203 in a state of being heated by the heat of the heating element 100.
  • the air moved to the refrigerant passage 320 may be quickly discharged through the main passage 310 to the outlet 310b of the main passage 310. Through the rapid flow of air, the heating element 100 may be cooled rapidly.
  • the base portion 300 ′ may be cooled through circulation of air.
  • a main flow passage 310 for guiding movement of air at a constant speed for generating a negative pressure, and a cooling flow passage for guiding the main flow passage 310 by receiving a gas (air) for cooling may be provided.
  • the inlet 310a and the outlet 310b of the main flow passage 310 may be located at the front side and the rear side of the base portion 300 ′, respectively, and the inlet 310a and the outlet 310b of the main flow passage 310. Through the gas (air) of a constant speed may be penetrated through the base portion 300 '.
  • the cooling passage of the base portion 300 ′ may be effectively transferred to the base portion 300 ′.
  • the cooling passage may include a first cooling passage 331 that receives gas (air) for cooling through the inlet 330a of the cooling passage, and a base portion 300 'at an end of the first cooling passage 331. End of the second cooling passage 332 extending along the upper edge of the second cooling passage 332, the third cooling passage 333 extending downward from the end of the second cooling passage 332, and the third cooling passage 333. And a fourth cooling passage 334 extending on the bottom surface of the base portion 300 'and a fifth cooling passage 335 extending from the end of the fourth cooling passage 334 to the main passage 310. Can be.
  • the diameter of the first cooling passage 331 may be designed to be larger than the diameter of the second cooling passage 332.
  • the gas flowing into the first cooling channel 331 through the inlet 330a of the cooling channel moves to the second cooling channel 332, and thus the gas velocity may be increased.
  • the fourth cooling passage 334 extends in a zigzag form on the bottom surface of the base portion 300 'so that the fourth cooling passage 334 is evenly distributed on the bottom surface of the base portion 300', the gas moving the fourth cooling passage 334 The lower portion of the base portion 300 ′ may be evenly cooled as a whole.
  • the gas for cooling the base portion 300 ′ flows into the first cooling passage 331 through the inlet 330a of the cooling passage, and then accelerates while moving to the second cooling passage 332.
  • the upper portion of the base 300 ' is cooled evenly while the upper portion of the base 300' is moved and the fourth cooling passage 334 is moved through the third cooling passage 333, and then the fifth cooling passage 335 is cooled.
  • the fixing member 400 may be fixed to the insulator 200 by penetrating the heating element 100.
  • the fixing member 400 may penetrate the heating element assembling hole 102 of the heating element 100 and then be fixed to the insulator assembling hole 202 of the insulator 200 via a power washer 630 connected to the electric wire. Since the fixing member 400 is provided in the form of a bolt having a high thermal conductivity, the fixing member 400 may be fixed to the insulator 200 and the heat generated from the heating thin film layer 110 may be evenly transferred to the heating element 100. have.
  • FIG. 14 is an exploded perspective view of a heater assembly according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a combined perspective view of a heater assembly according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 16 is according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a plan view illustrating a base part of the heater assembly
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an internal configuration of the base part of the heater assembly according to another embodiment of the present invention.
  • the heater assembly 10 ′′ includes a heating element 100 ′′ in which the heat generating thin film layer 110 is formed, and a space S in which air is introduced.
  • the heating element 100 ′′ may include a heating thin film layer 110 capable of being heated to a temperature for bonding the chip.
  • the heating thin film layer 110 may generate instantaneous heat due to resistance when power is applied.
  • heat is generated on a two-dimensional plane, so that a rapid temperature rise of the heat can be instantaneously, and rapid cooling by air circulation is possible.
  • the heating element 100 ′′ may include a heat dissipation substrate 120.
  • the heat dissipation substrate 120 is a heat conduction plate having excellent thermal conductivity, and has a predetermined thickness (eg, 1 on the bottom surface of the heat dissipation substrate 120). Since the exothermic thin film layer 110 of the inside and outside of the micrometer is formed, it is possible to bond the chip by receiving heat from the exothermic thin film layer 110. At this time, the heat dissipation substrate 120 is a surface contact from the exothermic thin film layer 110 through surface contact. Heat may be directly transmitted or heat may be indirectly transferred from the heat generating thin film layer 110 through the fixing member 400.
  • An electrode body 120 (conductor paste) may be provided at both ends of the heat generating thin film layer 110, and a heat generator assembly hole 102 may be formed at both ends of the heat dissipation substrate 120 to assemble with the insulator 200.
  • a heat generator assembly hole 102 may be formed at both ends of the heat dissipation substrate 120 to assemble with the insulator 200.
  • the heat dissipation substrate 120 may be equipped with a sensor for measuring temperature. To this end, a sensor mounting hole 101 may be formed at one side of the heat dissipation substrate 120 to insert the sensing sensor therein.
  • the heat dissipation substrate 120 uses a suction hole 103 for attaching the consumable pad 500 to the upper surface of the heating element 100 ′′ by using a suction force of gas (air), and by using a toe output of the gas (air).
  • a blowing hole 104 may be formed to separate the consumable pad 500 from the top surface of the heating element 100 ′′.
  • the suction hole 103 communicates with the suction hole 206 of the insulator 200 which will be described later, and the blowing hole 104 communicates with the discharge hole 207 of the insulator 200 which will be described later.
  • the suction holes 103 may be configured in a pair spaced apart on the same line with the blowing holes 104 interposed therebetween.
  • the insulator 200 may provide a separation space S through which air may be introduced.
  • the insulator 200 may be mounted under the heating element 100 ′′ such that a space S is formed between the heating thin film layer 110 of the heating element 100 ′′ and the upper surface of the insulator 200.
  • the support protrusion 210 may protrude from the top surface of the insulator 200.
  • the insulator 200 may be provided with a cooling hole 203 for guiding the air introduced through the separation space S to the base portion 300 ′′.
  • the cooling hole 203 may be formed on the upper surface of the center of the insulator 200.
  • a plurality of cooling holes 203 may suck air into the base part 300 "by the negative pressure generated in the base part 300".
  • An insulator assembly hole 202 may be formed in the insulator 200 to fix the heating element 100 ′′.
  • the insulator assembly hole 202 may be formed as a pair located at both ends of the upper surface of the insulator 200.
  • the fixing member 400 penetrating the heating element assembly hole 102 of the heating element 100 ′′ may be fixed to the insulator assembly hole 202.
  • the insulator assembly hole 202 has an inner diameter corresponding to the outer diameter of the fixing member 400, and an internal thread for screwing the fixing member 400 may be formed in the insulator assembly hole 202.
  • the insulator 200 may include an insulator fixing hole 204 into which the first fixing bolt 610 is inserted and an insulator through hole 205 into which the second fixing bolt is inserted.
  • the first fixing bolt 610 may pass through the insulator fixing hole 204 to be coupled to the base fixing hole 304 of the base 300 ′′, and the second fixing bolt may be connected to the insulator through hole 205 and the base.
  • the base portion 300 ′′ and the bonding device may be coupled together through the base portion through hole 305 of the portion 300 ′′.
  • the insulator 200 includes a suction hole 206 for guiding air for attaching the consumable pad 500 to the upper surface of the heating element 100 ′′, and for separating the consumable pad 500 from the upper surface of the heating element 100 ′′.
  • the discharge hole 207 may be formed. Since the suction hole 206 is positioned on the same vertical line as the suction hole 103 of the heating element 100 ′′ and the suction flow path 340 of the base portion 300 ′′, the suction hole 103 of the heating element 100 ′′ is formed. The air sucked through may be guided to the suction passage 340 of the base portion 300 ".
  • the discharge hole 207 is positioned on the same vertical line as the blowing hole 104 of the heating element 100 "and the discharge flow path 350 of the base part 300", and thus the discharge flow path 350 of the base part 300 ".
  • the air discharged from the air may be guided to the blowing hole 104 of the heating element 100 ′′.
  • the base portion 300 ′′ is a support block on which the insulator 200 is mounted, and the base portion 300 ′′ may be assembled to the bonding apparatus while the insulator 200 is mounted on the base portion 300 ′′.
  • the base part fixing hole 304 into which the first fixing bolt 610 is inserted to be coupled to the insulator 200 is inserted into the base part 300 ′′, and the second fixing bolt is inserted into the base part to be coupled to the bonding apparatus.
  • the base part through hole 305 may be formed.
  • the base part fixing hole 304 and the base part through hole 305 may be formed of four pieces installed side by side at the edge of the base part 300 ′′. .
  • the base portion 300 ′′ may provide a sound pressure for circulating air.
  • the base portion 300 ′′ may include a main flow passage 310 for guiding movement of air for generating a negative pressure, and a main flow passage ( A gaseous-phase refrigerant flow path 320 branched from the side of the main flow path 310 may be provided to have the same diameter as that of 310.
  • the main flow passage 310 may maintain a lower pressure (negative pressure) than the gaseous phase refrigerant passage 320.
  • the air in the gas phase refrigerant passage 320 is moved to the main passage 310 and discharged through the outlet 310b of the main passage 310. Can be.
  • the gas phase refrigerant flow path 320 may be provided as four gas phase refrigerant flow paths 320 branching from one side and the other side of the main flow path 310, and the four gas phase refrigerant flow paths 320 may be formed in the insulator 200.
  • Each of the four cooling holes 203 may be in communication. Accordingly, the air introduced through the separation space S may be moved to the four gaseous refrigerant flow paths 320 through the four cooling holes 203 in a state heated by the heat of the heating element 100 ′′.
  • the air moved to the gaseous phase refrigerant passage 320 may be quickly discharged through the main passage 310 to the outlet 310b of the main passage 310.
  • the base portion 300 ′′ may be cooled through circulation of air.
  • a main flow path 310 for guiding movement of air at a constant speed for generating a negative pressure, and supply of gas (air) for cooling A cooling flow path for receiving and guiding the main flow passage 310 may be provided.
  • the cooling passage of the base portion 300 is deployed on the inner lower portion and the inner upper portion of the base portion 300", the cooling passage can be effectively transferred with the base portion 300 ".
  • the cooling passage is an inlet of the cooling passage.
  • a first cooling passage 331 supplied with gas (air) for cooling through the 330a, and second cooling extending along an upper edge of the base portion 300 "at an end of the first cooling passage 331; Extends on the lower surface of the base portion 300 ′′ at the end of the flow path 332, at the end of the second cooling flow path 332, and at the end of the third cooling flow path 333.
  • the fourth cooling flow path 334 and the fifth cooling flow path 335 extending from the end of the fourth cooling flow path 334 to the main flow passage 310 may be configured.
  • the diameter of the first cooling passage 331 may be designed to be larger than the diameter of the second cooling passage 332.
  • the gas introduced into the first cooling channel 331 through the inlet 330a of the cooling channel moves to the second cooling channel 332, and thus the speed of the gas may be faster.
  • the fourth cooling channel 334 extends in a zigzag form on the bottom surface of the base portion 300 ′′ so that the fourth cooling passage 334 is evenly distributed on the bottom surface of the base portion 300 ′′, the gas moving in the fourth cooling flow passage 334 is separated from the base.
  • the lower portion of the portion 300 "can be cooled evenly throughout.
  • the gas for cooling the base portion 300 ′′ flows into the first cooling flow passage 331 through the inlet 330a of the cooling flow passage, and then accelerates while moving to the second cooling flow passage 332.
  • the upper portion of the base 300 " while cooling the upper portion of the 300 " and the fourth cooling passage 334 through the third cooling passage 333, and then the fifth cooling passage 335 ) May be moved to the main flow passage 310 and discharged to the outlet 301b of the main flow passage 310.
  • the base portion 300 “includes a suction passage 340 that provides air for attaching the consumable pad 500 to the upper surface of the heating element 100", and the consumable pad 500 is separated from the upper surface of the heating element 100 ".
  • a discharge passage 350 may be provided to provide air for making the air.
  • the suction passage 340 of the base portion 300 ′′ may attach the consumable pad 500 to the heating element 100 ′′ through suction of gas (air).
  • the suction flow path 340 is connected to an end of the first suction flow path 341 and the first suction flow path 341 through which the air is sucked through the outlet 340b of the suction flow path 340, and extends upwardly.
  • a third suction connected to an end of the second suction flow path 342 and the second suction flow path 342 and exposed to an upper surface of the base portion 300 ′′ so that at least a part thereof is in communication with the suction hole 206 of the insulator 200.
  • the first suction channel 341 has a larger diameter than the second suction channel 342, air may be sucked in the inlet 340b of the suction channel 340.
  • the gas may be sucked in the second suction flow path 342 at a higher speed than the first suction flow path 341.
  • the air when the air is wicked at the outlet 340b of the suction channel 340, the air is sucked through the suction channel 340, the suction hole 206 of the insulator 200, and the suction hole 103 of the heating element 100 ′′. Is sucked, the consumable pad 500 may be attached to the heating element 100 "through the suction hole 103 of the heating element 100". At this time, the blowing of the air through the discharge flow path 350 is stopped. Keep it.
  • the discharge flow path 350 of the base part 300 ′′ may separate the consumable pad 500 from the heating element 100 ′′ through discharge (blowing) of air.
  • the discharge flow path 350 may include a first discharge flow path 351 that receives air for discharge through the inlet 350a of the discharge flow path 350, and a first cooling flow path so as to be exposed from an upper surface of the base 300 ′′.
  • a second discharge flow path 352 extending along the upper edge of the base portion 300 "at the end of the 331, and extends downward from the end of the second cooling flow path 332 to be connected to the main flow path (310)
  • the third discharge passage 353 may be configured.
  • the first discharge passage 351 has a larger diameter than the second discharge passage 352
  • the gas introduced into the first discharge passage 351 through the inlet 350a of the discharge passage 350 is first While moving to the two discharge passages 352, the velocity of the gas can be faster.
  • the air when air is blown through the inlet 350b of the discharge flow path 350, the air flows through the discharge flow path 350, the discharge hole 207 of the insulator 200, and the blowing hole 104 of the heating element 100 ′′. Since the blown, the consumable pad 500 may be separated from the heating element 100 "through the blowing hole 104 of the heating element 100". At this time, the remaining portion that is not discharged to the discharge hole 207 of the insulator 200 The air may be smoothly discharged through the main flow passage 310. The rot of the air through the suction flow passage 340 maintains a stop state.
  • the consumable pad 500 is a ceramic pad having excellent heat transfer capability, and is positioned between the heating element 100 ′′ and the chip during bonding operation of the chip through the bonding device, thereby preventing direct damage between the heating element 100 ′′ and the chip.
  • the bonding device and the chip can be protected from the.
  • the consumable pad 500 may be quickly replaced with a component that frequently generates heat deformation and damage.
  • the consumable pad 500 may include a heating element ( It may be attached to the heating element 100 "through the suction hole 103 provided in the 100"), or may be separated from the heating element 100 "through the blowing hole 104.
  • the present invention is not limited thereto, and the consumable pad 500 may be attached to or detached from the heating element 100 ′′ through various coupling methods.
  • the consumable pad 500 may use the clip to generate the heating element 100 ′′. It may be attached or detached from the top of the.
  • a temperature difference of about 100 ° C. may occur between the center portion and the end portion (the edge region where the electrode body 130 is formed) of the exothermic thin film layer 110.
  • the temperature of the center portion of the heat generating thin film layer 110 is about 391 °C while the temperature of the end of the heat generating thin film layer 110 is approximately 289 °C to 303 °C when the temperature is raised, the uneven temperature rising phenomenon in the center of the heat generating thin film layer 110 Can be broken.
  • the exothermic thin film layer 110 may be formed in a multi-stage pattern (or multilayer) as shown in FIG. 18A.
  • FIG. 18 illustrates a heat generating thin film layer 110 according to an embodiment of the present invention.
  • the heat generating thin film layer 110 is formed on the third sub thin film layer S3, the second sub thin film layer S2 and the second sub thin film layer S2 formed on the third sub thin film layer S3.
  • the first sub thin film layer S1 may be included.
  • the first sub thin film layer S1, the second sub thin film layer S2, and the third sub thin film layer S3 may have different sizes.
  • the first sub thin film layer S1 has a smaller length than the second sub thin film layer S2 in the x direction (the direction in which the driving current flows as the opposite direction of the electrode body 130), and the second sub thin film layer S2 is smaller than the second sub thin film layer S2.
  • Silver may have a smaller length in the x direction than the third sub thin film layer S3.
  • the lengths of the y direction (the vertical direction in the direction in which the driving current flows) of the first sub thin film layer S1, the second sub thin film layer S2, and the third sub thin film layer S3 may have the same or different lengths.
  • the z-axis lengths (or thicknesses) of the first sub thin film layer S1, the second sub thin film layer S2, and the third sub thin film layer S3 may have the same or different lengths.
  • the materials of the first sub thin film layer S1, the second sub thin film layer S2, and the third sub thin film layer S3 may include a ceramic such as fluorine-doped tin oxide having the above-described resistance component, and these sub
  • the thin film layers S1 to S3 may be formed of the same material or may include different kinds of ceramic materials.
  • the center portion of the heat generating thin film layer 110 is formed. Is thickened, and the left and right sides of the heat generating thin film layer 110 may be relatively thin.
  • the resistance value decreases at the center portion, and both end sides of the x direction of the heat generating thin film layer 110 are thin, and the resistance value is relatively large compared to the center portion.
  • the heat generation amount of the heat generating thin film layer 110 decreases due to low resistance, and the left and right sides of the heat generating thin film layer 110 have high heat resistance due to the high resistance. Larger than P1). Therefore, the heat generation temperature difference of each region of the heat generating thin film layer 110 due to such a resistance difference is due to the effect that the amount of heat generated at both end sides is diffused to the central portion P1 having a relatively low temperature. Temperature uniformity can be ensured over time. In addition, as the sub thin film layer is further subdivided, the calorific value can be evenly distributed. Although the embodiment shown in FIG. 18 illustrates three sub thin films, the present invention is not limited thereto.
  • the size and number of sub thin film layers may be determined.
  • the exothermic thin film layer 110 may have a stacked structure of two sub-layers or two or more multi-stage sub-layers.
  • 19A and 19B are images illustrating a temperature distribution of the exothermic thin film layer 110 including the multi-stage sub thin film layers according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • 19A is an image showing a temperature distribution of the exothermic thin film layer 110 having a structure of stacking three sub-layers
  • 19b is a temperature distribution of the exothermic thin film layer 110 having a structure of stacking four sub-layers. Image.
  • the temperature difference between the central portion P1 and the end portion P2 of the heat generating thin film layer 110 having the structure of stacking the three sub thin film layers is approximately 40 ° C. to the heat generating thin film layer having a single layer structure. In comparison, the temperature deviation was reduced.
  • the temperature difference between the central portion P1 and the end portion P2 of the exothermic thin film layer 110 having the structure of stacking the four-stage sub thin film layers is approximately 5.3 deg.
  • the exothermic thin film layer 110 may further include a diffusion barrier layer thereon.
  • the exothermic thin film layer is an FTO conductive film
  • the microstructure of the thin film may be changed due to the high voltage, or the oxidation state of the film may be caused.
  • the defect may cause deterioration of stability and durability of the thin film heating element.
  • a diffusion barrier layer (not shown) may be further formed on the exothermic thin film layer 110 to minimize such defects. Since the diffusion barrier layer prevents atom migration or volatilization of the tin and / fluorine in the exothermic thin film layer 110 and deterioration of the surface of the exothermic thin film layer 110 may be prevented, a heat generating structure having improved stability and durability may be provided. have. In addition, the diffusion barrier layer may cover the exothermic thin film layer 110 to prevent gas molecules in the atmosphere such as oxygen, moisture, methane gas, oxidizing gas, or reducing gas from penetrating the exothermic thin film layer 110.
  • 20 is a graph showing a temperature change of the exothermic thin film layer 110 with time when a constant voltage power is applied when the diffusion barrier layer of silicon oxide is formed according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the durability of the exothermic thin film layer 110 is maintained as well as the exothermic temperature is constant without cracking or cracking of the exothermic thin film layer 110. You can see that it is maintained. This is presumably because the diffusion barrier layer formed on the heat generating thin film layer 110 prevents deterioration of the surface of the heat generating thin film layer 110 even in the high constant voltage driving region.
  • defects related to life may be generated mainly in the exothermic thin film layer. Since the exothermic thin film layer 110 is formed separately on the substrate 120, the exothermic thin film layer 110, which has expired life, is simply removed through chemical etching or physical polishing, and the exothermic thin film layer 110 is again formed on the exposed surface of the substrate 120.
  • the heating body can be regenerated by forming ().
  • the advantage of the present invention is to have a superior economical efficiency compared to the conventional heating body sintered by complexing different materials such as pattern electrodes.
  • the contact interface between the surface of the heating element and the surface of the object during high-speed heating or high-speed cooling of the heating element should be maintained over the heat sink, so that the heat deformation of the heating element should not occur.
  • the heating element 100 may be concave or convexly deformed with respect to the surface of the object during high temperature rising or high temperature cooling, and in this case, features In contact with the liche may cause a problem that can not be uniform heat transfer over the entire area.
  • the difference in the coefficient of thermal expansion may cause a phenomenon that the heat generating thin film layer 110 is peeled from the substrate 120 may shorten the life of the heating element (100).
  • TCB Thermal Compression Bonder
  • the substrate 120 is made of a ceramic material with respect to the ceramic heating thin film layer 110, and the material composition of the substrate 120 is controlled.
  • the substrate 120 may include silicon nitride as the insulator as the main constituent material.
  • silicon nitride has a smaller thermal expansion rate than the exothermic thin film layer which is a metal oxide.
  • a ceramic material for example, titanium nitride (TiN), having a larger thermal expansion coefficient than that of the heating thin film layer to match the thermal expansion coefficient of the substrate 120 composed of silicon nitride and the thermal thin film layer 110. ) Can be mixed.
  • the substrate 120 according to the embodiment of the present invention uses a ceramic material having excellent electrical insulation as the main substrate material even though the coefficient of thermal expansion is low, and has a higher thermal expansion rate than the main substrate material because it mainly contains metal oxide.
  • the additional ceramic material having a large thermal expansion coefficient may be mixed.
  • a substrate of mixed composition comprising the main substrate material and the additional ceramic material may have a coefficient of thermal expansion that is linearly proportional to the relative mixing ratio of these materials in accordance with the rules of mixture.
  • the substrate of the mixed composition may have a mixed composition of silicon nitride and titanium nitride in order to match the coefficient of thermal expansion with the FTO exothermic thin film layer.
  • the substrate 120 may be formed by mixing a silicon nitride powder and a titanium nitride powder to form a slurry and then sintering the slurry. At this time, since the titanium nitride material is conductive, the titanium oxide should be mixed at less than 30% by weight based on the total weight of the mixed powder to maintain the insulation that should be present as the substrate 120.
  • 21 is a graph showing a performance temperature profile of a heater assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the heater assembly is an exothermic property of a heating body including a substrate made of a mixed powder of silicon nitride (80 wt%) and titanium oxide (20 wt%) with respect to the FTO exothermic thin film layer.
  • the heating body can be controlled in the operating temperature range between about 100 ° C and 400 ° C. For example, it can be temperature controlled to have a temperature increase rate of 200 ° C to 400 ° C per second, and a cooling rate of 200 ° C to 400 ° C per second, and maintain stable performance without deformation and cracks during operation.
  • the heater assembly including the exothermic thin film layer 110 is not only advantageous for rapid heating and rapid cooling, but also has a regenerative advantage due to uniform heat distribution and separate formation.

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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
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 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.
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.

Claims (21)

  1. 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.
  2. 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.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열체의 상면에 착탈 가능하게 장착되는 소모성 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스부는
    상기 이격 공간을 통해 유입된 상기 에어의 순환을 위한 음압을 제공하는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
  5. 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.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 에어 유로는
    상기 메인 유로의 일측 및 타측에서 분기되는 다수개로 제공되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
  7. 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.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 냉각 유로는
    상기 베이스부의 하면 상에서 지그재그 형태로 연장되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 인슐레이터에는
    상기 발열체를 관통한 상기 고정 부재가 삽입되는 인슐레이터 조립 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
  16. 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.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열체에는
    서로 다른 전극을 제공하기 위한 전극체가 양측에 위치되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 발열체에는
    상기 전극체에 전원을 공급하기 위한 전원 와셔가 접속되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 발열체에는
    온도 측정을 위한 감지 센서가 장착되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
  20. 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.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 흡입 홀은
    상기 블로잉 홀을 사이에 두고 동일 선상에 이격 배치되는 다수개로 제공되는 것을 특징으로 하는 히터 어셈블리.
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