WO2022124780A1 - Bonding head and bonding device having same - Google Patents
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Definitions
- Embodiments of the present invention relate to a bonding head and a bonding apparatus having the same. More particularly, embodiments of the present invention relate to a bonding head provided to pick up a chip and bond it to a substrate, and a bonding apparatus including the bonding head.
- the stacked chip package is a semiconductor package in which chips are stacked on a substrate.
- the stacked chip package is formed through a bonding process in which heat and pressure are applied while the chips and the substrate are stacked.
- a bonding apparatus is used to perform the bonding process.
- the bonding apparatus supports the substrate with a chuck structure, places the chip on the substrate with a bonding head, and applies heat and pressure to the chip. Specifically, the bonding head bonds the chip to the substrate by heating the chip in a state in which the chip is in close contact with the upper surface of the substrate to melt bumps provided on the lower surface of the chip, and then cooling the chip again.
- the bonding head includes a heating block, a base block, and a ceramic member interposed between the heating block and the base block.
- the heating block is made of a material having excellent thermal conductivity, such as silicon carbide having its own electrical resistance or aluminum nitride with a high melting point metal (tungsten, molybdenum) heating element embedded therein.
- the ceramic member is made of a material having relatively low thermal conductivity compared to the heating block, such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
- the ceramic member is made of a material having relatively low thermal conductivity, such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Accordingly, the ceramic member suppresses heat generated in the heating block from being transferred to the base block. Accordingly, the bonding head can implement a relatively fast heating rate.
- the ceramic member made of aluminum oxide has a thermal conductivity of 28 to 32 W/(m ⁇ K)
- the ceramic member has a limit in suppressing heat generated in the heating block from being transferred to the base block. .
- the ceramic member may retain heat therein. That is, the ceramic member made of aluminum oxide may have a relatively high specific heat as it has a relatively low thermal diffusivity.
- the ceramic member does not easily transfer the heat generated from the heating block to the base block, but may retain the heat that is not diffused therein. Therefore, when the bonding process of melting the bump provided on the lower surface of the chip and then cooling it again is performed, it is difficult for the bonding apparatus to rapidly cool the bump due to the heat retained by the ceramic member.
- the bonding apparatus it is necessary to secure electrically stable bonding properties while maintaining a target shape of a solder ball or bumper connecting an electrical signal between a chip and a substrate. Therefore, the bonding apparatus needs to simultaneously implement a relatively fast heating rate and a cooling rate.
- Embodiments of the present invention provide a bonding head capable of implementing a relatively excellent heating rate and cooling rate.
- Embodiments of the present invention provide a bonding apparatus having the bonding head.
- the bonding head includes a base block, an air block disposed on the base block, and a heating block disposed on the air block to generate heat to heat the chip And, the air block is provided to cool the heating block while suppressing the transfer of heat generated in the heating block to the base block using air as a medium.
- the air block cools the heating block using an upward airflow in which the air rises from the lower portion of the air block toward the lower surface of the heating block.
- the body may include an inlet and an outlet, and the inlet may include an inlet and an inlet passage communicating with the inlet.
- the discharge unit may include an outlet and a discharge passage that communicates the inlet and the outlet.
- the separation distance between the outlet and the lower surface of the heating block may be in the range of 4 to 12 mm.
- the discharge passage may have a diameter of 5 to 15 mm.
- the diameter ratio of the inlet passage and the outlet passage may be 1:1 to 1:1.5.
- the inlet and the outlet may communicate in an “L” shape.
- at least one pair of the inlet and outlet may be provided.
- the inlet and outlet may be provided in two or more pairs, and each pair may be arranged at equal intervals.
- the body may be made of SUS or Invar material.
- each of the columns may include one of a vacuum line formed therein to transmit a vacuum force to a structure positioned above the heating block and a wiring line for transmitting power to the heating block.
- the air block may further include a connecting bar connecting the columns and a flange extending in a radial direction from the connecting bar to guide the flow of the air.
- the heating block may include a heating element that is built in and generates heat by power applied from the outside.
- the heating block is provided to surround the heating element and the heating element provided therein as a whole, may include a cover made of aluminum nitride.
- the lower surface of the heating block may have a larger exposed area than the non-exposed area.
- the heating block has a surface roughness of 0.5 Ra or less and may have a first surface supporting the chip and a second surface facing the first surface and blasted.
- a suction plate provided on the heating block and provided to adsorb the chip is additionally provided, and the heating block is formed to pass through each in a vertical direction, and the chip and the suction plate are formed to pass through. and a first vacuum line and a second vacuum line for providing a vacuum force to respectively adsorb, and the suction plate may include a vacuum hole provided to communicate with the second vacuum line to provide a vacuum force to the chip.
- the heating block may be made of a ceramic material, and the air block may be made of a metal material.
- the bonding head includes an air block and a heating block disposed on the air block and provided to generate heat to heat the chip, and the air block uses air as a medium Thus, it is possible to cool the heating block at a cooling rate of 100° C./sec or more while suppressing the transfer of heat generated in the heating block to the lower portion of the air block.
- a bonding apparatus includes a chuck structure supporting a substrate and a bonding head provided to be movable above the chuck structure and bonding a chip to the substrate, wherein the bonding head is a base a block, an air block disposed on the base block, and a heating block disposed on the air block to generate heat to heat the chip, the air block using air as a medium It may be provided to cool the heating block while suppressing the transfer of heat generated in the heating block to the base block.
- the bonding head according to the present invention includes an air block for thermally insulating the base block from the heating block by using air as a medium between the base block and the heating block, and cooling the heating block.
- the air block may suppress the transfer of heat for heating the chip to the base block.
- the heating block may be rapidly cooled using air supplied from the outside. The bump between the chip and the substrate can be quickly heated and cooled.
- the bonding apparatus according to the present invention may stably bond the chip to the substrate using the bonding head and the chuck structure.
- FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a bonding head according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a plan view for explaining the air block shown in FIG. 1 .
- FIG. 3 is a front view for explaining the air block shown in FIG.
- FIG. 4 is a plan view for explaining the heating block shown in FIG. 1 .
- FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the heating block shown in FIG. 1 .
- 6 and 7 are graphs illustrating cooling time.
- FIG. 8 is a configuration diagram for explaining a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is a plan view of the chuck structure shown in FIG. 8 .
- FIG. 10 is a plan view for explaining the chuck plate shown in FIG. 8 .
- FIG. 11 is a bottom view for explaining the chuck plate shown in FIG. 8 .
- FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of a portion A illustrated in FIG. 8 .
- first, second, third, etc. may be used to describe various items such as various elements, compositions, regions, layers and/or portions, the items are not limited by these terms. will not be
- Embodiments of the present invention are described with reference to schematic diagrams of ideal embodiments of the present invention. Accordingly, changes from the shapes of the diagrams, eg, changes in manufacturing methods and/or tolerances, are those that can be fully expected. Accordingly, the embodiments of the present invention are not to be described as being limited to the specific shapes of the areas described as diagrams, but rather to include deviations in the shapes, and the elements described in the drawings are entirely schematic and their shape It is not intended to describe the precise shape of the elements, nor is it intended to limit the scope of the present invention.
- FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a bonding head according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a plan view for explaining the air block shown in FIG. 1 .
- 3 is a front view for explaining the air block shown in FIG.
- the bonding head 100 corresponds to a unit that picks up a chip 10 , transfers it onto a substrate, and bonds the chip on the substrate.
- the bonding head 100 includes a base block 110 , an air block 120 , and a heating block 130 . Although not shown, the bonding head 100 may be provided to enable horizontal movement, elevating movement, rotation, inversion, and the like for the transfer of the chip 10 .
- the base block 110 is made of a metal material.
- An example of the metal material may be stainless steel.
- the base block 110 may be mechanically connected to a driving unit (not shown) to transport the chip 10 .
- the air block 120 is provided on the base block 110 .
- the air block suppresses transfer of heat generated from the heating block 130 to the base block 110 by using air as a medium or cools the heating block 130 .
- the heating block 130 is disposed on the air block 120 .
- the heating block 130 is provided to heat the chip 110 by generating heat.
- the air block 120 suppresses heat transfer to the base block 110 or cools the heating block 130 using air as a medium.
- aluminum oxide (Al 2 O 3 ) which is a material of a generally used ceramic member, has a thermal conductivity of 28 to 32 W/(m ⁇ K). Therefore, compared to a ceramic block made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) material, the air block 120 using the air as a medium according to embodiments of the present invention reduces the heat generated in the heating block 130 by about 1,100 times to 1,280 times blocking may have an excellent thermal blocking efficiency.
- the air block 120 may cool the heating block using a cooling fluid flowing toward the heating block 130 , for example, air or an inert gas.
- the air corresponds to the process air provided in a general process facility.
- the air may be provided at a flow rate of 120 L/min. and a pressure of 0.5 MPa at a temperature of room temperature (RT).
- RT room temperature
- the air block 120 may cool the heating block 130 by using an upward airflow in which the air rises from the lower portion of the air block 120 toward the lower surface of the heating block 130 . .
- the air of the updraft collides with the lower surface of the heating block 130 and then spreads in the radial direction, it is possible to effectively cool the entire area of the lower surface of the heating block 130 .
- the air block 120 may cool the heating block 130 while suppressing transfer of the heat generated in the heating block 130 to the base block 110 .
- the air block 120 includes a body 121 and columns 126 in which the inlet 122 and the outlet 124 are formed.
- the body 121 is disposed on the base block 110 . That is, the body 121 may be located on the upper surface of the base block 110 .
- the body 121 may be made of SUS or Invar material. Accordingly, since the body 121 has a relatively low coefficient of thermal expansion, deformation due to heat generated during a high-temperature chip bonding process may be suppressed.
- the columns 126 extend upwardly from the body 121 .
- the columns 126 extend from, for example, four edges of the outer portions of the body 121 .
- the columns 126 may all have the same vertical height. Accordingly, the columns 126 are in contact with the lower surface of the heating block 130 . Accordingly, the columns 126 may support the heating block 130 so that the heating block 130 is spaced apart from the lower surface of the body 121 .
- the columns 126 may be arranged at equal intervals to each other. In addition, the columns 126 may be arranged at an equal angle with respect to the body 121 . Meanwhile, the columns 126 may be arranged at any height and spacing according to the shape of the heating block 130 or the arrangement angle of the heating block 130 .
- Air may flow in the space formed between the body 121 and the heating block 130 . Accordingly, the air block 120 can thermally insulate the adjacent base block 110 from the heating block 130 using air as a medium and cool the heating block 130 .
- a maximum load of 150 N may be applied to the heating block 130 during the chip bonding process.
- the columns 126 are provided in plurality, for example, two or more, so that the air block 120 can support the load applied to the heating block 130 .
- the body 121 includes an inlet 122 and an outlet 124 that communicate with each other to provide a flow path through which air flows.
- the inlet 122 may be formed on one side of the body 121 .
- the inlet 122 provides a flow path through which air can be introduced into the body 121 .
- the inlet 122 includes an inlet 122a and an inlet passage 122b communicating with the inlet 122a and extending in a horizontal direction. That is, the inlet 122 may have a shape extending in a horizontal direction.
- the inlet passage 122b is not necessarily limited to extending in a horizontal direction, and may extend obliquely with respect to the upper surface of the body 121 .
- the discharge part 124 may be formed in the center of the body 121 .
- the discharge unit 124 provides a flow path through which air can be discharged to the outside of the body 121 .
- the discharge part 124 includes a discharge port 124a and a discharge passage 124b communicating with the discharge port 124a and extending in a vertical direction or an inclined direction.
- the discharge passage 124b communicates with the end of the inlet passage 122b and the outlet 124a.
- the discharge unit 124 is formed in the center of the body 121, so that the air discharged from the discharge unit 124 rises toward the center of the heating block 130, and then radiates from the center of the lower surface of the heating block 130. direction can spread. Accordingly, cooling efficiency of the heating block 130 may be increased.
- the inlet 122 and the outlet 124 may communicate in an “L” shape. Accordingly, as the fluid resistance through which the cooling air flows is reduced, the inlet 122 and the outlet 124 cause the cooling air to flow into the body 121 from the outside, and then to remove the introduced air from the center of the body 121 . It can be discharged upwards.
- the discharge passage 124b may have a diameter of 3 to 15 mm.
- the exhaust passage 124b has a diameter of less than 3 mm, the flow of cooling air is not smooth, whereas when the exhaust passage 124b has a diameter of more than 15 mm, the exhaust passage 124b is The exhaust pressure of the air discharged from the outlet 124a via the air may be excessively reduced, so that the cooling efficiency of the heating block 130 may be reduced.
- the diameter ratio (Dout/Din) of the discharge passage 124b to the inflow passage 122b may be 1:1 to 1:1.5. Accordingly, the cooling air flowing in from the inlet 122a through the inlet passage 122b and the outlet passage 124b may flow more smoothly.
- At least one pair of the inlet 122 and the outlet 124 is provided.
- the inlet 122 and the outlet 124 may be provided in two or more pairs, and each pair may be arranged at equal intervals.
- the inlet 122 is formed around the first vacuum line 134 .
- two pairs of the discharge unit 124 may be disposed to correspond to each other. Accordingly, the cooling air flowing in from the inlet 122 formed on both sides of the body 121 is provided uniformly over the entire lower surface of the heating block 130 at an increased flow rate through the outlet 124.
- each of the four edge portions of the body 121 may be provided at each of the four edge portions of the body 121 .
- the pair of columns 126 may provide a second vacuum line 126a formed therein to transmit a vacuum force to the structure positioned above the heating block 130 .
- the columns 126 in which the second vacuum line 126a is formed may be positioned to face each other.
- An example of the structure may be a suction plate 140 that is replaceably disposed on the upper portion of the heating block. Accordingly, the suction plate 140 may be fixed to the upper surface of the heating block 130 using the vacuum force provided through the second vacuum line 126a.
- the other pair of the columns 126 may include a wiring line 126b that transmits power to the heating block 130 .
- the columns 126 in which the wiring lines 126b are formed may be positioned to face each other. Accordingly, the wiring line 126b transmits power to the heating element 132 (refer to FIG. 5 ) included in the heating block 130 , so that the heating element 132 is driven to generate heat.
- the air block 120 further includes a connecting bar 127 and a flange 128 .
- the connecting bar 127 interconnects the columns 126 .
- the connecting bar 127 interconnects the columns 126 so that the air block 120 can secure improved durability against the load applied to the air block 120 .
- the flange 128 extends radially from the connecting bar 127 .
- the flange 128 may have an inclined sectoral shape.
- the flange 128 may guide the flow of the air.
- the flange 128 may guide the cooling air falling downward to not be directed toward the adjacent bonding head 100 .
- FIG. 4 is a plan view illustrating the heating block illustrated in FIG. 1
- FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the heating block illustrated in FIG. 1 .
- the heating block 130 includes a heating element 132 and a cover part 135 .
- the heating element 132 is built into the heating block 130 .
- the heating element 132 generates heat by power applied from the outside. For example, power supplied through the wiring line 126b among the columns 126 is applied to the heating element 132 . Accordingly, the heating element 132 may be driven to generate heat.
- the cover part 135 is provided to completely surround the heating element 132 .
- the cover part 135 may be made of aluminum nitride.
- the aluminum nitride material may have a thermal conductivity of about 170 W/m ⁇ k or more. Accordingly, the heat generated by the heating element 132 may be effectively transferred to the chip 10 through the cover part 135 .
- the heating block 130 has a first vacuum line 134 and a second vacuum line 136 extending to the top surface to provide a vacuum force.
- the first vacuum line 134 and the second vacuum line 136 are not connected to each other, and the vacuum force is applied to each other.
- the first vacuum line 134 passes through the upper and lower portions of the central portion of the heating block 130 .
- the second vacuum line 136 passes through the upper and lower portions of the edge portion of the heating block 130 .
- the second vacuum line 136 may be connected to a groove 135 formed in a predetermined length on the upper surface of the heating block 130 . Accordingly, the vacuum force provided through the second vacuum line 134 may act in a wider area with respect to the structure positioned above the heating block 130 .
- first vacuum line 134 and the second vacuum line 136 may extend to the base block 110 .
- the second vacuum line 136 may communicate with the outlet 126c formed in the column 126 included in the air block 120 without extending to the base block 110 (see FIG. 3 ). ).
- the lower surface of the heating block 130 may have an exposed area larger than the non-exposed area. Accordingly, the air positioned in the air block 120 between the heating block 130 and the base block 110 suppresses the transfer of heat generated in the heating block 130 to the base block 110 . Further, the cooling air provided by the air block 120 having the inlet 122 and the outlet 124 contacts the exposed area of the lower surface of the heating block 130, so that the heating block 130 is more can be effectively cooled.
- the exposed area may have 60% or more of the lower surface.
- the heating block 130 has a surface roughness of 0.5 Ra or less and a first surface 131 supporting the chip and a blasted product facing the first surface 131 . It may have two sides 136 . That is, as the first surface 131 has a relatively low surface roughness, leakage of vacuum force may be suppressed with respect to the structure on which the heating block 130 is positioned on the upper surface. Meanwhile, since the second surface 136 is blasted, a contact area with the cooling air is increased. Accordingly, the heating block 136 can be cooled more quickly by using the cooling air.
- the conventional air block is made of a ceramic material, for example, Al 2 O 3 material
- the body 121 included in the air block 120 may be made of SUS or Invar material. Since the air block 120 including the body 121 is made of a material having a relatively low coefficient of thermal expansion, distortion of the air block 120 can be prevented in the high-temperature bonding process.
- the heat generated in the heating block 130 may be retained in the ceramic block for a predetermined time.
- the heat retained in the ceramic block affects the heating block 130 , it is difficult to raise or cool the heating block 130 to a desired temperature. In order to solve this, a long cooling time is required to cool the ceramic block.
- the cooling air supplied from the outside is supplied to the heating block 130 and It can flow easily in the spaced apart space between the base blocks (110). As a result, the cooling rate for the heating block 130 may be increased.
- the suction plate 140 is provided on the heating block 130 .
- the suction plate 140 is fixed to the upper surface of the heating block 130 by the vacuum force of the second vacuum line 136 .
- the suction plate 140 may be replaced by providing a vacuum force to the second vacuum line 136 or releasing the vacuum force. Accordingly, when the suction plate 140 is damaged or contaminated, it is possible to easily respond to damage or contamination of the suction plate 140 by selectively replacing only the suction plate 140 .
- the suction plate 140 has a vacuum hole 142 .
- the vacuum hole 142 is connected to the first vacuum line 134 of the heating block 130 . Accordingly, the chip 10 placed on the suction plate 140 may be fixed by the vacuum force provided through the first vacuum line 134 .
- the bonding head 100 may move to stack the chip 10 on the substrate. Also, the chip 10 may be pressed toward the substrate with the suction plate 140 .
- the inlet 122 and the outlet 124 formed in the air block 120 use air to cool the heating block 130 to cool the chip 10 .
- the bumps of the chip 10 may be cooled to form solder.
- the air block 120 having the inlet 122 and the outlet 124 can cool the temperature of the heating block 130 from about 400° C. to about 100° C. within 3 seconds.
- the bonding head 100 may further include a temperature sensor (not shown).
- the temperature sensor is provided inside the heating block 130 and senses the temperature of the heating block 130 . According to the detection result of the temperature sensor, it is possible to control on/off of power provided to the heating element 132 , injection of a cooling fluid in the cooling line 150 , and a refrigerant temperature and circulation. Meanwhile, the temperature sensor may be provided on the second surface or the suction plate 140 opposite to the first surface in contact with the suction plate 140 among the surfaces defining the heating block 130 .
- the bonding head 100 transfers the chip 10 and heats the chip 10 with the heating block 130 in a state in which the chip 10 is brought into close contact with the substrate to melt the bump of the chip 10 . Thereafter, the bonding head 100 cools the chip 10 via the heating block 130 using the cooling air supplied from the air block 120 . Accordingly, a bonding process of bonding the chip 10 to the substrate is performed. Since the bonding head 100 rapidly heats and cools the chip 10 , it is possible to form solder of excellent quality and good shape between the substrate and the chip 10 .
- 6 and 7 are graphs illustrating cooling time.
- a temperature cycle experiment comprising a temperature raising step of raising the temperature of the heating block from 100°C to 450°C, a holding step of maintaining the temperature for 5 seconds, and a cooling step of cooling from 450°C to 100°C again This was done.
- the time required for cooling from 450°C to 100°C in the cooling step is defined as the cooling time.
- FIG 6 shows the cooling time according to the change in the separation distance between the lower surface of the heating block and the end of the outlet included in the air block.
- cooling time when the separation distance is within the range of 4 to 12 mm, cooling time of less than 3 seconds is required.
- the cooling time exceeds 3 seconds because the air injected from the outlet does not effectively reach the lower surface of the heating block.
- the separation distance is less than 4 mm, it can be confirmed that the cooling time exceeds 3 seconds because the air adjacent to the outlet is heated by the radiation phenomenon of heat generated from the heating block.
- the heating block can be cooled at a cooling rate of 100° C./sec or more.
- FIG. 8 is a configuration diagram for explaining a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
- 9 is a plan view of the chuck structure shown in FIG. 8 .
- FIG. 10 is a plan view for explaining the chuck plate shown in FIG. 8 .
- 11 is a bottom view for explaining the chuck plate shown in FIG. 8 .
- 12 is an enlarged cross-sectional view of a portion A illustrated in FIG. 8 .
- the bonding apparatus 300 includes a bonding head 100 and a chuck structure 200 .
- the bonding head 100 transfers the chip 10 onto the chuck structure 200 and bonds it to the substrate 20 , and includes a base block 110 , an air block 120 , a heating block 130 and the It includes a suction plate 140 .
- the bonding head 100 may be provided to enable horizontal movement, vertical movement, rotation, inversion, etc. for transferring the chip 10 .
- a detailed description of the bonding head 100 is omitted because it is substantially the same as the bonding head 100 illustrated in FIGS. 1 to 5 .
- the bonding head 100 may be disposed such that the suction plate 140 faces downward for bonding the chip 10 and the substrate 20 .
- the chuck structure 200 supports the substrate 20 .
- a circuit pattern may be formed on the substrate 20 .
- the chuck structure 200 includes a heating plate 210 , a chuck plate 220 , a guide ring 230 , a clamp 240 , a power cable 250 , and a temperature sensor 260 .
- the heating plate 210 has a substantially circular plate shape, and contains a heating element 212 that generates heat by power applied from the outside.
- the heating element 212 may be provided to form a predetermined pattern on the inner surface of the heating plate 210 .
- Examples of the heating element 212 include an electrode layer, a heating coil, and the like.
- the heating plate 210 has a third vacuum line 214 and a fourth vacuum line 215 extending to the top surface.
- the third vacuum line 214 and the fourth vacuum line 215 may extend from a lower surface or a side surface of the heating plate 210 to the upper surface, respectively.
- the third vacuum line 214 and the fourth vacuum line 215 are not connected to each other, respectively.
- the third vacuum line 214 is connected to a vacuum pump (not shown), and provides a vacuum force for adsorbing the substrate 20 .
- the fourth vacuum line 215 is connected to a vacuum pump (not shown), and provides a vacuum force for adsorbing the chuck plate 220 .
- the heating plate 210 has an alignment pin 216 on its top surface.
- the alignment pins 216 are for aligning the chuck plate 220 of the heating plate 210 , and a plurality of alignment pins 216 may be provided.
- the alignment pin 216 may be disposed on an edge of the upper surface of the heating plate 210 .
- the heating plate 210 has a groove 218 formed along the upper surface edge.
- the groove 218 may be used to fix the guide ring 230 .
- the chuck plate 220 has a substantially disk shape and is placed on the heating plate 210 .
- the chuck plate 220 supports the substrate 20 on its upper surface.
- the chuck plate 220 has the fifth vacuum line 222 connected to the third vacuum line 214 for adsorbing the substrate 20 .
- the fifth vacuum line 222 has a vacuum groove 222a and a plurality of vacuum holes 222b.
- the vacuum groove 222a is formed in the lower surface of the chuck plate 220 .
- the vacuum groove 222a may have a shape in which concentric grooves and radially extending grooves are combined with respect to the center of the lower surface of the chuck plate 220 or may have a circular groove shape. .
- the vacuum groove 222a does not extend to the edge of the lower surface of the chuck plate 220 in order to prevent leakage of the vacuum force.
- the vacuum groove 222a is defined by the upper surface of the heating plate 210 to form a space. Also, the vacuum groove 222a is connected to the third vacuum line 214 .
- the vacuum holes 222b penetrate the chuck plate 220 and extend from the lower surface where the vacuum groove 222a is formed to the upper surface of the chuck plate 220 .
- the vacuum holes 222b are arranged to be spaced apart from each other.
- the vacuum holes 222b may be arranged in a concentric circle shape or a radial shape.
- the fifth vacuum line 222 is connected to the third vacuum line 214 , and the substrate 20 may be adsorbed by a vacuum force provided through the third vacuum line 214 .
- a distance between the vacuum holes 222b positioned at the outermost side of the chuck plate 220 may be relatively narrower than a distance between the vacuum holes 222b positioned at the innermost side of the chuck plate 220 .
- the angle between the vacuum holes 222b positioned at the outermost shell may be half of the angle between the vacuum holes 222b positioned inside the outermost shell.
- the angle between the vacuum holes 222b positioned at the outermost angle is about 15 degrees, and the angle between the vacuum holes 222b positioned inside the outermost shell can be about 30 degrees. have.
- the vacuum force through the vacuum hole 212b may be stably provided even at the edge of the chuck plate 220 . Therefore, even at the edge of the chuck plate 220 , the substrate 20 may be in close contact with the chuck plate 220 , thereby preventing the substrate 20 from being lifted.
- the chuck plate 220 has a vacuum groove 223 provided on its lower surface to be connected to the fourth vacuum line 215 so as to be vacuum-adsorbed by the heating plate 210 .
- the vacuum groove 223 is formed in the lower surface of the chuck plate 220 .
- the vacuum groove 223 may have a shape in which concentric grooves and radially extending grooves are combined with respect to the center of the lower surface of the chuck plate 220 , or may have a circular groove shape.
- the vacuum groove 223 does not extend to the edge of the lower surface of the chuck plate 220 to prevent leakage of the vacuum force.
- the vacuum groove 223 may be formed not to be connected to the fifth vacuum line 222 .
- the vacuum groove 223 is defined by the upper surface of the heating plate 210 to form a space. Also, the vacuum groove 223 is connected to the fourth vacuum line 215 .
- the vacuum groove 223 is connected to the fourth vacuum line 215 , and the chuck plate 220 is in close contact with the heating plate 210 by vacuum force provided through the fourth vacuum line 215 . and can be fixed. Therefore, the substrate 20 on the chuck plate 220 may be supported flatly by minimizing distortion or bending of the chuck plate 220 .
- the heating plate 210 and the chuck plate 220 may maintain a close contact state by the vacuum force provided through the fourth vacuum line 215 and the vacuum groove 223 . Therefore, a separate fastening member for fastening the heating plate 210 and the chuck plate 220 is unnecessary.
- the heating plate 210 and the chuck plate 220 may be separated and replaced by releasing the vacuum force provided through the third vacuum line 214 and the fourth vacuum line 215 . Therefore, the maintenance of the chuck structure 200 can be performed quickly.
- the upper surface of the heating plate 210 and the lower surface of the chuck plate 220 have flatness exceeding about 10 ⁇ m, respectively, between the heating plate 210 and the chuck plate 220 . Minor gaps may exist. Accordingly, the vacuum force may leak between the heating plate 210 and the chuck plate 220 .
- the upper surface of the heating plate 210 and the lower surface of the chuck plate 220 each have a flatness of about 10 ⁇ m or less, preferably 7 ⁇ m or less.
- the heating plate 210 and the chuck plate 220 may be in close contact, and the vacuum force may be prevented from leaking through the space between the heating plate 210 and the chuck plate 220 .
- the chuck plate 220 transfers heat generated by the heating plate 210 to the substrate 20 .
- the substrate 20 may be maintained at a temperature of about 140° C. to 150° C. to facilitate bonding of the chip (not shown) and the substrate 20 .
- the heating plate 210 may be made of a ceramic material.
- An example of the ceramic material may be aluminum nitride (AlN). Since the aluminum nitride has high thermal conductivity, the heating plate 210 may uniformly transfer heat generated by the heating element 212 . Also, the heating plate 210 may uniformly heat the substrate 20 by making the temperature distribution of the chuck plate 220 uniform.
- the chuck plate 220 may be formed by adding titanium to a ceramic material.
- titanium may be added to the aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
- Al 2 O 3 aluminum oxide
- the thermal conductivity of the chuck plate 220 may be further reduced.
- the increase in the porosity of the chuck plate 220 is insignificant and the thermal conductivity of the chuck plate 220 is pure. It may be similar to aluminum oxide.
- the amount of titanium exceeds about 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the aluminum oxide in the chuck plate 220 , the porosity of the chuck plate 220 is excessively increased and thermal conductivity is greatly reduced.
- the strength of the chuck plate 220 may be reduced, and vacuum force may be lost through the pores of the chuck plate 220 .
- the sintered density of the chuck plate 220 may be about 3.5 to 3.7 g/cm 3 , which is slightly lower than the sintered density of pure aluminum oxide of about 3.9 g/cm 3 , so that the strength of the chuck plate 220 is not lowered.
- the sintered density of the chuck plate 220 is less than about 3.5 g/cm 3 , the strength of the chuck plate 220 is low and there is a risk of damage. Since the chuck plate 220 is not pure aluminum oxide, it is difficult for the sintered density of the chuck plate 220 to exceed about 3.7 g/cm 3 .
- the chuck plate 220 may be formed by adding about 10 to 20 parts by weight of titanium based on 100 parts by weight of the aluminum oxide.
- the thermal conductivity of the chuck plate 220 is less than about 5 W/m ⁇ k, the thermal conductivity of the chuck plate 220 is relatively low. Accordingly, the heat generated by the heating plate 210 may not be sufficiently transferred to the substrate 20 , or it may take a lot of time to transfer the heat generated from the heating plate 210 to the substrate 20 . . However, even if the bonding head thermocompresses the substrate 20 and the chip at a high temperature of about 450° C. for bonding the chip, rapid heating of the chuck plate 220 may be prevented.
- the thermal conductivity of the chuck plate 220 exceeds about 20 W/m ⁇ k, the thermal conductivity of the chuck plate 220 is relatively high. Accordingly, the heat generated by the heating plate 210 may be excessively transferred to the substrate 20 , so that the bump between the substrate 20 and the chip may be crushed. In addition, when the bonding head thermocompresses the substrate 20 and the chip at a high temperature of about 450° C., the chuck plate 220 is heated relatively rapidly so that a bump between the substrate 20 and the chip is formed. It can be crushed better.
- the chuck plate 220 transmits heat generated from the thermal plate 210 to the substrate 20 so that the bumps are not crushed. It can be conveyed appropriately.
- the bonding head thermocompresses the substrate 20 and the chip at a high temperature of about 450° C. for bonding the chip, the chuck plate 220 may be prevented from being rapidly heated. Accordingly, it is possible to prevent the bump between the substrate 20 and the chip from being crushed.
- the chuck plate 220 may be made of only aluminum oxide (Al 2 O 3 ) having a lower thermal conductivity than the aluminum nitride.
- the chuck plate 220 has a receiving groove 224 for receiving the alignment pin 216 .
- the receiving groove 224 may be formed at a position corresponding to the alignment pin 216 of the heating plate 210 .
- the receiving groove 224 may also be disposed on the edge of the chuck plate 220 .
- the alignment pins 216 of the heating plate 210 may be inserted into the receiving groove 224 of the chuck plate 220 . have. Accordingly, the heating plate 210 and the chuck plate 220 may be accurately aligned.
- the heating plate 210 is provided with an alignment pin 216 and the chuck plate 220 is provided with the receiving groove 224, the heating plate 210 is provided with the receiving groove, Alignment pins may be provided on the chuck plate 220 .
- the chuck plate 220 has a groove 226 formed along an edge of the upper surface.
- the groove 226 may be used to seat the clamp 240 .
- the guide ring 230 is caught in the groove 218 formed along the upper edge of the heating plate 210 and guides the circumference of the heating plate 210 .
- the guide ring 230 has a locking jaw 232 , and the guide ring 230 is mounted on the heating plate 210 as the locking jaw 232 is caught in the groove 218 .
- the upper surface of the guide ring 230 and the upper surface of the heating plate 210 may be positioned at the same height.
- the chuck plate 220 may be easily seated on the upper surface of the heating plate 210 while the guide ring 230 is mounted on the heating plate 210 .
- the guide ring 230 when the upper surface of the guide ring 230 is positioned higher than the upper surface of the heating plate 210 , the guide ring 230 is seated on the upper surface of the heating plate 210 when the chuck plate 220 is seated on the upper surface of the heating plate 210 . ) can be used as a sorting criterion.
- the clamp 240 is fixed to the guide ring while covering the edge of the upper surface of the chuck plate 220 .
- the clamp 240 may be fixed to the guide ring 230 by a fastening screw 242 .
- a plurality of clamps 240 may be provided to partially cover an edge of an upper surface of the chuck plate 220 .
- the clamp 240 may have a substantially ring shape and may entirely cover an edge of the upper surface of the chuck plate 220 .
- the clamp 240 Since the clamp 240 is fixed to the guide ring 230 while covering the upper surface edge of the chuck plate 220 , the clamp 240 may press the chuck plate 220 downward. Accordingly, the clamp 240 may attach the chuck plate 220 to the heating plate 210 .
- the clamp 240 has a stopping protrusion 244 , and the stopping protrusion 244 may be placed in the groove 226 of the chuck plate 220 . Accordingly, the upper surface of the clamp 240 and the upper surface of the chuck plate 220 may be positioned at the same height. Therefore, when the substrate 20 is stably transferred to the upper surface of the chuck plate 220 without interference of the clamp 240 , it can be seated.
- the guide ring 230 and the clamp 240 may be made of a material having a lower thermal conductivity than that of the heating plate 210 .
- the guide ring 230 and the clamp 240 may be made of an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) material.
- the guide ring 230 and the clamp 240 may be made of the same material as the chuck plate 220 .
- the guide ring 230 and the clamp 240 Since the thermal conductivity of the guide ring 230 and the clamp 240 is lower than the thermal conductivity of the heating plate 210 , the guide ring 230 and the clamp 240 pass through the side surface of the heating plate 210 . Heat loss can be prevented.
- the power cable 250 extends to the inside of the heating plate 210 and is connected to the heating element 212 , and provides power for the heating element 212 to generate heat.
- the temperature sensor 260 extends from the outside to the inside of the heating plate 210 and measures the temperature of the heating plate 210 heated by the heating element 212 .
- the temperature of the heating element 212 may be controlled using the temperature measured by the temperature sensor 260 .
- the temperature of the heating plate 210 may be adjusted by controlling the temperature of the heating element 212 .
- thermocouple An example of the temperature sensor 260 may be a thermocouple.
- the chuck structure 200 transfers heat generated by the heating plate 210 to the substrate 20 through the chuck plate 220 .
- the substrate 20 may be always heated to a constant temperature by the heat transferred by the chuck plate 220 . Accordingly, the chip 10 can be effectively bonded to the substrate 20 .
- the bonding device 300 fixes the substrate 20 using the chuck structure 200 and rapidly heats and cools the chip 10 with the bonding head 100 in a state in which it is heated to a predetermined temperature. and bonding the chip 10 to the substrate 20 . Accordingly, it is possible to form solder of excellent quality and good shape between the chip 10 and the substrate 20 . In addition, the efficiency of a process of bonding the chip 10 to the substrate 20 using the bonding apparatus 300 may be improved.
- Embodiments of the present invention may be applied to a bonding head provided to pick up a chip and bond it to a substrate, and a bonding apparatus including the bonding head.
- a bonding head provided to pick up a chip and bond it to a substrate
- a bonding apparatus including the bonding head.
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Abstract
A bonding head comprises: a base block; an air block arranged on the base block; and a heating block arranged on the air block, and provided to generate heat and heat a chip, wherein the air block cools the heating block while using the air as a medium to suppress the transmission of the heat generated from the heating block to the base block.
Description
본 발명의 실시예들은 본딩 헤드 및 이를 갖는 본딩 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명의 실시예들은 칩을 픽업하여 기판 상에 본딩할 수 있도록 구비된 본딩 헤드 및 상기 본딩 헤드를 포함하는 본딩 장치에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a bonding head and a bonding apparatus having the same. More particularly, embodiments of the present invention relate to a bonding head provided to pick up a chip and bond it to a substrate, and a bonding apparatus including the bonding head.
최근, 반도체 패키지를 비롯한 전자 부품의 소형화 요구에 대응하기 위해 복수의 전자 부품을 적층시켜 적층 칩 패키지를 형성하는 기술이 개발되었다. Recently, in order to respond to the demand for miniaturization of electronic components including semiconductor packages, a technology for forming a stacked chip package by stacking a plurality of electronic components has been developed.
상기 적층 칩 패키지는 기판 위에 칩들이 적층된 반도체 패키지이다. 상기 적층 칩 패키지는 상기 칩들과 상기 기판을 적층한 상태에서 열과 압력을 인가하는 본딩 공정을 통하여 형성된다. 상기 본딩 공정을 수행하기 위하여 본딩 장치가 이용된다.The stacked chip package is a semiconductor package in which chips are stacked on a substrate. The stacked chip package is formed through a bonding process in which heat and pressure are applied while the chips and the substrate are stacked. A bonding apparatus is used to perform the bonding process.
상기 본딩 장치는 척 구조물로 상기 기판을 지지하고, 본딩 헤드로 상기 칩을 상기 기판 상에 위치시키고 열 및 압력을 상기 칩에 인가한다. 구체적으로, 상기 본딩 헤드는 상기 칩을 상기 기판의 상면에 밀착시킨 상태에서 상기 칩을 가열하여 상기 칩의 하면에 구비된 범프를 녹인 후 다시 냉각시킴으로써 상기 칩을 상기 기판에 본딩한다. The bonding apparatus supports the substrate with a chuck structure, places the chip on the substrate with a bonding head, and applies heat and pressure to the chip. Specifically, the bonding head bonds the chip to the substrate by heating the chip in a state in which the chip is in close contact with the upper surface of the substrate to melt bumps provided on the lower surface of the chip, and then cooling the chip again.
일반적으로 상기 본딩 헤드는, 가열 블록, 베이스 블록 및 상기 가열블록과 베이스 블록 사이에 개재된 세라믹 부재를 포함한다. In general, the bonding head includes a heating block, a base block, and a ceramic member interposed between the heating block and the base block.
상기 가열 블록은 자체 전기 저항을 갖는 탄화실리콘 또는 고융점 금속(텅스텐, 몰리브덴) 발열체가 내재된 질화알루미늄과 같은 우수한 열전도도를 갖는 물질로 이루어진다. 한편, 상기 세라믹 부재는 산화알루미늄(Al2O3)과 같은 가열 블록 대비 상대적으로 낮은 열전도도를 갖는 물질로 이루어진다.The heating block is made of a material having excellent thermal conductivity, such as silicon carbide having its own electrical resistance or aluminum nitride with a high melting point metal (tungsten, molybdenum) heating element embedded therein. Meanwhile, the ceramic member is made of a material having relatively low thermal conductivity compared to the heating block, such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
상기 세라믹 부재는 산화알루미늄(Al2O3)과 같은 상대적으로 낮은 열전도도를 갖는 물질로 이루어진다. 따라서, 상기 세라믹 부재는 상기 가열 블록에서 발생된 열이 상기 베이스 블록으로 전달되는 것을 억제한다. 이로써 상기 본딩 헤드는 상대적으로 빠른 가열 속도를 구현할 수 있다. 하지만 산화알루미늄으로 이루어진 상기 세라믹 부재는 28 내지 32 W/(m·K)의 열전도율을 가짐에 따라, 상기 세라믹 부재가 상기 가열 블록에서 발생된 열이 상기 베이스 블록으로 전달되는 것을 억제하는데 한계가 있다.The ceramic member is made of a material having relatively low thermal conductivity, such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Accordingly, the ceramic member suppresses heat generated in the heating block from being transferred to the base block. Accordingly, the bonding head can implement a relatively fast heating rate. However, as the ceramic member made of aluminum oxide has a thermal conductivity of 28 to 32 W/(m·K), the ceramic member has a limit in suppressing heat generated in the heating block from being transferred to the base block. .
또한, 상기 세라믹 부재가 열을 내부에 보유할 수 있다. 즉, 상기 산화알루미늄으로 이루어진 세라믹 부재는 상대적으로 낮은 열확산율을 가짐에 따라 상대적으로 높은 비열을 가질 수 있다.In addition, the ceramic member may retain heat therein. That is, the ceramic member made of aluminum oxide may have a relatively high specific heat as it has a relatively low thermal diffusivity.
즉, 상기 세라믹 부재는 상기 가열 블록으로부터 발생된 열을 베이스 블록으로 쉽게 전달하지 않지만, 확산시키지 못한 열을 그 내부에 보유하고 있을 수 있다. 따라서, 칩의 하면에 구비된 범프를 녹인 후 다시 냉각시키는 본딩 공정이 수행될 때, 상기 세라믹 부재의 보유열로 인하여 상기 본딩 장치가 상기 범프를 신속하게 냉각시키는 데 어려움이 있다. That is, the ceramic member does not easily transfer the heat generated from the heating block to the base block, but may retain the heat that is not diffused therein. Therefore, when the bonding process of melting the bump provided on the lower surface of the chip and then cooling it again is performed, it is difficult for the bonding apparatus to rapidly cool the bump due to the heat retained by the ceramic member.
나아가, 범프들 간에 미세 피치를 갖는 칩을 기판에 본딩할 경우, 솔더의 녹는점에 인접하는 온도가 정밀하게 제어될 필요가 있다. 따라서, 솔더에 과열 현상이 발생할 경우, 칩 및 기판 사이의 오정렬 현상이 발생할 수 있다.Furthermore, when a chip having a fine pitch between bumps is bonded to a substrate, a temperature adjacent to the melting point of the solder needs to be precisely controlled. Therefore, when overheating occurs in the solder, misalignment between the chip and the substrate may occur.
상기 본딩 장치는 칩과 기판 사이의 전기 신호를 연결하는 솔더볼 또는 범퍼가 목표하는 형상을 유지하면서 전기적으로 안정적인 접합성을 확보할 필요가 있다. 따라서, 상기 본딩 장치는 상대적으로 빠른 가열 속도 및 냉각 속도를 동시에 구현할 필요가 있다.In the bonding apparatus, it is necessary to secure electrically stable bonding properties while maintaining a target shape of a solder ball or bumper connecting an electrical signal between a chip and a substrate. Therefore, the bonding apparatus needs to simultaneously implement a relatively fast heating rate and a cooling rate.
본 발명의 실시예들은 상대적으로 우수한 가열 속도 및 냉각 속도를 구현할 수 있는 본딩 헤드를 제공한다. Embodiments of the present invention provide a bonding head capable of implementing a relatively excellent heating rate and cooling rate.
본 발명의 실시예들은 상기 본딩 헤드를 갖는 본딩 장치를 제공한다.Embodiments of the present invention provide a bonding apparatus having the bonding head.
본 발명의 실시예들에 따른 본딩 헤드는, 베이스 블록, 상기 베이스 블록의 상부에 배치되는 에어 블록 및 상기 에어 블록의 상부에 배치되고, 열을 발생시켜 칩을 가열시키도록 구비된 가열 블록을 포함하고, 상기 에어 블록은 공기를 매질로 이용하여 상기 가열 블록에서 발생된 열이 상기 베이스 블록으로 전달되는 것을 억제시키면서 상기 가열 블록을 냉각시키도록 구비된다.The bonding head according to embodiments of the present invention includes a base block, an air block disposed on the base block, and a heating block disposed on the air block to generate heat to heat the chip And, the air block is provided to cool the heating block while suppressing the transfer of heat generated in the heating block to the base block using air as a medium.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에어 블록은, 상기 공기가 상기 에어 블록의 하부로부터 상기 가열 블록의 하면을 향하여 상승하는 상승 기류를 이용하여 상기 가열 블록을 냉각시킨다.In an embodiment of the present invention, the air block cools the heating block using an upward airflow in which the air rises from the lower portion of the air block toward the lower surface of the heating block.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에어 블록은, 상기 베이스 블록 상에 배치된 몸체 및 상기 몸체로부터 상방으로 연장되며, 상기 가열 블록이 상기 몸체의 하면으로부터 이격되도록 상기 가열 블록을 지지하는 컬럼들을 포함하며, 상기 몸체는 유입부 및 배출부를 포함하고, 상기 유입부는 유입구 및 상기 유입구와 연통된 유입 통로를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the air block, the body disposed on the base block and extending upward from the body, the heating block is spaced apart from the lower surface of the body to support the heating block columns The body may include an inlet and an outlet, and the inlet may include an inlet and an inlet passage communicating with the inlet.
여기서, 상기 배출부는 배출구 및 상기 유입부와 상기 배출구를 상호 연통시키는 배출 통로를 포함할 수 있다.Here, the discharge unit may include an outlet and a discharge passage that communicates the inlet and the outlet.
또한, 상기 배출구 및 상기 가열 블록의 하면 사이의 이격 거리는 4 내지 12 mm의 범위 내일 수 있다. 상기 배출 통로는 5 내지 15 mm 직경을 가질 수 있다. 나아가, 상기 유입 통로 및 배출 통로의 직경 비는 1:1 내지 1:1.5 일 수 있다.In addition, the separation distance between the outlet and the lower surface of the heating block may be in the range of 4 to 12 mm. The discharge passage may have a diameter of 5 to 15 mm. Furthermore, the diameter ratio of the inlet passage and the outlet passage may be 1:1 to 1:1.5.
한편, 상기 유입부 및 배출부는 “L”자 형상으로 연통될 수 있다. 그리고, 상기 유입부 및 배출부는 적어도 한 쌍으로 제공될 수 있다. 이와 다르게, 상기 유입부 및 배출부는 두 개 이상의 쌍으로 제공되고, 각각의 쌍은 등간격으로 배치될 수 있다.Meanwhile, the inlet and the outlet may communicate in an “L” shape. In addition, at least one pair of the inlet and outlet may be provided. Alternatively, the inlet and outlet may be provided in two or more pairs, and each pair may be arranged at equal intervals.
또한, 상기 몸체는 SUS 또는 Invar 재질로 이루어질 수 있다.In addition, the body may be made of SUS or Invar material.
한편, 상기 컬럼들 각각은 상기 가열블록의 상부에 위치하는 구조물에 진공력을 전달하도록 그 내부에 형성된 진공 라인 및 상기 가열 블록에 전력을 전달하는 배선 라인 중 하나를 포함할 수 있다.Meanwhile, each of the columns may include one of a vacuum line formed therein to transmit a vacuum force to a structure positioned above the heating block and a wiring line for transmitting power to the heating block.
여기서, 상기 에어 블록은, 상기 컬럼들을 상호 연결하는 연결바 및 상기 연결바로부터 방사 방향으로 연장되며, 상기 공기의 흐름을 가이드하는 플랜지를 더 포함할 수 있다.Here, the air block may further include a connecting bar connecting the columns and a flange extending in a radial direction from the connecting bar to guide the flow of the air.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가열 블록은 그 내부에 내장되고, 외부로부터 인가되는 전원에 의해 열을 발생시키는 발열체를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the heating block may include a heating element that is built in and generates heat by power applied from the outside.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가열 블록은 그 내부에 구비된 발열체 및 상기 발열체를 전체적으로 감싸도록 구비되며, 질화 알루미늄으로 이루어진 커버부를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the heating block is provided to surround the heating element and the heating element provided therein as a whole, may include a cover made of aluminum nitride.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가열 블록의 하면은, 비노출 영역보다 큰 노출 영역을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the lower surface of the heating block may have a larger exposed area than the non-exposed area.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가열 블록은 0.5 Ra 이하의 표면 조도를 갖고 상기 칩을 지지하는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하며 블라스트 처리된 제2 면을 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the heating block has a surface roughness of 0.5 Ra or less and may have a first surface supporting the chip and a second surface facing the first surface and blasted.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가열 블록 상에 구비되며, 상기 칩을 흡착하도록 구비된 흡착판이 추가적으로 제공되며, 상기 가열 블록은, 수직 방향을 따라 각각 관통하도록 형성되며 상기 칩 및 상기 흡착판을 각각 흡착하도록 진공력을 제공하는 제1 진공 라인 및 제2 진공 라인을 포함하고, 상기 흡착판은, 상기 제2 진공 라인과 연통되어 상기 칩에 진공력을 제공할 수 있도록 구비된 진공홀을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a suction plate provided on the heating block and provided to adsorb the chip is additionally provided, and the heating block is formed to pass through each in a vertical direction, and the chip and the suction plate are formed to pass through. and a first vacuum line and a second vacuum line for providing a vacuum force to respectively adsorb, and the suction plate may include a vacuum hole provided to communicate with the second vacuum line to provide a vacuum force to the chip. can
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가열 블록은 세라믹 재질로 이루어지고, 상기 에어 블록은 금속 재질로 이루어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the heating block may be made of a ceramic material, and the air block may be made of a metal material.
본 발명의 실시예들에 따른 본딩 헤드는, 에어 블록 및 상기 에어 블록의 상부에 배치되고, 열을 발생시켜 칩을 가열시키도록 구비된 가열 블록을 포함하고, 상기 에어 블록은 공기를 매질로 이용하여 상기 가열 블록에서 발생된 열이 상기 에어 블록의 하부로 전달되는 것을 억제시키면서 상기 가열 블록을 100℃/sec 이상의 냉각 속도로 냉각시킬 수 있다.The bonding head according to embodiments of the present invention includes an air block and a heating block disposed on the air block and provided to generate heat to heat the chip, and the air block uses air as a medium Thus, it is possible to cool the heating block at a cooling rate of 100° C./sec or more while suppressing the transfer of heat generated in the heating block to the lower portion of the air block.
본 발명의 실시예들에 따른 본딩 장치는, 기판을 지지하는 척 구조물 및 상기 척 구조물의 상방에 이동 가능하도록 구비되며, 칩을 상기 기판에 본딩하는 본딩 헤드를 포함하며, 상기 본딩 헤드는, 베이스 블록, 상기 베이스 블록의 상부에 배치된 에어 블록 및 상기 에어 블록의 상부에 배치되고, 열을 발생시켜 칩을 가열시키도록 구비된 가열 블록을 포함하고, 상기 에어 블록은, 공기를 매질로 이용하여 상기 가열 블록에서 발생된 열이 상기 베이스 블록으로 전달되는 것을 억제하면서 상기 가열 블록을 냉각시키도록 구비될 수 있다.A bonding apparatus according to embodiments of the present invention includes a chuck structure supporting a substrate and a bonding head provided to be movable above the chuck structure and bonding a chip to the substrate, wherein the bonding head is a base a block, an air block disposed on the base block, and a heating block disposed on the air block to generate heat to heat the chip, the air block using air as a medium It may be provided to cool the heating block while suppressing the transfer of heat generated in the heating block to the base block.
본 발명에 따른 본딩 헤드는 상기 베이스 블록 및 상기 가열 블록 사이에 공기를 매질로 이용하여 가열 블록으로부터 베이스 블록을 열적으로 절연시키고, 가열 블록을 냉각시키는 에어 블록을 구비한다. 상기 에어 블록이 상기 칩을 가열하기 위한 열이 상기 베이스 블록으로 전달되는 것을 억제할 수 있다. 나아가, 외부로부터 공급되는 공기를 이용하여 상기 가열 블록이 신속하게 냉각될 수 있다. 상기 칩과 상기 기판 사이의 범프를 신속하게 가열 및 냉각할 수 있다.The bonding head according to the present invention includes an air block for thermally insulating the base block from the heating block by using air as a medium between the base block and the heating block, and cooling the heating block. The air block may suppress the transfer of heat for heating the chip to the base block. Furthermore, the heating block may be rapidly cooled using air supplied from the outside. The bump between the chip and the substrate can be quickly heated and cooled.
본 발명에 따른 본딩 장치는 상기 본딩 헤드 및 척 구조물을 이용하여 상기 기판에 상기 칩을 안정적으로 본딩할 수 있다.The bonding apparatus according to the present invention may stably bond the chip to the substrate using the bonding head and the chuck structure.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 헤드를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view for explaining a bonding head according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 에어 블록을 설명하기 위한 평면도이다. FIG. 2 is a plan view for explaining the air block shown in FIG. 1 .
도 3은 도 1에 도시된 에어 블록을 설명하기 위한 정면도이다. 3 is a front view for explaining the air block shown in FIG.
도 4는 도 1에 도시된 가열 블록을 설명하기 위한 평면도이다. FIG. 4 is a plan view for explaining the heating block shown in FIG. 1 .
도 5는 도 1에 도시된 가열 블록을 설명하기 위한 단면도이다. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the heating block shown in FIG. 1 .
도 6 및 도 7은 냉각 시간을 도시한 그래프들이다.6 and 7 are graphs illustrating cooling time.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 장치를 설명하기 위한 구성도이다.8 is a configuration diagram for explaining a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 9는 도 8에 도시된 척 구조물의 평면도이다. 9 is a plan view of the chuck structure shown in FIG. 8 .
도 10은 도 8에 도시된 척 플레이트를 설명하기 위한 평면도이다.FIG. 10 is a plan view for explaining the chuck plate shown in FIG. 8 .
도 11은 도 8에 도시된 척 플레이트를 설명하기 위한 저면도이다. 11 is a bottom view for explaining the chuck plate shown in FIG. 8 .
도 12는 도 8에 도시된 A 부분을 확대한 확대 단면도이다.12 is an enlarged cross-sectional view of a portion A illustrated in FIG. 8 .
이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below and may be embodied in various other forms. The following examples are provided to sufficiently convey the scope of the present invention to those skilled in the art, rather than being provided so that the present invention can be completely completed.
본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.In embodiments of the present invention, when an element is described as being disposed or connected to another element, the element may be directly disposed or connected to the other element, and other elements may be interposed therebetween. it might be Conversely, when one element is described as being directly disposed on or connected to another element, there cannot be another element between them. Although the terms first, second, third, etc. may be used to describe various items such as various elements, compositions, regions, layers and/or portions, the items are not limited by these terms. will not
본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.The terminology used in the embodiments of the present invention is only used for the purpose of describing specific embodiments, and is not intended to limit the present invention. Further, unless otherwise limited, all terms including technical and scientific terms have the same meaning as understood by one of ordinary skill in the art of the present invention. The above terms, such as those defined in ordinary dictionaries, shall be interpreted to have meanings consistent with their meanings in the context of the related art and description of the present invention, ideally or excessively outwardly intuitive, unless clearly defined. will not be interpreted.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.Embodiments of the present invention are described with reference to schematic diagrams of ideal embodiments of the present invention. Accordingly, changes from the shapes of the diagrams, eg, changes in manufacturing methods and/or tolerances, are those that can be fully expected. Accordingly, the embodiments of the present invention are not to be described as being limited to the specific shapes of the areas described as diagrams, but rather to include deviations in the shapes, and the elements described in the drawings are entirely schematic and their shape It is not intended to describe the precise shape of the elements, nor is it intended to limit the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 헤드를 설명하기 위한 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 에어 블록을 설명하기 위한 평면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 에어 블록을 설명하기 위한 정면도이다. 1 is a cross-sectional view for explaining a bonding head according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view for explaining the air block shown in FIG. 1 . 3 is a front view for explaining the air block shown in FIG.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 헤드(100)는 칩(10)을 픽업하여 기판 상으로 이송하여 상기 기판 상에 칩을 본딩하는 유닛에 해당한다.1 to 3 , the bonding head 100 according to an embodiment of the present invention corresponds to a unit that picks up a chip 10 , transfers it onto a substrate, and bonds the chip on the substrate.
상기 본딩 헤드(100)는, 베이스 블록(110), 에어 블록(120) 및 가열 블록(130)을 포함한다. 도시되지는 않았지만, 본딩 헤드(100)는 칩(10)의 이송을 위해 수평 이동, 승강 이동, 회전, 반전 등이 가능하도록 구비될 수 있다. The bonding head 100 includes a base block 110 , an air block 120 , and a heating block 130 . Although not shown, the bonding head 100 may be provided to enable horizontal movement, elevating movement, rotation, inversion, and the like for the transfer of the chip 10 .
상기 베이스 블록(110)은 금속 재질로 이루어진다. 상기 금속 재질의 예로는 스테인리스 스틸을 들 수 있다. 상기 베이스 블록(110)은 구동부(미도시)와 기계적으로 연결되어, 상기 칩(10)을 이송할 수 있다.The base block 110 is made of a metal material. An example of the metal material may be stainless steel. The base block 110 may be mechanically connected to a driving unit (not shown) to transport the chip 10 .
상기 에어 블록(120)은 상기 베이스 블록(110) 상에 구비된다. 상기 에어 블록은 공기를 매질로 이용하여 상기 가열 블록(130)으로부터 발생된 열이 베이스 블록(110)으로 전달되는 것을 억제하거나 가열 블록(130)을 냉각시킨다. The air block 120 is provided on the base block 110 . The air block suppresses transfer of heat generated from the heating block 130 to the base block 110 by using air as a medium or cools the heating block 130 .
상기 가열 블록(130)은 상기 에어 블록(120)의 상부에 배치된다. 상기 가열 블록(130)은 열을 발생시켜 칩(110)을 가열시키도록 구비된다.The heating block 130 is disposed on the air block 120 . The heating block 130 is provided to heat the chip 110 by generating heat.
보다 상세하게는 에어 블록(120)은 공기를 매질로 이용하여 베이스 블록(110)으로의 열전달을 억제하거나 가열 블록(130)을 냉각시킨다. In more detail, the air block 120 suppresses heat transfer to the base block 110 or cools the heating block 130 using air as a medium.
즉, 상기 공기는 1기압, 293K(=20℃) 상태에서, 0.025 W/(m·K)로 매우 낮은 열전도율을 가지다. 비교하건데, 일반적으로 이용하는 세라믹 부재의 재질인 산화알루미늄(Al2O3) 물질은 28 내지 32 W/(m·K)의 열전도율을 가진다. 따라서, 산화알루미늄(Al2O3) 물질로 이루어진 세라믹 블록과 비교할 때 본 발명의 실시예들에 따른 상기 공기를 매질로 이용하는 에어 블록(120)은 상기 가열 블록(130)에서 발생된 열을 약 1,100 배 내지 1,280 배 차단하는 우수한 열차단 효율을 가질 수 있다.That is, the air has a very low thermal conductivity of 0.025 W/(m·K) in a state of 1 atm and 293K (=20° C.). For comparison, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), which is a material of a generally used ceramic member, has a thermal conductivity of 28 to 32 W/(m·K). Therefore, compared to a ceramic block made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) material, the air block 120 using the air as a medium according to embodiments of the present invention reduces the heat generated in the heating block 130 by about 1,100 times to 1,280 times blocking may have an excellent thermal blocking efficiency.
한편, 에어 블록(120)은 상기 가열블록(130)을 향하여 흐르는 냉각 유체, 예를 들면 공기, 불활성 가스 등을 이용하여 상기 가열블록을 냉각시킬 수 있다. Meanwhile, the air block 120 may cool the heating block using a cooling fluid flowing toward the heating block 130 , for example, air or an inert gas.
상기 공기는 일반적인 공정 설비에서 제공되는 공정 공기에 해당한다. 예를 들면, 상기 공기는 상온(room temperature; RT)의 온도에서 120 L/min.의 유량 및 0.5 MPa 압력으로 제공될 수 있다.The air corresponds to the process air provided in a general process facility. For example, the air may be provided at a flow rate of 120 L/min. and a pressure of 0.5 MPa at a temperature of room temperature (RT).
이때, 상기 에어 블록(120)은, 상기 공기가 상기 에어 블록(120)의 하부로부터 상기 가열 블록(130)의 하면을 향하여 상승하는 상승 기류를 이용하여 상기 가열 블록(130)을 냉각시킬 수 있다. 상승 기류의 공기가 상기 가열 블록(130)의 하면과 충돌한 후 방사 방향으로 퍼짐에 따라 상기 가열 블록(130)의 하면의 전 영역에 걸쳐 효과적으로 냉각시킬 수 있다. At this time, the air block 120 may cool the heating block 130 by using an upward airflow in which the air rises from the lower portion of the air block 120 toward the lower surface of the heating block 130 . . As the air of the updraft collides with the lower surface of the heating block 130 and then spreads in the radial direction, it is possible to effectively cool the entire area of the lower surface of the heating block 130 .
결과적으로 상기 에어 블록(120)은, 상기 가열 블록(130)에서 발생된 열이 상기 베이스 블록(110)으로 전달되는 것을 억제시키면서 상기 가열 블록(130)을 냉각시킬 수 있다.As a result, the air block 120 may cool the heating block 130 while suppressing transfer of the heat generated in the heating block 130 to the base block 110 .
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 에어 블록(120)은 몸체(121) 및 유입부(122)와 배출부(124)가 형성된 컬럼들(126)을 포함한다.In one embodiment of the present invention, the air block 120 includes a body 121 and columns 126 in which the inlet 122 and the outlet 124 are formed.
상기 몸체(121)는 상기 베이스 블록(110) 상에 배치된다. 즉, 상기 몸체(121)는 상기 베이스 블록(110)의 상면 상에 위치할 수 있다. The body 121 is disposed on the base block 110 . That is, the body 121 may be located on the upper surface of the base block 110 .
상기 몸체(121)는 SUS 또는 Invar 재질로 이루어질 수 있다. 이로써, 상기 몸체(121)는 상대적으로 낮은 열팽창계수를 가짐에 따라 고온의 칩 본딩 공정 중 발생하는 열에 의한 변형이 억제될 수 있다.The body 121 may be made of SUS or Invar material. Accordingly, since the body 121 has a relatively low coefficient of thermal expansion, deformation due to heat generated during a high-temperature chip bonding process may be suppressed.
상기 컬럼들(126)은 상기 몸체(121)로부터 상방으로 연장된다. 상기 컬럼들(126)은 예를 들면 상기 몸체(121)의 외곽부들 중 네 개의 에지로부터 연장된다. 상기 컬럼들(126)은 모두 동일한 수직 높이를 가질 수 있다. 따라서, 상기 컬럼들(126)은 상기 가열 블록(130)의 하면과 컨택한다. 이로써, 상기 컬럼들(126)은 상기 가열 블록(130)이 상기 몸체(121)의 하면으로부터 이격되도록 상기 가열 블록(130)을 지지할 수 있다. The columns 126 extend upwardly from the body 121 . The columns 126 extend from, for example, four edges of the outer portions of the body 121 . The columns 126 may all have the same vertical height. Accordingly, the columns 126 are in contact with the lower surface of the heating block 130 . Accordingly, the columns 126 may support the heating block 130 so that the heating block 130 is spaced apart from the lower surface of the body 121 .
또한, 상기 컬럼들(126)은 상호 등간격으로 배열될 수 있다. 또한, 상기 컬럼들(126)은 몸체(121)를 중심으로 등각도로 배열될 수 있다. 한편, 상기 가열 블록(130)의 형태 또는 상기 가열 블록(130)의 배열 각도 등에 따라 상기 컬럼들(126)은 임의의 높이와 간격으로 배열될 수 있다.In addition, the columns 126 may be arranged at equal intervals to each other. In addition, the columns 126 may be arranged at an equal angle with respect to the body 121 . Meanwhile, the columns 126 may be arranged at any height and spacing according to the shape of the heating block 130 or the arrangement angle of the heating block 130 .
상기 몸체(121) 및 상기 가열 블록(130) 사이에 형성된 공간에는 공기가 유동할 수 있다. 이로써, 상기 에어 블록(120)이 공기를 매질로 이용하여 인접하는 베이스 블록(110)을 상기 가열 블록(130)으로부터 열적으로 절연시키고 가열 블록(130)을 냉각시킬 수 있다.Air may flow in the space formed between the body 121 and the heating block 130 . Accordingly, the air block 120 can thermally insulate the adjacent base block 110 from the heating block 130 using air as a medium and cool the heating block 130 .
상기 칩 본딩 공정 중 상기 가열 블록(130)에는 최대 150 N의 하중이 인가될 수 있다. 이때, 상기 컬럼들(126)은 복수 개, 예를 들면 2개 이상으로 구비됨으로써, 상기 에어 블록(120)이 상기 가열 블록(130)에 인가되는 하중을 지탱할 수 있다.A maximum load of 150 N may be applied to the heating block 130 during the chip bonding process. At this time, the columns 126 are provided in plurality, for example, two or more, so that the air block 120 can support the load applied to the heating block 130 .
상기 몸체(121)는 상호 연통되어 공기가 흐르는 유로를 제공하는 유입부(122) 및 배출부(124)를 포함한다.The body 121 includes an inlet 122 and an outlet 124 that communicate with each other to provide a flow path through which air flows.
상기 유입부(122)는 상기 몸체(121)의 일 측부에 형성될 수 있다. 상기 유입부(122)는 공기가 상기 몸체(121) 내부로 유입될 수 있도록 유로를 제공한다. 상기 유입부(122)는 유입구(122a) 및 상기 유입구(122a)와 연통되며 수평 방향으로 연장된 유입 통로(122b)를 포함한다. 즉, 상기 유입부(122)는 수평 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 다만, 상기 유입 통로(122b)는 반드시 수평 방향으로 연장된 것으로 한정되는 것은 아니며, 몸체(121)의 상면에 대하여 경사지게 연장될 수 있다.The inlet 122 may be formed on one side of the body 121 . The inlet 122 provides a flow path through which air can be introduced into the body 121 . The inlet 122 includes an inlet 122a and an inlet passage 122b communicating with the inlet 122a and extending in a horizontal direction. That is, the inlet 122 may have a shape extending in a horizontal direction. However, the inlet passage 122b is not necessarily limited to extending in a horizontal direction, and may extend obliquely with respect to the upper surface of the body 121 .
상기 배출부(124)는 상기 몸체(121)의 중심부에 형성될 수 있다. 상기 배출부(124)는 공기가 상기 몸체(121) 외부로 배출될 수 있도록 유로를 제공한다. 상기 배출부(124)는 배출구(124a) 및 상기 배출구(124a)와 연통되며 수직 방향 또는 경사진 방향으로 연장된 배출 통로(124b)를 포함한다. 상기 배출 통로(124b)는 상기 유입 통로(122b)의 단부 및 상기 배출구(124a)를 상호 연통시킨다. The discharge part 124 may be formed in the center of the body 121 . The discharge unit 124 provides a flow path through which air can be discharged to the outside of the body 121 . The discharge part 124 includes a discharge port 124a and a discharge passage 124b communicating with the discharge port 124a and extending in a vertical direction or an inclined direction. The discharge passage 124b communicates with the end of the inlet passage 122b and the outlet 124a.
상기 배출부(124)는 몸체(121)의 중심부에 형성됨으로써, 배출부(124)로부터 배출된 공기가 상기 가열 블록(130)의 중심부를 향하여 상승한 후 상기 가열 블록(130) 하면의 중심부로부터 방사 방향으로 퍼질 수 있다. 이로써, 상기 가열 블록(130)에 대한 냉각 효율이 증대될 수 있다. The discharge unit 124 is formed in the center of the body 121, so that the air discharged from the discharge unit 124 rises toward the center of the heating block 130, and then radiates from the center of the lower surface of the heating block 130. direction can spread. Accordingly, cooling efficiency of the heating block 130 may be increased.
한편, 상기 유입부(122) 및 배출구(124)는 “L”자 형상으로 연통될 수 있다. 따라서, 냉각 공기가 흐르는 유체 저항이 감소함으로써 상기 유입부(122) 및 배출부(124)는 외부로부터 상기 몸체(121) 내부로 냉각 공기가 유입되고 이어서 유입된 공기를 몸체(121)의 중심부로부터 상방으로 배출시킬 수 있다. Meanwhile, the inlet 122 and the outlet 124 may communicate in an “L” shape. Accordingly, as the fluid resistance through which the cooling air flows is reduced, the inlet 122 and the outlet 124 cause the cooling air to flow into the body 121 from the outside, and then to remove the introduced air from the center of the body 121 . It can be discharged upwards.
또한, 상기 배출 통로(124b)는 3 내지 15 mm의 직경을 가질 수 있다. 상기 배출 통로(124b)가 3 mm 미만의 직경을 가질 경우, 냉각 공기의 흐름이 원활하게 되지 못하는 반면에, 상기 배출 통로(124b)가 15 mm 초과의 직경을 가질 경우, 배출 통로(124b)를 경유하여 배출구(124a)로부터 배출되는 공기의 배출 압력이 지나치게 감소되어 상기 가열 블록(130)의 냉각 효율이 저하될 수 있다.Also, the discharge passage 124b may have a diameter of 3 to 15 mm. When the exhaust passage 124b has a diameter of less than 3 mm, the flow of cooling air is not smooth, whereas when the exhaust passage 124b has a diameter of more than 15 mm, the exhaust passage 124b is The exhaust pressure of the air discharged from the outlet 124a via the air may be excessively reduced, so that the cooling efficiency of the heating block 130 may be reduced.
한편, 상기 유입 통로(122b)에 대한 배출 통로(124b)의 직경 비(Dout/Din)는 1:1 내지 1:1.5 일 수 있다. 이로써, 상기 유입구(122a)로부터 유입되는 냉각 공기가 상기 유입 통로(122b) 및 배출 통로(124b)를 경유하여 흐르는 냉각 공기가 보다 원활하게 흐를 수 있다.Meanwhile, the diameter ratio (Dout/Din) of the discharge passage 124b to the inflow passage 122b may be 1:1 to 1:1.5. Accordingly, the cooling air flowing in from the inlet 122a through the inlet passage 122b and the outlet passage 124b may flow more smoothly.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유입부(122) 및 배출부(124)는 적어도 한 쌍으로 제공된다. 예를 들면, 상기 유입부(122) 및 배출부(124)는 두 개 이상의 쌍으로 제공되고, 각각의 쌍은 등간격으로 배치될 수 있다. In one embodiment of the present invention, at least one pair of the inlet 122 and the outlet 124 is provided. For example, the inlet 122 and the outlet 124 may be provided in two or more pairs, and each pair may be arranged at equal intervals.
특히, 상기 몸체(121)의 중심부에 상기 칩(10)을 진공력을 전달하기 위한 제1 진공 라인(134)이 형성될 경우, 상기 제1 진공 라인(134)을 중심으로 상기 유입부(122) 및 배출부(124)로 이루어진 두 쌍이 서로 대응되게 배치될 수 있다. 이로써, 몸체(121)의 양 측부들에 형성된 유입부(122)로부터 유입되는 냉각 공기가 배출부(124)를 통하여 보다 증가된 유량으로 상기 가열 블록(130)의 하면 전체에 걸쳐 균일하게 제공될 수 있다.In particular, when the first vacuum line 134 for transferring the vacuum force to the chip 10 is formed in the center of the body 121 , the inlet 122 is formed around the first vacuum line 134 . ) and two pairs of the discharge unit 124 may be disposed to correspond to each other. Accordingly, the cooling air flowing in from the inlet 122 formed on both sides of the body 121 is provided uniformly over the entire lower surface of the heating block 130 at an increased flow rate through the outlet 124. can
도 2를 참조하면, 상기 컬럼들(126)은 상기 몸체(121)의 네 개의 에지부에 각각 위치하여 네 개로 제공될 수 있다. 이때, 상기 컬럼들(126) 한 쌍은 상기 가열블록(130)의 상부에 위치하는 구조물에 진공력을 전달하도록 그 내부에 형성된 제2 진공 라인(126a)을 제공할 수 있다. 한편, 제2 진공 라인(126a)이 형성된 컬럼(126)은 서로 마주보도록 위치할 수 있다. 상기 구조물의 예로는 상기 가열블록의 상부에 교체 가능하게 배치된 흡착판(140)을 들 수 있다. 이로써, 상기 제2 진공 라인(126a)을 통하여 제공된 진공력을 이용하여 상기 흡착판(140)을 가열 블록(130)의 상면에 고정될 수 있다. Referring to FIG. 2 , four columns 126 may be provided at each of the four edge portions of the body 121 . In this case, the pair of columns 126 may provide a second vacuum line 126a formed therein to transmit a vacuum force to the structure positioned above the heating block 130 . Meanwhile, the columns 126 in which the second vacuum line 126a is formed may be positioned to face each other. An example of the structure may be a suction plate 140 that is replaceably disposed on the upper portion of the heating block. Accordingly, the suction plate 140 may be fixed to the upper surface of the heating block 130 using the vacuum force provided through the second vacuum line 126a.
한편, 상기 컬럼들(126) 중 다른 한 쌍은 상기 가열 블록(130)에 전력을 전달하는 배선 라인(126b)을 포함할 수 있다. 상기 배선 라인(126b)이 형성된 컬럼(126)은 서로 마주보도록 위치할 수 있다. 이로써, 상기 배선 라인(126b)은 상기 가열 블록(130)에 포함된 발열체(132; 도 5 참조)에 전력을 전달함으로써, 상기 발열체(132)가 구동하여 열을 발생시킬 수 있다. Meanwhile, the other pair of the columns 126 may include a wiring line 126b that transmits power to the heating block 130 . The columns 126 in which the wiring lines 126b are formed may be positioned to face each other. Accordingly, the wiring line 126b transmits power to the heating element 132 (refer to FIG. 5 ) included in the heating block 130 , so that the heating element 132 is driven to generate heat.
도 3을 참조하면, 상기 에어 블록(120)은, 연결바(127) 및 플랜지(128)를 더 포함한다. Referring to FIG. 3 , the air block 120 further includes a connecting bar 127 and a flange 128 .
상기 연결바(127)는 상기 컬럼들(126)을 상호 연결한다. 상기 연결바(127)는 상기 컬럼들(126)을 상호 연결함으로써 에어 블록(120)이 상기 에어 블록(120)에 인가되는 하중에 대하여 보다 개선된 내구성을 확보할 수 있다. The connecting bar 127 interconnects the columns 126 . The connecting bar 127 interconnects the columns 126 so that the air block 120 can secure improved durability against the load applied to the air block 120 .
한편, 상기 플랜지(128)는 상기 연결바(127)로부터 방사 방향으로 연장된다. 상기 플랜지(128)는 기울어진 부채꼴 형상을 가질 수 있다. 상기 플랜지(128)는 상기 공기의 흐름을 가이드할 수 있다. 예를 들면, 플랜지(128)는 하방으로 낙하하는 냉각 공기를 인접하는 본딩 헤드(100) 방향으로 향하지 않도록 유도할 수 있다.Meanwhile, the flange 128 extends radially from the connecting bar 127 . The flange 128 may have an inclined sectoral shape. The flange 128 may guide the flow of the air. For example, the flange 128 may guide the cooling air falling downward to not be directed toward the adjacent bonding head 100 .
도 4는 도 1에 도시된 가열 블록을 설명하기 위한 평면도이고, 도 5는 도 1에 도시된 가열 블록을 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 4 is a plan view illustrating the heating block illustrated in FIG. 1 , and FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the heating block illustrated in FIG. 1 .
도 4 및 도 5를 참고하면, 상기 가열 블록(130)은 발열체(132) 및 커버부(135)를 포함한다.4 and 5 , the heating block 130 includes a heating element 132 and a cover part 135 .
상기 발열체(132)는 가열 블록(130)의 내부에 내장된다. 상기 발열체(132)는 외부로부터 인가되는 전원에 의해 열을 발생시킨다. 예를 들면, 상기 컬럼들(126) 중 배선 라인(126b)을 통하여 공급된 전원이 상기 발열체(132)에 인가된다. 이로써, 발열체(132)가 구동하여 열을 발생시킬 수 있다.The heating element 132 is built into the heating block 130 . The heating element 132 generates heat by power applied from the outside. For example, power supplied through the wiring line 126b among the columns 126 is applied to the heating element 132 . Accordingly, the heating element 132 may be driven to generate heat.
상기 커버부(135)는 상기 발열체(132)를 전체적으로 감싸도록 구비된다. 상기 커버부(135)는 질화 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 상기 질화 알루미늄 물질은 약 170 W/m·k 이상의 열전도율을 가질 수 있다. 이로써, 상기 발열체(132)가 발생한 열이 상기 커버부(135)를 통하여 상기 칩(10)에 효과적으로 전달될 수 있다. The cover part 135 is provided to completely surround the heating element 132 . The cover part 135 may be made of aluminum nitride. The aluminum nitride material may have a thermal conductivity of about 170 W/m·k or more. Accordingly, the heat generated by the heating element 132 may be effectively transferred to the chip 10 through the cover part 135 .
상기 가열 블록(130)은 진공력을 제공하기 위해 상부면까지 연장하는 제1 진공 라인(134) 및 제2 진공 라인(136)을 갖는다. The heating block 130 has a first vacuum line 134 and a second vacuum line 136 extending to the top surface to provide a vacuum force.
상기 제1 진공 라인(134)과 상기 제2 진공 라인(136)은 서로 연결되지 않으며, 상기 진공력이 각각 제공된다. The first vacuum line 134 and the second vacuum line 136 are not connected to each other, and the vacuum force is applied to each other.
예를 들면, 상기 제1 진공 라인(134)은 상기 가열 블록(130)의 중앙 부위의 상하를 관통한다. For example, the first vacuum line 134 passes through the upper and lower portions of the central portion of the heating block 130 .
상기 제2 진공 라인(136)은 상기 가열 블록(130)의 가장자리 부위의 상하를 관통한다. 특히 상기 제2 진공 라인(136)은 상기 가열 블록(130)의 상부면에 일정 길이로 형성된 홈(135)과 연결될 수 있다. 따라서, 상기 제2 진공 라인(134)을 통해 제공된 진공력이 상기 가열 블록(130)의 상부에 위치한 구조물에 대하여 보다 넓은 영역으로 작용할 수 있다. The second vacuum line 136 passes through the upper and lower portions of the edge portion of the heating block 130 . In particular, the second vacuum line 136 may be connected to a groove 135 formed in a predetermined length on the upper surface of the heating block 130 . Accordingly, the vacuum force provided through the second vacuum line 134 may act in a wider area with respect to the structure positioned above the heating block 130 .
일 예로, 상기 제1 진공 라인(134)과 상기 제2 진공 라인(136)은 상기 베이스 블록(110)까지 연장되어 구비될 수 있다. 다른 예로, 상기 제2 진공 라인(136)은 상기 베이스 블록(110)까지 연장되지 않고 상기 에어 블록(120)에 포함된 컬럼(126)에 형성된 배출구(126c)와 연통될 수 있다(도 3 참조).For example, the first vacuum line 134 and the second vacuum line 136 may extend to the base block 110 . As another example, the second vacuum line 136 may communicate with the outlet 126c formed in the column 126 included in the air block 120 without extending to the base block 110 (see FIG. 3 ). ).
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가열 블록(130)의 하면은, 비노출 영역보다 큰 노출 영역을 가질 수 있다. 이로써, 상기 가열 블록(130) 및 베이스 블록(110) 사이의 에어 블록(120)에 위치하는 공기가, 상기 가열 블록(130)에서 발생한 열이 베이스 블록(110)으로 전달되는 것을 억제한다. 나아가, 상기 유입부(122) 및 배출부(124)를 갖는 에어 블록(120)이 제공한 냉각 공기가 상기 가열 블록(130)의 하면의 노출 영역에 접촉함으로써, 상기 가열 블록(130)이 보다 효과적으로 냉각될 수 있다. 예를 들면 상기 하면에 대하여 상기 노출 영역은 60% 이상을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the lower surface of the heating block 130 may have an exposed area larger than the non-exposed area. Accordingly, the air positioned in the air block 120 between the heating block 130 and the base block 110 suppresses the transfer of heat generated in the heating block 130 to the base block 110 . Further, the cooling air provided by the air block 120 having the inlet 122 and the outlet 124 contacts the exposed area of the lower surface of the heating block 130, so that the heating block 130 is more can be effectively cooled. For example, the exposed area may have 60% or more of the lower surface.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가열 블록(130)은 0.5 Ra 이하의 표면 조도를 갖고 상기 칩을 지지하는 제1 면(131) 및 상기 제1 면(131)에 대향하며 블라스트 처리된 제2 면(136)을 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 면(131)은 상대적으로 낮은 표면 조도를 가짐에 따라 상기 가열 블록(130)이 그 상면에 위치하는 구조물에 대하여 진공력의 누설이 억제될 수 있다. 한편, 상기 제2 면(136)이 블라스트 처리됨으로써 상기 냉각 공기와의 접촉 면적이 증가한다. 이로써, 상기 냉각 공기를 이용하여 상기 가열 블록(136)이 보다 신속하게 냉각될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the heating block 130 has a surface roughness of 0.5 Ra or less and a first surface 131 supporting the chip and a blasted product facing the first surface 131 . It may have two sides 136 . That is, as the first surface 131 has a relatively low surface roughness, leakage of vacuum force may be suppressed with respect to the structure on which the heating block 130 is positioned on the upper surface. Meanwhile, since the second surface 136 is blasted, a contact area with the cooling air is increased. Accordingly, the heating block 136 can be cooled more quickly by using the cooling air.
종래의 에어 블록이 세라믹 재질, 예를 들면 Al2O3 재질로 이루어지는 반면에 상기 에어 블록(120)에 포함된 몸체(121)는 SUS 또는 Invar 재질로 이루어질 수 있다. 상기 몸체(121)를 포함하는 에어 블록(120)은 상대적으로 낮은 열팽창계수를 갖는 재질로 이루어짐에 따라 고온 본딩 공정에서 에어 블록(120)의 뒤틀림이 방지될 수 있다. While the conventional air block is made of a ceramic material, for example, Al 2 O 3 material, the body 121 included in the air block 120 may be made of SUS or Invar material. Since the air block 120 including the body 121 is made of a material having a relatively low coefficient of thermal expansion, distortion of the air block 120 can be prevented in the high-temperature bonding process.
나아가, Al2O3 재질의 세라믹 블록이 가열 블록(130) 및 베이스 블록(110) 사이에 개재될 경우 가열 블록(130)에서 발생된 열이 일정시간 세라믹 블록 내에 보유될 수 있다. 이 경우, 상기 세라믹 블록 내에 보유된 열이 상기 가열 블록(130)에 영향을 미쳐 상기 가열 블록(130)을 원하는 온도로 승온 또는 냉각하는 데 어려움이 있다. 이를 해소하기 위하여 세라믹 블록을 냉각시키는 데 장시간의 냉각 시간이 요구된다. Furthermore, when the ceramic block made of Al 2 O 3 material is interposed between the heating block 130 and the base block 110 , the heat generated in the heating block 130 may be retained in the ceramic block for a predetermined time. In this case, since the heat retained in the ceramic block affects the heating block 130 , it is difficult to raise or cool the heating block 130 to a desired temperature. In order to solve this, a long cooling time is required to cool the ceramic block.
반면에, 에어 블록(120)은 상기 가열 블록(130) 및 베이스 블록(110) 사이를 이격시키면서 상기 가열 블록(130)을 지지함에 따라, 외부로부터 공급되는 냉각 공기가 상기 가열 블록(130) 및 베이스 블록(110) 사이의 이격 공간에서 용이하게 흐를 수 있다. 결과적으로 상기 가열 블록(130)에 대한 냉각 속도가 증가할 수 있다.On the other hand, as the air block 120 supports the heating block 130 while being spaced apart between the heating block 130 and the base block 110, the cooling air supplied from the outside is supplied to the heating block 130 and It can flow easily in the spaced apart space between the base blocks (110). As a result, the cooling rate for the heating block 130 may be increased.
상기 흡착판(140)은 상기 가열 블록(130) 상에 구비된다. 상기 흡착판(140)은 상기 제2 진공 라인(136)의 진공력에 의해 상기 가열 블록(130)의 상부면에 고정된다. 상기 제2 진공 라인(136)으로 진공력을 제공하거나 상기 진공력을 해제함으로써 상기 흡착판(140)을 교체할 수 있다. 따라서, 상기 흡착판(140)이 손상 또는 오염되는 경우, 상기 흡착판(140)만을 선택적으로 교체함으로써 상기 흡착판(140)의 손상 또는 오염에 용이하게 대응할 수 있다. The suction plate 140 is provided on the heating block 130 . The suction plate 140 is fixed to the upper surface of the heating block 130 by the vacuum force of the second vacuum line 136 . The suction plate 140 may be replaced by providing a vacuum force to the second vacuum line 136 or releasing the vacuum force. Accordingly, when the suction plate 140 is damaged or contaminated, it is possible to easily respond to damage or contamination of the suction plate 140 by selectively replacing only the suction plate 140 .
또한, 상기 흡착판(140)은 진공홀(142)을 갖는다. 상기 진공홀(142)은 상기 가열 블록(130)의 상기 제1 진공 라인(134)과 연결된다. 따라서, 상기 제1 진공 라인(134)을 통해 제공되는 진공력으로 상기 흡착판(140) 상에 놓여지는 상기 칩(10)을 고정할 수 있다.In addition, the suction plate 140 has a vacuum hole 142 . The vacuum hole 142 is connected to the first vacuum line 134 of the heating block 130 . Accordingly, the chip 10 placed on the suction plate 140 may be fixed by the vacuum force provided through the first vacuum line 134 .
상기 흡착판(140)으로 상기 칩(10)을 고정한 상태에서 본딩 헤드(100)가 이동하여 상기 칩(10)을 기판 상에 적층할 수 있다. 또한, 상기 흡착판(140)으로 상기 기판을 향해 상기 칩(10)을 가압할 수 있다. In a state in which the chip 10 is fixed with the suction plate 140 , the bonding head 100 may move to stack the chip 10 on the substrate. Also, the chip 10 may be pressed toward the substrate with the suction plate 140 .
상기 에어 블록(120)에 형성된 유입부(122) 및 배출부(124)는 공기를 이용하여 상기 가열 블록(130)을 냉각하여 상기 칩(10)을 냉각시킨다. 상기 칩(10)이 냉각됨에 따라 상기 칩(10)의 범프가 냉각되어 솔더를 형성할 수 있다. 이때, 상기 유입부(122) 및 배출부(124)를 갖는 에어 블록(120)은 가열 블록(130)의 온도를 약 400℃로부터 약 100℃로 3초 이내에 냉각시킬 수 있다. The inlet 122 and the outlet 124 formed in the air block 120 use air to cool the heating block 130 to cool the chip 10 . As the chip 10 is cooled, the bumps of the chip 10 may be cooled to form solder. At this time, the air block 120 having the inlet 122 and the outlet 124 can cool the temperature of the heating block 130 from about 400° C. to about 100° C. within 3 seconds.
상기 본딩 헤드(100)는 온도 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 센서는 상기 가열 블록(130)의 내부에 구비되며, 상기 가열 블록(130)의 온도를 감지한다. 상기 온도 센서의 감지 결과에 따라 상기 발열체(132)에 제공되는 전원의 온오프 및 상기 냉각 라인(150)의 냉각 유체의 분사, 냉매 온도 및 순환을 제어할 수 있다. 한편, 상기 온도 센서는, 상기 가열 블록(130)을 정의하는 면들 중 상기 흡착판(140)과 접촉하는 제1 면에 대향하는 제2면 또는 상기 흡착판(140)에 구비될 수도 있다. The bonding head 100 may further include a temperature sensor (not shown). The temperature sensor is provided inside the heating block 130 and senses the temperature of the heating block 130 . According to the detection result of the temperature sensor, it is possible to control on/off of power provided to the heating element 132 , injection of a cooling fluid in the cooling line 150 , and a refrigerant temperature and circulation. Meanwhile, the temperature sensor may be provided on the second surface or the suction plate 140 opposite to the first surface in contact with the suction plate 140 among the surfaces defining the heating block 130 .
상기 본딩 헤드(100)는 상기 칩(10)을 이송하여 상기 기판에 밀착시킨 상태에서 상기 가열 블록(130)으로 상기 칩(10)을 가열하여 상기 칩(10)의 범프를 용융시킨다. 이후 상기 본딩 헤드(100)는 상기 에어 블록(120)으로부터 공급된 냉각 공기를 이용하여 상기 가열 블록(130)을 경유하여 칩(10)을 냉각시킨다. 이로써, 상기 칩(10)을 상기 기판에 본딩하는 본딩 공정이 수행된다. 상기 본딩 헤드(100)가 상기 칩(10)을 급속으로 가열하고 급속으로 냉각하므로, 상기 기판 및 상기 칩(10) 사이에 우수한 품질과 양호한 형상의 솔더를 형성할 수 있다. The bonding head 100 transfers the chip 10 and heats the chip 10 with the heating block 130 in a state in which the chip 10 is brought into close contact with the substrate to melt the bump of the chip 10 . Thereafter, the bonding head 100 cools the chip 10 via the heating block 130 using the cooling air supplied from the air block 120 . Accordingly, a bonding process of bonding the chip 10 to the substrate is performed. Since the bonding head 100 rapidly heats and cools the chip 10 , it is possible to form solder of excellent quality and good shape between the substrate and the chip 10 .
도 6 및 도 7은 냉각 시간을 도시한 그래프들이다.6 and 7 are graphs illustrating cooling time.
도 6 및 도 7을 참조하면, 가열 블록을 100℃에서 450℃로 승온하는 승온 단계, 5초간 온도를 유지하는 유지 단계 및 후 다시 450℃에서 100℃로 냉각시키는 냉각 단계를 포함하는 온도 사이클 실험이 수행되었다. 이때, 상기 냉각 단계에서 450℃에서 100℃로 냉각시키는 데 소요되는 시간이 냉각 시간으로 정의된다.6 and 7, a temperature cycle experiment comprising a temperature raising step of raising the temperature of the heating block from 100°C to 450°C, a holding step of maintaining the temperature for 5 seconds, and a cooling step of cooling from 450°C to 100°C again This was done. In this case, the time required for cooling from 450°C to 100°C in the cooling step is defined as the cooling time.
도 6은 에어 블록에 포함된 배출구의 단부 및 가열 블록의 하면 사이의 이격 거리의 변화에 따른 냉각 시간을 도시한다. 6 shows the cooling time according to the change in the separation distance between the lower surface of the heating block and the end of the outlet included in the air block.
도 6을 참조하면, 상기 이격 거리가 4 내지 12 mm의 범위 내에 있을 때 3초 이내의 냉각 시간이 소요됨을 확인할 수 있다. 상기 이격 거리가 12 mm를 초과할 경우 상기 배출구로부터 분사되는 공기가 상기 가열 블록에 하면에 효과적으로 도달하지 못하므로 냉각 시간이 3초를 초과하였다. 한편, 상기 이격 거리가 4 mm 미만일 경우 상기 가열 블록으로부터 발생된 열의 복사 현상에 의하여 상기 배출구에 인접하는 공기가 가열되어 냉각 시간이 3초를 초과함을 확인할 수 있다. 이로써, 상기 가열 블록이 100℃/sec 이상의 냉각 속도로 냉각될 수 있다. Referring to FIG. 6 , it can be seen that when the separation distance is within the range of 4 to 12 mm, cooling time of less than 3 seconds is required. When the separation distance exceeds 12 mm, the cooling time exceeds 3 seconds because the air injected from the outlet does not effectively reach the lower surface of the heating block. On the other hand, when the separation distance is less than 4 mm, it can be confirmed that the cooling time exceeds 3 seconds because the air adjacent to the outlet is heated by the radiation phenomenon of heat generated from the heating block. Thereby, the heating block can be cooled at a cooling rate of 100° C./sec or more.
도 7은 에어 블록에 포함된 배출 통로의 직경의 변화 따른 냉각 시간을 도시한다.7 shows the cooling time according to the change in the diameter of the discharge passage included in the air block.
도 7을 참조하면, 상기 에어 블록에 형성된 유입 통로가 3 mm 이상의 직경을 가질 때 10초 이내의 냉각 시간이 걸림을 확인할 수 있다. 상기 직경이 3 mm 미만일 경우 냉각 시간이 10초를 초과함에 따라 냉각 효율이 감소됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 , it can be seen that when the inlet passage formed in the air block has a diameter of 3 mm or more, it takes less than 10 seconds to cool down. When the diameter is less than 3 mm, it can be seen that the cooling efficiency is reduced as the cooling time exceeds 10 seconds.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 본딩 장치를 설명하기 위한 구성도이다. 도 9는 도 8에 도시된 척 구조물의 평면도이다. 도 10은 도 8에 도시된 척 플레이트를 설명하기 위한 평면도이다. 도 11은 도 8에 도시된 척 플레이트를 설명하기 위한 저면도이다. 도 12는 도 8에 도시된 A 부분을 확대한 확대 단면도이다.8 is a configuration diagram for explaining a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. 9 is a plan view of the chuck structure shown in FIG. 8 . FIG. 10 is a plan view for explaining the chuck plate shown in FIG. 8 . 11 is a bottom view for explaining the chuck plate shown in FIG. 8 . 12 is an enlarged cross-sectional view of a portion A illustrated in FIG. 8 .
도 8 내지 도 12를 참조하면, 본딩 장치(300)는 본딩 헤드(100) 및 척 구조물(200)을 포함한다. 8 to 12 , the bonding apparatus 300 includes a bonding head 100 and a chuck structure 200 .
상기 본딩 헤드(100)는 칩(10)을 척 구조물(200) 상으로 이송하여 기판(20)에 본딩하기 위한 것으로, 베이스 블록(110), 에어 블록(120), 가열 블록(130) 및 상기 흡착판(140)을 포함한다. 도시되지는 않았지만, 상기 본딩 헤드(100)는 상기 칩(10)의 이송을 위해 수평 이동, 상하 이동, 회전, 반전 등이 가능하도록 구비될 수 있다. The bonding head 100 transfers the chip 10 onto the chuck structure 200 and bonds it to the substrate 20 , and includes a base block 110 , an air block 120 , a heating block 130 and the It includes a suction plate 140 . Although not shown, the bonding head 100 may be provided to enable horizontal movement, vertical movement, rotation, inversion, etc. for transferring the chip 10 .
상기 본딩 헤드(100)에 대한 구체적인 설명은 도 1 내지 도 5에 도시된 상기 본딩 헤드(100)와 실질적으로 동일하므로 생략한다. A detailed description of the bonding head 100 is omitted because it is substantially the same as the bonding head 100 illustrated in FIGS. 1 to 5 .
또한, 상기 본딩 헤드(100)는 상기 칩(10)과 기판(20)의 본딩을 위해 상기 흡착판(140)이 하방을 향하도록 배치될 수 있다. In addition, the bonding head 100 may be disposed such that the suction plate 140 faces downward for bonding the chip 10 and the substrate 20 .
상기 척 구조물(200)은 상기 기판(20)을 지지한다. 이때, 상기 기판(20)에는 회로 패턴이 형성될 수 있다. The chuck structure 200 supports the substrate 20 . In this case, a circuit pattern may be formed on the substrate 20 .
상기 척 구조물(200)은 가열 플레이트(210), 척 플레이트(220), 가이드 링(230), 클램프(240), 전원케이블(250) 및 온도 센서(260)를 포함한다.The chuck structure 200 includes a heating plate 210 , a chuck plate 220 , a guide ring 230 , a clamp 240 , a power cable 250 , and a temperature sensor 260 .
상기 가열 플레이트(210)는 대략 원판 형태를 가지며, 외부로부터 인가되는 전원에 의해 열을 발생하는 발열체(212)를 내장한다. The heating plate 210 has a substantially circular plate shape, and contains a heating element 212 that generates heat by power applied from the outside.
상기 발열체(212)는 상기 가열 플레이트(210)의 내측면에 일정한 패턴을 이루도록 구비될 수 있다. 상기 발열체(212)의 예로는 전극층, 발열 코일 등을 들 수 있다. The heating element 212 may be provided to form a predetermined pattern on the inner surface of the heating plate 210 . Examples of the heating element 212 include an electrode layer, a heating coil, and the like.
상기 가열 플레이트(210)는 상부면까지 연장하는 제3 진공 라인(214) 및 제4 진공 라인(215)을 갖는다. 상기 제3 진공 라인(214)과 상기 제4 진공 라인(215)은 각각 상기 가열 플레이트(210)의 하부면 또는 측면에서 상기 상부면까지 연장할 수 있다. 상기 제3 진공 라인(214)과 상기 제4 진공 라인(215)은 각각 서로 연결되지 않는다. 상기 제3 진공 라인(214)은 진공 펌프(미도시)와 연결되며, 상기 기판(20)을 흡착하기 위한 진공력을 제공한다. 상기 제4 진공 라인(215)은 진공 펌프(미도시)와 연결되며, 상기 척 플레이트(220)를 흡착하기 위한 진공력을 제공한다. The heating plate 210 has a third vacuum line 214 and a fourth vacuum line 215 extending to the top surface. The third vacuum line 214 and the fourth vacuum line 215 may extend from a lower surface or a side surface of the heating plate 210 to the upper surface, respectively. The third vacuum line 214 and the fourth vacuum line 215 are not connected to each other, respectively. The third vacuum line 214 is connected to a vacuum pump (not shown), and provides a vacuum force for adsorbing the substrate 20 . The fourth vacuum line 215 is connected to a vacuum pump (not shown), and provides a vacuum force for adsorbing the chuck plate 220 .
상기 가열 플레이트(210)는 상부면에 정렬 핀(216)을 갖는다. 상기 정렬 핀(216)은 상기 가열 플레이트(210)의 상기 척 플레이트(220)를 정렬하기 위한 것으로, 복수 개가 구비될 수 있다. 상기 정렬 핀(216)은 상기 가열 플레이트(210)의 상부면 가장자리에 배치될 수 있다. The heating plate 210 has an alignment pin 216 on its top surface. The alignment pins 216 are for aligning the chuck plate 220 of the heating plate 210 , and a plurality of alignment pins 216 may be provided. The alignment pin 216 may be disposed on an edge of the upper surface of the heating plate 210 .
또한, 상기 가열 플레이트(210)는 상부면 가장자리를 따라 형성된 홈(218)을 갖는다. 상기 홈(218)은 상기 가이드 링(230)을 고정하는데 이용될 수 있다. In addition, the heating plate 210 has a groove 218 formed along the upper surface edge. The groove 218 may be used to fix the guide ring 230 .
상기 척 플레이트(220)는 대략 원판 형태를 가지며, 상기 가열 플레이트(210) 상에 놓여진다. 상기 척 플레이트(220)는 상부면에 상기 기판(20)을 지지한다. The chuck plate 220 has a substantially disk shape and is placed on the heating plate 210 . The chuck plate 220 supports the substrate 20 on its upper surface.
상기 척 플레이트(220)는 상기 기판(20)을 흡착하기 위해 상기 제3 진공 라인(214)과 연결되는 상기 제5 진공 라인(222)을 갖는다. The chuck plate 220 has the fifth vacuum line 222 connected to the third vacuum line 214 for adsorbing the substrate 20 .
상기 제5 진공 라인(222)은 진공 홈(222a) 및 다수의 진공 홀(222b)들을 갖는다. The fifth vacuum line 222 has a vacuum groove 222a and a plurality of vacuum holes 222b.
상기 진공 홈(222a)은 상기 척 플레이트(220)의 하부면에 형성된다. 예를 들면, 상기 진공 홈(222a)은 상기 척 플레이트(220)의 하부면 중심을 기준으로 동심원 형태를 갖는 홈들과 방사상으로 연장하는 홈들이 결합된 형상을 갖거나, 원형 홈 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 진공 홈(222a)은 상기 진공력의 누설을 방지하기 위해 상기 척 플레이트(220)의 하부면 가장자리까지 연장하지 않는다. The vacuum groove 222a is formed in the lower surface of the chuck plate 220 . For example, the vacuum groove 222a may have a shape in which concentric grooves and radially extending grooves are combined with respect to the center of the lower surface of the chuck plate 220 or may have a circular groove shape. . At this time, the vacuum groove 222a does not extend to the edge of the lower surface of the chuck plate 220 in order to prevent leakage of the vacuum force.
상기 척 플레이트(220)는 상기 가열 플레이트(210) 상에 놓여지면서 상기 진공 홈(222a)은 상기 가열 플레이트(210)의 상부면에 의해 한정되어 공간을 형성한다. 또한, 상기 진공 홈(222a)은 상기 제3 진공 라인(214)과 연결된다. While the chuck plate 220 is placed on the heating plate 210 , the vacuum groove 222a is defined by the upper surface of the heating plate 210 to form a space. Also, the vacuum groove 222a is connected to the third vacuum line 214 .
상기 진공 홀(222b)들은 상기 척 플레이트(220)를 관통하여 상기 진공 홈(222a)이 형성된 하부면에서 상기 척 플레이트(220)의 상부면까지 연장한다. 상기 진공 홀(222b)은 서로 이격되도록 배열된다. 예를 들면, 상기 진공 홀(222b)들은 동심원 형상 또는 방사 형상으로 배열될 수 있다. The vacuum holes 222b penetrate the chuck plate 220 and extend from the lower surface where the vacuum groove 222a is formed to the upper surface of the chuck plate 220 . The vacuum holes 222b are arranged to be spaced apart from each other. For example, the vacuum holes 222b may be arranged in a concentric circle shape or a radial shape.
따라서, 상기 제5 진공 라인(222)은 상기 제3 진공 라인(214)과 연결되며, 상기 제3 진공 라인(214)을 통해 제공되는 진공력으로 상기 기판(20)을 흡착할 수 있다. Accordingly, the fifth vacuum line 222 is connected to the third vacuum line 214 , and the substrate 20 may be adsorbed by a vacuum force provided through the third vacuum line 214 .
한편, 상기 척 플레이트(220)에서 최외각에 위치하는 상기 진공 홀(222b)들 사이의 간격은 상기 최외각보다 내측에 위치하는 상기 진공 홀(222b)들의 간격보다 상대적으로 좁게 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 최외각에 위치하는 상기 진공 홀(222b)들 사이의 각도는 상기 최외각보다 내측에 위치하는 상기 진공 홀(222b)들 사이의 각도의 절반일 수 있다. 예를 들면, 상기 최외각에 위치하는 상기 진공 홀(222b)들 사이의 각도는 약 15도이고, 상기 최외각보다 내측에 위치하는 상기 진공 홀(222b)들 사이의 각도는 약 30도 일 수 있다. Meanwhile, a distance between the vacuum holes 222b positioned at the outermost side of the chuck plate 220 may be relatively narrower than a distance between the vacuum holes 222b positioned at the innermost side of the chuck plate 220 . Specifically, the angle between the vacuum holes 222b positioned at the outermost shell may be half of the angle between the vacuum holes 222b positioned inside the outermost shell. For example, the angle between the vacuum holes 222b positioned at the outermost angle is about 15 degrees, and the angle between the vacuum holes 222b positioned inside the outermost shell can be about 30 degrees. have.
따라서, 상기 척 플레이트(220)의 가장자리에서도 진공 홀(212b)을 통한 진공력이 안정적으로 제공될 수 있다. 그러므로, 상기 척 플레이트(220)의 가장자리에서도 상기 기판(20)이 상기 척 플레이트(220)에 밀착될 수 있으며, 상기 기판(20)이 들뜨는 것을 방지할 수 있다. Accordingly, the vacuum force through the vacuum hole 212b may be stably provided even at the edge of the chuck plate 220 . Therefore, even at the edge of the chuck plate 220 , the substrate 20 may be in close contact with the chuck plate 220 , thereby preventing the substrate 20 from being lifted.
또한, 상기 척 플레이트(220)는 상기 가열 플레이트(210)에 진공 흡착되도록 하부면에 상기 제4 진공 라인(215)과 연결되도록 구비되는 진공 홈(223)을 갖는다. In addition, the chuck plate 220 has a vacuum groove 223 provided on its lower surface to be connected to the fourth vacuum line 215 so as to be vacuum-adsorbed by the heating plate 210 .
상기 진공 홈(223)은 상기 척 플레이트(220)의 하부면에 형성된다. 예를 들면, 상기 진공 홈(223)은 상기 척 플레이트(220)의 하부면 중심을 기준으로 동심원 형태를 갖는 홈들과 방사상으로 연장하는 홈들이 결합된 형상을 갖거나, 원형 홈 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 진공 홈(223)은 상기 진공력의 누설을 방지하기 위해 상기 척 플레이트(220)의 하부면 가장자리까지 연장하지 않는다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 진공 홈(223)은 상기 제5 진공 라인(222)과 서로 연결되지 않도록 형성될 수 있다. The vacuum groove 223 is formed in the lower surface of the chuck plate 220 . For example, the vacuum groove 223 may have a shape in which concentric grooves and radially extending grooves are combined with respect to the center of the lower surface of the chuck plate 220 , or may have a circular groove shape. . In this case, the vacuum groove 223 does not extend to the edge of the lower surface of the chuck plate 220 to prevent leakage of the vacuum force. Also, as shown in FIG. 5 , the vacuum groove 223 may be formed not to be connected to the fifth vacuum line 222 .
상기 척 플레이트(220)는 상기 가열 플레이트(210) 상에 놓여지면서 상기 진공 홈(223)은 상기 가열 플레이트(210)의 상부면에 의해 한정되어 공간을 형성한다. 또한, 상기 진공 홈(223)은 상기 제4 진공 라인(215)과 연결된다. While the chuck plate 220 is placed on the heating plate 210 , the vacuum groove 223 is defined by the upper surface of the heating plate 210 to form a space. Also, the vacuum groove 223 is connected to the fourth vacuum line 215 .
상기 진공 홈(223)은 상기 제4 진공 라인(215)과 연결되며, 상기 제4 진공 라인(215)을 통해 제공되는 진공력으로 상기 척 플레이트(220)가 상기 가열 플레이트(210) 상에 밀착되어 고정될 수 있다. 그러므로, 상기 척 플레이트(220)의 뒤틀림이나 벤딩을 최소화하여 상기 척 플레이트(220) 상의 상기 기판(20)을 평탄하게 지지할 수 있다. The vacuum groove 223 is connected to the fourth vacuum line 215 , and the chuck plate 220 is in close contact with the heating plate 210 by vacuum force provided through the fourth vacuum line 215 . and can be fixed. Therefore, the substrate 20 on the chuck plate 220 may be supported flatly by minimizing distortion or bending of the chuck plate 220 .
상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220)는 상기 제4 진공 라인(215) 및 상기 진공 홈(223)을 통해 제공되는 상기 진공력에 의해 밀착된 상태를 유지할 수 있다. 그러므로, 상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220)를 체결하기 위한 별도의 체결 부재가 불필요하다. The heating plate 210 and the chuck plate 220 may maintain a close contact state by the vacuum force provided through the fourth vacuum line 215 and the vacuum groove 223 . Therefore, a separate fastening member for fastening the heating plate 210 and the chuck plate 220 is unnecessary.
또한, 상기 제3 진공 라인(214)과 상기 제4 진공 라인(215)을 통해 제공되는 상기 진공력을 해제하여 상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220)를 분리하여 교체할 수 있다. 그러므로, 상기 척 구조물(200)의 유지 보수를 신속하게 수행할 수 있다. Also, the heating plate 210 and the chuck plate 220 may be separated and replaced by releasing the vacuum force provided through the third vacuum line 214 and the fourth vacuum line 215 . Therefore, the maintenance of the chuck structure 200 can be performed quickly.
한편, 상기 가열 플레이트(210)의 상부면과 상기 척 플레이트(220)의 하부면은 각각 약 10 ㎛를 초과하는 평탄도를 갖는 경우, 상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220) 사이에 미세한 간격이 존재할 수 있다. 따라서, 상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220) 사이를 통해 상기 진공력이 누설될 수 있다. On the other hand, when the upper surface of the heating plate 210 and the lower surface of the chuck plate 220 have flatness exceeding about 10 μm, respectively, between the heating plate 210 and the chuck plate 220 . Minor gaps may exist. Accordingly, the vacuum force may leak between the heating plate 210 and the chuck plate 220 .
상기 가열 플레이트(210)의 상부면과 상기 척 플레이트(220)의 하부면은 각각 약 10 ㎛ 이하, 바람직하게는 7 ㎛ 이하의 평탄도를 갖는다. 이 경우, 상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220)가 밀착될 수 있고, 상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220) 사이를 통해 상기 진공력이 누설되는 것을 방지할 수 있다. The upper surface of the heating plate 210 and the lower surface of the chuck plate 220 each have a flatness of about 10 μm or less, preferably 7 μm or less. In this case, the heating plate 210 and the chuck plate 220 may be in close contact, and the vacuum force may be prevented from leaking through the space between the heating plate 210 and the chuck plate 220 .
상기 척 플레이트(220)는 상기 가열 플레이트(210)에서 발생한 열을 상기 기판(20)으로 전달한다. 이때, 칩(미도시)과 상기 기판(20)의 본딩이 용이하게 이루어지도록 상기 기판(20)은 약 140℃ 내지 150℃의 온도로 유지될 수 있다. The chuck plate 220 transfers heat generated by the heating plate 210 to the substrate 20 . In this case, the substrate 20 may be maintained at a temperature of about 140° C. to 150° C. to facilitate bonding of the chip (not shown) and the substrate 20 .
상기 가열 플레이트(210)는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 상기 세라믹 재질의 예로는 질화알루미늄(AlN)을 들 수 있다. 상기 질화알루미늄은 높은 열전도율을 가지므로, 상기 가열 플레이트(210)는 상기 발열체(212)에서 발생한 열을 균일하게 전달될 수 있다. 또한, 상기 가열 플레이트(210)는 상기 척 플레이트(220)의 온도 분포를 균일하게 하여 상기 기판(20)을 균일하게 가열할 수 있다. The heating plate 210 may be made of a ceramic material. An example of the ceramic material may be aluminum nitride (AlN). Since the aluminum nitride has high thermal conductivity, the heating plate 210 may uniformly transfer heat generated by the heating element 212 . Also, the heating plate 210 may uniformly heat the substrate 20 by making the temperature distribution of the chuck plate 220 uniform.
상기 척 플레이트(220)는 세라믹 재질에 티타늄이 첨가되어 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 척 플레이트(220)는 상기 산화알루미늄(Al2O3)에 티타늄이 첨가될 수 있다. 상기 산화알루미늄(Al2O3)에 티타늄이 첨가되는 경우, 상기 척 플레이트(220)의 열 전도율을 더욱 낮출 수 있다. The chuck plate 220 may be formed by adding titanium to a ceramic material. For example, in the chuck plate 220 , titanium may be added to the aluminum oxide (Al 2 O 3 ). When titanium is added to the aluminum oxide (Al 2 O 3 ), the thermal conductivity of the chuck plate 220 may be further reduced.
상기 척 플레이트(220)에서 상기 산화알루미늄 100 중량부에 대해 상기 티타늄이 약 10 중량부 미만으로 첨가되는 경우, 상기 척 플레이트(220)의 기공율 증가가 미미하고 상기 척 플레이트(220)의 열전도율이 순수 산화알루미늄과 유사할 수 있다.When the titanium is added in an amount of less than about 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the aluminum oxide in the chuck plate 220 , the increase in the porosity of the chuck plate 220 is insignificant and the thermal conductivity of the chuck plate 220 is pure. It may be similar to aluminum oxide.
상기 척 플레이트(220)에서 상기 산화알루미늄 100 중량부에 대해 상기 티타늄이 약 20 중량부를 초과하여 첨가되는 경우, 상기 척 플레이트(220)의 기공율이 과도하게 증가하여 열전도율이 크게 낮아진다. 그리고, 상기 척 플레이트(220)의 소결 밀도가 감소하여 상기 척 플레이트(220)의 강도가 낮아지고 상기 척 플레이트(220)의 기공을 통해 진공력이 손실될 수 있다. When the amount of titanium exceeds about 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the aluminum oxide in the chuck plate 220 , the porosity of the chuck plate 220 is excessively increased and thermal conductivity is greatly reduced. In addition, since the sintering density of the chuck plate 220 is reduced, the strength of the chuck plate 220 may be reduced, and vacuum force may be lost through the pores of the chuck plate 220 .
상기 척 플레이트(220)에서 상기 산화알루미늄 100 중량부에 대해 상기 티타늄이 약 10 내지 20 중량부가 첨가되는 경우, 상기 척 플레이트(220)의 기공을 통해 진공력이 거의 손실되지 않을 정도로 상기 척 플레이트(220)의 기공율이 증가하고 상기 척 플레이트(220)의 열전도율도 낮아진다. 이때, 상기 척 플레이트(220)의 강도가 낮아지지 않도록 상기 척 플레이트(220)의 소결 밀도는 순수 산화알루미늄의 소결 밀도인 약 3.9g/㎤ 보다 약간 낮은 약 3.5 내지 3.7g/㎤일 수 있다. 상기 척 플레이트(220)의 소결 밀도가 약 3.5g/㎤ 미만인 경우, 상기 척 플레이트(220)의 강도가 낮아 파손의 위험이 있다. 상기 척 플레이트(220)가 순수 산화알루미늄이 아니므로, 상기 척 플레이트(220)의 소결 밀도가 약 3.7g/㎤를 초과하기 어렵다. When about 10 to 20 parts by weight of the titanium is added based on 100 parts by weight of the aluminum oxide in the chuck plate 220, the chuck plate ( The porosity of 220 increases and the thermal conductivity of the chuck plate 220 also decreases. In this case, the sintered density of the chuck plate 220 may be about 3.5 to 3.7 g/cm 3 , which is slightly lower than the sintered density of pure aluminum oxide of about 3.9 g/cm 3 , so that the strength of the chuck plate 220 is not lowered. When the sintered density of the chuck plate 220 is less than about 3.5 g/cm 3 , the strength of the chuck plate 220 is low and there is a risk of damage. Since the chuck plate 220 is not pure aluminum oxide, it is difficult for the sintered density of the chuck plate 220 to exceed about 3.7 g/cm 3 .
따라서, 상기 척 플레이트(220)는 상기 산화알루미늄 100 중량부에 대해 약 10 내지 20 중량부의 티타늄이 첨가되어 이루어질 수 있다. Accordingly, the chuck plate 220 may be formed by adding about 10 to 20 parts by weight of titanium based on 100 parts by weight of the aluminum oxide.
상기 척 플레이트(220)의 열전도율이 약 5 W/m·k 미만인 경우, 상기 척 플레이트(220)의 열전도율이 상대적으로 낮다. 따라서, 상기 가열 플레이트(210)에서 발생된 열을 상기 기판(20)으로 충분히 전달하지 못하거나, 상기 가열 플레이트(210)에서 발생된 열을 상기 기판(20)으로 전달하는데 많은 시간이 소요될 수 있다. 다만, 상기 칩의 본딩을 위해 본딩 헤드가 상기 기판(20)과 상기 칩을 약 450℃의 고온으로 열압착하더라도 상기 척 플레이트(220)가 급속하게 가열되는 것을 막을 수 있다.When the thermal conductivity of the chuck plate 220 is less than about 5 W/m·k, the thermal conductivity of the chuck plate 220 is relatively low. Accordingly, the heat generated by the heating plate 210 may not be sufficiently transferred to the substrate 20 , or it may take a lot of time to transfer the heat generated from the heating plate 210 to the substrate 20 . . However, even if the bonding head thermocompresses the substrate 20 and the chip at a high temperature of about 450° C. for bonding the chip, rapid heating of the chuck plate 220 may be prevented.
상기 척 플레이트(220)의 열전도율이 약 20 W/m·k를 초과하는 경우, 상기 척 플레이트(220)의 열전도율이 상대적으로 높다. 따라서, 상기 가열 플레이트(210)에서 발생된 열을 상기 기판(20)으로 과도하게 전달되어 상기 기판(20)과 상기 칩 사이의 범프가 뭉개질 수 있다. 또한, 상기 본딩 헤드가 상기 기판(20)과 상기 칩을 약 450℃의 고온으로 열압착하는 경우, 상기 척 플레이트(220)가 비교적 급속하게 가열되어 상기 기판(20) 및 상기 칩 사이의 범프가 더 잘 뭉개질 수 있다. When the thermal conductivity of the chuck plate 220 exceeds about 20 W/m·k, the thermal conductivity of the chuck plate 220 is relatively high. Accordingly, the heat generated by the heating plate 210 may be excessively transferred to the substrate 20 , so that the bump between the substrate 20 and the chip may be crushed. In addition, when the bonding head thermocompresses the substrate 20 and the chip at a high temperature of about 450° C., the chuck plate 220 is heated relatively rapidly so that a bump between the substrate 20 and the chip is formed. It can be crushed better.
상기 척 플레이트(220)의 열전도율이 약 5 내지 20 W/m·k 인 경우, 상기 척 플레이트(220)는 열 플레이트(210)에서 발생된 열을 상기 기판(20)으로 상기 범프가 뭉개지지 않을 정도로 적절히 전달할 수 있다. 또한, 상기 칩의 본딩을 위해 본딩 헤드가 상기 기판(20) 및 상기 칩을 약 450℃의 고온으로 열압착하더라도 상기 척 플레이트(220)가 급속하게 가열되는 것을 막을 수 있다. 따라서, 상기 기판(20)과 상기 칩 사이의 범프가 뭉개지는 것을 방지할 수 있다. When the thermal conductivity of the chuck plate 220 is about 5 to 20 W/m·k, the chuck plate 220 transmits heat generated from the thermal plate 210 to the substrate 20 so that the bumps are not crushed. It can be conveyed appropriately. In addition, even if the bonding head thermocompresses the substrate 20 and the chip at a high temperature of about 450° C. for bonding the chip, the chuck plate 220 may be prevented from being rapidly heated. Accordingly, it is possible to prevent the bump between the substrate 20 and the chip from being crushed.
따라서, 상기 기판(20)과 상기 칩의 본딩을 위해 상기 기판(20)을 상시 예열하더라도 상기 기판(20) 및 상기 칩 사이의 펌프가 뭉개지는 현상을 방지할 수 있다. 그러므로 상기 기판(20)과 상기 칩 사이에 본딩 불량을 방지할 수 있다 .Therefore, even if the substrate 20 is always preheated for bonding the substrate 20 and the chip, it is possible to prevent the pump between the substrate 20 and the chip from being crushed. Therefore, a bonding defect between the substrate 20 and the chip can be prevented.
한편, 상기 척 플레이트(220)는 상기 질화알루미늄보다 열전도율이 낮은 산화알루미늄(Al2O3)으로만 이루어질 수도 있다. Meanwhile, the chuck plate 220 may be made of only aluminum oxide (Al 2 O 3 ) having a lower thermal conductivity than the aluminum nitride.
상기 척 플레이트(220)는 정렬 핀(216)을 수용하기 위한 수용홈(224)을 갖는다. 수용홈(224)은 상기 가열 플레이트(210)의 정렬 핀(216)과 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 예를 들면 수용홈(224)도 상기 척 플레이트(220)의 가장자리에 배치될 수 있다. The chuck plate 220 has a receiving groove 224 for receiving the alignment pin 216 . The receiving groove 224 may be formed at a position corresponding to the alignment pin 216 of the heating plate 210 . For example, the receiving groove 224 may also be disposed on the edge of the chuck plate 220 .
상기 척 플레이트(220)가 상기 가열 플레이트(210)의 상부면에 안착될 때, 상기 가열 플레이트(210)의 정렬 핀(216)이 상기 척 플레이트(220)의 수용홈(224)에 삽입될 수 있다. 따라서, 상기 가열 플레이트(210)와 상기 척 플레이트(220)가 정확하게 정렬될 수 있다. When the chuck plate 220 is seated on the upper surface of the heating plate 210 , the alignment pins 216 of the heating plate 210 may be inserted into the receiving groove 224 of the chuck plate 220 . have. Accordingly, the heating plate 210 and the chuck plate 220 may be accurately aligned.
상기에서 상기 가열 플레이트(210)에 정렬 핀(216)이 구비되고, 상기 척 플레이트(220)에 수용홈(224)이 형성되는 것으로 설명되었지만, 상기 가열 플레이트(210)에 수용홈이 형성되고, 상기 척 플레이트(220)에 정렬 핀이 구비될 수도 있다. Although it has been described in the above that the heating plate 210 is provided with an alignment pin 216 and the chuck plate 220 is provided with the receiving groove 224, the heating plate 210 is provided with the receiving groove, Alignment pins may be provided on the chuck plate 220 .
또한, 상기 척 플레이트(220)는 상부면 가장자리를 따라 형성된 홈(226)을 갖는다. 홈(226)은 상기 클램프(240)가 안착되는데 이용될 수 있다. In addition, the chuck plate 220 has a groove 226 formed along an edge of the upper surface. The groove 226 may be used to seat the clamp 240 .
상기 가이드 링(230)은 상기 가열 플레이트(210)의 상면 가장자리를 따라 형성된 홈(218)에 걸리며 상기 가열 플레이트(210)의 둘레를 가이드한다.The guide ring 230 is caught in the groove 218 formed along the upper edge of the heating plate 210 and guides the circumference of the heating plate 210 .
구체적으로, 상기 가이드 링(230)은 걸림턱(232)을 가지며, 걸림턱(232)이 홈(218)에 걸림으로서 상기 가이드 링(230)이 상기 가열 플레이트(210)에 장착된다. Specifically, the guide ring 230 has a locking jaw 232 , and the guide ring 230 is mounted on the heating plate 210 as the locking jaw 232 is caught in the groove 218 .
한편, 상기 가이드 링(230)의 상면과 상기 가열 플레이트(210)의 상면은 동일한 높이에 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 가열 플레이트(210)에 상기 가이드 링(230)을 장착한 상태에서 상기 척 플레이트(220)를 상기 가열 플레이트(210)의 상부면에 용이하게 안착시킬 수 있다. Meanwhile, the upper surface of the guide ring 230 and the upper surface of the heating plate 210 may be positioned at the same height. In this case, the chuck plate 220 may be easily seated on the upper surface of the heating plate 210 while the guide ring 230 is mounted on the heating plate 210 .
또한, 상기 가이드 링(230)의 상면이 상기 가열 플레이트(210)의 상면보다 높게 위치하는 경우, 상기 척 플레이트(220)를 상기 가열 플레이트(210)의 상부면에 안착할 때 상기 가이드 링(230)을 정렬 기준으로 이용할 수 있다. In addition, when the upper surface of the guide ring 230 is positioned higher than the upper surface of the heating plate 210 , the guide ring 230 is seated on the upper surface of the heating plate 210 when the chuck plate 220 is seated on the upper surface of the heating plate 210 . ) can be used as a sorting criterion.
상기 클램프(240)는 상기 척 플레이트(220)의 상부면 가장자리를 덮은 상태로 가이드 링에 고정된다. 상기 클램프(240)는 체결 나사(242)에 의해 상기 가이드 링(230)에 고정될 수 있다. The clamp 240 is fixed to the guide ring while covering the edge of the upper surface of the chuck plate 220 . The clamp 240 may be fixed to the guide ring 230 by a fastening screw 242 .
일 예로, 상기 클램프(240)는 다수개가 구비되어 상기 척 플레이트(220)의 상부면 가장자리를 부분적으로 덮을 수 있다. 다른 예로, 상기 클램프(240)가 대략 링 형태를 가지며, 상기 척 플레이트(220)의 상부면 가장자리를 전체적으로 덮을 수도 있다. For example, a plurality of clamps 240 may be provided to partially cover an edge of an upper surface of the chuck plate 220 . As another example, the clamp 240 may have a substantially ring shape and may entirely cover an edge of the upper surface of the chuck plate 220 .
상기 클램프(240)가 상기 척 플레이트(220)의 상부면 가장자리를 덮은 상태로 상기 가이드 링(230)에 고정되므로, 상기 클램프(240)가 상기 척 플레이트(220)를 하방으로 가압할 수 있다. 따라서, 상기 클램프(240)는 상기 척 플레이트(220)를 상기 가열 플레이트(210)에 밀착시킬 수 있다. Since the clamp 240 is fixed to the guide ring 230 while covering the upper surface edge of the chuck plate 220 , the clamp 240 may press the chuck plate 220 downward. Accordingly, the clamp 240 may attach the chuck plate 220 to the heating plate 210 .
상기 클램프(240)는 걸림턱(244)을 가지며, 걸림턱(244)이 상기 척 플레이트(220)의 홈(226)에 놓여질 수 있다. 따라서, 상기 클램프(240)의 상면과 상기 척 플레이트(220)의 상면을 동일한 높이에 위치시킬 수 있다. 그러므로, 상기 클램프(240)의 방해없이 상기 기판(20)을 상기 척 플레이트(220)의 상부면으로 안정적으로 이송할 때 안착할 수 있다. The clamp 240 has a stopping protrusion 244 , and the stopping protrusion 244 may be placed in the groove 226 of the chuck plate 220 . Accordingly, the upper surface of the clamp 240 and the upper surface of the chuck plate 220 may be positioned at the same height. Therefore, when the substrate 20 is stably transferred to the upper surface of the chuck plate 220 without interference of the clamp 240 , it can be seated.
상기 가이드 링(230) 및 상기 클램프(240)는 상기 가열 플레이트(210)보다 낮은 열전도율을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 가이드 링(230) 및 상기 클램프(240)는 산화알루미늄(Al2O3) 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 가이드 링(230) 및 상기 클램프(240)는 상기 척 플레이트(220)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다. The guide ring 230 and the clamp 240 may be made of a material having a lower thermal conductivity than that of the heating plate 210 . For example, the guide ring 230 and the clamp 240 may be made of an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) material. In addition, the guide ring 230 and the clamp 240 may be made of the same material as the chuck plate 220 .
상기 가이드 링(230) 및 상기 클램프(240)의 열전도율이 상기 가열 플레이트(210)의 열전도율보다 낮으므로, 상기 가이드 링(230) 및 상기 클램프(240)는 상기 가열 플레이트(210)의 측면을 통한 열손실을 방지할 수 있다. Since the thermal conductivity of the guide ring 230 and the clamp 240 is lower than the thermal conductivity of the heating plate 210 , the guide ring 230 and the clamp 240 pass through the side surface of the heating plate 210 . Heat loss can be prevented.
상기 전원케이블(250)은 상기 가열 플레이트(210)의 내부까지 연장하여 상기 발열체(212)와 연결되며, 상기 발열체(212)가 열을 발생시키기 위한 전원을 제공한다. The power cable 250 extends to the inside of the heating plate 210 and is connected to the heating element 212 , and provides power for the heating element 212 to generate heat.
상기 온도 센서(260)는 외부에서 상기 가열 플레이트(210)의 내부까지 연장하며, 상기 발열체(212)에 의해 가열되는 상기 가열 플레이트(210)의 온도를 측정한다. 상기 온도 센서(260)에서 측정된 온도를 이용하여 상기 발열체(212)의 온도를 제어할 수 있다. 상기 발열체(212)의 온도를 제어함으로써 상기 가열 플레이트(210)의 온도를 조절할 수 있다. The temperature sensor 260 extends from the outside to the inside of the heating plate 210 and measures the temperature of the heating plate 210 heated by the heating element 212 . The temperature of the heating element 212 may be controlled using the temperature measured by the temperature sensor 260 . The temperature of the heating plate 210 may be adjusted by controlling the temperature of the heating element 212 .
상기 온도 센서(260)의 예로는 열전대를 들 수 있다. An example of the temperature sensor 260 may be a thermocouple.
상기 척 구조물(200)은 상기 가열 플레이트(210)에서 발생한 열을 상기 척 플레이트(220)를 통해 상기 기판(20)으로 전달한다. 상기 척 플레이트(220)가 전달하는 열에 의해 상기 기판(20)이 항상 일정한 온도로 가열될 수 있다. 따라서, 상기 칩(10)을 상기 기판(20)에 효과적으로 본딩할 수 있다. The chuck structure 200 transfers heat generated by the heating plate 210 to the substrate 20 through the chuck plate 220 . The substrate 20 may be always heated to a constant temperature by the heat transferred by the chuck plate 220 . Accordingly, the chip 10 can be effectively bonded to the substrate 20 .
상기 본딩 장치(300)는 상기 척 구조물(200)을 이용하여 상기 기판(20)을 고정하여 일정 온도로 가열한 상태에서 상기 본딩 헤드(100)로 상기 칩(10)의 가열과 냉각을 신속하게 수행하여 상기 칩(10)을 상기 기판(20)에 본딩한다. 따라서, 상기 칩(10)과 상기 기판(20) 사이에 우수한 품질과 양호한 형상의 솔더를 형성할 수 있다. 또한, 상기 본딩 장치(300)를 이용한 상기 칩(10)을 상기 기판(20)에 본딩하는 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.The bonding device 300 fixes the substrate 20 using the chuck structure 200 and rapidly heats and cools the chip 10 with the bonding head 100 in a state in which it is heated to a predetermined temperature. and bonding the chip 10 to the substrate 20 . Accordingly, it is possible to form solder of excellent quality and good shape between the chip 10 and the substrate 20 . In addition, the efficiency of a process of bonding the chip 10 to the substrate 20 using the bonding apparatus 300 may be improved.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. You will understand that you can.
본 발명의 실시예들은 칩을 픽업하여 기판 상에 본딩할 수 있도록 구비된 본딩 헤드 및 상기 본딩 헤드를 포함하는 본딩 장치에 적용될 수 있다. 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.Embodiments of the present invention may be applied to a bonding head provided to pick up a chip and bond it to a substrate, and a bonding apparatus including the bonding head. In the above, preferred embodiments of the present invention have been exemplarily described, but the scope of the present invention is not limited to such specific embodiments, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.
Claims (21)
- 베이스 블록;base block;상기 베이스 블록의 상부에 배치되는 에어 블록; 및an air block disposed on the base block; and상기 에어 블록의 상부에 배치되고, 열을 발생시켜 칩을 가열시키도록 구비된 가열 블록;을 포함하고,A heating block disposed on the air block and provided to generate heat to heat the chip;상기 에어 블록은 공기를 매질로 이용하여 상기 가열 블록에서 발생된 열이 상기 베이스 블록으로 전달되는 것을 억제시키면서 상기 가열 블록을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.The air block is a bonding head, characterized in that for cooling the heating block while suppressing the transfer of heat generated in the heating block to the base block by using air as a medium.
- 제1항에 있어서, 상기 에어 블록은, 상기 공기가 상기 에어 블록의 하부로부터 상기 가열 블록의 하면을 향하여 상승하는 상승 기류를 이용하여 상기 가열 블록을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.The bonding head according to claim 1, wherein the air block cools the heating block using an upward airflow in which the air rises from a lower portion of the air block toward a lower surface of the heating block.
- 제1항에 있어서, 상기 에어 블록은,According to claim 1, wherein the air block,상기 베이스 블록 상에 배치된 몸체; 및a body disposed on the base block; and상기 몸체로부터 상방으로 연장되며, 상기 가열 블록이 상기 몸체의 하면으로부터 이격되도록 상기 가열 블록을 지지하는 컬럼들;을 포함하며,Columns extending upward from the body and supporting the heating block so that the heating block is spaced apart from the lower surface of the body;상기 몸체는 유입부 및 배출부를 포함하고,The body includes an inlet and an outlet,상기 유입부는 유입구 및 상기 유입구와 연통된 유입 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.The inlet portion bonding head, characterized in that it comprises an inlet port and an inlet passage communicating with the inlet port.
- 제3항에 있어서, 상기 배출부는 배출구 및 상기 유입부와 상기 배출구를 상호 연통시키는 배출 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.4. The bonding head according to claim 3, wherein the outlet portion includes an outlet and a discharge passage communicating the inlet and the outlet.
- 제4항에 있어서, 상기 배출구 및 상기 가열 블록의 하면 사이의 이격 거리는 4 내지 12 mm의 범위 내인 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.The bonding head according to claim 4, wherein a distance between the outlet and the lower surface of the heating block is in the range of 4 to 12 mm.
- 제4항에 있어서, 상기 배출 통로는 5 내지 15 mm 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.5. The bonding head according to claim 4, wherein the discharge passage has a diameter of 5 to 15 mm.
- 제4항에 있어서, 상기 유입 통로 및 배출 통로의 직경 비는 1:1 내지 1:1.5 인 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.The bonding head according to claim 4, wherein the diameter ratio of the inlet passage and the outlet passage is 1:1 to 1:1.5.
- 제4항에 있어서, 상기 유입부 및 배출부는 “L”자 형상으로 연통되는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.The bonding head according to claim 4, wherein the inlet and the outlet communicate in an “L” shape.
- 제4항에 있어서, 상기 유입부 및 배출부는 적어도 한 쌍으로 제공되는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.The bonding head according to claim 4, wherein the inlet and outlet are provided as at least one pair.
- 제4항에 있어서, 상기 유입부 및 배출부는 두 개 이상의 쌍으로 제공되고, 각각의 쌍은 등간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.The bonding head according to claim 4, wherein the inlet portion and the outlet portion are provided in two or more pairs, and each pair is arranged at equal intervals.
- 제3항에 있어서, 상기 몸체는 SUS 또는 Invar 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.The bonding head according to claim 3, wherein the body is made of SUS or Invar material.
- 제3항에 있어서, 상기 컬럼들 각각은 상기 가열블록의 상부에 위치하는 구조물에 진공력을 전달하도록 그 내부에 형성된 진공 라인 및 상기 가열 블록에 전력을 전달하는 배선 라인 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.4. The method of claim 3, wherein each of the columns includes one of a vacuum line formed therein to transmit a vacuum force to a structure positioned above the heating block and a wiring line configured to transmit power to the heating block. bonding head with
- 제3항에 있어서, 상기 에어 블록은,According to claim 3, The air block,상기 컬럼들을 상호 연결하는 연결바; 및 a connecting bar connecting the columns to each other; and상기 연결바로부터 방사 방향으로 연장되며, 상기 공기의 흐름을 가이드하는 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드. The bonding head further comprises a flange extending in a radial direction from the connecting bar and guiding the flow of the air.
- 에어 블록; 및air block; and상기 에어 블록의 상부에 배치되고, 열을 발생시켜 칩을 가열시키도록 구비된 가열 블록;을 포함하고, A heating block disposed on the air block and provided to generate heat to heat the chip;상기 에어 블록은 공기를 매질로 이용하여 상기 가열 블록에서 발생된 열이 상기 에어 블록의 하부로 전달되는 것을 억제시키면서 상기 가열 블록을 100℃/sec 이상의 냉각 속도로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.The air block is a bonding head, characterized in that for cooling the heating block at a cooling rate of 100 ℃ / sec or more while suppressing the transfer of heat generated in the heating block to the lower portion of the air block using air as a medium.
- 제1항에 있어서, 상기 가열 블록은 그 내부에 내장되고, 외부로부터 인가되는 전원에 의해 열을 발생시키는 발열체를 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.The bonding head according to claim 1, wherein the heating block includes a heating element built therein and generating heat by power applied from the outside.
- 제1항에 있어서, 상기 가열 블록은 그 내부에 구비된 발열체 및 상기 발열체를 전체적으로 감싸도록 구비되며, 질화 알루미늄으로 이루어진 커버부를 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.The bonding head according to claim 1, wherein the heating block includes a heating element provided therein and a cover portion that is provided to surround the heating element as a whole, and made of aluminum nitride.
- 제1항에 있어서, 상기 가열 블록의 하면은, 비노출 영역보다 큰 노출 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.The bonding head according to claim 1, wherein the lower surface of the heating block has an exposed area larger than an unexposed area.
- 제1항에 있어서, 상기 가열 블록은 0.5 Ra 이하의 표면 조도를 갖고 상기 칩을 지지하는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향하며 블라스트 처리된 제2 면을 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.The bonding head according to claim 1, wherein the heating block has a surface roughness of 0.5 Ra or less and has a first side supporting the chip and a second side facing the first side and being blasted.
- 제1항에 있어서, 상기 가열 블록 상에 구비되며, 상기 칩을 흡착하도록 구비된 흡착판을 더 포함하고,The method of claim 1, further comprising a suction plate provided on the heating block and provided to adsorb the chip,상기 가열 블록은, 수직 방향을 따라 각각 관통하도록 형성되며 상기 칩 및 상기 흡착판을 각각 흡착하도록 진공력을 제공하는 제1 진공 라인 및 제2 진공 라인을 포함하고, The heating block includes a first vacuum line and a second vacuum line that are formed to pass through each other in a vertical direction and provide a vacuum force to respectively adsorb the chip and the suction plate,상기 흡착판은, 상기 제2 진공 라인과 연통되어 상기 칩에 진공력을 제공할 수 있도록 구비된 진공홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.wherein the suction plate includes a vacuum hole provided to communicate with the second vacuum line to provide a vacuum force to the chip.
- 제1항에 있어서, 상기 가열 블록은 세라믹 재질로 이루어지고, 상기 에어 블록은 금속 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 본딩 헤드.The bonding head according to claim 1, wherein the heating block is made of a ceramic material, and the air block is made of a metal material.
- 기판을 지지하는 척 구조물; 및a chuck structure supporting the substrate; and상기 척 구조물의 상방에 이동 가능하도록 구비되며, 칩을 상기 기판에 본딩하는 본딩 헤드;를 포함하며, a bonding head provided to be movable above the chuck structure and bonding a chip to the substrate;상기 본딩 헤드는, The bonding head,베이스 블록;base block;상기 베이스 블록의 상부에 배치된 에어 블록; 및an air block disposed on the base block; and상기 에어 블록의 상부에 배치되고, 열을 발생시켜 칩을 가열시키도록 구비된 가열 블록;을 포함하고,A heating block disposed on the air block and provided to generate heat to heat the chip;상기 에어 블록은, 공기를 매질로 이용하여 상기 가열 블록에서 발생된 열이 상기 베이스 블록으로 전달되는 것을 억제하면서 상기 가열 블록을 냉각시키도록 구비된 것을 특징으로 하는 본딩 장치.The air block is a bonding device, characterized in that it is provided to cool the heating block while suppressing the transfer of heat generated in the heating block to the base block using air as a medium.
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