KR20200136777A - Head mount of thermocompression bonding apparatus, which comprises magnetorheological elastomer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자기유변 탄성체를 구비하는 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강성이 가변적으로 제어될 수 있는 자기유변 탄성체를 구비하여 반도체 소자를 정밀하고 안정적으로 본딩할 수 있는 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트에 관한 것이다.The present invention relates to a head mount of a thermocompression bonding apparatus having a magnetorheological elastic body, and more particularly, a heat capable of accurately and stably bonding semiconductor elements by having a magnetorheological elastic body capable of variably controlling stiffness. It relates to a head mount of a pressure bonding device.
최근까지 반도체 소자의 고집적화를 달성하기 위하여 미세 패턴을 형성하는 기술이 계속하여 발전해왔고, 현재 나노(㎚) 단위의 미세 패턴까지 형성할 수 있는 기술이 개발되기에 이르렀다. 하지만, 패턴의 미세화가 점차 한계에 다다르고 있고, 이에 따라 2차원 내지 평면 구조를 갖는 반도체 소자의 집적도 역시 한계에 이르렀다.Until recently, in order to achieve high integration of semiconductor devices, a technology for forming a fine pattern has been continuously developed, and a technology capable of forming a fine pattern in a nano (nm) unit has been developed. However, the miniaturization of patterns is gradually approaching the limit, and accordingly, the integration of semiconductor devices having a two-dimensional or planar structure has also reached a limit.
이와 같은 반도체 소자의 고집적화에 대한 한계를 극복하기 위하여 최근 복수의 반도체 소자를 적층하여 3차원 구조로 형성한 반도체 소자가 개발되었다.In order to overcome the limitation of such high integration of semiconductor devices, a semiconductor device in which a plurality of semiconductor devices are stacked to form a three-dimensional structure has been recently developed.
실리콘 관통 전극(TSV; Through Silicon Via) 기술은 이러한 3차원 구조의 반도체 소자를 제조하기 위한 중요한 기술 중 하나로 알려져 있다. TSV는 반도체 소자에 미세한 구멍을 형성하고, 복수의 반도체 소자를 적층한 후 이들을 관통하는 미세한 구멍 속에 전도성 물질을 충전하여 전극을 형성하는 기술이다. TSV는 반도체 소자 간의 접속 길이를 현저히 감소시킬 수 있어 반도체 소자의 고성능화, 저전력화, 소형화 등이 가능하다는 장점을 가지고 있다.Through Silicon Via (TSV) technology is known as one of the important technologies for manufacturing such a three-dimensional semiconductor device. TSV is a technology in which micro holes are formed in a semiconductor device, a plurality of semiconductor devices are stacked, and then a conductive material is filled in the fine holes penetrating them to form an electrode. TSV has the advantage of being able to significantly reduce the connection length between semiconductor devices, enabling high performance, low power, and miniaturization of semiconductor devices.
이러한 TSV 공정을 수행하기 위해서는 반도체 소자에 열과 압력을 가하여 실장 대상체 상에 본딩하는 열압착 본딩 장치가 필수적이다. 열압착 본딩 장치는 반도체 소자를 기판에 플립칩 실장하기 위하여도 널리 사용되는 장치이기도 하다.In order to perform such a TSV process, a thermocompression bonding apparatus that applies heat and pressure to a semiconductor device to bond it onto a mounting object is essential. The thermocompression bonding device is also a widely used device for flip chip mounting a semiconductor device on a substrate.
도 1은 종래 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트의 구조를 예시적으로 나타내는 사시도이다. 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트(10)는 반도체 소자를 기판 상에 정렬하고 열과 압력을 가하여 반도체 소자를 기판 상에 본딩하기 위한 것으로서, 도 1을 참조하면, 종래 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트(10)는 히터(11)와 반도체 소자를 지지하는 지지면(12)을 포함한다.1 is a perspective view showing an exemplary structure of a head mount of a conventional thermocompression bonding apparatus. The
헤드 마운트(10)의 히터(11)는 반도체 소자가 기판 상에 정렬된 상태에서 반도체 소자에 열을 가하는데 이용된다. 헤드 마운트(10)의 지지면(12)에는 홀(13)이 형성되어 있으며, 홀(13)은 공기 유로를 통해 공압 장치(미도시)와 연결되어 있다. 공압 장치는 지지면(12)과 반도체 소자 사이의 공압을 제어하는 방식을 통해 반도체 소자를 지지면(12) 상에서 유지하거나 분리시킨다. 예를 들어 공압장치는 진공 흡입 방식으로 반도체 소자를 지지면(12) 상에 유지하거나 압력을 복귀시켜 반도체 소자를 지지면(12)으로부터 분리시킬 수 있다.The
이처럼, 종래 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트(10)는 지지면(12)과 반도체 소자 사이의 공기의 압력을 조절하는 방식으로 반도체 소자를 집거나 내려놓았다. 하지만, 종래 열압착 본딩 장치에서는, 지지면(12)에서 진공 흡입력을 이용하여 반도체 소자를 고정하는 과정에서 진동이 발생할 수 있고, 이로 인해 반도체 소자를 기판 상에 장착할 때 오정렬이 발생할 수 있다. 또한, 헤드 마운트(10)의 진공 흡입력으로 인하여 반도체 소자가 손상되는 문제도 발생할 수 있다. 이에 따라 종래 열압착 본딩 장치에서는, 특히 3차원 구조의 반도체 소자를 제조하는 경우에 제조 수율이 저하되는 문제가 있다.As described above, the
본 발명은 상술한 종래기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 반도체 소자 소자를 기판 상에 장착하거나 반도체 소자를 3차원 구조로 적층할 때 정밀하게 정렬할 수 있는 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트를 제공하는 것에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, and provides a head mount of a thermocompression bonding device capable of precisely aligning when a semiconductor device device is mounted on a substrate or when a semiconductor device is stacked in a three-dimensional structure. Has its purpose.
또한, 본 발명은 반도체 소자의 손상없이 이를 안정적으로 집고 놓을 수 있는 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트를 제공하는 것에 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a head mount of a thermocompression bonding apparatus capable of stably picking and placing semiconductor elements without damaging them.
본 발명은 반도체 소자를 열압착 본딩하기 위한 본딩 장치의 헤드 마운트에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트는 강성이 가변적으로 제어될 수 있는 형상적응 모듈, 형상적응 모듈의 상부에 형성되는 가열부 및 가열부를 냉각하기 위한 냉각부를 포함한다. 여기서, 형상적응 모듈은 자기유변 탄성체, 자석부 및 자석부가 자기유변 탄성체에 인가하는 자기장을 제어하기 위한 제어부를 포함한다. 형상적응 모듈의 자기유변 탄성체는 자기장이 인가되지 않은 상태에서는 낮은 강성을 가져 접촉하는 반도체 소자의 형상에 따라 형상이 변화할 수 있고, 자기장이 인가된 상태에서는 강성이 증가하여 형상이 유지된다. 또한, 형상적응 모듈의 제어부는 반도체 소자를 열압착 본딩할 때 자석부가 자기유변 탄성체에 자기장을 인가하도록 하여 자기유변 탄성체의 강성을 높임으로써 반도체 소자를 고정시킨다.The present invention relates to a head mount of a bonding device for thermocompression bonding a semiconductor device, wherein the head mount of the thermocompression bonding device according to an embodiment of the present invention is a shape adaptation module in which rigidity can be variably controlled. It includes a heating unit formed on the upper portion of the module and a cooling unit for cooling the heating unit. Here, the shape adaptation module includes a magnetorheological elastic body, a magnet portion, and a control unit for controlling a magnetic field applied by the magnet portion to the magnetorheological elastic body. The magnetorheological elastic body of the shape adaptation module has low stiffness when a magnetic field is not applied, and the shape may change according to the shape of a semiconductor element in contact, and when a magnetic field is applied, the shape is maintained by increasing stiffness. In addition, the controller of the shape adaptation module fixes the semiconductor element by increasing the rigidity of the magnetorheological elastic body by allowing the magnet part to apply a magnetic field to the magnetorheological elastic body when thermocompression bonding the semiconductor device.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자석부는 영전자석을 포함하고, 제어부는 영전자석으로의 전류 제어를 통해 자기유변 탄성체에 인가되는 자기장을 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the magnet part includes a zero electromagnet, and the control unit may control a magnetic field applied to the magnetorheological elastic body through current control to the zero electromagnet.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자석부는 자기유변 탄성체의 상부에 위치하여 자기유변 탄성체에 수직 방향으로 자기장을 인가할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the magnet unit may be positioned on the magnetorheological elastic body to apply a magnetic field to the magnetorheological elastic body in a vertical direction.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기유변 탄성체에서 반도체 소자와 접촉하는 일면의 면적은 반도체 소자의 면적보다 넓게 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an area of one surface in contact with the semiconductor device in the magnetorheological elastic body may be formed to be larger than the area of the semiconductor device.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기유변 탄성체는 Fe, Mo, Al, Cu, Mn, Co 중 적어도 하나의 자성 입자를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the magnetorheological elastic body may include at least one magnetic particle of Fe, Mo, Al, Cu, Mn, and Co.
본 발명의 일 실시예에 따른 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트는 종래의 공압을 이용하는 대신 자기유변 탄성체를 활용함으로써, 반도체 소자를 기판 상에 장착하거나 반도체 소자를 적층할 때 진동에 의한 오정렬을 방지하고 정밀하게 정렬할 수 있다.The head mount of the thermocompression bonding device according to an embodiment of the present invention uses a magnetorheological elastic body instead of using a conventional pneumatic pressure, thereby preventing misalignment due to vibration when mounting a semiconductor device on a substrate or stacking a semiconductor device. Can be precisely aligned.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 강성이 낮은 탄성체를 베이스로 하는 자기유변 탄성체를 이용하여 반도체 소자를 부착함으로써, 반도체 소자의 오정렬을 방지함과 동시에 이들을 집고 놓는 과정에서 반도체 소자의 손상을 방지할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by attaching the semiconductor device using a magnetorheological elastic body based on an elastic body having low rigidity, misalignment of the semiconductor device is prevented and damage to the semiconductor device is prevented in the process of picking and placing them. Can be prevented.
도 1은 종래 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트의 형상적응 모듈을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상적응 모듈의 자석부에 의해 자기장이 인가되는 형태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트의 형상적응 모듈이 물체를 집고 내려놓는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트의 형상적응 모듈이 물체를 집고 내려놓는 과정을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트의 형상적응 모듈에 의해 물체가 기판에 평행하게 접촉하는 과정을 나타내는 도면이다.1 is a perspective view showing a head mount of a conventional thermocompression bonding apparatus.
2 is a cross-sectional view showing a head mount of a thermocompression bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a shape adaptation module of a head mount of a thermocompression bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a form in which a magnetic field is applied by a magnet portion of a shape adaptation module according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a process of picking up and placing an object by the shape adaptation module of the head mount of the thermocompression bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a process in which a shape adaptation module of a head mount of a thermocompression bonding apparatus according to an embodiment of the present invention picks up and puts down an object.
7 is a diagram illustrating a process in which an object contacts a substrate in parallel by a shape adaptation module of a head mount of a thermocompression bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail enough to be easily implemented by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분의 설명은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, descriptions of parts not related to the present invention have been omitted, and the same reference numerals will be assigned to the same components throughout the specification.
본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "위"에 있다는 것은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "바로 위"에 위치하는 경우 뿐만 아니라 이들 사이에 또 다른 구성요소가 존재하는 경우도 포함하며, 두 개의 구성요소가 연결된다는 것은 이들이 직접 맞닿아 이어지는 것뿐만 아니라 다른 구성요소를 통하여 서로 이어지는 것도 포함하는 의미로 사용된다.In the present specification, the fact that one component is "on" another component includes not only the case where one component is located "directly above" the other component, as well as the case where another component exists between them. In addition, the connection between two components is used to include not only direct contact with each other, but also connecting to each other through other components.
또한, 도면에서 나타난 각 구성요소의 크기, 두께, 위치 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 즉, 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있으며, 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.In addition, the size, thickness, position, etc. of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, and the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar. That is, specific shapes, structures, and characteristics described in the specification may be changed and implemented from one embodiment to another without departing from the spirit and scope of the present invention, and the position or arrangement of individual components is also the spirit of the present invention. And it is to be understood that it may be changed without departing from the scope.
따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.Therefore, the detailed description to be described below is not made in a limiting sense, and the scope of the present invention should be taken as encompassing the scope claimed by the claims of the claims and all scopes equivalent thereto.
한편, 이하의 설명에서 '물체'는 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트가 집거나 놓는 대상체 즉, 반도체 소자를 의미하는 것이며, '기판'은 인쇄회로기판, 리드 프레임 등과 같이 반도체 소자가 본딩되어 전기적으로 연결되는 기판을 의미한다. 물론, 본 발명에 따르면 반도체 소자를 다른 반도체 소자 상에 적층하는 것도 가능하다.Meanwhile, in the following description, the term'object' refers to an object, that is, a semiconductor element, to which the head mount of the thermocompression bonding device is picked up or placed, and the'substrate' refers to a semiconductor element such as a printed circuit board, a lead frame, etc. It means the substrate to be connected. Of course, according to the present invention, it is also possible to stack a semiconductor device on another semiconductor device.
열압착 본딩 장치의 헤드 마운트의 구성Composition of head mount of thermocompression bonding device
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트를 나타내는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트(100)는 반도체 소자 등의 물체를 웨이퍼로부터 피킹하고, 피킹된 물체를 기판에 본딩하거나 다른 물체 상에 적층하는 기능을 수행한다. 이를 위하여, 헤드 마운트(100)는 본체(110), 가열부(120), 냉각부(130) 및 형상적응 모듈(150)을 포함한다.2 is a cross-sectional view showing a head mount of a thermocompression bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. 2, the
본체(110)는 열압착 본딩 장치의 구동부(200)에 장착되는 부분이다. 본체(110)는 구동부(200)를 통해 물체를 향하여 이동하거나 기판 상에서 이동할 수 있다. 본체(110)는 후술하는 가열부(120)의 열이 구동부(200)에 전달되지 않도록 알루미늄 산화물과 같은 단열 소재로 형성되는 단열 구간을 포함할 수 있다.The
가열부(120)는 물체를 기판 상에 또는 다른 물체 상에 열압착(Thermo-compression)할 수 있다. 구체적으로, 가열부(120)는 본체(110)의 하측면에 장착되어 물체와 기판에 열을 가할 수 있다. 본 실시예에서 가열부(120)는 세라믹 히터로 구현될 수 있으며, 바람직하게는 높은 균열성을 가지면서도 급승온·급냉각 조건 하에서도 사용이 가능한 질화알루미늄을 이용한 세라믹 히터일 수 있다.The
냉각부(130)는 가열부(120)를 냉각시키는 기능을 수행한다. 이를 위하여 냉각부(130)는 냉각 유로(131)와 냉매 공급부(133)를 포함할 수 있으며, 냉매 공급부(133)는 냉각 유로(131)를 통하여 가열부(120)와 연결될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각 유로(131)는 본체(110)를 관통하여 냉매 공급부(133)와 가열부(120)의 상부면을 연결할 수 있다. 냉매 공급부(133)를 통해 공급되는 냉매로는 압축 공기, 물 등을 이용할 수 있다. 다만 본 발명은 도시된 바에 한정되지 않으며, 냉각부(130)는 가열부를 더욱 빠른 속도로 냉각시키기 위하여 복수의 냉각 유로 및 냉매 공급부를 구비하는 것도 가능하며, 다른 공지의 형태로 구성되는 것도 가능하다.The
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가열부(120)의 하부에는 형상적응 모듈(150)이 장착된다. 형상적응 모듈(150)은 헤드 마운트(100)에서 물체와 접촉하는 부분으로, 물체에 따라 그 형상이 변화하면서 물체를 집거나 놓을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the
이하에서는 도면을 참조하여 헤드 마운트(100)의 형상적응 모듈(150)을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트의 형상적응 모듈을 나타내는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 형상적응 모듈(150)은 자기장에 의해 강성이 변화하는 자기유변 탄성체(151)(MRE, Magneto-rheological Elastomer)를 포함한다. 자기유변 탄성체(151)는 형상적응 모듈(150)의 단부, 즉 물체와 접촉하는 부분에 형성된다. 자기유변 탄성체(151)는 실리콘 등의 베이스 폴리머에 자성 입자가 첨가되어 이루어지며, 자기장이 인가될 때 자성 입자가 방향성을 가져 강성이 증가하는 성질을 갖는다. 즉, 자기유변 탄성체(151)는, 자기장이 인가되지 않은 경우에는 낮은 강성(이하, '초기 강성'이라고 함)을 가져 물체와 접촉하면 물체의 형상에 따라 변형되고, 자기장이 인가되면 높은 강성(이하, '종기 강성'이라고 함)을 가져 그 형상이 유지된다. 자성 입자로는 Fe, Mo, Al, Cu, Mn, Co 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 다만, 자성 입자의 종류가 위 물질에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 자성 입자는 열압착 본딩 장치의 사용 목적, 대상 등에 따른 자기유변 탄성체의 초기 강성, 종기 강성, 강성의 변화 폭 등을 고려하여 다른 공지의 자성 입자를 사용할 수 있다.3 is a cross-sectional view showing a shape adaptation module of a head mount of a thermocompression bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기유변 탄성체(151)는 물체를 충분히 수용하여 안정적으로 파지할 수 있도록, 물체와 접촉하는 면의 면적이 물체보다 넓게 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the magnetorheological
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자석부(153)는 자기유변 탄성체(151)의 상부에 배치되어 자기유변 탄성체(151)에 수직 방향으로 자기장을 인가할 수 있다. 이를 위해, 본 실시예에서는 자석부(153)가 복수의 영전자석(153a)(EPM; Electro Permanent Magnet)을 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자석부에 의해 자기장이 인가되는 형태를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 영전자석(153a)은 하나의 영구 자석(m1)과 솔레노이드 코일(미도시)이 감긴 전자석(m2)을 하나의 세트로 하여 구성될 수 있으며, 솔레노이드 코일에 인가되는 전류의 방향에 따라 자기유변 탄성체(151)에 자기장을 인가하거나 인가하지 않을 수 있다.4 is a diagram showing a form in which a magnetic field is applied by a magnet unit according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 4, the zero electromagnet (153a) can be configured by a set of one permanent magnet (m 1 ) and an electromagnet (m 2 ) wound by a solenoid coil (not shown), and the solenoid coil The magnetic field may or may not be applied to the magnetorheological
이러한 영전자석(153a)의 구성에서 솔레노이드 코일에 전류를 일 방향으로 인가하게 되면, 자기력선은 전자석(m2)의 N극에서 영구 자석(m1)의 S극을, 영구 자석(m1)의 N극에서 전자석(m2)의 S극을 향하도록 형성된다. 즉, 영전자석(153a)이 형성하는 자기장 영역은 영전자석(153a)의 내부에 머무르게 되어 자기유변 탄성체(151)에 자기장을 인가하지 않는다(도 4의 (a) 참조).If such a zero as applied in the construction of the magnet (153a) in the direction work current to the solenoid coil, the lines of magnetic force is a permanent magnet (m 1) the S pole, the permanent magnets (m 1) of the N-pole of the magnet (m 2) It is formed from the N pole to the S pole of the electromagnet (m 2 ). That is, the magnetic field region formed by the zero
만일 솔레노이드 코일에 전류를 위와 반대 방향으로 인가하게 되면, 전자석(m2)의 N극과 S극의 위치가 서로 바뀌게 되어 영구 자석(m1)과 전자석(m2)은 하나의 자석처럼 N극과 S극이 동일한 방향을 향하도록 배치된다. 이에 따라 자석부(153)의 복수의 영전자석(153a)은 하부에 위치하는 자기유변 탄성체(151)에 자기장을 인가하게 된다(도 4의 (b) 참조).If the current is applied to the solenoid coil in the opposite direction from the top, the positions of the N and S poles of the electromagnet (m 2 ) are changed, so that the permanent magnet (m 1 ) and the electromagnet (m 2 ) become N pole like a single magnet. And S poles are arranged to face the same direction. Accordingly, the plurality of zero
본 실시예에서는 이러한 영전자석의 특성을 이용하여 영전자석에 흐르는 전류의 제어, 더욱 구체적으로는 전류의 방향을 제어함으로써 자기유변 탄성체(151)에 인가되는 자기장을 제어할 수 있다.In the present embodiment, the magnetic field applied to the magnetorheological
다시 도 3을 참조하면, 제어부가 자석부(153)에 전류를 일 방향으로 인가한 경우, 자석부(153)는 자기유변 탄성체(151)에 자기장을 인가하지 않기 때문에 자기유변 탄성체(151)는 초기 강성을 갖는다(도 3의 (a) 참조). 만일 제어부가 자석부(153)에 전류를 반대 방향으로 인가하게 되면, 자석부(153)가 자기유변 탄성체(151)에 자기장을 인가하게 되고, 이에 따라 자기유변 탄성체(151)는 초기 강성보다 큰 강성을 갖게 된다(도 3의 (b) 참조).Referring back to FIG. 3, when the control unit applies a current to the
다만, 본 발명의 자석부는 도시된 바에 한정되지 않는다. 예를 들어, 영전자석은 두 개의 영구자석을 하나의 세트로 구성하되 이 중 하나의 영구자석의 방향을 제어함으로써 자기장 인가 여부를 제어할 수 있다. 또는, 자석부를 하나 또는 복수의 전자석으로 형성하여 전자석에 흐르는 전류의 제어를 통해 자기장 인가 여부를 제어하는 방식도 가능하며, 자석부를 영구자석으로 형성하되 영구자석과 자기유변 탄성체 사이의 거리를 제어하는 방식으로 자기유변 탄성체에 인가되는 자기장을 제어하는 방식도 가능할 것이다.However, the magnet part of the present invention is not limited to the illustrated bar. For example, a zero electromagnet is composed of two permanent magnets as a set, but by controlling the direction of one of the permanent magnets, whether or not a magnetic field is applied can be controlled. Alternatively, a method of controlling whether a magnetic field is applied by controlling the current flowing through the electromagnet by forming the magnet part as one or a plurality of electromagnets is also possible, and controlling the distance between the permanent magnet and the magnetoresistive elastic body while forming the magnet part as a permanent magnet. It would be possible to control the magnetic field applied to the magnetorheological elastic body in a way.
본 실시예에 따른 헤드 마운트(100)는 강성이 가변적으로 제어될 수 있는 형상적응 모듈(150)로 형성함으로써 기판 상에 물체를 보다 정밀하게 배열할 수 있다. 또한, 형상적응 모듈(150)의 자기유변 탄성체(151)를 이용하여 물체를 부착하는 과정에서 물체에 과도한 압력이 가해지는 문제를 방지할 수 있어 물체를 손상없이 안정적으로 집고 놓을 수 있게 된다.The
이와 같은 본 발명 특유의 효과를 더욱 구체적으로 설명하기 위하여, 이하에서는 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트의 작동 과정을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.In order to more specifically describe the effects peculiar to the present invention, the operation of the head mount of the thermocompression bonding apparatus will be described below with reference to the drawings.
열압착 본딩 장치의 헤드 마운트의 작동 과정The working process of the head mount of the thermocompression bonding device
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트가 물체를 집고 놓는 과정을 나타내는 순서도 및 도면이다. 이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 전술한 실시예에 따른 헤드 마운트의 형상적응 모듈이 물체를 집고 놓는 과정을 상세하게 설명하도록 한다.5 and 6 are flowcharts and diagrams illustrating a process in which a head mount of a thermocompression bonding apparatus according to an embodiment of the present invention picks up and places an object. Hereinafter, a process in which the shape adaptation module of the head mount according to the above-described embodiment picks up and places an object will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.
우선, 형상적응 모듈(150)이 물체(d)를 향하여 이동하게 된다(S100). 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 형상적응 모듈(150)을 포함하는 헤드 마운트(100)는 구동부(200)에 의하여 물체(d)의 상부까지 이동하고, 그 후 형상적응 모듈(150)이 아래 방향으로 이동하여 형상적응 모듈(150)이 물체(d)의 상부면과 접촉하도록 한다.First, the
이어서, 형상적응 모듈(150)에 물체(d)를 부착시킨다(S200). 형상적응 모듈(150)을 구성하는 자기유변 탄성체(151)는 실리콘과 같이 강성이 낮은 탄성체를 베이스로 하고 있기에, 미세한 크기의 물체와 접촉 시 점착력에 의해 물체가 부착될 수 있다. 이 과정에서, 자기유변 탄성체(151)의 특성에 따라, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 물체(d)의 외형에 의해 그 형상이 변화하게 된다. 구체적으로, 자기장이 인가되지 않은 상태에서의 자기유변 탄성체(151)의 강성(초기 강성)은 물체(d)의 강성에 비하여 충분히 작기에, 자기유변 탄성체(151)는 접촉하는 물체의 형상에 순응하여 형상이 변형되며, 자기유변 탄성체(151)를 위쪽에서 가압하는 압력에 따라 그 변형 정도는 달라질 수 있다.Subsequently, the object d is attached to the shape adaptation module 150 (S200). Since the magnetorheological
형상적응 모듈(150)의 자기유변 탄성체(151)에 물체를 부착한 후 물체(d)를 기판 상의 원하는 위치로 이송한다(S300). 한편, 물체를 기판 상에 접촉시키는 과정에서 물체와 기판의 접촉면이 평행을 이루어지지 않을 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면 이러한 경우에도 물체를 기판과 평행하게 정렬하여 정확하게 배치할 수 있다.After attaching the object to the magnetorheological
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트의 형상적응 모듈에 의해 물체가 기판에 평행하게 접촉하는 과정을 나타내는 도면이다. 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 물체(d)가 기판(s) 상에 비스듬하게, 즉 양자의 접촉면이 평행하지 않게 접근하는 경우가 있을 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 물체(d)가 형상적응 모듈(150)의 자기유변 탄성체(151)에 부착되며, 그 상태에서 기판(s)과 접촉이 이루어지게 되면 물체는 기판과 평행을 이루면서 미끄러지게 된다. 이 과정에서 낮은 강성을 갖는 자기유변 탄성체(151)는 기판(s)과 평행하여 접촉하는 물체(d)에 의해 눌리면서 그 부분이 함몰되는 형태로 변형된다. 즉, 자기유변 탄성체(151)가 변형하면서 물체(d)에 아무런 영향 없이 기판과 평행하게 정렬될 수 있다.7 is a diagram illustrating a process in which an object contacts a substrate in parallel by a shape adaptation module of a head mount of a thermocompression bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in (a) of FIG. 7, there may be a case where the object d approaches the substrate s at an angle, that is, the contact surfaces of both are not parallel. However, according to an embodiment of the present invention, the object d is attached to the magnetorheological
물체(d)를 원하는 위치, 예를 들어 기판 위로 이동시켜 접촉시킨 후에는 물체(d) 및 기판(s)에 열과 압력을 가하여 물체를 본딩한다(S400). 본딩하는 과정에서는 자기유변 탄성체(151)에 자기장을 인가하여 자기유변 탄성체(151)의 강성을 높임으로써 물체(d)의 위치를 기판(s) 상에 고정시킨다(도 6의 (c) 참조). 상술한 바와 같이, 자기장의 인가는 영전자석(153a)을 포함하는 자석부(153)로의 전류 제어를 통해 이루어질 수 있다.After the object d is moved to a desired position, for example, on the substrate and brought into contact, heat and pressure are applied to the object d and the substrate s to bond the object (S400). In the bonding process, the position of the object d is fixed on the substrate s by applying a magnetic field to the magnetorheological
본딩이 완료된 후에는 형상적응 모듈(150)과 물체(d)를 분리한다(S500). 본딩이 완료되면 물체(d)가 기판(s) 상에 고정됨에 따라 형상적응 모듈(150)의 자기유변 탄성체(151)와 물체가 자연스럽게 분리될 수 있으며, 형상적응 모듈(150)을 기판(s) 위로 이동시킴으로써 완전한 분리가 이루어지게 된다(도 6의 (d) 참조).After bonding is completed, the
이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트(100)는 형상적응 모듈(150)의 강성이 변화하는 성질을 이용하여 물체를 기판 상에 정확히 정렬하여 본딩할 수 있게 된다. 특히, 물체를 형상적응 모듈(150)의 자기유변 탄성체(151)를 이용하여 부착하고 기판 상으로 이동시키기 때문에 종래 물체를 헤드 마운트에 부착하는 과정에서 발생하는 진동이 일어나지 않아 오정렬을 방지할 수 있다. 또한, 종래의 헤드 마운트에서는 물체를 기판에 접촉시킬 때 z축 방향(즉, 도면에서의 상하 방향)으로 물체와 기판의 평행이 이루어지지 않은 경우에도 별도의 얼라인먼트 장치 없이 정확한 정렬이 가능하게 된다. 동시에, 자기유변 탄성체(151)를 이용하여 물체를 부착하기 때문에, 물체를 부착하는 과정에서 물체에 과도한 압력이 가해지는 방지할 수 있어 물체를 손상없이 안정적으로 집고 놓을 수 있게 된다.As described above, the
이에 따라, 물체를 기판 상에 본딩하는 과정에서 오정렬을 방지하여 제품 수율을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 반도체 소자를 적층하여 3차원 구조로 형성하는 데에 활용함으로써 고성능, 고집적도의 반도체 소자를 구현할 수 있게 된다.Accordingly, it is possible to improve product yield by preventing misalignment in the process of bonding the object onto the substrate. In addition, by stacking semiconductor devices and using them to form a three-dimensional structure, it is possible to implement a high-performance, high-integration semiconductor device.
이상 본 발명을 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명하였으나, 위 실시예는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.Although the present invention has been described by specific matters such as specific elements and limited embodiments, the above embodiments are provided only to aid in a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereto, and the present invention is Those of ordinary skill in the relevant technical field can make various modifications and variations from these descriptions.
따라서, 본 발명의 사상은 앞서 설명된 실시예들에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention is limited to the above-described embodiments and should not be determined, and all things modified equally or equivalently to the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the spirit of the present invention. something to do.
100: 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트
110: 본체
120: 가열부
130: 냉각부
150: 형상적응 모듈
151: 자기유변 탄성체
153: 자석부100: head mount of thermocompression bonding device
110: main body
120: heating part
130: cooling unit
150: conformation module
151: magnetorheological elastomer
153: magnet part
Claims (5)
강성이 가변적으로 제어될 수 있는 형상적응 모듈,
상기 형상적응 모듈의 상부에 형성되는 가열부 및
상기 가열부를 냉각하기 위한 냉각부를 포함하고,
상기 형상적응 모듈은 자기유변 탄성체, 자석부 및 상기 자석부가 상기 자기유변 탄성체에 인가하는 자기장을 제어하기 위한 제어부를 포함하며,
상기 자기유변 탄성체는 자기장이 인가되지 않은 상태에서는 낮은 강성을 가져 접촉하는 반도체 소자의 형상에 따라 형상이 변화할 수 있고, 자기장이 인가된 상태에서는 강성이 증가하여 형상이 유지되며,
상기 제어부는 반도체 소자를 열압착 본딩할 때 상기 자석부가 상기 자기유변 탄성체에 자기장을 인가하도록 하여 상기 자기유변 탄성체의 강성을 높임으로써 상기 반도체 소자를 고정시키는, 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트.As a head mount of a bonding device for thermocompression bonding semiconductor elements,
A shape adaptation module whose rigidity can be controlled variably,
A heating part formed on the top of the shape adaptation module, and
It includes a cooling part for cooling the heating part,
The shape adaptation module includes a magnetorheological elastic body, a magnet part, and a control unit for controlling a magnetic field applied by the magnet part to the magnetorheological elastic body,
The magnetorheological elastic body has low stiffness when a magnetic field is not applied, and the shape may change according to the shape of a semiconductor element in contact, and when a magnetic field is applied, the shape is maintained by increasing stiffness
The control unit fixes the semiconductor device by increasing the rigidity of the magnetorheological elastic body by causing the magnet unit to apply a magnetic field to the magnetorheological elastic body when thermocompression bonding the semiconductor device.
상기 자석부는 영전자석을 포함하고, 상기 제어부는 상기 영전자석으로의 전류 제어를 통해 상기 자기유변 탄성체에 인가되는 자기장을 제어하는, 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트.The method of claim 1,
The magnet part includes a zero electromagnet, and the control unit controls a magnetic field applied to the magnetoresistive elastic body through current control to the zero electromagnet.
상기 자석부는 상기 자기유변 탄성체의 상부에 위치하여 상기 자기유변 탄성체에 수직 방향으로 자기장을 인가하는, 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트.The method of claim 1,
The magnet part is located on the magnetorheological elastic body to apply a magnetic field in a vertical direction to the magnetorheological elastic body, the head mount of the thermocompression bonding device.
상기 자기유변 탄성체에서 상기 반도체 소자와 접촉하는 일면의 면적은 상기 반도체 소자의 면적보다 넓게 형성되는, 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트.The method of claim 1,
A head mount of a thermocompression bonding apparatus, wherein an area of one surface of the magnetorheological elastic body in contact with the semiconductor element is formed larger than an area of the semiconductor element.
상기 자기유변 탄성체는 Fe, Mo, Al, Cu, Mn, Co 중 적어도 하나의 자성 입자를 포함하는, 열압착 본딩 장치의 헤드 마운트.The method of claim 1,
The magnetorheological elastic body includes at least one magnetic particle of Fe, Mo, Al, Cu, Mn, and Co. Head mount of a thermocompression bonding device.
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