KR20210030016A - Thermocompression bonding apparatus for semiconductor chips - Google Patents

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KR20210030016A
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Abstract

The present invention relates to a semiconductor chip thermocompression bonding device, which can shorten a cycle time of a semiconductor chip bonding process by forming a cooling line in a picker tool and cooling the picker tool immediately after bonding. The present invention provides the semiconductor chip thermocompression bonding device, which forms a cooling line through which cooling air can flow in a picker tool during a thermocompression bonding process for mounting a semiconductor chip on a substrate and implements a new thermocompression bonding method for rapidly cooling the picker tool using the cooling air supplied to the cooling line formed in this way, thereby shortening the cycle time required for the thermocompression bonding process. In particular, the present invention can shorten a cooling time and reduce an overall process cycle time, such as to improve the production (unit per hour; UPH).

Description

반도체 칩 열압착 본딩 장치{THERMOCOMPRESSION BONDING APPARATUS FOR SEMICONDUCTOR CHIPS}Semiconductor chip thermocompression bonding device {THERMOCOMPRESSION BONDING APPARATUS FOR SEMICONDUCTOR CHIPS}

본 발명은 반도체 칩을 기판 위에 실장하기 위한 열압착 본딩 장치에 관한 것으로서, 특히 픽커 툴에 냉각 라인을 형성하여 본딩 후에 즉시 픽커 툴을 냉각시켜줌으로써 반도체 칩 본딩 공정의 사이클 타임을 단축할 수 있는 반도체 칩 열압착 본딩 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thermocompression bonding apparatus for mounting a semiconductor chip on a substrate, and in particular, a semiconductor capable of shortening the cycle time of the semiconductor chip bonding process by forming a cooling line on the picker tool to cool the picker tool immediately after bonding. It relates to a chip thermocompression bonding device.

일반적으로 반도체 칩을 회로기판에 부착하기 위한 공정은 매우 정밀하게 수행되며, 기판에는 반도체 칩이 고정되는 복수의 실장영역이 마련된다.In general, a process for attaching a semiconductor chip to a circuit board is performed very precisely, and a plurality of mounting regions in which the semiconductor chip is fixed are provided on the substrate.

한편, 반도체 칩과 회로기판의 실장영역은 정확한 전기적 연결이 수행되어야 하기 때문에 불량률을 줄이기 위해서 실장영역의 정확한 위치에 반도체 칩을 실장하는 반도체 칩 실장 공정은 매우 중요하다. On the other hand, since the mounting area of the semiconductor chip and the circuit board must be accurately electrically connected, a semiconductor chip mounting process in which the semiconductor chip is mounted at the correct position of the mounting area is very important to reduce the defect rate.

보통 반도체 칩 실장 공정은 본딩 공정이라 하며, 정밀한 작업이 요구되는 공정의 특수성에 따라 회로기판의 전체적인 위치와 회로기판의 반도체 칩 고정부의 위치(실장영역) 검사가 완료된 후, 반도체 칩이 회로기판에 곧바로 실장된다.Usually, the semiconductor chip mounting process is called a bonding process, and after inspection of the overall position of the circuit board and the position (mounting area) of the semiconductor chip fixing part of the circuit board is completed, depending on the specificity of the process that requires precise work, the semiconductor chip is placed on the circuit board. It is installed immediately.

이러한 반도체 칩 실장 공정을 수행하는 열압착 본딩 장치는 웨이퍼로부터 개별 반도체 칩을 분리하고, 이를 본딩 픽커가 반도체 칩의 저면, 즉 범프가 형성되어 있는 반도체 칩의 저면이 아래를 향하도록 픽업한 상태에서 본딩 대상 기판에 반도체 칩을 본딩하는 장치이다. In the thermocompression bonding device performing such a semiconductor chip mounting process, the individual semiconductor chips are separated from the wafer, and the bonding picker picks them up so that the bottom surface of the semiconductor chip, that is, the bottom surface of the semiconductor chip on which the bump is formed, faces downward. This is an apparatus that bonds a semiconductor chip to a substrate to be bonded.

이렇게 반도체 칩을 본딩하는 방법에는 범프에 플럭스를 도포하여 기판의 접속단자에 범프를 부착하는 방법, 기판에 플럭스를 도포하여 접속단자를 기판에 부착하는 방법 등이 있다. The method of bonding semiconductor chips in this way includes a method of attaching the bumps to the connection terminals of the substrate by applying a flux to the bumps, and a method of attaching the connection terminals to the substrate by applying the flux to the substrate.

이때, 반도체 칩은 가열된 상태로 압착되면서 기판에 부착되며, 이렇게 반도체 칩을 가열한 후에 기판에 부착하는 방법을 열압착 방법이라 한다.In this case, the semiconductor chip is attached to the substrate while being compressed in a heated state, and a method of attaching the semiconductor chip to the substrate after heating is referred to as a thermocompression bonding method.

이러한 열압착 방법에서는 반도체 칩의 픽업을 위한 픽커 툴, 반도체 칩의 가열을 위한 히트 플레이트 및 펄스 히터, 로봇 등과 체결되는 픽커 블록 등을 포함하는 구조의 본딩 픽커가 사용된다. In this thermocompression bonding method, a bonding picker having a structure including a picker tool for picking up a semiconductor chip, a heat plate and a pulse heater for heating the semiconductor chip, and a picker block fastened to a robot is used.

예를 들면, 본딩 픽커의 픽커 툴로 반도체 칩을 픽업한 후에 펄스 히터와 히트 플레이트로 가열하여 반도체 칩에 있는 납땜을 녹이고, 계속해서 반도체 칩을 기판의 실장영역으로 이송하여 기판 위에 부착한 다음, 반도체 칩이 기판 위에 완전히 부착되면 본딩 픽커에서 반도체 칩을 분리하는 것으로 열압착 본딩 공정의 1사이클이 완료된다. For example, after picking up the semiconductor chip with the picker tool of the bonding picker, it is heated with a pulse heater and a heat plate to melt the solder on the semiconductor chip, and then the semiconductor chip is transferred to the mounting area of the substrate and attached to the substrate. When the chip is completely attached to the substrate, one cycle of the thermocompression bonding process is completed by separating the semiconductor chip from the bonding picker.

이때, 상기 펄스 히터와 히트 플레이트는 약 200℃ 정도의 온도로 약 2초 정도 열을 가하게 되고, 반도체 칩이 기판 위에 완전히 부착될 때까지, 즉 반도체 칩을 잡고 있는 픽커 툴이 완전히 식을 때까지 약 15초 정도의 시간이 소요된다. At this time, the pulse heater and the heat plate are heated for about 2 seconds at a temperature of about 200°C, and until the semiconductor chip is completely attached to the substrate, that is, the picker tool holding the semiconductor chip is completely cooled. It takes about 15 seconds.

이러한 반도체 칩 열압착 본딩 공정에서는 반도체 칩에 열을 가하고 계속해서 부착 후에 본딩 픽커를 분리할 때까지의 시간(특히, 픽커 툴이 완전히 식을 때까지의 시간)이 매우 길게 소요되기 때문에 전체적인 공정 사이클 타임이 길어지게 되고, 이로 인해 생산량(Unit Per Hour;UPH)의 저하를 초래하는 단점이 있다. In such a semiconductor chip thermocompression bonding process, it takes a very long time to remove the bonding picker (especially, the time until the picker tool is completely cooled) after applying heat to the semiconductor chip and continuously attaching it, so the overall process cycle There is a disadvantage that the time becomes longer, and this leads to a decrease in the unit per hour (UPH).

한국 공개특허 제10-2013-0117682호Korean Patent Application Publication No. 10-2013-0117682 한국 공개특허 제10-2014-0081688호Korean Patent Application Publication No. 10-2014-0081688 한국 공개특허 제10-2017-0056415호Korean Patent Application Publication No. 10-2017-0056415 한국 공개특허 제10-2019-0002177호Korean Patent Application Publication No. 10-2019-0002177

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 반도체 칩을 기판 위에 실장하기 위한 열압착 본딩 공정 시, 픽커 툴에 냉각 공기가 흐를 수 있는 냉각 라인을 형성하고, 이렇게 형성한 냉각 라인으로 공급되는 냉각 공기를 이용하여 픽커 툴을 신속하게 냉각시켜주는 새로운 열압착 본딩 방식을 구현함으로써, 열압착 본딩 공정에 소요되는 사이클 타임을 단축할 수 있으며, 특히 쿨링 타임을 단축할 수 있으며, 전체적인 공정 사이클 타임을 줄일 수 있는 등 생산량(Unit Per Hour;UPH)을 향상시킬 수 있는 반도체 칩 열압착 본딩 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been devised in view of the above points, and in the thermocompression bonding process for mounting a semiconductor chip on a substrate, a cooling line through which cooling air can flow is formed in the picker tool, and the formed cooling line is used. By implementing a new thermocompression bonding method that quickly cools the picker tool using the supplied cooling air, the cycle time required for the thermocompression bonding process can be shortened, especially the cooling time, and the overall process. Its purpose is to provide a semiconductor chip thermocompression bonding device that can reduce cycle time and improve production (Unit Per Hour; UPH).

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 반도체 칩 열압착 본딩 장치는 다음과 같은 특징이 있다. In order to achieve the above object, the semiconductor chip thermocompression bonding apparatus provided by the present invention has the following characteristics.

상기 반도체 칩 열압착 본딩 장치는 중심부에 진공 라인용 홀과 상기 진공 라인용 홀의 양옆에 에어 라인용 홀을 가지면서 로봇 등의 액추에이터에 설치되는 픽커 블록과, 중심부에 진공 라인용 홀과 상기 진공 라인용 홀의 양옆에 에어 라인용 홀을 가지면서 픽커 블록의 저면에 결합되는 펄스 히터와, 상기 중심부에 진공 라인용 홀과 상기 진공 라인용 홀의 양옆에 에어 라인용 홀을 가지면서 펄스 히터의 저면에 결합되는 히트 플레이트와, 반도체 칩을 흡착하는 수단으로서 중심부에 진공 라인용 홀과 상기 에어 라인용 홀과 통하는 에어 라인용 유로를 가지면서 히트 플레이트의 저면에 결합되며 에어 라인용 유로를 흐르는 냉각 공기에 의해 냉각될 수 있는 픽커 툴을 포함하는 것이 특징이다. The semiconductor chip thermocompression bonding apparatus includes a picker block installed in an actuator such as a robot while having a hole for a vacuum line in a center and holes for an air line on both sides of the hole for a vacuum line, a hole for a vacuum line and a hole for the vacuum line in the center. A pulse heater coupled to the bottom of the picker block while having air line holes on both sides of the hole, and a vacuum line hole in the center and an air line hole on both sides of the vacuum line hole are coupled to the bottom of the pulse heater. It is coupled to the bottom of the heat plate while having a vacuum line hole and an air line flow path communicating with the air line hole as a means for adsorbing the semiconductor chip and is coupled to the bottom of the heat plate by cooling air flowing through the air line flow path. It features a picker tool that can be cooled.

여기서, 상기 픽커 툴은 히트 플레이트의 저면에 밀착되는 툴 플레이트와 상기 툴 플레이트의 저면에 형성되면서 반도체 칩을 흡착하는 툴 블록의 조합 형태로 이루어질 수 있다. Here, the picker tool may be formed of a combination of a tool plate that is in close contact with the bottom surface of the heat plate and a tool block that is formed on the bottom surface of the tool plate and adsorbs semiconductor chips.

특히, 상기 픽커 툴의 에어 라인용 유로는 툴 플레이트의 상면에 형성되면서 한쪽이 히트 플레이트에 있는 에어 라인용 홀과 통하는 동시에 다른 한쪽은 중심부쪽으로 연장 형성되는 장홈 형태의 에어 도입홈과, 상기 에어 도입홈의 다른 한쪽에서부터 툴 블록의 내부로 수직 연장되는 형태로 형성되는 에어 수직홀과, 상기 에어 수직홀의 하단부와 통하면서 툴 블록의 측면을 관통하는 형태로 형성되는 에어 수평홀을 포함할 수 있다. In particular, while the air line flow path of the picker tool is formed on the upper surface of the tool plate, one side communicates with the air line hole in the heat plate, while the other side extends toward the center of the picker tool. An air vertical hole formed in a shape extending vertically from the other side of the groove into the inside of the tool block, and an air horizontal hole formed in a shape passing through a side surface of the tool block while communicating with a lower end of the air vertical hole.

이때의 에어 수평홀은 서로 교차함과 더불어 통하면서 툴 블록의 전후측 및 좌우측 4면의 측면을 관통하는 구조로 이루어질 수 있다. In this case, the horizontal air holes may cross each other and pass through the side surfaces of the front and rear sides and the left and right sides of the tool block while communicating with each other.

그리고, 상기 히트 플레이트는 플레이트 저면에서 전후 방향 및 좌우 방향을 따라 관통되는 격자형 구조로 형성되어 외부 공기의 흐름 통로를 제공하는 공기 흐름용 홈을 포함할 수 있다. In addition, the heat plate may include a groove for air flow formed in a lattice-like structure penetrating along the front-rear direction and the left-right direction from the bottom of the plate to provide a passage for external air flow.

본 발명에서 제공하는 반도체 칩 열압착 본딩 장치는 다음과 같은 효과가 있다. The semiconductor chip thermocompression bonding apparatus provided by the present invention has the following effects.

첫째, 반도체 칩을 기판 위에 실장하기 위한 열압착 본딩 공정 시에 픽커 툴에 냉각 공기가 흐를 수 있는 냉각 라인을 형성하여 냉각 공기로 픽커 툴을 신속하게 냉각시켜줌으로써, 열압착 본딩 공정에서 사이클 타임을 가장 많이 잡아먹는 쿨링 타임을 줄여서 전체적인 공정 사이클 타임을 단축할 수 등 생산량(Unit Per Hour;UPH)을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.First, during the thermocompression bonding process for mounting the semiconductor chip on the substrate, a cooling line through which cooling air can flow is formed in the picker tool to quickly cool the picker tool with cooling air, thereby reducing the cycle time in the thermocompression bonding process. It has the effect of improving the unit per hour (UPH) such as shortening the overall process cycle time by reducing the cooling time, which is eaten the most.

둘째, 반도체 칩 열압착 본딩 공정 시에 약 200℃ 이상의 고온에 의한 영향을 받는 픽커 툴을 신속하게 냉각시켜줌으로써, 픽커 툴 뿐만 아니라 주변 부품들의 고온 피로(高溫疲勞)를 줄일 수 있는 등 부품의 강도 및 내구성 확보는 물론 성능과 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다. Second, during the semiconductor chip thermocompression bonding process, the strength of parts, such as the ability to reduce high-temperature fatigue of not only the picker tool but also the surrounding parts by quickly cooling the picker tool affected by the high temperature of about 200℃ or higher. And there is an effect of securing durability as well as extending performance and life.

셋째, 저면부에 공기가 통할 수 있는 공기 흐름용 홀을 가지는 공랭식 타입의 히트 플레이트를 적용함으로써, 공기와 접촉에 의한 자연 냉각을 통해 히트 플레이트 및 이와 접하는 픽커 툴 등의 온도를 낮출 수 있는 등 쿨링 타임 단축과 더불어 고온의 영향으로부터 부품을 보호할 수 있는 효과가 있다. Third, by applying an air-cooled type heat plate having an airflow hole through which air can pass, cooling the heat plate and the picker tool in contact with the air can lower the temperature through natural cooling. In addition to shortening the time, there is an effect of protecting parts from the effects of high temperatures.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 열압착 본딩 장치를 나타내는 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 열압착 본딩 장치의 히트 플레이트를 나타내는 사시도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 열압착 본딩 장치에서 진공압의 흐름과 냉각 공기의 흐름을 나타내는 단면도1 to 3 are perspective views illustrating a semiconductor chip thermocompression bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing a heat plate of a semiconductor chip thermocompression bonding apparatus according to an embodiment of the present invention
5 is a cross-sectional view illustrating a flow of vacuum pressure and a flow of cooling air in a semiconductor chip thermocompression bonding apparatus according to an embodiment of the present invention;

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 열압착 본딩 장치를 나타내는 사시도이다. 1 to 3 are perspective views illustrating a semiconductor chip thermocompression bonding apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 칩 열압착 본딩 장치는 반도체 칩 부착 후에 냉각 공기를 이용하여 픽커 툴(16)을 포함하는 주변 부품들을 신속하게 냉각시켜줌으로써 전체적인 공정 사이클 타임을 대폭 단축할 수 있는 구조로 이루어지게 된다. As shown in FIGS. 1 to 3, the semiconductor chip thermocompression bonding device rapidly cools the peripheral components including the picker tool 16 using cooling air after attaching the semiconductor chip, thereby significantly reducing the overall process cycle time. It will be made in a structure that can be shortened.

이를 위하여, 상기 반도체 칩 열압착 본딩 장치는 지지체 역할을 하는 픽커 블록(12)을 포함한다.To this end, the semiconductor chip thermocompression bonding apparatus includes a picker block 12 serving as a support.

상기 픽커 블록(12)은 상하 적층 결합되는 상부 픽커 블록(16a)과 하부 픽커 블록(16b)의 조합 형태로 구성되고, 상부 픽커 블록(16a)을 이용하여 로봇 등과 같이 반도체 칩을 이송시켜주는 액추에이터(미도시)측에 설치된다. The picker block 12 is composed of a combination of an upper picker block 16a and a lower picker block 16b that are stacked up and down, and an actuator that transfers semiconductor chips such as a robot using the upper picker block 16a. It is installed on the (not shown) side.

여기서, 상기 픽커 블록(12)을 액추에이터측에 설치하는 구조는 일반적인 구조이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Here, since the structure in which the picker block 12 is installed on the actuator side is a general structure, a detailed description will be omitted.

이러한 픽커 블록(12)에는 공지의 진공 발생기(미도시)측과 연결되면서 중심부에 위치되는 진공 라인용 홀(10a)과 에어 펌프 등과 같은 공지의 에어 공급기(미도시)측과 연결되면서 진공 라인용 홀(10a)의 양옆에 위치되는 에어 라인용 홀(11a)이 각각 관통되는 구조로 형성된다. The picker block 12 is connected to a known vacuum generator (not shown) and connected to a known air supply (not shown) side such as a vacuum line hole 10a located in the center and an air pump. Air line holes 11a positioned on both sides of the hole 10a are formed in a structure through which each of the holes 10a penetrates.

이에 따라, 상기 진공 발생기측에서 제공되는 진공압이 진공 라인용 홀(10a)을 통해 도입되면서 반도체 칩의 흡착이 이루어질 수 있게 되고, 또 상기 에어 공급기측에서 제공되는 냉각 공기가 에어 라인용 홀(11a)을 통해 도입되면서 픽커 툴(16) 등의 냉각을 위한 매체로 쓰일 수 있게 된다. Accordingly, the vacuum pressure provided from the vacuum generator side is introduced through the hole 10a for the vacuum line, so that the semiconductor chip can be adsorbed, and the cooling air provided from the air supply side is supplied to the hole for the air line ( As it is introduced through 11a), it can be used as a medium for cooling the picker tool 16 or the like.

또한, 상기 반도체 칩 열압착 본딩 장치는 반도체 칩에 열을 가하는 열원 역할을 하는 수단으로 펄스 히터(13)를 포함한다. In addition, the semiconductor chip thermocompression bonding apparatus includes a pulse heater 13 as a means serving as a heat source for applying heat to the semiconductor chip.

상기 펄스 히터(13)는 가압과 가열을 동시에 할 수 있어 빠른 승온이 가능한 히터로서, 일반적인 플립칩 실장 장치 등에 사용되는 공지의 세라믹 히터 등을 적용할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. The pulse heater 13 is a heater capable of rapidly increasing temperature by simultaneously pressing and heating, and a known ceramic heater used in a general flip chip mounting device may be applied, and a detailed description thereof will be omitted. .

이러한 펄스 히터(13)는 픽커 블록(12)의 저면, 즉 하부 픽커 블록(12b)의 저면에 밀착되면서 양단부에 형성되어 있는 히터 고정부(18)를 이용한 볼트 체결 구조에 의해 지지되는 구조로 픽커 블록(12)측에 결합될 수 있게 된다. The pulse heater 13 has a structure supported by a bolt fastening structure using heater fixing portions 18 formed at both ends while being in close contact with the bottom surface of the picker block 12, that is, the bottom surface of the lower picker block 12b. It can be coupled to the block 12 side.

그리고, 상기 펄스 히터(13)에는 픽커 블록(12)의 진공 라인용 홀(10a)과 연결되면서 중심부에 위치되는 진공 라인용 홀(10b)과 픽커 블록(12)의 에어 라인용 홀(11a)과 연결되면서 진공 라인용 홀(10b)의 양옆에 위치되는 에어 라인용 홀(11b)이 각각 관통되는 구조로 형성된다. In addition, the pulse heater 13 has a vacuum line hole 10b positioned at the center while being connected to the vacuum line hole 10a of the picker block 12 and an air line hole 11a of the picker block 12. Air line holes 11b positioned on both sides of the vacuum line hole 10b are formed in a structure through which they are connected to each other.

이에 따라, 상기 픽커 블록(12)측의 진공 라인용 홀(10a)을 통해 도입되는 진공압이 진공 라인용 홀(10b)을 통해 전해지면서 반도체 칩의 흡착이 이루어질 수 있게 되고, 또 픽커 블록(12)측의 에어 라인용 홀(11a)을 통해 도입되는 냉각 공기가 에어 라인용 홀(11b)을 통해 전해지면서 픽커 툴(16) 등의 냉각을 위한 매체로 쓰일 수 있게 된다. Accordingly, the vacuum pressure introduced through the hole 10a for the vacuum line on the side of the picker block 12 is transmitted through the hole 10b for the vacuum line, so that the semiconductor chip can be adsorbed. Cooling air introduced through the air line hole 11a on the 12) side is transmitted through the air line hole 11b so that it can be used as a cooling medium for the picker tool 16 and the like.

또한, 상기 반도체 칩 열압착 본딩 장치는 펄스 히터(13)의 열을 실질적으로 반도체 칩이 픽업되어 있는 픽커 툴(16)측에 전달하는 수단으로 히트 플레이트(14)를 포함한다. In addition, the semiconductor chip thermocompression bonding apparatus includes a heat plate 14 as a means for substantially transferring heat from the pulse heater 13 to the picker tool 16 from which the semiconductor chip is picked up.

상기 히트 플레이트(14)는 공기와의 접촉 면적 확보를 위한 2곳 정도의 절개부분을 가지는 금속 소재의 사각판 형태로서, 펄스 히터(13)의 저면에 결합되는 구조로 설치된다. The heat plate 14 is a rectangular plate made of a metal material having two cutouts for securing a contact area with air, and is installed in a structure coupled to the bottom of the pulse heater 13.

즉, 상기 히트 플레이트(14)는 펄스 히터(13)의 저면과 픽커 툴(16)의 상면 사이에 밀착 배치되면서 픽커 블록(12)측에 결합되는 픽커 툴(16)에 의해 지지되는 구조로 설치된다. That is, the heat plate 14 is installed in a structure supported by the picker tool 16 coupled to the picker block 12 while being closely disposed between the bottom surface of the pulse heater 13 and the upper surface of the picker tool 16 do.

이러한 히트 플레이트(14)에는 펄스 히터(13)의 진공 라인용 홀(10b)과 연결되면서 중심부에 위치되는 진공 라인용 홀(10c)과 펄스 히터(13)의 에어 라인용 홀(11b)과 연결되면서 진공 라인용 홀(10c)의 양옆에 위치되는 에어 라인용 홀(11c)이 각각 관통되는 구조로 형성된다. The heat plate 14 is connected to the vacuum line hole 10b of the pulse heater 13 and the vacuum line hole 10c located in the center of the pulse heater 13 and the air line hole 11b of the pulse heater 13. As a result, the air line holes 11c positioned on both sides of the vacuum line hole 10c are formed in a structure through which each of the holes 11c for the vacuum line penetrates.

이에 따라, 상기 펄스 히터(13)측의 진공 라인용 홀(10b)을 통해 전해지는 진공압이 진공 라인용 홀(10c)을 통해 전해지면서 반도체 칩의 흡착이 이루어질 수 있게 되고, 또 펄스 히터(13)측의 에어 라인용 홀(11b)을 통해 도입되는 냉각 공기가 에어 라인용 홀(11c)을 통해 전해지면서 픽커 툴(16) 등의 냉각을 위한 매체로 쓰일 수 있게 된다. Accordingly, the vacuum pressure transmitted through the vacuum line hole 10b of the pulse heater 13 side is transmitted through the vacuum line hole 10c, so that the semiconductor chip can be adsorbed, and the pulse heater ( The cooling air introduced through the air line hole 11b on the 13) side is transmitted through the air line hole 11c, so that it can be used as a cooling medium for the picker tool 16 and the like.

특히, 상기 히트 플레이트(14)에는 신속한 냉각을 위하여 공기와의 접촉 면적을 넓혀주는 역할을 하는 공기 흐름용 홀(17)이 구비된다. In particular, the heat plate 14 is provided with a hole 17 for air flow that serves to increase a contact area with air for rapid cooling.

이를 위하여, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 히트 플레이트(14)의 저면에는 전후 방향 및 좌우 방향을 따라 일직상으로 관통되는 격자형 구조로 이루어진 다수의 공기 흐름용 홈(17)이 형성되며, 이러한 공기 흐름용 홈(17)은 전후 방향 및 좌우 방향으로 서로 교차되면서 연통되는 형태를 이룰 수 있게 된다. To this end, as shown in FIG. 4, a plurality of grooves 17 for air flow are formed on the bottom surface of the heat plate 14 in a lattice-like structure that penetrates in a straight line along the front-rear direction and the left-right direction, The grooves 17 for air flow can form a communication shape while intersecting each other in the front-rear direction and the left-right direction.

이에 따라, 상기 히트 플레이트(14)의 4면 가장자리를 통해 외부의 공기가 공기 흐름용 홈(17)으로 들어온 후에 홈을 따라 흐르면서 히트 플레이트(14)와 접촉하게 되므로서, 반도체 칩 접착을 위해 가열되어 있던 히트 플레이트(14)가 공기와의 접촉을 통해 신속하게 냉각될 수 있게 된다. Accordingly, after the external air enters the groove 17 for air flow through the four edges of the heat plate 14, it flows along the groove and comes into contact with the heat plate 14, thereby heating for semiconductor chip adhesion. The previously used heat plate 14 can be quickly cooled through contact with air.

또한, 상기 반도체 칩 열압착 본딩 장치는 반도체 칩을 픽업하는 수단으로 픽커 툴(16)을 포함한다. In addition, the semiconductor chip thermocompression bonding apparatus includes a picker tool 16 as a means for picking up semiconductor chips.

상기 픽커 툴(16)은 진공압을 이용하여 반도체 칩을 흡착하는 역할을 하는 것으로서, 히트 플레이트(14)의 저면에 밀착되는 툴 플레이트(16a)와, 상기 툴 플레이트(16a)의 저면에 형성되면서 반도체 칩을 직접 흡착하는 툴 블록(16b)의 조합 형태로 이루어지게 된다. The picker tool 16 serves to adsorb semiconductor chips using vacuum pressure, and is formed on the bottom surface of the tool plate 16a and the tool plate 16a in close contact with the bottom surface of the heat plate 14. It is formed in the form of a combination of tool blocks 16b that directly adsorb the semiconductor chip.

이러한 픽커 툴(16)은 적어도 2개 이상의 툴 브라켓(19)에 의해 지지되는 구조로 설치된다. The picker tool 16 is installed in a structure supported by at least two or more tool brackets 19.

예를 들면, 상기 툴 브라켓(19)은 상단과 하단에 각각 90°꺽인 형태의 수평판을 가지는 수직 막대 형태로 이루어지게 되는 한편, 상기 픽커 툴(16)의 툴 플레이트(16a)의 상면이 히트 플레이트(14)의 저면에 밀착된 상태에서 툴 브라켓(19)의 하단 수평판이 툴 플레이트(16a)의 저면을 걸어줌과 더불어 상단 수평판이 픽커 블록(12)의 하부 픽커 블록(12b)의 저면에 볼트로 체결되므로서, 픽커 툴(16)은 3개의 툴 브라켓(19)에 의해 지지되는 구조로 설치될 수 있게 되고, 이와 함께 픽커 툴(16)과 펄스 히터(13) 사이에 개재되어 있는 히트 플레이트(14)도 고정될 수 있게 된다. For example, the tool bracket 19 is formed in the form of a vertical bar having a horizontal plate bent at the top and bottom by 90°, while the top surface of the tool plate 16a of the picker tool 16 is hit In a state in close contact with the bottom of the plate 14, the lower horizontal plate of the tool bracket 19 hangs on the bottom of the tool plate 16a, and the upper horizontal plate is of the lower picker block 12b of the picker block 12. Since the bolt is fastened to the bottom, the picker tool 16 can be installed in a structure supported by the three tool brackets 19, and is interposed between the picker tool 16 and the pulse heater 13 together. The heat plate 14 that is there is also able to be fixed.

그리고, 상기 픽커 툴(16)의 중심부에는 툴 두께를 수직으로 관통하는 진공 라인용 홀(10d)이 형성되며, 이렇게 형성되는 진공 라인용 홀(10d)은 그 윗쪽에 있는 히트 플레이트(14)의 진공 라인용 홀(10c)과 통할 수 있게 된다. In addition, a hole 10d for a vacuum line vertically penetrating through the thickness of the tool is formed in the center of the picker tool 16, and the hole 10d for a vacuum line formed in this way is It is possible to communicate with the hole 10c for the vacuum line.

이에 따라, 상기 픽커 블록(12), 펄스 히터(13), 히트 플레이트(14) 및 픽커 툴(16)에 있는 진공 라인용 홀(10a∼10d)이 연통되는 구조를 이룰 수 있게 되고, 결국 이렇게 연통되는 진공 라인용 홀(10a∼10d)을 통해 가해지는 진공압에 의해 픽커 툴(16)의 틀 블록(16b)의 저면에 반도체가 흡착될 수 있게 된다. Accordingly, the picker block 12, the pulse heater 13, the heat plate 14, and the vacuum line holes 10a to 10d in the picker tool 16 can be connected to each other. The semiconductor can be adsorbed on the bottom surface of the frame block 16b of the picker tool 16 by vacuum pressure applied through the communicating vacuum line holes 10a to 10d.

특히, 상기 픽커 툴(16)은 픽커 블록(12), 펄스 히터(13) 및 히트 플레이트(14)에 있는 에어 라인용 홀(11a∼11c)과 통하면서 냉각 공기를 도입할 수 있는 에어 라인용 유로(15)를 포함한다. In particular, the picker tool 16 is for an air line capable of introducing cooling air while communicating with the air line holes 11a to 11c in the picker block 12, the pulse heater 13, and the heat plate 14. It includes a flow path (15).

이에 따라, 상기 픽커 툴(16)은 에어 라인용 유로(15)를 흐르는 냉각 공기에 의해 신속하게 냉각될 수 있게 된다. Accordingly, the picker tool 16 can be quickly cooled by the cooling air flowing through the air line passage 15.

이를 위하여, 상기 에어 라인용 유로(15)는 툴 플레이트(16a)의 상면에 일정 깊이로 파여 있는 장홈 형태를 이루는 한쌍의 에어 도입홈(15a), 툴 플레이트(16a)의 상면에서부터 툴 블록(16b)이 내부까지 일정 깊이 수직 형성되는 한쌍의 에어 수직홀(15b), 툴 블록(16b)의 서로 나란한 측면을 직선으로 관통하는 구조로 형성되는 에어 수평홀(15c)을 포함한다. To this end, the air line passage 15 has a pair of air introduction grooves 15a forming an elongated groove formed at a predetermined depth in the upper surface of the tool plate 16a, and the tool block 16b from the upper surface of the tool plate 16a. ) Includes a pair of vertical air holes 15b vertically formed to the inside of the tool block 16b, and horizontal air holes 15c formed in a structure that directly penetrates parallel sides of the tool block 16b.

이때의 에어 도입홈(15a)의 한쪽은 히트 플레이트(14)에 있는 에어 라인용 홀(11c)과 통하게 되는 동시에 다른 한쪽은 중심부쪽으로 길게 연장되면서 에어 수직홀(15b)과 통하게 되고, 상기 에어 수평홀(15c)은 에어 수직홀(15b)과 교차되면서 서로 통하게 된다. At this time, one side of the air introduction groove (15a) communicates with the air line hole (11c) in the heat plate (14), while the other side extends long toward the center and communicates with the vertical air hole (15b). The holes 15c communicate with each other while intersecting with the vertical air holes 15b.

그리고, 상기 에어 수평홀(15c)은 서로 교차함과 더불어 통하면서 툴 블록(16b)의 전후측 및 좌우측 4면의 측면을 직선상으로 관통하는 4개의 관통홀 구조로 이루어질 수 있게 된다. In addition, the horizontal air holes 15c may be formed in a structure of four through-holes that intersect and communicate with each other while passing through the side surfaces of the front and rear sides and the left and right sides of the tool block 16b in a straight line.

예를 들면, 상기 에어 수평홀(15c)은 툴 블록(16b)의 전후측 측면을 직선상으로 관통하면서 양편의 에어 수직홀(15b)과 90°교차함과 더불어 연통되는 2개의 에어 수평홀(15c)과, 툴 블록(16b)의 좌우측 측면을 직선상으로 관통하면서 전후측 측면을 관통하는 2개의 에어 수평홀(15c)과 동시에 90°교차함과 더불어 연통되는 2개의 에어 수평홀(15c)로 이루어질 수 있게 되고, 이때의 4개의 에어 수평홀(15c), 그리고 에어 수직홀(15b)과 에어 도입홈(15a)은 서로 연통될 수 있게 된다. For example, the horizontal air hole 15c passes through the front and rear sides of the tool block 16b in a straight line and crosses the vertical air hole 15b on both sides by 90° and communicates with two horizontal air holes ( 15c), and two horizontal air holes 15c passing through the left and right sides of the tool block 16b in a straight line and passing through the front and rear sides of the tool block 16b and two horizontal air holes 15c that are in communication with each other at a 90° intersection. In this case, the four horizontal air holes 15c, and the vertical air hole 15b and the air introduction groove 15a can communicate with each other.

이에 따라, 상기 에어 라인용 홀(11a∼11c)을 통해 공급되는 냉각 공기가 에어 라인용 유로(15)의 에어 도입홈(15a)과 에어 수직홀(15b), 그리고 에어 수평홀(15c)을 흐르게 되므로서, 픽커 툴(16)이 냉각될 수 있게 되고, 냉각작용을 마친 공기는 외부와 통해 있는 에어 수평홀(15c)을 통해 밖으로 빠져나갈 수 있게 된다.Accordingly, the cooling air supplied through the holes 11a to 11c for the air line is formed through the air introduction groove 15a, the vertical air hole 15b, and the horizontal air hole 15c of the air line flow path 15. As it flows, the picker tool 16 can be cooled, and the air that has finished cooling can be discharged to the outside through the horizontal air hole 15c through the outside.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 칩 열압착 본딩 장치에서 진공압의 흐름과 냉각 공기의 흐름을 나타내는 단면도이다. 5 is a cross-sectional view illustrating a flow of vacuum pressure and a flow of cooling air in the semiconductor chip thermocompression bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시한 바와 같이, 본딩 픽커(200)의 픽커 툴(16)로 반도체 칩(100)을 픽업하고, 계속해서 펄스 히터(13)를 작동시킴과 더불어 히트 플레이트(14)로 가열하여 반도체 칩(100)에 있는 납땜을 녹이면서 기판(미도시)의 실장영역으로 이송한 후, 기판 위에 반도체 칩(100)을 부착함과 더불어 부착 완료 후에는 반도체 칩(100)으로부터 본딩 픽커(200)를 분리시킨다. As shown in FIG. 5, the semiconductor chip 100 is picked up by the picker tool 16 of the bonding picker 200, the pulse heater 13 is continuously operated, and the semiconductor chip is heated by the heat plate 14. After melting the solder on the chip 100 and transferring it to the mounting area of the substrate (not shown), the semiconductor chip 100 is attached to the substrate and after the attachment is completed, the bonding picker 200 from the semiconductor chip 100 Separate

이때, 상기 펄스 히터(13) 및 히트 플레이트(14)로 약 200℃ 정도의 온도 및 약 2초 정도 시간 동안에 열을 가해 반도체 칩(100)을 부착한 직후 펄스 히터(13)의 작동을 중단시킴과 동시에 에어 라인용 홀(11a∼11b)을 통해 냉각 공기를 도입한 후, 계속해서 픽커 툴(16)에 있는 에어 라인용 유로(15), 즉 에어 도입홈(15a), 에어 수직홀(15b) 및 에어 수평홀(15c)로 냉각 공기를 흘려보내게 되면, 이때의 냉각 공기는 에어 라인용 유로(15)를 따라 흐르면서 픽커 툴(16)을 냉각시킬 수 있게 된다. At this time, the operation of the pulse heater 13 is stopped immediately after attaching the semiconductor chip 100 by applying heat to the pulse heater 13 and the heat plate 14 for a temperature of about 200°C and a time of about 2 seconds. At the same time, after introducing cooling air through the air line holes 11a to 11b, the air line passage 15 in the picker tool 16, that is, the air introduction groove 15a, and the vertical air hole 15b. ) And the air horizontal hole 15c, the cooling air at this time can cool the picker tool 16 while flowing along the flow path 15 for the air line.

따라서, 픽커 툴(16)은 물론 이와 접해 있는 히트 플레이트(14) 등이 냉각 공기에 의해 급속하게 냉각되고, 그 결과 반도체 칩(100)의 부착 후 식을 때까지의 대기 시간을 대폭 줄일 수 있게 되며, 결국 전체적인 공정 사이클 타임을 단축하여 생산량(Unit Per Hour;UPH)을 높일 수 있게 된다. Therefore, the picker tool 16 as well as the heat plate 14 in contact with it are rapidly cooled by the cooling air, and as a result, the waiting time until cooling after the semiconductor chip 100 is attached can be drastically reduced. As a result, the overall process cycle time can be shortened, thereby increasing the unit per hour (UPH).

이와 같이, 본 발명에서는 픽커 툴에 냉각 공기가 흐를 수 있는 냉각 라인을 형성하고, 이렇게 형성한 냉각 라인으로 공급되는 냉각 공기를 이용하여 픽커 툴을 신속하게 냉각시켜주는 새로운 형태의 열압착 본딩 장치를 제공함으로써, 열압착 본딩 공정에 소요되는 사이클 타임을 단축할 수 있고, 공정 사이클 타임을 줄일 수 있으며, 따라서 반도체 본딩 공정의 효율성 향상과 더불어 반도체 제조와 관련한 전체적인 생산량(Unit Per Hour;UPH)을 향상시킬 수 있다.As described above, in the present invention, a new type of thermocompression bonding device is provided that forms a cooling line through which cooling air can flow through the picker tool, and rapidly cools the picker tool by using the cooling air supplied to the formed cooling line. By providing, it is possible to shorten the cycle time required for the thermocompression bonding process, reduce the process cycle time, and thus improve the efficiency of the semiconductor bonding process and improve the overall output (Unit Per Hour (UPH)) related to semiconductor manufacturing. I can make it.

10a,10b,10c,10d : 진공 라인용 홀
11a,11b,11c : 에어 라인용 홀
12 : 픽커 블록
12a : 상부 픽커 블록
12b : 하부 픽커 블록
13 : 펄스 히터
14 : 히트 플레이트
15 : 에어 라인용 유로
15a : 에어 도입홈
15b : 에어 수직홀
15c : 에어 수평홀
16 : 픽커 툴
16a : 툴 플레이트
16b : 툴 블록
17 : 공기 흐름용 홈
18 : 히터 고정부
19 : 툴 브라켓10a,10b,10c,10d: Hole for vacuum line
11a, 11b, 11c: Air line hole
12: picker block
12a: upper picker block
12b: lower picker block
13: pulse heater
14: heat plate
15: Air line flow path
15a: Air introduction groove
15b: Air vertical hole
15c: Air horizontal hole
16: picker tool
16a: tool plate
16b: tool block
17: groove for air flow
18: heater fixing part
19: tool bracket

Claims (5)

중심부에 진공 라인용 홀(10a)과 상기 진공 라인용 홀(10a)의 양옆에 에어 라인용 홀(11a)을 가지면서 로봇 등의 액추에이터에 설치되는 픽커 블록(12);
중심부에 진공 라인용 홀(10b)과 상기 진공 라인용 홀(10b)의 양옆에 에어 라인용 홀(11b)을 가지면서 픽커 블록(12)의 저면에 결합되는 펄스 히터(13);
상기 중심부에 진공 라인용 홀(10c)과 상기 진공 라인용 홀(10c)의 양옆에 에어 라인용 홀(11c)을 가지면서 펄스 히터(13)의 저면에 결합되는 히트 플레이트(14);
반도체 칩을 흡착하는 수단으로서 중심부에 진공 라인용 홀(10d)과 상기 에어 라인용 홀(11a∼11c)과 통하는 에어 라인용 유로(15)를 가지면서 히트 플레이트(14)의 저면에 결합되며 에어 라인용 유로(15)를 흐르는 냉각 공기에 의해 냉각될 수 있는 픽커 툴(16);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 열압착 본딩 장치.
A picker block 12 installed in an actuator such as a robot while having a vacuum line hole 10a in the center and an air line hole 11a on both sides of the vacuum line hole 10a;
A pulse heater 13 coupled to the bottom of the picker block 12 while having a vacuum line hole 10b in the center and an air line hole 11b on both sides of the vacuum line hole 10b;
A heat plate 14 coupled to the bottom of the pulse heater 13 while having a vacuum line hole 10c in the center and an air line hole 11c on both sides of the vacuum line hole 10c;
As a means for adsorbing the semiconductor chip, it is coupled to the bottom surface of the heat plate 14 while having a vacuum line hole (10d) in the center and an air line flow path (15) communicating with the air line holes (11a to 11c). A picker tool 16 that can be cooled by cooling air flowing through the line flow path 15;
Semiconductor chip thermocompression bonding apparatus comprising a.
 청구항 1에 있어서,
상기 픽커 툴(16)은 히트 플레이트(14)의 저면에 밀착되는 툴 플레이트(16a)와 상기 툴 플레이트(16a)의 저면에 형성되면서 반도체 칩을 흡착하는 툴 블록(16b)의 조합 형태로 이루어지게 되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 열압착 본딩 장치.
The method according to claim 1,
The picker tool 16 is formed in a combination of a tool plate 16a in close contact with the bottom surface of the heat plate 14 and a tool block 16b for adsorbing semiconductor chips while being formed on the bottom surface of the tool plate 16a. A semiconductor chip thermocompression bonding device, characterized in that.
 청구항 2에 있어서,
상기 픽커 툴(16)의 에어 라인용 유로(15)는 툴 플레이트(16a)의 상면에 형성되면서 한쪽이 히트 플레이트(14)에 있는 에어 라인용 홀(11c)과 통하는 동시에 다른 한쪽은 중심부쪽으로 연장 형성되는 장홈 형태의 에어 도입홈(15a)과, 상기 에어 도입홈(15a)의 다른 한쪽에서부터 툴 블록(16b)의 내부로 수직 연장되는 형태로 형성되는 에어 수직홀(15b)과, 상기 에어 수직홀(15b)의 하단부와 통하면서 툴 블록(16b)의 측면을 관통하는 형태로 형성되는 에어 수평홀(15c)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 열압착 본딩 장치.
The method according to claim 2,
The air line passage 15 of the picker tool 16 is formed on the upper surface of the tool plate 16a, and one side communicates with the air line hole 11c in the heat plate 14 while the other side extends toward the center. An air introduction groove (15a) in the form of a long groove formed, an air vertical hole (15b) formed in a form extending vertically into the inside of the tool block (16b) from the other side of the air introduction groove (15a), and the vertical air A semiconductor chip thermocompression bonding apparatus, comprising: an air horizontal hole (15c) formed to pass through a side surface of the tool block (16b) while communicating with the lower end of the hole (15b).
 청구항 3에 있어서,
상기 에어 수평홀(15c)은 서로 교차함과 더불어 통하면서 툴 블록(16b)의 전후측 및 좌우측 4면의 측면을 관통하는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 열압착 본딩 장치.
The method of claim 3,
The air horizontal hole (15c) is a semiconductor chip thermocompression bonding apparatus, characterized in that it is formed in a structure that crosses and communicates with each other and passes through side surfaces of four front and rear sides and left and right sides of the tool block 16b.
 청구항 1에 있어서,
상기 히트 플레이트(14)는 플레이트 저면에서 전후 방향 및 좌우 방향을 따라 관통되는 격자형 구조로 형성되어 외부 공기의 흐름 통로를 제공하는 공기 흐름용 홈(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 열압착 본딩 장치.The method according to claim 1,
The heat plate 14 is formed in a lattice-like structure penetrating along the front and rear directions and the left and right directions from the bottom of the plate, and includes an air flow groove 17 to provide a passage for external air flow. Press bonding device.
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KR20130117682A (en) 2012-04-17 2013-10-28 에이에스엠 테크놀러지 싱가포르 피티이 엘티디 Thermal compression bonding of semiconductor chips
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