정밀 본딩을 위한 플렉셔 기반 본더 헤드 설계 및 FEM 해석을 이용한 성능 평가

• 영문명: Design and FEM-Based Analysis of a Flexure-Based Bonder Head for Precision Bonding
• 발행기관: 한국마이크로전자및패키징학회
• 저자명: 강윤수(Yoon-Soo Kang) 정안목(An-Mok Jeong) 양기동(Gi-Dong Yang) 이학준(Hak-Jun Lee)
• 간행물 정보: 『마이크로전자 및 패키징학회지』제32권 제3호, 83~91쪽, 전체 9쪽
• 주제분류: 공학 > 산업공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2025.09.30

국문 초록

본 연구에서는 차세대 미세 피치 반도체 패키징 공정에서 요구되는 고정밀 정렬 정밀도를 달성하기 위하여 플렉셔 기반 본더 헤드(flexurebased bonder head)를 설계하고, 그 성능을 유한요소법(finite element method, FEM)을 통해 검증하였다. 기존 열압착 본딩(thermo-compression bonding, TCB) 시스템은 기계적 오차와 스테이지 구동 한계로 인해 서브마이크로미터 수준의 정렬 정확도 확보에 어려움이 있다. 이를개선하기 위해 제안된 본더 헤드는 Rx-Ry 틸트 보정을 위한 브리지형 플렉셔 팁/틸트 스테이지와 X-Y 위치 보정을 위한 탈결합형 플렉셔XY 스테이지로 구성하였다. 각 스테이지에는 고해상도 엔코더와 리니어 스케일을 적용하여 피드백 기반 제어가 가능하며, 기생 운동(parasitic motion)을 최소화하여 정렬 정밀도를 향상시켰다. FEM 해석 결과, 설계된 스테이지는 ±0.1°의 틸트 보정 범위와 ±15의 위치 보정범위를 가지며, 예측된 고유진동수는 70 Hz 이상으로 확인되었다. 본 연구를 통해 플렉셔 기반 본더 헤드가 차세대 고집적 반도체 패키징 공정에 요구되는 본딩 정밀도 달성이 가능함을 설계 및 해석 단계에서 입증하였으며, 향후 고집적 반도체 패키징 시스템 공정에 적용 가능성을제시하였다.

영문 초록

In this study, a flexure-based bonder head was designed to achieve the high alignment accuracy required in next-generation fine-pitch semiconductor packaging processes, and its performance was evaluated using the finite element method (FEM). Conventional thermo-compression bonding (TCB) systems have difficulty achieving sub-micrometer precision alignment due to mechanical errors and stage drive limitations. To address these challenges, the proposed bonder head integrates a bridge-type flexure tip/tilt stage for Rx-Ry tilt compensation and a decoupled flexure XY stage for X-Y position compensation. Each stage is equipped with high-resolution encoders and linear scales to enable feedbackbased control, while minimizing parasitic motion to enhance precision. FEM analysis results indicate that the designed stages provide a tilt compensation range of ±0.1° and a position compensation range of ±15 μm, with a predicted natural frequency above 70 Hz. This work demonstrates the feasibility of a flexure-based bonder head at the design and analysis levels for achieving the required bonding precision, and highlights its potential for application in future high-density semiconductor packaging processes.

목차

1. 서 론

2. 본 론

3. 본더 헤드 설계

4. FEM 해석 및 설계 검증

5. 결 론

감사의 글

References

키워드

Bonder head Precision bonding Tip/Tilt stage Alignment accuracy Finite element analysis (FEM)