KR100325293B1 - 반도체패키지의 볼 리페어를 위한 볼 마운팅 장치 및 이를 이용한 볼 마운트 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 BGA 타입 패키지에서의 볼 마운팅 불량 발생시, 필요한 부분만 국부적으로 볼 리페어(ball repair)를 실시할 수 있도록 하므로써 패키지 폐기에 따른 비용의 낭비 및 패키지의 수율 저하를 방지할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 열풍을 분출함과 더불어 승강가능한 인너노즐(2)과, 상기 인너노즐을 감싸도록된 절연벽(3)과, 상기 절연벽 및 인너노즐을 감싸며 상기 절연벽으로부터 일정간격 이격되어 이격부(3a)를 통해 열풍의 분출 및 진공력의 인가가 가능하도록 된 아웃터노즐로 구성된 히트 건(heat gun)이 구비되어, 반도체 칩(5)의 리페어를 필요로 하는 본딩패드(5a)에 솔더 시트(6)를 부착하는 단계와, 상기 솔더 시트의 상부에 히트 건이 위치하는 단계와, 상기 인너노즐만이 하강하여 솔더 시트상의 볼형성 영역을 분리시키는 단계와, 상기 인너노즐 내부의 관로(2a)를 통해 열풍이 공급되어 볼 형성 영역(A)만이 용융되면서 리페어드 볼(7a)(repaired ball)이 형성되는 단계와, 상기 절연벽과 아웃터리드 사이의 이격부를 통해 열풍을 공급하여 리페어드 볼 영역 외측의 잔여 솔더 시트를 용융시키는 단계와, 솔더 시트가 용융됨에 따라 상기 이격부를 통해 잔여 솔더 시트를 진공흡입하여 리페어드 볼만이 남도록 하는 단계를 순차적으로 수행하도록 된 것이다.

Description

반도체패키지의 볼 리페어를 위한 볼 마운팅 장치 및 이를 이용한 볼 마운트 방법{ball mounting device for repairing ball for semiconductor package and method for mounting ball with such ball mounting device}

본 발명은 반도체패키지의 볼 리페어를 위한 볼 마운팅 장치 및 이를 이용한 볼 마운트 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 솔더볼이 부착되는 BGA 및 μ-BGA패키지 등에 있어서 볼을 효과적으로 리페어할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 종래에는 리드 타입 패키지가 늘리 쓰였으나, 최근에는 I/O 단자(입/출력단자)인 본딩패드수를 늘리기 위해 BGA 타입의 패키지가 늘리 쓰이고 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 BGA 타입 패키지 제조시의 볼 마운팅 프로세스를 설명하기 위한 것으로서, 이를 이용하여 솔더볼 마운팅 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 반도체 칩(5)의 본딩패드(5a) 상면에 플럭스(flux)를 도포한 상태에서 도 1a에 도시된 바와 같이 볼 마운트 헤드(9)에 솔더볼(7)들이 흡착된 상태에서 상기 볼 마운트 헤드와 반도체 칩(5)의 정렬이 완료되면, 상기 볼 마운트 헤드(9)가 소정의 위치로 하강하게 된다.

이와 같이 된 상태에서, 상기 볼 마운트 헤드(9) 내부에 인가된 진공 흡입력이 제거되면 볼 마운트 헤드(9)에 흡착되어 있던 솔더볼(7)들은 도 1b에 나타낸 바와 같이 반도체 칩(5)의 각 본딩패드(5a) 위에 안착된다.

이 후, 반도체 칩(5)은 리플로우 오븐(도시는 생략함)을 통과하게 되며, 이에 따라 솔더볼(7)과 본딩패드(5a)는 융착된다.

이와 같이 진행되는 볼 마운트 공정은 BGA 타입의 패키지 양산을 위해 적합한 공정으로서, 현재 가장 널리 쓰이는 대표적인 볼 마운트 공정이다.

한편, 대부분의 BGA 타입의 패키지는 본딩패드 수(數)가 매우 많아서 볼 마운팅 공정 진행시, 볼 마운팅 불량 또는 미스 마운팅이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

이 경우, 종래에는 볼 한두 개의 마운팅 불량 및 미스(miss) 마운팅에도 불구하고 패키지 자체를 폐기하게 된다.

이는, 볼 리페어를 위해 리페어용 솔더볼을 리페어 위치에 부착한 다음, 전체 패키지를 다시 리플로우하면 이미 부착된 솔더볼(7)에 대해 두 번 리플로우가 실시되는 결과가 되므로써, 이미 부착되어 있는 솔더볼(7)들의 형태가 변하기 때문이다.

따라서, 종래에는 볼 한 두 개의 마운팅 불량 및 미스 마운팅에도 불구하고 리페어를 하지 못하고 패키지 자체를 폐기해야만 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, BGA 타입 패키지에서의 볼 마운팅 불량 발생시, 필요한 부분만 국부적으로 볼 리페어를 실시할 수 있도록 하므로써, 국부적인 볼 마운팅 불량에 기인한 패키지 폐기에 따른 비용의 낭비 및 패키지의 수율저하를 방지할 수 있도록 한 반도체패키지의 볼 리페어를 위한 장치 및 이를 이용한 볼 마운트 방법하는데 그 목적이 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 볼 마운팅 프로세스를 설명하기 위한 것으로서,

도 1a는 볼 마운트 직전의 상태를 나타낸 종단면도

도 1b는 볼 마운트 후의 상태를 나타낸 종단면도

도 2는 본 발명의 볼 마운트를 위한 히트 건 구조를 나타낸 종단면도

도 3a 내지 도 3은 본 발명의 장치를 이용한 볼 리페어 과정을 나타낸 것으로서,

도 3a는 볼 리페어가 요구되는 반도체 칩의 볼 부착면을 나타낸 평면도

도 3b는 도 3a의 Ⅰ-Ⅰ선을 나타낸 종단면도

도 3c는 솔더 시트 부착후의 상태를 나타낸 종단면도

도 3d는 도 3c의 패키지 평면도

도 3e는 히트 건의 인너노즐이 하강하기 전의 상태를 나타낸 종단면도

도 3f는 히트 건의 인너노즐이 하강하여 볼형성 영역이 분리되고 인너노즐을 통해 열풍이 공급되는 초기 상태를 나타낸 종단면도

도 3g는 히트 건의 인너노즐을 통해 열풍이 공급되어 볼 모양이 형성되고 있는 도중을 나타낸 종단면도

도 3h는 볼 모양이 완성된 후 히트 건의 인너노즐이 후퇴한 후의 상태를 나타낸 종단면도

도 3i는 도 3h의 Ⅱ-Ⅱ선을 나타낸 평면도

도 3j는 히트 건의 아우터 노즐을 통해 볼 영역 외측의 잔여 솔더를 회수하는 과정의 초기상태를 나타낸 것으로서, 열풍공급시의 상태를 나타낸 종단면도

도 3k는 히트 건의 아우터 노즐을 통해 베큠이 인가되어 볼 영역 외측의 잔여 솔더를 회수하는 과정을 나타낸 종단면도

도 3l는 잔여 솔더시트의 회수가 완료된 시점의 상태를 나타낸 종단면도

도 4는 볼 리페어가 완료된 패키지의 볼 부착면을 나타낸 평면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2:인너노즐

2a:관로 3:절연벽

3a:이격부 4:아웃터노즐

5:반도체 칩 5a:본딩패드

6:솔더 시트 7:솔더 볼

7a:리페어드 볼 A:볼 형성영역

9:볼 마운트 헤드

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 열풍을 분출시킬 수 있는 관로를구비함과 더불어 승강가능한 인너노즐과, 상기 인너노즐의 외측면을 감싸도록 구비되어 열의 전달을 차단하는 절연벽(isolated wall)과, 상기 절연벽 및 인너노즐을 감싸는 형태로 상기 절연벽으로부터 일정간격 이격되어 일정 단면적의 이격부를 갖도록 설치되며 상기 이격부를 통해 열풍의 분출 및 진공력의 인가가 가능하도록 된 아웃터노즐로 구성된 히트 건(heat gun)이 구비됨을 특징으로 하는 반도체패키지의 볼 리페어를 위한 볼 마운팅 장치가 제공된다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면, 반도체 칩의 리페어를 필요로하는 본딩패드 상면에 솔더 시트를 부착하는 단계와, 상기 솔더 시트의 상부에 히트 건이 위치하는 단계와, 상기 히트 건의 인너노즐만이 하강하여 솔더 시트상의 볼형성 영역을 분리시키는 단계와, 상기 인너노즐 내부의 관로를 통해 열풍이 공급되어 볼 형성 영역(A)만이 용융되면서 리페어드 볼이 형성되는 단계와, 상기 히트 건의 절연벽과 아웃터리드 사이의 이격부를 통해 열풍을 공급하여 리페어드 볼 영역 외측의 잔여 솔더 시트를 용융시키는 단계와, 솔더 시트가 용융됨에 따라 상기 이격부를 통해 잔여 솔더 시트를 진공흡입하여 리페어드 볼만이 남도록 하는 단계를 순차적으로 수행하여서 됨을 특징으로 하는 반도체패키지의 볼 리페어를 위한 볼 마운팅 방법이 제공된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 볼 마운트를 위한 히트 건 구조를 나타낸 종단면도로서, 본 발명의 히트 건은, 열풍을 분출시킬 수 있는 관로(2a)가 구비되며 별도의 구동장치(도시는 생략함)에 의해 승강가능하도록 설치되는 인너노즐(2)과, 상기 인너노즐(2)의 외측면을 감싸도록 구비되어 열의 전달을 차단하는 절연벽(3)과, 상기 절연벽(3) 및 인너노즐(2)을 감싸는 형태로 상기 절연벽(3)으로부터 일정간격 이격되어 일정 단면적의 이격부(3a)를 갖도록 설치되며 상기 이격부(3a)를 통해 열풍의 분출 및 진공력의 인가가 가능하도록 된 아웃터노즐(4)로 이루어진다.

이 때, 상기 인너노즐(2) 및 절연벽(3)의 선단부는 끝단으로 갈수록 그 두께가 좁아져 끝단이 날카롭게 형성되도록 함이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 히트 건을 이용하여 볼을 리페어(repair)하는 과정을 도 3a 내지 도 3l를 이용하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3a는 볼 리페어가 요구되는 반도체 칩(5)의 볼 부착면을 나타낸 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 Ⅰ-Ⅰ선을 나타낸 종단면도로서, 반도체 칩(5)의 볼 부착면상의 소정의 위치에 볼 마운팅 불량이 발생하여 볼 리페어가 요구되는 상태예를 보여주고 있다.

이와 같이 도 3a 및 도 3b와 같이 볼 리페어가 필요한 경우, 볼 리페어 영역에 위치한 본딩패드(5a) 상면에 도 3c 및 도 3d에 도시한 바와 같이 솔더볼(7)과 동일재질인 솔더 시트(6)를 부착하게 된다.이 때, 본 실시예에서는 솔더 시트(6)가 원판형이지만 사각판형이라도 무방하다.그리고, 상기에서 부착의 의미는 상기 솔더 시트(6)가 본딩패드(5a) 상면에 그냥 놓여도 되고, 접착제를 매개로 접착되어도 됨을 의미한다.한편, 도 3c 및 도 3d에 나타낸 바와 같이 리페어가 필요한 영역에 위치한 본딩패드(5a) 상에 솔더 시트(6)를 부착한 후에는 도 3e와 같이 히트 건이 솔더 시트(6) 상면 중앙에 위치하도록 정렬이 이루어지게 된다.

이어, 상기 히트 건의 정렬이 끝나, 히트 건의 인너노즐(2)이 하강하면 도 3f에 나타낸 바와 같이 솔더 시트(6)가 볼형성 영역과 그 나머지인 잔여 솔더 시트 영역으로 분리되고, 볼형성 영역에는 인너노즐(2)의 관로(2a)를 통해 열풍이 공급된다.

이 때, 열풍의 온도는 리플로우시의 온도와 동일한 온도로 함이 바람직하다.

한편, 열풍공급에 따른 시간의 경과에 따라 볼 형성 영역(A)의 솔더 시트(6)는 용융되면서 표면장력에 의해 볼 형태에 가까워지게 되고, 도 3g의 상태를 지난 후에는 도 3h에 나타낸 바와 같은 리페어드 볼(7a) 형태를 이루게 된다.

이 때, 상기 볼 형성 영역(A) 외측의 솔더 시트(6)에는 열영향이 미치지 않게 되는 데, 이는 인너노즐(2) 외측에 절연벽(3)이 형성되어 있기 때문이다.

또한, 리페어드 볼(7a)의 형태가 완성되면, 열풍의 공급이 중단되고, 히트 건의 인너노즐(2)은 구동장치의 구동작용에 의해 리페어드 볼(7a)(repaired ball) 보다 높은 위치로 상승하게 된다.

즉, 도 3h에 나타낸 리페어드 볼(7a)의 모양은 일반적인 솔더볼 마운팅시 솔더볼(7)이 리플로우 오븐을 통과한 후에 이루는 모양과 동일해지게 되는 것이다.

한편, 도 3i는 도 3h 상태의 패키지 평면도이다.

그 후, 형태가 완성된 리페어드 볼(7a)이 냉각된 후에는 다시 히트 건이 하강하여 도 3j에 나타낸 위치에 위치하게 되며, 이어 히트 건의 아웃터노즐(4)과 절연벽(3) 사이의 이격부(3a)를 통해 리페어드 볼(7a) 형성 영역 외측에 잔류하는 잔여 솔더 시트(6)에 대해 열풍을 가하게 된다.

이어, 열풍에 의해 잔여 솔더 시트(6)가 용융되면 도 3k에 나타낸 바와 같이 히트 건의 아웃터노즐(4)과 절연벽(3) 사이의 이격부(3a)를 통해 인가되는 진공 흡입력을 이용하여 잔여 솔더 시트(6)를 회수하게 된다.

도 3l은 잔여 솔더 시트(6)의 회수가 완료됨에 따라 히트 건이 상승한 후의 상태를 나타낸 종단면도로서, 리페어드 볼(7a)의 리페어가 완료된 반도체 칩(5)의 볼 부착면은 도 4에 나타낸 바와 같은 형태로 나타나게 된다.

요컨대, 본 발명은 인너노즐과 아웃터노즐로 이루어진 이중관(二重管) 구조의 히트 건을 이용하여 BGA 타입 패키지에서의 볼 마운팅 불량 발생시, 필요한 부분만 국부적으로 볼 리페어를 실시할 수 있도록 하므로써, 국부적인 볼 마운팅 불량에 기인하여 패키지를 폐기시키는 낭비 요소를 해소할 수 있게 된다.

이상에서와 같이, 본 발명은 BGA 타입 패키지에서의 볼 마운팅 불량 발생시, 필요한 부분만 국부적으로 볼 리페어를 실시할 수 있도록 하므로써, 국부적인 볼 마운팅 불량에 대처할 수 있게 된다.

이에 따라, 본 발명은 국부적인 볼 마운팅 불량에 기인한 패키지 폐기를 방지할 수 있어, 볼 마운팅 불량으로 인한 패키지 폐기에 따른 비용의 낭비 및 수율 저하를 해소할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 열풍을 분출시킬 수 있는 원형의 관로를 구비함과 더불어 승강가능한 인너노즐과,

   상기 인너노즐의 외측면을 감싸도록 구비되어 열의 전달을 차단하는 절연벽과,

   상기 절연벽 및 인너노즐을 감싸는 형태로 상기 절연벽으로부터 일정간격 이격되어 일정 단면적의 이격부를 갖도록 설치되며 상기 이격부를 통해 열풍의 분출 및 진공력의 인가가 가능하도록 된 아웃터노즐;로 구성된 히트 건이 구비되되,

   상기 인너노즐 및 절연벽의 선단부는 끝단으로 갈수록 그 두께가 좁아져 끝단이 날카롭게 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 반도체패키지의 볼 리페어를 위한 볼 마운팅 장치.
2. 반도체 칩의 리페어를 필요로하는 본딩패드 상면에 솔더 시트를 부착하는 단계와,

   상기 솔더 시트의 상부의 소정 위치에 히트 건이 위치하는 단계와,

   상기 히트 건의 인너노즐만이 하강하여 솔더 시트상의 볼형성 영역을 분리시키는 단계와,

   상기 인너노즐 내부의 관로를 통해 열풍이 공급되어 볼 형성 영역(A)만이 용융되면서 리페어드 볼이 형성되는 단계와,

   상기 히트 건의 절연벽과 아웃터리드 사이의 이격부를 통해 열풍을 공급하여 리페어드 볼 영역 외측의 잔여 솔더 시트를 용융시키는 단계와,

   상기 잔여 솔더 시트가 용융됨에 따라 상기 이격부를 통해 잔여 솔더 시트를 진공흡입하여 리페어드 볼만이 남도록 하는 단계를 순차적으로 수행하여서 됨을 특징으로 하는 반도체패키지의 볼 리페어를 위한 볼 마운팅 방법.
3. 제 3 항에 있어서,

   상기 리페어드 볼의 형성이 완료됨에 따라 히트 건의 인너노즐이 리페어드 볼 위로 승강한 후, 리페어드 볼을 냉각시키는 단계가 포함됨을 특징으로 하는 반도체패키지의 볼 리페어를 위한 볼 마운팅 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 솔더 시트가 원판형 또는 사각판형임을 특징으로 반도체패키지의 볼 리페어를 위한 볼 마운팅 방법.