KR20000074408A - ball mounting device for repairing ball for semiconductor package and method for mounting ball with such ball mounting device - Google Patents
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Abstract
Description
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.The present invention relates to a ball mounting apparatus for ball repair of a semiconductor package and a ball mount method using the same, and more particularly, to effectively repair a ball in a BGA and a μ-BGA package to which a solder ball is attached.
일반적으로, 종래에는 리드 타입 패키지가 늘리 쓰였으나, 최근에는 I/O 단자(입/출력단자)인 본딩패드수를 늘리기 위해 BGA 타입의 패키지가 늘리 쓰이고 있다.In general, a lead type package is conventionally used, but a BGA type package is recently used to increase the number of bonding pads that are I / O terminals (input / output terminals).
도 1a 및 도 1b는 종래의 BGA 타입 패키지 제조시의 볼 마운팅 프로세스를 설명하기 위한 것으로서, 이를 이용하여 솔더볼 마운팅 과정을 설명하면 다음과 같다.1A and 1B illustrate a ball mounting process in manufacturing a conventional BGA type package, and the solder ball mounting process will be described below using the same.
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.First, in the state in which flux is applied to the upper surface of the bonding pad 5a of the semiconductor chip 5, as shown in FIG. 1A, in the state where the solder balls 7 are adsorbed to the ball mount head 9, the ball mount is mounted. When the alignment of the head and the semiconductor chip 5 is completed, the ball mount head 9 is lowered to a predetermined position.
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.In this state, when the vacuum suction force applied to the inside of the ball mount head 9 is removed, the solder balls 7 adsorbed to the ball mount head 9 are each of the semiconductor chip 5 as shown in FIG. 1B. It is seated on the bonding pad 5a.
이 후, 반도체 칩(5)은 리플로우 오븐(도시는 생략함)을 통과하게 되며, 이에 따라 솔더볼(7)과 본딩패드(5a)는 융착된다.Thereafter, the semiconductor chip 5 passes through a reflow oven (not shown), whereby the solder ball 7 and the bonding pad 5a are fused.
이와 같이 진행되는 볼 마운트 공정은 BGA 타입의 패키지 양산을 위해 적합한 공정으로서, 현재 가장 널리 쓰이는 대표적인 볼 마운트 공정이다.The ball mount process, which proceeds in this way, is a suitable process for mass production of a BGA type package, and is a representative ball mount process most widely used at present.
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.On the other hand, most BGA-type packages have a large number of bonding pads, and thus, a ball mounting failure or miss mounting occurs during the ball mounting process.
이 경우, 종래에는 볼 한두 개의 마운팅 불량 및 미스(miss) 마운팅에도 불구하고 패키지 자체를 폐기하게 된다.In this case, conventionally, the package itself is discarded despite one or two ball mounting failures and miss mounting.
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.This is done by attaching the repair solder ball to the repair position for the ball repair, and then reflowing the entire package again, resulting in two reflows of the solder ball (7) already attached. 7) because the shape of these changes.
따라서, 종래에는 볼 한 두 개의 마운팅 불량 및 미스 마운팅에도 불구하고 리페어를 하지 못하고 패키지 자체를 폐기해야만 하는 문제점이 있었다.Therefore, in the related art, there is a problem in that a repair cannot be performed and the package itself must be discarded in spite of a bad mounting of two balls and a miss mounting.
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.The present invention is to solve the above-mentioned problems, when the ball mounting failure in the BGA type package, by performing the ball repair only necessary parts locally, the cost due to package disposal due to local ball mounting failure The purpose of the present invention is to provide a device for ball repair of a semiconductor package and a ball mount method using the same, which can prevent waste of waste and a decrease in yield of a package.
도 1a 및 도 1b는 종래의 볼 마운팅 프로세스를 설명하기 위한 것으로서,1A and 1B are for explaining a conventional ball mounting process,
도 1a는 볼 마운트 직전의 상태를 나타낸 종단면도1A is a longitudinal sectional view showing a state immediately before ball mount
도 1b는 볼 마운트 후의 상태를 나타낸 종단면도1B is a longitudinal sectional view showing a state after ball mounting
도 2는 본 발명의 볼 마운트를 위한 히트 건 구조를 나타낸 종단면도Figure 2 is a longitudinal sectional view showing a heat gun structure for the ball mount of the present invention;
도 3a 내지 도 3은 본 발명의 장치를 이용한 볼 리페어 과정을 나타낸 것으로서,3a to 3 show a ball repair process using the apparatus of the present invention,
도 3a는 볼 리페어가 요구되는 반도체 칩의 볼 부착면을 나타낸 평면도3A is a plan view showing a ball attaching surface of a semiconductor chip requiring ball repair
도 3b는 도 3a의 Ⅰ-Ⅰ선을 나타낸 종단면도FIG. 3B is a longitudinal sectional view showing the line I-I of FIG. 3A
도 3c는 솔더 시트 부착후의 상태를 나타낸 종단면도3C is a longitudinal sectional view showing a state after the solder sheet is attached;
도 3d는 도 3c의 패키지 평면도FIG. 3D is a top view of the package of FIG. 3C
도 3e는 히트 건의 인너노즐이 하강하기 전의 상태를 나타낸 종단면도3E is a longitudinal sectional view showing a state before the inner nozzle of the heat gun descends;
도 3f는 히트 건의 인너노즐이 하강하여 볼형성 영역이 분리되고 인너노즐을 통해 열풍이 공급되는 초기 상태를 나타낸 종단면도Figure 3f is a longitudinal cross-sectional view showing the initial state that the inner nozzle of the heat gun is lowered to separate the ball forming region and the hot air is supplied through the inner nozzle
도 3g는 히트 건의 인너노즐을 통해 열풍이 공급되어 볼 모양이 형성되고 있는 도중을 나타낸 종단면도Figure 3g is a longitudinal cross-sectional view showing the way that the hot air is supplied through the inner nozzle of the heat gun to form a ball shape
도 3h는 볼 모양이 완성된 후 히트 건의 인너노즐이 후퇴한 후의 상태를 나타낸 종단면도Figure 3h is a longitudinal cross-sectional view showing a state after the inner nozzle of the heat gun retracted after the ball shape is completed
도 3i는 도 3h의 Ⅱ-Ⅱ선을 나타낸 평면도3I is a plan view illustrating line II-II of FIG. 3H.
도 3j는 히트 건의 아우터 노즐을 통해 볼 영역 외측의 잔여 솔더를 회수하는 과정의 초기상태를 나타낸 것으로서, 열풍공급시의 상태를 나타낸 종단면도FIG. 3J illustrates an initial state of a process of recovering the residual solder outside the ball region through the outer nozzle of the heat gun, and is a vertical cross-sectional view illustrating a state at the time of supplying hot air.
도 3k는 히트 건의 아우터 노즐을 통해 베큠이 인가되어 볼 영역 외측의 잔여 솔더를 회수하는 과정을 나타낸 종단면도Figure 3k is a longitudinal cross-sectional view showing the process of recovering the residual solder outside the ball area by applying a vacuum through the outer nozzle of the heat gun.
도 3l는 잔여 솔더시트의 회수가 완료된 시점의 상태를 나타낸 종단면도Figure 3l is a longitudinal cross-sectional view showing a state when the recovery of the remaining solder sheet is completed
도 4는 볼 리페어가 완료된 패키지의 볼 부착면을 나타낸 평면도Figure 4 is a plan view showing the ball attachment surface of the ball repair complete package
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1:히트 건 2:인너노즐1: Heat gun 2: Inner nozzle
2a:관로 3:절연벽2a: pipeline 3: insulation wall
3a:이격부 4:아웃터노즐3a: Spacer 4: Outer nozzle
5:반도체 칩 5a:본딩패드5: Semiconductor chip 5a: bonding pad
6:솔더 시트 7:솔더 볼6: Solder sheet 7: Solder ball
7a:리페어드 볼 A:볼 형성영역7a: Repaired ball A: Ball forming area
9:볼 마운트 헤드9: ball mount head
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 열풍을 분출시킬 수 있는 관로를 구비함과 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.In order to achieve the above object, the present invention is provided with a pipe that can blow hot air, and an elevating inner nozzle and an insulating wall provided to surround the outer surface of the inner nozzle to block heat transfer. And an outer nozzle configured to surround the insulating wall and the inner nozzle to be spaced apart from the insulating wall to have a predetermined cross-sectional area, and to enable the ejection of hot air and the application of a vacuum force through the spaced portion. Provided is a ball mounting apparatus for ball repair of semiconductor packages characterized in that a gun is provided.
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.On the other hand, according to another aspect of the present invention for achieving the above object, the step of attaching a solder sheet to the upper surface of the bonding pad requiring the repair of the semiconductor chip, the step of placing a heat gun on top of the solder sheet, Separating the ball forming region on the solder sheet by lowering only the inner nozzle of the heat gun; and supplying hot air through a conduit inside the inner nozzle to form only a repaired ball while melting only the ball forming region (A); Supplying hot air through a spaced portion between the insulating wall of the heat gun and an outward portion to melt the remaining solder sheet outside the repaired ball area; and vacuum suctioning the remaining solder sheet through the spaced portion as the solder sheet melts. For the ball repair of the semiconductor package, characterized in that to perform the steps to leave only the repaired ball in sequence This mounting method is provided.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4.
도 2는 본 발명의 볼 마운트를 위한 히트 건 구조를 나타낸 종단면도로서, 본 발명의 히트 건(1)은, 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.Figure 2 is a longitudinal cross-sectional view showing a heat gun structure for the ball mount of the present invention, the heat gun 1 of the present invention is provided with a conduit line 2a capable of blowing hot air and a separate drive device (not shown) Inner nozzle (2) is installed so as to be able to lift up and down, an insulating wall (3) provided to surround the outer surface of the inner nozzle (2) to block heat transfer, and the insulating wall (3) and inner It is installed to have a spaced portion 3a of a predetermined cross-sectional area and is spaced apart from the insulating wall 3 in a form surrounding the nozzle 2 so that hot air can be blown out and the vacuum force can be applied through the spaced portion 3a. It consists of the outer nozzle (4).
이 때, 상기 인너노즐(2) 및 절연벽(3)의 선단부는 끝단으로 갈수록 그 두께가 좁아져 끝단이 날카롭게 형성되도록 함이 바람직하다.At this time, the tips of the inner nozzle (2) and the insulating wall (3) is preferably narrower toward the end of the thickness is formed so that the end is sharply formed.
이와 같이 구성된 본 발명의 히트 건(1)을 이용하여 볼을 리페어(repair)하는 과정을 도 3a 내지 도 3l를 이용하여 설명하면 다음과 같다.The process of repairing the ball using the heat gun 1 of the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 3A to 3L.
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.First, FIG. 3A is a plan view showing the ball attaching surface of the semiconductor chip 5 requiring ball repair, and FIG. 3B is a longitudinal cross-sectional view showing the line I-I of FIG. 3A, on the ball attaching surface of the semiconductor chip 5. An example of a state in which a ball repair is required because a bad ball mounting occurs at a predetermined position is required.
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.As shown in FIGS. 3A and 3B, when the ball repair is required, the solder sheet 6 having the same material as that of the solder balls 7 is shown on the upper surface of the bonding pad 5a positioned in the ball repair area as shown in FIGS. 3C and 3D. Will be attached.
이 때, 본 실시예에서는 솔더 시트(6)가 원판형이지만 사각판형이라도 무방하다.At this time, in this embodiment, the solder sheet 6 is disk-shaped, but may be a square-plate.
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 건(1)이 솔더 시트(6) 상면 중앙에 위치하도록 정렬이 이루어지게 된다.3C and 3D, after the solder sheet 6 is attached to the bonding pad 5a positioned in the area where the repair is required, the heat gun 1 is disposed on the upper surface of the solder sheet 6 as shown in FIG. 3E. Alignment is made to be centered.
이어, 상기 히트 건(1)의 정렬이 끝나, 히트 건(1)의 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.Subsequently, when the heat gun 1 is aligned and the inner nozzle 2 of the heat gun 1 is lowered, as shown in FIG. 3F, the solder sheet 6 has a ball forming area and the remaining solder sheet area remaining thereafter. The hot air is supplied to the ball forming region through the conduit 2a of the inner nozzle 2.
이 때, 열풍의 온도는 리플로우시의 온도와 동일한 온도로 함이 바람직하다.At this time, it is preferable that the temperature of hot air be the same temperature as the temperature at the time of reflow.
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.On the other hand, as the solder sheet 6 of the ball forming region A melts and approaches the ball shape due to surface tension as time passes by hot air supply, it is shown in FIG. 3H after passing through the state of FIG. 3G. The same repaired ball (7a) form.
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.At this time, the heat influence is not applied to the solder sheet 6 outside the ball forming region A, because the insulating wall 3 is formed outside the inner nozzle 2.
또한, 리페어드 볼(7a)의 형태가 완성되면, 열풍의 공급이 중단되고, 히트 건(1)의 인너노즐(2)은 구동장치의 구동작용에 의해 리페어드 볼(7a)(repaired ball) 보다 높은 위치로 상승하게 된다.In addition, when the shape of the repaired ball 7a is completed, the supply of hot air is stopped, and the inner nozzle 2 of the heat gun 1 is the repaired ball 7a (repaired ball) by the driving action of the drive device. Will rise to a higher position.
즉, 도 3h에 나타낸 리페어드 볼(7a)의 모양은 일반적인 솔더볼 마운팅시 솔더볼(7)이 리플로우 오븐을 통과한 후에 이루는 모양과 동일해지게 되는 것이다.That is, the shape of the repaired ball 7a shown in FIG. 3H is the same as the shape formed after the solder ball 7 passes through the reflow oven during normal solder ball mounting.
한편, 도 3i는 도 3h 상태의 패키지 평면도이다.3I is a plan view of the package in FIG. 3H state.
그 후, 형태가 완성된 리페어드 볼(7a)이 냉각된 후에는 다시 히트 건(1)이 하강하여 도 3j에 나타낸 위치에 위치하게 되며, 이어 히트 건(1)의 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.Thereafter, after the completed repaired ball 7a is cooled, the heat gun 1 is lowered again and positioned at the position shown in FIG. 3J. Then, the outer nozzle 4 of the heat gun 1 and Hot air is applied to the remaining solder sheet 6 remaining outside the repaired ball 7a formation region through the spaced portion 3a between the insulating walls 3.
이어, 열풍에 의해 잔여 솔더 시트(6)가 용융되면 도 3k에 나타낸 바와 같이 히트 건(1)의 아웃터노즐(4)과 절연벽(3) 사이의 이격부(3a)를 통해 인가되는 진공 흡입력을 이용하여 잔여 솔더 시트(6)를 회수하게 된다.Subsequently, when the residual solder sheet 6 is melted by hot air, a vacuum suction force is applied through the spaced portion 3a between the outer nozzle 4 and the insulating wall 3 of the heat gun 1 as shown in FIG. 3K. The residual solder sheet 6 is recovered by using.
도 3l은 잔여 솔더 시트(6)의 회수가 완료됨에 따라 히트 건(1)이 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.FIG. 3L is a longitudinal sectional view showing a state after the heat gun 1 has risen as the recovery of the remaining solder sheet 6 is completed, and the ball attaching surface of the repaired semiconductor chip 5 of the repaired ball 7a is completed. It will appear in the form as shown in FIG.
요컨대, 본 발명은 인너노즐과 아웃터노즐로 이루어진 이중관(二重管) 구조의 히트 건(1)을 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.In short, the present invention is to use the heat gun (1) of the double-pipe structure consisting of the inner nozzle and the outer nozzle when the ball mounting failure occurs in the BGA type package, so that only the necessary parts can be locally repaired This eliminates the waste of discarding the package due to local ball mounting failures.
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.As described above, when the ball mounting failure occurs in the BGA type package, only the necessary portion can be locally repaired, thereby coping with the local ball mounting failure.
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.Accordingly, the present invention can prevent package disposal due to local ball mounting failure, thereby eliminating the waste of cost and yield reduction caused by package disposal due to poor ball mounting.
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