KR0169819B1 - 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이 제조 장치 - Google Patents

본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노운 굿 다이 제조 장치에 관한 것으로, 노운 굿 다이 제조에 있어서 와이어 본딩법을 사용하지 않고, 베어 칩의 본딩 패드들과 그들에 대응된 리드 프레임의 내부리드들을 각기 기계적 접촉에 의해 전기적 연결함으로써, 상기 와이어 본딩법에 의한 불량을 근본적으로 제거하는 동시에 고 단가의 리드프레임을 반 영구적으로 재사용할 수 있기 때문에 저 단가 및 고 수율의 노운 굿 다이를 제조 할 수 있는 특징을 갖는다.

Description

본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이 제조 장치
제1a도는 종래 기술의 와이어 본딩에 의한 노운 굿 다이가 제조되는 상태로써 상부의 칩 홀더 캡이 제거된 상태를 나타내는 평면도.
제1b도는 제 1a도의 A-A' 선 단면도.
제2a도는 본 발명의 일 실시예에 의한 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이 제조 장치로써, 상부의 칩 홀더 캡이 제거된 상태를 나타내는 평면도.
제2b도는 제 2a도의 B-B' 선 단면도.
제3a도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이 제조 장치로써, 상부의 칩 홀더 캡이 제거된 상태를 나타내는 평면도.
제3c도는 제 3b도의 C-C' 선 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 베어 칩(bare chip) 120 : 칩 홀더 베이스(chip holder base)
130 : 칩 홀더 캡(chip holder cap) 140 : 인쇄회로기판
143,144 : 리드 프레임 146 : 범프
170 : 완충제 147 : 땜납
본 발명은 노운 굿 다이 제조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 노운 굿 다이 제조에 있어서 와이어 본딩법을 사용하지 않고, 베어 칩의 본딩 패드들과 그들에 대응된 리드프레임의 내부리드들을 각기 기계적 접촉에 의해 전기적 연결함으로써, 상기 와이어 본딩법에 의한 불량을 근본적으로 제거하는 동시에 고 단가의 리드프레임을 반 영구적으로 사용할 수 있기 때문에 저 단가 및 고 수율의 노운 굿 다이를 제조할 수 있는 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이(known good die) 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 칩은 제조된 후에 제품의 신뢰성을 확인하기 위하여 각종 테스트를 실시한다. 상기 테스트는 반도체 칩의 모든 입출력 단자를 테스트 신호 발생회로와 연결하여 정상적인 동작 및 단선 여부를 테스트하는 전기적 테스트와, 상기 반도체 칩의 전원 입력 단자등 몇몇 입출력 단자들을 테스트 신호 발생회로와 연결하여 정상 동작 조건보다 높은 온도, 전압 및 전류 등으로 스트레스를 인가하여 반도체 칩의 수명 및 결함 발생 여부를 체크하는 번인 테스트가 있다.
통상적으로 메모리 칩(예: DRAM, SRAM 등)의 경우는 일반적으로 번인 테스트로 결함이 있는 기억회로, 기억셀 및 배선 등을 체크한다.
결과적으로, 반도체 칩은 번인 테스트시 정상 상태에서 사용될 때 어떤 장애를 일으킬 우려가 있는 결함, 예를 들어 게이트 산화막의 절연 파괴 등이 반드시 발생된다.
따라서 번인 테스트는 출하전(前)에 미리 결함을 검출·제거함으로써 제품의 신뢰성을 보장하기 위한 것이다.
통상 전기적 및 번인 테스트는 반도체 칩이 몰딩부재, 예를 들어 성형수지로 패키징된 상태에서 실시하게 되고, 웨이퍼에서 분리된 베어 칩 상태로는 테스트 신호회로와의 전기적 연결이 어려워 전기적 및 번인 테스트가 거의 불가능하다.
여기에서, 상기 반도체 패키지의 기본형은 다이패드 상에 테스트를 거치지 않은 반도체 칩이 실장되어 있으며, 상기 칩의 본딩 패드들과 리드들의 일측이 와이어로 연결되어 있고, 상기 침 및 와이어를 감싸 보호하는 반도체 패키지의 몸체가 형성되어 있다.
상기 반도체 패키지 몸체 외부로 상기 리드들의 타측인 외부 리드들이 돌출되어 있으며, 상기 외부리드들이 삽입될 수 있는 소켓 구멍을 구비한 테스트 소켓에 상기 반도체 패키지의 외부 리드들을 삽입한 후, 상기 테스트 소켓을 다시 번인 테스트 기판에 장착하여 번인 테스트를 실시한다.
그러나 상기와 같은 반도체 패키지는 고밀도 실장에 한계가 있어 최근에는 패키지를 이용하지 않고 다수개의 베어 칩(Bear chip)을 절연 세라믹 기판 상에 직접 실장하는 플립칩(Flip Chip)본딩을 이용한 멀티 칩 제조기술이 개발되어, 고속, 대용량 및 소형이면서 고 집적도를 구현할 수 있는 반도체 조립 방법이 제안되어 있다.
이들 중 대표적인 방법이 멀티 칩 모듈이다. 그러나, 상기 멀티 칩 모듈의 활성화는 다음과 같은 기술적, 경제적 제약으로 한계를 맞고 있다.
즉, 종래의 단일 반도체 칩 패키징 기술에 비하여 다수개의 칩이 내장되는 멀티 칩 모듈은 집적 규모는 커졌지만, 신뢰성이 검증되지 않은 칩을 다수개 실장하므로 생산 수율은 현저히 낮아 생산비용이 매우 증대되는 문제점이 있다. 노운 굿 다이를 사용함으로써 이와 같은 문제를 해결할 수 있지만 현시점에서 노운 굿 다이의 가격이 매우 높아 멀티 칩 모듈의 활성화에 결정적 장애 요인으로 작용하고 있다.
이하, 모든 테스트를 마친 무결함의 베어 칩을 노운 굿 다이라 정의한다.
여기에서 베어 칩이라 함은 플립 칩 또는 와이어 칩등 웨어퍼에서 단일 칩으로 분리된 패키지 되지 않은 보통의 집적회로를 말한다. 이와 같이 멀티 칩 모듈에 적용되는 노운 굿 다이의 중요성에 대한 인식이 높아가고 있음에도 불구하고, 저가의 노운 굿 다이를 대량 생산하는 데는 상당한 난점이 있다.
즉, 웨이퍼에서 분리된 단일 베어 칩은 외부리드가 없으므로 상기 반도체 패키지 테스트에 적용되는 테스트 소켓을 이용할 수 없어, 베어 칩 상태에서 인쇄회로기판 상에 설치되기 이전에 전기적 및 번인 테스트를 살 수 없는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술로서, 핫 척 프로브(hot chuck probe)방법, 탭(TAB; tape automated bonding)방법, 플립칩 테스트 소켓 어댑터(flip chip test socket adaptor)를 사용하는 방법, 웨이퍼 레벨 테스트 방법 및 테스트 하우징에 의한 제조방법등 다양한 방법이 개발되고 있다.
이들 방법들은 나름대로의 장점이 있으나 노운 굿 다이의 대량 생산을 위한 단가의 절감 측면에서 문제점을 갖고 있다. 상기의 방법중 탭 및 테스트 어댑터를 사용하는 방법은 이미 보편화되어 있는 탭 기술을 사용할 수 있으며, 봉지 이전의 베어 칩 상태에서 테스트를 가능하게 하는 장점이 있다.
그러나 단일 반도체 칩의 본딩 패드 상에 범프를 형성하는 공정은 고집적화에 따른 본딩 패드간의 미세 피치화로 높은 정밀도를 요하는 고가의 장비가 필요하게 되며, 테스트시 개별 반도체 칩을 다루어야 하기 때문에 칩 핸들링이 어렵고, 소량의 칩이 테스트되므로 통상의 반도체 패키지에 비하여 단가가 매우 높은 문제점이 있다.
또한 탭 방법에 따른 테이프 케리어는 한번 사용 후 재사용이 불가하며, 상기 테스트 소켓 어댑터를 사용하는 방법은 테스트 소켓의 구조가 복잡하여 제조가 매우 어려운 문제점이 있다.
웨이퍼 레벨 테스트는 웨이퍼 상의 모든 칩에 접촉단자를 연결시킨 후, 일괄적으로 테스트를 실시하는 가장 이상적인 방법이지만, 모든 칩의 본딩 패드들과 대응되는 접촉단자의 제작이 현실적으로 불가능하며, 동일 기판에 따른 노이즈 발생 등의 문제점이 있다.
제1a도는 종래 기술의 와이어 본딩에 의한 노운 굿 다이가 제조되는 상태로써 상부의 칩 홀더 캡이 제거된 상태를 나타내는 평면도이다.
제1b도는 제1a도의 A-A' 선 단면도이다.
제1도를 참조하면, 종래 기술에 의한 구조(100)는 우선, 칩 홀더 베이스(20)의 요홈(22)에 베어 칩(10)이 안착되어 있으며, 또한 상기 칩 홀더 베이스(20)의 평탄한 부분의 상부면 상에 인쇄회로기판(40)이 설치되어 있다.
또한, 그 인쇄회로기판(40)의 상부 면과 리드프레임(42)의 하부 면이 폴리이미드 테이프(44)와 같은 접착성 필름에 의해 접착되어 있고, 상기 인쇄회로기판(40)의 회로 패턴이 형성된 다른 상부 면과 상기 리드프레임(42)의 하부 면이 전도성 범프(46)에 각기 전기적 연결되도록 설치된다.
여기서, 상기 칩 홀더 베이스(20)의 요홈(22)에 안착된 베어 칩(10)의 본딩 패드들은 그들에 각기 대응되는 리드프레임(42)의 내부리드들(42')과 각기 본딩 와이어(80)에 의해 전기적 연결되어 있다.
이 때, 상기 내부리드들(42')의 상부 면은 폴리이미드 테이프(44)에 의해 접착되어 각기 고정되어 있으며, 상기 리드프레임(42)은 칩 홀더 캡(30)의 하부 면에 기계적으로 접촉되어 고정되어 있다.
좀 더 상세히 설명하면, 상기 칩 홀더 캡(30)의 하부 소정 부분은 상기 칩(10)과 내부리드들(42')간의 전기적 연결을 하는 본딩 와이어(80)의 루프와 기계적으로 접촉되지 않기 위해 홈(32)이 형성되어 있다.
또한, 상기 칩(10)의 상부면은 상기 칩 홀더 캡(30)의 하부면 홈(32) 상에 설치된 엘라스토머 재질의 봉(70)에 눌려지며, 그로 인해 상기 칩 홀더 베이스(20)와 상기 칩 홀더 캡(30) 사이에 견고히 고정되어 있다.
여기서, 각 재료들(20),(42),(30)간의 설치를 용이하게 하기 위해서, 상기 칩 홀더 베이스(20)의 소정 부분에 2개의 정렬 핀들(60)이 형성되어 있으며 상기 칩 홀더 캡(30)의 대응되는 관통 구멍들(41)이 안내되어 삽입된다.
또한, 상기 칩 홀더 베이스(20)와 상기 칩 홀더 캡(30)의 사이에 배치된 재료들을 고정하기 위해 홀더 클램프(50)와 의해 고정되며, 그 홀더 클램프(50)에는 스프링(52)이 내재되어 탄성에 의해 착탈이 된다.
결과적으로, 칩(10)상의 본딩 패드들과 인쇄회로기판(40)이 전기적 연결되어 있는 구조를 갖게 되며, 베어 칩(10)의 검사를 하기 위해 상기 인쇄회로기판(40)의 말단부에 전기적 접촉부인 탭(48)이 형성되어 검사 장치에 삽입되는 구조를 갖는다.
여기서, 참고 번호 49는 인쇄회로기판(40) 상에 형성된 관통 구멍이며, 참고번호 90은 상기 칩 홀더 베이스(20) 상에 설치된 정렬 핀이다.
이와 같은 구조를 갖는 노운 굿 다이 제조 장치는 본딩 와이어법에 의하기 때문에 고 단가의 리드프레임을 반복하여 사용하기가 곤란하다.
왜냐하면, 다른 메어 칩을 검사하기 위해서는 내부리드들의 형성된 와이어의 잔재를 제거하여야 하기 때문에 내부리드의 내구성이 떨어지는 동시에 와이어 본딩으로 인한 작업성 저하의 단점이 있다.
또한, 제조되는 노운 굿 다이의 본딩 패드들에도 기계적인 응력이 인가되는 단점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 베어 칩의 본딩 패드들과 그들에 각기 대응되는 리드프레임의 내부리드들을 각기 직접 전기적 연결함으로써, 종래 기술에 의한 본딩 와이어에 의한 전기적 연결시에 발생되는 불량과 고 단가의 리드프레임을 반복해서 반 영구적으로 사용할 수 있기 때문에 계속해서 일괄 검사가 가능하여 대량 생산에 따른 원가 절감을 가져오는 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이 제조 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 칩 홀더 베이스와; 그 칩 홀더 베이스의 일면 상에 안착되어 있으며, 복수개의 본딩 패드들을 갖는 칩과; 상기 칩 홀더 베이스의 일면 상에 적층되어 있으며, 회로 패턴들과, 그 회로 패턴들과 각기 전기적 연결되어 있으며 외부 전자 장치에 접속되는 전기적 연결부를 갖는 인쇄회로기판과; 그 회로 패턴들에 대응된 일단들이 전기적 연결된 내부리드들을 갖으며, 상기 인쇄회로기판의 일면에 접착된 리드프레임과; 그 리드프레임의 다른 면과 접착되어 있으며, 상기 칩 홀더 베이스와 한 쌍을 이루는 칩 홀더 캡과; 상기 한 쌍을 이루는 칩 홀더 베이스와 상기 칩 홀더 캡을 고정하는 클램프를 포함하고, 상기 리드프레임의 내부리드들의 다른 선단과 그들에 각기 대응된 칩의 본딩 패드들이 직접 기계적 접촉되어 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이 제조 장치를 제공한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
제2a도는 본 발명의 일 실시예에 의한 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이 제조 장치로써, 상부의 칩 홀더 캡이 제거된 상태를 나타내는 평면도이다.
제2b도는 제2a도의 B-B' 선 단면도이다.
제2도를 참조하면, 본 발명에 의한 구조(200)는, 베어 칩(10)은 칩 홀더 베이스(120)의 요홈(122)에 안착되어 있으며, 그 요홈(122)은 그 요홈(122)이 형성된 상기 칩 홀더 베이스(120)의 다른 상부면보다 더 높게 형성된 면에 형성되어 있다.
그리고, 상기 칩 홀더 베이스(120)의 평탄한 상부면 상에 패턴닝(patterning)된 인쇄회로기판(140)이 설치되어 있으며, 그 인쇄회로기판(140)의 상부면과 리드프레임(144)의 하부면이 폴리이미드 테이프(44)와 같은 접착성 필름에 의해 접착되어 있다.
그와 동시에, 상기 인쇄회로기판(140)의 회로 패턴과 상기 리드프레임(144)의 하부면 상에 형성된 전도성이 양호한 재질로 이루어진 범프(146)와 각기 전기적 연결되어 있다.
여기서, 상기 범프(146)는 포고 핀(pogo pin)과 같은 전기적 연결 수단에 의해 달리 변형될 수 있다.
이 때, 리드프레임(144)의 내부리드들은 그 내부리드들에 각기 대응되는 베어 칩(10)의 본딩 패드들에 각기 대응되기 위해, 소위 탭(TAB, tape automated bonding)과 유사하게 그 내부리드들(142')이 상기 본딩 패드들의 상부면과 기계적인 접촉에 의해 각기 전기적 연결된 구조를 갖는다.
그리고, 상기 리드프레임(144)의 상부면은 칩 홀더 캡(130)의 하부면과 전술된 폴리이미드 테이프(144)에 의해 접착되어 있으며, 그 리드프레임(144)과 칩 홀더 캡(130)간에 엘라스토마(elastomer) 재질의 완충제(170)가 개재되어 있어서, 후술되겠지만 최종적으로 홀더 클램프(150)에 의해 상기 자재들(120),(140),(10),(144),(130)이 고정될 때, 그 클램프(150)의 압력이 고르게 분포되어 상기 리드프레임(144)의 내부리드들(142')과 상기 칩(10)의 본딩 패드들이 정확하게 접촉되도록 한다.
이와 같은 구조 외에는 종래 기술에 의한 제1도의 구조(100)와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
제3a도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 누운 굿 다이 제조 장치로써, 상부의 칩 홀더 캡이 제거된 상태를 나타내는 평면도이다.
제3b도는 제3b도의 C-C' 선 단면도이다.
제3도를 참조하면, 본 발명에 의한 다른 구조(300)는, 인쇄회로기판(140)의 회로 패턴들과 그 패턴들에 각기 대응되는 리드프레임(143)이 땜납(147)에 의해 각기 전기적 연결된 구조 외에는 상기 제2도의 구조(200)과 동일한 구조를 갖기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
여기서, 상기 땜납(147)은 상기 리드프레임(143)의 내부리드들(142')의 하면상에 형성된 것이다.
그리고, 제2도 및 제3도에 있어서, 상기 내부리드들(142')의 선단 상부면 또는 칩(10)의 본딩 패드들의 상부면 상에 범프(도시 안됨)가 형성되어 전기적 연결된 구조이다.
따라서, 본 발명에 따른 구조에 따르면, 노운 굿 다이 제조에 있어서 와이어 본딩법을 사용하지 않고, 베어 칩의 본딩 패드들과 그들에 대응된 리드프레임의 내부리드들을 각기 기계적 접촉에 의해 전기적 연결함으로써, 상기 와이어 본딩법에 의한 불량을 근본적으로 제거하는 동시에 고 단가의 리드프레임을 반 영구적으로 사용할 수 있기 때문에 저 단가 및 고 수율의 누운 굿 다이를 제조할 수 있는 이점(利點)이 있다.

Claims (9)

  1. 칩 홀더 베이스와; 그 칩 홀더 베이스의 일면 상에 안착되어 있으며, 복수개의 본딩 패드들을 갖는 칩과; 상기 칩 홀더 베이스의 일면 상에 적층되어 있으며, 회로 패턴들과, 그 회로 패턴들과 각기 전기적 연결되어 있으며 외부 전자 장치에 접속되는 전기적 연결부를 갖는 인쇄회로기판과; 그 회로 패턴들에 대응된 일단들이 전기적 연결된 내부리드들을 갖으며, 상기 인쇄회로기판의 일면에 접착된 리드프레임과; 그 리드프레임의 다른 면과 접착되어 있으며, 상기 칩 홀더 베이스와 한 쌍을 이루는 칩 홀더 캡과; 상기 한 쌍을 이루는 칩 홀더 베이스와 상기 칩 홀더 캡을 고정하는 클램프를 포함하고, 상기 리드프레임의 내부리드들의 다른 선단과 그들에 각기 대응된 칩의 본딩 패드들이 직접 기계적 접촉되어 전기적 연결되는 것을 특징으로 하는 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이(known good die) 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 칩 홀더 베이스의 상면 상에 적층되는 인쇄회로기판과 상기 칩 홀더 캡의 정렬을 위하여 각기 정렬 홈들이 형성되어 그 정렬 구멍들에 각기 대응된 정렬 핀들이 삽입된 것을 특징으로 하는 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 칩 홀더 캡의 일면과 상기 리드프레임의 다른 면 사이에 완충제가 개재된 것을 특징으로 하는 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 완충제의 재질이 엘라스토머인 것을 특징으로 하는 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 리드프레임의 내부리드들 상면에 범프가 형성된 것을 특징으로 하는 본딩패드와 내부리드가 직접 전기적 연결된 노운 굿 다이 제조 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 칩의 본딩 패드들의 상면에 범프가 형성된 것을 특징으로 하는 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 내부리드들의 일 선단과 상기 회로 패턴들을 전기적 연결하는 수단이 전도성이 양호한 범프인 것을 특징으로 하는 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 내부리드들의 일 선단과 상기 회로 패턴들을 전기적 연결하는 수단이 솔더인 것을 특징으로 하는 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이 제조 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 리드프레임의 내부리드들이 상기 칩의 본딩 패드들에 각기 직접 기계적 접촉되도록 그 칩의 상부면 상까지 연장·형성된 것을 특징으로 하는 본딩 패드와 내부리드가 직접 전기적 연결되는 노운 굿 다이 제조 장치.
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