KR100232594B1 - Bump uniformity apparatus of semiconductor chip and its method using it - Google Patents
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Abstract
반도체 칩의 범프 균일화 장치를 제공한다. 본 발명은 반도체 칩의 범프를 균일화하는 메인부와, 상기 메인부와 연결되어 상기 메인부를 제어하는 시스템부로 구성되는 반도체 칩의 범프 균일화 장치에 있어서, 상기 메인부는 온도조절장치가 구비되어 있고, 하부에 범프가 삽입되는 개구부를 갖는 요철구조의 범프용융부와, 상기 범프용융부 상에 접속되고 상기 개구부에 압력을 전달하는 범프 균일화부와, 상기 범프 균일화부 상에 접속되어 상기 범프 균일화부에 하중을 전달할 수 있고 하중센서를 구비한 실린더부로 이루어져 있으며, 상기 시스템부는 상기 범프용융부의 온도조절장치의 동작을 표시제어하는 온도변화표시부와, 상기 하중센서에 의해 범프균일화부에 걸리는 압력을 표시제어하는 압력변화표시부와, 상기 범프균일화부가 상하로 이동된 거리를 표시제어하는 위치변위표시부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 반도체 웨이퍼 위에 형성된 범위의 균일화 및 범프의 금속간 합금층(범프의 합금화)을 동시에 이룰 수 있다.Provided is a bump homogenizer for a semiconductor chip. According to an aspect of the present invention, there is provided a bump homogenization device for a semiconductor chip including a main part for equalizing bumps of a semiconductor chip, and a system part connected to the main part to control the main part, wherein the main part is provided with a temperature controller. A bump molten portion having an uneven structure having an opening into which a bump is inserted, a bump homogenizing portion connected to the bump molten portion and transferring pressure to the opening portion, and a bump homogenizing portion connected to the bump homogenizing portion and loaded on the bump homogenizing portion. And a cylinder part having a load sensor, wherein the system part is configured to display and control the temperature change display part for controlling the operation of the temperature control device of the bump melting part and the pressure applied to the bump homogenizing part by the load sensor. A pressure change display unit and a position displacement display unit for displaying and controlling the distance moved up and down by the bump uniformity unit It includes. According to the present invention, the uniformity of the range formed on the semiconductor wafer and the intermetallic alloy layer of bump (alloy of bump) can be achieved at the same time.
Description
본 발명은 반도체 칩의 범프 균일화 장치 및 이를 이용한 범프 균일화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 범프의 합금화 및 펌프 균일화를 동시에 만족시킬 수 있는 반도체 장치의 범프 균일화 장치 및 이를 이용한 범프 균일화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bump homogenization apparatus for a semiconductor chip and a bump homogenization method using the same, and more particularly, to a bump homogenization apparatus for a semiconductor device and a bump homogenization method using the same capable of satisfying alloying and pump uniformity of bumps at the same time. .
일반적으로, 반도체 칩은 패드 상에 범프가 형성되어 있다. 상기 반도체 칩의 범프는 반도체 웨이퍼 상에 직접 형성한 후 절단하여 형성되거나, 반도체 칩 상에 와이어 본딩 또는 전기 도금법에 의해 형성한다. 그런데, 상기 범프는 균일해야 하며 패드와 잘 접속되어야 한다. 여기서, 종래기술에 의한 반도체 칩의 범프 균일화 방법을 설명한다.In general, bumps are formed on a pad of a semiconductor chip. The bumps of the semiconductor chip are formed by cutting directly after forming on the semiconductor wafer, or by wire bonding or electroplating on the semiconductor chip. However, the bumps must be uniform and well connected to the pads. Here, the bump homogenization method of the semiconductor chip by a prior art is demonstrated.
도 1 및 도 2은 종래 기술에 의한 반도체 칩의 범프 균일화 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 and 2 are diagrams for explaining a bump uniformity method of a semiconductor chip according to the prior art.
구체적으로, 반도체 기판(1) 상에 패드(3) 및 불균일한 범프(5a, 5b)가 형성되어 있는 반도체 칩이 마련되어 있다. 상기 도 1에 도시한 불균일한 범프(5a)는 와이어 본딩 또는 전기 도금법에 의해 반도체 칩 상에 형성된 것이며, 도 2에 도시한 반도체 칩의 범프(5b)는 반도체 웨이퍼 상에 범프를 직접 형성한 후 절단하여 마련된 것이다.Specifically, the semiconductor chip in which the
도 1에 도시된 불균일한 반도체 칩의 범프(5a)는 레이저 조사장치(7)를 이용하여 용융시켜 균일화시키며, 도 2에 도시한 불균일한 반도체 칩의 범프(5b)는 레이저, 자외선 또는 열풍 등의 열원이 부착된 리플로우 오븐(도시 안됨)에 투입시켜 도금된 범프(5b)의 금속간 결합력을 좋게 함과 동시에 범프의 형상을 볼 타입으로 균일화시킨다.The
그런데, 종래의 반도체 칩의 범프 균일화 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.By the way, the bump uniformity method of the conventional semiconductor chip has the following problems.
첫째로, 균일화를 위하여 와이어 본딩법 또는 전기도금법에 의해 형성된 반도체 칩의 범프를 레이져로 조사함에 있어서, 반도체 칩에 형성된 전 범프를 레이져로 조사하여야 하기 때문에 범프 균일화 시간이 상당히 길어지는 단점이 있다. 이렇게 범프 균일화시간이 길어지면 생산성이 떨어진다.First, in the case of irradiating the bumps of the semiconductor chip formed by the wire bonding method or the electroplating method with the laser for uniformity, the bump uniformity time is considerably longer because the entire bump formed on the semiconductor chip must be irradiated with the laser. If the bump equalization time is longer, productivity is lowered.
둘째로, 레이져로 범프를 용융할 때, 범프를 구성하는 금속이 용융하여 하지 부위로 늘어져 범프간 간격이 100㎛이내인 경우 인접 범프간 쇼트를 유발할 가능성이 높은 문제점이 있다.Secondly, when melting the bumps with a laser, when the metal constituting the bumps melts and stretches to the lower part, there is a high possibility of causing short between adjacent bumps when the distance between bumps is within 100 μm.
셋째로, 와이어본딩법 또는 전기도금법에 형성된 범프중 불균일한 범프만 레이져로 융융 균일화시킬 경우 나머지 범프는 금속간 합금층이 제대로 형성되지 않아 후공정의 기판에 접합시 접속강도가 저하되는 문제점이 있다.Third, in the case of homogeneous melting of only bumps formed by wire bonding or electroplating with a laser, the remaining bumps have a problem in that connection strength is lowered when bonding to a substrate in a later process because the intermetallic alloy layer is not properly formed. .
네째로, 상기 범프를 균일화시키기 위해 리플로우 오븐에 투입시켜 볼타입으로 범프를 형성시킬 경우, 리플로우 오븐 내의 온도분포의 불안정 및 진동 등의 영향 때문에 범프의 균일화 신뢰성을 얻기 힘든 단점이 있다. 또한, 반도체 칩을 리플로우 오븐에 투입함으로 열적 손상이 발생하는 문제점이 있다.Fourthly, when the bumps are formed in the reflow oven to make the bumps uniform, the bumps have difficulty in obtaining uniformity of the bumps due to instability and vibration of the temperature distribution in the reflow oven. In addition, there is a problem that thermal damage occurs by introducing the semiconductor chip into the reflow oven.
본 발명의 기술적 과제는 상기 문제점을 해결할 수 있는 반도체 칩의 범프 균일화장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a bump homogenizer for a semiconductor chip that can solve the above problems.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 반도체 칩의 범프 균일화 장치를 이용하는 데 적합한 반도체 칩의 균일화 방법을 제공하는 데 있다.In addition, another technical problem of the present invention is to provide a method for homogenizing a semiconductor chip suitable for using the bump homogenization device of the semiconductor chip.
도 1 및 도 2은 종래 기술에 의한 반도체 칩의 범프 균일화 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 and 2 are diagrams for explaining a bump uniformity method of a semiconductor chip according to the prior art.
도 3은 본 발명의 일예에 의한 반도체 칩의 범프 균일화 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.3 is a diagram schematically illustrating an apparatus for equalizing bumps of a semiconductor chip according to an example of the inventive concept.
도 4은 본 발명의 다른 예에 의한 의한 반도체 칩의 범프 균일화 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.4 is a diagram schematically illustrating an apparatus for equalizing bumps of a semiconductor chip according to another example of the present disclosure.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 범프 균일화 장치를 이용한 범프 균일화 방법을 도시한 도면들이다.5 to 7 are diagrams illustrating a bump equalization method using the bump equalization device of the present invention.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 칩의 범프를 균일화하는 메인부와, 상기 메인부와 연결되어 상기 메인부를 제어하는 시스템부로 구성되는 반도체 칩의 범프 균일화 장치에 있어서,In order to achieve the above technical problem, the present invention is a bump equalization device of a semiconductor chip comprising a main portion for equalizing the bumps of the semiconductor chip, and a system portion connected to the main portion to control the main portion,
상기 메인부는 온도조절장치가 구비되어 있고, 하부에 범프가 삽입되는 개구부를 갖는 요철구조의 범프용융부와, 상기 범프용융부 상에 접속되고 상기 개구부에 압력을 전달하는 범프 균일화부와, 상기 범프 균일화부 상에 접속되어 상기 범프 균일화부에 하중을 전달할 수 있고 하중센서를 구비한 실린더부로 이루어져 있으며, 상기 시스템부는 상기 범프용융부의 온도조절장치의 동작을 표시제어하는 온도변화표시부와, 상기 하중센서에 의해 범프균일화부에 걸리는 압력을 표시제어하는 압력변화표시부와, 상기 범프균일화부가 상하로 이동된 거리를 표시제어하는 위치변위표시부로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 범프 균일화 장치를 제공한다.The main part is provided with a temperature control device, a bump melting portion having an uneven structure having an opening into which a bump is inserted, a bump equalizing portion connected to the bump melting portion and transferring pressure to the opening portion, and the bump A temperature change display unit connected to the equalization unit for transferring a load to the bump homogenization unit and having a load sensor, wherein the system unit displays and controls the operation of the temperature control device of the bump melting unit, and the load sensor And a pressure change display portion for displaying and controlling the pressure applied to the bump uniformity portion, and a position displacement display portion for displaying and controlling the distance moved up and down by the bump uniformity portion.
상기 범프는 Sn/Pb로 구성된 솔더 범프이며, 범프 균일화부는 일체형 또는 분리형으로 상기 개구부에 압력을 전달할 수 있다.The bump is a solder bump composed of Sn / Pb, and the bump homogenizer may transmit pressure to the opening in one piece or separately.
또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 불균일한 범프가 형성된 반도체 칩을 준비하는 단계와, 반도체 칩의 불균일한 범프를 범프 용융부의 개구부로 이동하여 합치시키는 단계와, 상기 범프 용융부에 합치된 반도체 칩을 온도조절장치를 이용하여 가열함으로써 상기 불균일한 범프를 용융시키면서 범프 균일화부를 이용하여 상기 불균일한 범프를 균일화시키는 단계와, 상기 범프 용융부의 온도조절장치의 온도를 하강시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 범프 균일화방법을 제공한다.In addition, in order to achieve the above technical problem, the present invention comprises the steps of preparing a semiconductor chip with a non-uniform bump, the step of matching the non-uniform bump of the semiconductor chip to the opening of the bump melting portion, and the bump melting portion Homogenizing the non-uniform bumps using a bump equalizer while melting the non-uniform bumps by heating the semiconductor chip conforming to the temperature control device, and lowering the temperature of the temperature control device of the bump melting part. A bump homogenization method of a semiconductor chip is provided.
본 발명에 의하면, 반도체 웨이퍼 위에 형성된 범위의 균일화 및 범프의 금속간 합금층(범프의 합금화)을 동시에 이룰 수 있다.According to the present invention, the uniformity of the range formed on the semiconductor wafer and the intermetallic alloy layer of bump (alloy of bump) can be achieved at the same time.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일예에 의한 반도체 칩의 범프 균일화 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.3 is a diagram schematically illustrating an apparatus for equalizing bumps of a semiconductor chip according to an example of the inventive concept.
구체적으로, 본 발명의 반도체 칩의 범프 균일화 장치는 크게 범프를 균일화하는 메인부(A)와, 상기 메인부(A)와 연결되어 상기 메인부(A)를 제어하는 시스템부로 구성된다.Specifically, the bump homogenization apparatus of the semiconductor chip of the present invention is composed of a main portion (A) for largely equalizing bumps, and a system portion connected to the main portion (A) to control the main portion (A).
상기 메인부(A)는 온도조절장치(11)가 구비되어 있고, 하부에 범프가 삽입되는 개구부(13)를 갖는 요철구조의 범프용융부(15)와, 상기 범프용융부(15) 상에 접속되고 상기 개구부(13)에 압력을 전달시키고 일체형으로 된 범프 균일화부(17)와, 상기 범프 균일화부(17) 상에 접속되어 상기 범프 균일화부(17)에 하중을 전달할 수 있고 하중센서(19)를 구비한 실린더(21)로 이루어져 있다.The main part (A) is provided with a temperature control device (11), bump bumps (15) having an uneven structure having an opening (13) into which bumps are inserted, and on the bump melts (15). A
상기 메인부를 제어하는 시스템부(B)는 상기 범프용융부(15)의 온도조절장치의 동작을 표시제어하는 온도변화표시부와, 상기 하중센서(19)에 의해 범프균일화부에 걸리는 압력을 표시제어하는 압력변화표시부와, 상기 범프 균일화부(17)가 상하로 이동된 거리를 표시제어하는 위치변위표시부로 이루어져 있다.The system unit B for controlling the main unit displays a temperature change display unit for displaying and controlling the operation of the temperature control device of the
도 4은 본 발명의 다른 예에 의한 의한 반도체 칩의 범프 균일화 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.4 is a diagram schematically illustrating an apparatus for equalizing bumps of a semiconductor chip according to another example of the present disclosure.
도 4에 도시한 반도체 칩의 범프 균일화 장치는 상기 도 3의 범프 균일화부(17)의 구조를 제외하고는 동일하다. 도 4에서, 도 3과 동일한 참조번호는 동일한 부재를 나타낸다.The bump homogenizer of the semiconductor chip shown in FIG. 4 is the same except for the structure of the
구체적으로, 도 4의 반도체 칩의 범프 균일화 장치에 있어서, 범프 균일화부(18)는 도 3과 다르게 범프가 삽입되는 개구부마다 범프가 균일화되는 분리형으로 되어 있다.Specifically, in the bump homogenizer of the semiconductor chip of FIG. 4, the
도 5 내지 도 7은 본 발명의 범프 균일화 장치를 이용한 범프 균일화방법을 도시한 도면들이다. 도 5 내지 도 7에서, 도 3과 동일한 참조번호는 동일한 부재를 나타낸다.5 to 7 are diagrams illustrating a bump equalization method using the bump equalization device of the present invention. 5 to 7, the same reference numerals as used in Fig. 3 denote the same members.
도 5에서, 불균일한 범프(31)가 형성된 반도체 칩(33)을 준비한다. 상기 범프(31)는 Sn/Pb로 구성되어 전기도금법으로 형성한 솔더범프이다. 그리고, 상기 범프(31)의 높이는 30㎛, 직경은 90㎛ 그리고, 범프(31)간 간격은 180㎛로 형성한다.In FIG. 5, the
이어서, 반도체 칩의 불균일한 범프(31)를 상기 범프 용융부(15)의 개구부(13)로 이동하여 합치시킨다. 상기 개구부(13)의 직경은 상기 범프(31) 직경도다 큰 100㎛, 개구부의 높이는 60㎛로 형성한다.Subsequently, the
도 6 및 도 7에서, 상기 범프 용융부(15)에 합치된 반도체 칩(33)을 온도조절장치(11)를 이용하여 약225℃로 가열하여 상기 불균일한 범프(31)를 용융시킨다. 이때, 범프 균일화부(17)가 에어압에 의한 실린더의 왕복운동으로 범프 융융부(15)내의 개구부로 사전 설정된 이송거리 만큼 이송되어 상기 불균일한 범프(31)를 균일화시킨다. 이어서, 상기 범프 용융부(15)의 온도조절장치(11)의 온도를 183℃ 이하로 하강시킨다. 이렇게 되면, 도 7에 도시한 바와 같이 불균일한 범프(31)가 균일화되어 균일한 범프(31a)를 갖는 반도체 칩이 완성된다.6 and 7, the
상술한 바와 같이 본 발명의 반도체 칩의 범프 균일화 장치를 이용하면, 반도체 칩에 형성된 범프의 금속간 합금층과 범프 균일화가 동시에 가능하여 제작시간이 종래 레이져 방식에 비해 2배이상 절감됨과 동시에 장치구성에 있어 코스트가 낮아진다.As described above, when the bump homogenization apparatus of the semiconductor chip of the present invention is used, the intermetallic alloy layer and bump homogenization of the bumps formed on the semiconductor chip can be simultaneously performed, and the manufacturing time is reduced by more than twice as compared with the conventional laser method and the device configuration. Cost is lower.
또한, 반도체 칩에 형성된 범프간 간격이 다른 반도체칩의 경우 범프용융부와 범프 균일화부만 교체하면 되므로 반도체 칩의 다양화에 대응이 쉽다.In addition, in the case of a semiconductor chip having a different gap between bumps formed in the semiconductor chip, only the bump melting part and the bump equalization part need to be replaced, so that it is easy to cope with the diversification of the semiconductor chip.
또한, 본 발명은 범프 용융부로 범프가 형성된 반도체 칩이 합치됨으로 범프간 쇼트 등의 불량이 발생되지 않고, 범프 균일화부가 형성된 범프의 두께에 따라 위치 및 압력조정이 가능함으로 범프가 기준보다 높거나 낮은 경우에도 적용되어 품질의 안정화를 이룰 수 있다.In addition, in the present invention, the bumps are formed in the bump melter, so that no short defects occur between the bumps, and the position and the pressure can be adjusted according to the thickness of the bumps where the bump homogenizers are formed. It can also be applied to achieve stabilization of quality.
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