KR100315023B1 - 스택패키지의리드프레임접합장치및이를이용한접합방법 - Google Patents

스택패키지의리드프레임접합장치및이를이용한접합방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스택 패키지의 리드 프레임 접합 장치 및 이를 이용한 접합 방법을 개시한다. 개시된 본 발명에 따른 장치는, 적어도 2개 이상의 반도체 칩이 스택된 스택 패키지가 슬라이딩 블럭(20)상에 안치되고, 슬라이딩 블럭(20)은 하부 히팅 블럭(10)의 일측면으로부터 슬라이딩되어 끼워진다. 하부 히팅 블럭(10)의 양측으로는 가이드 로드(40)가 세워 설치되고, 각 가이드 로드(40)에 상부 히팅 블럭 (30)이 승강,가능하게 끼워진다. 상부 히팅 블럭(30)에는 슬라이딩 블럭(20) 상에 안치된 스택 패키지들의 리드 프레임들을 위에서 눌러 접합하는 가압부(31)가 구비된다. 각 리드 프레임들의 사이에는 접합재인 솔더가 도포되며, 하부 히팅 블럭(10)은 솔더의 융점보다 낮은 온도로, 상부 히팅 블럭(30)은 융점보다 높은 온도 로 유지된 상태에서 접합을 실시되고, 아울러, 상기 접합는 접합부에서의 산화 억제를 위해, 불활성 가스 분위기, 즉 질소 가스, 질소와 수소 혼합 가스, 또는, 아르곤 가스 분위기에서 실시된다.

Description

스택 패키지의 리드 프레임 접합 장치 및 이를 이용한 접합 방법
본 발명은 스택 패키지의 리드 프레임 접합 장치 및 이를 이용한 접합 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 각 반도체 칩의 리드 프레임들이 전기적으로 연결되도록 접합하는 장치 및 이를 이용한 접합 방법에 관한 것이다.
메모리 칩의 용량 증대는 빠른 속도로 진행되고 있다. 메모리 칩의 용량 증대, 다시 말하면 고집적화를 이룰 수 있는 방법으로는 한정된 반도체 칩의 공간내에 보다 많은 수의 셀을 제조해 넣는 기술이 일반적으로 알려지고 있으나, 이와 같은 방법은 정밀한 미세 선폭을 요구하는 등 고난도의 기술과 많은 개발 시간을 필요로 한다. 따라서 최근, 보다 쉬운 방법으로 고집적화를 이룰 수 있는 스택킹(stacking) 기술이 개발되어 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
반도체 업계에서 말하는 스택킹이란 적어도 2개 이상의 반도체 칩을 수직으로 쌓아 올려 메모리 용량을 배가시키는 기술로써, 이러한 스택킹에 의하면, 예를 들어 2개의 64M DRAM급 칩을 적층하여 128M DRAM급으로 구성할 수 있고, 또 2개의 128M DRAM급 칩을 적층하여 256M DRAM급으로 구성할 수 있다.
상기와 같은 스택킹에 의한 패키지의 전형적인 예를 설명하면 다음과 같다.
패드가 상부면에 배치된 반도체 칩에 리드 프레임의 인너 리드가 접착제로 부착되고, 이 인너 리드는 패드에 금속 와이어로 연결되어 있다. 전체가 봉지제로 몰딩되면, 리드 프레임의 아우터 리드가 봉지제의 양측으로 돌출되어 있다.
이러한 하나의 패키지상에 동일 구조의 패키지가 적층된다. 즉, 상부에 적층되는 패키지의 아우터 리드가 하부 패키지의 리드 프레임 중간에 접합되어서, 전기적 연결이 되므로써, 2개의 반도체 칩이 스택킹되도록 되어 있다.
그러나, 상기와 같은 일반적인 스택 패키지는, 패키지의 전체 두께가 너무 두껍다는 단점이 있다. 또한, 상부 패키지의 신호 전달 경로가, 상부 패키지의 아우터 리드를 통해서 하부 패키지의 리드 프레임을 거쳐야 하기 때문에, 전기적인 신호 경로가 너무 길다는 단점도 있다. 특히, 상하부 패키지의 리드를 솔더로 접합하는데, 이 솔더링 불량으로 접속 불량이 자주 야기되었다.
이러한 단점을 해소하기 위해, 도 1에 도시된 스택 패키지가 제시되었다. 도시된 바와 같이, 상하부 반도체 칩(1a,1b)이 소정 간격을 두고 배치되고, 상부 반도체 칩(1a)의 밑면에 상부 리드 프레임(2a)의 인너 리드(21a)가 접착 테이프(4a)로 부착되고, 금속 와이어(3a)에 의해 패드에 연결되어 있다. 또한, 하부 반도체 칩(1b)의 상부면에 하부 리드 프레임(2b)의 인너 리드(21b)가 접착 테이프(4b)로 부착되고, 금속 와이어(3b)에 의해 패드에 연결되어 있다. 즉, 상부 반도체 칩(1a)의 패드는 하부면에, 하부 반도체 칩(1b)의 패드는 상부면에 배치되어, 각 반도체 칩(1a,1b)은 대칭을 이루게 된다.
상부 리드 프레임(1a)의 아우터 리드(22a)는 하부 리드 프레임(2b)의 중간에 솔더(6)로 접합되어 있고, 하부 리드 프레임(2b)의 아우터 리드(22b)가 봉지제(5a)의 외부로 돌출되어 있다.
상기와 같은 스택킹 구조 외에도 패드의 배치 방향에 따라 스택킹 구조가 달라질 수가 있다. 그러나, 어떠한 구조의 스택 패키지에서도 각 리드 프레임을 전기적으로 접합하는 기술은 대동소이하고, 각각의 접합 기술간에 큰 차이는 없다.
이러한 스택 패키지에서 가장 중요한 핵심은 각 반도체 칩간을 전기적으로 확실하게 연결해야만 한다는 점이다. 즉, 각 반도체 칩들의 리드 프레임간의 전기적 연결이 안정적이면서 견고하게 확보되어야만 한다. 특히, 접합시의 산화를 억제시켜야만 접합 강도가 약해지지 않게 된다.
그러나, 종래에는 공기 분위기하에서 솔더로 리드 프레임 접합을 실시하였기때문에, 접합부가 산화되어 접합 강도가 약화되는 문제점이 있었다.
또한, 접합 강도를 강화시키기 위해서는, 솔더가 용융이 된 후 융점 이하로 내리고 나서 솔더 접합을 계속 해야 하는데, 종래에는 이러한 과정 중에 접합부를 계속 눌러주지 못하게 되어 있어서, 접합 강도가 취약한 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 종래의 접합 방식이 안고 있는 제반 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 접합부가 산화되는 것을 억제함과 아울러 접합중에 접합부가 계속 압박되도록 하여, 접합 강도를 강화시킬 수 있는 스택 패키지의 리드 프레임 접합 장치 및 이를 이용한 접합 방법을 제공하는데 목적이 있다.
도 1은 종래의 리드 프레임 접합 방법을 설명하기 위한 일반적인 스택 패키지의 한 예를 나타낸 단면도
도 2는 본 발명에 따른 리드 프레임 접합 장치를 나타낸 도면
도 3은 도 2의 Ⅲ 부위를 확대해서 나타낸 상세도
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -
10 ; 하부 히팅 블럭 20 ; 슬라이딩 블럭
30 ; 상부 히팅 블럭 31 ; 가압부
40 ; 가이드 로드 50 ; 스토퍼
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스택 패키지의 리드 프레임 접합 장치는 적어도 2개 이상의 반도체 칩이 스택된 스택 패키지에서 상기 각 반도체 칩의 리드프레임들을 전기적으로 접합시키기 위한 장치로서, 불활성 가스가 공급되는 가스 라인을 구비하고, 양측에 가이드 로드가 설치된 하부 히팅 블럭; 상기 리드프레임들 사이에 접합재가 도포된 스택 패키지가 안치되고, 상기 하부 히팅 블럭에 슬라이딩식으로 끼워지는 슬라이딩 블럭; 및 상기 하부 히팅 블럭의 가이드 로드를 따라 승하강되고, 밑면에 상기 슬라이딩 블럭에 안치된 스택 패키지의 각 리드 프레임을 위에서 누르는 가압부가 구비된 상부 히팅 블럭을 포함한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 접합 장치를 이용한 접합 방법은 다음과 같은 단계로 이루어진다.
스택 패키지의 리드 프레임들 사이에 도포된 접합재의 융점보다 낮은 온도로관리된 하부 히팅 블럭에, 상기 스택 패키지들이 안치된 슬라이딩 블럭을 반입한다. 하부 히팅 블럭에 구비된 가스 라인을 통해서 리드 프레임의 접합부로 불활성 가스를 공급한다. 접합부의 융점보다 높은 온도로 관리된 상부 히팅 블럭으로 리드 프레임의 접합부를 위에서 눌러 접합한다. 불활성 가스의 공급량을 증가시켜서, 접합부의 온도를 접합재의 융점 이하로 낮추어서 접합재를 경화시킨다. 접합이 완료되면, 상부 히팅 블럭을 상승시키고, 슬라이딩 블럭을 하부 히팅 블럭에서 반출시킨다.
상기된 본 발명의 구성에 의하면, 접합재가 경화되고 있는 동안 상,하부 히팅 블럭이 접합부를 계속 눌러주게 되고, 특히, 접합 동작이 종래의 공기가 아닌 불활성 가스 분위기에서 실시됨으로써, 접합부의 산화가 억제되어 접합 강도가 강화된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 접합 장치를 나타낸 정면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ 부위를 확대해서 나타낸 상세도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 접합 장치는, 하부 히팅 블럭(10)과, 복수개의 스택 패키지들이 안치된 상태로 하부 히팅 블럭(10)에 슬라이딩식으로 끼워지는 슬라이딩 블럭(20), 및 슬라이딩 블럭(20)상에 안치된 스택 패키지들의 각 리드 프레임들을 위에서 눌러 접합하는 상부 히팅 블럭(30)으로 구성된다.
따라서, 하부 히팅 블럭(10)에는 정면으로부터 공간부가 형성되어서, 이 공간부에 슬라이딩 블럭(20)이 끼워지게 된다. 특히, 공간부의 높이는 슬라이딩 블럭 (20)의 두께와 동일하여, 슬라이딩 블럭(20)이 공간부에 끼워지게 되면, 슬라이딩 블럭(20)과 하부 히팅 블럭(10)의 양측 표면을 동일 평면을 이루게 된다.
상부 히팅 블럭(30)의 밑면에는 각 리드 프레임들을 위에서 누르게 되는 복수개의 가압부(31)들이 형성된다. 또한, 상부 히팅 블럭(30)의 승강 동작을 안내하기 위해, 하부 히팅 블럭(10)의 양측에 한 쌍의 가이드 로드(40)가 세워 설치되고, 상부 히팅 블럭(30)이 각 가이드 블럭(40)에 승강가능하게 끼워진다. 그리고, 상부 히팅 블럭(30)이 너무 많이 하강하는 것을 제한하기 위해서, 슬라이딩 블럭(20)의 양측으로 한 쌍의 스토퍼(50)들이 배치되어서, 각 스토퍼(50)의 상단에 상부 히팅 블럭(30)의 밑면이 접촉되는 것에 의해 하강이 제한된다.
한편, 하부 히팅 블럭(10)에는 도시되지는 않았지만, 가스 라인이 구비되고, 이 가스 라인은 상하부 히팅 블럭(10,30) 사이, 즉, 리드 프레임의 접합부 사이로 연결된다. 가스 라인을 통해서, 종래의 공기가 아니라 불활성 가스, 예를 들면, 질소나, 질소와 수소 혼합 가스, 또는, 아르곤 가스가 공급된다.
도 2에서, 미설명부호 21은 슬라이딩 블럭(20)을 반입/반출하는데 사용되는 손잡이를 나타낸다.
이하, 상기와 같이 구성된 접합 장치를 이용해서 리드 프레임을 접합하는 방법을 상세히 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 스택 패키지는 상하부 반도체 칩(60,70)이 상하 소정 간격으로 배치되고, 그 사이에 한 쌍의 리드 프레임(61,71)들이 배치된구조로 이루어진다. 각 리드 프레임(61,71)의 인너 리드가 각 반도체 칩(60,70)의 전극 패드에 본딩되고, 아우터 리드는 각 반도체 칩(60,70)의 외측으로 돌출된다. 즉, 각 리드 프레임(61,71)의 아우터 리드를 접합하게 되는데, 그 사이에는 접합재인 솔더가 도포되어 있다.
이러한 구조의 스택 패키지를 슬라이딩 블럭(20)상에 안치시키고, 슬라이딩 블럭(20)을 하부 히팅 블럭(10)에 끼워넣는다. 이때, 하부 히팅 블럭(10)은 솔더의 융점보다 낮은 온도로 관리된다. 또한, 가스 라인을 통해서 불활성 가스가 접합부로 공급된다.
이러한 상태에서, 솔더의 융점보다 높은 온도로 관리된 상부 히팅 블럭(30)이 가이드 로드(40)을 따라 하강하여서, 그의 가압부(31)가 각 리드 프레임(61,71)을 위에서 누르게 된다. 가압부(31)는 솔더가 경화될 때까지 접합부를 누르게 된다. 여기서, 접합부의 온도를 솔더의 융점 이하로 강제로 내리기 위해서, 가스 라인을 통해 공급되는 불활성 가스의 공급량을 종전보다 증가시킨다. 즉, 많은 양의 불활성 가스에 의해 상하부 히팅 블럭(10,30)의 표면 온도가 융점 이하로 내려가게 된다.
특히, 접합중에 불활성 가스가 계속 공급되므로써, 접합 동작이 종래의 공기 분위기가 아니라 불활성 가스 분위기하에서 행해지게 된다. 그러므로, 접합부가 산화되는 것이 억제된다.
이와 같은 방법에 의해 접합이 완료되면, 상부 히팅 블럭(30)을 원위치로 상승시키고, 슬라이딩 블럭(20)을 하부 히팅 블럭(10)에서 반출시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 리드 프레임 접합이 종래의 공기가 아니라 불활성 가스 분위기하에서 실시되므로써, 접합부의 산화가 억제되어 접합 강도가 강화된다.
특히, 접합중에 상부 히팅 블럭이 접합부를 계속 누르고 있게 되므로, 솔더가 융점 이하로 내려가서 경화될 때, 접합부가 떨어지는 사태가 방지된다.
이상에서는 본 발명에 의한 리드 프레임 접합 장치 및 방법을 실시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (3)

  1. 적어도 2개 이상의 반도체 칩이 스택된 스택 패키지에서, 상기 각 반도체 칩의 리드프레임들을 전기적으로 접합시키기 위한 장치로서,
    불활성 가스가 공급되는 가스 라인을 구비하고, 양측에 가이드 로드가 설치된 하부 히팅 블럭;
    상기 리드프레임들 사이에 접합재가 도포된 스택 패키지가 안치되고, 상기 하부 히팅 블럭에 슬라이딩식으로 끼워지는 슬라이딩 블럭; 및
    상기 하부 히팅 블럭의 가이드 로드를 따라 승,하강되고, 밑면에 상기 슬라이딩 블럭 상에 안치된 스택 패키지의 각 리드 프레임을 위에서 누르는 가압부가 구비된 상부 히팅 블럭을 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 패키지의 리드 프레임 접합 장치.
  2. 불활성 가스가 공급되는 라인을 구비하고, 양측에는 한 쌍의 가이드 로드가 설치된 하부 히팅 블럭과, 상기 리드프레임들 사이에 접합재가 개재된 스택 패키지가 안치되고, 상기 하부 히팅 블럭에 슬라이딩식으로 끼워지는 슬라이딩 블럭, 및 상기 하부 히팅 블럭의 가이드 로드를 따라 승하강되고, 밑면에 상기 슬라이딩 블럭상에 안치된 스택 패키지의 각 리드 프레임을 위에서 누르는 가압부가 구비된 상부 히팅 블럭으로 구성된 리드 프레임 접합 장치를 이용한 스택 패키지의 리드 프레임 접합 방법으로서,
    스택 패키지를 슬라이딩 블럭에 안치시킨 상태로, 리드 프레임을 접합하는데 사용되는 접합재의 융점보다 낮은 온도로 관리된 하부 히팅 블럭에 반입하는 단계;
    상기 스택 패키지의 리드 프레임 접합부로 불활성 가스를 주입하는 단계;
    상기 접합재의 융점보다 높은 온도로 관리된 상부 히팅 블럭의 가압부로 상기 리드 프레임의 접합부를 위에서 누르는 단계; 및
    상기 상부 히팅 블럭의 접합부를 누르고 있는 상태에서, 상기 불활성 가스 공급량을 늘여서 접합부의 온도를 접합재의 융점 이하로 내려서 접합재를 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스택 패키지의 리드 프레임 접합 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 불활성 가스는 질소 가스, 질소와 수소 혼합 가스, 또는 아르곤 가스인 것을 특징으로 하는 스택 패키지의 리드 프레임 접합 방법.
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