KR100389226B1 - 방열판 구조체 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조방법 - Google Patents

방열판 구조체 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조방법 Download PDF

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마쓰시마히로노리
마키모토히로후미
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 방열판 부착기의 매거진(magazine)내에 포개어 쌓아 얹어놓은 방열판 구조체를 확실히 픽업(piked up)할 수 있어 각 방열판의 부드러운 부착을 가능하게 하는 방열판 구조체 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조방법을 얻고자 하는 것이다. 이러한 본 발명은, 보호 링이 접착된 방열판(8)의 한쪽의 표면 끝부분에 열경화성 에폭시 접착재(9)를 도포하고, 돌기부(13a)가 설치된 보호 테이프(13)를 돌기부(13a)가 방열판(8)과 반대측으로 나오도록 열경화성 에폭시 접착재(9)로 접착하여 방열판 구조체(20)를 일체로 구성한다. 그래서, 방열판 구조체(20)를 방열판 부착기의 매거진 내에 포개어 쌓아 얹어 놓고, 방열판 부착기에 의해 각 방열판 구조체(20)를 픽업하여 그 보호 테이프(13)를 떼어서 방열판(8)의 소정 부착을 한다.

Description

방열판 구조체 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조방법{RADIATING PLATE STRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICES USING THE SAME STRUCTURE}
본 발명은, 반도체 장치의 방열판의 자동 부착 공정에 있어서, 포개어 쌓아 얹어 놓여진 매거진 내로부터 확실히 픽업할 수 있어 각 방열판의 소정 부착을 가능하게 하는 방열판 구조체 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조방법에 관한 것이다.
현재, 반도체 장치의 제조는, 모두 자동화되어 있고, 연속한 작업공정중 일 공정에 있어서도 문제를 발생하고, 후공정을 멈추어 버리는 제조계획에 지장을 초래하여 큰 문제가 된다. 도 5는, 종래로부터 제조된 플립칩(Flip Chip) BGA(볼 그리드 어레이, Ball Grid Array) 제조의 방열판부 반도체 장치의 단면도이고, 도 6은 도 5의 방열판부 반도체 장치의 제조공정을 나타낸 도면이다. 도 5에 있어서, 1은 다층의 유리층간에 동박(銅箔)에 의한 패턴이 형성(미도시)된 에폭시 수지로 고정된 BGA기판으로, BGA 기판(1)의 한쪽 표면의 상기 패턴과 반도체 칩(2)의 집적회로의 단자(미도시)가 땜납 범프(3)를 통해서 접속되고, 언더 필(under-fill)수지(4)로 봉지되어 있다. 그리고, BGA 기판(1)의 다른 쪽 표면에는 상기 패턴에 접속된 땜납 볼로 이루어진 외부 전극(5)이 매트릭스 형상으로 배치되어 부착된다. 6은 반도체 칩(2)을 에워싸고 BGA 기판(1)의 한쪽 표면에 열경화성 에폭시 접착재(7)로 부착된 구리를 처음으로 한 금속, 또는 세라믹, 또는 수지로 형성된 보호 링이고, 보호 링(6)의 다른 쪽 표면은 열경화성 에폭시 접착재(9)에 의해, 또한 반도체 칩(2)의 이면은 방열성 수지(10)에 의해 각각 방열판(8)에 접착되어 방열판부 반도체 장치(11)가 구성된다. 그리고, 반도체 칩(2) 및 BGA 기판(1)내의 발생열은, 방열성 수지(10)를 통해서 방열판(7)에 전달되어 외부로 방산된다.
상기와 같이 구성된 방열판부 반도체 장치(11)에 있어서, 반도체 칩(2)으로 방열판(8)을 부착하는 작업은, 도 6에 도시한 것과 같이, 방열판(8)의 보호 링(6)이 접착된 한쪽 표면에 열경화성 에폭시 접착재(9)를 도포하고(도 6a), 열경화성 에폭시 접착재(9)의 다른 쪽의 접착면에는 접착되어도 용이하게 떼어내기 쉬운 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene Terephthalate) 필름(이하, PET 필름재라 말함)으로 이루어진 튼튼하고(solid) 평탄한 형상의 보호 테이프(12)를 접착하여 방열판(8), 열경화성 에폭시 접착재(9) 및 보호 테이프(12)로 이루어진 방열판 구조체(15)를 일체로 구성하고, 이 방열판 구조체(15)를 방열판 자동 부착기(미도시)의 매거진 내에 순차로 포개어 쌓아서 얹어 놓는다(도 6b). 한편으로는, BGA 기판(1)의 한쪽 표면에 땜납 범프(3)를 통해 반도체 칩(2)을 부착하여 언더 필 수지(4)로 봉지함과 동시에, 반도체 칩(2)을 에워싸고 보호 링(6)을 열경화성 에폭시 접착재(7)에 의해 부착하여, 반도체 칩(2)의 이면에는 방열성 수지(10)를도포한다(도 6c). 그리고, 상기 방열판 자동 부착기에 의해 매거진내의 방열판 구조체(15)를 1개씩 픽업하여서 그 보호 테이프(12)를 떼어내고, 반도체 칩(2)과 보호 링(6)에 접착한다(도 6d). 그 후, 150℃에서 4시간의 큐어링을 하여서 열경화성 에폭시 접착재(7, 9) 및 방열성 수지(10)를 경화시키고, 외부 전극(5)을 부착하여 방열판부 반도체 장치(11)의 제조가 완료된다.
그런데, 방열판의 픽업시에 있어서의 고장 발생을 설명하는 도 7에 나타낸 것과 같이, 방열판 자동 부착기로 매거진 내에 있는 방열판 구조체(15a)를 픽업하려고 할 경우, 그 보호 테이프(12a)가 접합된 바로 아래의 방열판 구조체(15b)의 방열판(8b)으로부터 떼어 놓을 때 박리대전하여 방열판(8b)을 정전흡착하고 방열판 구조체(15a, 15b)를 일제히 들어올려버리는 현상이 발생하고, 방열판(8a)의 부드러운 부착을 할 수 없어, 생산성이 저해된다고 하는 문제가 발생하고 있다.
본 발명은 이상과 같은 종래예에서의 문제점을 해소하기 위해 주어진 것으로, 반도체 장치의 방열판의 자동 부착 공정에 있어서, 방열판 부착기의 매거진 내로부터 1개씩 확실히 픽업할 수 있어 방열판의 부드러운 부착을 가능하게 하는 방열판 구조체 및 이를 이용한 반도체 장치의 제조방법을 제공하는데에 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1인 방열판부 반도체 장치의 방열판에 보호 테이프를 접 착한 상태를 나타낸 단면도,
도 2는 도 1의 보호 테이프의 평면도,
도 3은 본 발명의 실시예 2인 방열판부 반도체 장치의 방열판에 보호 테이프를 접착한 상태를 나타낸 단면도,
도 4는 도 3의 보호 테이프의 평면도,
도 5는 플립칩 BGA(Ball Grid Array) 구조의 방열판부 반도체 장치의 단면도,
도 6은 도 5의 방열판부 반도체 장치의 제조공정을 나타낸 단면도,
도 7은 종래 방열판의 픽업시의 고장 발생을 설명하기 위한 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : BGA 기판 2 : 반도체 칩
6 : 보호 링 7, 9 : 열경화성 에폭시 접착재
8 : 방열판 10 : 방열성 수지
11 : 방열판부 반도체 장치 13, 14 : 보호 테이프
13a : 돌기부 14a : 관통구멍
20, 25 : 방열판 구조체
본 발명에 따른 방열판 구조체는, 기판에 탑재된 반도체 칩을 에워싸는 보호부재 상에 접착된 방열판을 포함하는 방열판 구조체에 있어서, 방열판과, 이 방열판의 상기 보호부재가 접착된 면에 피착된 접착재와, 이 접착재에 접착되어도 용이하게 떼어내기 쉬운 재질로 이루어지고, 그 비접착측에 접합된 상대부재의 표면과의 사이의 접합면적을 저감하는 접합면적 저감부가 형성된 상기 접착재에 접착된 보호 테이프를 구비한 것이다.
또한, 접합면적 저감부를 방열판의 접착재에 접착하는 보호 테이프의 비접착측에 돌출하여 형성된 돌기부로 된 것이다.
또한, 접합면적 저감부를 방열판의 접착재에 접착하는 보호 테이프에 개구된 관통구멍으로 된 것이다.
본 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은, 기판에 탑재된 반도체 칩 및 이 반도체 칩을 에워싸는 보호부재 상에 방열판이 접착된 반도체 장치의 제조방법에 있어서, 상기 방열판 구조체를 방열판 부착기의 매거진 내에 포개어 쌓아 얹어 놓는 공정, 포개어 쌓아 놓은 각 방열판 구조체를 픽업하고 그 보호 테이프를 떼어내어 방열판을 반도체 장치의 소정 위치에 부착하는 공정을 포함하도록 된 것이다.
또한, 접합면적 저감부를 방열판의 접착재에 접착하는 보호 테이프의 비접착측에 돌출하여 형성된 돌기부로 된 것이다.
또한, 접합면적 저감부를 방열판의 접착재에 접착하는 보호 테이프에 개구된 관통구멍으로 된 것이다.
여기서, 접합면적 저감부는, 돌기부 및 관통구멍을 포함하는 포괄명칭이다.
(실시예 1).
이하, 본 발명의 일 실시예의 방열판부 반도체 장치의 방열판의 부착방법을 도면에 의거하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예 1인 방열판부 반도체 장치의 방열판에 보호 테이프를 접착한 상태를 나타낸 단면도, 도 2는 도 1의 보호 테이프의 평면도이다. 도 1 및 도 2에서, 13은, PET 필름재로 이루어진 보호 테이프로, 그 중앙부의 내면에는 직경 ψ1∼3mm의 움푹들어간 곳을 형성하고 외측에 1∼2mm 높이로 돌출한 돌기부(13a)가 5개 형성된 열경화성 에폭시 접착재(9)에 접착되고, 방열판(8), 열경화성 에폭시 접착재(9) 및 보호 테이프(13)로 이루어진 방열판 구조체(20)가 일체로 구성된다. 그리고, 방열판 구조체(2)가 방열판 자동 부착기의 매거진 내에 포개어 쌓아 얹어 놓여질 때는, 도 6b에 도시한 종래예에서와 마찬가지로 각 보호 테이프(13)는 바로 아래의 방열판(8)의 상면에 접합한 상태로 두었지만, 돌기부(13a)의 끝부분이 바로 아래의 방열판(8)의 상면과 접하게 되어, 접합면적은 매우 작아진다.
그리고, 이상과 같이 구성된 방열판 구조체(20)를 방열판 자동 부착기의 매거진 내에 포개어 쌓아 얹어 놓고, 종래예에서와 마찬가지로, 도 6에 도시한 공정에 따라서 각 방열판 구조체(20)를 픽업하면, 보호 테이프(13)의 하면과 바로 아래의 방열판(8)의 상면 사이에는 돌기부(13a)의 돌기 높이 1∼2mm분 만큼의 빈틈이 생길 수 있기 때문에, 방열판 구조체(20)를 픽업할 때에 그 보호 테이프(13)는 거의 대전하지 않고, 이 때문에 바로 아래의 방열판(8)이 흡착되지 않고, 부착하려고 하는 방열판(8)만을 확실히 지지하여 부드러운 부착 작업을 할 수 있다.
이때, 돌기부(13a)는 방열판(8)에 열경화성 에폭시 접착재(9)를 도포한 부분을 피해서 보호 테이프(13)의 중앙부에 형성된 것을 도시하였지만, 열경화성 에폭시 접착재(9)를 도포한 부분에 형성하여도 된다. 단, 이 경우는, 포개어 쌓을 때에 확실한 빈틈을 얻기 위한 네변에 밸런스를 맞추어서 돌기부(13a)를 형성하는 편이 좋다.
(실시예 2).
도 3은 본 발명의 실시예 2인 방열판부 반도체 장치의 방열판에 보호 테이프를 접착한 상태를 나타낸 단면도, 도 4는 도 3의 보호 테이프의 평면도이다. 도 3 및 도 4에서, 14는 PET 필름재로 이루어진 보호 테이프로, 그 중앙부에는 직경 ψ2∼3mm의 관통구멍(14a)이 5개 개구된 열경화성 에폭시 접착재(9)에 접착되어, 방열판(8), 열경화성 에폭시 접착재(9) 및 보호 테이프(13)로 이루어진 방열판 구조체(25)가 일체로 구성된다. 그리고, 방열판 구조체(25)가 방열판 자동 부착기의 매거진 내에 포개어 쌓아 얹어 놓여질 때는, 도 6b에 도시한 종래예에서와 마찬가지로 각 보호 테이프(14)는 바로 아래의 방열판(8)의 상면에 접합된 상태로 두었지만, 관통구멍(14a)이 있기 때문에 방열판(8)의 상면으로의 보호 테이프(14)의 접합면적은 작아진다.
이때, 관통구멍(14a)은 방열판(8)에 열경화성 에폭시 접착재(9)를 도포한 부분을 피해서 보호 테이프(14)의 중앙부에 형성한 것을 도시하였지만, 열경화성 에폭시 접착재(9)를 도포한 부분에 형성하여도 되고, 또한 중앙에 큰 관통구멍 1개형성해도 된다.
그리고, 이상와 같이 구성된 방열판 구조체(25)를 매거진 내에 포개어 쌓아 얹어 놓고, 종래예에서와 마찬가지로, 도 6에 도시한 공정에 따라서 각 방열판 구조체(25)를 픽업하면, 보호 테이프(14)의 하면과 바로 아래의 방열판(8)의 상면 사이의 접합면적은 관통구멍(14a)의 5개분 만큼 감소하기 때문에, 각 방열판 구조체(25)를 픽업할 때에 보호 테이프(13)의 대전량도 적어지게 되고, 바로 아래의 방열판 구조체(25)가 흡착되지 않고, 실시예 1에서와 마찬가지로, 부착하려고 하는 방열판(8)만을 확실히 지지하여 부드러운 부착 작업을 할 수 있다.
이때, 상기 실시예 1 및 2에서는, BGA 기판(1)과 다른 재질의 보호 링(6)을 열경화성 에폭시 접착재(7)로 부착한 것을 나타내었지만, 두꺼운 기판을 이용하여 보호 링(6)과 마찬가지의 형상을 갖는 부분을 형성하고, 이 보호부재 상에 열경화성 에폭시 접착재(9)를 통해서 방열판(8)을 접착하도록 하여도 된다. 또한, 접착재는 열경화성 에폭시 접착재(7, 9)에 한하지 않고, 열가소성 에폭시 접착재이어도 된다. 아울러 테이프의 양면에 접착재가 피착된 소위 양면 테이프를 이용하여도 된다. 또한, 본 발명의 기판은 BGA 기판에 한하지 않고, 다른 기판을 이용한 반도체 장치에 대해서도 적용할 수 있다.
본 발명은, 이상과 같이 구성된 것으로 이하에 나타나는 효과를 얻는다.
방열판 구조체를, 방열판과, 이 방열판의 보호부재가 접착된 면에 피착된 접착재와, 이 접착재에 접착되어도 용이하게 떼어내기 쉬운 재질로 이루어지고, 그 비접착측에 접합된 상대부재의 표면과의 사이의 접합면적을 저감하는 접합면적 저감부가 형성된 보호 테이프를 포함한 구성으로 되었기 때문에, 방열판 부착기의 매거진 내에 포개어 쌓아 얹어 놓여진 방열판 구조체 상호간의 추출시의 정전흡착현상이 방지되어 방열판 구조체를 1개씩 확실히 픽업하여 추출할 수 있고, 방열판의 부드러운 부착이 가능해진다.
반도체 장치의 제조방법은, 상기 방열판 구조체를 방열판 부착기의 매거진 내에 포개어 쌓아 얹어 놓는 공정과, 쌓아 얹어 놓은 각 방열판 구조체를 픽업하여 그 보호 테이프를 떼어내고 방열판을 반도체 장치의 소정 위치에 부착하도록 되었기 때문에, 방열판 부착기의 매거진 내에 포개어 쌓아 얹어 놓여진 방열판 구조체를 상호간에 정전흡착을 발생하지 않고 1개씩 확실히 픽업할 수 있고, 반도체 장치의 소정 위치로의 방열판의 자동 부착을 부드럽게 하는 것이 가능해져, 반도체 장치의 제조공정 진보에 지연을 초래하는 등의 지장을 발생하지 않는다.

Claims (3)

  1. 기판에 탑재된 반도체 칩을 에워싸는 보호부재 상에 접착되는 방열판을 포함한 방열판 구조체에 있어서,
    상기 방열판, 이 방열판의 상기 보호부재가 접착되는 면에 피착된 접착재, 이 접착재에 접착되어도 용이하게 떼어내기 쉬운 재질로 이루어지고, 그 비접착측에 접합되는 상대부재의 표면과의 사이의 접합면적을 저감하는 접합면적 저감부가 형성되어 상기 접착재에 접착된 보호 테이프를 구비한 것을 특징으로 하는 방열판 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    접합면적 저감부는, 방열판의 접착재에 접착하는 보호 테이프의 비접착측에 돌출되어 형성된 돌기부인 것을 특징으로 하는 방열판 구조체.
  3. 기판에 탑재된 반도체 칩 및 이 반도체 칩을 에워싸는 보호부재 상에 방열판이 접착된 반도체 장치의 제조방법에 있어서,
    청구항 1 및 2 중 어느 한 항에 기재된 방열판 구조체를 방열판 부착기의 매거진 내에 포개어 쌓아 얹어 놓는 공정과, 상기 포개어 쌓아 얹어 놓은 각 방열판구조체를 픽업하고 그 보호 테이프를 떼어내어 방열판을 반도체 장치의 소정 위치에 부착하는 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
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