KR100478859B1 - 반도체 패키징공정에서 레이저를 이용하여 리드프레임 배면으로부터 테이프 점착제를 제거하는 방법 - Google Patents

반도체 패키징공정에서 레이저를 이용하여 리드프레임 배면으로부터 테이프 점착제를 제거하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 패키징공정에서 레이저를 이용하여 리드프레임 배면으로부터 테이프 점착제를 제거하는 방법에 관하여 개시한다. 개시된 반도체 패키징공정에서 레이저를 이용여 리드프레임 배면으로부터 테이프 점착제를 제거하는 방법은 (a)리드프레임 스트립 하부에 접착테이프를 부착하는 단계; (b)상기 리드프레임 스트립 상을 수지로 몰딩하는 단계; (c)상기 접착테이프를 상기 리드프레임 스트립의 하부로부터 떼어내는 단계; 및 (d)상기 리드프레임 스트립 하부에 잔존하는 점착제의 흔적을 제거하기 위해서 레이저 빔을 조사하는 단계;를 구비한다. 이에 따르면, 리드프레임 스트립 하부에 형성되는 플래쉬를 원천적으로 억제하며, 극히 미량의 플래쉬 및 점착제를 상대적으로 짧은 펄스 폭을 가지는 펄스 레이저를 이용하여 제거하므로, 패키지의 하부면 전면에 형성된 점착제를 집적회로 칩에 손상을 주지 않고 제거할 수 있다.

Description

반도체 패키징공정에서 레이저를 이용하여 리드프레임 배면으로부터 테이프 점착제를 제거하는 방법{Cleaning method of adhesive residue material from a lead frame in semiconductor packaging process using laser}
본 발명은 반도체 패키징공정에서 쓰이는 테이프의 점착제를 레이저를 이용하여 제거하는 방법으로서, 더욱 상세하게는 리드프레임에 다이 본딩(die bonding)하는 과정과 와이어 본딩(wire bonding)과정에서 리드프레임을 지지하고, 스트립의 몰딩공정에서 플래쉬(flash)가 상기 스트립의 하부에 발생되는 것을 억제하는데 쓰이는 테이프로 인한 점착체를 레이저를 이용하여 제거하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 패키지 공정은 반도체칩을 인쇄회로기판 등에 용이하게 실장시키며, 외부 환경으로부터 보호하기 위해 밀봉수지를 사용하여서 반도체칩을 기밀 상태를 유지시키기 위한 공정이다. 반도체 패키지 공정은 반도체 칩을 리드 프레임의 다이패드에 부착시키는 다이본딩(die bonding) 공정과, 상기 반도체칩을 상기 리드 프레임에 전기적으로 연결하는 와아어 본딩(wire bonding) 공정과, 상기 반도체칩 및 그 전기적 연결부위를 기밀 상태로 유지시키는 몰딩(molding) 공정과, 상기 리드 프레임의 외부 리드를 도금시키는 도금(solder plating) 공정과, 상기 리드 프레임의 외부 리드를 성형시키는 성형공정(forming/trimming) 등으로 이루어진다.
도 1은 일반적인 리드프레임 스트립의 평면도이며, 도 2는 도 1의 일부 확대도면이다.
리드프레임 스트립(1)에는 다수의 단위 리드프레임(2)이 매트릭스 어레이로 배열되어 있다. 단위 리드프레임(2)은 반도체 칩이 놓이는 다이패드(12) 및 칩 외곽에의 다수의 리드선(15)으로 구성되어 있다.
도 3은 몰딩된 리드프레임의 측단면도이다.
도 3을 참조하면, 완성된 집적회로 칩(11)이 접착제(13)에 의해서 다이패드(12) 상에 탑재되고, 와이어(14)에 의해 리드 프레임(2)의 리드(15)와 전기적으로 연결된 다음 봉함재 예컨대, EMC(Epoxy Modling Compound)(16)로 봉함되어 집적회로 패키지(10)로 된다. 상기 다이패드(12)는 그 하부가 노출되어 방열판 또는 히트 슬러그(heat slug) 역할을 수행한다.
그런데, 이 리드프레임 스트립내의 칩 수가 많아지고 그 크기가 작아지게 됨에 따라 칩의 탑재와 와이어 본딩 과정에서 얇은 영역의 리드프레임이 휘거나 끊어지는 문제점이 생기게 되었다. 또한, 봉함하는 과정 즉, 몰딩공정에서 다이패드(12) 및 리드(15) 사이의 틈을 통해 봉함재(16)가 흘러 나와 굳음으로써, 다이패드(12) 및 리드의 가장자리에 플래쉬(17)가 형성된다.
이러한 문제점을 보완하기 위해서 최근에 많이 사용되는 방법은, 리드프레임하부에 테이프를 부착하여 리드프레임을 지지하고, 몰딩시의 플래쉬가 흘러나오지 않도록 하는 방법이다.
그러나, 상기 방법은 몰딩 과정후 리드 프레임의 배면으로부터 테이프를 제거시 상기 리드 프레임의 배면에 테이프의 점착제 찌꺼기가 남게 되며, 이 점착제의 제거 문제가 발생된다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반도체 패키징공정에서 리드프레임 지지와 플래쉬 발생 억제의 기능을 가지는 접착테이프를 떼어낸 후, 리드프레임 하부에 남은 접착테이프의 흔적을 레이저를 이용하여 제거하는 클리닝 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체 패키징공정에서 레이저를 이용하여 리드프레임 배면으로부터 테이프 점착제를 제거하는 방법은, (a)리드프레임 스트립 하부에 접착테이프를 부착하는 단계;
(b)상기 리드프레임 스트립 상을 수지로 몰딩하는 단계;
(c)상기 접착테이프를 상기 리드프레임 스트립의 하부로부터 떼어내는 단계; 및
(d)상기 리드프레임 스트립 하부에 잔존하는 점착제의 흔적을 제거하기 위해서 레이저 빔을 조사하는 단계;를 구비한다.
상기 (d)단계는, 상기 점착제를 제거할 리드프레임 스트립이 놓이는 테이블;
상기 점착제를 제거하기 위해 10 ns 이하의 펄스폭을 가지는 펄스 레이저 빔을 출력하는 고체 레이저 빔 발생기;
상기 레이저 빔 발생기로부터 출사된 레이저 빔의 구경을 확대하는 자동 빔 가변기;
상기 자동 빔 가변기를 통과한 레이저 빔의 경로를 상기 리드프레임 스트립의 하부면의 임의의 위치로 변경하는 미러; 및
상기 미러에서 반사된 레이저 빔을 상기 리드프레임 스트립에 집속하는 집속렌즈;를 구비하는 레이저 장치를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 레이저 빔 발생기에서 발생되는 레이저 빔의 파장은 1100 nm 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 (d)단계는, 상기 집속렌즈의 초점거리에 놓인 상기 테이블을 상기 집속렌즈 방향으로 소정 거리 상방으로 이동하여, 상기 레이저 빔이 상기 리드프레임 스트립 하부에 디포커스되게 조사하며, 상기 디포커스된 레이저 빔의 스폿 싸이즈는 2~3 mm 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키징공정에서 레이저를 이용한 테이프 점착제 클리닝 방법을 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이며, 도면에서 동일한 부호는 동일한 부재를 지칭한다.
도 4는 본 발명에 따른 클리닝 방법을 나타내는 흐름도이다.
도면을 참조하면, 몰딩 공정 이전에 리드프레임 스트립(1)의 하부에 접착테이프(미도시)를 부착한다(제1단계). 상기 접착테이프는 필름, 예컨대 PET 또는 PVC 필름을 지지재로 하여 그 일면에 실리콘 물질과 같은 점착제를 도포한 것으로서, 상기 점착제는 리드프레임 스트립 및 필름 사이의 부착을 돕는다. 이러한 리드프레임 스트립(1) 하부의 테이핑 공정은 리드프레임 스트립(1) 내의 리드프레임들(2)을 지지하는 한편, 후술하는 플래쉬 생성을 억제하는 역할을 한다.
여기서 제1단계는 다이본딩 공정 또는 와이어 본딩 공정 직전에 이루어 질 수도 있다.
상기 테이핑 공정(제1단계)후, 리드프레임 스트립(1) 상을 EMC 수지(16)로 몰딩한다(제2단계). 이때 몰딩공정은 리드프레임 스트립(1) 상의 다수의 리드프레임(2) 상을 일시에 몰딩하거나 또는 단위 리드프레임(2) 마다 몰딩하는 방법을 선택할 수 있다.
다음에 상기 테이프를 상기 리드프레임 스트립(1) 하부로부터 떼어낸다(제3단계). 상기 테이프를 벗겨낸 다음의 상기 리드프레임 스트립(1)의 하부에는 점착제의 일부가 남는다. 이 점착제는 반도체 패키지 공정의 다음 공정인 도금 공정이 불완전하게 이루어지게 하여 인쇄회로기판 등에 대한 실장이 불량하게 하는 문제를 야기시키며, 또한, 다이패드로부터의 방열을 방해한다. 따라서, 점착제의 제거가 필요하며, 이는 다음의 공정(제4단계)에서 수행된다.
상기 리드프레임 스트립(1)의 하부에 잔존하는 점착제의 흔적을 제거하기 위해서 본 발명에서는 레이저 장치로부터의 레이저 빔을 직접 조사한다(제4단계).
도 5는 본 발명에서 사용되는 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 점착제를 제거할 집적회로 패키지(10)가 놓이는 테이블(38), 레이저 빔(32)을 발생시키는 레이저 빔 발생기(31), 레이저 빔(32)의 출력을 검출하여 감시하는 검출기(34), 레이저 빔(32)의 구경을 확대하는 자동 빔 가변기(35), 레이저 빔의 경로를 바꾸면서 테이블(38) 상에서의 빔 좌표를 변경하는 미러(36), 레이저 빔을 집적회로 패키지(10)의 방열판으로 집속시키는 집속렌즈(37)로 이루어진다. 각 구성요소들의 구체적인 구조와 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 실시예에서 사용한 레이저 빔 발생기(31)는 약 8ns의 펄스 폭을 가지고 1100 nm 이하의 파장, 예컨대 532nm 파장을 가지는 펄스 레이저를 발생하는 Nd:YAG 레이저 빔 발생기이다. 또한, 펄스 에너지는 85mJ이고 반복율(repetition rate)은 120Hz이며, 평균 출력은 10W이다. 일반적으로, 집적회로 패키지(10)의 하부에 형성된 점착제와 극히 미량의 플래쉬는 그 두께가 매우 얇다. 따라서, 고에너지의 레이저 빔을 장시간 조사할 경우 집적회로 패키지(10)에 손상을 줄 수 있다. 이를 방지하기 위해, 본 실시예의 레이저 빔은 그 펄스 폭을 상대적으로 짧게 하고 초점 크기도 상대적으로 크게 하여 에너지 밀도를 낮춘다(상세한 내용을 후술한다). 또한, 본 실시예의 레이저는 고체 레이저(solid state laser)이므로 유독 가스를 사용하는 엑시머(excimer) 레이저에 비해 환경상 또는 관리상 문제가 없다.
검출부는 솔레노이드를 이용한 셔터(Shutter)에 전반사 미러(33)를 장착하여, 제어부에서 검출 명령을 준 경우 전반사 미러가 부착된 셔터가 내려와 레이저 빔의 경로를 바꾸어주어 레이저 빔(32)이 검출기(34)에 들어가도록 한다. 검출된 결과는 제어부(미도시)로 입력되어 모니터(미도시)에 표시되어 작업자가 언제든지 확인할 수 있게 된다.
자동 빔 가변기(35)는 두 렌즈(351, 352) 간의 거리를 조절함으로써 빔 가변 배율을 조절할 수 있도록 한 것이다. 도면에서 자동 빔 가변기(35)는 두 개의 볼록렌즈로 도시되어 있으나, 하나의 오목렌즈와 하나의 볼록렌즈로 구성할 수 있으며, 두 개 이상의 복수개의 렌즈군으로 구성할 수도 있다.
미러(36)는 각각 반사각을 독립적으로 조절할 수 있는(즉, 각각의 회전축을 중심으로 독립적으로 회전할 수 있는) 제1미러(361)와 제2미러(362)로 구성된다. 따라서, 자동 빔 가변기(35)를 통과하여 조절하고자 하는 구경으로 가변된 확대된 레이저 빔(32)은 먼저 제1미러(361)에 의해 반사되어 제2미러(362)로 입사되고, 제1미러(361)의 회전축과 수직인 회전축을 중심으로 회전하는 제2미러(362)에 의해 반사되어 집속렌즈(37)로 입사된다. 따라서, 제1미러(361)는 레이저 빔(32)을 예컨대, 테이블(38) 상의 X축 방향의 소정 좌표에 맺히도록 반사하고, 제2미러(362)는 레이저 빔(32)을 테이블(38) 상의 Y축 방향의 소정 좌표에 맺히도록 반사함으로써, 레이저 빔(32)을 테이블(38) 평면상의 어느 위치든지 위치할 수 있게 한다. 제1미러(361)와 제2미러(362)는 전류값에 의해 회전각도를 용이하게 조절할 수 있는 갈바노 미러(galvano mirror)인 것이 바람직하다.
집속렌즈(37)는 미러(36)에 의해 경로가 바뀐 레이저 빔(32)을 집속하여 집적회로 패키지(10) 배면으로 맺히도록 한다. 집속렌즈(37)는 집적회로 패키지(10)에 맺히는 레이저 빔(32)이 집적회로 패키지(10)의 어느 곳에서도 가능한 한 동일한 초점 크기를 가지도록 플랫 필드 렌즈(flat field lens)인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서는 리드프레임 스트립(1)의 하부면 전체를 레이저 빔(32)이 지그재그로 조사되어야 하며, 집적회로 패키지(10)의 손상을 방지하기 위해서 디포커스된 레이저빔을 사용한다. 이 디포커스된 레이저 빔은 집속렌즈(37)로부터 초점거리에 위치한 테이블(38)을 집속렌즈 방향으로 소정 거리 이동시킴으로써 얻을 수 있다. 바람직하게는 집적회로 패키지(10)의 하부에 조사되는 레이저 빔의 스폿 싸이즈(spot size)를 2~3 mm 되게 한다. 상기와 같은 레이저 빔을 리드프레임 스트립(1)의 하부에 조사한 결과, 점착제 및 극히 미량의 플래쉬가 제거되었으며, 일부 영역에서는 다이패드(12) 및 리드(15)로부터 노출된 일부 봉함재(16)가 25 ㎛ 이하로 제거되었으며, 이는 집적회로 패키지(10)에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
테이블(38) 위에는 점착제를 제거할 리드프레임 스트립(1)이 장착되는데, 성형이 끝난 집적회로 패키지(10)는 여러 개의 패키지가 일렬로 연결된 스트립(strip) 상태로 공급되어 장착된다. 한편, 도면에서 집적회로 패키지(10)와 테이블(38)은 고정되어 있고, 두 개의 미러(361, 362)가 각각 독립적으로 반사각을 조절함으로써 레이저 빔(32)을 원하는 위치에 집속시키는 것으로 도시되어 있지만, 반드시 이에 한할 필요는 없다. 즉, 하나의 미러만을 구비하고 이 미러는 하나의 축 예컨대, X축 방향으로만 소정 좌표 상에 레이저 빔을 맺히게 하고, 테이블을 Y축 방향으로 움직이게 함으로써 방열판(12)의 모든 위치를 접근가능하게 할 수도 있다. 나아가, 하나의 고정된 미러만을 구비하고 테이블을 X, Y축 양방향으로 움직이게 하여도 무방하다.
다음으로 도 5에 도시된 레이저 장치를 이용하여 리드프레임 스트립의 하부에 형성된 점착제를 제거하는 과정을 설명한다.
먼저, 작업자는 제어부(미도시)의 조작 패널을 조작하여 점착제를 제거할 집적회로 패키지의 종류를 선택한다. 그러면, 제어부는 내장된 메모리로부터 패키지의 종류에 따라 초점 크기를 조절할 수 있는 자동 빔 가변기(35)의 빔 조절 정도, 방열판(12)의 크기에 따라 미러(361, 362)의 최대 회전각, 작업시간 즉, 미러(361, 362)의 회전속도, 레이저 빔의 출력 등 최적화된 운전조건을 선택하여 각 구성요소에 설정한다. 한편, 또한, 에너지 밀도가 상대적으로 낮게 하고 상대적으로 짧은 펄스 폭으로 레이저 빔이 조사되어 집적회로 패키지(10)에 거의 손상을 입히지 않고 점착제를 제거할 수 있도록 레이저 빔이 디포커스되고 레이저 빔 스폿 싸이즈가 2~3 mm 되게 테이블(38) 및 집속렌즈(37) 사이의 거리를 조절한다.
이어서, 성형이 끝난 집적회로 패키지(10)가 스트립 상태로 테이블(38) 상에 장착된다. 그러면, 미리 설정된 운전조건에 따라 소정 시간동안 미러(36)의 회전에 의해 리드프레임 스트립(1) 구석구석으로 레이저 빔(32)이 옮겨가면서 점착제가 제거된다.
점착제가 완전히 제거되었으면 스트립 상의 다음 패키지에 대해 전술한 과정을 반복하고, 추가적인 제거가 필요하다고 판단되면 이를 표시하고 점착제가 덜 제거된 패키지들을 모아 다시 제거작업을 한다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 레이저를 이용하여 점착제를 제거하므로, 환경친화적이고 간단하고 깨끗하게 점착제를 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상대적으로 짧은 펄스 폭을 가지는 펄스 레이저를 이용하므로, 패키지의 하부면 전면에 형성된 점착제를 집적회로 칩에 손상을 주지 않고 제거할 수 있다. 특히, 본 발명의 점착제 제거장치에 사용되는 레이저는 고체 레이저이므로 관리와 환경상의 문제가 없다.
본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 일반적인 리드프레임 스트립의 평면도이다.
도 2는 도 1의 일부 확대도면이다.
도 3은 몰딩된 리드프레임의 측단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 디플래싱 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명에서 사용되는 레이저 장치의 개략적인 구성도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
1: 리드프레임 스트립 2: 단위 리드프레임
10: 집적회로 패키지 11: 집적회로 칩
12: 다이패드 13: 접착제
14: 와이어 15: 리드
16: 봉함재 17: 플래쉬(flash)
31: 레이저 빔 발생기 32: 레이저 빔
33: 미러 34: 검출기
35: 자동 빔 가변기 36: 미러
37: 집속렌즈

Claims (6)

  1. (a)리드프레임 스트립 하부에 접착테이프를 부착하는 단계;
    (b)상기 리드프레임 스트립 상을 수지로 몰딩하는 단계;
    (c)상기 접착테이프를 상기 리드프레임 스트립의 하부로부터 떼어내는 단계; 및
    (d)상기 리드프레임 스트립 하부에 잔존하는 점착제의 흔적을 제거하기 위해서 레이저 빔을 조사하는 단계;를 구비하며,
    제 1 항에 있어서, 상기 (d)단계는,
    상기 점착제를 제거할 리드프레임 스트립이 놓이는 테이블;
    상기 점착제를 제거하기 위해 10 ns 이하의 펄스폭을 가지는 펄스 레이저 빔을 출력하는 고체 레이저 빔 발생기;
    상기 레이저 빔 발생기로부터 출사된 레이저 빔의 구경을 확대하는 빔 가변기;
    상기 자동 빔 가변기를 통과한 레이저 빔의 경로를 상기 리드프레임 스트립의 하부면의 임의의 위치로 변경하는 미러; 및
    상기 미러에서 반사된 레이저 빔을 상기 리드프레임 스트립에 집속하는 집속렌즈;를 구비하는 레이저 장치를 이용하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하여 테이프 점착제를 제거하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔 발생기에서 발생되는 레이저 빔의 파장은 1100 nm 이하인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하여 테이프 점착제를 제거하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 (d)단계는,
    상기 레이저 빔이 상기 리드프레임 스트립 하부에 디포커스되게 조사되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하여 테이프 점착제을 제거하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 빔 가변기의 렌즈 위치를 수동 또는 자동으로 조절함으로써 상기 레이저 빔이 디포커스되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하여 테이프 점착제를 제거하는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 디포커스된 레이저 빔의 스폿 싸이즈는 2~3 mm 인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용하여 테이프 점착제를 제거하는 방법.
KR10-2002-0056805A 2002-09-18 2002-09-18 반도체 패키징공정에서 레이저를 이용하여 리드프레임 배면으로부터 테이프 점착제를 제거하는 방법 KR100478859B1 (ko)

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KR10-2002-0056805A KR100478859B1 (ko) 2002-09-18 2002-09-18 반도체 패키징공정에서 레이저를 이용하여 리드프레임 배면으로부터 테이프 점착제를 제거하는 방법

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Citations (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59117223A (ja) * 1982-12-24 1984-07-06 Hitachi Yonezawa Denshi Kk 半導体プラスチツクパツケ−ジレジンのバリ除去方法
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KR19980068001A (ko) * 1997-02-14 1998-10-15 문정환 반도체 패키지의 제조방법
KR20000038064A (ko) * 1998-12-03 2000-07-05 마이클 디. 오브라이언 반도체패키지의제조방법

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