KR100933461B1 - 리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착 장비 및 그작동방법 - Google Patents

Abstract

리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착 장비 및 이를 이용한 반도체 칩 접착방법에 관해 개시한다. 이를 위해 본 발명은, 다이 접착 장비 본체와, 다이 접착 장비 본체 내부에 설치되고 웨이퍼로부터 반도체 칩을 집어 이동하는데 사용되는 콜렛과, 다이 접착 장비 본체 내부에 설치되고 상기 콜렛 하부에 위치하며 소잉이 완료된 웨이퍼가 놓이는 픽업 스테이지에 있어서, 상기 픽업 스테이지는, 최하부에 위치한 푸쉬 유닛과, 푸쉬 유닛 위에 고정된 가운데가 들어간 호 모양의 리프 스프링(leaf spring)과, 리프 스프링 위에 수직으로 고정되고 중앙부의 길이가 가장자리의 길이보다 긴 복수개의 플란자 핀(plunger pin)을 구비하는 것을 특징으로 하는 리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착 및 그 작동방법을 제공한다.

다이 접착, 반도체 칩 접착, 플란자 핀, 리프 스프링.

Description

리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착 장비 및 그 작동방법{Die attach equipment having a leaf spring and operation method thereof}

본 발명은 반도체 패키지 제조공정에 제조 장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼로부터 분리된 개별 반도체 칩을 에폭시(epoxy) 혹은 접착테이프를 사용하여 리드프레임 혹은 인쇄회로기판에 접착시키는 반도체 칩 접착 장비에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 패키지 전반부(front process) 제조공정은, 웨이퍼 소잉(sawing) 공정, 반도체 칩 접착 공정(Die attach process), 와이어 본딩 공정, 몰딩 혹은 앤캡슐레이션(encapsulation) 공정으로 이루어진다.

이때, 반도체 칩 접착 공정은, 다이아몬드 블레이드(diamond blade)사용하여 개별 반도체 칩으로 분리가 완료된 것을 웨이퍼로부터 떼어내어 에폭시 및 접착테이프와 같은 접착수단을 사용하여 리드프레임(leadframe) 혹은 인쇄회로기판(PCB)과 같은 반도체 패키지의 기본 프레임(base frame)에 부착하는 공정을 가리킨다.

한편, 반도체 패키지는 소형화 및 경박단소화를 추구하는 전자제품의 개발 추세에 따라, 그 크기 및 두께가 점차 작아지고 얇아지고 있으며, 필요시 복수개의 반도체 칩을 하나의 리드프레임 혹은 인쇄회로기판 위에 부착하는 적층형 반도체 패키지(stacked package)의 사용이 일반화되고 있다. 이에 따라 반도체 칩의 두께 역시 점차 얇아지기 때문에 반도체 칩 접착 공정에서는 반도체 칩에 가해지는 손상을 최소화시킬 수 있는 새로운 기술이 요구되고 있다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 반도체 칩 접착 장비의 플란자 핀의 구조를 보여주는 단면도들이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은 다수개의 플란자 핀(18)이 접착테이프(12)에 붙여진 개별 반도체 칩(14)을 들어올려 떼어내는 플란자 핀(18) 방식이고, 도 2는 단계적으로 올라가는 피라미드(pyramid) 방식으로서 변형된 플란자 핀(20)이 접착테이프(12)에 붙여진 개별 반도체 칩(14)을 들어올려 떼어내는 개선된 방식이다.

도 2에 도시된 피라미드 방식의 플란자 핀(20)은, 도 1의 플란자 핀(18)과 비교하여 초박형의 반도체 칩(14)에 가해지는 손상(damage)을 줄이는 측면에서 상당히 효과적이다. 그러나 현재 널리 통용되고 있는 도1의 플란자 핀(18) 방식과는 작동방식이 상이하기 때문에 반도체 칩 접착 장비의 모듈 일부 및 소프트웨어 전체를 교체하여야 하는 문제점이 있다. 이와 함께 피라미드 방식의 플란자 핀(20)은 반도체 칩(14)의 크기별로 전용 플란자 핀(20) 키트(kit)가 필요하기 때문에, 장비에 투자되는 비용 측면에서 부담이 발생하는 실정이다.

따라서 도 1과 같이 복수개의 플란자 핀(18)을 사용하지 않고 개선된 피라미드 방식의 플란자 핀(20)을 사용하여 반도체 칩 접착 장비에서 개별 반도체 칩을 떼어내면 전용 설비가 필요하며, 반도체 칩의 크기별로 전용 키트가 필요한 문제점 이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 복수개의 플란자 핀을 사용하면서도 반도체 칩에 손상에 가해지는 정도를 최소화할 수 있는 토크 방식의 플란자 핀을 갖는 반도체 칩 접착 장비를 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 토크 방식의 플란자 핀을 갖는 반도체 칩 접착 장비를 이용한 반도체 칩 접착방법을 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에 의한 리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착 장비는, 다이 접착 장비 본체와, 상기 다이 접착 장비 본체 내부에 설치되고 웨이퍼로부터 반도체 칩을 집어 이동하는데 사용되는 콜렛(collet) 및 상기 다이 접착 장비 본체 내부에 설치되고 상기 콜렛 하부에 위치하며 소잉(sawing)이 완료된 웨이퍼가 놓이는 픽업 스테이지(pick-up stage)에 있어서, 상기 픽업 스테이지는, 픽업 스테이지 본체의 최하부에 위치한 푸쉬 유닛(push unit)과, 상기 픽업 스테이지 본체 내부에서 상기 푸쉬 유닛 위에 설치된 가운데가 들어간 호 모양의 리프 스프링(leaf spring)과, 상기 픽업 스테이지 본체 내부에서 상기 리프 스프링 위에 수직으로 고정되고 중앙부의 길이가 가장자리의 길이보다 긴 복수개의 플란자 핀(plunger pin)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 제1 실시예에 의하면, 상기 푸쉬 유닛은 상부가 평면인 것이 적합하고, 상기 복수개의 플란자 핀은, 상기 리프 스프링 위에 설치된 형태는 동일 높이지만, 푸쉬 유닛이 올려질 때 가운데는 높고 가장자리는 낮은 형태로 되는 것이 적합하다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 플란자 핀은, 상기 리프 스프링의 오목한 면에 수직으로 세워진 것이 적합하고, 상기 리프 스프링에 탈착 및 부착이 가능한 구조인 것이 적합하다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착 장비의 작동방법은, ① 호 모양의 리프 스프링(leaf spring)과, 상기 리프 스프링 위에 수직으로 설치되고 중앙부의 길이가 가장자리의 길이보다 긴 복수개의 플란자 핀(plunger pin)을 갖는 픽업 스테이지를 포함하는 반도체 칩 접착 장비를 준비하는 단계와, ② 상기 리프 스프링 아래에서 푸쉬 유닛을 위로 올리는 단계와, ③ 상기 리프 스프링 위에 수직으로 세워진 플라자 핀이 수평하게 위로 올라가는 단계와, ④ 상기 호 모양의 리프 스프링이 휘어져 상기 푸쉬 유닛에 밀착되는 단계와, ⑤ 상기 리프 스프링의 동작에 따라 상기 플란자 핀의 가운데가 높아지고 가장자리가 낮아진 상태로 위로 올라가는 단계와, ⑥ 상기 플란자 핀에 의해 상기 픽업 스테이지 위의 웨이퍼에서 단위 반도체 칩이 위로 올려져 분리되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 웨이퍼는, 확장 테이프에 부착된 상태로 소잉이 완료된 상태인 것이 적합하다.

따라서, 상술한 본 발명에 따르면, 첫째, 첫째, 리프 스프링을 이용하여 플란자 핀을 여러 단계에 걸쳐 위로 올리기 때문에 반도체 칩에 가해지는 손상을 최소화시킬 수 있다.

둘째, 도 1에 나와 있는 기존의 범용화된 플란자 핀 방식과 유사한 원리로 반도체 칩을 웨이퍼에서 떼어내어 밀어 올리기 때문에, 반도체 칩 접착 장비에서 사용되는 소프트웨어(Software)를 바꾸거나 픽업 스테이지 모듈을 모두 교체할 필요가 없이 약간의 변경만으로 적용이 가능한 장점이 있다.

셋째, 반도체 칩 크기가 변화시 리프 스프링 위에 있는 플란자 핀의 위치를 바꾸거나 추가 혹은 제거를 통하여 대응이 가능한 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 아래의 상세한 설명에서 개시되는 실시예는 본 발명을 한정하려는 의미가 아니라, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게, 본 발명의 개시가 실시 가능한 형태로 완전해지도록 발명의 범주를 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 3은 일반적인 반도체 칩 접착 장비에서 웨이퍼로부터 개별 반도체 칩을 떼어내는 동작을 설명하기 위한 측면도들이다.

도 3을 참조하면, 웨이퍼 소잉(sawing) 공정에 의하여, 웨이퍼(200) 상태에서 개별 반도체 칩(210)으로 절단된 결과물은, 확장테이프(310)가 붙여진 지지링(supporting ring, 300)에 탑재되어 반도체 칩 접착 공정으로 로딩(loading)된 다.

그리고 상기 절단된 상태의 반도체 칩(210)은 반도체 칩 접착 장비의 작업대(work holder, 300)에 올려져 반도체 패키지를 만들기 위한 리드프레임 혹은 인쇄회로기판의 칩 패드 위에 하나씩 부착되게 된다. 상세히 설명하면, 픽업 스테이지(100)에 있는 플란자 핀(102)이 접착테이프(310) 아래에서 개별 반도체 칩(210)을 하나씩 들어올리면, 반도체 칩 접착 장비 내부에 있는 콜렛(collet, 400)은 진공에 의하여 떨어진 낱개의 반도체 칩(210)을 리드프레임이나 인쇄회로기판 위로 옮겨서 에폭시 혹은 접착테이프와 같은 접착수단을 이용하여 접착하게 된다.

한편, 상기 콜렛(400)은 디지털 본드 헤드(Digital bond head, 500)와 연결되어 있으며, 상기 디지털 본드 헤드(500)는 스탭핑 모터(stepping motor, 600)에 의하여 제어된다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착 장비의 구조 및 작동방식을 설명하기 위한 단면도들이다.

먼저, 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착 장비의 구조에 관해 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 리프 스프링을 포함하는 바도체 칩 접착 장비는, 다이 접착 장비 본체와, 상기 다이 접착 장비 본체에 설치되고 반도체 칩을 집어 이동하는데 사용되는 콜렛(collet, 400) 및 상기 다이 접착 장비 본체 내부에 설치되고 상기 콜렛(400) 하부에 위치하며 소잉이 완료된 웨이퍼가 놓이는 픽업 스테이지(100)를 포함한다.

이러한 다이 접착 장비의 일반적인 구조는 장비 제조업체 별로 유사한 구성을 갖고 있으며, 널리 알려진 공지의 기술이기 때문에 이에 관한 상세한 설명을 생략한다. 한편, 본 발명의 주요 특징은 다이접착 장비 내부에서 상기 픽업 스테이지(100)의 구조에 있기 때문에 이하, 이에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 반도체 칩 접착 장비의 픽업 스테이지(pick-up stage, 100)는, 픽업 스테이지 본체(108)에서 최하부에 위치한 푸쉬 유닛(push unit, 106)을 포함한다. 상기 푸쉬 유닛(106)은 플란자 핀(102)을 위로 올리는 구동력을 제공하는 수단이 되며, 구조적 특징은 상부면이 평평한 평면이라는 것이다.

상기 푸쉬 유닛(106) 위에는 리프 스프링(104)이 설치되어 있다. 상기 리프 스프링(104)의 구조적 특징은 가운데 움푹하게 들어간 호 모양이며, 가운데가 움푹하게 들어간 부분이 위쪽을 향하도록 상기 리프 스프링(104) 위에 설치되어 있다. 상기 리프 스프링(104)은 본 발명의 목적을 달성하는 가장 특징적인 구성요소로서, 높이를 달리하는 복수개의 플란자 핀(102)이 위로 올려질 때, 가운데 부분이 먼저 들려지고, 가장자리 부분이 뒤따라 들려져 반도체 칩(210)이 확장테이프(310)에서 떨어질 때 손상이 최소화될 수 있도록 하는 수단이 된다.

또한 본 발명에 의한 반도체 칩 접착 장비의 픽업 스테이지(100)는 상기 리프 스프링(104) 위에 수직으로 세워져 그 상부 높이가 동일한 복수개의 플란자 핀(102)을 포함한다. 비록 상기 플란자 핀(102)은 리프 스프링(104) 위에서 설치된 높이는 동일하지만, 상기 푸쉬 유닛(106)이 위로 올려질 때, 리프 스프링(104)의 작동에 의하여 가운데는 높고 가장자리는 낮은 형태로 변화되는 특징이 있다. 또한 상기 플란자 핀(102)은 리프 스프링(104) 위에 탈착 및 부착이 가능한 구조인 것이 적합하며, 이에 대해서는 추후 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

이어서 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 의한 리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착 장비의 작동방식에 대해 설명한다.

먼저, 위에서 설명된 도 4와 같이 호 모양의 리프 스프링(leaf spring, 104)과, 상기 리프 스프링(104) 위에 수직으로 설치되고 중앙부의 길이가 가장자리의 길이보다 긴 복수개의 플란자 핀(plunger pin, 102)을 갖는 픽업 스테이지(100)를 포함하는 반도체 칩 접착 장비를 준비한다. 이때, 상기 픽업 스테이지(100) 위에는 확장 테이프(310)에 부착된 상태로 소잉이 완료된 웨이퍼가 로딩(loading)되어 있는 것이 바람직하다. 그 후, 콜렛(400)이 아래로 내려와 웨이퍼로부터 떼어낼 반도체 칩(210)을 진공(vacuum)으로 흡착한다.

이어서 상기 리프 스프링(104) 아래에서 상부면이 평면인 형태의 푸쉬 유닛(106)이 위로 올려진다. 이에 따라 리프 스프링(104) 상부에 설치된 플란자 핀(102)도 수형 상태로 위로 올려져 픽업 스테이지(100) 위에 있는 확장 테이프(310)를 동일한 높이로 들어올린다. 이때, 동일한 힘과 높이로 반도체 칩(210) 하부에서 플란자 핀(102)이 위로 올려지기 때문에, 반도체 칩(210)에 가해지는 스트레스(stress)는 최소화된다.

한편, 상기 리프 스프링(104)은 휘어질 수 있는 임계치 이상의 힘이 가해지면, 스프링의 탄성이 작용되어 도 5와 같은 호 모양에서 도 6과 같은 수평한 모양으로 변화된다. 이에 따라 리프 스프링(104)은 휘어져 상기 푸쉬 유닛(106)의 상 부 평면에 밀착된다. 이러한 리프 스프링(104)의 동작에 따라 도 6과 같이 콜렛(400)이 반도체 칩(210)을 진공으로 흡착하여 들어올릴 때, 리프 스프링(104) 상부에 수직으로 설치된 복수개의 플란자 핀(102)은 가운데가 높아지고 가장자리가 낮아진 상태로 위로 올라가 확장테이프(310)에 붙어 있는 단위 반도체 칩(210)을 가장자리부터 떼어내게 된다. 이것은 중앙부가 길고 가장자리가 낮게 설치된 플란자 핀(102)이 리프 스프링(106)의 작동에 의하여 하부의 높이가 동일해지면서, 중앙부에 있는 플란자 핀(102)이 먼저 반도체 칩(210)을 들어올리고, 그 양측면의 가장자리부터 순차적으로 여러 단계를 거쳐 반도체 칩(210)을 들어올려 확장 테이프(310)에 붙어 있는 반도체 칩(210)을 떼어낸다. 이로 인하여 반도체 칩(210)에 가해지는 손상을 최소화할 수 있다. 따라서 본원 발명은 길이가 서로 다른 플란자 핀(102)을 사용하여 반도체 칩(210)을 확장테이프(310)에서 떼어내는 방식이다.

한편, 본 발명에 의한 반도체 칩 접착 장비에서는 상기 반도체 칩(210)이 웨이퍼로부터 떼어진 후, 반도체 패키지용 기본프레임에 에폭시나 접착테이프와 같은 접착수단을 통하여 탑재되는 공정이 있으나, 이는 통상적인 절차 및 공정에 따라 진행되기 때문에 이에 대한 상세한 언급은 생략한다.

도 7은 리프 스프링 오목면의 평면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 의한 리프 스프링(104)의 상부면에는 복수개의 플란자 핀 결합부(110)가 매트릭스 형태로 마련되어 있다. 이에 따라 플란자 핀을 부착하거나 탈착하는 것이 가능한 구조로 되어 있다. 이러한 리프 스프링(104)의 상부면 구조는 반도체 칩(210)의 크기가 변화할 때, 리프 스프링(104) 위에 수직으 로 설치되는 플란자 핀을 적정 위치로 옮기거나 그 개수를 가감하는 형태로 변화시켜 대응할 수 있는 장점을 발생한다.

한편, 본 발명에 의한 반도체 칩 접착 장비의 픽업 스테이지는 도 1과 같이 범용적으로 사용되는 플란자 핀 방식의 반도체 칩 접착 장비에서 플란자 핀의 길이만 조정하고 하부에 리프 스프링만을 추가하는 방식이기 때문에, 기존의 플란자 핀 방식의 반도체 칩 접착 장비를 간단히 개조하여 사용할 수 있다. 이에 따라, 도 2와 같은 피라미드 방식의 반도체 칩 접착 장비와 같이 내부에 사용되는 소프트웨어를 전체적으로 교체할 필요가 없기 때문에, 반도체 칩 접착 장비에서 반도체 칩에 가해지는 손상을 최소화함과 동시에, 장비의 성능 개선에 사용되는 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함이 명백하다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 반도체 칩 접착 장비의 플란자 핀의 구조를 보여주는 단면도들이다.

도 3은 일반적인 반도체 칩 접착 장비에서 웨이퍼로부터 개별 반도체 칩을 떼어내는 동작을 설명하기 위한 측면도들이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착 장비의 구조 및 작동방식을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 7은 리프 스프링 오목면의 평면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: 픽업 스테이지, 102: 플란자 핀(plunger pin),

104: 리프 스프링, 106: 푸쉬 유닛(push unit);

108: 픽업 스테이지 본체, 110: 플란자 핀 결합부,

210: 반도체 칩, 310: 확장테이프,

400: 콜렛(collet).

Claims (7)

1. 반도체 칩 접착 장비 본체;

   상기 반도체 칩 접착 장비 본체 내부에 설치되고 웨이퍼로부터 반도체 칩을 집어 이동하는데 사용되는 콜렛(collet); 및

   상기 반도체 칩 접착 장비 본체 내부에 설치되고 상기 콜렛 하부에 위치하며 소잉(sawing)이 완료된 웨이퍼가 놓이는 픽업 스테이지(pick-up stage)를 포함하는 반도체 칩 접착장비에 있어서,

   상기 픽업 스테이지는,

   픽업 스테이지 본체의 최하부에 위치한 푸쉬 유닛(push unit);

   상기 픽업 스테이지 본체 내부에서 상기 푸쉬 유닛 위에 설치된 가운데가 들어간 호 모양의 리프 스프링(leaf spring);

   상기 픽업 스테이지 본체 내부에서 상기 리프 스프링의 오목한 면에 수직으로 고정되고 중앙부의 길이가 가장자리의 길이보다 긴 복수개의 플란자 핀(plunger pin)을 구비하는 것을 특징으로 하는 리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착 장비.
2. 제1항에 있어서,

   상기 푸쉬 유닛은 상부가 평면인 것을 특징으로 하는 리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착 장비.
3. 제1항에 있어서,

   상기 복수개의 플란자 핀은,

   상기 리프 스프링 위에 설치된 형태는 동일 높이지만, 푸쉬 유닛이 올려질 때 가운데는 높고 가장자리는 낮은 형태로 되는 것을 특징으로 하는 리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착 장비.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 플란자 핀은,

   상기 리프 스프링에 탈착 및 부착이 가능한 구조인 것을 특징으로 하는 리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착 장비.
6. 호 모양의 리프 스프링(leaf spring)과, 상기 리프 스프링 위에 수직으로 설치되고 중앙부의 길이가 가장자리의 길이보다 긴 복수개의 플란자 핀(plunger pin)을 갖는 픽업 스테이지를 포함하는 반도체 칩 접착 장비를 준비하는 단계;

   상기 리프 스프링 아래에서 푸쉬 유닛을 위로 올리는 단계;

   상기 리프 스프링 위에 수직으로 세워진 플라자 핀이 수평하게 위로 올라가는 단계;

   상기 호 모양의 리프 스프링이 휘어져 상기 푸쉬 유닛에 밀착되는 단계;

   상기 리프 스프링의 동작에 따라 상기 플란자 핀의 가운데가 높아지고 가장자리가 낮아진 상태로 위로 올라가는 단계; 및

   상기 플란자 핀에 의해 상기 픽업 스테이지 위의 웨이퍼에서 단위 반도체 칩이 위로 올려져 분리되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착 장비의 작동방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 웨이퍼는,

   확장 테이프에 부착된 상태로 소잉이 완료된 상태인 것을 특징으로 하는 리프 스프링을 포함하는 반도체 칩 접착장비의 작동방법.

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