KR101091717B1 - 반도체 웨이퍼 몰딩장치로부터 몰드된 유니트 제거 방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼 몰딩장치로부터 몰드된 유니트 제거 방법 Download PDF

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Abstract

범프된 반도체 웨이퍼(118)의 상호연결단자 측면의 몰드 컴파운드 층을 몰딩하기 위한 몰드 피스(105)(110)는 제1 캐비티(117)로부터 흐르는 초과 몰드 컴파운드 내부로 제1 캐비티(117)와 제2 캐비티들(120)을 포함한다.
제2 캐비티들(120)은 몰딩동안 몰드 컴파운드의 바람직한 몰드 컴파운드 압력과 동일한 소정의 배압(back pressure)을 결정하는 플런저(130)를 포함한다.
제1 캐비티(117)의 대부분의 초과 몰드 컴파운드는 제2 캐비티들(120) 내부로 흐르도록 강요되는데, 이는 상대적으로 짧은 시간에, 예를 들면 그라인딩에 의해 제거될 수 있는 반도체 웨이퍼(118)의 몰드 컴파운드의 상대적으로 얇은 층을 유리하게 남긴다. 몰드 피스(105)는 몰딩 후 몰드 피스(105)로부터 떨어져 이동될 수 있으며 캐비티 바에 부착된 몰드된 기판을 분리하기 위해 냉각될 수 있는 이동가능한 캐비티 바(115)가 추가로 구성된다.

Description

반도체 웨이퍼 몰딩장치로부터 몰드된 유니트 제거 방법{process for molding a semiconductor wafer}
본 발명은 반도체 웨이퍼를 캡슐에 넣는 것에 관한 것으로, 특히 몰드 컴파운드에서 범프(bump)된 반도체 웨이퍼를 캡슐에 넣는 것에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 칩 스케일 패키지(CSP)는 반도체 다이를 하우징하는 반도체 패키지로서, 반도체 패키지의 외부 디멘젼(external dimension)은 상기 반도체 다이의 사이즈에 근사한 크기를 갖는다. 몇 개의 칩 스케일 패키지들 (CSPs)이 범프된 반도체 다이(bumped semiconductor die)를 하우징하고 상호 연결단자들( interconnects)은 다이상의 패드에 형성된다. 상호 연결단자들을 형성하는 공정을 흔히 범핑(bumping)이라 불리어진다. 일반적으로, 웨이퍼 단계에서, 상호연결 단자들(interconnects)은 공융점(eutectic) 또는 고융점 리드 솔더(high lead solder)와 같은 솔더로부터 웨이퍼 구성 다이들의 패드상에 형성된다. 양자택일 방법으로서, 상기 상호 연결단자들은 골드, 실버, 주석, 그리고 구리와 같은 메탈로 만들어질 수도 있다. 또한, 상기 메탈 상호 연결단자들은 솔더 캡을 구비할 수도 있다.
CSP들을 형성하는 한 방법은 몰드 컴파운드에서 범프된 반도체 웨이퍼의 상호 연결단자 측면을 몰딩하는 것이다. 반도체 웨이퍼의 상호 연결단자 측면이 위를 향하여 마주보는 상태에서, 즉, 상기 연결단자들이 상향으로 돌출 연장되어 있는 상태로, 범프된 반도체 웨이퍼는 하부 몰드 피스(lower mold piece)의 윤곽선 모양의 몰딩 표면(contoured molding surface)에 놓여지게 된다. 그 다음, 소정의 몰드 컴파운드(mold compound)가 웨이퍼의 상호 연결단자 측면에 놓이게 된다. 다음에, 상부 몰드 피스에 있는 윤곽선 모양의 몰딩 표면과 평면형 몰딩 표면이 기판으로 캐비티(cavity)를 형성하고 소정량의 몰드 컴파운드가 상기 캐비티에 수용된 채로 하부 몰드 피스와 상부 몰드 피스가 합쳐지게 된다. 상기 하부 몰드 피스와 상부 몰드 피스가 함께 소정 온도 하에 놓이게 될 때, 소정양의 몰드 컴파운드가 압축되어 캐비티 내의 몰드 컴파운드에 소정 압력을 생성하게 된다.
몰드 컴파운드는 용융되고 상기 결과 몰드 컴파운드 압력하에 있는 용융된 몰드 컴파운드는 반도체 웨이퍼의 상호 연결단자 측면을 가로질러 흐르게 되고, 상호 연결단자들 사이에서, 반도체 웨이퍼의 상호 연결단자 측면에 몰드 컴파운드 층을 형성한다. 상기 몰드 컴파운드가 세팅된 후 상부 및 하부 몰드 피스들은 분리된다. 전형적으로, 상기 반도체 웨이퍼의 몰드된 상호 연결단자 측면은, 고형화된 몰드 컴파운드와 상부 몰드 피스의 평면형 몰딩 표면사이의 바인딩 힘으로 인해 상부 몰드 피스에 부착된다.
이상적으로는, 소정양의 몰드 컴파운드가 선택될 때 상호 연결단자들의 자유단(free ends)들이 노출될 정도의 두께를 갖는 층이 형성할 수 있을 만큼의 충분한 양의 몰드 컴파운드가 바람직하다. 그러나, 상기 소정양의 몰드 컴파운드가 사용될 때, 상기 몰드 피스들 사이의 압축동안에는 소정 몰드 컴파운드 압력이 얻어질 수 없을 수도 있다. 따라서, 이 방법은 반도체 웨이퍼상의 몰드된 컴파운드 층에서 공극(void)이 형성될 위험이 있다.
일반적으로는, 공극을 피하기 위해서, 초과 량의 몰드 컴파운드가 사용되어 몰드 피스사이의 압축동안에 상기 소정의 몰드 컴파운드 압력이 캐비티 내에서 이루어지도록 한다. 결과적으로, 상호 연결단자(interconnects)들의 자유단들(free ends)이 상기 초과하게 형성된 부분에 의해 커버된다. 상기 초과 부분은 그라인딩에 의해 제거되어 상기 상호 연결단자들의 자유단들이 노출되게 된다. 그러나, 상대적으로 많은 양의 몰드 컴파운드가 제거되어야하기 때문에 그라인딩 공정은 더디게 되고, CSP의 생산량에 불리하게 영향을 미치게 된다. 예를 들면, 초과 부분의 두께가 20 미크론(10-6 meter)이고, 그라인딩(grinding), 래핑(lapping), 레이저 또는 플라즈마 에칭 또는/그리고 이들 조합방법을 이용하게 되면, 상기 초과부분을 제거하는데 30분까지 걸리게 된다.
이 방법의 또 다른 단점은, 그라인딩에 앞서, 반도체 웨이퍼의 구성 다이들을 불리하게 영향을 미치게 하거나 또는/그리고 손실없이 상부 몰드 피스로부터 몰드된 반도체 웨이퍼를 제거하는 것을 어렵게 한다는 것이다.
일본의 토와 상사((Towa Corporation)에서 출원한 유럽 특허출원번호 EP 1035572에는, 몰딩에 앞서, 상부 몰드 피스(upper mold piece)의 평면형 몰딩 표면을 가로질러 위치하고 있는 필름을 이용하여 몰드 컴파운드를 가지고 반도체 웨이퍼를 캡슐에 넣는 방법을 개시하고 있다. 여기서, 패드들로부터 연장되는 상호 연결단자들(interconnects)을 갖는 반도체 웨이퍼는, 앞서 설명한 것처럼, 상기 상호 연결단자들이 위쪽으로 연장된 채로 하부 몰드 피스(lower mold piece)의 캐비티에 위치하게 된다. 그때 소정양의 몰드 컴파운드가 상기 연장되어 있는 상호 연결 단자들에 위치하게 되고 상기 필름은 상부 몰드 피스의 평면형 몰딩 표면을 가로질러 위치하게 된다. 그 다음에 상기 상부 및 하부 몰드 피스들은 일정 온도하에서 합쳐지게 되고 소정양의 몰드 컴파운드와 캐비티내의 기판을 압축한다.
상기 용융된 몰드 컴파운드는 반도체 웨이퍼의 상호 연결단자측면의 표면을 가로질러 그리고 상호 연결단자들 사이에 흐르고 몰드 컴파운드 층을 상기 반도체 다이상에 형성한다. 압축되는 동안, 상호 연결단자들의 자유단들은 상기 필름을 상기 상부 몰드 피스상에 연접하게 된다. 여기서, 상기 필름은 상호 연결단자들의 자유단들이 몰드 컴파운드로 커버되는 것을 방지할 수 있게 함으로써 곧 이어지는 그라인딩 단계를 피할 수 있게 한다. 상기 몰드 컴파운드가 세팅된 후, 상기 상부 및 하부 몰드 피스들은 분리되고 상기 필름 및 몰드된 반도체 웨이퍼는 상부 몰드 피스에 부착된다. 이때, 상기 필름은, 상기 몰드된 반도체 웨이퍼는 풀링(pulling)에 의해서 상부 몰드 피스에서 제거된다. 다음에 이어지는 필링(peeling) 단계에서, 상기 필름은 상기 몰드된 반도체 웨이퍼에서 제거되고 폐기된다.
앞서 언급했듯이, 상기 필름은 상호 연결단자들의 자유단들이 몰드 컴파운드에서 커버되는 것을 방지하는데 이용되어 그라인딩 단계를 불필요하게 한다. 또한, 상기 필름은 또한 상기 몰드된 반도체 웨이퍼가 상부 몰드 피스로부터 제거되도록 한다. 그러나, 필름을 이용하는 단점은 필름이 각 몰드 샷 후(after each mold shot)에 버려진다는 점이다. 따라서, 필름을 이용하는 코스트는 상대적으로 높아진다. 또 다른 단점은, 몰드된 반도체 웨이퍼로부터 상기 필름을 제거하기 위해서 추가적인 필링(peeling) 단계가 필요하게 된다는 점이다. 필링단계는 그 나름대로의 코스트, 조작공정을 필요로 하고 일정 시간 내에 처리 할 수 있는 양이 관련된다. 필름을 이용하는 또 다른 단점은 얼마간의 몰드 컴파운드가 상호 연결단자들의 자유단들(free ends)과 필름 사이에 트랩(trap)되어 진다는 점이다. 결과적으로, 앞서 언급하였듯이, 그라인딩과 에칭과 같은 공정을 사용하여 몰드 컴파운드를 제거하는 추가적인 단계가 필링단계 후 여전히 필요로 하게 된다는 점이다. 필름을 사용하는 또 다른 단점은, 공기가 상기 필름과 웨이퍼사이에서 트랩될 수 있고 이것은 몰드된 웨이퍼에서 공극으로 형성되어 구성 패키지 반도체 다이들을 실현시키는 데에 불리하게 영향을 미치게 된다.
필름을 이용하여 상부 몰드 피스로부터 몰드된 반도체 웨이퍼를 제거하는데 도움이 또 다른 방법은 상부 몰드 피스의 평면형 몰딩 표면을 테프론과 같은 비-스틱 물질(non-stick material)로 코팅하는 것이다. 상기 비-스틱 물질 층은 몰드된 반도체 웨이퍼를 상부 몰드 피스로부터 제거하는데 도움이 되는 반면, 몰드 컴파운드에 의해 상기 상효 연결단자들의 자유단들이 커버되지 않거나 상기 비-스틱 물질의 사용이 제거되어야 할 초과 몰드 컴파운드의 양에 어떤 영향을 미치지 않게 한다는 점은 보장되지 않는다. 따라서, 앞서 언급했듯이 그라인딩이나 에칭 등의 연속 단계에 대한 필요성이 여전히 있다. 또한, 비-스틱 물질 층이 상대적으로 짧은 수명을 가지고 있기 때문에, 상기 비-스틱 물질 층을 정기적으로 교체하기 위해서는 그에 대한 규정들이 만들어질 필요가 있다.
본 발명은 상기 문제점들을 극복하거나 적어도 줄일 수 있는 반도체 웨이퍼 몰딩 장치와 그 방법을 제공하고자 하는 것이다.
따라서, 본 발명의 한 양상에 따르면, 그 표면으로부터 연장되는 상호 연결단자들을 갖는 기판의 적어도 한 표면에 몰드 컴파운드 층을 몰드하고, 오픈 포지션과 몰딩 포지션을 갖는 복수개의 몰드 피스들을 포함하는 몰드 컴파운드 층의 몰딩장치를 제공하는 것이다. 상기 몰딩 장치의 몰딩 포지션에서, 상기 복수개의 몰드 피스들은, 상기 기판을 그 안에 위치시키고, 상기 기판의 상기 적어도 한 표면에 소정양의 몰드 컴파운드를 위치시키고, 상기 기판의 상기 적어도 한 표면에 몰드 컴파운드의 상기 층을 몰딩하기 위한 제1 캐비티를 형성하고, 상기 복수개의 몰드 피스들은, 상기 제1 캐비티에 연결되고, 상기 제1 캐비티로 부터 초과 몰드 컴파운드를 수용하고, 상기 몰드 컴파운드에 미치는 소정의 압력을 결정하는 압력 결정 소자를 갖는 제2 캐비티를 형성하는 것이다.
본 발명의 다른 양상에 따라, 본 발명은 기판의 적어도 한 표면에 몰드 컴파운드 층을 몰딩하는 방법을 제공한다. 상기 적어도 한 표면은 그로부터 연장되는 상호 연결 단자들을 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 몰딩방법은 a) 복수개의 몰드 피스들을 오픈 포지션으로 이동시키는 단계 b) 상기 복수개의 몰드 피스들의 적어도 하나에 상기 기판을 위치시키는 단계 c) 소정양의 몰드 컴파운드를 상기 기판의 적어도 한 표면에 위치시키는 단계 d) 상기 복수개의 몰드 피스들을 상기 오픈 포지션으로부터 몰딩 포지션으로 이동시켜, 상기 기판과 소정양의 몰드 컴파운드가 제1 캐비티에 있는 상태로 제1 캐비티, 제2 캐비티 및 채널을 그 사이에 형성하는 단계 e) 상기 제1 캐비티에 있는 상기 소정양의 몰드 컴파운드와 상기 기판을 압축하는 단계 f) 초과 몰드 컴파운드를 채널을 통하여 상기 제 1 캐비티로 부터 상기 제 2 캐비티로 채널링하는 단계 g) 상기 제2 캐비티에 있는 상기 초과 몰드 컴파운드에 가할 소정의 압력을 결정하는 단계 h) 상기 몰드 컴파운드가 상기 부과된 소정 압력하에서 세팅 되도록 하는 단계 i) 상기 복수개의 몰드 피스들을 상기 몰딩 포지션에서 상기 오픈 포지션으로 이동시키는 단계 j) 상기 몰드된 기판을 상기 제 1 캐비티로부터 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 본 발명의 몰딩장치는 몰드 캐비티를 형성하고, 그 각각은 상기 몰드 캐비티의 몰딩 표면의 적어도 일부를 제공하고, 몰딩 동안 함께 합쳐져 상기 몰드 캐비티를 형성하고, 상기 몰드 캐비티에 몰드되는 유니트를 형성하고, 그리고 몰딩된 후 적어도 몇 개의 상기 복수개의 몰드 피스중에서 적어도 몇 개는 분리되는 복수개의 몰드 피스들과, 제2 포지션에서는 상기 몰드된 유니트가 상기 복수개의 몰드 피스들의 상기 적어도 하나의 몰딩 표면의 일부에 부착되며, 몰딩동안 상기 복수개의 몰드 피스들 나머지에 대하여 제1 포지션을 갖고, 몰딩 후 상기 복수개의 몰드 피스들 그 나머지에 대하여 제2 포지션을 갖는 상기 복수개의 몰드 피스들의 적어도 하나와, 몰딩 동안 상기 복수개의 몰드 피스들의 하나 이상을 히팅하는 적어도 하나의 히팅 시스템과 몰딩후 상기 복수개의 몰드 피스들의 상기 적어도 하나를 쿨링하는 적어도 하나의 쿨링시스템으로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 양상에 따라, 본 발명은 복수개의 몰드 피스들에 의해 형성된 캐비티에 유니트를 몰딩하는 방법을 제공한다. 상기 몰딩된 유니트는 몰딩후 상기 복수개의 몰드 피스들의 하나에 부착된다. 상기 방법은 a) 상기 유니트들이 상기 복수개의 몰드 피스들 사이에서 몰딩되도록 위치시키는 단계 b) 상기 캐비티에 위치하여 몰딩되는 유니트들로 상기 캐비티를 형성하도록 상기 복수개의 몰드 피스들을 어셈블링하는 단계 c) 상기 복수개의 몰드 피스들의 적어도 몇 개에 열을 가하는 동안 몰드 컴파운드로 캐비티를 채우는 단계 d) 상기 복수개의 몰드 피스의 하나에 부착되어 있는 몰드된 유니트를 가지는 복수개의 몰드 피스들을 분리하는 단계 및 e) 상기 복수개의 몰드 피스들의 하나로부터 몰드된 유니트를 분리하기위해 복수개의 몰드 피스들의 적어도 하나를 쿨링(cooling)하는 단계로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 양상에 따라, 본 발명은 몰딩 후에는 몰드 피스의 몰딩표면에 부착되는 몰드된 유니트를 제거하는 방법을 제공한다.
몰드된 유니트를 제거하는 방법으로는, 몰딩 과정 중에 결합되어 몰드된 유니트가 머무는 몰딩 캐비티를 형성하는 하부 몰드 피스와 상부 몰드 피스를 포함하는 몰딩 장치에서 몰드된 유니트를 제거하는 방법에서, 상기 하부 몰드 피스는 상기 몰딩 캐비티의 하부 경계(lower boundary)로 정의되며, 상기 상부 몰드 피스는 상기 몰드 캐비티로 떨어진 외측부재와 상기 몰딩 캐비티의 상부 경계(upper boundary)로 정의되는 내측부재를 포함하고, 상기 내측부재는 실질적으로 평탄한 표면을 가지며, 상기 내측부재는 상기 외측부재에 관하여 분리 가능하고, 몰딩 과정의 진행 결과로 상기 몰드된 유니트는 상기 내측부재에 부착되어 있으며, 상기 몰딩 캐비티의 상기 상부 경계와 상기 몰딩 캐비티의 상기 하부 경계 사이의 거리를 늘리기 위하여, 상기 몰드된 유니트가 상기 내측부재에 부착됨을 유지하면서 상기 하부 몰드 피스와 상부 몰드 피스를 서로 분리하는 단계, 그리고 함께 각 상기 내측부재와 상기 내측부재에 부착되어 있는 몰드된 유니트를 상기 외측부재에 대하여 상기 내측부재의 적당히 평탄한 표면과 평행한 방향에 따라 분리하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 몰드된 유니트를 냉각하는 단계를 더 포함하거나, 상기 몰드된 유니트와 상기 내측부재를 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 몰드된 유니트와 상기 내측부재를 냉각하는 단계는 상기 내측부재에 접하는 히트싱크를 포함할 수 있다.
또한, 각 상기 내측부재와 몰드된 유니트를 제거하는 단계는 상기 내측부재와 상기 외측부재가 미끄럽게 접촉되는(slidably couples) 인터페이스를 따라 상기 내측부재가 분리되는 것으로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 내측부재와 상기 외측부재가 미끄럽게 접촉되는 인터페이스는, 상기 외측부재에 형성되는 리세스(recess)일 수 있다.
하기 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용란에 기재된 내용에 따른다.
본 발명의 실시예가 도면의 참조 번호와 함께 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 몰딩 장치의 측 단면도.
도 2는 도 1의 몰딩장치의 하부 피스의 상면도.
도 3은 도 1의 몰딩장치를 이용하는 몰딩 공정의 플로우 챠트.
도 4A-G는 도 3의 공정에 따른 몰딩장치의 여러 위치를 나타내는 도면.
도 5는 몰드된 상호 연결 단자 측면에서 보았을 때 도 3의 공정으로 몰드된 반도체 웨이퍼의 일부를 나타내는 사진.
범프된 반도체 웨이퍼의 상호 연결단자 측면상의 몰드 컴파운드 층을 몰딩하기위한 몰드 피스들은 제1 캐비티, 제2 캐비티를 포함하고 있으며, 그 속에서 제 1 캐비티로 부터의 초과 몰드 컴파운드가 한 채널을 통하여 흐른다. 상기 제2 캐비티는 요구되는 몰드 컴파운드 압력과 동일한 상기 몰드 컴파운드 상의 소정의 배압( back pressure)을 결정하는 플런저(plunger)를 포함한다. 이 방법으로, 초과 몰드 컴파운드의 일부는 강제적으로 제2 캐비티에 들어가고 상기 몰드 컴파운드는 필요로 하는 몰드 컴파운드 압력하에 놓이게 된다. 상기 제1 캐비티에 있는 대부분의 초과 몰드 컴파운드는 상기 제2 캐비티로 흐르고, 초과 몰드 컴파운드의 상대적으로 얇은 층은 반도체 웨이퍼에 남게 된다. 상기 얇은 층의 몰드 컴파운드는 그때 상대적으로 짧은 시간에 제거되는데, 예를 들면, 그라인딩이나 에칭에 의해서 제거된다. 상하 몰드 피스들이 분리될 때, 디자인에 따라서 상기 몰드된 반도체 웨이퍼는 상부 몰드 피스에 부착되고 상기 제2 캐비티에 고형화된 몰드 컴파운드는 제2 캐비티에 부착된다. 결과적으로, 두 개를 분리하는 것처럼, 채널에 있는 상기 고형화된 몰드 컴파운드는 부수어져 깨진다.
상부 몰드 피스는 실질적으로 평면이고 이동가능한 캐비티 바(cavity bar)를 포함하고 그리고 상기 몰드된 반도체 웨이퍼는 상기 캐비티 바에 부착된다. 상기 몰드 피스가 분리된 후 상기 캐비티 바는 상기 상부 몰드 피스로부터 제거되고 쿨링(cooling)된다. 쿨링되는 동안 상기 몰드된 반도체 웨이퍼의 몰딩 컴파운드는 수축된다. 몰드된 웨이퍼의 수축은 쿨링되는 동안 캐비티 바의 수축보다 훨씬 크고, 그것은 몰드된 반도체 웨이퍼와 캐비티 바사이의 바인딩을 감소시켜, 반도체 웨이퍼가 캐비티 바(cavity bar)로부터 분리되게 하는 결과를 가져온다.
따라서, 몰드된 웨이퍼는 필름을 사용하지 않고 그리고 필름의 소비하지 않고도 상부 몰드 피스로부터 유리하게 제거된다. 그리고, 몰드된 반도체 웨이퍼가 기계적인 제거에 의해 발생하는 손실의 위험에 노출시키지 않아도 된다.
도 1은 몰딩 포지션에 있는 하부 몰드 피스 (110)와 상부 몰드 피스(105)를 포함하는 몰딩장치(100)의 일부를 나타낸다. 잘 알려진 바와 같이, 상부 몰드 피스 (105)는 프레스(미 도시)의 상부 부분에 장착된다. 하부 몰드 피스(110)는 프레스(미 도시)의 하부 부분에 장착된다. 종래의 몰딩 프레스에서는 상기 상부 부분이 움직일 수 없고, 상기 하부 부분이 상부 몰딩 포지션과 하부 오픈 포지션 사이에서 수직 방향으로 움직인다. 결과적으로, 상기 하부 몰드 피스(110)는 하부 오픈 포지션과 승강된 몰딩 포지션 사이에서 도면에 보여진바와 같이 수직으로 움직인다.
상기 상부 몰드 피스(105)는, 상부 몰드 피스(105)가 하부 몰드 피스(110)로부터 떨어져 있을 때, 즉, 몰드 피스들(105)(110)이 오픈 포지션에 있을 때 수평으로 슬라이드 하도록 움직 가능한 캐비티 바(115)를 포함한다.
이러한 캐비티 바(115)는 몰딩이 이루어지는 몰딩 캐비티의 상부 경계를 형성하고 있으며, 이하 설명에 있어 필요한 경우에 캐비티 바(115)는 내측부재라고 정의하고, 상부 몰드 피스(105)는 후술되는 외측부재라 정의하여 명칭을 혼용하여 사용한다.
상부 몰드 피스 (105)는, 잘 알려진 바와 같이, P20과 같은 스틸로 만들어지고, 이동 가능한 캐비티 바는, 잘 알려진 바와 같이, 440C 또는 ASP23과 같은 툴링 스틸(tooling steel)로 만들어진다. 캐비티 바(115)는, 상부 몰드 피스(105)에 형성된 캐비티 바에 해당하는 형태의 리세스에서 슬라이드 될 수 있는 모양으로 이루어진다. 따라서, 캐비티 바(115)는 상부 몰드 피스(105)에서 수평으로 슬라이드 한다.
하부 몰드 피스(110)는 몰딩 표면을 갖는 캐비티(117)를 가지며, 캐비티(117) 내에는 상호연결 단자들(119)을 가지는 반도체 웨이퍼(118)를 몰딩하기위해 배치된다. 비록 여기서는 설명하기 위해 단지 하나의 제2 캐비티(120)를 나타내었으나 하부 몰드피스(110)는 몇 개의 제2 캐비티를 포함한다. 제2 캐비티(120)는 게이트(121)를 통하여 제1 캐비티(117)와 연결되며, 몰딩동안 제1 캐비티(117)로부터 제2 캐비티(120)로 용융된 몰드 컴파운드가 흐르도록 하기위한 채널을 제공한다. 선택된 스프링(125)은 플런저(130)에 소정의 힘을 가한다. 플런저(130)는 그 상부 부분(138)을 통하여 제2 캐비티(120)의 이동가능한 표면을 제공하고, 이 이동가능한 표면은 또한 제2 캐비티(120)의 몰드 컴파운드, 또 제1 캐비티(117)의 몰드 컴파운드에 배압(back pressure)으로 언급되는 소정의 압력을 가한다.
따라서, 압축하였을 때 이에 대응하는 힘을 가하는 스프링(125)을 사용함으로써 몰딩동안에 플런저(130)에 의해 제1 캐비티(117)의 몰드 컴파운드에 소정의 몰드 컴파운드 압력이 편리하게 가해지고 유지될 수 있다. 플런저는 직경이 3~5 mm 일수 있으며 나중에 언급한다. 제1 캐비티(117) 주위에 배열된 다수의 플런저와 연관된 제2 캐비티가 있다.
스프링(125)은 요구된 힘을 가하는 상대적으로 싸고 편리한 방법을 제공하지만, 플런저(130)에 요구된 힘을 가하기 위하여 제2 캐비티(12)에 사용될 수 있는 연관된 엑츄에이터를 가지는 압축공기(pneumatic) 및 액압(hydraulic) 시스템이 예견될 수 있다.
하부 몰드피스(110)는 바텀 몰드 베이스(bottom mold base)(131), 이젝터 플레이트(132), 스토퍼 샤프트(133), 하부 캐비티 플레이트(134) 및 하부 캐비티 코어(145)를 포함한다. 하부 캐비티 코어(145)는 기판(118)이 그 위에 배치되는 하부 캐비티 플레이트(134)를 제공하며, 바텀 몰드 베이스(131)의 일부분 상에 얹혀있다. 가이드(135)는 바텀 몰드 베이스(131)와 이젝터 플레이트(132)의 슬리브(140)를 통하여 하부 캐비티 플레이트(134)가 고정되는 곳의 내부로 연장된다. 가이드(135)의 자유단(free-end)은 그위에 고정된 너트를 가진다. 가이드(135)는 하부 몰드 피스(110)가 오픈 위치와 몰딩 위치 간을 이동할 때 상부 및 하부 몰드 피스(105)(110)간 수직 정렬을 유지하기 위하여 슬리브(140)에 슬라이드 된다.
바텀 몰드 베이스(131)는 스토퍼 샤프트(133)를 지지하며, 스토퍼 샤프트(133)의 높이는 상호연결 단자들(119)의 자유단 (free-end)의 초과 몰드 컴파운드의 두께를 결정한다. 다양한 높이를 가지는 스토퍼 샤프트는 반도체 웨이퍼(118)의 두께와 상호연결단자들(119)의 높이에 의존하는 바람직한 두께를 세팅하기 위해 사용되며, 바람직한 높이를 갖는 선택된 스토퍼 샤프트는 스토퍼 플레이트(132)의 스토퍼 오프닝(136)에 삽입된다. 전형적으로, 몰드되는 각각의 배치(batch) 웨이퍼와, 선택된 높이를 갖는 특정 스토퍼 샤프트가 사용될 수 있다.
하부 캐비티 플레이트(134)는 가이드들(135)의 끝단(137)을 수용하는데, 수직으로 이동가능하게 되는 하부 캐비티 플레이트와 스프링이 적재될 수 있다. 부가적으로, 하부 캐비티 플레이트(134)는 또한 상부 부분과 연관하여 제2 캐비티(120)를 형성한다.
이젝터 플레이트(132)의 연장된 부분(152)은 스프링(125)을 위한 베이스를 형성하며 이젝트 플레이트(132)가 올라갈 때 연장된 부분(152)은 플런저(130)의 하부 부분(139)과 인접하고, 하부 캐비티 플레이트(134)에 대해 플런저(130)를 올린다.
하부 몰드 피스(110)는 바텀 몰드 베이스 플레이트(131)의 오프닝(151)을 통하여 이젝터 플레이트(132)의 하부 표면으로부터 연장되는 이젝터 샤프트(150)을 포함한다. 이젝터 샤프트(150)는 대략 10mm의 직경을 가질 수 있으며 이 분야의 기술자에게 알려질 수 있는 것으로, 이젝터 시스템의 부분인 엑츄에이터(160)(도4F 참조)와 정렬된다. 프레스 하부 부분의 이젝터 시스템(미도시)이 작동될 때 액츄에이터(160)는 이젝터 샤프트(150)가 인접하는 상부로 이동하며 스프링(125)의 힘과 이젝터 플레이트(132)의 무게에 반하여 이젝터 플레이트(132)를 올린다. 이젝터 플레이트(132)의 올려진 연장된 부분(152)은 플런저(130)의 하부부분(139)에 인접하고, 하부 캐비티 플레이트(134)에 대해 플런저(130)를 올린다. 플런저(130)의 위쪽 힘은, 뒤에서 좀더 상세히 언급되는 바와 같이, 플런저(130)의 상부 부분(138)이 제2 캐비티(120)의 고형화된 몰드 컴파운드를 배출하도록 한다.
도 2는 앞서 설명한바 대로, 게이트(121)에 의해 제1 캐비티(117)에 연결된 각각의 제2 캐비티들(120)을 갖는 제1 캐비티(117)의 주위에 위치된 다수의 제2 캐비티들(120)이 있는 하부 몰드 피스(110)의 상면도를 보여 준다.
임의로, 제1 캐비티(117)의 반도체 웨이퍼(118)를 잡아두기 위해 사용될 수 있으며, 그후 몰딩후 배출된다. 부가적으로, 가이드들(135)과 이들 각각의 슬리브들(140)은 제1 캐비티(117) 주위에 나타나 있다.
도3 및 도4A-4F를 참조하면, 몰딩공정(300)은 도4A에 도시한 바와같이 오픈 포지션으로 상부 및 하부 몰드피스들(105)(110)을 이동하는 단계(310)로 출발한다(단계 305). 스프링(125)의 힘 하에서 플런저(130)는 하부 캐비티 플레이트(134)의 윤곽선에 의해 최대한 허용가능하게 제한 세팅하기 위해 위쪽으로 연장됨을 주목해야 한다. 전형적으로, 몰드피스들(105)(110)은 몰딩을 위한 제조에서 소정의 높여진 온도로 유지하는 전기 히팅 소자(미도시)같은 히팅수단과 결합된다. 그 다음 범프된 반도체 웨이퍼(118)는 제1 캐비티(117)의 베이스를 형성하는 하부 몰드 피스(110)에 위치되며, 웨이퍼(118)는 오프닝들(205)를 통해 반도체 웨이퍼(118)에 인가된 진공으로 임의로 부착될 수 있다.
다음, 도4A에 도시한 바와 같이 몰드 컴파운드의 펠릿(405)은 반도체 웨이퍼(118)상에 위치된다. 비록 여기서는 펠릿을 나타내었지만, 이 분야의 기술자라면 액체 또는 파우더 형태의 몰드 컴파운드가 또한 사용될 수 있으며 적당한 디스펜스 메카니즘이 사용될 수 있음을 알 수 있다.
몰드 컴파운드의 양은 제1 캐비티(117); 모든 제2 캐비티들(120)을 채우는 몰드 컴파운드의 양에 따라 선택되고, 스프링(125)의 작동에 반하여 플런지(130)가 작동하도록 충분한 첨가 양을 포함한다. 이는 플런저(130)상에 작용하는 스프링(125)의 결과로 소정의 몰드 컴파운드 압력, 즉, 몰드 컴파운드 상의 압력이 제1 캐비티(117)의 몰드 컴파운드에 가해짐을 확실히 해준다.
알려진 바와 같이, 상부 및 하부 몰드 피스들(105)(110)은 소정의 온도, 전형적으로 160~175℃℃까지 가열되고, 그 다음 몰드 피스들(105)(110)은 몰드 포지션으로 이동된다(단계 325).
이 이동동안, 가열된 몰드 피스들(105)(110)로부터 열과 펠렛(405)의 몰드피스들(105)(110)간 압축력은 펠릿(405)을 좀더 액체상태로 변화시키도록 한다.
이 상태에서, 몰드 컴파운드는 도4B에 도시한 바와같이 상호연결 단자들(119)간 반도체 웨이퍼(118)의 상호연결 표면을 가로질러 흐른다. 여기서 이제 플런저(130)의 상부 부분(138)은 캐비티 바(115)에 인접하고, 플런저(130)는 스프링(125)의 힘에 반하여 아래쪽으로 밀린다.
두 몰드 피스들(105)(110)이 서로를 향하여 계속 이동함에 따라, 용융된 몰드 컴파운드는 도4C에 도시한 바와 같이 제1 캐비티(117)로부터 밀려나가고 제2 캐비티(120) 안쪽으로 게이트(121)를 통하여 보내게 된다(단계 327).
상부 및 하부 몰드 피스들(1O5)(110)이 인접하였을 때 제1 캐비티(117)와 제2 캐비티들(120)의 압축된 몰드 컴파운드 상의 압력은 플런저(130)의 상부 부분(138)에 반하여 작용한다. 플런저(130)의 압력이 스프링(125)의 힘보다 클때 플런저(130)는 스프링(125)의 힘에 반하여 아래쪽으로 바꾸어 놓인다.
스프링(125)의 힘이 몰드 컴파운드에 소정의 압력을 부과하도록 프리세트(preset)되므로, 제2 캐비티들(120)과 제1 캐비티(117)의 몰드 컴파운드는 도4D에 도시된 바와 같이 인가된 소정의 압력을 갖는다(단계 329).
그다음, 몰드 피스들(105)(110)이 오픈 포지션으로 이동한 후에(단계 330), 몰드 컴파운드는 일정시간동안 세트된다. 도4E를 참조하면, 몰드 피스들(105)(110)이 오픈 포지션으로 떨어져서 이동하므로, 몰드된 반도체 웨이퍼(412)의 몰드 컴파운드 부분과 캐비티 바(115)간 바인딩 힘은, 제2 캐비티들(120)과 제2 캐비티들(120)의 표면의 고형화된 몰드 컴파운드 일부분과 플런저(130)의 상부부분(138) 표면간 바인딩 힘만큼 크다. 도4D에 도시한 바와같이, 이는 플런저(130)의 상부 부분(138)의 형상과, 플런저(130)의 상부 부분(138)을 게이트(121) 표면 밑 아래쪽으로 바꾸어 위치시키는 것을 확실히 함으로써 확고히 된다. 특히, 수직 표면들은 플런저(130)가 이동하는 하부 캐비티 플레이트(134)의 오프닝 측면들과, 제2 캐비티들(120) 전체에 의해 제공되며, 실질적으로 몰드 컴파운드에 바인딩 힘을 부여한다.
결과적으로, 몰드된 반도체 웨이퍼(412)(도4E에 도시함)는 캐비티 바(115)에 접착되고, 제2 캐비티들(120)의 고형화된 몰드 컴파운드(419) 부분은 제2 캐비티의 표면에 접착된다.
디자인에 의해, 게이트(121)의 고형화된 몰드 컴파운드는 약한 링크(link)를 형성하는데, 결과적으로 이 링크는 몰드 피스들(105)(110)이 오픈 포지션으로 떨어져 이동함으로써 깨어진다.
깨어진 링크의 부분들은 몰드된 반도체 웨이퍼(412)의 측면(415)과 고형화된 몰드 컴파운드(419)부분의 측면에 동일함을 증명할 수 있다.
이를 정리하면, 몰드된 유니트를 제거하는 단계는, 몰드된 유니트가 존재하는 몰딩 캐비티의 상부 경계와 하부 경계 사이의 거리를 늘리기 위하여, 상기 몰드된 유니트가 상기 내측부재에 부착됨을 유지하면서 상기 하부 몰드 피스와 상부 몰드 피스를 서로 분리하는 단계, 그리고 함께, 각 상기 내측부재와 상기 내측부재에 부착되어 있는 몰드된 유니트를 상기 외측부재에 대하여 상기 내측부재의 실질적으로 평탄한 표면과 평행한 방향에 따라 분리하는 단계로 진행됨을 알 수 있다.
오픈 포지션의 몰드피스(105)(110)와 프레스의 하부부분의 액츄에이터(160)는 오프닝(151)을 통하여 위쪽으로 이동하여 이젝터 샤프트(150) 위쪽으로 밀어내는 이젝터 샤프트(150)의 자유단에 인접한다. 이로써 이젝터 플레이트(132)는 그 자체의 무게와 스프링(125)의 힘에 반하여 위쪽으로 이동하고, 이젝터 플레이트(132)의 연장된 부분(152)은 플런저(130)의 하부부분(139)에 인접하여 플런저(130)를 위쪽으로 들어 올린다. 결과적으로, 도4F에 도시한 바와 같이 플런저(130)의 상부부분(138)은 위쪽으로 이동하여 제2 캐비티(120)로부터 고형화된 몰드 컴파운드(419)부분을 밀어내거나 이젝트한다.
그 다음, 이젝터 플레이트(132)는 프레스 하부영역의 엑츄에이터(160)가 디엑티베이트(deactivate)될 때 도4E에 도시된 위치로 돌아온다.
캐비티 바(115)에 부착된 몰드된 반도체 웨이퍼(412)로, 캐비티 바는 상부 몰드피스(105)로부터 제거되고(단계 340), 캐비티 바는 냉각된다. 이때, 캐비티 바(115)의 온도는 몰드된 반도체 웨이퍼(412)의 온도에 비해 감소한다(단계 345). 이는 여러 가지 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 도4G에 도시한 바와 같이 캐비티 바(115)는 쿨러 메탈피스(414)와 접촉하여 위치될 수 있다. 그 다음 메탈 바(414)는 히트 싱크로 작동하여 캐비티 바(115)를 쿨링한다. 양자택일로는, 에어제트 형상의 쿨런트(coolant)를 캐비티 바(115)(미도시)에 향하게 할 수 있다.
캐비티 바(115)의 쿨링을 촉진시키기 위하여, 캐비티 바(115)는 상대적으로 작은 크기의 메탈로 만들어져서 캐비티 바(115)의 잔류열을 감소시켜 제거한다. 쿨링다운(cooling down)동안, 몰드된 반도체 웨이퍼(412)는 수축된다. 몰드된 웨이퍼(412)의 수축은 쿨링다운동안 캐비티 바(115)의 수축보다 훨씬 큰데, 이는 캐비티 바로부터 분리되는 몰드된 반도체 웨이퍼(412)에 기인하는 몰드된 반도체 웨이퍼(412)와 캐비티 바(115)간 바인딩을 감소시킨다.
물론, 몰드된 반도체(412)를 유지하기 위해 진공 메카니즘을 사용할 수 있다. 몰드된 반도체 웨이퍼는 캐비티 바(115)로 수용되며(단계 350), 본 분야의 기술자에게 알려진 바와 같이, 상호연결 단자들(119)의 자유단들이 노출될 때 까지 몰드된 반도체 웨이퍼(412)의 초과 몰드 컴파운드의 상대적으로 얇은 층은 그 다음에 제거된다 (단계 355). 그라인딩 공정의 첨가 또는 대신에 여러 가지 공정들이 사용될 수 있다. 이 공정들은 레이저 에칭 및 래핑을 포함한다. 그 다음 몰딩 공정(300)은 끝난다(단계 360).
도5는 몰딩 후 초과 몰드 컴파운드의 얇은 층을 제거하기 전 반도체 웨이퍼의 상호연결 측면으로부터 보여지는 몰드된 반도체 웨이퍼(505) 부분을 도시한 것이다. 상호연결 단자들(510)은 상호연결 단자의 자유단들과 몰드된 컴파운드의 표면으로부터 측정된 대략 20~30 미크론 (10-6 meter)두께의 초과 몰드 컴파운드 층을 통해서 볼 수 있음을 주시하기 바란다.
설명한 바와 같이, 본 발명은 종래 공정들을 사용하여 형성된 것보다 상대적으로 얇으며 좀더 효율적으로 제거되는 범프된 반도체 웨이퍼의 상호연결 단자측면의 몰드 컴파운드 층을 몰딩하기 위한 방법을 제공한다. 또한, 몰딩은 필름 사용을 요구하지 않는다. 이는 몰드 캐비티로부터 초과 몰드 컴파운드의 대부분이 내부로 흐르는 제2 또는 오버플로우 챔버를 가지는 몰드 피스를 사용함으로써 이룰 수 있다. 오버플로우 챔버의 소정의 배압(back pressure)은 몰드 캐비티의 압력이 바람직한 몰드 컴파운드 압력임을 확신한다. 이 방법에서, 몰드 캐비티의 몰드 컴파운드의 공극(void)형성은 거의 줄어들고, 몰드 컴파운드의 상대적으로 얇은 층이 상호연결 단자들의 자유단들 상에 형성되어, 유리하게 몰드 컴파운드의 층이 효율적으로 제거되도록 한다.
또한, 몰드 피스들의 하나는 몰딩후 몰딩된 반도체 웨이퍼를 부착하기 위한 캐비티 바를 포함한다. 그 다음 캐비티 바는 몰드 피스로부터 제거되어 냉각된다. 쿨링다운 동안, 몰드된 반도체 웨이퍼의 몰딩 컴파운드는 수축된다. 몰드된 웨이퍼의 수축은 쿨다운(cool down) 캐비티 바의 수축보다 훨씬 큰데, 이는 캐비티 바로부터 분리되는 몰드된 반도체 웨이퍼에 기인하는 몰드된 반도체 웨이퍼와 캐비티바 간의 바인딩을 감소시킨다 따라서, 몰드된 반도체 웨이퍼는 필름의 소비없이 그리고 몰드된 반도체 웨이퍼가 기계적인 제거에 의해 발생하는 손실의 위험을 받지 않고 유리하게 제거된다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 극복하거나 적어도 감소시키는 웨이퍼 몰딩 장치 및 방법을 제공한다.
비록 본 발명의 단지 하나의 특별한 실시예가 상세히 설명되었으나 본 발명의 범위로부터 이탈됨이 없이 본 본야의 숙련된 기술자에 의해 여러 가지 변형과 개선이 이루어질 수 있음을 예상할 수 있다.

Claims (6)

  1. 몰딩 과정 중에 결합되어 몰드된 유니트가 머무는 몰딩 캐비티를 형성하는 하부 몰드 피스와 상부 몰드 피스를 포함하는 반도체 웨이퍼 몰딩장치로부터 몰드된 유니트를 제거하는 방법에서,

    상기 하부 몰드 피스는 상기 몰딩 캐비티의 하부 경계로 정의되며,
    상기 상부 몰드 피스는 상기 몰딩 캐비티에서 분리 가능한 외측부재와 상기 몰딩 캐비티의 상부 경계로 정의되는 내측부재를 포함하고,
    상기 내측부재는 평탄한 표면을 가지며,
    상기 내측부재는 상기 외측부재에 관하여 분리 가능하고,
    몰딩 과정의 진행 결과로 상기 몰드된 유니트는 상기 내측부재에 부착되어 있으며,

    (A) 상기 몰딩 캐비티의 상기 상부 경계와 상기 몰딩 캐비티의 상기 하부 경계 사이의 거리를 늘리기 위하여, 상기 몰드된 유니트가 상기 내측부재에 부착됨을 유지하면서 상기 하부 몰드 피스와 상부 몰드 피스를 서로 분리하는 단계, 그리고

    (B) 각 상기 내측부재와 상기 내측부재에 부착되어 있는 몰드된 유니트를 상기 외측부재에 대하여 상기 내측부재의 평탄한 표면과 평행한 방향에 따라 분리하는 단계
    를 포함하는 반도체 웨이퍼 몰딩장치로부터 몰드된 유니트 제거 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 (B) 단계를 거친 이후에,
    (C1) 상기 몰드된 유니트를 냉각하는 단계
    를 더 포함하는 반도체 웨이퍼 몰딩장치로부터 몰드된 유니트 제거 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 (B) 단계를 거친 이후에,
    (C2) 상기 몰드된 유니트와 상기 내측부재를 냉각하는 단계
    를 더 포함하는 반도체 웨이퍼 몰딩장치로부터 몰드된 유니트 제거 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 (C2) 단계는,
    상기 내측부재에 접하게 구비되며, 상기 내측부재와 상기 몰드된 유니트의 열을 빼앗는 히트 싱크로 상기 몰드된 유니트와 상기 내측부재를 냉각하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 몰딩장치로부터 몰드된 유니트 제거 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 (B) 단계는
    상기 내측부재와 상기 외측부재가 슬라이딩 이동 가능하게 접촉되는 인터페이스를 따라 상기 내측부재가 분리되는
    반도체 웨이퍼 몰딩장치로부터 몰드된 유니트 제거 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 내측부재와 상기 외측부재가 슬라이딩 이동 가능하게 접촉되는 인터페이스는,
    상기 외측부재에 형성되는 리세스인
    반도체 웨이퍼 몰딩장치로부터 몰드된 유니트 제거 방법.
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