KR101141795B1 - 반도체 칩 본딩 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열압착 방식을 이용한 반도체 칩의 본딩시 접착 부재에 의한 본딩 툴(Bonding Tool)의 오염을 방지할 수 있도록 한 반도체 칩 본딩 장치 및 방법에 관한 것으로, 반도체 칩 본딩 장치는 칩 본딩 영역 내에 접착 부재가 도포된 기판 부재를 지지하는 스테이지; 흡착 홀을 통해 반도체 칩을 픽업(Pick Up)함과 아울러 열압착 방식을 이용해 픽업된 반도체 칩을 상기 칩 본딩 영역에 본딩하는 본딩 툴; 및 상기 본딩 툴과 상기 반도체 칩 사이에 배치되어 상기 접착 부재에 의한 상기 본딩 툴의 오염을 방지하는 오염 방지 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 칩 본딩 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BONDING SEMICONDUCTOR CHIP}
본 발명은 반도체 칩 본딩 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 열압착 방식을 이용한 반도체 칩의 본딩시 접착 부재에 의한 본딩 툴(Bonding Tool)의 오염을 방지할 수 있도록 한 반도체 칩 본딩 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 패키지 공정은 웨이퍼 제조공정을 거쳐 완성된 웨이퍼를 각각의 칩(또는 다이(Die))으로 분리되도록 절단하고, 절단된 칩을 기판(Substrate) 또는 리드 프레임에 접착하고, 접착된 상태의 칩의 단자와 리드 프레임의 내부 리드를 와이어(Wire)로 연결하고, 칩을 보호하기 위해 합성수지 또는 세라믹으로 몰딩한 후 리드 프레임의 외부 리드를 절단하는 공정으로 이루어진다.
최근 들어 전자제품이 소형화 및 고기능화됨에 따라 전자제품의 핵심부분을 이루고 있는 반도체 칩도 고집적화 및 고성능화되고 있는 추세이다. 이러한 고집적화 및 고성능화되고 있는 반도체 칩을 먼지나 습기 또는 전기적, 기계적 부하 등의 각종 외부환경으로부터 보호해주는 반도체 패키지(Package)의 제조에 있어서도 이와 같은 추세에 대응하여 경박단소화 및 다핀화 경향이 강화되고 있다. 이에, 반도체 패키지의 방식도 기존의 와이어 본딩(Wire Bonding) 방식으로는 경박단소화 및 다핀화되고 있는 추세에 대응하는데 한계가 있기 때문에 이를 해결할 수 있는 새로운 방식들이 다양하게 모색되고 있으며, 그 중 한 가지 방식이 구리-필러 범프(Cu-Pillar Bump) 또는 솔더 범프(Solder Bump) 방식이다.
솔더 범프 방식은 반도체 칩의 입출력 단자인 패드(Pad) 위에 별도의 솔더 범프를 형성시킨 다음, 반도체 칩을 뒤집어서 기판 또는 리드 프레임, 서킷 테이프(Circuit Tape)의 기판 부재에 직접 붙이는 방식으로, 반도체 칩이 뒤집힌 상태로 본딩되기 때문에 "플립칩 본딩(Flip Chip Bonding)"이라고 지칭되고 있다.
플립칩 본딩은 크게 리플로우(Reflow) 방식, 및 열압착(Thermo-Compression) 방식 등으로 구분된다.
리플로우 방식은 솔더 범프가 접착(Attach)된 반도체 칩이 올려진(Mounted) 인쇄 회로 기판에 직접적으로 열을 가하여 솔더 범프를 리플로우 시키는 것으로, 리플로우 후 언더필 공정을 필요로 하고, 접속 피치가 미세해짐에 따라 솔더 범프의 형성이 어렵다는 단점을 가지고 있다.
열압착 방식은 반도체 칩에 마련된 솔더 범프와 기판의 접속 단자를 정렬한 후, 반도체 칩을 가압함과 동시에 반도체 칩을 가열하여 솔더 범프를 접속 단자에 전기적으로 본딩시키는 방식이다. 이러한 열압착 방식은 극미세 접속 피치가 가능하고 무연 및 플럭스리스(Fluxless) 공정, 저온 공정 등의 장점이 있다.
도 1은 종래의 열압착 방식을 이용한 반도체 칩 부착 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하여 종래의 열압착 방식을 이용한 반도체 칩 부착 장치 및 공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본딩 툴(Bonding Tool)(50)에 형성된 흡착 홀(52)을 이용하여 반도체 칩(40)을 픽업(Pick Up)한다.
그런 다음, 스테이지(10)에 지지된 기판 부재(20)에 에폭시 수지와 같은 접착 부재(30)를 도포한다.
그런 다음, 본딩 툴(50)에 픽업된 반도체 칩(40)을 접착 부재(30) 상에 안착시켜 일정한 압력으로 가압함과 동시에 반도체 칩(40)을 가열함으로써 기판 부재(20)의 칩 본딩 영역에 반도체 칩(40)을 본딩한다. 즉, 본딩 툴(50)은 반도체 칩(40)을 가압하여 접착 부재(30)를 사방으로 퍼지게 함으로써 반도체 칩(40)의 칩 본딩 영역에 부착시키고, 이와 동시에 반도체 칩(40)을 가열하여 반도체 칩(40)에 형성된 솔더 범프(미도시)를 용융시킴으로써 기판 부재(20)에 형성된 솔더 범프 또는 패드(Pad)와 같은 접속 단자에 솔더 범프를 전기적으로 접속시키게 된다.
그러나, 종래의 열압착 방식을 이용한 반도체 칩 부착 장치 및 공정은 반도체 칩(40)의 면적이 본딩 툴(50)보다 넓기 때문에 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 반도체 칩(40)에 대한 본딩 툴(50)의 가압력이 클 경우에는 접착 부재(30)가 반도체 칩(40)의 상면까지 타고 올라간다는 문제점이 있다.
둘째, 반도체 칩(40)에 대한 본딩 툴(50)의 가압력이 낮을 경우에는 접착 부재(30)가 반도체 칩(40)의 테두리 부분까지 넓게 퍼지지 않게 되어 반도체 칩(40)의 접착력이 떨어진다는 문제점이 있다.
셋째, 반도체 칩(40)의 두께가 얇을 경우 본딩 툴(50)의 가압에 의해 반도체 칩(40)이 휘어져 반도체 칩(40)의 테두리 부분이 상승되기 때문에 반도체 칩(40)에 형성된 솔더 범프가 제대로 용융되지 않아 기판 부재(20)에 전기적으로 접속되지 않는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 본딩 툴(50)의 면적을 반도체 칩(40)보다 크게 형성할 수도 있지만, 그 경우에는, 도 2의 "A"에 도시된 바와 같이, 접착 부재(30)가 반도체 칩(40)의 측면을 타고 올라가 본딩 툴(50)의 하면에 묻음으로써 본딩 툴(50)이 오염된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열압착 방식을 이용한 반도체 칩의 본딩시 접착 부재에 의한 본딩 툴(Bonding Tool)의 오염을 방지할 수 있도록 한 반도체 칩 본딩 장치 및 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 칩 본딩 장치는 칩 본딩 영역 내에 접착 부재가 도포된 기판 부재를 지지하는 스테이지; 흡착 홀을 통해 반도체 칩을 픽업(Pick Up)함과 아울러 열압착 방식을 이용해 픽업된 반도체 칩을 상기 칩 본딩 영역에 본딩하는 본딩 툴(Bonding Tool); 및 상기 본딩 툴과 상기 반도체 칩 사이에 배치되어 상기 접착 부재에 의한 상기 본딩 툴의 오염을 방지하는 오염 방지 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 오염 방지 수단은 상기 본딩 툴과 상기 반도체 칩 사이에 배치되며, 상기 흡착 홀에 중첩되는 개구부가 구비된 필름을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 오염 방지 수단은 상기 본딩 툴과 상기 반도체 칩 사이에 배치된 다공성(Porous) 재질의 필름을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.상기 오염 방지 수단은 상기 흡착 홀에 대응되도록 일정한 간격으로 형성된 개구부를 가지는 필름; 상기 본딩 툴의 일측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 필름이 권취된 피딩 롤러; 상기 피딩 롤러를 회전시키는 제 1 회전 수단; 상기 본딩 툴의 타측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 본딩 툴과 상기 반도체 칩 사이를 경유하여 이송되는 상기 필름을 회수하는 회수 롤러; 및 상기 제 1 회전 수단과 연동되도록 상기 회수 롤러를 회전시키는 제 2 회전 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 오염 방지 수단은 상기 흡착 홀에 대응되도록 일정한 간격으로 형성된 개구부를 가지는 필름; 상기 본딩 툴의 일측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 필름이 권취된 피딩 롤러; 상기 피딩 롤러를 일방향으로만 회전시키는 회전 구속 수단; 상기 본딩 툴의 타측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 본딩 툴과 상기 반도체 칩 사이를 경유하는 상기 필름을 회수하는 회수 롤러; 및 상기 회수 롤러를 회전시키는 회전 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 오염 방지 수단은 다공성(Porous) 재질로 이루어진 필름; 상기 본딩 툴의 일측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 필름이 권취된 피딩 롤러; 상기 피딩 롤러를 회전시키는 제 1 회전 수단; 상기 본딩 툴의 타측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 본딩 툴과 상기 반도체 칩 사이를 경유하여 이송되는 상기 필름을 회수하는 회수 롤러; 및 상기 제 1 회전 수단과 연동되도록 상기 회수 롤러를 회전시키는 제 2 회전 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 오염 방지 수단은 다공성(Porous) 재질로 이루어진 필름; 상기 본딩 툴의 일측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 필름이 권취된 피딩 롤러; 상기 피딩 롤러를 일방향으로만 회전시키는 회전 구속 수단; 상기 본딩 툴의 타측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 본딩 툴과 상기 반도체 칩 사이를 경유하는 상기 필름을 회수하는 회수 롤러; 및 상기 회수 롤러를 회전시키는 회전 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 회전 구속 수단은 상기 피딩 롤러의 구동축에 설치된 회전 기어; 및 상기 회전 기어에 치합되어 상기 회전 기어를 일방향으로만 회전시키는 스프라켓 기어를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 오염 방지 수단은 상기 회수 롤러의 하부를 덮도록 설치된 커버 하우징을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 오염 방지 수단은 상기 피딩 롤러에 인접하도록 설치되어 상기 피딩 롤러로부터 상기 회수 롤러 쪽으로 이송되는 상기 필름의 이송을 가이드하는 제 1 가이드 롤러; 및 상기 회수 롤러에 인접하도록 설치되어 상기 회수 롤러로 회수되는 상기 필름의 이송을 가이드하는 제 2 가이드 롤러를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 오염 방지 수단은 상기 제 2 가이드 롤러 및 상기 회수 롤러의 하부를 덮도록 설치된 커버 하우징을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 칩 본딩 방법은 반도체 칩을 픽업(Pick Up)하기 위한 본딩 툴의 하면에 오염 방지 수단을 배치하는 단계; 상기 본딩 툴에 형성된 흡착 홀을 통해 상기 반도체 칩을 픽업하는 단계; 스테이지에 지지된 기판 부재의 칩 본딩 영역 상에 접착 부재를 도포하는 단계; 상기 본딩 툴에 픽업된 반도체 칩을 상기 접착 부재 상에 위치시키는 단계; 및 열압착 방식을 이용해 상기 본딩 툴에 픽업된 반도체 칩을 상기 칩 본딩 영역에 본딩하는 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 오염 방지 수단은 상기 반도체 칩의 본딩시 상기 접착 부재에 의한 상기 본딩 툴의 오염을 방지하는 것을 특징으로 한다.
상기 본딩 툴의 하면에 상기 오염 방지 수단을 배치하는 단계는 상기 흡착 홀에 대응되도록 형성된 개구부를 가지는 필름을 이송시켜 상기 개구부를 상기 흡착 홀에 중첩시키는 것을 특징으로 한다.
상기 본딩 툴의 하면에 상기 오염 방지 수단을 배치하는 단계는 상기 흡착 홀에 중첩되도록 다공성(Porous) 재질로 이루어진 상기 필름을 이송시키는 것을 특징으로 한다.
상기 본딩 툴의 하면에 상기 오염 방지 수단을 배치하는 단계는 상기 본딩 툴의 일측부에 설치되어 상기 필름이 권취된 피딩 롤러와 상기 본딩 툴의 타측부에 설치되어 상기 필름을 회수하는 회수 롤러를 구동하여 상기 필름을 상기 본딩 툴의 하면으로 이송시키는 것을 특징으로 한다.
상기 피딩 롤러는 일방향으로만 회전되는 것을 특징으로 한다.
상기 본딩 툴의 하면에 상기 오염 방지 수단을 배치하는 단계는 상기 피딩 롤러에 인접하도록 설치된 제 1 가이드 롤러를 이용해 상기 피딩 롤러로부터 상기 회수 롤러 쪽으로 이송되는 상기 필름의 이송을 가이드하는 단계; 및 상기 회수 롤러에 인접하도록 설치된 제 2 가이드 롤러를 이용해 상기 회수 롤러로 회수되는 상기 필름의 이송을 가이드하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 칩 본딩 장치 및 방법은 오염 방지 수단을 본딩 툴과 반도체 칩 사이에 배치함으로써 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 열압착 방식을 이용한 반도체 칩의 본딩시 접착 부재에 의한 본딩 툴의 오염을 방지할 뿐만 아니라 반도체 칩의 본딩시 접착 부재에 의한 반도체 칩의 상면 오염을 방지할 수 있다는 효과가 있다.
둘째, 본딩 툴의 면적을 반도체 칩보다 넓게 할 수 있기 때문에 프로세스 윈도우(Process Window)를 넓힐 수 있으며, 반도체 칩의 두께가 얇아질 경우에도 기판 부재와 반도체 칩의 접속 불량을 방지할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 종래의 열압착 방식을 이용한 반도체 칩 부착 장치의 제 1 형태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 열압착 방식을 이용한 반도체 칩 부착 장치의 제 2 형태를 개략적으로 나타내는 다른 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 칩 본딩 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 오염 방지 수단의 제 1 실시 예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3 또는 도 4에 도시된 필름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3에 도시된 오염 방지 수단의 제 2 실시 예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 도 3에 도시된 오염 방지 수단의 제 3 실시 예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 칩 본딩 방법을 단계적으로 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 칩 본딩 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 칩 본딩 장치는, 기판 부재(120)를 지지하는 스테이지(110), 반도체 칩(140)을 픽업(Pick Up)함과 아울러 열압착을 이용해 픽업된 반도체 칩(140)을 칩 본딩 영역에 본딩하는 본딩 툴(Bonding Tool)(150); 및 본딩 툴(150)과 반도체 칩(140) 사이에 배치되어 본딩 툴(150)의 오염을 방지하는 오염 방지 수단(160)을 포함하여 구성된다.
스테이지(110)는 기판 반송 장치(미도시)에 의해 반송되는 기판 부재(120)를 지지한다.
기판 부재(120)는 솔더 범프 또는 패드(Pad)와 같은 접속 단자(122)를 포함하는 반도체 패키지, 리드 프레임, 인쇄 회로 기판, 또는 필름 등이 될 수 있다. 여기서, 패드는 기판에 구리(Cu) 재질의 단층 구조를 가지거나, 티타늄(Ti) 및 구리 재질의 복층 구조를 가질 수 있다. 또한, 패드가 구리 재질로 형성될 경우 산화될 수 있기 때문에, 산화 방지를 위해 구리 재질의 패드에는 금(Au) 재질의 보호층이 형성될 수 있다.
상기의 기판 부재(120)에는 반도체 칩(140)이 본딩되는 칩 본딩 영역이 마련된다. 칩 본딩 영역에는 디스펜서(미도시)에 의해 소정 량의 접착 부재(130)가 도포된다. 이때, 접착 부재(130)는 비전도성 페이스트(Non-Conductive Paste; NCP)로 이루어져 칩 본딩 영역에 물방울 형태로 도포되거나, "+"자 또는 "*"자 형태로 도포될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 형태로 도포될 수 있다.
반도체 칩(140)은 웨이퍼 제조공정을 거쳐 완성된 웨이퍼(미도시)로부터 절단되어 분리된다. 이러한, 반도체 칩(140)의 하면에는 구리-필러 범프(142) 또는 솔더 범프(미도시) 등과 같은 복수의 범프(142)가 형성되어 있다.
구리-필러 범프 또는 솔더 범프는 반도체 칩(140)의 각 출력 패드에 소정 높이를 가지도록 수직하게 형성되는 것으로, 구리(Cu) 재질로 이루어질 수 있다. 여기서, 구리-필러 범프(142)는 구리(Cu) 재질의 기둥(142a), 및 솔더 캡(142b)을 포함하여 될 수 있다. 이때, 솔더 캡(142b)은 기둥(142a)의 상면을 덮도록 형성되는 것으로, 주석(Sn)/은(Ag) 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 솔더 캡(142b)은 생략될 수도 있다.
본딩 툴(150)은 흡착 홀(152)을 통해 반도체 칩(140)을 픽업(Pick Up)한 다음, 열압착 방식을 통해 픽업된 반도체 칩(140)을 기판 부재(120)의 칩 본딩 영역에 본딩한다. 이를 위해, 본딩 툴(150)은 X축, Y축, 및 Z축 방향으로 이송되는 구동 장치(미도시)에 지지된다. 또한, 본딩 툴(150)의 흡착 홀(152)은 소정의 진공압을 발생하는 진공 장치(미도시)에 접속된다. 그리고, 반도체 칩(140)을 픽업하는 본딩 툴(150)의 하면은 반도체 칩(140)보다 넓은 면적으로 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않고 반도체 칩(140)과 동일하거나 작은 면적을 가질 수도 있다. 이러한, 본딩 툴(150)의 하면에는 반도체 칩(140)을 가열하기 위한 히터(154)가 내장될 수 있다. 상기 히터(154)는 기판 부재(120)가 지지되는 스테이지(110)에도 내장될 수 있다.
이와 같은, 본딩 툴(150)은 구동 장치의 구동에 따라 흡착 홀(152)에 의해 픽업된 반도체 칩(140)을 접착 부재(130) 상에 안착시킨 후, 픽업된 반도체 칩(140)을 가압함과 동시에 반도체 칩(140)을 가열하여 범프(140)를 용융시킴으로써 반도체 칩(140)의 를 기판 부재(120)의 접속 단자(122)에 전기적으로 접속시킨다. 이때, 접착 부재(130)는 본딩 툴(150)의 가압에 의한 반도체 칩(140)의 가압에 따라 칩 본딩 영역 내에서 사방으로 퍼져 기판 부재(120)와 반도체 칩(140) 사이를 밀봉함과 아울러 기판 부재(120)와 반도체 칩(140)을 접착시킨다.
본 발명의 제 1 실시 예에 따른 오염 방지 수단(160)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 필름(210), 피딩(Feeding) 롤러(220), 제 1 회전 수단(230), 회수 롤러(240), 및 제 2 회전 수단(250)을 포함하여 구성된다.
필름(210)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 반도체 칩(140)보다 넓은 면적을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.이때, 필름(210)은 내열성이 높은 열전도성 재질로 이루어진다.
제 1 실시 예에 따른 필름(210)은 본딩 툴(150)의 하면에 형성된 흡착 홀(152)에 대응되도록 일정한 간격으로 형성된 개구부(212)를 포함하여 구성된다. 이때, 개구부(212)는 다각 형태를 가지도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 원형 등의 다양한 형태로 형성될 수 있다. 이러한, 개구부(212)는 흡착 홀(152)에 중첩되도록 필름(210)에 형성됨으로써 본딩 툴(150)의 하면에 반도체 칩(140)이 픽업되도록 한다.
제 2 실시 예에 따른 필름(210)은 도시하지 않은 다공성(Porous) 재질을 가질 수 있다. 여기서, 다공성 재질의 필름(210)에는 본딩 툴(150)의 하면에 반도체 칩(140)이 픽업될 수 있도록 미세한 복수의 홀이 규칙적 또는 비규칙적으로 형성되어 있다.다시 도 3 및 도 4에서, 피딩 롤러(220)는 본딩 툴(150)의 일측부에 회전 가능하게 설치된다. 이때, 피딩 롤러(220)는 본딩 툴(150)의 좌측면에 설치된 제 1 브라켓(222)의 전면에 회전 가능하게 설치된다. 이러한, 피딩 롤러(220)에는 상술한 필름(210)이 권취된다.
제 1 회전 수단(230)은 제 1 브라켓(222)의 후면에 설치되어 피딩 롤러(220)를 회전시키는 것으로, 구동 모터가 될 수 있다. 이에 따라, 피딩 롤러(220)는 제 1 회전 수단(230)의 구동에 따라 회전됨으로써 권취된 필름(210)을 본딩 툴(150)과 반도체 칩(140) 사이로 공급한다.
회수 롤러(240)는 본딩 툴(150)의 타측부에 회전 가능하게 설치된다. 이때, 회수 롤러(240)는 본딩 툴(150)의 우측면에 설치된 제 2 브라켓(242)의 전면에 회전 가능하게 설치된다. 이러한, 회수 롤러(240)에는 본딩 툴(150)과 반도체 칩(140) 사이를 경유하여 공급되는 필름(210)이 회수되어 권취된다.
제 2 회전 수단(250)은 제 2 브라켓(242)의 후면에 설치되어 회수 롤러(240)를 회전시키는 것으로, 구동 모터가 될 수 있다. 이러한, 제 2 회전 수단(250)은 제 1 회전 수단(230)의 구동에 연동하여 회수 롤러(240)를 소정 시간 단위로 회전시킴으로써 필름(210)을 소정 시간 단위로 이송시킨다. 이에 따라, 회수 롤러(240)는 제 2 회전 수단(250)의 구동에 따라 회전됨으로써 본딩 툴(150)과 반도체 칩(140) 사이를 경유하여 공급되는 필름(210)을 회수한다.
한편, 오염 방지 수단(160)은 제 1 및 제 2 가이드 롤러(260, 270)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 가이드 롤러(260)는 피딩 롤러(220)에 인접하도록 제 1 브라켓(222)에 회전 가능하게 설치되어 피딩 롤러(220)로부터 회수 롤러(240) 쪽으로 이송되는 필름(210)의 이송을 가이드한다. 또한, 제 1 가이드 롤러(260)는 필름(210)의 이송 위치 및 이송 장력을 일정하게 유지시킨다.
제 2 가이드 롤러(270)는 회수 롤러(240)에 인접하도록 제 2 브라켓(242)에 회전 가능하게 설치되어 회수 롤러(240)로 회수되는 필름(210)의 이송을 가이드한다. 또한, 제 2 가이드 롤러(270)는 필름(210)의 이송 위치 및 이송 장력을 일정하게 유지시킨다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 오염 방지 수단(160)은 제 1 및 제 2 회전 수단(230, 250)을 이용하여 본딩 툴(150)과 반도체 칩(140) 사이에 필름(210)을 배치시킴으로써 반도체 칩(140)의 본딩시 접착 부재(130)에 의한 본딩 툴(150)의 오염을 원천적으로 방지할 뿐만 아니라 반도체 칩(140)의 본딩시 접착 부재(130)에 의한 반도체 칩(140)의 상면 오염을 방지한다.
한편, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 오염 방지 수단(160)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 필름(210), 피딩 롤러(220), 회전 구속 수단(330), 회수 롤러(240), 회전 수단(350), 제 1 및 제 2 가이드 롤러(260, 270)를 포함하여 구성된다. 여기서, 도 6은 오염 방지 수단을 뒤에서 본 사시도이다. 상기의 구성을 가지는 본 발명의 제 2 실시 예의 오염 방지 수단(160)은 회전 구속 수단(330) 및 회전 수단(350)을 제외하고는 상술한 본 발명의 제 1 실시 예의 오염 방지 수단(160)과 동일하기 때문에 동일한 구성에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 하고, 이하 동일한 도면 부호를 부여하기로 한다.
회전 구속 수단(330)은 제 1 브라켓(222)의 후면에 설치되어 피딩 롤러(220)를 일방향으로만 회전시킨다. 이를 위해, 회전 구속 수단(330)은 회전 기어(332), 및 스프라켓 기어(334)를 포함하여 구성된다.
회전 기어(332)는 피딩 롤러(220)의 구동축에 접속되어 피딩 롤러(220)의 회전에 연동하여 회전한다. 이때, 피딩 롤러(220)는 회수 롤러(240)의 회전에 따른 필름(210)의 이송에 따라 회전하게 된다.
스프라켓 기어(334)는 회전 기어(332)에 치합되도록 제 1 브라켓(222)에 설치되어 회전 기어(332)를 일방향으로만 회전시킨다. 즉, 스프라켓 기어(334)는 회전 기어(332)를 반시계 방향으로 회전시키는 반면에 시계 방향으로의 회전을 구속한다.
회전 수단(350)은 제 2 브라켓(242)의 후면에 설치되어 회수 롤러(240)를 회전시키는 것으로, 구동 모터가 될 수 있다. 이러한, 회전 수단(350)은 회수 롤러(240)를 소정 시간 단위로 회전시킴으로써 필름(210)을 소정 시간 단위로 이송시킨다. 이에 따라, 회수 롤러(240)는 회전 수단(350)의 구동에 따라 회전됨으로써 본딩 툴(150)과 반도체 칩(140) 사이를 경유하여 공급되는 필름(210)을 회수한다.
이와 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 오염 방지 수단(160)은 회전 구속 수단(330)과 하나의 회전 수단(350)을 이용하여 본딩 툴(150)과 반도체 칩(140) 사이에 필름(210)을 배치시킴으로써 반도체 칩(140)의 본딩시 접착 부재(130)에 의한 본딩 툴(150)의 오염을 원천적으로 방지한다.
한편, 상술한 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예에 따른 오염 방지 수단(160)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 커버 하우징(280)을 더 포함하여 구성된다.
커버 하우징(280)은 회수 롤러(240)의 하부, 또는 제 2 가이드 롤러(270)와 회수 롤러(240)의 하부를 덮음과 아울러 본딩 툴(150)의 타측면에 인접하도록 제 2 브라켓(242)에 설치된다. 이러한, 커버 하우징(280)은 반도체 칩(140)의 본딩시 필름(210)에 묻은 접착 부재(130)가 스테이지(110) 쪽으로 떨어지는 것을 방지한다. 즉, 반도체 칩(140)의 본딩에 의해 접착 부재(130)가 필름(210)의 하면에 접착될 수 있는데, 이 경우 필름(210)이 회수 롤러(240)에 권취될 때 필름(210)에 접착된 접착 부재(130)가 스테이지(110) 쪽으로 떨어질 수 있다. 이에 따라, 커버 하우징(280)은 회수 롤러(240)로 이송되는 필름(210)에서 떨어지는 접착 부재(130)를 수용(회수)함으로써 스테이지(110)의 오염을 방지한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 칩 본딩 장치는 오염 방지 수단(160)을 이용하여 열압착 방식을 이용한 반도체 칩(140)의 본딩시 접착 부재(130)에 의한 본딩 툴(150)의 오염을 방지할 뿐만 아니라 반도체 칩(140)의 본딩시 접착 부재(130)에 의한 반도체 칩(140)의 상면 오염을 방지할 수 있다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 칩 본딩 방법을 단계적으로 나타내는 도면이다.
도 8a 내지 도 8e를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 칩 본딩 방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이, 오염 방지 수단(160)을 본딩 툴(150)의 하면에 배치시킨다.
일 실시 예에 있어서, 오염 방지 수단(160)을 본딩 툴(150)의 하면에 배치시키는 단계는 본딩 툴(150)의 일측부에 설치되어 필름(210)이 권취된 피딩 롤러(220)와 본딩 툴(150)의 타측부에 설치되어 필름(210)을 회수하는 회수 롤러(240)를 회전시킴으로써 필름(210)을 이송하여 본딩 툴(150)의 하면에 배치시킨다. 이때, 필름(210)에 형성된 개구부(212)는 본딩 툴(150)에 형성된 흡착 홀(152)에 중첩된다. 여기서, 피딩 롤러(220)는 상술한 일방향으로만 회전될 수 있다.
상기 오염 방지 수단(160)을 본딩 툴(150)의 하면에 배치시키는 단계는 피딩 롤러(220)에 인접하도록 설치된 제 1 가이드 롤러(260)를 이용해 피딩 롤러(220)로부터 회수 롤러(240) 쪽으로 이송되는 필름(210)의 이송을 가이드함과 아울러 회수 롤러(240)에 인접하도록 설치된 제 2 가이드 롤러(270)를 이용해 회수 롤러(240)로 회수되는 필름(210)의 이송을 가이드할 수 있다.
그런 다음, 도 8b에 도시된 바와 같이, 흡착 홀(152)을 통해 본딩 툴(150)의 하면에 반도체 칩(140)을 흡착하여 픽업한다. 이와 함께, 디스펜서를 이용하여 스테이지(110)에 지지된 기판 부재(120)의 칩 본딩 영역 내에 접착 부재(130)를 도포한다.
그런 다음, 도 8c에 도시된 바와 같이, 반도체 칩(140)이 픽업된 본딩 툴(150)을 접착 부재(130) 상으로 이송시킨 후, 기판 부재(120)에 형성된 접속 단자(122)와 반도체 칩(140)에 형성된 범프(142)의 위치를 얼라인한다.
그런 다음, 도 8d에 도시된 바와 같이, 열압착 방식을 이용하여 본딩 툴(150)에 픽업된 반도체 칩(140)을 칩 실장 영역에 본딩한다. 이때, 본딩 툴(150)은 소정 압력으로 반도체 칩(140)을 가압함과 동시에 반도체 칩(140)을 가열함으로써 반도체 칩(140)에 형성된 범프(142)를 용융시켜 기판 부재(120)에 형성된 접속 단자(122)에 전기적으로 접속시킨다. 또한, 접착 부재(130)는 본딩 툴(150)의 가압에 따른 반도체 칩(140)의 가압에 의해 칩 본딩 영역 내에서 사방으로 퍼져 기판 부재(120)와 반도체 칩(140) 사이를 밀봉함과 아울러 반도체 칩(140)을 기판 부재(120)의 칩 본딩 영역에 접착시킨다. 이때, 접착 부재(130)는 반도체 칩(140)의 가압에 따라 반도체 칩(140)의 측면을 따라 상승하여 필름(210)에 접착되거나 묻게 된다. 이에 따라, 필름(210)은 반도체 칩(140)의 측면을 따라 상승되는 접착 부재(130)에 의한 본딩 툴(150)의 오염을 방지할 뿐만 아니라 반도체 칩(140)의 본딩시 접착 부재(130)에 의한 반도체 칩(140)의 상면 오염을 방지한다.
그런 다음, 도 8e에 도시된 바와 같이, 열압착에 의해 반도체 칩(140)이 칩 본딩 영역에 본딩되면, 본딩 툴(150)을 소정 높이로 상승시킴으로써 반도체 칩(140)의 본딩 공정을 완료한다.
그런 다음, 도 8a 내지 도 8e에 도시된 공정을 반복적으로 수행함으로써 반도체 칩(140)을 기판 부재(120)에 본딩하는 반도체 칩 본딩 공정을 반복적으로 수행한다.
상술한 반도체 칩 본딩 공정에서 본딩 툴(150)의 하면에 필름(210)을 배치시키는 공정은 본딩 툴(150)에 의한 반도체 칩(140)의 본딩 공정 이후 본딩 툴(150)이 다른 반도체 칩(140)을 픽업하기 위해 이송되는 동안에 수행되거나, 본딩 툴(150)이 다른 반도체 칩(140)을 픽업하기 위한 픽업 위치로 이송된 시점과 본딩 툴(150)이 다른 반도체 칩(140)을 픽업하는 공정 사이에 수행될 수 있다.
한편, 상술한 반도체 칩 본딩 공정에서는 개구부(212)를 가지는 필름(210)을 사이에 두고 반도체 칩(140)을 본딩 툴(150)에 픽업하여 본딩 공정을 수행하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 않고 다공성 재질의 필름 사이에 두고 반도체 칩(140)을 본딩 툴(150)에 픽업하여 본딩 공정을 수행할 수도 있다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 칩 본딩 방법은 본딩 툴(150)의 하면에 필름(210)을 배치시킨 후, 필름(210)을 사이에 두고 반도체 칩(140)을 본딩 툴(150)에 픽업한 다음, 열압착을 통해 본딩 툴(150)에 픽업된 반도체 칩(150)을 기판 부재(120)의 칩 본딩 영역에 본딩함으로써 접착 부재(130)에 의한 본딩 툴(150)의 오염을 원천적으로 방지할 뿐만 아니라 반도체 칩(140)의 본딩시 접착 부재(130)에 의한 반도체 칩(140)의 상면 오염을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 칩 본딩 장치 및 방법에서는 반도체 칩(140)을 기판 부재(120)의 칩 본딩 영역에 본딩하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 기판 부재(120)의 칩 본딩 영역에 본딩된 다른 반도체 칩 상에 본딩될 수도 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 스테이지 120: 기판 부재
130: 접착 부재 140: 반도체 칩
150: 본딩 툴 152: 흡착 홀
160: 오염 방지 수단 210: 필름
220: 피딩 롤러 230, 250: 회전 수단
240: 회수 롤러 260, 270: 가이드 롤러

Claims (17)

  1. 칩 본딩 영역 내에 접착 부재가 도포된 기판 부재를 지지하는 스테이지;
    흡착 홀을 통해 반도체 칩을 픽업(Pick Up)함과 아울러 열압착 방식을 이용해 픽업된 반도체 칩을 상기 칩 본딩 영역에 본딩하는 본딩 툴(Bonding Tool); 및
    상기 접착 부재에 의한 상기 본딩 툴의 오염을 방지하는 오염 방지 수단을 포함하며,
    상기 오염 방지 수단은 상기 본딩 툴과 상기 반도체 칩 사이에 배치되며, 상기 흡착 홀에 중첩되는 개구부가 구비된 필름을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 본딩 장치.
  2. 삭제
  3. 칩 본딩 영역 내에 접착 부재가 도포된 기판 부재를 지지하는 스테이지;
    흡착 홀을 통해 반도체 칩을 픽업(Pick Up)함과 아울러 열압착 방식을 이용해 픽업된 반도체 칩을 상기 칩 본딩 영역에 본딩하는 본딩 툴(Bonding Tool); 및
    상기 접착 부재에 의한 상기 본딩 툴의 오염을 방지하는 오염 방지 수단을 포함하며,
    상기 오염 방지 수단은 상기 본딩 툴과 상기 반도체 칩 사이에 배치된 다공성(Porous) 재질의 필름을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 본딩 장치.
  4. 칩 본딩 영역 내에 접착 부재가 도포된 기판 부재를 지지하는 스테이지;
    흡착 홀을 통해 반도체 칩을 픽업(Pick Up)함과 아울러 열압착 방식을 이용해 픽업된 반도체 칩을 상기 칩 본딩 영역에 본딩하는 본딩 툴(Bonding Tool); 및
    상기 접착 부재에 의한 상기 본딩 툴의 오염을 방지하는 오염 방지 수단을 포함하며,
    상기 오염 방지 수단은,
    상기 흡착 홀에 대응되도록 일정한 간격으로 형성된 개구부를 가지는 필름;
    상기 본딩 툴의 일측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 필름이 권취된 피딩 롤러;
    상기 피딩 롤러를 회전시키는 제 1 회전 수단;
    상기 본딩 툴의 타측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 본딩 툴과 상기 반도체 칩 사이를 경유하여 이송되는 상기 필름을 회수하는 회수 롤러; 및
    상기 제 1 회전 수단과 연동되도록 상기 회수 롤러를 회전시키는 제 2 회전 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 본딩 장치.
  5. 칩 본딩 영역 내에 접착 부재가 도포된 기판 부재를 지지하는 스테이지;
    흡착 홀을 통해 반도체 칩을 픽업(Pick Up)함과 아울러 열압착 방식을 이용해 픽업된 반도체 칩을 상기 칩 본딩 영역에 본딩하는 본딩 툴(Bonding Tool); 및
    상기 접착 부재에 의한 상기 본딩 툴의 오염을 방지하는 오염 방지 수단을 포함하며,
    상기 오염 방지 수단은,
    상기 흡착 홀에 대응되도록 일정한 간격으로 형성된 개구부를 가지는 필름;
    상기 본딩 툴의 일측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 필름이 권취된 피딩 롤러;
    상기 피딩 롤러를 일방향으로만 회전시키는 회전 구속 수단;
    상기 본딩 툴의 타측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 본딩 툴과 상기 반도체 칩 사이를 경유하는 상기 필름을 회수하는 회수 롤러; 및
    상기 회수 롤러를 회전시키는 회전 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 본딩 장치.
  6. 칩 본딩 영역 내에 접착 부재가 도포된 기판 부재를 지지하는 스테이지;
    흡착 홀을 통해 반도체 칩을 픽업(Pick Up)함과 아울러 열압착 방식을 이용해 픽업된 반도체 칩을 상기 칩 본딩 영역에 본딩하는 본딩 툴(Bonding Tool); 및
    상기 접착 부재에 의한 상기 본딩 툴의 오염을 방지하는 오염 방지 수단을 포함하며,
    상기 오염 방지 수단은,
    다공성(Porous) 재질로 이루어진 필름;
    상기 본딩 툴의 일측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 필름이 권취된 피딩 롤러;
    상기 피딩 롤러를 회전시키는 제 1 회전 수단;
    상기 본딩 툴의 타측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 본딩 툴과 상기 반도체 칩 사이를 경유하여 이송되는 상기 필름을 회수하는 회수 롤러; 및
    상기 제 1 회전 수단과 연동되도록 상기 회수 롤러를 회전시키는 제 2 회전 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 본딩 장치.
  7. 칩 본딩 영역 내에 접착 부재가 도포된 기판 부재를 지지하는 스테이지;
    흡착 홀을 통해 반도체 칩을 픽업(Pick Up)함과 아울러 열압착 방식을 이용해 픽업된 반도체 칩을 상기 칩 본딩 영역에 본딩하는 본딩 툴(Bonding Tool); 및
    상기 접착 부재에 의한 상기 본딩 툴의 오염을 방지하는 오염 방지 수단을 포함하며,
    상기 오염 방지 수단은,
    다공성(Porous) 재질로 이루어진 필름;
    상기 본딩 툴의 일측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 필름이 권취된 피딩 롤러;
    상기 피딩 롤러를 일방향으로만 회전시키는 회전 구속 수단;
    상기 본딩 툴의 타측부에 회전 가능하게 설치되어 상기 본딩 툴과 상기 반도체 칩 사이를 경유하는 상기 필름을 회수하는 회수 롤러; 및
    상기 회수 롤러를 회전시키는 회전 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 본딩 장치.
  8. 제 5 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 회전 구속 수단은,
    상기 피딩 롤러의 구동축에 설치된 회전 기어; 및
    상기 회전 기어에 치합되어 상기 회전 기어를 일방향으로만 회전시키는 스프라켓 기어를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 본딩 장치.
  9. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오염 방지 수단은 상기 회수 롤러의 하부를 덮도록 설치된 커버 하우징을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 본딩 장치.
  10. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오염 방지 수단은,
    상기 피딩 롤러에 인접하도록 설치되어 상기 피딩 롤러로부터 상기 회수 롤러 쪽으로 이송되는 상기 필름의 이송을 가이드하는 제 1 가이드 롤러; 및
    상기 회수 롤러에 인접하도록 설치되어 상기 회수 롤러로 회수되는 상기 필름의 이송을 가이드하는 제 2 가이드 롤러를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 본딩 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 오염 방지 수단은 상기 제 2 가이드 롤러 및 상기 회수 롤러의 하부를 덮도록 설치된 커버 하우징을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 본딩 장치.
  12. 반도체 칩을 픽업(Pick Up)하기 위한 본딩 툴의 하면에 오염 방지 수단을 배치하는 단계;
    상기 본딩 툴에 형성된 흡착 홀을 통해 상기 반도체 칩을 픽업하는 단계;
    스테이지에 지지된 기판 부재의 칩 본딩 영역 상에 접착 부재를 도포하는 단계;
    상기 본딩 툴에 픽업된 반도체 칩을 상기 접착 부재 상에 위치시키는 단계; 및
    열압착 방식을 이용해 상기 본딩 툴에 픽업된 반도체 칩을 상기 칩 본딩 영역에 본딩하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 본딩 툴의 하면에 상기 오염 방지 수단을 배치하는 단계는 상기 흡착 홀에 대응되도록 형성된 개구부를 가지는 필름을 이송시켜 상기 개구부를 상기 흡착 홀에 중첩시키는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착 방법.
  13. 삭제
  14. 반도체 칩을 픽업(Pick Up)하기 위한 본딩 툴의 하면에 오염 방지 수단을 배치하는 단계;
    상기 본딩 툴에 형성된 흡착 홀을 통해 상기 반도체 칩을 픽업하는 단계;
    스테이지에 지지된 기판 부재의 칩 본딩 영역 상에 접착 부재를 도포하는 단계;
    상기 본딩 툴에 픽업된 반도체 칩을 상기 접착 부재 상에 위치시키는 단계; 및
    열압착 방식을 이용해 상기 본딩 툴에 픽업된 반도체 칩을 상기 칩 본딩 영역에 본딩하는 단계를 포함하여 이루어지며,
    상기 본딩 툴의 하면에 상기 오염 방지 수단을 배치하는 단계는 상기 흡착 홀에 중첩되도록 다공성(Porous) 재질로 이루어진 필름을 이송시키는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착 방법.
  15. 제 12 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 본딩 툴의 하면에 상기 오염 방지 수단을 배치하는 단계는 상기 본딩 툴의 일측부에 설치되어 상기 필름이 권취된 피딩 롤러와 상기 본딩 툴의 타측부에 설치되어 상기 필름을 회수하는 회수 롤러를 구동하여 상기 필름을 상기 본딩 툴의 하면으로 이송시키는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 피딩 롤러는 일방향으로만 회전되는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 부착 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 본딩 툴의 하면에 상기 오염 방지 수단을 배치하는 단계는,
    상기 피딩 롤러에 인접하도록 설치된 제 1 가이드 롤러를 이용해 상기 피딩 롤러로부터 상기 회수 롤러 쪽으로 이송되는 상기 필름의 이송을 가이드하는 단계; 및
    상기 회수 롤러에 인접하도록 설치된 제 2 가이드 롤러를 이용해 상기 회수 롤러로 회수되는 상기 필름의 이송을 가이드하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 본딩 방법.
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