KR101274674B1 - 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 장치 및 그 방법 - Google Patents

자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

기판과 상기 기판위에 접합될 반도체 칩을 실장하는 실장부; 상기 기판과 상기 반도체 칩사이에 충진될 자외선 접착제를 도포하는 자외선 접착제 도포부; 상기 자외선 접착제를 경화시키기 위한 자외선을 조사하는 자외선 조사부; 상기 기판의 금속재질과 상기 반도체 칩의 금속 재질간의 접합을 위한 극초단파를 발생시켜 반도체 디바이스에 조사하는 극초단파 조사부; 및 상기 기판과 상기 반도체 칩의 접합시에 반도체 칩을 압착하는 압착부를 포함하는 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 장치가 제공된다.

Description

자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 장치 및 그 방법{METHOD AND APPARATUS FOR BONDING SEMICONDUCTOR DEVICE USING UV OR MICRO SHORT WAVE}
본 발명은 반도체 디바이스 접합 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 상세하게는 저온 또는 상온상에서 반도체 디바이스간에 접합을 수행하여 반도체 디바이스의 손상을 효과적으로 방지하면서도 접합의 신뢰성을 보장할 수 있는 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 휴대폰, PMP (Portable multimedia player) 및 노트북 등과 같은 소형 멀티미디어 기기의 사용이 증가함에 따라 전자 패키징 산업은 고성능화, 고집적화, 소형화 및 경량화의 추세로 발전하여 가고 있다.
더불어 전기적 신호의 손실을 줄이기 위해 전기, 전자 산업체에서는 가볍고 굴곡성이 우수한 연성인쇄회로기판(Flexible printed circuit board, FPCB)과 가격이 싸고 신뢰성이 입증된 경성인쇄회로기판(Rigid printed circuit board)의 전극간 직접 접합에 많은 관심을 보이고 있다.
대한민국 공개특허 10-2009-0028160호(칩본더)에는 기판위에 반도체 칩을 접합하는 기술에 대하여 기재되어 있으며, 대한민국 등록특허 10-0487998호(플립칩 본더 장치 및 본더 방법)에는 플립칭을 본딩하는 기술에 대하여 기재되어 있다.
통상, 기판에 반도체 칩을 접합하기 위해서는 일정한 온도,압력,시간을 주어 가압을 하면서 열융착을 시키는 방법을 이용한다.
아울러, 반도체 칩과 기판을 접착시키는 접착제 역할을 하는 동시에 이물
질 침투를 방지하는 접착수지로서, 이방성 도전 필름(ACF:Anisotropic Conductive Film)이나 이방성 도전 접착제 (ACA:Anisotropic Conductive Adhesive), 혹은 비전도성 폴리머(Non Conductive Polymer, NCP)나 비전도성 필름(non-conductive film, NCF) 등이 많이 사용된다.
일정한 온도로 기판이나 반도체 칩을 가열하는 방법에는 히터가 구비된 핫바가 부착된 장치를 이용하는 방법(열압착 방식), 극초단파를 이용하여 접촉 부의 마찰열을 이용하는 방법(극초단파 방식), 레이저를 이용하는 방법(레이저 방식) 등이 사용될 수 있다.
열압착 방식은 높은 접합온도로 인해 실장된 부품이 손상될 수 있다. 예컨대, 연성인쇄회로기판의 재질로 Pet 혹은 플라스틱 기판을 사용할 경우 기판이 녹아버리는 현상 발생할 수 있으며, 금속 접합일 경우 접합 공정온도가 높아서, 기판위에 실장된 부품이 손상될 수 있다.
또한, 이방성 도전 필름(ACF:Anisotropic Conductive Film)이나 이방성 도전 접착제 (ACA:Anisotropic Conductive Adhesive), 혹은 비전도성 폴리머(Non Conductive Polymer, NCP)나 비전도성 필름(non-conductive film, NCF)과 같은 접착제를 이용한 접합법은 높은 접합 압력과 낮은 신뢰성이 문제시되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래의 반도체 디바이스들을 서로 접합하기 위해 사용되던 방식들의 문제점을 해결하고, 저온 또는 상온상에서 반도체 디바이스간에 접합을 수행하여 반도체 디바이스의 손상을 효과적으로 방지하면서도 접합의 신뢰성을 보장할 수 있는 반도체 디바이스 접합 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일측면에 의하면, 기판과 상기 기판위에 접합될 반도체 칩을 실장하는 실장부; 상기 기판과 상기 반도체 칩사이에 충진될 자외선 접착제를 도포하는 자외선 접착제 도포부; 상기 자외선 접착제를 경화시키기 위한 자외선을 조사하는 자외선 조사부; 상기 기판의 금속재질과 상기 반도체 칩의 금속 재질간의 접합을 위한 극초단파를 발생시켜 반도체 디바이스에 조사하는 극초단파 조사부; 및 상기 기판과 상기 반도체 칩의 접합시에 반도체 칩을 압착하는 압착부를 포함하는 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 장치가 제공된다.
상기 자외선 조사부로부터 조사되는 자외선은 350nm ~ 480nm의 피크 파장 대역을 가질 수 있다.
상기 반도체 디바이스 접합 장치는 상기 기판의 금속재질과 상기 반도체 칩의 금속 재질의 적어도 일측에 흑연 또는 탄소를 코팅하는 코팅부를 더 포함할 수 있다.
상기 자외선 접착제는 열경화성 접착제에 자외선 경화성분을 혼합한 자외선, 열경화 병용형 접착제일 수 있다.
상기 자외선 조사부는 상기 기판과 상기 반도체 칩사이에 충진된 자외선 접착제가 가장자리로 흘러나온 부분을 조사하도록 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 실장부에 기판을 실장하는 단계; 상기 기판위에 자외선 접착제를 도포하는 단계; 상기 자외선 접착제가 도포된 상기 기판위에 범프가 형성된 반도체 칩을 위치시키는 단계; 및 상기 반도체 칩을 상부로부터 압착하면서 상기 자외선 접착제를 경화시키기 위한 자외선을 조사하고, 상기 반도체 칩의 범프와 상기 기판에 형성된 금속 패드를 접합시키기 위한 극초단파를 조사하는 단계를 포함하는 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 방법이 제공된다.
상기 자외선은 350nm ~ 480nm의 피크 파장 대역을 가질 수 있다.
상기 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 방법은 상기 기판의 금속 패드와 상기 반도체 칩의 범프의 적어도 일측에 흑연 또는 탄소를 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 압착부의 압착과 동시에 극초단파 조사부에 의해 극초단파를 조사하여 반도체 칩에 형성된 범프와 기판에 형성된 패드를 접합시킴과 아울러, 자외선을 조사하여 자외선 접착제를 경화시킴에 따라 저온 또는 상온상에서 반도체 디바이스간에 접합을 수행하여 반도체 디바이스의 손상을 효과적으로 방지하면서도 접합의 신뢰성을 보장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 장치의 구성 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 방법을 설명하는 반도체 디바이스를 보여준다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그리고, 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 장치의 구성 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 장치(100)는 자외선 조사부(110), 극초단파 조사부(120), 실장부(130), 압착부(140), 자외선 접착제 도포부(150), 코팅 처리부(160), 이송부(170), 제어부(180)를 포함하여 구성될 수 있다.
자외선 조사부(110)는 자외선 접착제를 경화시키기 위한 자외선을 조사한다. 이때 사용하는 자외선은 350nm ~ 480nm의 피크 파장 대역을 가지는 것이 바람직하다.
극초단파 조사부(120)는 극초단파를 발생시켜 반도체 디바이스에 조사한다. 극초단파 조사부(120)로부터 조사된 극초단파는 극초단파를 통해 금속재질간의 접합을 수행할 수 있다. 여기에서 금속재질은 기판(210)에 형성된 패드(211)와 반도체 칩(220)에 형성된 범프(240)가 해당될 수 있다.
실장부(130)는 기판(210)과 그 기판(210)위에 접합될 반도체 칩(220)을 실장하는 지지대와, 실장된 기판(210)과 반도체 칩(220)을 고정시켜 주는 홀더를 포함할 수 있다.
압착부(140)는 실장부(130)에 기판(210)과 반도체 칩(220)이 실장된 상태에서 반도체 칩(220)과 기판(210)을 상부로부터 압착하는 기능을 수행한다. 압착부(140)는 기판(210)과 반도체 칩(220)이 완전하게 접착될 때까지 가압하는 기능을 수행한다.
자외선 접착제 도포부(150)는 반도체칩(220)이 접합될 기판(210)의 접착 부위에 자외선 접착제(230)를 도포한다.
자외선 접착제(230)는 열경화성 접착제에 자외선 경화성분을 혼합한 자외선, 열경화 병용형 접착제이다. 구체적으로는, 우레탄아크릴레이트 수지를 주제로 하여 광중합 개시제로서 벤조인알킬에테르, 열경화성 개시제로서 아크릴산에스테르를 배합한 것일 수 있다. 자외선 접착제(230)는 절연성 재질이 바람직하다.
코팅 처리부(160)는 금속간의 접합을 위해 극초단파를 조사할 때 탄소 또는 흑연을 코팅한다.
제어부(180)는 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 장치(100)를 구동시키 위해 자외선 조사부(110), 극초단파 조사부(120), 실장부(130), 압착부(140), 자외선 접착제 도포부(150), 코팅 처리부(160), 이송부(170)의 동작을 제어한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 방법을 설명하는 반도체 디바이스를 보여준다.
도 2를 참조하면, 실장부(130)위에 기판(210)이 실장되어 있고, 그 기판(210)위에 접합될 반도체 칩(220)이 범프(221)를 개재하여 배치된다. 기판(210)가 반도체 칩(220)사이에는 자외선 접착제(230)가 개재되어 있다. 자외선 접착제(230)는 언더 필(under fill)로서 사용될 수 있다. 범프(221)는 기판(210)에 형성된 패드(211)에 접합된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 이송부(170)는 실장부(130)위에 기판(210)을 위치시킨다(S1). 기판(210)위에는 패드(211)를 형성한다(S2). 패드(211)는 반도체 칩(220)의 범프(240)와 전기적으로 접합되는 부분으로, 예컨대 Au가 사용될 수 있다.
자외선 접착제 도포부(150)는 기판(210)위에 자외선 접착체(230)를 도포한다. 자외선 접착제 도포부(150)는 자외선 접착제(230)를 기판(210)위에 도포할 때 범프(240)와 패드(211)의 두께를 감안하여 충분한 두께로 도포한다(S3).
한편, 반도체 칩(220)에는 범프(240)가 형성되어 있다. 범프(240)의 재질은 패드(211)와의 접합을 위해 Au를 사용할 수 있다. 이송부(170)는 반도체 칩(220)의 범프(240)와 패드(211)가 서로 대향하고 위치가 서로 일치하도록 반도체 칩(220)을 자외선 접착제(230)가 도포된 기판(210)위에 이송시켜 위치 정렬을 수행한다(S4).
압착부(140)가 반도체 칩(220)의 상부로부터 기판(210)쪽으로 힘을 가하여 반도체 칩(220)과 기판(210)을 압착시킨다(S5). 압착부(140)가 반도체 칩(220)의 상부에 가하는 힘은 극초단파 조사부(120)부로부터 조사되는 극초단파에 의해 범프(240)와 패드(211)가 충분히 접착될 수 있도록 하기 위해 눌러서 고정시켜 주는 정도의 압력이면 가능하다.
압착부(140)에 의해 반도체 칩(220)의 상부에 압력이 가해짐과 아울러, 극초단파 조사부(120)에서는 범프(240)와 패드(211)에 극초단파를 조사한다(S6). 극초단파에 의해 범프(240)와 패드(211)간의 접합이 이루어진다.
압착부(140)에 의해 반도체 칩(220)의 상부에 압력이 가해지면서 자외선 접착제(230)는 반도체 칩(220)의 둘레로 눌려져서 가장자리쪽으로 퍼지게 된다.
아울러, 자외선 조사부(110)는 자외선 접착제(230)에 자외선을 조사한다(S7). 자외선 접착제(230)는 열경화성 접착제에 자외선 경화성분을 혼합한 자외선, 열경화 병용형 접착제이다. 따라서, 자외선 조사부(110)로부터 조사되는 자외선 접착제(230)에 의해 자외선 접착제(230)는 경화된다. 한편, 자외선 조사부(110)는 자외선 접착제(230)가 눌려져서 가장자리쪽으로 퍼졌을 때 그 가장자리쪽을 조사하도록 설치될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 필요에 따라 자외선 조사부(110)의 위치를 변경할 수 있다.
압착부(140)에 의해 반도체 칩(240)이 압착될 때 자외선 접착제(230)가 눌려 퍼지는 동작은 원만하게 행해져서 범프(240)는 패드(211)에 정상적으로 눌려 붙게 된다. 극초단파 조사부(120)의 극초단파 조사는 수 초 정도 계속하도록 한다. 또한, 자외선 접착제(230) 중에서 반도체 칩(220)의 주위 가장자리로부터 흘러나온 부분의 경화가 진행된다. 이와 같이, 자외선 접착제(230) 중에서 반도체 칩(220)의 주위 가장자리로부터 노출된 부분이 경화되기 때문에, 극초단파 조사부(120)에서 극초단파를 조사할 때 자외선 접착제(230)가 기판의 바깥쪽으로 필요 이상 흘러나오는 것이 방지된다.
이후, 기판(210)에 자외선 접착제(230)의 경화속도를 향상시키기 위해 열처리 공정이 수행될 수 있다. 열처리 공정은 선택적인 것이며 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 열처리는 실장부(130)의 하부에 설치된 열판을 통해 열이 공급될 수 도 있고, 별도의 가열로에 기판을 이송하여 열처리가 이루어질 수도 있다.
압착부(140)의 압착과 동시에 극초단파 조사부(120)에 의해 극초단파를 조사하여 반도체 칩(220)에 형성된 범프(240)와 기판(210)에 형성된 패드(211)를 접합시키기고 있다. 따라서, 자외선 접착제(230)가 반도체 칩(220)으로부터 외측으로 많이 흘러나오지 않아 극초단파에 의한 범프(240)와 패드(211)간의 접합을 양호하게 행할 수 있다.
또한, 접착제의 주위부분은 빛 또는 열로 경화되도록 한 것이기 때문에, 반도체 칩과 기판 사이에서 눌려 퍼진 절연성 접착제의 주위부분을 빨리 안정하게 경화시킬 수 있다.
한편, 범프(240)와 패드(211)간의 극초단파에 의한 접합 속도 향상 및 국부 가열 향상화를 위해 범프(240)와 패드(211)가 접합되기 전에 범프(240) 또는 패드(211)중 적어도 어느 한쪽 표면에 탄소 또는 흑연 코팅이 이루어질 수 있다.
범프(240) 또는 패드(211)의 표면에 탄소 또는 흑연의 코팅이 이루어지면 극초단파에 의한 접합시에 접합 성능이 더욱 향상될 수 있다. 이러한 탄소 또는 흑연 코팅은 코팅 처리부(160)에 의해 이루어질 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
예컨대, 본 발명의 실시예에서는 플립칩 본딩을 가지는 반도체 디바이스에 대하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 얼마든지 변형이 가능하다. 또한 본 발명의 실시예에서는 기판과 반도체 칩간의 접합에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고, 기판과 또 다른 기판과의 접합에도 변형하여 적용이 가능하다. 또한, 본 발명의 실시예에서 금속 재질간의 접합에 대하여 기판의 패드와 범프의 접합에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고, 기판과 기판사이에 형성될 수 있는 다양한 금속 재질에 대하여 얼마든지 변형하여 적용이 가능하다.
100 : 반도체 디바이스 접합 장치 110 : 자외선 조사부
120 : 극초단파 조사부 130 : 실장부
140 : 압착부 150 : 자외선 접착제 도포부
160 : 코팅 처리부 170 : 이송부
180 : 제어부 210 : 기판
211 : 패드 220 : 반도체 칩
230 : 자외선 접착제 240 : 범프

Claims (8)

  1. 기판과 상기 기판위에 접합될 반도체 칩을 실장하는 실장부;
    상기 기판과 상기 반도체 칩사이에 충진될 자외선 접착제를 도포하는 자외선 접착제 도포부;
    상기 자외선 접착제를 경화시키기 위한 자외선을 조사하는 자외선 조사부;
    상기 기판의 금속재질과 상기 반도체 칩의 금속 재질간의 접합을 위한 극초단파를 발생시켜 반도체 디바이스에 조사하는 극초단파 조사부; 및
    상기 기판과 상기 반도체 칩의 접합시에 반도체 칩을 압착하는 압착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 자외선 조사부로부터 조사되는 자외선은 350nm ~ 480nm의 피크 파장 대역을 가지는 것을 특징으로 하는 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판의 금속재질과 상기 반도체 칩의 금속 재질의 적어도 일측에 흑연 또는 탄소를 코팅하는 코팅부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 자외선 접착제는 열경화성 접착제에 자외선 경화성분을 혼합한 자외선, 열경화 병용형 접착제인 것을 특징으로 하는 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 자외선 조사부는 상기 기판과 상기 반도체 칩사이에 충진된 자외선 접착제가 가장자리로 흘러나온 부분을 조사하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 장치.
  6. 실장부에 기판을 실장하는 단계;
    상기 기판위에 자외선 접착제를 도포하는 단계;
    상기 자외선 접착제가 도포된 상기 기판위에 범프가 형성된 반도체 칩을 위치시키는 단계;
    상기 반도체 칩을 상부로부터 압착하면서 상기 자외선 접착제를 경화시키기 위한 자외선을 조사하고, 상기 반도체 칩의 범프와 상기 기판에 형성된 금속 패드를 접합시키기 위한 극초단파를 조사하는 단계를 포함하는 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 방법.
  7. 청구항 6 있어서,
    상기 자외선은 350nm ~ 480nm의 피크 파장 대역을 가지는 것을 특징으로 하는 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 기판의 금속 패드와 상기 반도체 칩의 범프의 적어도 일측에 흑연 또는 탄소를 코팅하는 단계를 더 포함하는 특징으로 하는 자외선 또는 극초단파를 이용한 반도체 디바이스 접합 방법.
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