KR101300573B1 - 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 TCNCP 공정을 위하여 반도체 칩을 이송시키는 공정 중, 반도체 칩에 형성된 범프의 솔더가 비정상적으로 녹아내리며 손상되는 것을 방지할 수 있도록 한 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 본딩 툴의 아래쪽 위치까지 슬라이딩되며 이송되는 슬라이더체와, 이 슬라이더체의 위면에 일체로 부착되는 러버 재질의 완충용 받침대를 포함하는 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치에 있어서, 상기 슬라이더체와 완충용 받침대에는 진공제공수단 및 에어 블로워수단과 동시에 연결되는 진공흡착 및 에어 공급홀을 형성하여, 반도체 칩을 진공 흡착하거나 또는 에어압으로 부양시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치를 제공한다.

Description

반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치{Die transferring device for TCNCP}
본 발명은 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 TCNCP 공정을 위하여 반도체 칩을 이송시키는 공정 중, 반도체 칩에 형성된 범프의 솔더가 비정상적으로 녹아내리며 손상되는 것을 방지할 수 있도록 한 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 패키지는 기판에 반도체 칩을 부착하고, 반도체 칩과 기판간을 도전성 와이어로 연결한 후, 반도체 칩과 와이어 등이 내재되도록 기판의 일면에 몰딩 컴파운드 수지가 몰딩된 구조로 제조된다.
이러한 반도체 패키지의 구성중, 기판과 반도체 칩을 전기적 신호 교환 가능하게 연결하는 도전성 와이어는 소정의 길이를 갖기 때문에 실질적으로 반도체 패키지의 사이즈 및 신호 전달 경로를 증가시키는 원인이 되고, 특히 반도체 칩이 고직접화, 고성능화 및 고속화됨에 따라 반도체 패키지를 소형화시키기 위한 노력에 오히려 역행하는 요인이 되고 있다.
이러한 점을 감안하여, 반도체 칩의 전극패드(=본딩패드)에 솔더 또는 금속 재질의 범프를 일체로 형성하고, 이 범프를 매개로 반도체 칩의 전극패드들과 인쇄회로기판의 전도성패턴을 전기적으로 직접 연결시키는 반도체 패키지가 제안되고 있다.
첨부한 도 2 및 도 3에서 보듯이, 상기 범프(32)는 구리 도금 공정을 진행하여 반도체 칩(30)의 본딩패드 상에 소정의 높이로 형성되는 구리필러(34)와, 이 구리필러(34)의 상면에 일체로 형성되는 전도성 솔더(36)로 구성되며, 포토리소그래피 공정을 이용하여 칩의 본딩패드 상에 구리필러가 먼저 도금된 후, 그 위에 전도성 솔더가 순차적으로 도금된다.
이렇게 반도체 칩의 본딩패드에 구리필러(Cu pillar) 및 전도성 솔더로 이루어진 범프가 일체로 형성된 상태에서, 각 범프가 상대 칩 또는 기판과 같은 상대부품의 본딩영역 등에 본딩된다.
즉, 상기 범프가 형성된 반도체 칩을 상대 칩 또는 기판과 같은 상대부품의 전기접속용 본딩영역에 적층되게 상호 접착시키되, 비전도성 페이스트(NCP: Non Conductive Paste)를 이용하여 소정의 온도에서 가압하는 써멀 컴프레션 방식의 본딩 방법(TCNCP: Thermal Compression Non Conductive Paste)을 이용하여 상대부품의 본딩영역에 범프의 전도성솔더를 접착시키거나, 또는 리플로우 솔더링(Reflow Soldering) 공정을 이용하여 상대부품의 본딩영역에 범프의 전도성솔더를 접착시키게 된다.
여기서, 종래의 TCNCP 방법을 이용한 칩 부착 공정을 간략히 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 칩 이송장치(10)는 본딩 툴(20)이 있는 위치까지 슬라이딩되며 이송되는 슬라이더체(12)와, 이 슬라이더체(12)의 위면에 일체로 부착되는 러버 재질의 완충용 받침대(14)로 구성되고, 슬라이더체(12)와 완충용 받침대(14)에는 진공제공수단(18)과 연결되는 단일의 진공흡착홀(16)이 형성된다.
이러한 칩 이송장치(10)의 완충용 받침대(14) 위에 다수의 범프(32)를 갖는 반도체 칩(30)이 올려진 상태에서, 즉, 범프(32)가 완충용 받침대 위에 접촉되게 올려진 상태에서, 슬라이더체(12)가 슬라이딩되면서 사각 블럭 타입의 헤드부(22)와 일체로 된 본딩 툴(20)의 아래쪽으로 이송된다.
이때, 반도체 칩이 흔들리는 것을 방지하기 위하여 슬라이더체(12)와 완충용 받침대(14)에 형성된 진공흡착홀(16)을 통하여 진공이 제공되어, 반도체 칩(30)이 진공 흡착으로 고정된다.
이어서, 본딩 툴(20)이 반도체 칩(30)의 상면쪽으로 하강하여 반도체 칩(30)의 상면을 소정의 압력으로 가압하는 동시에 진공 흡착한 다음, 반도체 칩(30)이 진공 흡착된 상태에서 본딩 툴(20)이 상대부품(42, 적층 대상 칩 또는 기판 등)이 안착된 열압착 본딩부(40)쪽으로 이송되는 단계가 진행된다.
연이어, 본딩 툴(20)이 상대부품(42)쪽으로 하강을 하여 반도체 칩(30)의 범프(32)가 적층 대상의 상대부품(42)의 본딩영역에 안착되는 상태가 되고, 이에 열과 압력을 가하는 열압착 방식에 의하여 범프(32)가 상대부품(42)의 본딩영역에 융착된다.
보다 상세하게는, 범프(32)를 융착시키기 전에 상대부품(42)의 본딩영역을 포함하는 표면에 걸쳐 접착제의 일종인 비전도성 페이스트(NCP: Non Conductive Paste)를 미리 도포하는 과정과, 본딩 툴(20)이 하강을 하여 반도체 칩(30)의 범프(32)가 경화 전 상태인 비전도성 페이스트(44)를 뚫고 상대부품(42)의 본딩영역에 안착되는 과정과, 열과 압력이 인가되는 상태에서 본딩 툴(20)이 반도체 칩(30)을 소정의 힘으로 가압하여 범프(32)의 전도성 솔더(36) 부분이 상대부품(42)의 본딩영역에 융착되는 과정 등이 순차적으로 진행됨으로써, 범프(32)를 매개로 반도체 칩(30)이 상대부품(42)에 전기적 신호 교환 가능하게 적층 부착되고, 각 범프(32)들은 비전도성 페이스트(44)에 의하여 상호 절연되는 상태가 된다.
그러나, 상기한 종래의 TCNCP 공정에 사용되는 장치중 칩 이송장치에 의하여 반도체 칩의 범프를 구성하는 전도성 솔더가 미리 녹아내리면서 손상되는 문제점이 있었다.
즉, 230℃ 이상의 높은 온도에서 본딩 툴이 칩의 상면을 프레싱하는 동시에 진공 흡착할 때, 완충용 받침대의 표면에 접촉되어 있던 반도체 칩의 범프쪽으로 가압력 및 열이 동시에 전달되어, 첨부한 도 4의 (b) 사진에서 보듯이 범프의 전도성 솔더(36)가 미리 녹아내리면서 비정상적인 형상으로 변형되는 문제점이 있었다.
이렇게 범프의 전도성 솔더가 변형되면, 상대부품에 범프를 융착시킬 때 미스 어라인먼트 현상이 발생되어, 범프가 제대로 융착되지 않는 문제점이 따르게 되며, 그 예로서 첨부한 도 4의 (a) 사진에서 보듯이 전도성 솔더(36)가 떨어져 나가는 불량이 발생된다.
이러한 점을 감안하여, 반도체 칩의 범프쪽으로 열이 전달되지 않도록 본딩 툴을 낮은 온도가 될 때까지 냉각시킨 후, 칩을 진공 흡착하여 이송시키면 되지만, 이 경우에는 냉각 시간이 오래 걸리고, 또한 공정 간의 시간이 너무 오래 걸려 단위 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본딩툴이 하강하여 반도체 칩을 가압하며 진공 흡착할 때, 반도체 칩 이송장치의 받침대로부터 반도체 칩을 부양시켜 범프와 받침대가 비접촉 상태가 되도록 함으로써, 반도체 칩에 형성된 범프의 솔더가 비정상적으로 녹아내리며 손상되는 것을 방지할 수 있도록 한 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 본딩 툴의 아래쪽 위치까지 슬라이딩되며 이송되는 슬라이더체와, 이 슬라이더체의 위면에 일체로 부착되는 러버 재질의 완충용 받침대를 포함하는 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치에 있어서, 상기 슬라이더체와 완충용 받침대에는 진공제공수단 및 에어 블로워수단과 동시에 연결되는 진공흡착 및 에어 공급홀을 형성하여, 반도체 칩을 진공 흡착하거나 또는 에어압으로 부양시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 진공흡착 및 에어 공급홀은 진공제공수단 및 에어 블로워수단과 동시에 연결되며 슬라이드체에 관통 형성된 제1진공흡착 및 에어 공급홀과, 이 제1진공흡착 및 에어 공급홀에서 분기되면서 완충용 받침대에 관통 형성되는 다수개의 제2진공흡착 및 에어 공급홀로 구성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 완충용 받침대의 상면 테두리에는 소정 높이의 보호가드가 일체로 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보호가드의 소정 위치에는 외부를 향하여 좌우로 관통되는 에어배출홀이 관통 형성된 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 본딩툴이 하강하여 반도체 칩을 소정의 압력으로 가압하며 진공 흡착할 때, 완충용 받침대에 공급되는 에어압에 의하여 반도체 칩을 위쪽으로 부양시키는 동시에 반도체 칩의 범프와 완충용 받침대가 비접촉 상태가 되도록 함으로써, 반도체 칩에 형성된 범프의 솔더가 비정상적으로 녹아내리며 손상되는 것을 용이하게 방지할 수 있다.
또한, 본딩툴을 별도로 냉각시키지 않고도, 상대부품에 반도체 칩을 이송시켜 열압착으로 범프를 융착시키기 위한 공정이 용이하게 진행되어, 단위 생산성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치의 작동 과정을 설명하는 개략적 단면도,
도 3은 종래의 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치 및 그 작동 과정을 설명하는 개략적 단면도,
도 4는 종래의 칩 이송 장치에서 본딩 툴에 의하여 범프가 손상되는 것을 설명하는 사진.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 2에서 보듯이, 반도체 칩(30)의 본딩패드에는 상대부품과의 도전 연결을 위한 다수의 범프(32)가 도금 공정에 의하여 형성되는 바, 이 범프(32)는 포토리소그래피 공정을 이용하여 칩의 본딩패드 상에 먼저 도금되는 구리필러(34)와, 이 구리필러(34) 상에 순차 도금되는 전도성 솔더(36)로 구성되어 있다.
이렇게 범프(32)가 형성된 반도체 칩(30)을 상대부품(적층 대상의 반도체 칩 또는 기판)에 부착시키기 위한 대기 공간으로서, 칩 이송 장치가 구비된다.
상기 칩 이송 장치는 본딩 툴(20)의 아래쪽으로 범프(32)를 갖는 반도체 칩(30)을 이송시키기 위한 수단으로서, 본딩 툴(20)의 아래쪽 위치까지 슬라이딩되며 이송되는 슬라이더체(12)와, 슬라이더체(12)의 위면에 일체로 부착되는 러버 재질의 완충용 받침대(14)로 구성된다.
본 발명에 따르면, 상기 슬라이더체(12)와 완충용 받침대(14)에 진공제공수단(18) 및 에어 블로워(24)와 동시에 연결되는 진공흡착 및 에어 공급홀(26)이 형성된다.
상기 진공흡착 및 에어 공급홀(26)은 슬라이더체(12)에 형성되는 제1진공흡착 및 에어 공급홀(26a)과, 완충용 받침대(14)에 형성되는 제2진공흡착 및 에어 공급홀(26b)로 나누어진다.
보다 상세하게는, 상기 슬라이더체(12)에는 일측면에 중앙 내부로 연장되는 동시에 위쪽으로 꺽어진 형태의 제1진공흡착 및 에어 공급홀(26a)이 관통 형성되며, 이 제1진공흡착 및 에어 공급홀(26a)의 입구에는 분기된 튜브에 의하여 진공제공수단(18) 및 에어 블로워(24)가 동시에 연결된다.
또한, 상기 슬라이더체(12)의 상면에 일체로 부착되는 러버 재질의 완충용 받침대(14)에는 제1진공흡착 및 에어 공급홀(26a)에서 사방으로 분기되면서 다수개의 제2진공흡착 및 에어 공급홀(26b)이 상하로 관통 형성되는 바, 반도체 칩의 전체 면적에 진공 또는 에어압이 고르게 작용하도록 총 4개의 제2진공흡착 및 에어 공급홀(26b)이 관통 형성된다.
한편, 상기 완충용 받침대(14)의 상면에는 반도체 칩(30)이 공급되어 대기 상태로 안착되는데, 이 완충용 받침대(14)의 상면 테두리에는 반도체 칩(30)의 두께보다 큰 소정 높이의 보호가드(28)가 일체로 돌출 형성되고, 또한 제2진공흡착 및 에어 공급홀(26b)을 통해 에어가 반도체 칩의 저부로 공급될 때, 에어가 외부로 배출되도록 보호가드(28)의 소정 위치에는 외부를 향하며 좌우로 관통되는 에어배출홀(38)이 관통 형성된다.
여기서, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 칩 이송 장치에 대한 작동 흐름을 첨부한 도 2를 참조로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 칩 이송장치(10)의 완충용 받침대(14) 위에 다수의 범프(32)를 갖는 반도체 칩(30)이 공급되어 안착된다.
즉, 반도체 칩(30)의 범프(32)가 완충용 받침대(14) 상에 안착됨에 따라, 실질적으로 범프(32)를 구성하는 전도성 솔더(36)가 완충용 받침대(14) 표면에 접촉된 상태가 된다.
이렇게 범프(32)를 갖는 반도체 칩(30)이 완충용 받침대(14)에 공급된 상태에서, 슬라이더체(12)가 소정의 구동수단(미도시됨)에 의하여 슬라이딩되면서 사각 블럭 타입의 헤드부(22)와 일체로 된 본딩 툴(20)의 아래쪽으로 이송된다.
이때, 진공제공수단(18)에서 제공되는 진공 흡착력이 슬라이더체(12)에 형성된 제1진공흡착 및 에어 공급홀(26a)에 인가되는 동시에 완충용 받침대(14)에 형성된 제2진공흡착 및 에어 공급홀(26b)에 인가됨으로써, 완충용 받침대(14) 위에 안착된 반도체 칩(30)이 진공흡착력에 의하여 흔들리지 않게 고정된 상태를 유지하게 된다.
이어서, 본딩 툴(20)이 반도체 칩(30)의 상면쪽으로 하강하여 반도체 칩(30)의 상면을 소정의 압력으로 가압하는 동시에 진공으로 흡착할 때, 진공제공수단(18)에서 제공되는 진공이 해제되는 동시에 에어 블로워(24)에서 공급되는 에어가 슬라이더체(12)에 형성된 제1진공흡착 및 에어 공급홀(26a)에 인가되는 동시에 완충용 받침대(14)에 형성된 제2진공흡착 및 에어 공급홀(26b)에 인가됨으로써, 반도체 칩(30)의 저면에 에어압이 작용하게 되고, 이에 반도체 칩(30)이 에어압에 의하여 미세하게 부양되는 동시에 완충용 받침대(14)의 표면에서 범프(32)가 떨어져 비접촉되는 상태가 된다.
따라서, 반도체 칩(30)의 상면에 본딩 툴(20)의 가압력이 작용하는 동시에 본딩 툴(20)로부터 고열이 전달되더라도, 완충용 받침대(14)의 표면에서 범프(32)가 떨어져 비접촉된 상태이므로, 범프(32)의 전도성 솔더(36)에 변형이 발생되지 않게 된다.
즉, 본딩 툴(20)로부터 반도체 칩(30)의 범프(32)에 230℃ 이상의 고열이 전달되지만, 범프(32)가 완충용 받침대(14)의 표면에서 떨어져 있는 상태이므로 본딩 툴(20)의 가압력은 전혀 전달되지 않게 되므로, 범프(32)의 전도성 솔더(36)의 형상 자체에는 변형이 발생되지 않게 된다.
또한, 본딩 툴(20)의 테두리 저면이 완충용 받침대(14)의 보호가드(28)의 상면에 걸리는 상태가 되어, 본딩 툴(20)의 하강시 가압력이 반도체 칩(30)에 직접 전달되는 것을 완충시킬 수 있으므로, 결국 반도체 칩(30)의 범프(32)를 보다 용이하게 보호할 수 있게 된다.
이때, 반도체 칩(30)의 저면으로 공급되는 에어는 보호가드(28)의 에어배출홀(38)을 통하여 외부로 배출된다.
다음으로, 반도체 칩(30)이 진공 흡착된 상태에서 본딩 툴(20)이 상대부품(42, 적층 대상 칩 또는 기판 등)이 안착된 열압착 본딩부(40)쪽으로 이송되는 단계가 진행된다.
연이어, 본딩 툴(20)이 상대부품(42)쪽으로 하강을 하여 반도체 칩(30)의 범프(32)가 비전도성 페이스트(44)를 뚫고 적층 대상의 상대부품(42)의 본딩영역에 안착되는 상태가 되고, 이에 열과 압력을 가하는 열압착 방식에 의하여 범프(32)가 상대부품(42)의 본딩영역에 융착된다.
10 : 칩 이송장치 12 : 슬라이더체
14 : 완충용 받침대 16 : 진공흡착홀
18 : 진공제공수단 20 : 본딩 툴
22 : 헤드부 24 : 에어 블로워
26 : 진공흡착 및 에어 공급홀 28 : 보호가드
30 : 반도체 칩 32 : 범프
34 : 구리필러 36 : 전도성 솔더
38 : 에어배출홀 40 : 열압착 본딩부
42 : 상대부품 44 : 비전도성 페이스트

Claims (4)

  1. 본딩 툴(20)의 아래쪽 위치까지 슬라이딩되며 이송되는 슬라이더체(12)와, 슬라이더체(12)의 위면에 일체로 부착되는 러버 재질의 완충용 받침대(14)를 포함하는 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치에 있어서,
    상기 슬라이더체(12)와 완충용 받침대(14)에 진공제공수단(18) 및 에어 블로워(24)와 동시에 연결되는 진공흡착 및 에어 공급홀(26)을 형성하되,
    상기 진공흡착 및 에어 공급홀(26)을 진공제공수단(18) 및 에어 블로워(24)과 동시에 연결되며 슬라이더체(12)에 관통 형성된 제1진공흡착 및 에어 공급홀(26a)과, 제1진공흡착 및 에어 공급홀(26a)에서 분기되면서 완충용 받침대(14)에 관통 형성되는 다수개의 제2진공흡착 및 에어 공급홀(26b)로 구성하여, 완충용 받침대(14)에 안착되는 반도체 칩(30)을 진공 흡착하거나 또는 에어압으로 부양시킬 수 있도록 하고,
    상기 완충용 받침대(14)의 상면 테두리에는 소정 높이의 보호가드(28)가 일체로 돌출 형성됨과 함께 보호가드(28)의 소정 위치에는 외부를 향하여 좌우로 관통되는 에어배출홀(38)이 관통 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조용 칩 이송 장치.
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