KR102448321B1 - 큰 크기의 보이드를 제거하기 위한 보이드 제거장치 및 그를 이용하는 보이드 제거방법 - Google Patents

큰 크기의 보이드를 제거하기 위한 보이드 제거장치 및 그를 이용하는 보이드 제거방법 Download PDF

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Abstract

언더필 소재가 주입된 기판이 위치하는 챔버; 상기 챔버 내부를 가열하는 가열수단; 상기 챔버 내부를 소정의 진공도로 형성하는 진공수단; 기체의 압력을 이용하여 상기 기판을 가압하는 가압수단; 및 상기 가열수단, 진공수단, 및 가압수단과 연결되어 상기 챔버 내부 상태를 제어하는 제어수단;을 포함하고, 상기 챔버 내부가 소정의 온도인 상태에서, 상기 진공수단은 상기 챔버 내부를 진공 분위기로 형성하고, 이후 상기 가압수단은 상기 챔버 내부를 가압의 상태로 형성하여 기판으로부터 소정의 크기 이상의 보이드를 제거하는 것을 특징으로 하는 큰 크기의 보이드를 제거하기 위한 보이드 제거장치 및 그를 이용하는 보이드 제거방법을 제공한다.

Description

큰 크기의 보이드를 제거하기 위한 보이드 제거장치 및 그를 이용하는 보이드 제거방법{The void removal apparatus for removal big size void and void removal method using the same}
본 발명은 언더필 소재의 주입 시 발생한 큰 크기의 보이드를 효과적으로 제거하여 생산수율을 향상시킬 수 있는 보이드 제거장치 및 그를 이용하는 보이드 제거방법에 관한 것이다.
언더필(Underfill) 공정은 BGA(Ball Grid Array), CSP(Chip Size Package), Flip Chip 등의 소자와 기판 사이를 폴리머 또는 액체 에폭시를 이용하여 완전히 메우는 공정이라 할 수 있다.
예를 들어, BGA, CSP, Flip Chip 등에 반복적으로 가열과 냉각 사이클이 가해지는 경우, 상기 소자들을 구성하는 재료의 열팽창 계수의 차이로 인해 기판과 소자들은 서로 다른 속도로 팽창 또는 수축하게 되고, 이로 인해 납땜 부분에 기계적 압력이 발생할 수 있다. 언더필은 열팽창 또는 열수축 작용을 고르게 분산시키며 압력을 완화시킬 수 있으며, 소자와 기판 인터페이스 전체에 응력을 분산시킴으로써 납땜 이음에 집중되는 응력이 줄어들어 장치의 신뢰성은 향상된다. 또한, 낙하충격이나 PCB 변위 충격과 같은 물리적 충격에 대해 내성을 확보할 수 있으며, 상기 소자들이 먼지/흡습 등에 의해 전기적 Migration이 되는 것을 방지할 수 있고, 미세 피치의 Flip Chip의 경우 납에서 발생하는 α-ray에 의해 오동작 되는 것을 방지할 수 있다.
언더필 방법은 소형 소자에 적용되는 1자 도포, 중형 소자에 적용되는 ㄷ자 도포 또는 L자 도포가 있으며, 대형 소자에는 L자 도포와 Dot도포가 함께 공정이 이루어질 수 있다.
언더필 공정 시 가장 중요한 것은 소자와 기판 사이 또는 언더필 소재의 내부에 보이드(Void)가 발생하지 않도록 제어하는 것이라 할 수 있다. 도 1을 참조하면, 보이드란 소자와 기판 사이 언더필 소재의 침투 속도 차에 의해 공기가 완전히 빠져나가지 못하고 형성된 공간을 말한다. 보이드가 형성되면 언더필 소재가 침투하지 못한 공간이 발생하게 되고, 이는 언더필의 효과를 감소시키고 장기적으로는 흡습 등에 의한 소자의 신뢰성에 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서 보이드(11)를 방지하는 기술은 언더필 공정의 핵심이라 할 수 있다. 현재까지는 보이드(11)를 제거하기 위해 일반적으로 언더필 소재의 주입 후 가압공정을 수행하고 있는데, 도 1과 같이 크기가 큰 보이드(11)의 경우 보이드 제거를 위한 공정 후라도 작은 버블 상태로 제거되지 않은 보이드(11')가 잔존하게 되어 불량이 발생할 수 있다.
상기의 문제를 해결하기 위하여 일본공개특허 제2004-146584호에서는 회전스테이지를 회전시키고, 표면 실장체를 회전시키면서 기판의 회전스테이지의 중심축 측단부로부터 언더필 수지를 주입하는 반도체장치의 제조방법 및 그 제조장치를 개시한 바 있으나, 이는 언더필 소재의 주입 과정 중의 해결 방안으로, 언더필 소재의 주입 후 형성된 큰 크기의 보이드에 대한 문제를 해결하기에는 어려움이 있다.
일본공개특허 제2004-146584호(공개일: 2004년 05월 20일) 일본공개특허 제2009-070896호(공개일: 2009년 04월 02일)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 언더필 소재의 주입 시 발생한 큰 크기(소정의 크기 이상)의 보이드를 효과적으로 제거하여 생산수율을 향상시킬 수 있는 큰 크기의 보이드 제거장치 및 그를 이용하는 보이드 제거방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 언더필 소재가 주입된 기판이 위치하는 챔버; 상기 챔버 내부를 가열하는 가열수단; 상기 챔버 내부를 소정의 진공도로 형성하는 진공수단; 기체의 압력을 이용하여 상기 기판을 가압하는 가압수단; 및 상기 가열수단, 진공수단, 및 가압수단과 연결되어 상기 챔버 내부 상태를 제어하는 제어수단;을 포함하고, 상기 챔버 내부가 소정의 온도인 상태에서, 상기 진공수단은 상기 챔버 내부를 진공 분위기로 형성하고, 이후 상기 가압수단은 상기 챔버 내부를 가압의 상태로 형성하여 기판으로부터 소정의 크기 이상의 보이드를 제거하는 것을 특징으로 하는 보이드 제거장치를 제공할 수 있다.
상기 보이드 제거장치는, 상기 진공수단과 가압수단이, 소정의 주기로 교번하여 작동하며 상기 챔버 내부의 기체 분위기를 진공과 가압의 상태로 반복 변화시키고, 상기 소정의 주기 후, 상기 가압수단은 상기 챔버 내부를 가압하여 기판의 보이드를 제거하는 것일 수 있다.
상기 가열수단은, 상기 챔버 내부를 상기 언더필 소재의 유리전이 온도가 되도록 가열하는 것일 수 있다.
상기 진공수단은, 상기 챔버 내부가 100 내지 300torr의 진공도를 가지도록 작동하는 것일 수 있다.
상기 가압수단은, 상기 챔버 내부가 1 내지 10bar의 압력을 가지도록 작동하는 것일 수 있다.
상기 가열수단은, 상기 챔버 내부를 언더필 소재의 유리전이 온도 또는 경화 온도가 되도록 가열하는 가열부와, 상기 가열부의 일측에 위치하여 가열된 온도를 챔버 내부로 전달하는 순환부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 보이드 제거장치는, 보이드가 제거된 기판의 언더필 소재가 경화되도록 상기 가열수단이 챔버 내부를 가열하는 것일 수 있다.
또한, 상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 언더필 소재가 주입된 기판이 챔버 내부로 위치하는 단계; 가열수단이 제어수단으로부터 입력된 소정의 온도로 상기 챔버 내부를 가열하는 단계; 진공수단이 상기 챔버 내부를 진공 분위기로 형성하는 단계; 및 가압수단이 상기 챔버 내부를 가압의 상태로 형성하여 기판으로부터 소정의 크기 이상의 보이드를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보이드 제거방법을 제공할 수 있다.
상기 보이드 제거방법은, 진공수단과 가압수단이 상기 제어수단으로부터 입력된 소정의 주기로 교번하여 작동하고, 상기 챔버 내부의 기체 분위기를 진공과 가압의 상태로 반복 변화시키고, 상기 소정의 주기 후, 가압수단이 상기 챔버 내부를 가압 상태로 형성하여 상기 기판의 보이드를 제거하는 것일 수 있다.
상기 챔버 내부를 가열하는 것은, 상기 언더필 소재의 유리전이 온도가 되도록 가열하는 것일 수 있다.
상기 진공수단은 상기 챔버 내부를 100 내지 300torr의 진공도가 형성되도록 진공 분위기를 형성하는 것일 수 있다.
상기 가압수단은 상기 챔버 내부를 1내지 10bar의 압력이 형성되도록 가압 상태를 형성하는 것일 수 있다.
상기 보이드 제거방법은, 소정의 크기 이상의 보이드를 제거하는 단계 이후, 상기 보이드가 제거된 기판의 언더필 소재가 경화되도록 가열수단이 챔버 내부를 가열하는 단계;를 포함할 수 있다.
언더필 소재가 주입된 기판이 위치하는 챔버; 상기 챔버 내부를 가열하는 가열수단; 상기 챔버 내부를 소정의 진공도로 형성하는 진공수단; 기체의 압력을 이용하여 상기 기판을 가압하는 가압수단; 및 상기 가열수단, 진공수단, 및 가압수단과 연결되어 상기 챔버 내부 상태를 제어하는 제어수단;을 포함하고, 상기 챔버 내부가 소정의 온도인 상태에서, 상기 진공수단은 상기 챔버 내부를 진공 분위기로 형성하고, 이후 상기 가압수단은 상기 챔버 내부를 가압의 상태로 형성하여 기판으로부터 소정의 크기 이상의 보이드를 작은 크기의 보이드로 분리하고, 상기 진공수단과 가압수단이, 진공도 형성 10 내지 60분, 가압상태 형성 10 내지 180분을 1회 주기로 교번하여 작동하되, 상기 진공수단은, 상기 챔버 내부가 100 내지 300torr의 진공도를 가지도록 작동하고, 상기 가압수단은, 상기 챔버 내부가 1 내지 10bar의 압력을 가지도록 작동하며, 상기 가열수단은, 상기 챔버 내부를 상기 언더필 소재의 유리전이 온도가 되도록 가열하고, 상기 챔버 내부의 기체 분위기를 진공과 가압의 상태로 반복 변화시키고, 상기 소정의 주기 후, 상기 가압수단은 상기 챔버 내부를 가압하여 기판의 보이드를 제거하고, 상기 기판은 BGA, CSP, Flip Chip 중 어느 하나의 소자가 형성되고, 상기 언더필 소재는 이산화규소 입자가 충진된 에폭시계 고분자 복합재료를 포함하고, 상기 가압수단의 압력 제어에 사용되는 기체는 불활성 기체이고, 상기 가열수단은, 상기 챔버 내부를 언더필 소재의 유리전이 온도 또는 경화 온도가 되도록 가열하는 가열부와, 상기 가열부의 일측에 위치하여 가열된 온도를 챔버 내부로 전달하는 순환부를 포함하고, 상기 순환부는 팬과, 팬을 회전시키는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
언더필 소재가 주입된 기판이 챔버 내부로 위치하는 단계; 가열수단이 제어수단으로부터 입력된 상기 언더필 소재의 유리전이 온도가 되도록 상기 챔버 내부를 가열하고 열을 순환시키는 단계; 100 내지 300torr의 진공도를 가지도록 진공수단이 상기 챔버 내부를 진공 분위기로 형성하는 단계; 및 가압수단은 상기 챔버 내부가 1 내지 10bar의 압력을 가지도록 가압의 상태로 형성하여 기판으로부터 소정의 크기 이상의 보이드를 작은 크기의 보이드로 분리하는 단계;를 포함하고, 진공수단과 가압수단이 상기 제어수단으로부터 입력된 진공도 형성 10 내지 60분, 가압상태 형성 10 내지 180분을 1회 주기로 교번하여 작동하고, 상기 챔버 내부의 기체 분위기를 진공과 가압의 상태로 반복 변화시키고, 상기 소정의 주기 후, 가압수단이 상기 챔버 내부를 가압 상태로 형성하여 상기 기판의 보이드를 제거하고, 상기 기판은 BGA, CSP, Flip Chip 중 어느 하나의 소자가 형성되고, 상기 언더필 소재는 이산화규소 입자가 충진된 에폭시계 고분자 복합재료를 포함하고, 상기 가압수단은 압력 제어에 불활성 기체를 사용하고, 상기 가열수단은, 상기 챔버 내부를 언더필 소재의 유리전이 온도 또는 경화 온도가 되도록 가열하는 가열부와, 상기 가열부의 일측에 위치하여 가열된 온도를 챔버 내부로 전달하는 순환부를 포함하고, 상기 순환부는 팬과, 팬을 회전시키는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 큰 크기의 보이드를 제거하기 위한 보이드 제거장치 및 그를 이용하는 보이드 제거방법은 동일한 챔버 내에서 압력제어와 진공제어를 수행하여 언더필 소재의 주입 시 발생한 큰 크기(소정의 크기 이상)의 보이드를 효과적으로 제거할 수 있으며, 가열수단으로 동일 챔버 내에서 언더필 소재의 경화공정까지 수행함으로써 생산수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 보이드 제거방법을 이용하여 큰 크기의 보이드 제거 전후 기판 상태를 나타낸 사진도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 큰 크기의 보이드를 제거하기 위한 보이드 제거장치를 나타낸 개략도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상기 보이드 제거장치로 기판의 큰 크기의 보이드를 제거하는 과정을 나타낸 개략도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 큰 크기의 보이드를 제거하기 위한 보이드 제거방법을 나타낸 공정흐름도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 종래의 보이드 제거방법을 이용하여 큰 크기의 보이드 제거 전후 기판 상태를 나타낸 사진도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 큰 크기의 보이드를 제거하기 위한 보이드 제거장치를 나타낸 개략도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 상기 보이드 제거장치로 기판의 큰 크기의 보이드를 제거하는 과정을 나타낸 개략도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 큰 크기의 보이드를 제거하기 위한 보이드 제거방법을 나타낸 공정흐름도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 큰 크기의 보이드를 제거하기 위한 보이드 제거장치(1)는 언더필 소재가 주입된 기판(10)이 위치하는 챔버(100); 상기 챔버(100) 내부를 가열하는 가열수단(200); 상기 챔버(100) 내부를 소정의 진공도로 형성하는 진공수단(300); 기체의 압력을 이용하여 상기 기판(10)을 가압하는 가압수단(400); 및 상기 가열수단(200), 진공수단(300), 및 가압수단(400)과 연결되어 상기 챔버(100) 내부 상태를 제어하는 제어수단(500);을 포함하고, 상기 챔버(100) 내부가 소정의 온도인 상태에서, 상기 진공수단(300)은 상기 챔버(100) 내부를 진공 분위기로 형성하고, 이후 상기 가압수단(400)은 상기 챔버(100) 내부를 가압의 상태로 형성하여 기판(10)으로부터 소정의 크기 이상의 보이드를 제거할 수 있다. 따라서, 동일한 챔버 내에서 진공제어와 압력제어를 순차적으로 수행함으로써, 기판에 주입된 언더필 소재를 진동하여 파동효과(wave effect)를 일으키고, 언더필 소재의 주입 시 발생한 큰 크기의 보이드(11)를 효과적으로 제거할 수 있다.
상세히 설명하면, 언더필 소재가 주입된 기판(10)이 위치하는 챔버(100)는 복수개의 스테이지(110)가 마련되어 스테이지(110) 상에 상기 기판이 위치할 수 있다. 예로써, 상기 기판(10)은 BGA(Ball Grid Array), CSP(Chip Size Package), Flip Chip 등의 소자가 형성된 기판일 수 있으며, Capillary Underfill 공정을 이용하여 상기 언더필(Underfill) 소재는 모세관 현상과 유동성에 의해 상기 소자와 기판 사이를 흐르며 주입될 수 있다. 예로써 상기 언더필 소재는 SiO2 입자가 충진된 에폭시계 고분자 복합재료를 포함할 수 있다.
제어수단(500)은 상기 가열수단(200), 진공수단(300), 및 가압수단(400)과 연결되어 언더필 소재에 따라 상기 챔버(100) 내부 상태, 즉 온도와 압력을 설정하며 제어하는 것일 수 있으며, 스테이지(110) 상의 기판(10) 로딩 작업 또한 제어할 수 있다.
상기 챔버(100) 내부를 가열하는 가열수단(200)은, 상기 챔버(100) 내부를 상기 언더필 소재의 유리전이 온도가 되도록 가열하는 것일 수 있다. 즉, 챔버(100) 내부를 언더필 소재의 유리전이 온도로 형성하면 언더필 소재의 흐름성 또는 유동성이 향상되어 보이드를 형성한 기판 내부의 기체는 외부로 이동하기가 더욱 용이해질 수 있다. 이 경우, 가열수단(200)은 온도측정부재를 구비하여 챔버(100) 내의 측정된 온도를 제어수단(500)으로 전달하며, 제어수단(500)은 상기 측정된 온도에 따라 가열수단(200)을 제어할 수 있다.
상기 가열수단(200)은, 상기 챔버(100) 내부를 언더필 소재의 유리전이 온도 또는 경화 온도가 되도록 가열하는 가열부(210)와, 상기 가열부(210)의 일측에 위치하여 가열된 온도를 챔버(100) 내부로 전달하는 순환부(220)를 포함하는 것일 수 있다. 상기에 언급한 바와 같이 큰 크기의 보이드(11)를 기판 외부로 방출하여 제거하기 위해서는, 챔버(100) 내부를 소정의 온도, 즉 언더필 소재의 유리전이 온도로 형성하는 것이 필요하다. 가열부(210)에서 가열된 공기를 챔버(100) 내부로 고르게 제공하기 위하여 순환부(220)는 챔버(100) 내부를 향하여 가열된 공기의 흐름을 형성할 수 있다. 이 경우, 순환부(220)로 인한 열순환을 위하여 상기 진공수단(300)은, 상기 챔버(100) 내부가 100 내지 300torr의 진공도를 가지도록 작동하는 것일 수 있다. 100torr 미만이면 챔버(100) 내의 공기가 부족하여 열순환이 이루어지기 어렵고, 300torr를 초과하면 보이드를 제거하기 위한 챔버(100) 내부의 기체 분위기 주기적 변화 효과가 저해되므로, 상기의 진공도가 바람직하다. 예로써, 상기 순환부(220)는 팬을 포함하여 마련될 수 있으며, 팬은 상기 챔버(100)의 외부로부터 연결된 구동모터(230)로부터 구동력을 제공받을 수 있다.
또한, 가압수단(400)이 작동하여 챔버(100)의 기체 분위기가 가압상태가 되더라도 가열수단(200)에 의해 보이드(11, 13) 제거공정 동안 챔버(100)의 온도는 유지될 수 있다.
상기 챔버(100) 내부를 소정의 진공도로 형성하는 진공수단(300)과, 기체의 압력을 이용하여 상기 기판(10)을 가압하는 가압수단(400)에 있어서, 제어수단(500)은 챔버(100) 내부의 압력을 측정하는 압력측정부재를 구비하여 측정된 결과에 따라 진공수단(300)과 가압수단(400)을 각각 제어할 수 있다. 예로써, 가압수단(400)은 챔버(100) 외부에서 불순물을 제거한 공기 또는 질소와 같은 불활성 기체를 주입하여 챔버(100) 내의 압력상태를 소정의 시간 동안(수 분 내외) 상승시킬 수 있다.
상기 챔버(100) 내부가 소정의 온도인 상태에서, 상기 진공수단(300)은 상기 챔버(100) 내부를 진공 분위기로 형성하고, 이후 상기 가압수단(400)은 상기 챔버(100) 내부를 가압의 상태로 형성하여 기판(10)으로부터 소정의 크기 이상의 큰 보이드(11)를 제거할 수 있다. 따라서, 동일한 챔버(100) 내에서 진공제어와 압력제어를 순차적으로 수행함으로써, 기판(10)에 주입된 언더필 소재는 진동하여 파동효과(wave effect)를 일으키고, 언더필 소재의 주입 시 발생한 큰 크기의 보이드(11)는 작은 크기의 보이드(13)로 분리될 수 있으며, 분리된 보이드(130)는 가압에 의해 효과적으로 제거할 수 있다.
나아가서, 상기 보이드 제거장치(10)는, 상기 진공수단(300)과 가압수단(400)이, 소정의 주기로 교번하여 작동하며 상기 챔버(100) 내부의 기체 분위기를 진공과 가압의 상태로 반복 변화시키고, 상기 소정의 주기 후, 상기 가압수단(400)은 상기 챔버(100) 내부를 가압하여 기판의 기판(10)으로부터 소정의 크기 이상의 보이드(11)를 제거할 수 있다.
소정의 크기 이상 큰 크기의 보이드(11)가 형성된 기판(10)을 언더필 소재의 유리전이 온도로 형성된 챔버(100) 내부에 위치(도3의 a)시키면, 언더필 소재의 유동성이 증가할 수 있다. 이 상태에서, 먼저 진공수단(300)이 구동하여 챔버(100) 내부를 소정의 진공도로 형성하면, 큰 크기의 보이드(11)는 진공이 형성됨으로 인해 보이드를 형성한 공기는 기판(10)의 외부로 이동하려 하고, 처음의 보이드(11)보다 더 작은 보이드(13)로 분리될 수 있다(도3의 b). 그리고 가압수단(400)이 작동하여 챔버(100) 내부 기체 압력이 증가하면 기판(10)를 누르는 힘이 생기게 되고 분리된 보이드(13)는 가압에 의해 외부로 방출되거나 더 작은 상태로 분할될 수 있다. 즉, 상기 진공과 가압의 순차적 또는 주기적인 변화로 인해 언더필 소재는 진동하여 언더필 소재에 파동효과(wave effect)를 일으키고, 언더필 소재의 주입 시 발생한 큰 크기의 보이드(11)를 효과적으로 제거할 수 있다. 예로써 효과적인 파동효과를 위하여, 진공도 형성 10 내지 60분, 가압상태 형성 10 내지 180분을 1회 주기로 하여, 언더필 소재에 따라 진공과 가압 1회의 주기로 큰 크기의 보이드가 제거되거나, 주기가 소정의 회수로 반복되어 큰 크기의 보이드가 제거될 수 있다.
상기 소정의 주기 회수는 언더필 소재의 종류, 즉 언더필 소재의 유리전이 온도 및 상기 유리전이 온도에 따른 유동성에 의해 결정될 수 있으며, 소정의 주기 회수는 기판(10)의 챔버(100) 투입 전 제어수단(500)으로 설정할 수 있다.
예로써, 상기 진공수단(300)은, 상기 챔버(100) 내부가 100 내지 300torr의 진공도를 가지도록 작동하는 것일 수 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 챔버(100) 내의 열 순환과 챔버(100) 내의 기체 분위기 주기적 변화 효과를 위하여 상기의 진공도 범위를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가압수단(400)은, 상기 챔버(100) 내부가 1 내지 10bar의 압력을 가지도록 작동하는 것일 수 있다. 1bar 미만의 가압은 미세 보이드 및 큰 크기의 보이드의 제거가 어려워 진공과 가압의 주기가 더 필요하여 공정 시간이 더 소요될 수 있고, 10bar를 초과하는 가압은 기판과 소자에 영향을 주어 불량을 유발할 위험이 있으므로 상기의 범위로 가압하는 것이 바람직하다. 즉, 진공과 가압의 순차적 또는 주기적 변화로 언더필 소재에 파동효과(wave effect)를 일으키며 큰 크기의 보이드를 제거하기 위해서는 진공도와 가압은 상기의 범위로 교번하여 형성하는 것이 효과적이라 할 수 있다.
나아가서, 큰 크기의 보이드를 제거하기 위한 상기 보이드 제거장치(1)는, 보이드가 제거된 기판(10)의 언더필 소재가 경화되도록 상기 가열수단(200)이 챔버(100) 내부를 가열하는 것일 수 있다. 따라서, 보이드가 제거된 기판(10)을 이동시키지 않고, 가열수단(200)을 이용하여 동일 챔버(100) 내에서 언더필 소재의 경화공정까지 수행함으로써 생산수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 큰 크기의 보이드를 제거하기 위한 보이드 제거방법은 언더필 소재가 주입된 기판(10)이 챔버(100) 내부로 위치하는 단계(S110); 가열수단(200)이 제어수단(500)으로부터 입력된 소정의 온도로 상기 챔버(100) 내부를 가열하는 단계(S120); 진공수단(300)이 상기 챔버(100) 내부를 진공 분위기로 형성하는 단계(S130); 및 가압수단(400)이 상기 챔버(100) 내부를 가압의 상태로 형성하여 기판(10)으로부터 소정의 크기 이상의 보이드(11)를 제거하는 단계(S160)를 포함하는 것일 수 있다. 따라서, 동일한 챔버(100) 내에서 진공제어와 압력제어를 순차적으로 수행하여 기판(10)에 주입된 언더필 소재는 진동하여 파동효과(wave effect)를 일으키고, 언더필 소재의 주입 시 발생한 소정의 크기 이상의 큰 크기의 보이드(11)를 효과적으로 제거할 수 있다.
상세히 설명하면, 먼저 언더필 소재가 주입된 기판(10)이 챔버(100) 내부로 위치(S110)할 수 있다. 즉, 기판(10)을 챔버(100) 내부로 로딩하기 전에, BGA(Ball Grid Array), CSP(Chip Size Package), Flip Chip 등의 소자가 형성된 기판(10)에 언더필 공정을 수행할 수 있다. 예로써, Capillary Underfill 공정을 이용할 수 있으며, 언더필 소재는 모세관 현상과 유동성에 의해 상기 소자와 기판 사이를 흐르며 주입될 수 있다. 예로써 상기 언더필 소재는 SiO2 입자가 충진된 에폭시계 고분자 복합재료를 포함할 수 있다.
상기 과정으로 언더필 소재가 주입된 기판(10)은, 챔버(100) 내에 구비된 스테이지(110) 상에 로딩될 수 있다. 가열수단(200), 진공수단(300), 및 가압수단(400)과 연결되어 상기 챔버(100) 내부 상태, 즉 온도와 압력를 설정하며 제어하는 제어수단(500)은, 스테이지(110) 상의 기판(10) 로딩 작업 또한 제어할 수 있다.
다음으로, 가열수단(200)이 제어수단(500)으로부터 입력된 소정의 온도로 상기 챔버 내부를 가열할 수 있다(S120). 이 경우, 가열수단(200)은 온도측정부재를 구비하여 측정된 챔버(100) 내부의 온도를 제어수단(500)으로 전달하고, 제어수단(500)은 상기 온도에 따라 가열수단(200)을 제어하여 소정의 온도로 가열할 수 있다.
예로써, 상기 챔버(100) 내부를 가열하는 것은, 상기 언더필 소재의 유리전이 온도가 되도록 가열하는 것일 수 있다. 챔버(100) 내부를 언더필 소재의 유리전이 온도로 형성하면 언더필 소재의 흐름성 또는 유동성이 향상되어 보이드를 형성한 기판(10) 내부의 기체는 외부로 이동하기가 더욱 용이해질 수 있다.
상기 가열수단(200)은, 상기 챔버(100) 내부를 언더필 소재의 유리전이 온도 또는 경화 온도가 되도록 가열하는 가열부(210)와, 상기 가열부(210)의 일측에 위치하여 가열된 온도를 챔버(100) 내부로 전달하는 순환부(220)를 포함하는 것일 수 있다. 상기에 언급한 바와 같이 큰 크기의 보이드(11)를 형성한 공기를 기판(10) 외부로 방출하여 제거하기 위해서는, 챔버(100) 내부를 소정의 온도, 즉 언더필 소재의 유리전이 온도로 형성하는 것이 필요하다. 가열부(210)에서 가열된 공기를 챔버(100) 내부로 고르게 제공하기 위하여 순환부(220)는 챔버(100) 내부를 향하여 가열된 공기의 흐름을 형성하여 기판(10)을 소정의 온도로 유지시킬 수 있다.
다음으로, 진공수단(300)이 상기 챔버(100) 내부를 진공 분위기로 형성할 수 있다(S130). 가압이 먼저 수행이 되면, 큰 크기의 보이드(11)는 언더필 소재의 내부에 갇히게 되어 챔버(100) 내부가 진공 상태로 변화되더라도 보이드를 형성한 공기는 기판(10) 외부로 완전히 방출되기 어려울 수 있다. 따라서, 먼저 진공수단(300)이 작동하여 챔버(100) 내부를 진공분위기로 형성할 수 있다(S130). 따라서, 큰 크기의 보이드(11)는 작은 크기의 보이드(13)로 분리될 수 있다. 이 경우, 순환부(220)로 인한 열순환을 위하여 상기 진공수단(300)은, 상기 챔버(100) 내부가 100 내지 300torr의 진공도를 가지도록 작동하는 것일 수 있다. 100torr 미만이면 챔버(100) 내의 공기가 부족하여 열순환이 이루어지기 어렵고, 300torr를 초과하면 보이드를 제거하기 위한 챔버(100) 내부의 기체 분위기 주기적 변화 효과가 저해되므로, 상기의 진공도가 바람직하다.
그리고, 가압수단(400)이 상기 챔버(100) 내부를 가압의 상태로 형성하여 상기 분리된 보이드(13)를 제거함으로써, 보이드(11, 13)를 완전히 제거할 수 있다(S160).
나아가서, 상기 보이드 제거방법은, 진공수단(300)과 가압수단(400)이 상기 제어수단(500)으로부터 입력된 소정의 주기로 교번하여 작동하고(S150), 상기 챔버(100) 내부의 기체 분위기를 진공과 가압의 상태로 반복 변화시키고, 상기 소정의 주기 후, 가압수단(400)이 상기 챔버 내부를 가압 상태로 형성하여 상기 기판의 큰 크기를 포함한 보이드를 제거하는 것일 수 있다(S160).
즉, 상기 S130 단계 이후, 가압수단(400)이 상기 챔버(100) 내부를 가압의 상태로 형성하는 단계(S140)를 더 포함할 수 있으며, 상기 챔버(100) 내부의 기체 분위기를 진공과 가압의 상태로 반복 변화시키는 단계(S150)를 더 포함할 수 있다. 이후 상기 가압수단(400)이 상기 챔버(100) 내부를 가압하여 기판(10)의 큰 크기의 보이드(11)는 처음의 크기보다 작게 분리되고, 분리된 보이드(13)를 제거할 수 있다(S160).
상기 가압수단(400)은, 상기 챔버(100) 내부가 1 내지 10bar의 압력을 가지도록 작동하는 것일 수 있다. 1bar 미만의 가압은 미세 보이드 및 큰 크기의 보이드의 제거가 어려워 진공과 가압의 주기가 더 필요하여 공정 시간이 더 소요될 수 있고, 10bar를 초과하는 가압은 기판과 소자에 영향을 주어 불량을 유발할 위험이 있으므로 상기의 범위로 가압하는 것이 바람직하다. 즉, 진공과 가압의 순차적 또는 주기적 변화로 언더필 소재에 파동효과(wave effect)를 일으키며 보이드를 제거하기 위해서는 진공도와 가압은 상기의 범위로 형성하는 것이 효과적이라 할 수 있다.
예로써, 가압수단(400)은 챔버(100) 외부에서 불순물을 제거한 공기 또는 질소와 같은 불활성 기체를 주입하여 챔버(100) 내의 압력상태를 소정의 시간 동안(수 분 내외) 상승시킬 수 있다.
상기 챔버(100) 내부의 기체 분위기를 진공과 가압의 상태로 반복 변화시키는 경우(S150), S110단계부터 다음과 같은 과정이 일어날 수 있다. 큰 크기의 보이드(11)가 형성된 기판을 언더필 소재의 유리전이 온도로 형성된 챔버(100) 내부에 위치(도3의 a)시키면(S110), 언더필 소재의 유동성이 증가할 수 있다. 이 상태에서, 먼저 진공수단(300)이 구동하여 챔버(100) 내부를 소정의 진공도로 형성하면(S120), 그로 인해 큰 크기의 보이드를 형성한 공기는 기판(10)의 외부로 이동하려 하고, 처음의 보이드(11)보다 더 작은 보이드(13)로 분리가 될 수 있다(도3의 b). 그리고 가압수단(400)이 작동하여 챔버(100) 내부 기체 압력이 증가하면(S140), 기판(10)를 누르는 힘이 생기게 되고 분리된 보이드(13)는 가압에 의해 외부로 방출되거나 더 작은 상태로 분할될 수 있다. 즉, 상기 진공과 가압의 변화로 인해 기판은 진동하여, 상기 변화를 주기적으로 가하는 경우(S150) 언더필 소재에 파동효과(wave effect)를 일으키고, 언더필 소재의 주입 시 발생한 큰 크기를 포함하는 보이드(11, 13)를 효과적으로 제거할 수 있다.
상기 소정의 주기는 언더필 소재의 종류, 즉 언더필 소재의 유리전이 온도 및 해당 온도의 유동성에 따라 결정될 수 있으며, 이는 기판(10)의 챔버(100) 투입 전 제어수단(500)으로 설정할 수 있다. 예로써 효과적인 파동효과를 위하여, 진공도 형성 10 내지 60분, 가압상태 형성 10 내지 180분을 1회 주기로 하여, 언더필 소재에 따라 진공과 가압 1회의 주기로 큰 크기의 보이드(11)가 제거되거나, 주기가 소정의 회수(n)로 반복되어 큰 크기의 보이드(11)가 제거될 수 있다.
그리고, 제어수단(500)이 진공과 가압의 주기 반복이 소정의 회수(n)로 수행되었음을 판단하면, 상기 가압수단(400)이 상기 챔버(100) 내부를 가압하여 최종적으로 기판(10)의 큰 크기를 포함한 보이드를 제거할 수 있다(S160).
나아가서, 상기 보이드 제거방법은, 가열수단(200)이 보이드가 제거된 기판(10)의 언더필 소재가 경화되도록 챔버(100) 내부를 가열할 수 있다(S170). 따라서, 보이드가 제거된 기판(10)을 이동시키지 않고, 가열수단(200)을 이용하여 동일 챔버(100) 내에서 언더필 소재의 경화공정까지 수행함으로써 생산수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 큰 크기의 보이드를 제거하기 위한 보이드 제거장치(1) 및 그를 이용하는 보이드 제거방법은 동일한 챔버(100) 내에서 압력제어와 진공제어를 수행하여 언더필 소재의 주입 시 발생한 기판(10)의 소정의 크기 이상의 큰 크기의 보이드(11)를 효과적으로 제거하고, 가열수단(200)으로 동일 챔버(100) 내에서 언더필 소재의 경화공정까지 수행함으로써 생산수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1; 보이드 제거장치
10; 기판
11; 큰 크기의 보이드
11'; 제거되지 않은 보이드
13; 분리된 보이드
100; 챔버
110; 스테이지
200; 가열수단
210; 가열부
220; 순환부
230; 구동모터
300; 진공수단
400; 가압수단
500; 제어수단

Claims (13)

  1. 언더필 소재가 주입된 기판이 위치하는 챔버;
    상기 챔버 내부를 가열하는 가열수단;
    상기 챔버 내부를 소정의 진공도로 형성하는 진공수단;
    기체의 압력을 이용하여 상기 기판을 가압하는 가압수단; 및
    상기 가열수단, 진공수단, 및 가압수단과 연결되어 상기 챔버 내부 상태를 제어하는 제어수단;을 포함하고,
    상기 챔버 내부가 소정의 온도인 상태에서, 상기 진공수단은 상기 챔버 내부를 진공 분위기로 형성하고, 이후 상기 가압수단은 상기 챔버 내부를 가압의 상태로 형성하여 기판으로부터 소정의 크기 이상의 보이드를 작은 크기의 보이드로 분리하고,
    상기 진공수단과 가압수단이, 진공도 형성 10 내지 60분, 가압상태 형성 10 내지 180분을 1회 주기로 교번하여 작동하되,
    상기 진공수단은, 상기 챔버 내부가 100 내지 300torr의 진공도를 가지도록 작동하고,
    상기 가압수단은, 상기 챔버 내부가 1 내지 10bar의 압력을 가지도록 작동하며,
    상기 가열수단은, 상기 챔버 내부를 상기 언더필 소재의 유리전이 온도가 되도록 가열하고,
    상기 챔버 내부의 기체 분위기를 진공과 가압의 상태로 반복 변화시키고, 상기 소정의 주기 후, 상기 가압수단은 상기 챔버 내부를 가압하여 기판의 보이드를 제거하고,
    상기 기판은 BGA, CSP, Flip Chip 중 어느 하나의 소자가 형성되고,
    상기 언더필 소재는 이산화규소 입자가 충진된 에폭시계 고분자 복합재료를 포함하고,
    상기 가압수단의 압력 제어에 사용되는 기체는 불활성 기체이고,
    상기 가열수단은, 상기 챔버 내부를 언더필 소재의 유리전이 온도 또는 경화 온도가 되도록 가열하는 가열부와, 상기 가열부의 일측에 위치하여 가열된 온도를 챔버 내부로 전달하는 순환부를 포함하고,
    상기 순환부는 팬과, 팬을 회전시키는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 보이드 제거장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 보이드 제거장치는, 소정의 크기 이상의 보이드가 제거된 기판의 언더필 소재가 경화되도록 상기 가열수단이 챔버 내부를 가열하는 것을 특징으로 하는 보이드 제거장치.
  8. 언더필 소재가 주입된 기판이 챔버 내부로 위치하는 단계;
    가열수단이 제어수단으로부터 입력된 상기 언더필 소재의 유리전이 온도가 되도록 상기 챔버 내부를 가열하고 열을 순환시키는 단계;
    100 내지 300torr의 진공도를 가지도록 진공수단이 상기 챔버 내부를 진공 분위기로 형성하는 단계; 및
    가압수단은 상기 챔버 내부가 1 내지 10bar의 압력을 가지도록 가압의 상태로 형성하여 기판으로부터 소정의 크기 이상의 보이드를 작은 크기의 보이드로 분리하는 단계;를 포함하고,
    진공수단과 가압수단이 상기 제어수단으로부터 입력된 진공도 형성 10 내지 60분, 가압상태 형성 10 내지 180분을 1회 주기로 교번하여 작동하고, 상기 챔버 내부의 기체 분위기를 진공과 가압의 상태로 반복 변화시키고,
    상기 소정의 주기 후, 가압수단이 상기 챔버 내부를 가압 상태로 형성하여 상기 기판의 보이드를 제거하고,
    상기 기판은 BGA, CSP, Flip Chip 중 어느 하나의 소자가 형성되고,
    상기 언더필 소재는 이산화규소 입자가 충진된 에폭시계 고분자 복합재료를 포함하고,
    상기 가압수단은 압력 제어에 불활성 기체를 사용하고,
    상기 가열수단은, 상기 챔버 내부를 언더필 소재의 유리전이 온도 또는 경화 온도가 되도록 가열하는 가열부와, 상기 가열부의 일측에 위치하여 가열된 온도를 챔버 내부로 전달하는 순환부를 포함하고,
    상기 순환부는 팬과, 팬을 회전시키는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 보이드 제거방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서,
    상기 보이드 제거방법은,
    상기 소정의 크기 이상의 보이드의 제거단계 이후, 상기 보이드가 제거된 기판의 언더필 소재가 경화되도록 가열수단이 챔버 내부를 가열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보이드 제거방법.










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