KR19980064248A - 방사 열원을 통한 캐리어 내의 리드프레임의 경화 - Google Patents
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Abstract
리드프레임에 대한 반도체 다이의 부착에 적합한 다이 부착 재료를 경화시키기 위한 방법 및 시스템은 내재하는 적어도 하나의 리드프레임 스트립(3)과, 리드프레임 스트립 상의 다이 부착 재료(15)와, 다이 부재 재료 상의 반도체 다이(13)를 각각 내포하는 적어도 하나의 캐리어(1)를 수용하기 위한 캐리어 수용 위치 설정부를 포함한다. 열원(5)는 캐리어 수용 위치 설정부로 열 에너지를 방사시키기 위해 제공된다. 반사기(9)는 열원으로부터의 열 에너지를 캐리어 수용 위치 설정부로 반사시키기 위해 열원과 캐리어 수용 위치 설정부 주위에 배치된다. 유동하는 찬 가스의 소스(11)는 가스가 가열되는 동안 반사기를 냉각시키기 위한 반사기와의 열교환 관계로 제공된다. 가열된 가스는 캐리어 수용 위치 설정부를 통과하여 캐리어 수용 위치 설정부에 대류에 의한 열원을 제공하고 캐리어 수용 위치 설정부의 휘발성 물질을 정화시킨다. 열원은 기본적으로 약 0.5 μ 내지 약 2.0 μ 범위 내의 방사선을 제공하고 바람직하게 텅스텐 할로겐 램프이다. 열원은 열원의 강도와 외형을 제어하도록 다이 부착 재료와 리드프레임 스트립의 순간 온도의 함수에 응답하여 제어가능하다. 냉각 공기는 임의적으로는 경화 완료 시에 시스템으로 주입된다.
Description
본 발명은 일반적으로 열경화성 재료의 경화 및 열가소성 물질의 용융에 적합한, 특히 반도체 장치용 리드프레임에 대한 다이 부착부를 경화시키는 데 적합한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제작시, 중요한 단계는 와이어 본딩 작업 전에 리드 프레임에 대한 반도체 다이의 본딩 등의 단계이다. 1988년에 발행된 S.M. Sze, VLSI Technology, 제2판의 586-589 쪽에 설명된 바와 같은 많은 공정들 뿐만 아니라 그 문헌의 후속으로 개발된 공정은 이러한 기능을 수행하기 위해 종래 기술에 사용되었다. 현재 산업계에서 사용되는 탁월하면서 가장 일반적인 다이 부착 재료 경화 공정은 질소 정화 대류 오븐 내에서의 배치 관통 경화 공정(through batch cure process)이다. 이 공정은 열원의 느린 응답 시간에 기인하여 장시간의 경화 싸이클을 포함한다. 가스 방출(outgassing) 등에 기인하는 휘발성 물질들은 공정 진행 동안 오븐 내에 잔류한다.
순간 경화(snap cure) 다이 부착 재료의 출현과 함께, 개발된 다른 해결책은 급속 경화 공정(RCP)으로서 공지된 히터 블록과 광학 램프의 사용이다. 이러한 해결책 양자의 경우에서, 에너지는 리드프레임에 직접 전달되고 유니트의 경화는 매 스트립 기준(스테이션 당 일정 시간에서 하나의 리드프레임 스트립)으로 수행된다. 다이 부착 재료를 경화시키기 위해 히터 블록이 열전달용 전도의 사용으로 이루어지지만, RCP는 그의 주요 열 전달 기구로서 방사를 사용한다.
종래의 RCP 경화 공정은 리드프레임들이 개별적으로 경화되도록 램프로부터 목표물로 에너지를 직접 전달한다. 이 과정은 고생산성 제조 장치의 인 라인(in-line) 경화를 지지하는 것을 방해한다. RCP가 목표물의 온도 응답에 상당히 신속한 반면에, 시준선(line of sight) 기준 상에서 작동하고 매 시간마다 하나의 리드프레임만을 경화시키기 때문에 느리다. 그러므로, 다이 부착 재료에 적합한 종래 기술의 과정이 상대적으로 낮은 생산량을 나타내고 있다는 것은 쉽게 명백하다.
본 발명에 따르면, 종래 기술에 의해 나타난 상기 문제점들이 최소화되고 종래 기술에서 입수가능한 것보다 큰 생산량으로 리드프레임의 다이 부착부를 경화시키기 위한 과정 및 장치가 제공된다.
간단히, 약 0.5 μ 내지 약 2.0 μ 범위 내에서 에너지 출력의 대부분을 제공하는 것이 가능한 광학 램프, 바람직하게는 본 명세서에서 참조 문헌에 의해 합체되는 미국 특허 출원 제08/255,197호에 개시된 형태의 텅스텐 할로겐 램프는 열에너지원으로서 사용되어 이러한 에너지 소스의 신속한 응답 시간의 장점을 취한다. 램프로부터의 에너지는 주로 상당히 열전도성이 있는 재료, 바람직하게는 알루미늄으로 제작된 캐리어로 안내된다. 리드프레임들도 또한 이들이 캐리어 내에서 신속하고 균일하게 소정 온도를 얻을 수 있도록 상당히 열전도성이 있는 재료로 제작되는 것이 바람직하다. 따라서, 시스템은 캐리어 내에 내포된 리드프레임 스트립 상의 모든 리드프레임 상에서 경화되고자 하는 재료를 동시에 경화시키기 위해 캐리어 그리고 나서 상기 캐리어 내에 배치된 리드프레임 스트립 그리고 경화될 재료까지 열원으로부터 방사된 열의 전도(1)와 가열된 가스를 경유하는 열 전달에 의한 대류(2)의 조합을 사용한다. 하기에 보다 상세히 설명되는 가열된 가스는 상술된 바와 같은 대류에 의한 가열 작용을 수행하고, 유동 가스의 주 목적은 경화 공정에 기인하는 가스 방출을 제거하는 것이다.
시스템은 하나 이상의 가동 캐리어가 배치되는 캐리어 수용 위치 설정부를 포함하고, 각각의 캐리어는 하나 이상의 리드프레임 스트립을 내포하고, 각각의 리드프레임 스트립은 하나 또는 다수의 연속으로 연결된 리드프레임으로 구성되고, 하나 또는 다수의 이러한 리드프레임 스트립은 각각의 캐리어 내에 적층된다. 다수의 이러한 캐리어가 시스템 내에 제공될 수 있고 동시에, 캐리어들은 적층되거나 또는 병렬 관계로 유지될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 상술된 형식의 열에너지원, 바람직하게 텅스텐 할로겐 램프는 캐리어의 일측면 또는 양측면 상에 배치된다. 램프에 의해 제공된 에너지는 적절한 경화 온도와 경화되고자 하는 다이 부착부에 적합한 경화 외형이 유지되는 것을 확신하도록 시스템 내에서 온도의 예정된 함수에 응답하는 컴퓨터 작동 제어기에 의해 제어된다.
캐리어와 램프는 반사기 내에서 그리고 캐리어를 통과하는 축상 통로 내의 가스 통로용 개방 단부 구역을 구비한 반사기에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 반사기는 램프로부터 유출하는 에너지를 캐리어 및 리드프레임 스트립을 향해 다시 반사한다. 반사기는 상대적으로 찬 가스가 가스와 반사기 사이의 열교환에 기인하여 가스 자체가 가열되는 동안 반사기를 냉각시키도록 관통하여 유동하는 가스, 바람직하게는 공기의 통로를 임의적으로 내부에 구비한다. 가열된 가스가 통로로부터 벗어날 때, 이 가열된 가스는 부가적인 가열을 제공할 뿐만 아니라 다이 부착부의 경화에 기인하거나 또는 다른 이유때문에 생성될 수 있는 시스템으로부터의 휘발성 물질을 정화(purge)시키도록 캐리어를 통과하고 리드프레임 스트립 위로 유동하는 가스로 된다. 캐리어가 통과하는 단위 시간당 가스의 체적은 세척 과정용으로 최적화되는 반면에 캐리어 내의 온도를 과도한 냉각을 피하도록 예정된 범위 내에 유지한다. 달리 말하면, 공기의 최대 부피는 캐리어 내의 과도한 온도 저하에 대항해서 일관성있게 조절되어 캐리어를 통과한다. 변수들 자체는 사용되는 특정 장치 및 다이 부착 재료의 함수이다.
찬 건조 공기는 반사기의 냉각 채널을 통하여 힘을 받는다. 이들 채널의 출구에서, 공기 공간(air plenum)은 경화되고자 하는 다이 부착부를 갖춘 리드프레임을 포함하는 캐리어의 일단부까지 공기를 안내한다. 캐리어의 타단부에 위치된 것은 배기 매니폴드이다. 배기 매니폴드와 캐리어의 개방 단부 사이에는 캐리어의 전체 개방 영역을 덮는 확산판(diffuser plate)이 있다. 확산판의 목적은 캐리어의 높이에 따라 균일한 공기 유동을 생성하는 것이다. 공기는 캐리어를 통과하고, 확산판을 통과하고, 배기 매니폴드를 통과하며 가스 방출에 기인하여 습득된 휘발성 물질과 함께 배기 호스를 통해 시스템으로부터 전도된다. 가열은 경화 외형이 완료될 때까지 이 방식으로 계속된다. 강제된 공기의 대류 냉각 기간이 다이 부착 재료의 경화 질을 향상시키고 캐리어의 전송이 가능하도록 제어되고 예정된 외형에서 캐리어의 온도를 저하시키도록 필요할 수 있다. 따라서, 내부에 리드프레임 스트립을 구비한 캐리어는 다음 공정 진행을 위해 시스템으로부터 제거되고 과정은 새로운 세트의 캐리어와 리드프레임 스트립으로 반복된다.
상술된 공정은 증가된 생산량에 기인하고 독립형 설정 선택때문에 인-라인 공정들을 수용하는 관점에서 종래 기술보다 더욱 적응성이 있다. 이 공정은 단위 조립을 최소한의 족문(footprint)으로 허용한다. 시스템은 밀폐된 루프 시스템이고, 이에 의해서 온도 제어를 제공한다. 캐리어를 통한 공기의 연속 유동은 기밀 형식보다 청결한 경화가 아닐지라도, 질소 정화 대류 오븐 내의 상응하는 배치 경화 공정을 제공한다. 조작은 또한 리드프레임 스트립이 캐리어 내에 보유되고 개별적으로 조작되지 않기때문에 감소된다.
도1은 본 발명에 따른 경화 시스템의 평면 단면도.
도2는 도1의 선 2-2를 따라 취한 측단면도.
도3은 다이 아래에 리드프레임과 다이 부착부를 구비한 캐리어의 확대도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 캐리어
3 : 리드프레임 스트립
5 : 열원
9 : 반사기
13 : 반도체 다이
15 : 다이 부착 재료
도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 열 전달 또는 경화 시스템이 도시된다. 시스템은 상당한 열전도성이 있고, 바람직하게 알루미늄으로 제작되고, 내부에 적층된 하나 이상의 리드프레임 스트립(3)을 내포하는 가동 캐리어(1)가 배치(다수의 이러한 캐리어들은 서로 적층될 수 있거나 및/또는 다수의 이러한 캐리어들이 병렬 관계로 배치될 수 있음을 이해해야 한다)되는 캐리어 수용 위치 설정부를 포함한다. 캐리어(1)는 한 쌍의 상대적으로 낮은 열 전도성의 캐리어 기부 지지 나이프 날(29) 상에 배치되고 나이프 날 접점부(31)를 구비한 한 쌍의 상대적으로 낮은 열 전도성의 캐리어 측부 위치 설정기(locator)에 의해 측방향으로 제위치에 보유되며, 양자는 캐리어를 단열시키도록 스탠드-오프 열 차단부(stand-off thermal barrier; 35) 상에 배치된 기부 커버(33) 내의 베이스(30)에 고착된다. 스프링 로드 열전쌍(spring loaded thermocouple) 또는 비접촉식 고온도계(pyrometer)(37)도 또한 시스템에 캐리어 외부의 온도를 측정하도록 기부(30) 내에 배치된다. 상부 커버(25)는 캐리어(1)의 선적/하역을 허용하도록 개방 또는 개방으로 힌지식 개방 또는 후퇴하며, 시스템은 경화 작업 동안 밀폐된다.
반도체 다이(13)가 경화에 적합한 표준 방식으로 다이의 아래 및 리프프레임부 상에 도포된 다이 부착 재료(15)로 각 리드프레임 스트립(3)의 각각의 리드 프레임부 상에 배치된다. 텅스텐 할로겐 램프(5) 형태의 열에너지원이 캐리어(1)의 양 측면 상에 배치된다. 램프(5)에 의해 제공된 에너지는 예를 들어, 가감 저항기(rheostat)와 같이 경화되는 다이 부착부에 적합한 경화 온도와 경화 형태(curing profile)가 유지되는 것을 확신하도록 시스템 내의 온도의 예정된 기능에 응답하는 컴퓨터 작동 동력 제어기(7)에 의해 제어될 수 있다. 캐리어(1) 및 램프(5)는 램프(5)로부터 유출하는 에너지를 캐리어와 리드프레임 스트립(3)을 향해 다시 반사하기 위한 개방 단부 구역을 구비한 반사기(9)에 의해 둘러싸인다. 반사기(9)는 가스, 바람직하게는 공기에 적합한 통로(11)를 내부에 구비하고, 상대적으로 찬 가스는 가스와 반사기 사이의 열교환에 기인하여 가스 자체가 가열되는 동안 반사기를 냉각시키도록 통로를 관통하여 유동한다.
가열된 가스가 통로(11)로부터 벗어날 때, 이 가열된 가스는 다이 부착부(15)와 리드프레임 스트립(3)을 부가적으로 가열시킬 뿐만 아니라 다이 부착부의 경화에 기인하는 기체 방출 또는 다른 이유때문에 발생될 수 있는 시스템으로부터의 어떠한 휘발성 물질을 정화시키도록 공기 공간(40; air plenum)에 의해 편향되어 캐리어(1)를 통과하여 리드프레임 스트립(3) 위로 안내된다. 휘발성 물질 내의 이 가스는 따라서 시스템을 일정하게 정화된 조건으로 유지하기 위하여 시스템으로부터 확산판(diffuser plate; 19)을 경유하여 단부 커버(23) 내의 배기 매니폴드(21)를 통해 배기된다. 가열은 경화 공정이 완료될 때까지 이 방식으로 계속되고, 그 후에 내부에 리드프레임 스트립을 구비한 캐리어(1)는 다음 공정 진행을 위해 시스템으로부터 제거된다.
선택적인 강제 공기 대류 냉각 기간이, 필요하다면, 다이 부착부의 경화 질을 향상시키고 캐리어의 이송이 가능하도록 제어되고 예정된 형태로 캐리어의 온도를 낮추기 위해 제공된다. 이것은 경화 공정의 완료 후에 시스템의 상부 커버(25) 내의 제트 또는 제트(27)들을 통해 냉각 공기에 힘을 작용시킴으로써 수행된다. 이 과정은 이 후에 새로운 세트의 캐리어와 리드프레임 스트립으로 반복된다.
본 발명은 특정의 바람직한 실시예를 참조하여 기재되었지만, 많은 변형 및 수정은 기술 분야에 숙련된 당업자들에게 명백해질 것이다. 그러므로, 첨부된 청구범위가 이러한 변형 및 수정 모두를 포함하도록 종래 기술의 관점에서 가능한 한 넓게 해석되는 것이 본 발명이다.
상술된 내용에 따르면, 본 발명은 다이 부착 재료를 신속하게 경화시키고 다이 부착 재료의 경화 질을 향상시킴으로써 반도체 장치의 제작시 생산성을 향상시킬 수 있다.
Claims (23)
- 반도체 다이를 리드프레임에 부착시키기 위한 다이 부착 재료를 경화시키기 위한 시스템에 있어서,(a) 내재되는 적어도 하나의 리드프레임 스트립과, 상기 리드프레임 스트립 상의 다이 부착 재료와, 상기 다이 부착 재료 상의 반도체 다이를 각각 포함하는 적어도 하나의 캐리어를 수용하기 위한 캐리어 수용 위치 설정부와,(b) 열 에너지를 상기 캐리어 수용 위치 설정부로 방사시키기 위한 열원와,(c) 상기 열원으로부터의 열 에너지를 상기 캐리어 수용 위치 설정부로 반사시키기 위해 상기 열원과 상기 캐리어 수용 위치 설정부 주위에 배치된 반사기와,(d) 상기 캐리어 수용 위치 설정부에 대류에 의한 열원을 제공하고 상기 캐리어 수용 위치 설정부의 휘발성 물질을 정화하기 위해 가열된 가스가 상기 캐리어 수용 위치 설정부를 통과하도록 야기시키는 배기 시스템으로 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 가스를 가열시키는 동안 상기 반사기를 냉각시키기 위해 상기 반사기와 열교환 관계의 유동 냉각 가스의 제1 공급원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 열원은 기본적으로 약 0.5 μ 내지 약 2.0 μ 범위 내의 방사를 제공하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 열원의 강도와 형태를 제어하도록 상기 다이 부착 재료와 상기 리드프레임 스트립의 순간 온도의 함수에 응답하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 열원의 강도와 형태를 제어하도록 상기 다이 부착 재료와 상기 리드프레임 스트립의 순간 온도의 함수에 응답하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 열원의 강도와 형태를 제어하도록 상기 다이 부착 재료와 상기 리드프레임 스트립의 순간 온도의 함수에 응답하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 캐리어를 상기 캐리어 수용 위치 설정부에 더 포함하고, 각각의 상기 캐리어는 내재되는 적어도 하나의 리드프레임 스트립과, 상기 리드프레임 스트립 상의 다이 부착 재료와, 상기 다이 부착 재료 상의 반도체 다이를 내장하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 캐리어를 상기 캐리어 수용 위치 설정부에 더 포함하고, 각각의 상기 캐리어는 내재되는 적어도 하나의 리드프레임 스트립과, 상기 리드프레임 스트립 상의 다이 부착 재료와, 상기 다이 부착 재료 상의 반도체 다이를 내장하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 캐리어를 상기 캐리어 수용 위치 설정부에 더 포함하고, 각각의 상기 캐리어는 내재되는 적어도 하나의 리드프레임 스트립과, 상기 리드프레임 스트립 상의 다이 부착 재료와, 상기 다이 부착 재료 상의 반도체 다이를 내장하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 캐리어를 상기 캐리어 수용 위치 설정부에 더 포함하고, 각각의 상기 캐리어는 내재되는 적어도 하나의 리드프레임 스트립과, 상기 리드프레임 스트립 상의 다이 부착 재료와, 상기 다이 부착 재료 상의 반도체 다이를 내장하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 캐리어를 상기 캐리어 수용 위치 설정부에 더 포함하고, 각각의 상기 캐리어는 내재되는 적어도 하나의 리드프레임 스트립과, 상기 리드프레임 스트립 상의 다이 부착 재료와, 상기 다이 부착 재료 상의 반도체 다이를 내장하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 캐리어를 상기 캐리어 수용 위치 설정부에 더 포함하고, 각각의 상기 캐리어는 내재되는 적어도 하나의 리드프레임 스트립과, 상기 리드프레임 스트립 상의 다이 부착 재료와, 상기 다이 부착 재료 상의 반도체 다이를 내장하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제1항에 있어서, 경화의 완료 시에 냉각 공기를 상기 시스템으로 주입시키기 위한 제2 찬공기 유입구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 제12항에 있어서, 경화의 완료 시에 냉각 공기를 상기 시스템으로 주입시키기 위한 제2 찬공기 유입구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
- 리드프레임에 반도체 다이를 부착시키기 위한 다이 부착 재료를 경화시키기 위한 방법에 있어서,(a) 내재되는 적어도 하나의 리드프레임 스트립과, 상기 리드프레임 스트립 상의 다이 부착 재료와, 상기 다이 부착 재료 상의 반도체 다이를 각각 포함하는 적어도 하나의 캐리어를 수용하기 위한 캐리어 수용 위치 설정부를 제공하는 단계와,(b) 열 에너지를 상기 캐리어 수용 위치 설정부로 방사시키는 단계와,(c) 상기 열원으로부터의 열 에너지를 상기 캐리어 수용 위치 설정부로 반사시키기 위해 상기 열원과 상기 캐리어 수용 위치 설정부 주위에 반사기를 제공하는 단계와,(d) 상기 캐리어 수용 위치 설정부에 대류에 의한 열원을 제공하고 상기 캐리어 수용 위치 설정부의 휘발성 물질을 정화하기 위해 상기 캐리어 수용 위치 설정부를 통해 가열된 가스를 유동시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 가스를 가열시키는 동안 상기 반사기를 냉각시키기 위해 상기 반사기와 열교환 관계에서 냉각 가스를 유동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 열원은 기본적으로 약 0.5 μ 내지 약 2.0 μ 범위 내의 방사를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 다이 부착 재료와 상기 리드프레임 스트립의 순간 온도의 함수에 응답하여 상기 열원의 강도와 형태를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 다이 부착 재료와 상기 리드프레임 스트립의 순간 온도의 함수에 응답하여 상기 열원의 강도와 형태를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 다이 부착 재료와 상기 리드프레임 스트립의 순간 온도의 함수에 응답하여 상기 열원의 강도와 형태를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제15항에 있어서, 경화의 완료 시에 냉각 공기를 상기 시스템으로 주입시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제20항에 있어서, 경화의 완료 시에 냉각 공기를 상기 시스템으로 주입시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 열경화성 재료를 경화 또는 열가소성 재료를 용융시키는 방법에 있어서,(a) 상기 열경화성 또는 열가소성 재료를 그 위에 갖는 적어도 하나의 부재를 각각 내장하는 적어도 하나의 캐리어를 수용하기 위한 캐리어 수용 위치 설정부를 제공하는 단계와,(b) 열 에너지를 상기 캐리어 수용 위치 설정부로 방사시키기 위한 열원을 제공하는 단계와,(c) 상기 열원으로부터의 열 에너지를 상기 캐리어 수용 위치 설정부로 반사시키기 위해 상기 열원과 상기 캐리어 수용 위치 설정부 주위에 배치된 반사기를 제공하는 단계와,(d) 상기 캐리어 수용 위치 설정부에서 대류에 의한 열원을 제공하고 상기 캐리어 수용 위치 설정부의 휘발성 물질을 정화하기 위해 가열된 가스가 상기 캐리어 수용 위치 설정부를 통과하도록 야기시키는 배기 시스템을 제공하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
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