KR20060070141A - 클리닝 핀을 갖는 반도체 칩 패키지 몰딩 장치 - Google Patents

클리닝 핀을 갖는 반도체 칩 패키지 몰딩 장치 Download PDF

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KR20060070141A
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semiconductor chip
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vacuum
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서희주
이도우
강희철
정은영
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 반도체 칩이 기판에 실장되어 와이어본딩이 완료된 패키지 반제품이 사이에 개재되며, 에폭시 몰딩 컴파운드가 유입되는 복수의 캐버티가 형성되어 있고, 상기 캐버티에 진공 흡입력을 인가시키는 진공 구멍이 형성되어 있으며, 상기 패키지 반제품을 상기 캐버티로부터 분리시키는 이젝트 핀을 포함하는 상부 금형 어셈블리와 하부 금형 어셈블리를 포함하는 반도체 칩 패키지 몰딩 장치에 있어서, 각각의 상기 진공 구멍에 대응되는 위치에서 수직으로 운동되는 클리닝 핀을 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치에 구조에 의하면, 몰딩이 완료된 패키지 반제품을 분리하기 위하여 이젝트 핀이 상승될 때 클리닝 핀이 상승되어 진공 구멍의 오염 물질 제거가 이루어지며, 클리닝 공정 후에 클리닝 핀이 상승되면서 진공 구멍 내의 이물질 제거가 이루어진다. 이와 같이 패키지 반제품을 흡착 고정시키는 진공 구멍에 대한 클리닝이 자동으로 그리고 지속적으로 이루어짐으로써 정상적인 진공 흡입력이 패키지 반제품에 가해질 수 있어 생산성 향상 및 몰딩 품질이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
반도체, 몰딩, 패키지, 금형, 클리닝, 진공 흡착

Description

클리닝 핀을 갖는 반도체 칩 패키지 몰딩 장치{Semiconductor chip package molding apparatus having cleaning pin}
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 주요 부분에 대한 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3a와 도 3b는 종래 기술에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 동작 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 하부 몰딩 금형을 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치에 의한 몰딩 후의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 클리닝 동작 후의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 "A" 부분에서의 동작 상태를 나타낸 확대도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10; 패키지 반제품 11; 반도체 칩
13; 인쇄회로기판 15; 본딩와이어
30; 에폭시 몰딩 컴파운드 35; 오염 물질
100; 반도체 칩 패키지 몰딩 장치 110; 하부 금형 어셈블리
111; 하부 캐버티 바아 115; 진공 라인
117; 진공 구멍 121; 셋-블록
112; 클리닝 핀 구멍 123; 핀 플레이트
125; 이젝트 핀 127; 클리닝 핀
129; 오-링 131; 구동 플레이트
150; 상부 금형 어셈블리 151; 상부 캐버티 바아
153; 캐버티
본 발명은 반도체 칩 패키지 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판에 칩 실장과 와이어본딩이 완료된 패키지 반제품을 수지로 밀봉하는 반도체 칩 패키지 몰딩 장치에 관한 것이다.
반도체 칩 패키지 제조 공정에 있어서 몰딩(molding) 공정은 리드프레임(leadframe) 또는 인쇄회로기판(printed circuit board)과 같은 기판에 반도체 칩이 실장되어 전기적인 연결이 완료된 상태의 패키지 반제품에 대하여 물리적 또는 화학적인 외부 환경으로부터의 보호를 위하여 반도체 칩과 전기적인 연결 부분들을 밀봉하는 공정이다. 이 몰딩 공정은 대부분 경제성과 양산성이 뛰어나고 내흡수성이 우수한 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound)를 사용하는 트랜스퍼 몰딩(transfer molding) 방식이 널리 사용되고 있다.
트랜스퍼 몰딩 방식은 고체 상태인 에폭시 몰딩 컴파운드의 타블렛(tablet)을 열을 가하여 용융시켜 일정한 점도를 가지게 한 후 패키지 반제품이 개재된 몰딩 금형의 캐버티(cavity)로 주입하고 경화시켜 패키지 반제품의 일정 부분을 밀봉하는 방식이다. 이와 같은 트랜스퍼 몰딩 방식의 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 구조를 첨부 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 주요 부분에 대한 단면도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도이며, 도 3a와 도 3b는 종래 기술에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 동작 상태를 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 반도체 칩 패키지 몰딩 장치(300)는 종래 기술에 따른 트랜스퍼 몰딩 방식의 몰딩 장치의 일 예로서, 인쇄회로기판(13)에 반도체 칩(11)이 실장되어 본딩와이어(15)로 전기적인 연결이 완료된 패키지 반제품(10)의 인쇄회로기판 일 면 상부를 에폭시 몰딩 컴파운드(30)로 밀봉하는 몰딩 장치이다.
이 몰딩 장치(300)는 패키지 반제품(10)이 탑재되는 하부 금형 어셈블리(310)와 상부 금형 어셈블리(350)로 구분된다. 하부 금형 어셈블리(310)는 에폭시 몰딩 컴파운드(30)가 타블렛 상태로 공급되어 용융되는 포트(pot; 343)가 형성된 센터 블록(341)을 중심으로 양쪽 주변에 패키지 반제품(10)이 탑재되는 복수의 하부 캐버티 바아(311)가 배치되어 있는 구조이다. 그리고 상부 금형 어셈블리(350)는 포트(343)에 대응되는 컬(cull; 363)이 형성된 컬 블록(361)을 중심으로 캐버티(353)가 형성되어 있으며 하부 캐버티 바아(311)와 대응되는 상부 캐버티 바아(351)가 배치되어 있는 구조이다. 포트(343) 내에는 용융된 에폭시 몰딩 컴파운드(30)를 밀어 캐버티(353)로 공급시키는 플런저(plunger; 345)가 수직 운동 가능하도록 설치되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이 반도체 칩 패키지 몰딩 장치(300)는 하부 캐버티 바아(311) 내부에 진공 라인(315)이 형성되어 있고 그에 연결되어 패키지 반제품(10)을 흡착하는 진공 구멍(vacuum hole; 317)이 형성되어 있다. 도시되지 않았지만 진공 라인(315)은 진공 펌프(vacuum pump)와 연결되어 진공 흡입력이 인가된다. 이와 같은 구조는 최근 반도체 소자의 대용량화와 소형화에 대한 소비자의 요구에 따른 패키지 제품의 두께 얇아짐으로 인하여 몰딩 과정에서 가해지는 고열에 의해 휨 및 그로 인한 몰딩 불량의 발생을 방지하기 위한 것이다. 이에 따라 몰딩 과정에서 인쇄회로기판(13)이 하부 캐버티 바아(311)에 밀착될 수 있다.
그리고 하부 캐버티 바아(311)의 하부에는 몰딩 완료 후에 몰딩이 완료된 패키지 반제품(10)을 분리하기 위한 이젝트 핀(eject pin; 325)이 핀 플레이트(321)에 고정 설치되어 있고, 그 하부에는 핀 플레이트(321)를 구동시키기 위한 구동 플레이트(331)가 설치되어 있다.
동작을 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 패키지 반제품(10)이 하부 캐버 티 바아(311)에 탑재된 상태에서 에폭시 몰딩 컴파운드(30)의 타블렛이 포트(343)에 공급된다. 그리고 상부 캐버티 바아(351)가 하부 캐버티 바아(311)와 밀착된 상태에서 고온으로 가열되어 일정한 점도를 갖는 겔(gel) 상태의 에폭시 성형 수지로 용융되어 캐버티(353)에 주입된다. 몰딩 과정 중에 도 2a에서와 같이 하부 캐버티 바아(311)에 형성된 진공 구멍(317)에 진공 흡입력이 인가되어 패키지 반제품(10)을 흡착 고정시킨다. 이에 의해 패키지 반제품(10)에 가해지는 열에 의한 휨 발생 시에도 몰딩 불량은 발생되지 않는다. 몰딩 완료 후에는 도 2b에서와 같이 상부 금형 어셈블리(350)가 상승되고 핀 플레이트(323)의 상승에 의해 이젝트 핀(325)이 상승되어 패키지 반제품(10)을 하부 캐버티 바아(311)에서 밀어 올린다. 이 상태에서 패키지 반제품(10)은 다음 작업 위치로 이송된다.
한편, 전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치는 일정기간 사용 후에 캐버티에 형성된 오염물질을 정기적 또는 비정기적으로 제거시키는 클리닝(cleaning)이 이루어진다. 이에 의해 후속으로 진행되는 패키지 반제품의 몰딩 과정에서 몰딩 불량이 발생되지 않도록 하고 있다. 이 클리닝 작업은 고무 시트(rubber sheet)라 불리는 고무 성분의 세정제를 사용하여 이루어진다. 고무 시트는 175℃에서 약 300초 동안 20톤 가량의 힘을 받아 압착되어 몰딩 금형 내에 있는 오염물질을 제거시킨다.
그런데 종래 기술에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 클리닝 시에 사용되는 세정 고무가 하부 캐버티 바아에 형성된 진공 구멍으로 침투하기도 하고 설비 가동 중에 인쇄회로기판이 비정상적으로 안착될 때 에폭시 몰딩 컴파운드가 도 3에 나타난 바와 같이 진공 구멍(317) 내로 침투하여 진공 구멍(317)이 막혀버리는 경우가 발생되고 있다. 이로 인하여 후속으로 이어지는 몰딩 과정에서 패키지 반제품(10)의 흡착 고정이 정상적으로 이루어지지 않아 몰딩 불량이 지속적으로 발생되고 있다.
현재 진공 구멍(317)이 막힌 경우, 하부 금형 어셈블리(310)의 각 부품들을 분리시키고 하부 캐버티 바(311)를 최종 분리한 후 각각의 진공 구멍(317)에 막힌 이물질 등을 공구(tool)를 이용하여 수작업으로 제거해주고 있는 실정이다. 이로 인하여 제품 생산 지연 및 그로 인한 문제가 심각한 수준이다.
따라서 본 발명의 목적은 몰딩 과정에서 패키지 반제품을 흡착 고정시키는 진공 구멍의 막힘을 방지하여 공정 지연이나 그로 인해 발생될 수 있는 여러 가지 문제점을 해결할 수 있는 반도체 몰딩 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치는, 반도체 칩이 기판에 실장되어 와이어본딩이 완료된 패키지 반제품이 사이에 개재되며, 에폭시 몰딩 컴파운드가 유입되는 복수의 캐버티가 형성되어 있고, 상기 캐버티에 진공 흡입력을 인가시키는 진공 구멍이 형성되어 있으며, 상기 패키지 반제품을 상기 캐버티로부터 분리시키는 이젝트 핀을 포함하는 상부 금형 어셈블리와 하부 금형 어셈블리를 포함하는 반도체 칩 패키지 몰딩 장치에 있어서, 각각의 상기 진공 구멍에 대응되는 위치에서 수직으로 운동되는 클리닝 핀을 갖는 것을 특징으 로 한다.
본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치에 있어서, 상기 클리닝 핀은 상기 이젝트 핀이 고정되는 핀 플레이트에 고정된 것이 바람직하다. 그리고 상기 클리닝 핀은 상기 하부 금형 어셈블리 또는 상기 상부 금형 어셈블리에 설치되어 기밀 유지시키는 오-링(O-ring)과 결합된 것이 바람직하다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 실시예를 설명함에 있어서 센터 블록과 컬 블록 부분은 종래 기술에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치와 동일하여 그 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 보다 명확히 하기 위함이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 발명의 일부 구성요소는 다소 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소들의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
실시예
도 4는 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 개략 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 하부 몰딩 금형을 나타낸 평면도이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치(100)는, 하부 금형 어셈블리(110)와 캐버티가 형성된 상부 금형 어셈블리(150)를 포함 하여 구성된다.
하부 금형 어셈블리(110)는 몰딩이 필요한 패키지 반제품(10)이 탑재되는 하부 캐버티 바아(111)를 포함하고 상부 금형 어셈블리(150)는 캐버티(153)가 형성된 상부 캐버티 바아(151)를 포함한다. 여기서 캐버티(153)는 패키지 반제품에 대응되어 적절한 크기 및 형상으로 형성된다.
하부 캐버티 바아(111)는 내부에 진공 라인(115)이 형성되어 있고 그 진공 라인(115)과 연결되어 패키지 반제품(10)을 진공 흡입력에 의해 흡착시키기 위한 진공 구멍(117)이 다수 개 형성되어 있다. 진공 라인(115)은 도시되지 않은 진공 펌프와 연결되어 진공 흡입력이 인가된다.
각각의 캐버티 바아(111,151)는 셋-블록(set-block; 121)에 결합되어 고정된다. 캐버티 바아(111,151)는 몰딩 대상의 패키지 종류나 형태에 따라 다를 수 있으므로 몰딩 대상이 변경될 경우 그에 적합한 구조의 캐버티 바아(111,151)를 셋-블록(121)에 결합함으로써 다양한 형태의 패키지 제품에 대한 몰딩이 가능하다.
셋-블록(121)의 하부에는 핀 플레이트(123)가 위치한다. 핀 플레이트(123)에는 각 캐버티(153)에 대응되어 몰딩이 완료된 패키지 반제품(10)을 밀어 올리는 이젝트 핀(125)이 고정되어 있다. 그리고 핀 플레이트(123)에는 각각의 진공 구멍(117)에 대응되는 위치에 클리닝 핀(127)이 고정되어 있다. 그리고 셋-블록(121)에는 클리닝 핀(127)에 대응되는 위치에 관통구멍(122)이 형성되어 있다.
핀 플레이트(123)는 그 하부에 위치하는 구동 플레이트(131)와 결합되어 구동 플레이트(131)의 수직 운동에 따라 수직 운동된다. 여기서 핀 플레이트(123)도 캐버티 바아(111,141)와 마찬가지로 패키지 제품의 종류나 형태에 따라 적절한 것으로 교체가 이루어질 수 있다.
핀 플레이트(123)에 설치되는 클리닝 핀(127)은 진공 구멍의 형태와 크기에 따라 그 형태와 크기가 결정된다. 클리닝 핀(127)은 진공 구멍(117) 내에서의 수직 운동이 가능하도록 진공 구멍(117)의 크기보다는 작게 형성되어야 한다. 보통 진공 구멍(117)의 크기보다 0.1㎜정도 작은 직경을 갖도록 한다. 예를 들어 진공 구멍(117)이 1.0㎜의 직경인 경우 클리닝 핀(127)의 직경은 0.9㎜로 형성한다. 정상적인 몰딩 공정을 진행할 경우에 진공 구멍(117) 하단에 위치하며 진공 구멍(117)을 막지 않도록 하고 몰딩이 완료된 후에 패키지 반제품(10)을 하부 캐버티 바아(111)에서 분리 진행할 때 클리닝 핀이 이젝트 핀(125)과 같이 상승되도록 하여 진공 구멍(117) 내에 오염물질(35)을 제거하도록 한다. 오염물질(35)의 제거가 용이하도록 클리닝 핀(137)의 상단부(137a)는 그 하부 부분보다 직경이 작게 형성되는 것이 좋다.
한편 진공 라인(115)이 형성된 하부 캐버티 바아(111)에는 수직 구동되는 클리닝 핀(127)으로 인한 진공 흡입력의 누출이 없도록 오-링(129)이 결합되어 있는 것이 바람직하다. 이 오-링(129)에 의해 클리닝 핀(127)과 하부 캐버티 바아(111)와의 기밀이 유지됨으로써 정상적인 압력의 진공 흡입력이 인가될 수 있게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치에 의한 몰딩 후의 상태를 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 클리닝 동작 후의 상태를 나타낸 단면도이며, 도 8은 도 7의 "A" 부분에서의 동작 상태 를 나타낸 확대도이다.
도 5에서와 같이 몰딩 진행 중에 진공 구멍(117)을 통하여 진공 흡입력이 인가되어 인쇄회로기판(13)이 하부 캐버티 바아(111)에 밀착된다. 이 상태에서 캐버티(153) 내로 에폭시 몰딩 컴파운드(30)가 주입된다. 몰딩이 완료되면 구동 플레이트(131)의 구동에 따라 핀 플레이트(123)가 상승되고 그에 따라 이젝트 핀(125)과 클리닝 핀(127)이 모두 상승하여 도 6에서와 같이 패키지 반제품(10)을 하부 캐버티 바아(111)로부터 밀어 올린다.
일정 기간 사용 후에 고무 시트를 이용한 클리닝 공정이 진행된다. 고무 시트를 개재하여 오염 물질을 제거한 후에 고무 시트를 분리하는 과정에서 클리닝 핀(127)이 도 7에서와 같이 진공 구멍(117) 내로 수직 상승되어 도 8에 도시된 바와 같이 진공 구멍(117)에 존재하는 오염 물질(35)을 밀어 올려 제거하게 된다.
전술한 실시예에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치는 몰딩이 완료된 패키지 반제품을 분리하기 위하여 이젝트 핀이 상승될 때 클리닝 핀이 상승되어 진공 구멍의 오염 물질 제거가 이루어지도록 구성되어 있다. 그리고 클리닝 공정 후에 클리닝 핀이 상승되면서 진공 구멍 내의 이물질을 제거하도록 구성되어 있다. 따라서 진공 구멍이 막히는 경우가 발생되지 않는다.
한편 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치는 전술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 중심 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시가 가능하다. 예를 들어 전술한 실시예에서 캐버티가 상부 캐버티 바아에 형성된 것을 소개하였으나 하부 캐버티 바아에 형성되거나 상부 캐버티 바아와 하부 캐 버티 바아에 모두 형성될 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 의한 트랜스퍼 몰딩 방식의 반도체 칩 패키지 몰딩 장치에 따르면, 패키지 반제품을 흡착 고정시키는 진공 구멍에 대한 클리닝이 자동으로 그리고 지속적으로 이루어짐으로써 정상적인 진공 흡입력이 패키지 반제품에 가해질 수 있어 생산성 향상 및 몰딩 품질이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

  1. 반도체 칩이 기판에 실장되어 와이어본딩이 완료된 패키지 반제품이 사이에 개재되며, 에폭시 몰딩 컴파운드가 유입되는 복수의 캐버티가 형성되어 있고, 상기 캐버티에 진공 흡입력을 인가시키는 진공 구멍이 형성되어 있으며, 상기 패키지 반제품을 상기 캐버티로부터 분리시키는 이젝트 핀과 상기 이젝트 핀이 설치되는 핀 플레이트를 포함하는 상부 금형 어셈블리와 하부 금형 어셈블리를 포함하는 반도체 칩 패키지 몰딩 장치에 있어서,
    각각의 상기 진공 구멍에 대응되는 위치에 상기 진공 구멍 내부로 수직 운동되는 클리닝 핀을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 패키지 몰딩 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 클리닝 핀은 상기 이젝트 핀이 고정되는 핀 플레이트에 고정된 것을 특징으로 하는 반도체 칩 패키지 몰딩 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 클리닝 핀은 상기 하부 몰딩 금형 또는 상기 상부 몰딩 금형에 설치되어 기밀 유지시키는 오-링과 결합된 것을 특징으로 하는 반도체 칩 패키지 몰딩 장치.
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