KR20070034630A - 적외선 가열에 의한 솔더 범프 및 와이어 본딩 - Google Patents

적외선 가열에 의한 솔더 범프 및 와이어 본딩 Download PDF

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Abstract

기판과 다이 간의 고품질의 솔더 또는 와이어 본드들을 보장하기 위하여, 스택형 다이 어셈블리 또는 플립칩 어셈블리의 기판 그리고/또는 다이 또는 다이들의 본딩 영역들을 확실하게 가열하는 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예의 방법에 따르면, 와이어 본딩 공정 이전에 그리고 와이어 본딩 공정 동안 다이들의 상부 표면들 쪽을 향해 적외선 램프 또는 건으로 적외선을 방사함으로써 스택형 다이 패키지의 다이들의 와이어 본딩 영역들을 가열하거나, 플립칩이 장착될 기판의 상부 표면의 본딩 패드 영역을 적외선 램프 또는 건으로부터의 적외선 방사에 의해 바람직한 온도까지 가열한 다음, 플립칩을 기판에 접착시킨다. 기판 및 다이들의 상부 표면들에 가해지는 적외선 방사 가열을 이용하게 되면, 이들 기판 및 다이들의 개별적인 와이어 본딩 영역들이 필요한 시간 주기 내에서 적절한 와이어 본딩 온도로 가열됨으로써, 고품질의 와이어 본딩을 가능해지고 와이어 본딩의 수율이 증가된다.
Figure 112007013871281-PAT00001
반도체 패키지, 다이 본딩, 와이어 본딩, 적외선 방사, 플립칩, 다이

Description

적외선 가열에 의한 솔더 범프 및 와이어 본딩{SOLDER BUMP AND WIRE BONDING BY INFRARED HEATING}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 단면도이다.
도 2A 및 2B는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 연속적인 단계들을 개략적으로 도시한다.
본 발명은 어셈블리 동작 동안 반도체 디바이스들 및 회로 기판들을 가열하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 스택형 다이 어셈블리들의 와이어 본딩 및 플립칩 본딩에 적용할 수 있다.
종래의 스택형 다이 패키징 기술에 있어서, 제 1 다이는 금속 납 프레임 또는 적층된 플라스틱 또는 세라믹 회로 기판과 같은 기판에 에폭시 또는 폴리이미드 페이스트 또는 필름 테이프를 이용하여 부착되며, 그리고 제 2 다이는 제 1 다이의 상부 표면에 에폭시 또는 폴리이미드 페이스트 또는 필름 테이프를 또한 이용하여 부착된다. 이후, 와이어 본딩이 수행되는 바, 전형적으로 초음파 및 가열을 이용하여 금 또는 구리 와이어들을 기판 및 다이들의 상부 표면들 상에 본딩 패드들로 용 융시킨다. 기판 및 다이들을 와이어 본딩을 하기 위해 적절한 온도, 전형적으로 섭씨 약 190℃로 올리기 위하여, 일반적으로 가열기 블럭(heater block)을 이용하여 기판을 바닥으로부터 전도적으로 예열시킨다. 즉, 와이어 본딩(즉, 와이어 단부들의 솔더링)이 기판 및 다이들의 상부 표면 상에서 이루어지지만, 이들 기판 및 다이들은 바닥으로부터 가열된다.
기판이 구리 납 프레임과 같은 우수한 가열 전도성을 갖는 얇은 금속 납 프레임일 때, 가열기 블럭을 이용하여 기판을 바닥으로부터 예열시켜 만족스러운 결과를 얻기는 하지만, 이러한 종래의 방법은 다른 타입의 기판들에 대해서는 문제가 된다. 특히, 더 느리게 가열되는 두꺼운 적층 플라스틱 또는 세라믹 기판들은 예열에 이용할 수 있는 시간 주기(예를 들어, 와이어 본더의 속도 및 다이 어셈블리당 와이어들의 수에 따라 4초 또는 그 미만) 내에서 가열기 블럭에 의해 와이어 본딩을 행하기 위한 적절한 온도에 이르지 못할 수도 있다. 또한, 다이들은 기판의 바닥으로부터 멀리 있기 때문에, 이들의 본딩 영역들은 기판 보다 훨씬 더 느리게 가열되며, 이에 따라 가열기 블럭에 의한 바람직한 와이어 본딩 온도에 이르게 될 가능성이 적어진다. 결과적으로, 와이어 본딩의 품질 및 제조 수율에 악영향을 미치게 된다.
전형적으로 플라스틱 또는 세라믹 회로 기판인 기판의 상부 표면 상에 반도체 다이가 직접 솔더링되는 종래의 플립칩 어셈블리 방법에도 이와 유사한 문제가 존재한다. 기판 상의 본딩 패드들은 솔더로 코팅되며, 그리고 솔더 예비 형성물인 소위 "솔더 범프들"은 어셈블리 이전에 다이에 부착된다. 가열 및 압착(pressure) 을 이용하여 기판 및 다이 상의 솔더를 용융시킴으로써, 다이를 기판에 접착시킨다. 전형적인 플립칩 어셈블리 기술은 상기 설명된 가열기 블럭을 이용하여 기판을 예열함으로써, 솔더 범프들을 부분적으로 용융시킨다. 그러나, 적층형 다이 어셈블리의 경우에서 처럼, 가열기 블럭은 다이와 기판 간의 고품질의 솔더 연결을 보장하기에 충분할 정도로 기판 상부 표면과 솔더 범프들의 온도를 급속하게 올리지 못할 수도 있으며, 이에 따라 수율 및 신뢰성에 악영향을 미친다.
따라서, 플립칩과 와이어 본딩 다이들 및 기판들의 적절한 가열을 보장함으로써, 제조 수율을 개선하고 비용을 낮추는 방법이 필요하다.
1991년 3월 13일자 일본 특허 초록 vol.015, no.106 (E-1044); 1992년 9월 10일자 일본 특허 초록 vol.016, no.435 (E-1263); US-A-5 305 944; GB-A-2 244 374; 1994년 3월 16일자 일본 특허 초록 vol.018, no.158 (E-1525); 및 US-A-5 346 857은 반도체 디바이스들에 대한 다양한 본딩 기술들, 특히 적외선 방사를 이용한 와이어 본딩 및 플립칩 본딩 기술을 개시한다.
본 발명의 제 1 양상에 따르면, 기판에 부착되는 반도체 다이의 표면의 본딩 영역을 가열하는 방법이 제공되는 바, 이 방법은 상기 본딩 영역을 상기 다이의 표면에 가해지는 적외선 방사에 의해 약 4초 또는 그 미만 동안 약 190℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 양상에 따르면, 기판에 플립칩을 조립하는 방법이 제공되는 바, 이 방법은 상기 기판의 표면의 본딩 영역을 상기 표면에 가해지는 적외선 방사에 의해 가열하는 단계와, 여기서 상기 본딩 영역은 솔더를 포함하고; 솔더를 포함하는 플립칩을 상기 본딩 영역 상에 배치하는 단계와; 그리고 상기 플립칩과 상기 본딩 영역의 솔더를 용융시켜 상기 플립칩을 상기 기판에 접착시키기 위하여 상기 플립칩을 압착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 양상에 따르면, 기판에 부착되는 반도체 다이의 표면의 본딩 영역을 가열하는 장치가 제공되는 바, 이 장치는 상기 다이의 표면에 적외선 방사를 가하여 상기 본딩 영역을 가열하는 적외선 가열기와, 그리고 상기 기판의 바닥 표면을 가열하는 제 2 가열기를 포함하며, 여기서 상기 적외선 가열기 및 제 2 가열기는 상기 본딩 영역을 약 4초 또는 그 미만 동안 약 190℃의 온도로 가열하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 장점은 기판 그리고/또는 다이 또는 다이들의 본딩 영역들을 확실하게 가열함으로써, 기판과 다이들 간의 고품질의 솔더 또는 와이어 본드들을 보장한다는 것이다.
본 발명의 부가적인 장점들은 하기의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이며, 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 예시적으로 설명된다.
스택형 다이 패키지들을 와이어 본딩하고 플립칩 패키지들을 조립하는 종래의 방법들은, 기판 그리고/또는 다이들의 본딩 영역들을 고품질의 솔더 접합부 또는 와이어 본드들을 형성하기 위한 적절한 온도까지 확실하게 가열하지 못함으로써, 제조 수율을 떨어뜨린다. 본 발명은 종래의 제조 공정들로부터 비롯되는 이러 한 문제들을 해결한다.
본 발명의 일 실시예의 방법에 따르면, 스택형 다이 패키지의 다이들의 와이어 본딩 영역들은, 와이어 본딩 공정 이전 및 와이어 본딩 공정 동안 다이들의 상부 표면들 쪽을 향해 통상의 적외선 램프 또는 건(gun)으로 적외선을 방사함으로써 가열된다. 기판의 와이어 본딩 영역들 또한 적외선 방사에 의해 가열될 수 있다. 또한, 기판 및 다이들의 상부 표면들에 가해지는 적외선 방사 가열을 이용하게 되면, 이들의 개별적인 와이어 본딩 영역들이 예를 들어 약 4 초 또는 그 미만의 필요한 시간 주기 내에서 적절한 와이어 본딩 온도(즉, 섭씨 약 190℃)로 가열됨으로써, 고품질의 와이어 본딩이 가능해지고 와이어 본딩 수율이 증가됨을 보장한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 플립칩이 장착될 기판의 상부 표면의 본딩 패드 영역은 램프 또는 건으로부터의 적외선 방사에 의해 섭씨 약 200℃와 같은 바람직한 온도로 가열된다. 이후, 플립칩은 압착 및 적외선 가열을 이용하여 접착된다. 또한, 기판의 바닥은 종래의 전도성 가열기 블럭을 이용하여 예열될 수 있다. 따라서, 본 발명은 기판 상의 솔더가 본딩 동작 이전 및 본딩 동작 동안 플립칩 본딩을 위한 적절한 온도에 놓이게 한다. 결과적으로, 플립칩과 기판 간의 솔더 본드들의 품질이 개선된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시한다. 펜실베니아 위로우 그로우브의 Kulicke and Soffa사로부터 입수할 수 있는 모델 8028 와이어 본더와 같은 와이어 본더에 기초하는 본 발명의 와이어 본딩 장치(100)는 종래의 전도성 가열기 블럭(110), 종래의 와이어 본딩 헤드(120) 및 적외선 가열기들(130)을 포함한다. 본 발명의 방법 및 장치를 이용하여 와이어 본딩될 종래의 스택형 다이 패키지 구조는, 세라믹 또는 적층된 플라스틱 회로 기판과 같은 기판(140), 하부 반도체 다이(150) 및 상부 반도체 다이(160)를 포함하며, 이들은 통상적으로 에폭시 접착체(미도시)에 의해 서로 조립된다.
적외선 가열기들(130)은, 각각 본딩 패드들(BP)을 포함하는 다이(150)의 상부 표면(150a) 및 다이(160)의 상부 표면(160a)과, 그리고 기판(140)의 "본딩 영역", 즉 본딩 패드(BP)들을 갖는 기판(140)의 일부 상부 표면(140a)을 가열하기 위하여, 와이어 본딩될 패키지 구조의 위쪽에 위치된다. 적외선 가열기들(130)은 통상의 적외선 램프들 또는 건들이거나, 와이어 본더(100)에 이용할 수 있는 한정 공간에서의 동작을 위해 최적으로 특별 설계된 적외선 가열기일 수 있다. 예를 들어, 유연한 광섬유 튜브가 기판(140) 및 다이들(150, 160)을 향해 적외선을 방사하는 데에 이용될 수 있다.
적외선 가열기들(130)의 강도 및 파장은 응용마다 특정된다. 적외선 가열기들(130)의 강도는 바람직하게는 원하는 온도 프로파일이 달성되도록, 예를 들어 다이의 상부 표면들(150a, 160a) 및 기판(140)의 본딩 영역의 온도가 와이어 본더(100)의 속도 및 바람직한 처리량에 따라서, 약 4초 또는 그 미만의 필요한 램프업 시간 내에서 섭씨 약 190℃의 와이어 본딩 온도에 이를 수 있도록 정해진다. 적외선 방사의 파장은 가열될 물질들에 의해 결정되는데, 그 이유는 일부 적외선 파장들은 일부 물질들에 의해 흡수되지 않기 때문이다(즉, 이들은 물질을 가열시키지 않을 것이다). 따라서, (주로 실리콘으로 된) 다이들(150, 160) 및 (주로 플라스틱 또는 세라믹으로 된) 기판(140)을 가열하기 위해서는 서로 다른 파장들의 적외선 방사를 제공하는 것이 필요하거나 바람직하다.
스택형 다이 패키지에 따라 바람직한 와이어 본딩 온도 및 온도 프로파일의 달성을 용이하게 하기 위하여, 전도성 가열기(110)가 적외선 가열기들(130)과 함께 이용될 수 있다. 예를 들어, 와이어 본딩될 스택형 다이 패키지(100)가 세라믹 또는 플라스틱 기판(140)을 포함하는 경우, 전도성 가열기(110)는 바람직하게는 패키지를 예열시키는 데에 이용되며, 그리고 적외선 가열기들(130)은 상기 설명한 바와 같이 기판(140) 및 다이들(150, 160)을 가열시키는 데에 이용된다. 그러나, 스택형 다이 패키지(100)가 금속 납 프레임 기판(140)을 포함하는 경우, 적외선 가열기들(130)이 다이의 표면들(150a, 160a)을 가열하도록 할 수 있지만, 기판의 표면(140a)을 가열하도록 할 필요는 없는데, 그 이유는 전도성 가열기(110)가 단독으로 얇은 금속 기판을 적절하게 가열시킬 수 있기 때문이다.
동작시, 스택형 다이 패키지는, 예를 들어 다른 패키지가 와이어 본딩되는 동안 전도성 가열기(110)에 의해 예열된 다음, 와이어 본딩 헤드(120) 아래의 위치로 이동된다. 이후, 본딩 헤드(120)가 와이어들(170)을 본딩 패드들(BP)에 부착시키는 동안, 적외선 가열기들(130)은 본딩 패드들(BP)을 포함하는 기판(140) 및 다이들(150, 160)의 영역들을 섭씨 약 190℃로 가열하도록 동작한다. 본딩 패드들(BP)이 전도성 가열기(110) 그리고/또는 적외선 가열기들(130)에 의해 적절히 가열되기 때문에, 와이어들(170)은 본딩 패드들(BP)에 확실하게 접착된다.
도 2A 및 2B는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 스위스의 ESEC로부터 입 수할 수 있는 모델 마이크론 2와 같은 종래의 플립칩 다이 본더에 기초하는 본 발명의 플립칩 본딩 장치(200)는 종래의 전도성 가열기(210), 종래의 본딩 헤드(220) 및 적외선 가열기들(230)을 포함한다. 다이 본더(200)는 플립칩 다이(250)에 접착될 세라믹 또는 적층된 플라스틱 회로 기판과 같은 종래의 플립칩 기판(240)을 포함한다.
다이(250)를 기판(240) 상에 압착시키기 전에, 솔더(240c)에 의해 덮여지는 본딩 패드들(240b)을 포함하는 기판(240)의 상부 표면(240a)을 가열시키기 위하여, 적외선 가열기들(230)이 기판(240)의 위쪽에 위치된다. 상기 설명된 실시예에서와 같이, 가열기들(230)은 통상의 적외선 램프들 또는 건들이거나, 다이 본더(200)에 이용할 수 있도록 한정 공간에서의 동작을 위해 최적으로 특별 설계된 적외선 가열기일 수 있다. 상기 설명한 바와 같이, 적외선 가열기들(230)의 강도 및 파장은 바람직한 온도 프로파일이 얻어지도록, 예를 들어 기판의 상부 표면(240a)의 온도가 다이 본더(200) 및 바람직한 처리량에 따라서, 예를 들어 약 0.66초의 필요한 램프업 시간 내에서 섭씨 약 200℃의 본딩 온도에 이를 수 있도록 결정된다. 적외선 방사의 파장은 기판(240)의 물질에 의해 결정된다. 바람직한 다이 본딩 온도 및 온도 프로파일의 달성을 용이하게 하기 위하여, 전도성 가열기(210)가 적외선 가열기들(230)과 함께 이용된다.
도 2A를 참조하여, 동작시, 기판(240)은 예를 들어 다른 어셈블리가 다이 본딩되는 동안 전도성 가열기(210)에 의해 예열된 다음, 본딩 패드들(240b)에 대응하는 솔더 범프들(260)을 포함하는 플립칩(250)을 보유하는 다이 본딩 헤드(220) 아 래의 위치로 이동된다. 이후, 적외선 가열기들(230)은 본딩 패드들(240b) 상의 솔더(240c)를 적어도 부분적으로 용융시키기 위하여, 본딩 패드들(240b)을 포함하는 상부 표면(240a)을 섭씨 약 200℃까지 가열시킨다. 이후, 다이 본딩 헤드(220)가 내려가고(도 2B 참조), 본딩 패드들(240b)을 솔더 범프들(260)에 압착시킨다. 이렇게 되면, 본딩 패드들(240b)을 덮고 있는 솔더(240c)와 솔더 범프들(260)이 용융됨으로써, 플립칩(250)을 기판(240)에 접착시킨다. 본딩 패드들(240b)은 다이 본딩 이전에 전도성 가열기(210) 및 적외선 가열기들(130)에 의해 적절하게 가열되기 때문에, 플립칩(250)과 본딩 패드들(240b) 간의 연결의 품질이 높아지게 되며, 결과적으로 제조 수율 및 신뢰성이 개선된다.
본 발명은 종래의 물질들, 방법 및 장비를 이용하여 실행될 수 있다. 따라서, 본원에서는 이러한 물질들, 방법 및 장비에 대해 상세히 설명하지 않는다. 상기 설명에서는, 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위하여, 특정한 물질들, 구조들, 화학 물질들, 공정들 등과 같은 다수의 특정 사항들이 설명되었다. 그러나, 주목할 사항으로서, 본 발명은 상기 설명된 특정 사항들을 이용하지 않고서도 실행될 수 있다. 다른 경우들에 있어서, 본 발명을 불명확하게 하는 것을 막기 위하여, 널리 알려진 공정 구조들은 상세히 설명되지 않는다.
본원은 단지 본 발명의 바람직한 실시예들 및 그의 일부 예들 만을 설명하였다. 주목할 사항으로서, 본 발명은 다른 많은 결합들 및 환경들에서 이용될 수 있으며, 본원에서 제시한 본 발명의 개념의 범위 내에서 수정 또는 변경될 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다이 본딩 이전에, 기판의 본딩 영역을 전도성 가열기 및 적외선 가열기에 의해 적절한 온도로 가열함으로써, 플립칩과 본딩 패드들 간의 연결의 품질을 높일 수 있게 되고, 결과적으로 제조 수율 및 신뢰성을 개선할 수 있습니다.

Claims (3)

  1. 기판에 플립칩을 조립하는 방법으로서,
    상기 기판의 상부 표면의 본딩 영역을 상기 상부 표면에 가해지는 적외선 방사에 의해 가열하는 단계와, 여기서 상기 본딩 영역은 솔더를 포함하고;
    상기 본딩 영역 상에, 솔더를 포함하는 플립칩을 배치하는 단계와; 그리고
    상기 플립칩과 상기 기판을 압착하여, 상기 플립칩의 솔더와 상기 본딩 영역의 솔더를 용융시켜 상기 플립칩을 상기 기판에 부착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판에 플립칩을 조립하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 바닥 표면을 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판에 플립칩을 조립하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판을 약 200℃로 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판에 플립칩을 조립하는 방법.
KR1020077003602A 2000-06-12 2000-12-01 적외선 가열에 의한 솔더 범프 및 와이어 본딩 KR100747134B1 (ko)

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US09/592,275 US6384366B1 (en) 2000-06-12 2000-06-12 Top infrared heating for bonding operations
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