KR20090005551A - 반도체 다이 부착 장치 및 이를 이용한 반도체 장치제조방법 - Google Patents

반도체 다이 부착 장치 및 이를 이용한 반도체 장치제조방법 Download PDF

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KR20090005551A
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Abstract

반도체 다이 부착 장치 및 이를 이용한 반도체 장치 제조방법이 개시된다. 상기 장치는 다이를 부착시키는 접착헤드를 포함하고, 상기 접착헤드 내에 회전롤러를 포함한다. 상기 회전롤러는 상기 접착헤드의 일단부에서 반대편 단부로 이동할 수 있다. 상기 방법은 회전롤러를 이동시켜 필름 접착제 내에 발생할 수 있는 보이드를 제거할 수 있다.
다이 부착, 회전롤러, 필름 접착제, 에어노즐

Description

반도체 다이 부착 장치 및 이를 이용한 반도체 장치 제조방법{SEMICONDUCTOR DIE ATTACH TOOL AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 다이 부착 장치(semiconductor die attach tool)를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 다이 부착 장치(semiconductor die attach tool)를 나타내는 단면도이다.
도 3a 및 3b는 제1 실시예에 따른 반도체 다이 부착 장치(semiconductor die attach tool)를 이용한 반도체 장치 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 4a 및 4b는 제2 실시예에 따른 반도체 다이 부착 장치(semiconductor die attach tool)를 이용한 반도체 장치 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 반도체 다이 부착 장치 110, 210 : 프레스 샤프트
112 : 제1 노즐 114 : 제2 노즐
115, 215 : 샤프트 진공홀 120, 220 : 접착 헤드
122, 222 : 제1단부 124, 224 : 제2단부
128, 228 : 콜렛 130, 230 : 회전롤러
140, 240 : 다이 150, 250 : 필름 접착제
160, 260 : 기판 214 : 에어노즐
218 : 고정 진공홀 229 : 경사면
본 발명은 반도체 다이 부착 장치 및 이를 이용한 반도체 장치 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 필름 접착제를 이용한 반도체 다이 부착 장치 및 이를 이용한 반도체 장치 제조방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정을 거친 반도체 웨이퍼는 반도체 패키지(package)를 형성하기 위해 낱개의 다이(die)로 절단된다. 절단된 다이는 기판에 부착되고, 기판에 부착된 다이는 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 기판과 전기적으로 연결된다.
고성능의 전자 제품이 요구되면서, 고집적의 반도체 패키지를 제조하기 위해 기판 상에 복수 개의 다이를 수직으로 적층하는 방법이 사용되고 있다. 예컨대, 듀얼 다이 패키지(Dual Die Package: DDP) 공정 및 멀티 칩 패키지(Multi-Chip Package) 공정이 사용될 수 있다. 듀얼 다이 패키지는 하나의 패키지 내에 내장되는 2개의 칩을 포함하여, 메모리 용량을 2배로 증가시킬 수 있다. 멀티 칩 패키지는 메모리 용량을 증가시키기 위해, 하나의 패키지 내에 2개 이상의 칩을 내장할 수 있다.
적층되는 다이들을 서로 접착시키기 위해 에폭시 수지(epoxy resion)가 사용 되었다. 그러나, 에폭시 수지가 개재된 다이 및 다이 간 간격으로 인해, 다이들의 집적도를 향상시키기에 한계가 있어, 패키지 사이즈가 증가할 수 있다. 패키지 사이즈의 증가 없이, 다수의 다이를 패키지 내에 내장하기 위해 필름(film) 형태의 접착제가 사용되고 있다. 예컨대, 뒷면에 접착 필름이 부착된 다이가 아래층의 다이 윗면에 직접 부착(direct attach)된다.
다이 부착 장치는 콜렛(collet) 및 콜렛 샤프트(collet shaft)를 포함한다. 콜렛 샤프트 아래에 콜렛이 부착되고 콜렛 아래에 접착시키고자 하는 다이가 놓인다. 콜렛 샤프트로부터 힘이 제공되고 콜렛이 아래의 다이를 눌러 기판 또는 하부 다이에 부착된다. 콜렛은 하부의 다이 전면에 힘을 제공한다. 이때, 다이 및 다이 간의 접착 필름 내에 보이드(void)가 발생될 수 있다. 예컨대, 다이 전면에 균일하게 힘이 제공되지 못하거나, 기판 예컨대, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB)의 배선에 의한 단차에 의해 접착 필름 내에 보이드가 형성될 수 있다.
보이드는 완성된 반도체 패키지에 크랙(crack) 등을 유발할 수 있다. 예컨대, 보이드는 고온의 사용환경에서 팽창하여 칩을 손상시킬 수 있다. 이는 곧 반도체 제품의 불량을 초래할 수 있다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 안정적인 반도체 다이 부착 장치 및 이를 이용한 반도체 장치 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 반도체 다이 부착장치 는 프레스 샤프트 및 상기 프레스 샤프트 하부면에 연결되고, 내부에 회전 롤러를 구비한 접착 헤드를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 접착 헤드의 하부면은 콜렛(collet)을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 접착헤드는 제1단부 및 상기 제1단부의 반대방향에 있는 제2단부를 포함하고, 상기 회전롤러는 상기 제1단부에서 상기 제2단부로 이동할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 접착헤드는 상기 제1단부 및 상기 제2단부에 노즐을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 노즐에 의해 기체가 분사될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 노즐에 의해 썩션(suction)될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 접착 헤드의 바닥에 상기 제1단부에서 상기 제2 단부로 낮아지는 경사면을 더 구비할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1단부 방향의 상기 접착 헤드 상부면에 진공홀을 더 구비할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 제2단부에 에어 노즐을 더 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 제조방법은 i) 프레스 샤프트 및 상기 프레스 샤프트 하부면에 연결되고, 내부에 회전 롤러를 구비한 접착 헤드를 포함하는 반도체 다이(die) 부착장치를 제공하는 단계, ii) 상기 접착헤드 하부면에 다이를 부착하는 단계, iii) 상기 다이를 기판 상에 프레스하는 단계 및 iv) 상기 접착헤드의 제1단부에서 기체를 상기 회전롤러로 분사하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 iv) 단계는 상기 제1단부의 반대편에 있는 제2단부에서 상기 회전롤러를 썩션하는 단계와 함께 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 제조방법은 i) 프레스 샤프트, 및 상기 프레스 샤프트 하부면에 연결되고, 내부에 회전 롤러를 구비하며 바닥에 경사면을 구비한 접착 헤드를 포함하는 반도체 다이(die) 부착 장치를 제공하는 단계, ii) 상기 경사면의 높은 부분에 상기 회전롤러를 고정하는 단계, iii) 상기 접착헤드 하부면에 다이를 부착하는 단계, iv) 상기 다이를 기판 상에 프레스하는 단계 및 v) 상기 경사면의 높은 부분에서 상기 회전롤러를 아래로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 ii) 단계는 상기 회전롤러를 썩션하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 경사면의 아랫부분에서 상기 회전롤러에 대해 기체를 분사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 하기 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고, 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 명확하게 하기 위해 과장된 것이다. 명세서 전반적으로 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 다이 부착 장치가 설명된다.
반도체 다이 부착 장치(100)는 프레스 샤프트(110) 및 상기 프레스 샤프트(110) 하부면에 부착된 접착 헤드(120)(attach head)를 포함할 수 있다. 상기 프레스 샤프트(110)는 구동부(미도시)에 연결될 수 있다. 상기 구동부에 의해 상기 프레스 샤프트(110)는 기판 상에 다이를 프레스할 수 있다. 상기 프레스 샤프트(110)는 내부에 샤프트 진공홀(115)을 포함할 수 있다. 상기 샤프트 진공홀(115)은 상기 접착헤드(120)까지 여러 갈래로 나눠어 연결될 수 있다.
상기 접착 헤드(120)는 서로 마주보는 제1단부(122) 및 제2단부(124)를 포함할 수 있다. 상기 제1단부(122) 및 상기 제2단부(124)에 제1 노즐(112) 및 제2 노즐(114)이 각각 구비될 수 있다. 상기 제1 노즐(112) 및 상기 제2 노즐(114)은 상기 접착 헤드(120) 내부로 공기를 분사할 수 있다. 또한, 상기 제1 노즐(112) 및 상기 제2 노즐(114)은 상기 접착 헤드(120)로부터 공기를 썩션(suction)할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 노즐(112)로부터 공기가 제공될 때, 상기 제2 노즐(114)로부터 공기가 썩션(suction)될 수 있다. 이로써, 상기 제1 노즐(112) 및 상기 제2 노즐(114)은 회전롤러를 이동시키는 힘을 제공할 수 있다.
상기 접착 헤드(120)는 그 하부면에 콜렛(collet)(128)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 접착헤드(120)의 하부면은 콜렛(128)으로 이루어질 수 있다. 상기 콜 렛(128)에 복수 개의 흡착 진공홀(미도시)이 구비될 수 있다. 상기 흡착 진공홀에 의해 다이(die)가 상기 접착헤드(120)에 부착될 수 있다. 상기 샤프트 진공홀(115)로부터 상기 흡착헤드(120)의 빈 공간을 통해 상기 흡착 진공홀까지 연결되어 상기 흡착헤드(120)는 다이를 진공으로 흡착할 수 있다.
상기 접착 헤드(120)는 내부에 회절롤러(130)를 포함할 수 있다. 상기 회전롤러(130)는 상기 접착 헤드(120) 내에서 상기 제1단부(122)로부터 상기 제2단부(124)로 이동할 수 있다. 또는, 상기 회전롤러(130)는 상기 제2단부(124)로부터 상기 제1단부(122)로 이동할 수 있다. 상기 회전롤러(130)의 장축은 상기 접착 헤드(120)의 단부들(122, 124)이 신장되는 방향을 향할 수 있으며, 상기 회전롤러(130)의 단축은 상기 회전롤러(130)가 이동하는 방향을 향할 수 있다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 다이 부착 장치가 설명된다.
반도체 다이 부착 장치(200)는 프레스 샤프트(210) 및 상기 프레스 샤프트(210) 하부면에 부착된 접착 헤드(220)(attach head)를 포함할 수 있다. 상기 프레스 샤프트(210)는 구동부(미도시)에 연결될 수 있다. 상기 구동부에 의해 상기 프레스 샤프트(210)는 기판 상에 다이를 프레스할 수 있다. 상기 프레스 샤프트(210)는 내부에 샤프트 진공홀(215)을 포함할 수 있다. 상기 샤프트 진공홀(215)은 상기 접착헤드(220)까지 여러 갈래로 나눠어 연결될 수 있다.
상기 접착 헤드(220)는 서로 마주보는 제1단부(222) 및 제2단부(224)를 포함할 수 있다. 상기 제2단부(224)에 에어 노즐(air nozzle)(214)이 구비될 수 있다. 상기 에어 노즐(214)은 상기 접착 헤드(220) 내부로 공기를 분사할 수 있다.
상기 접착헤드(220)의 상부면에 고정 진공홀(218)이 구비될 수 있다. 상기 고정 진공홀(218)은 상기 샤프트 진공홀(215)에 연결될 수 있다. 또는 도면과 달리, 상기 고정 진공홀(218)은 개별적으로 상기 프레스 샤프트(210) 내에 있을 수 있다.
상기 접착 헤드(220)는 그 하부면에 콜렛(collet)(228)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 접착헤드(220)의 하부면은 콜렛(228)으로 이루어질 수 있다. 상기 콜렛(228)은 상기 제1단부(222)부터 상기 제2단부(224)로 점차적으로 낮아지는 경사면(229)을 가질 수 있다. 또는, 상기 콜렛(228) 상에 경사진 상부면을 갖는 완충층이 놓일 수 있다. 상기 콜렛(228)에 복수 개의 흡착 진공홀(미도시)이 구비될 수 있다. 상기 흡착 진공홀에 의해 다이(die)가 상기 접착헤드(220)에 부착될 수 있다. 상기 샤프트 진공홀(215)로부터 상기 흡착헤드(220)의 빈 공간을 통해 상기 흡착 진공홀까지 연결되어 상기 흡착헤드(220)는 다이를 진공으로 흡착할 수 있다.
상기 접착 헤드(220)는 내부에 회절롤러(230)를 포함할 수 있다. 상기 회전롤러(230)는 상기 경사면(229)의 높이 차를 이용하여 상기 접착 헤드(220) 내에서 상기 제1단부(222)로부터 상기 제2단부(224)로 이동할 수 있다. 상기 고정 진공홀(218)에 의해 정지해 있던 상기 회전롤러(220)는 상기 고정 진공홀(218)에서 진공이 해제되면 상기 제1단부(222)로부터 상기 제2단부(224)로 이동할 수 있다. 상기 제2단부(224)로 이동한 상기 회전롤러(230)를 상기 제1단부(222)로 다시 이동시키기 위해 상기 에어노즐(214)로부터 공기가 분사될 수 있다. 상기 회전롤러(230) 의 장축은 상기 접착 헤드(220)의 단부들(222, 224)이 신장되는 방향을 향할 수 있으며, 상기 회전롤러(230)의 단축은 상기 회전롤러(230)가 이동하는 방향을 향할 수 있다.
도 3a 및 3b를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 장치의 제조방법이 설명된다.
도 1에서 설명된 반도체 다이 부착 장치(semiconductor die attach tool)(100)가 제공될 수 있다. 다이(140)(die)가 흡착 진공홀에 의해 접착헤드(120)에 진공 흡착될 수 있다. 상기 다이(140)에 있어서, 상기 접착헤드(120)와 맞닿는 면 반대 면에 필름 접착제(150)가 붙어있을 수 있다.
상기 다이(140)가 상기 접착헤드(120)에 의해 이동되어 기판(160) 상에 놓이고, 프레스 샤프트(110)에 의해 프레스될 수 있다. 상기 다이(140)가 기판(160) 상에 놓이면, 상기 다이(140)에 대한 진공흡착은 종료될 수 있다. 상기 다이(140)가 상기 기판(160) 상에 프레스되면, 상기 다이(140)는 상기 필름 접착제(150)에 의해 상기 기판(140) 상에 부착될 수 있다. 이때, 상기 기판(160)이 갖고 있는 단차에 의해, 상기 필름 접착제(150) 내에 보이드가 발생할 수 있다.
상기 다이(140)가 상기 기판(160)에 프레스시, 제1노즐(112)로부터 에어가 분사되어 회전롤러(130)가 제1단부(122)에서 제2 단부(124)로 이동할 수 있다. 상기 회전롤러(130)는 회전과 동시에 직진으로 이동할 수 있다. 이때, 상기 회전롤러(130)를 더욱 빨리 이동시키고자 하는 경우, 제2노즐(114)로부터 공기가 썩션될 수 있다. 상기 회전롤러(130)가 상기 제1단부(122)로부터 상기 제2단부(124)로 이 동하면서 상기 필름 접착제(150)에 압력을 제공하여 상기 필름 접착제(150) 내에 있을 수 있는 보이드를 제거할 수 있다. 즉, 보이드 내의 기체를 외부로 밀어낼 수 있다.
반대로, 다음 다이에 대한 공정에 대해서는 상기 제2 노즐(114)에서 에어가 분사되고, 상기 제1 노즐(112)이 공기를 썩션하여 상기 제2단부(124)에서 상기 제1단부(122)로 상기 회전롤러(130)가 이동할 수 있다.
도 4a 및 4b를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 장치의 제조방법이 설명된다.
도 2에서 설명된 반도체 다이 부착 장치(semiconductor die attach tool)(200)가 제공될 수 있다. 다이(240)(die)가 흡착 진공홀에 의해 접착헤드(220)에 진공 흡착될 수 있다. 상기 다이(240)에 있어서, 상기 접착헤드(220)와 맞닿는 면 반대 면에 필름 접착제(250)가 붙어있을 수 있다. 상기 다이(240)가 상기 접착헤드(220)에 진공흡착되는 동안, 회전롤러(230)는 고정 진공홀(218)에 흡착되어 고정될 수 있다.
상기 다이(240)가 상기 접착헤드(220)에 의해 이동되어 기판(260) 상에 놓이고, 프레스 샤프트(210)에 의해 프레스될 수 있다. 상기 다이(2400)가 상기 기판(260) 상에 프레스되면, 상기 다이(240)는 상기 필름 접착제(250)에 의해 상기 기판(260) 상에 부착될 수 있다. 이때, 상기 기판(260)이 갖고 있는 단차에 의해, 상기 필름 접착제(250) 내에 보이드가 발생할 수 있다.
상기 다이(240)가 상기 기판(260)에 프레스되면, 상기 다이(240)에 대한 진 공흡착이 종료될 수 있다. 이와 함께, 상기 회전롤러(230)에 대한 진공흡착이 종료될 수 있다. 또는, 상기 다이(240) 및 상기 회전롤러(230)에 대한 진공흡착은 선택적으로 종료될 수 있다. 상기 회전롤러(230)에 대한 진공흡착이 종료되면, 상기 회전롤러(230)는 경사면(229)을 따라 상기 제1단부(222)로부터 상기 제2단부(224)로 이동할 수 있다. 상기 회전롤러(230)는 회전과 동시에 직진으로 이동할 수 있다.
상기 회전롤러(230)가 상기 제1단부(222)로부터 상기 제2단부(224)로 이동하면서 상기 콜렛(228)을 통해 상기 필름 접착제(250)에 압력을 제공하여 상기 필름 접착제(250) 내에 있을 수 있는 보이드를 제거할 수 있다. 즉, 보이드 내의 기체를 외부로 밀어낼 수 있다.
다음 다이(240)에 대한 공정을 수행하기 위해, 에어 노즐(214)에서 에어가 분사되어 상기 회전롤러(230)는 상기 제2단부(224)에서 상기 제1단부(222)로 이동할 수 있다. 상기 회전롤러(230)는 상기 고정 진공홀(218)에 다시 진공흡착되어 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 반도체 다이 부착 장치는 회전롤러를 구비하여 안정적으로 기판에 다이를 부착할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 반도체 장치 제조방법은 에어를 이용한 간단한 방법으로 신뢰성 있는 반도체 소자를 제공할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 설명으로써, 이에 한정되지 않는다. 따라서, 상술한 내용은 그 발명의 개념의 범위 내에서, 당업자의 지식에 따라 또는 작업 환경에 적용하기 위해서 다양하게 변형될 수 있다.

Claims (14)

  1. 프레스 샤프트; 및
    상기 프레스 샤프트 하부면에 연결되고, 내부에 회전 롤러를 구비한 접착 헤드를 포함하는 반도체 다이(die) 부착장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착 헤드의 하부면은 콜렛(collet)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 다이 부착장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착헤드는 제1단부 및 상기 제1단부의 반대방향에 있는 제2단부를 포함하고, 상기 회전롤러는 상기 제1단부에서 상기 제2단부로 이동하는 것을 특징으로 하는 반도체 다이 부착장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 접착헤드는 상기 제1단부 및 상기 제2단부에 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 다이 부착장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 노즐에 의해 기체가 분사되는 것을 특징으로 하는 반도체 다이 부착장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 노즐에 의해 썩션(suction)되는 것을 특징으로 하는 반도체 다이 부착 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 접착 헤드의 바닥에 상기 제1단부에서 상기 제2 단부로 낮아지는 경사면을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 다이 부착장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1단부 방향의 상기 접착 헤드 상부면에 진공홀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 다이 부착 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2단부에 에어 노즐을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 다이 부착 장치.
  10. i) 프레스 샤프트 및 상기 프레스 샤프트 하부면에 연결되고, 내부에 회전 롤러를 구비한 접착 헤드를 포함하는 반도체 다이(die) 부착장치를 제공하는 단계;
    ii) 상기 접착헤드 하부면에 다이를 부착하는 단계;
    iii) 상기 다이를 기판 상에 프레스하는 단계; 및
    iv) 상기 접착헤드의 제1단부에서 기체를 상기 회전롤러로 분사하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 iv) 단계는 상기 제1단부의 반대편에 있는 제2단부에서 상기 회전롤러를 썩션하는 단계와 함께 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  12. i) 프레스 샤프트, 및 상기 프레스 샤프트 하부면에 연결되고, 내부에 회전 롤러를 구비하며 바닥에 경사면을 구비한 접착 헤드를 포함하는 반도체 다이(die) 부착 장치를 제공하는 단계;
    ii) 상기 경사면의 높은 부분에 상기 회전롤러를 고정하는 단계;
    iii) 상기 접착헤드 하부면에 다이를 부착하는 단계;
    iv) 상기 다이를 기판 상에 프레스하는 단계; 및
    v) 상기 경사면의 높은 부분에서 상기 회전롤러를 아래로 이동시키는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 ii) 단계는 상기 회전롤러를 썩션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 경사면의 아랫부분에서 상기 회전롤러에 대해 기체를 분사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
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US11127609B2 (en) 2019-06-24 2021-09-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Collet apparatus and method for fabricating a semiconductor device using the same

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