KR20090036937A - 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법 및 장치 - Google Patents

반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법 및 장치가 개시되어 있다. 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법은 반도체 패키지의 배선들 및 상기 배선들을 덮는 보호 부재에 열 방사선(thermal radiation)을 조사하는 단계, 상기 열 방사선에 의해 가열된 상기 반도체 패키지의 열 분포를 촬영하여 상기 반도체 패키지의 열 분포에 따른 비파괴 이미지를 생성하는 단계, 상기 비파괴 이미지로부터 상기 반도체 패키지의 불량을 판단하는 단계, 상기 반도체 패키지의 불량이 발생 된 부분에 대응하는 상기 보호 부재를 상기 반도체 패키지로부터 국부적으로 제거하는 단계, 상기 반도체 패키지 중 상기 보호 부재가 제거된 부분을 촬영하여 파괴 이미지를 생성하는 단계 및 상기 비파괴 이미지 및 상기 파괴 이미지를 비교하는 단계를 포함한다.

Description

반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR NONDESTRUCTIVE AND DESTRUCTIVE TESTING OF SEMICONDUCTOR PACKAGE}
본 발명은 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제품은 영상 기기, 음향 기기, 정보처리장치 및 우주 항공 산업 등에 폭넓게 사용되고 있다.
반도체 제품은 웨이퍼 상에 입/출력 단자인 본딩 패드를 갖는 반도체 소자를 제조하는 공정 및 반도체 소자를 패키징하는 공정에 의하여 제조된다.
일반적으로 반도체 소자를 패키징하는 공정은 반도체 소자를 개별화하는 공정, 개별화된 반도체 소자를 접속 패드를 갖는 기판상에 부착하는 공정, 반도체 소자의 본딩 패드 및 기판의 접속 패드를 도전성 와이어 또는 재배선을 통해 연결하는 본딩 공정 및 반도체 소자를 몰딩 부재로 몰딩하는 공정 및 테스트 공정을 포함한다.
반도체 패키지의 테스트 공정에서는 반도체 패키지의 크랙, 배선의 단선, 배선의 쇼트 및 반도체 패키지의 성능을 테스트한다.
종래 반도체 패키지의 테스트 공정은 반도체 소자를 몰딩 부재로 몰딩하는 공정 후 수행되기 때문에 불량이 발생 된 부분을 정확하게 인식하기 어려운 문제점을 갖는다.
본 발명은 반도체 패키지의 불량 여부를 비파괴 검사를 이용하여 테스트 및 불량이 발생 된 위치를 국부적으로 파괴하여 테스트할 수 있는 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법은 반도체 패키지의 배선들 및 상기 배선들을 덮는 보호 부재에 열 방사선(thermal radiation)을 조사하는 단계, 상기 열 방사선에 의해 가열된 상기 반도체 패키지의 열 분포를 촬영하여 상기 반도체 패키지의 열 분포에 따른 비파괴 이미지를 생성하는 단계, 상기 비파괴 이미지로부터 상기 반도체 패키지의 불량을 판단하는 단계, 상기 반도체 패키지의 불량이 발생 된 부분에 대응하는 상기 보호 부재를 상기 반도체 패키지로부터 국부적으로 제거하는 단계, 상기 반도체 패키지 중 상기 보호 부재가 제거된 부분을 촬영하여 파괴 이미지를 생성하는 단계 및 상기 비파괴 이미지 및 상기 파괴 이미지를 비교하는 단계를 포함한다.
상기 반도체 패키지의 불량을 판단하는 단계에서, 상기 반도체 패키지의 불량은 상기 배선의 크랙, 상기 배선의 단선 및 상기 배선의 쇼트이다.
상기 보호 부재 중 상기 반도체 패키지 불량이 발생 된 부분을 국부적으로 제거하는 단계는 상기 보호 부재에 상기 보호 부재를 식각하는 식각 물질을 제공하는 단계를 포함한다.
상기 식각 물질은 산성 물질 또는 알칼리 물질을 포함하며, 상기 식각 물질은 질산, 황산 및 수산화나트륨 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 반도체 패키지의 불량이 발생 된 상기 보호 부재를 국부적으로 제거하는 단계 이후, 상기 보호 부재에 묻은 상기 식각 물질을 세정 용액을 이용하여 세정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 장치는 반도체 패키지의 배선들 및 상기 배선들을 덮는 보호 부재를 수납하기 위한 챔버, 상기 반도체 패키지를 향해 열 방사선을 조사하는 열 방사선 조사 유닛, 상기 반도체 패키지를 촬영하여 상기 반도체 패키지의 열 분포에 따른 비파괴 이미지를 발생하는 제1 이미지 발생 유닛, 상기 보호 부재의 일부를 국부적으로 제거하는 디캡슐레이션 유닛 및 상기 디캡슐레이션 유닛에 의하여 노출된 상기 반도체 패키지를 촬영하여 파괴 이미지를 발생하는 제2 이미지 발생 유닛을 포함한다.
반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 장치의 상기 챔버에는 상기 반도체 패키지를 지지하는 서포트 유닛 및 상기 서포트 유닛 상에 배치되며 상기 반도체 패키지를 이송하는 이송 유닛을 포함한다.
반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 장치의 상기 제2 이미지 발생 유닛은 상기 반도체 패키지를 확대하는 광학 현미경을 포함한다.
반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 장치의 상기 디캡슐레이션 유닛은 상기 보호 부재를 식각하기 위한 식각물질을 제공하는 식각물질 제공 유닛 및 상기 식각 물질을 세정하기 위한 세정액을 제공하는 세정액 제공 유닛을 포함한다.
반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 장치의 상기 식각물질 제공 유닛은 질산을 제공하는 질산 제공 유닛, 황산을 제공하는 황산 제공 유닛 및 수산화나트륨을 제공하는 수산화나트륨 제공 유닛을 포함한다.
본 발명에 의하면 열 방사선을 반도체 패키지에 조사하여 반도체 패키지의 불량 여부를 먼저 판단한 후, 반도체 패키지 중 불량이 발생 된 부분이 존재할 경우, 불량이 발생 된 부분에 대응하는 반도체 패키지의 보호 부재를 선택적으로 제거하여 불량이 발생 된 부분을 정밀하게 분석하여 불량 원인을 파악할 수 있는 효과를 갖는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법 및 장치에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법을 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사를 수행하기 위한 반도체 패키지는, 예를 들어, 본딩 패드를 갖는 반도체 소자, 반도체 소자가 실장 되며 접속 패드를 갖는 기판, 본딩 패드 및 접속 패드를 전기적으로 본딩 하는 배선 및 배선, 기판 및 반도체 소자들을 덮는 보호 부재를 포함한다. 보호 부재는, 예를 들어, 에폭시 수지를 포함하는 몰딩 부재일 수 있다.
도 1의 단계 S10에서, 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사를 수행하기 위하여, 반도체 패키지의 배선들 및 배선들을 덮는 보호 부재에 열 방사선(thermal radiation)을 조사한다. 열 방사선은 반도체 패키지의 반도체 소자, 기판, 및 배선을 가열한다.
단계 S20에서, 반도체 패키지에 열 방사선이 조사된 후, 열 방사선에 의하여 가열된 반도체 패키지의 열 분포를 촬영 장치로 촬영하여 반도체 패키지의 비파괴 이미지를 생성한다. 이때, 비파괴 이미지는 반도체 패키지의 열 분포와 관련된 정보가 포함되어 있다.
구체적으로, 비파괴 이미지에는 반도체 패키지의 크랙, 배선의 단선 및 배선의 쇼트와 연관된 정보가 포함되어 있다. 예를 들어, 반도체 패키지 중 크랙, 배선 중 단선 및 배선 들 간 쇼트와 같은 불량이 발생 된 부분은 정상인 부분과 다른 온도 분포를 갖게 된다. 비파괴 이미지는 정상 부분에서의 온도 및 불량 부분에서의 온도 차이에 해당하는 이미지 정보를 포함한다. 이미지 정보는 정상 부분 및 불량 부분에서의 온도 편차에 대응하여 명암 또는 서로 다른 컬러로 표시될 수 있다.
단계 S30에서, 비파괴 이미지가 생성된 후, 비파괴 이미지는 작업자에 의하여 수작업 또는 이미지 분석 시스템에 의하여 분석되고, 이 결과 비파괴 이미지에 포함된 정보에 의하여 반도체 패키지의 불량 여부가 판단된다. 즉, 단계 S30에서는 반도체 패키지의 크랙, 배선의 단선, 배선의 쇼트와 같은 불량 여부를 판단한다.
단계 S30에서, 반도체 패키지에서 불량이 발생 되지 않은 것으로 판단될 경우, 반도체 패키지의 파괴 검사 없이 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사를 종료한다.
반면, 단계 S30에서, 반도체 패키지에 크랙, 배선의 단선, 배선의 쇼트 중 적어도 하나의 불량이 발생 된 것으로 판단될 경우, 반도체 패키지 중 불량이 발생 된 부분을 선택 및 불량이 발생 된 부분을 국부적으로 제거함으로써 불량 발생 부분을 오픈 하는 단계 S40이 수행된다.
단계 S40에서, 불량이 발생 된 부분을 파괴 검사하기 위해 반도체 패키지 중 불량이 발생 된 부분을 덮는 보호 부재는 약 1cm × 약 1cm의 면적으로 반도체 패키지로부터 오픈 된다. 보호 부재를 반도체 패키지로부터 제거하여 불량이 발생 된 부분을 오픈 하기 위하여 보호 부재에는 보호 부재를 식각 하는 식각 물질이 제공된다. 본 실시예에서, 보호 부재를 식각 하는 식각 물질은, 예를 들어, 산성 물질 또는 알칼리성 물질일 수 있다. 보호 부재를 식각 하는 식각 물질의 예로서는 질산, 황산 및 수산화 나트륨 등을 들 수 있다.
단계 S40에서, 반도체 패키지의 보호 부재 중 불량이 발생 된 부분을 오픈 한 후, 보호 부재 중 오픈 된 부분에 묻어 있는 식각 물질은 세정액에 의하여 세정된다.
단계 S50에서, 보호 부재 중 식각 물질에 의하여 오픈 된 부분은 촬영 장치에 의하여 촬영되어 파괴 이미지가 생성된다. 파괴 이미지에는 반도체 패키지의 크랙, 배선의 단선 및 배선의 쇼트 등의 정보를 포함한다.
단계 S60에서, 파괴 이미지 및 비파괴 이미지를 비교하여 파괴 이미지에 포함된 반도체 패키지의 불량 및 비파괴 이미지에 포함된 반도체 패키지의 불량을 비교하여 파괴 이미지 및 비파괴 이미지의 불량이 동일할 경우, 테스트를 종료하고, 비파괴 이미지 및 파괴 이미지의 불량이 다를 경우 단계 S10으로 피드백하여 테스트를 다시 수행한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 장치를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 장치(100)는 챔버(10), 열 방사선 조사 유닛(20), 제1 이미지 발생 유닛(30), 디캡슐레이션 유닛(40) 및 제2 이미지 발생 유닛(50)을 포함한다.
챔버(10)는 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사를 수행하기 위한 검사 환경을 제공한다.
챔버(10)의 바닥면에는 서포트 유닛(12)이 배치되고, 서포트 유닛(12)의 상면에는 이송 유닛(14)이 배치된다. 이송 유닛(14)은 서포트 유닛(12)의 상면을 따라 왕복 운동 된다.
이송 유닛(14)의 상면에는 반도체 패키지(16)가 배치된다. 반도체 패키지(16)는 본딩 패드를 갖는 반도체 소자(미도시), 접속 패드를 갖고 반도체 소자가 실장되는 기판(미도시), 접속 패드 및 본딩 패드를 전기적으로 연결하는 배선 및 배선, 기판, 반도체 소자를 덮는 보호 부재를 포함한다. 보호 부재는, 예를 들어, 에폭시 수지를 포함하는 몰딩 부재일 수 있다.
열 방사선 조사 유닛(20)은 챔버(10)의 내부에 배치된다. 열 방사선 조사 유닛(20)은 열 방사선을 이송 유닛(14) 상에 배치된 반도체 패키지(16)에 조사한다. 이송 유닛(14) 상에 배치된 반도체 패키지(16)는 열 방사선 조사 유닛(20)에 의하여 조사된 열 방사선에 의하여 가열된다.
제1 이미지 발생 유닛(30)은 열 방사선 조사 유닛(20)에 의하여 가열된 반도체 패키지(16)의 열 분포를 이미지화하여 반도체 패키지(16)의 열 분포에 대응하는 비파괴 이미지를 생성한다.
제1 이미지 발생 유닛(30)에 의하여 생성된 비파괴 이미지에는 반도체 패키지(16)의 크랙, 반도체 패키지(16)의 배선의 단선 및 반도체 패키지(16)의 배선의 쇼트 등과 연관된 정보가 포함된다.
제1 이미지 발생 유닛(30)으로부터 발생 된 비파괴 이미지에 포함된 정보에 의하여 반도체 패키지(16)에 발생 된 크랙, 반도체 패키지(16)의 배선의 단선 및 반도체 패키지(16)의 배선의 쇼트 등과 연관된 반도체 패키지(16)의 불량 여부가 판별된다. 구체적으로, 반도체 패키지(16) 중 불량이 발생 된 부분의 온도 분포는 반도체 패키지(16) 중 불량이 발생 되지 않은 부분의 온도 분포와 다르고, 불량이 발생되지 않은 부분의 온도 분포 및 불량이 발생 된 부분의 온도 분포의 편차에 따라서 반도체 패키지(16)의 불량 여부가 판별된다.
디캡슐레이션 유닛(40)은 제1 이미지 발생 유닛(30)으로부터 발생 된 비파괴 이미지에 의하여 반도체 패키지(16)에 불량이 있는 것으로 판단되는 부분에 대응하는 반도체 패키지(16)의 보호 부재를 제거한다.
디캡슐레이션 유닛(40)은 식각 물질 제공 유닛(42) 및 세정액 제공 유닛(44)을 포함한다. 식각 물질 제공 유닛(42)은 보호 부재를 제거하기에 적합한 식각 물질을 제공한다. 식각 물질은, 예를 들어, 산성 물질 또는 알칼리성 물질을 포함할 수 있다. 식각 물질로 사용될 수 있는 물질의 예로서는 질산, 황산 및 수산화 나트륨 등을 들 수 있다.
디캡슐레이션 유닛(40)의 식각 물질 제공 유닛(42)은 질산을 제공하는 질산 제공 유닛, 황산을 제공하는 황산 제공 유닛 및 수산화 나트륨을 제공하는 수산화 나트륨 제공 유닛을 포함할 수 있다.
식각 물질 제공 유닛(42)은 반도체 패키지(16) 중 불량이 발생 된 것으로 판단된 보호 부재를 반도체 패키지(16)로부터 국부적으로 제거한다. 식각 물질 제공 유닛(42)은, 예를 들어, 반도체 패키지(16)로부터 약 1cm × 약 1cm의 면적의 보호 부재를 제거한다.
세정액 제공 유닛(44)은 식각 물질 제공 유닛(42)으로부터 제공된 식각 물질을 세정하기 위한 세정액을 제공한다.
제2 이미지 발생 유닛(50)은 반도체 패키지(16)로부터 국부적으로 제거된 보호 부재를 촬영하여 파괴 이미지를 생성한다. 본 실시예에서, 제2 이미지 발생 유닛(50)은 CCD 카메라일 수 있다.
제2 이미지 발생 유닛(50)은 반도체 패키지(16)로부터 국부적으로 제거된 보호 부재를 확대하기 위한 광학 현미경(52)을 포함할 수 있다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 열 방사선을 반도체 패키지에 조사 하여 반도체 패키지의 불량 여부를 먼저 판단한 후, 반도체 패키지 중 불량이 발생된 부분이 존재할 경우, 불량이 발생 된 부분에 대응하는 반도체 패키지의 보호 부재를 선택적으로 제거하여 불량이 발생 된 부분을 정밀하게 분석하여 불량 원인을 파악할 수 있는 효과를 갖는다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 장치를 도시한 단면도이다.

Claims (11)

  1. 반도체 패키지의 배선들 및 상기 배선들을 덮는 보호 부재에 열 방사선(thermal radiation)을 조사하는 단계;
    상기 열 방사선에 의해 가열된 상기 반도체 패키지의 열 분포를 촬영하여 상기 반도체 패키지의 열 분포에 따른 비파괴 이미지를 생성하는 단계;
    상기 비파괴 이미지로부터 상기 반도체 패키지의 불량을 판단하는 단계;
    상기 반도체 패키지의 불량이 발생 된 부분에 대응하는 상기 보호 부재를 상기 반도체 패키지로부터 국부적으로 제거하는 단계;
    상기 반도체 패키지 중 상기 보호 부재가 제거된 부분을 촬영하여 파괴 이미지를 생성하는 단계; 및
    상기 비파괴 이미지 및 상기 파괴 이미지를 비교하는 단계를 포함하는 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 패키지의 불량을 판단하는 단계에서, 상기 반도체 패키지의 불량은 상기 배선의 크랙, 상기 배선의 단선 및 상기 배선의 쇼트인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호 부재 중 상기 반도체 패키지 불량이 발생 된 부분을 국부적으로 제거하는 단계는 상기 보호 부재에 상기 보호 부재를 식각하는 식각 물질을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 식각 물질은 산성 물질 및 알칼리성 물질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 식각 물질은 질산, 황산 및 수산화나트륨 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 패키지의 불량이 발생 된 상기 보호 부재를 국부적으로 제거하는 단계 이후, 상기 보호 부재에 묻은 상기 식각 물질을 세정 용액을 이용하여 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 방법.
  7. 반도체 패키지의 배선들 및 상기 배선들을 덮는 보호 부재를 수납하기 위한 챔버;
    상기 반도체 패키지를 향해 열 방사선을 조사하는 열 방사선 조사 유닛;
    상기 반도체 패키지를 촬영하여 상기 반도체 패키지의 열 분포에 따른 비파괴 이미지를 발생하는 제1 이미지 발생 유닛;
    상기 보호 부재의 일부를 국부적으로 제거하는 디캡슐레이션 유닛; 및
    상기 디캡슐레이션 유닛에 의하여 노출된 상기 반도체 패키지를 촬영하여 파괴 이미지를 발생하는 제2 이미지 발생 유닛을 포함하는 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 챔버에는 상기 반도체 패키지를 지지하는 서포트 유닛 및 상기 서포트 유닛 상에 배치되며 상기 반도체 패키지를 이송하는 이송 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 이미지 발생 유닛은 상기 반도체 패키지를 확대하는 광학 현미경을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 디캡슐레이션 유닛은 상기 보호 부재를 식각하기 위한 식각물질을 제공하는 식각물질 제공 유닛 및 상기 식각 물질을 세정하기 위한 세정액을 제공하는 세정액 제공 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 식각 물질 제공 유닛은 질산을 제공하는 질산 제공 유닛, 황산을 제공하는 황산 제공 유닛 및 수산화나트륨을 제공하는 수산화나트륨 제공 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 비파괴-파괴 검사 장치.
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