KR20120028591A - 반도체 패키징용 몰딩장치 및 몰딩방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 패키징용 몰딩장치 및 몰딩방법이 개시된다. 본 발명의 반도체 패키징용 몰딩장치는, 반도체 칩이 부착되어 있는 PCB(Printed Circuit Board)가 수용되는 적어도 하나의 캐비티를 구비하며, PCB 상의 상기 반도체 칩이 보호될 수 있도록 PCB 주위로 몰딩되는 몰딩수지가 내부로 제공되는 몰딩 금형; 및 몰딩 금형 내에 마련되어, 몰딩수지의 플로우 촉진이 필요한 선택적 영역의 플로우를, 선택적 영역 외의 비선택적 영역의 플로우보다 촉진시키는 선택적플로우촉진유닛을 포함한다. 이에 의하면, 몰딩수지의 흐름성이 좋지 않은 국부적인 부분에 대하여 그 흐름성을 개선하여 몰딩수지의 전체적인 흐름성의 조화를 달성할 수 있음으로써 종래 몰딩의 불완전한 보이드(Incomplete Void) 문제를 개선할 수 있다.

Description

반도체 패키징용 몰딩장치 및 몰딩방법{Molding Apparatus and Molding Method for packaging semiconductor}
본 발명은, 반도체 패키징용 몰딩장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 반도체 패키징 공정 중의 하나인 몰딩 공정에서 몰딩수지의 흐름성을 개선할 수 있는 반도체 패키징용 몰딩장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼에 칩(Chip) 상태로 존재하던 반도체 집적회로는 일련의 패키징(Packaging) 공정을 거치면서 외부의 충격으로부터 칩이 보호되는 반도체 패키지(package) 형태로 재 가공된다.
이와 같이 반도체 패키지 형태로 재가공하는 공정을 반도체 패키징 공정이라고 하는데, 크게 본딩 공정, 와이어 공정, 몰딩 공정으로 분류된다.
본딩 공정에서는 탑재 영역인 리드 프레임(lead frame) 등에 트랜지스터 및 커패시터 등과 같은 고집적회로가 형성되는 반도체 칩(chip)을 실장한다.
그리고 와이어 공정에서는 반도체 칩의 본딩 패드와 부재의 본딩 영역 사이를 와이어로 결선하여 외부 접속단자가 전기적으로 통전되도록 한다.
몰딩 공정에서는 반도체 칩과 와이어 등을 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC, Epoxy Molding Compound)와 같은 몰딩수지를 이용하여 외관 몰딩한다. 참고로, 몰딩 공정은 봉지 공정이라 부르기도 한다.
한편, 몰딩수지를 이용하여 반도체 패키지를 몰딩하는 초기의 몰딩 방식은, 몰딩 작업 대상물 즉 반도체 칩이 부착되어 있는 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board)이 수용되는 캐비티(cavity)를 구비하는 몰딩 금형의 내부로 몰딩수지를 일정한 압력으로 주입함으로써 진행되어 왔다.
하지만, 이와 같은 방식은 몰딩수지의 주입이 오로지 주입되는 그 주입 압력에만 의존될 수밖에 없기 때문에 몰딩 작업 시 몰딩수지가 채워지지 않은 공간(영역)인 소위 불완전한 보이드(Incomplete Void)가 발생되어 몰딩 불량이 초래될 수 있다.
이러한 문제점을 고려하여, 몰딩 금형의 외벽에 초음파 진동자를 부착하여 몰딩 금형의 외벽에서 몰딩 금형 그 자체에 초음파 진동을 부여함으로써 몰딩수지의 흐름성(flow ability)을 향상시키기 위한 방식이 소개된 바 있다.
이러한 방식은 몰딩수지를 일정한 압력으로 주입하여 왔던 방식에 비해 몰딩수지의 흐름성 혹은 유동성을 향상시킬 수 있기 때문에 불완전한 보이드(Incomplete Void)가 발생되는 현상을 다소 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.
그러나, 이러한 방식은, 몰딩 금형 그 자체에 초음파 진동을 유발시켜 그 내부를 따라 흐르는 몰딩수지 전체에 진동을 부여한 것이므로 다음과 같은 문제점을 해결하기가 어렵다.
우선 몰딩수지 전체에 진동을 부여한다고 하더라도 몰딩 대상의 PCB 상에서 낸드 스택(Nand stack)의 수가 많은 영역에는 몰딩수지의 흐름성이 낮을 수 밖에 없고 이와 같이 국부적으로 몰딩수지의 흐름성이 저하된 영역에는 어쩔수 없이 불완전한 보이드(Incomplete Void)가 발생되는 문제점이 있다.
또한, 몰딩 금형 자체에 초음파 진동을 부여하는 것이므로 몰딩수지의 흐름성을 간접적으로 향상시키고자 하는 방법에 지나지 않으므로 그 효과가 입력대비 상대적으로 미미할 수 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 몰딩수지의 흐름성이 좋지 않은 국부적인 부분에 대하여 그 흐름성을 개선하여 몰딩수지의 전체적인 흐름성을 개선시킬 수 있기 때문에 종래 몰딩의 불완전한 보이드(Incomplete Void) 문제를 개선할 수 있는 반도체 패키징용 몰딩장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적인 과제는, 몰딩수지의 흐름성을 종래보다 직접적으로 향상시킬 수 있는 반도체 패키징용 몰딩장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 반도체 칩이 부착되어 있는 PCB(Printed Circuit Board)가 수용되는 적어도 하나의 캐비티를 구비하며, 상기 PCB 상의 상기 반도체 칩이 보호될 수 있도록 상기 PCB 주위로 몰딩되는 몰딩수지가 내부로 제공되는 몰딩 금형; 및 상기 몰딩 금형 내에 마련되어, 상기 몰딩수지의 플로우 촉진이 필요한 선택적 영역의 플로우를, 상기 선택적 영역 외의 비선택적 영역의 플로우보다 촉진시키는 선택적플로우촉진유닛을 포함하는 반도체 패키지용 몰딩장치가 제공될 수 있다.
상기 선택적플로우촉진유닛은, 초음파를 발진시키는 초음파 발진부를 구비하는 초음파 진동자일 수 있다.
상기 몰딩수지의 상기 선택적 영역로 가압력을 가할 수 있는 방향을 조절할 수 있도록 상기 초음파 발진부는 상호 인접하게 배치되는 한 쌍의 초음파 발진기를 포함할 수 있다.
상기 초음파 진동자는 상기 몰딩수지에 직접 진동을 가하도록 적어도 일부분이 상기 몰딩수지에 접촉될 수 있다.
상기 초음파 진동자는 상기 몰딩수지에 상기 몰딩수지의 유동방향으로 가압력을 가하도록 상기 몰딩 금형에 배치될 수 있다.
상기 몰딩 금형은, 제1 캐비티를 구비하는 상부 금형; 상기 상부 금형에 대해 상대적으로 접근 또는 이격 구동되며, 상기 제1 캐비티와 대응되는 위치에 제2 캐비티가 마련되는 하부 금형; 및 상기 하부 금형에 상대 이동 가능하게 결합되어 상기 몰딩수지를 상기 상부 금형과 상기 하부 금형의 내부로 전달하는 램(ram)을 포함할 수 있다.
상기 상부 금형과 상기 하부 금형 중 적어도 어느 하나에는 고형의 몰딩수지를 액형의 몰딩수지로 상변화시키는 히터가 마련되며, 상기 몰딩수지는 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC, Epoxy Molding Compound)일 수 있다.
상기 초음파 진동자는 상기 상부 금형의 액형의 상기 몰딩수지와 부분적으로 접하는 위치에 배치될 수 있다.
상기 초음파 발진부는 상기 제1 캐비티에 인접된 제1 돌출부의 제1 그루브 내에 마련되며, 상기 초음파 수신부는 상기 제1 캐비티를 사이에 두고 상기 제1 돌출부의 맞은편 제2 돌출부의 제2 그루브 내에 마련될 수 있다.
상기 선택적 영역은 낸드 스택(Nand stack) 수가 많은 영역일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 반도체 칩이 부착되어 있는 PCB(Printed Circuit Board)가 수용되는 적어도 하나의 캐비티를 구비하며, 상기 PCB 상의 상기 반도체 칩이 보호될 수 있도록 상기 PCB 주위로 몰딩되는 몰딩수지가 내부로 제공되는 몰딩 금형; 및 상기 몰딩 금형 내에 마련되어, 상기 몰딩수지의 유동방향으로 상기 몰딩수지에 직접 가압력을 가하는 유동방향직접가압유닛을 포함하는 반도체 패키징용 몰딩장치가 제공될 수 있다.
상기 유동방향직접가압유닛은, 초음파를 발진시키는 초음파 발진부를 구비하는 초음파 진동자일 수 있다.
상기 초음파 발진부는 상호 인접하게 배치되는 한 쌍의 초음파 발진기를 포함할 수 있다.
상기 몰딩 금형은, 제1 캐비티를 구비하는 상부 금형; 상기 상부 금형에 대해 상대적으로 접근 또는 이격 구동되며, 상기 제1 캐비티와 대응되는 위치에 제2 캐비티가 마련되는 하부 금형; 및 상기 하부 금형에 상대 이동 가능하게 결합되어 상기 몰딩수지를 상기 상부 금형과 상기 하부 금형의 내부로 전달하는 램(ram)을 포함할 수 있다.
상기 상부 금형과 상기 하부 금형 중 적어도 어느 하나에는 고형의 몰딩수지를 액형의 몰딩수지로 상변화시키는 히터가 마련되며, 상기 몰딩수지는 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC, Epoxy Molding Compound)일 수 있다.
상기 초음파 진동자는 상기 상부 금형의 액형의 상기 몰딩수지와 부분적으로 접하는 위치에 배치될 수 있다.
상기 초음파 발진부는 상기 제1 캐비티에 인접된 제1 돌출부의 제1 그루브 내에 마련되며, 상기 초음파 수신부는 상기 제1 캐비티를 사이에 두고 상기 제1 돌출부의 맞은편 제2 돌출부의 제2 그루브 내에 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 반도체 칩이 부착되어 있는 PCB(Printed Circuit Board)를, 상기 PCB 상의 상기 반도체 칩이 보호될 수 있도록 상기 PCB 주위로 몰딩되는 몰딩수지가 내부로 제공되는 몰딩 금형의 내부에 수용하는 단계; 및 상기 몰딩수지의 플로우 촉진이 필요한 선택적 영역의 플로우를, 상기 선택적 영역 외의 비선택적 영역의 플로우보다 촉진시키면서 몰딩하는 단계를 포함하는 반도체 패키징용 몰딩방법이 제공될 수 있다.
상기 선택적 영역의 플로우를 상기 비선택적 영역의 플로우보다 촉진시키면서몰딩하는 단계는, 상기 선택적 영역에 초음파 진동을 부여하여 상기 선택적 영역의 플로우를 상기 비선택적 영역의 플로우보다 촉진시키면서 몰딩하는 단계일 수 있다.
상기 몰딩하는 단계는, 초음파 진동자가 상기 몰딩수지에 접촉하여 직접 초음파 진동을 부여하면서 몰딩하는 단계일 수 있다.
상기 몰딩하는 단계는, 상기 몰딩수지에 상기 몰딩수지의 유동방향으로 가압력을 가하도록 상기 초음파 진동을 부여하면서 몰딩하는 단계일 수 있다.
상기 선택적 영역은 낸드 스택(Nand stack) 수가 많은 영역일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 반도체 칩이 부착되어 있는 PCB(Printed Circuit Board)를, 상기 PCB 상의 상기 반도체 칩이 보호될 수 있도록 상기 PCB 주위로 몰딩되는 몰딩수지가 내부로 제공되는 몰딩 금형의 내부에 수용하는 단계; 및 상기 몰딩수지의 유동방향으로 상기 몰딩수지에 직접 가압력을 가하면서 몰딩하는 단계를 포함하는 반도체 패키징용 몰딩방법이 제공될 수 있다.
상기 몰딩하는 단계는, 상기 몰딩수지에 접촉하여 상기 몰딩수지의 유동방향으로 초음파 진동을 부여하면서 몰딩하는 단계일 수 있다.
상기 몰딩하는 단계는, 상기 몰딩수지의 플로우 촉진이 필요한 선택적 영역의 플로우를, 상기 선택적 영역 외의 비선택적 영역의 플로우보다 촉진시키면서 몰딩하는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 몰딩수지의 흐름성이 좋지 않은 국부적인 부분에 대하여 그 흐름성을 개선하여 몰딩수지의 전체적인 흐름성을 개선시킬 수 있기 때문에 종래 몰딩의 불완전한 보이드(Incomplete Void) 문제를 개선할 수 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따르면, 몰딩수지의 유동방향으로 몰딩수지에 직접 가압력을 가함으로써 몰딩수지의 흐름성을 종래보다 직접적으로 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 패키징용 몰딩장치의 동작 구조도이다.
도 3 및 도 4는 각각 반도체 패키지가 몰딩되는 과정을 도시한 반도체 패키징용 몰딩장치의 부분 확대 측면도이다.
도 5 및 도 6은 각각 몰딩수지의 유속 설명을 위한 참고도이다.
도 7 및 도 8은 각각 몰딩수지가 PCB 주위로 몰딩되는 과정을 설명하기 위한 반도체 패키징용 몰딩장치의 부분 확대 평면도이다.
도 9는 도 8의 'C'부분의 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 패키징용 몰딩방법의 플로우 챠트이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 패키징용 몰딩장치에 대한 부분 확대 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 패키징용 몰딩장치에 대한 부분 확대 측면도이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "구비한다, 갖는다, 포함한다(comprises)" 및/또는 "구비하는, 갖는, 포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 패키징용 몰딩장치의 동작 구조도이고, 도 3 및 도 4는 각각 반도체 패키지가 몰딩되는 과정을 도시한 반도체 패키징용 몰딩장치의 부분 확대 측면도이며, 도 5 및 도 6은 각각 몰딩수지의 유속 설명을 위한 참고도이고, 도 7 및 도 8은 각각 몰딩수지가 PCB 주위로 몰딩되는 과정을 설명하기 위한 반도체 패키징용 몰딩장치의 부분 확대 평면도이며, 도 9는 도 8의 'C'부분의 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 패키징용 몰딩방법의 플로우 챠트이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 반도체 패키징용 몰딩장치는, 반도체 칩(2)이 부착되어 있는 인쇄회로기판(10, PCB, Printed Circuit Board, 이하 'PCB'라 함)이 수용되는 캐비티(121, 131)를 구비하며, PCB(10) 상의 반도체 칩(2)이 보호될 수 있도록 PCB(10) 주위로 몰딩되는 몰딩수지가 내부로 제공되는 몰딩 금형(110)과, 몰딩 금형(110) 내에 마련되어, 몰딩수지의 플로우(flow) 촉진이 필요한 선택적 영역의 플로우를, 선택적 영역 외의 비선택적 영역의 플로우보다 촉진시키는 선택적플로우촉진유닛(150)을 포함한다.
본 실시예에서 선택적플로우촉진유닛(150)은 몰딩수지의 유동방향으로 몰딩수지에 직접 가압력을 가하는 유동방향직접가압유닛(150)의 역할도 겸한다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며, 따라서 본 실시예와 달리 선택적플로우촉진유닛이 몰딩수지의 유동방향으로 몰딩수지에 직접 가압력을 가하지 않되 선택적 영역의 플로우를 비선택적 영역의 플로우보다 촉진시킬 수도 있고, 본 실시예와 달리 유동방향직접가압유닛이, 선택적 영역의 플로우를 비선택적 영역의 플로우보다 촉진시키지 않되 즉 몰딩수지 전체에, 몰딩수지의 유동방향으로 직접 가압력을 가할 수도 있을 것이다.
몰딩 금형(110)은, 리드 프레임(1, lead frame) 상에 와이어(W)에 의해 반도체 칩(2)이 실장된 형태의 PCB(10)에 대한 몰딩 공정이 진행되는 장소이다.
몰딩 금형(110)은 다양한 형태와 구조를 가질 수 있으나 본 실시예에서는 도 1 및 도 2에 개략적으로 도시된 몰딩 금형(110)을 이용하여 설명한다. 물론, 도 1 및 도 2에 도시된 몰딩 금형(110)의 형태 및 구조에 본 발명의 권리범위가 제한될 필요는 없다.
몰딩 금형(110)은, PCB(10)의 상부 영역이 배치되는 제1 캐비티(121)를 구비하는 상부 금형(120)과, 상부 금형(120)에 대해 상대적으로 접근 또는 이격 구동되며 제1 캐비티(121)와 대응되는 위치에 제2 캐비티(131)가 마련되는 하부 금형(130)과, 하부 금형(130)에 상대 이동 가능하게 결합되어 고형의 몰딩수지(A)를 상부 금형(120)과 하부 금형(130)의 내부로 전달하는 램(140, ram)을 구비한다.
상부 금형(120)과 하부 금형(130)은 실질적으로 유사한 구조를 갖는다. 도 1처럼 상부 금형(120)과 하부 금형(130)이 상호 분리된 때 제1 캐비티(121)와 제2 캐비티(131) 사이의 위치로 몰딩 대상의 PCB(10)가 배치되며, 도 2처럼 상부 금형(120)과 하부 금형(130)이 상호 결합된 때 실질적으로 PCB(10)에 대한 몰딩 공정이 진행된다.
따라서 상부 금형(120)과 하부 금형(130)은 어느 하나에 대해 다른 하나가 상대적으로 접근 또는 이격 구동되어야 한다.
다시 말해, 하부 금형(130)을 고정시킨 후에 상부 금형(120)을 하부 금형(130)에 접근 또는 이격 구동시키면서 몰딩 공정을 진행할 수도 있고, 반대로 상부 금형(120)을 고정시킨 후에 하부 금형(130)을 상부 금형(120)에 접근 또는 이격 구동시키면서 몰딩 공정을 진행할 수도 있다. 본 실시예의 경우, 후자의 방식이 적용되나 전자의 방식이 적용될 수도 있을 것이다.
하부 금형(130)이 상부 금형(120)에 대해 접근 또는 이격 구동되기 위해서는 하부 금형(130)의 구동을 위한 구동수단이 하부 금형(130)에 결합되어야 한다. 하부 금형(130)의 구동을 위한 구동수단은 실린더(cylinder)나 리니어 모터(linear motor), 혹은 일반 모터와 볼스크루 등의 조합에 의해 쉽게 구현될 수 있으므로 본 실시예에서는 편의상 생략하였다.
제1 및 제2 캐비티(121,131)의 공간에 PCB(10)가 용이하게 자리하기 위해 제2 캐비티(131)에는 PCB(10)의 리드 프레임(1, lead frame)이 부분적으로 끼워지면서 배치되는 자리홈(131a, 도 1 참조)이 형성된다. 그러나 본 실시예와 달리 자리홈(131a)은 상부 금형(120)의 제1 캐비티(121) 쪽에 마련될 수도 있다.
상부 금형(120)의 외부에는 상부 금형(120)의 외관을 형성하는 상부 외관 프레임(122)이, 하부 금형(130)의 외부에는 하부 금형(130)의 외관을 형성하는 하부 외관 프레임(132)이 결합된다. 물론, 상부 외관 프레임(122)과 하부 외관 프레임(132)은 선택 사항이며, 반드시 마련되어야 하는 구성은 아니다.
그리고 상부 금형(120)에는 액형의 몰딩수지(B, 도 3 및 도 4 참조)의 유동을 위한 다수의 러너(112)가 마련된다. 본 실시예와 달리 러너(112)는 하부 금형(130)에 마련될 수도 있다.
램(140)은 하부 금형(130)의 중앙 영역에 마련된다. 이러한 램(140)은 몰딩 공정이 진행될 때 고형의 몰딩수지(A)를 상부 금형(120)과 하부 금형(130)의 내부로 밀어 올리는 역할을 한다.
도 1 및 도 2에 모래알 형태로 해칭된 부분이 고형의 몰딩수지(A)인데, 본 실시예의 몰딩장치는 고형의 몰딩수지(A)를 상부 금형(120)과 하부 금형(130)의 내부로 밀어 올리고, 이를 액화시켜 유동시킴으로써 몰딩 공정을 진행한다.
따라서 본 실시예의 몰딩장치에는 고형의 몰딩수지(A)를 액형의 몰딩수지(B)로 상변화시키는 히터(114)가 마련된다. 도 1 및 도 2, 그리고 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 히터(114)는 하부 금형(130)에 마련되어 고형의 몰딩수지(A)를 액형의 몰딩수지(B)로 녹여 상변화시킨다. 물론, 본 실시예와 달리 히터(114)가 상부 금형(120)에 마련될 수도 있고, 혹은 상부 금형(120) 및 하부 금형(130) 모두에 마련될 수도 있다.
그리고 몰딩수지의 종류는 다양할 수 있지만 본 실시예에서 사용되고 있는 몰딩수지는 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC, Epoxy Molding Compound)이다.
따라서 고형의 몰딩수지(A, 도 1 및 도 2 참조)는 에폭시 몰딩 컴파운드가 고체형태로 된 것을 의미하고, 액형의 몰딩수지(B, 도 3 및 도 4 참조)는 에폭시 몰딩 컴파운드가 녹아 액체형태로 된 것을 의미한다.
이러한 에폭시 몰딩 컴파운드는, IC(Integrated Circuit), LSI(Large Scale Integration), VLSI(Very Large Scale Integration) 등이 될 수 있는 PCB(10)를 외부로부터의 충격, 진동, 수분, 방사선 등으로부터 보호하기 위해 사용된다. 즉 에폭시 몰딩 컴파운드는 외부 환경으로부터의 PCB(10)를 보호하고, 외부 환경으로부터의 전기적 절연을 이루며, 다바이스의 작동 시 발생되는 열을 효과적으로 방출하고, 표면 실장의 간편성을 제공하는 역할을 한다.
에폭시 몰딩 컴파운드가 개발되기 전에는 반도체 패키징 몰딩 공정에서 금속 또는 세라믹 등을 이용하였으나 에폭시 몰딩 컴파운드가 도입되면서 현재 대부분 에폭시 몰딩 컴파운드를 이용할 정도로 에폭시 몰딩 컴파운드는 현재 반도체의 제조 공정에서 큰 비중을 차지하고 있다.
한편, 선택적플로우촉진유닛(150)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 선택적 영역 즉 구조적인 문제로 플로우(flow)가 느린 부분 예를 들어 낸드 스택(Nand Stack) 수가 많은 영역을 그 외 영역인 비선택적 영역보다 플로우가 촉진되도록 하는 역할을 한다. 여기서 선택적 영역은 플로우(flow)가 가장 느린 부분만을 의미하는 것이 아니라 플로우의 촉진이 필요하다고 판단되는 복수의 영역이 될 수 있음은 당연하다.
본 실시예의 선택적플로우촉진유닛(150)은, 몰딩 금형(110) 그 자체에 초음파 진동을 부여하여 몰딩수지 전체에 진동을 부여하는 기술과 달리 흐름성이 좋지 않은 부분에 대하여 지엽적 또는 선택적으로 그 흐름성을 개선시킨다. 이에 의하여 몰딩수지 전체에 진동을 부여하고자 할 때에 해결할 수 없는 국부적인 불량 문제, 즉 몰딩수지가 몰딩되지 않은 공간(영역)인 소위 불완전한 보이드(Incomplete Void)가 발생되는 현상을 줄이거나 없애 반도체 패키징 공정의 몰딩 불량을 감소시킨다.
또한 본 실시예에서 선택적플로우촉진유닛(150)은 몰딩수지의 유동방향으로 몰딩수지에 직접 가압력을 가하기 때문에 유동방향직접가압유닛(150)이기도 하다. 본 실시예에서 이와 같이 몰딩수지의 유동방향으로 몰딩수지에 직접 가압력을 가하기 때문에 몰딩 금형(110) 그 자체에 초음파 진동을 부여하여 몰딩수지에 간접적인 진동을 부여하는 기술과 달리 몰딩수지의 흐름성을 종래보다 대폭 향상시킬 수 있고, 이에 의하여 몰딩수지가 몰딩되지 않은 공간(영역)인 소위 불완전한 보이드(Incomplete Void)가 발생되는 현상을 줄이거나 없애 반도체 패키징 공정의 몰딩 불량을 감소시킨다.
한편 본 실시예에서 선택적플로우촉진유닛(150) 또는 유동방향직접가압유닛(150)으로서 초음파를 사용하는 초음파 진동자(150, ultrasonic transducer)가 적용된다.
초음파 진동자(150)에는 초음파를 발생시키는 음원에 따라서 자왜형, 압전/전왜형, 전자형 등이 있는데, 본 실시예의 경우, 압전/전왜형 중 볼트 체결형 란제빈 진동자(Bolt-clamped Langevin Transducer, BLT)를 적용하고 있다.
본 실시예에서 적용되고 있는 초음파 진동자(150)는, 몰딩수지 즉 에폭시 몰딩 컴파운드가 몰딩 대상의 PCB(10)를 향해 흐르는 방향을 따라 몰딩수지에 직접 접촉하여 초음파 진동을 부여한다. 따라서 본 실시예에서 초음파 진동자(150)는 도 3 및 도 4처럼 몰딩 금형(110)의 내부에 마련되어 몰딩수지와 부분적으로 접한다.
이러한 초음파 진동자(150)는, 초음파를 발진시키는 초음파 발진부(151)와, 초음파 발진부(151)와는 이격 배치되고 초음파 발진부(151)로부터 발진되는 초음파를 수신하는 초음파 수신부(152)를 구비하여, 매질인 에폭시 몰딩 컴파운드로 직접 초음파 진동을 부여하고 있다.
이러한 초음파 진동자(150)는 에폭시 몰딩 컴파운드와 부분적으로 접하는 위치의 상부 금형(120)에 마련될 수 있다. 물론, 동일한 역할과 기능을 수행할 수만 있다면 초음파 진동자(150)가 하부 금형(130)에 마련되어도 무방한데, 이들의 실시예에 대해서는 후술하도록 한다.
본 실시예처럼 초음파 진동자(150)가 상부 금형(120)에 마련되는 경우, 초음파 발진부(151)는 제1 캐비티(121)에 인접된 제1 그루브(153) 내에 마련되고, 초음파 수신부(152)는 제1 캐비티(121)를 사이에 두고 제1 그루브(153)의 맞은편 제2 그루브(154) 내에 마련될 수 있다.
본 실시예에서 초음파 발진부(151)와 초음파 수신부(152) 각각은 제1 그루브(153)와 제2 그루브(154)에 압입되나, 키트(kit)의 타입으로 제1 그루브(153)와 제2 그루브(154)에 착탈될 수도 있다. 뿐만 아니라 가공이 어렵지만 않다면 제1 그루브(153)와 제2 그루브(154)를 좀 더 크게 가공한 후, 이들 내에 별도의 스토퍼 등을 마련하여 제1 그루브(153)와 제2 그루브(154) 내에서 초음파 발진부(151)와 초음파 수신부(152) 각각이 위치 조정되면서 결합되도록 할 수도 있을 것이다.
한편 도 9에 자세히 도시된 바와 같이, 초음파 진동자(150)를 이루는 초음파 발진부(151)는 몰딩수지의 선택적 영역로 가압력을 가할 수 있는 방향을 조절할 수 있도록 상호 인접하게 배치되는 한 쌍의 초음파 발진기(161, 162)를 포함한다.
이는, 두 파동의 위상이 마루와 마루끼리 겹쳐지면서 보강되는 보강 간섭과, 두 파동의 위상이 골과 마루가 겹쳐지면서 상쇄되는 상쇄 간섭을 이용하여, 파형의 주기, 진폭, 위상 및 진동 방향 등을 조절할 수 있도록 하기 위함이며, 이를 통해 선택적 영역에만 몰딩수지의 유동방향을 따라 가압력이 가해지도록 초음파 진동을 부여할 수 있도록 하기 위함이며 이는 결과적으로 선택적 영역의 흐름성을 개선시키기 위함이다.
선택적 영역의 흐름성을 개선하는 부분에 대해 도 5 및 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.
만약, 도 5의 (a)처럼 리드 프레임(1a, lead frame) 상에 탑재되는 칩(chip)과 와이어(W)가 없는 경우에 몰딩수지의 유속을 V1이라 가정하면, 도 5의 (b)처럼 리드 프레임(1a) 상에 와이어(W)에 의해 제1 칩(2a)이 실장될 때의 몰딩수지의 유속은 V1보다 느린 V2가 된다. 이는 제1 칩(2a)이 리드 프레임(1a)으로부터 돌출되어 있기 때문에 그만큼 에폭시 몰딩 컴파운드의 유속을 방해했기 때문이다. 하지만, 도 5의 (c)처럼 제1 칩(2a)의 높이보다 높은 제2 칩(2b)이 리드 프레임(1a) 상에 실장된 경우, 다시 말해 낸드 스택(3, Nand stack)의 수가 도 5의 (b)보다 많아 도 5의 (c)처럼 제1 칩(2a)의 높이보다 높은 제2 칩(2b)이 리드 프레임(1a) 상에 실장된 경우에는 도 5의 (c)에서의 몰딩수지의 유속(V3)이 도 5의 (b)에서의 에폭시 몰딩 컴파운드의 유속(V2)보다 느려진다. 이는 앞서도 기술한 바와 같이, 도 5의 (c)에 도시된 제2 칩(2b)의 경우, 낸드 스택(3)의 수가 많을수록 제2 칩(2b)의 높이가 높아짐에 따라 몰딩수지의 유속을 더더욱 방해했기 때문이다.
도 5의 (a) 내지 (c)를 종합해보면, 동일한 양과 유속을 갖는 몰딩수지가 유동되어(흐르면서) 몰딩된다고 가정할 때, 몰딩수지의 유속이 느려져 몰딩수지의 흐름 방향이 바뀌거나 제대로 몰딩이 되지 않는 등의 몰딩에 방해되는 인자가 많은 도 5의 (c)에서 설정된 시간 내에 몰딩 공정이 완료되지 않아 몰딩수지가 몰딩되지 않은 공간(영역)인 소위 불완전한 보이드(Incomplete Void)가 발생되어 몰딩 불량을 초래할 소지가 높다.
마찬가지의 이유로, 도 6에서 하나의 리드 프레임(1b) 상에 A열, B열, C열 방향으로 몰딩수지가 지나면서 몰딩된다고 가정하면, A에는 칩이 없기 때문에 A열을 흐르는 몰딩수지의 유속(V4)이 가장 빠르고, 칩(2c)이 1개 배치되어 있는 B열을 흐르는 몰딩수지의 유속(V5)이 그 다음으로 빠르며, 칩(2c)이 많이 배치되어 있는 C열을 흐르는 몰딩수지의 유속(V6)이 제일 느리다. 물론, B열에 배치된 칩(2c)의 낸드 스택(3, 도 5 참조)의 개수가 B열에 배치된 칩(2c)들의 낸드 스택(3) 개수보다 훨씬 많을 경우에는 오히려 B열을 흐르는 몰딩수지의 유속(V5)이 가장 느릴 수도 있으나, 이러한 경우에 대해서는 도 5에서 설명하였기 때문에 도 6의 경우에는 낸드 스택(3)의 개수는 동일하고 가정하고 설명한 것이다.
이러한 현상은 몰딩수지가 흐르는 구간에 칩(2c) 등이 배치되어 몰딩수지의 유속을 방해했기 때문인데, 몰딩수지의 유속이 느려져 몰딩이 되지 않는 등의 몰딩에 방해되는 인자가 많은 도 6의 C열에서, 설정된 시간에 몰딩 공정이 완료되기 어려워 불완전한 보이드(Incomplete Void)가 발생되어 몰딩 불량을 초래할 소지가 높다는 것이다.
결과적으로 도 5 및 도 6은 반도체 패키지의 몰딩 공정 중에 일어날 수 있는 상황 혹은 조건을 극히 과도하게 도시하고 설명한 것이지만 이러한 조건 하에서 종래처럼 단순히 몰딩 금형(미도시) 그 자체에 초음파 진동을 유발시켜 몰딩수지에 간접적이고도 전체적으로 균등한 진동을 부여하는 정도로는 도 5 및 도 6과 같은 문제점을 해결하기 어렵다.
즉 도 5의 (b) 및 (c)와 도 6의 B열 및 C열의 경우에는 주변의 일반적인 조건과 달리 매질인 몰딩수지 그 자체에 유동방향으로 가압력을 부여하는 지엽적 혹은 선택적인 조치가 필요하다.
도 5의 (b) 및 (c)와 도 6의 B열 및 C열의 경우가 구조적 문제로 국부적으로 좋지 못한 흐름성을 갖는 영역인데 이러한 영역이 선택적 영역이 될 수 있으며, 초음파 진동자(150)는 몰딩방향의 유동 방향을 따라 가압력이 발생하도록 이러한 몰딩수지의 선택적 영역에 초음파 진동을 간섭현상을 이용하여 직접 부여함으로써, 불완전한 보이드(Incomplete Void)가 발생하는 현상을 현저하게 줄이거나 없애고 있다.
이러한 구성을 갖는 반도체 패키징용 몰딩장치를 이용하여 반도체 패키징용 몰딩방법에 대해 도 1, 도 2, 도 7 및 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1처럼 상부 금형(120)과 하부 금형(130)이 분리된 상태에서 상부 금형(120)과 하부 금형(130)의 제1 및 제2 캐비티(121,131)로 몰딩 대상의 PCB(10)가 배치되면(S 10), 도 2처럼 상부 금형(120)과 하부 금형(130)이 닫히고, 램(140)에 의해 고형의 몰딩수지가 가압되어 상부 금형(120)과 하부 금형(130) 사이로 배치된다(S 20).
상부 금형(120)과 하부 금형(130) 사이로 배치된 고형의 몰딩수지는 히터(114)에 의해 유동 가능한 액형의 고형의 몰딩수지로 상변화되고(S 30), 이어 러너(112) 등의 통로를 통해 제1 및 제2 캐비티(121,131) 쪽으로 향하면서 그곳에 놓인 PCB(10) 주위로 몰딩된다.
만약, 도 7처럼 한 쌍씩의 초음파 발진부(151a~151c) 및 초음파 수신부(152a~152c)를 구비한 총 3쌍의 제1 내지 제3 초음파 진동자(150a~150c)가 배치된 상태에서 L1의 위치에서 L2의 위치까지 몰딩 공정이 진행되었다고 가정할 때, 몰딩수지의 흐름성 또는 유동성에 방해가 되는 요인, 예컨대 앞서 기술한 낸드 스택(3, 도 5 참조)의 개수 등의 요인에 의해 A열, B열 및 C열의 중간 영역에 불완전한 보이드(V-1,V-2,V-3)가 각각 발생될 우려가 높은 경우에, 간섭 현상을 이용하여 파형의 주기, 진폭, 위상 및 진동 방향 등을 조절하여 A열, B열 및 C열의 중간 영역에, 나아가 A열의 중간 영역보다 B열의 중간 영역에, 그리고 B열의 중간 영역보다 C열의 중간 영역에 더 몰딩수지의 흐름성이 촉진되도록 몰딩수지의 유동방향을 따라 가압력이 작용하도록 초음파 진동자(150)가 몰딩수지에 직접 초음파 진동을 부여하면서 몰딩수지가 몰딩되도록 한다. 그러면 도 8처럼 불완전한 보이드가 없는 양질의 몰딩 품질을 얻을수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 패키징용 몰딩장치에 대한 부분 확대 측면도이고, 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 패키징용 몰딩장치에 대한 부분 확대 측면도이다.
도 10은 초음파 발진부(151) 및 초음파 수신부(152) 모두가 하부 금형(130)에 배치된 상태이고, 도 11은 초음파 발진부(151) 및 초음파 수신부(152)가 상부 금형(120)과 하부 금형(130)에 엇갈려 교차되게 배치된 상태이다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10 : 반도체 패키지 110 : 몰딩 금형
112 : 러너 114 : 히터
120 : 상부 금형 121 : 제1 캐비티
130 : 하부 금형 131 : 제2 캐비티
140 : 램 150 : 주파수 진동자
151 : 초음파 발진부 152 : 초음파 수신부

Claims (10)

  1. 반도체 칩이 부착되어 있는 PCB(Printed Circuit Board)가 수용되는 적어도 하나의 캐비티를 구비하며, 상기 PCB 상의 상기 반도체 칩이 보호될 수 있도록 상기 PCB 주위로 몰딩되는 몰딩수지가 내부로 제공되는 몰딩 금형; 및
    상기 몰딩 금형 내에 마련되어, 상기 몰딩수지의 플로우 촉진이 필요한 선택적 영역의 플로우를, 상기 선택적 영역 외의 비선택적 영역의 플로우보다 촉진시키는 선택적플로우촉진유닛을 포함하는 반도체 패키징용 몰딩장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선택적플로우촉진유닛은, 초음파를 발진시키는 복수 개의 초음파 발진부를 구비하는 초음파 진동자인 반도체 패키징용 몰딩장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 몰딩수지의 상기 선택적 영역로 가압력을 가할 수 있는 방향을 조절할 수 있도록 상기 초음파 발진부는 상호 인접하게 배치되는 한 쌍의 초음파 발진기를 포함하는 반도체 패키징용 몰딩장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 초음파 진동자는 상기 몰딩수지에 직접 진동을 가하도록 적어도 일부분이 상기 몰딩수지에 접촉되는 반도체 패키징용 몰딩장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 초음파 진동자는 상기 몰딩수지에 상기 몰딩수지의 유동방향으로 가압력을 가하도록 상기 몰딩 금형에 배치되는 반도체 패키징용 몰딩장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 선택적 영역은 낸드 스택(Nand stack) 수가 많은 영역인 반도체 패키징용 몰딩장치.
  7. 반도체 칩이 부착되어 있는 PCB(Printed Circuit Board)를, 상기 PCB 상의 상기 반도체 칩이 보호될 수 있도록 상기 PCB 주위로 몰딩되는 몰딩수지가 내부로 제공되는 몰딩 금형의 내부에 수용하는 단계; 및
    상기 몰딩수지의 플로우 촉진이 필요한 선택적 영역의 플로우를, 상기 선택적 영역 외의 비선택적 영역의 플로우보다 촉진시키면서 몰딩하는 단계를 포함하는 반도체 패키징용 몰딩방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 선택적 영역의 플로우를 상기 비선택적 영역의 플로우보다 촉진시키면서몰딩하는 단계는, 상기 선택적 영역에 초음파 진동을 부여하여 상기 선택적 영역의 플로우를 상기 비선택적 영역의 플로우보다 촉진시키면서 몰딩하는 단계인 반도체 패키징용 몰딩방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 몰딩하는 단계는, 초음파 진동자가 상기 몰딩수지에 접촉하여 직접 초음파 진동을 부여하면서 몰딩하는 단계인 반도체 패키징용 몰딩방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 몰딩하는 단계는, 상기 몰딩수지에 상기 몰딩수지의 유동방향으로 가압력을 가하도록 상기 초음파 진동을 부여하면서 몰딩하는 단계인 반도체 패키징용 몰딩방법.
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