KR20120106051A - 솔더 리플로워 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

공정의 효율화 및 비용 감축을 가져오는 솔더 리플로워 장치가 제공된다. 상기 솔더 리플로워 장치는, 반도체 칩을 기판 상에 플립칩 구조로 본딩하는 솔더 리플로워 장치에 있어서, 상기 반도체 칩의 일부 또는 전 영역을 레이저로 조사하는 레이저 모듈, 상기 기판이 놓이는 본딩 스테이지 및 상기 기판에 적외선을 조사하는 적외선 빔 모듈을 포함한다.

Description

솔더 리플로워 장치 및 방법{Solder reflow equipment and method}

본 발명은 전자 부품과 기판을 솔더 범프로 연결하는 플립칩 구조의 솔더 리플로워 장치 및 방법에 대한 것이다.

반도체 칩과 기판을 연결할 때, 금속 와이어를 사용하는 와이어 본딩과 금속 와이어를 사용하지 않고 부품과 기판을 연결하는 플립칩 본딩이 있다. 이 플립칩 본딩 사용시 부품과 기판에 접착되어 있는 솔더 범프를 연결하기 위해 열을 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 공정의 효율화 및 비용 감축을 가져오는 솔더 리플로워 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 공정의 효율화 및 비용 감축을 가져오는 솔더 리플로워 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 솔더 리플로워 장치는, 반도체 칩을 기판 상에 플립칩 구조로 본딩하는 솔더 리플로워 장치에 있어서, 상기 반도체 칩의 일부 또는 전 영역을 레이저로 조사하는 레이저 모듈, 상기 기판이 놓이는 본딩 스테이지 및 상기 기판에 적외선을 조사하는 적외선 빔 모듈을 포함한다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 솔더 리플로워 방법은, 반도체 칩을 기판 상에 플립칩 구조로 본딩하는 솔더 리플로워 방법에 있어서, 상기 반도체 칩의 솔더 범프와 상기 기판의 솔더 범프를 맞닿게 하여, 상기 기판 위에 상기 반도체 칩을 위치시키는 단계, 상기 반도체 칩의 면 중 상기 솔더 범프가 접합된 면과 대향하는 면의 일부 또는 전 영역에 레이저를 조사하는 단계 및 상기 기판에 적외선을 조사하는 단계를 포함한다.

공정의 효율화 및 비용 감축을 가져오는 솔더 리플로워 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더 리플로워 장치의 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔더 리플로워 장치의 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 솔더 리플로워 장치의 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 솔더 리플로워 장치의 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 솔더 리플로워 방법의 연속 공정을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더 리플로워 장치의 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더 리플로워 장치는 레이저 모듈, 스캔 미러(150), 본딩 스테이지(200), 적외선 빔 모듈(300)를 포함한다.

레이저 모듈은 솔더 범프(30)에 열을 제공하기 위해 레이저를 공급하는 수단일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 모듈은 레이저 스캔 방식(100)일 수 있다.

레이저는 들뜬 원자나 분자를 외부에서 자극시켜 장단(결)이 잘 맞아있는 빛을 방출하게 함으로써 큰 증폭률로 증폭된 빛을 말하는 것으로서, 본 발명에서는 장파장 레이저를 사용할 수 있다. 여기서 장파장 레이저는 800nm 이상의 레이저 일 수 있으나, 이 수치에 한정되는 것은 아니다.

장파장 레이저를 사용하는 이유는 본 발명의 경우, 레이저로 한번에 하나의 접합부만을 가열하는 것이 아닌, 반도체 칩(20)에 레이저를 조사하는 것이므로 반도체 칩(20)에 반투과 특성을 갖는 장파장 레이저를 사용하는 것이다. 이렇게 칩 단위로 레이저를 조사함으로써, 솔더 리플로워 공정 시간을 단축할 수 있다.

또한, 스캔 방식을 이용하여, 반도체 칩(20)의 크기 및 위치 파악이 가능하며, 칩 상의 특정 위치를 정확하게 좌표로 인식할 수 있다. 그 결과, 특정 부분의 국지적인 가열도 가능하다. 즉, 솔더 범프가 반도체 칩의 일부 특정지역에 접합되어 있을 경우, 스캔을 통해 이 부분을 파악하고, 이 특정부분을 집중 가열할 수도 있다.

이러한 장파장 레이저를 이용하여 반도체 칩(20)의 면 중 솔더 범프(30)가 접합된 면과 대향하는 면의 일부 또는 전 영역에 열에너지를 공급한다. 이 후, 이 열에너지는 반도체 칩(20)과 기판(50)의 솔더 범프(30)에 전달되어, 반도체 칩(20)과 기판(50)이 결합할 수 있다.

스캔 미러(150)는 스캔 타입의 레이저 모듈(100)의 경우에 이 레이저 모듈(100) 내에 장착될 수 있으며, 레이저 모듈(100) 내로 입사하는 빛의 방향을 조절하는 역할을 할 수 있다. 두 개 이상의 스캔 미러(150)가 레이저 모듈(100) 내에 장착되어 X방향과 Y방향의 레이저 진행 경로를 조절할 수 있다. 이러한 조절로 원하는 장소에 국지적 가열이 가능하다.

본딩 스테이지(200)는 기판(50)이 놓이는 자리를 제공하며, 투명 재질로 제조될 수 있다. 본딩 스테이지(200) 하부에 구비된 적외선 빔 모듈(300)에서 나오는 적외선(350)이 본딩 스테이지(200) 상에 있는 기판(50)까지 도달하기 위해서 본딩 스테이지(200)는 투명 재질을 사용할 수 있다.

또한, 본딩 스테이지(200)에는 유체가 유동하는 통로인 홀(250)이 형성될 수 있다. 기판(50)을 본딩 스테이지(200)에 고정시킬 때는 이 홀(250)을 통해서 공기를 빼내어 진공압을 이용하여 기판을 고정시키고, 칩(20)과 기판(50)간의 결합이 종료된 후에는 본딩 스테이지(200) 상의 작업 공간의 잔열을 제거하기 위해 압축공기를 홀(250)을 통해 주입할 수 있다.

적외선 빔 모듈(300)은 적외선(350)을 방출하여, 본딩 스테이지(200)에 있는 기판(50)에 열을 공급할 수 있다. 이 적외선 빔 모듈(300)은 본딩 스테이지(200) 내의 하부에 위치할 수도 있고, 본딩 스테이지(200)와는 별개로 본딩 스테이지(200) 보다 아래에 구비될 수도 있다.

이렇게 열 에너지를 본딩 스테이지(200) 하부로부터 기판(50)에 공급하는 이유는 이러한 열 공급이 없다면, 레이저 모듈(100)에서 나온 레이저의 열 에너지가 본딩 스테이지(200)를 통해 외부로 빠져나가기 때문이다.

또한, 적외선 빔 모듈(300)은 램프 형태일 수 있는 데, 적외선 빔(350)을 사용하는 이유는 일반적인 히터를 사용할 경우, 원하는 시각에 열의 공급 및 차단이 용이하지 않으며, 히터 사용을 종료하더라도 작업 공간에 잔열이 일정 시간 존재할 수 있기 때문이다. 그리고, 히터는 짧은 시간에 원하는 정도의 열 에너지를 공급할 수 있는 단계에 도달하기가 어렵다.

즉, 작업 시작으로부터 얼마 지나지 않아 원하는 정도의 열 에너지 공급이 가능하고, 작업 종료로부터 얼마 지나지 않아 작업 공간 내에 열이 존재하지 않도록 하기 위해서는 히터보다는 램프 형태의 적외선 빔 모듈(300)이 적합할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔더 리플로워 장치의 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔더 리플로워 장치는 호모지나이저 방식 레이저 모듈(400), 본딩 스테이지(200), 적외선 빔 모듈(350)을 포함한다. 이하 앞에서 설명한 내용은 설명을 생략한다.

호모지나이저 방식 레이저 모듈(400)은 평행 입사된 에너지 분포가 가우시안 분포인 빔을 균일 에너지 분포인 플랫 탑 빔으로 변환하여 평행 출사하는 기능을 할 수 있다. 여기서 가우시안 분포는 에너지 분포가 중앙에 집중되어 종 모양의 분포를 말하며, 플랫 탑 분포는 에너지가 고르게 분포되어 직선형태를 취하는 것을 말한다.

호모지나이저 방식 레이저 모듈(400)에서 조사된 빔은 플랫 탑 형태를 취하므로, 전 영역에 솔더 범프(30)가 접합되어 있는 반도체 칩(20)에 사용할 경우 가우시간 분포를 취하는 레이저 모듈보다 단시간에 반도체 칩(20)과 기판(50)간의 솔더 범프(30)의 결합이 가능할 수 있다.

또한, 가우시안 분포를 취하는 레이저 모듈은 반도체 칩(20) 전 영역에 걸쳐 균일하게 열 에너지를 공급하기 어려우며, 특정 지역에 열 에너지가 집중될 수도 있다. 특히, 반도체 칩(20) 주변 가장자리는 레이저를 통한 열 에너지 공급이 원활하지 않아, 그 부분의 아래에 접합된 솔더 범프의 경우는 충분한 열 에너지의 공급이 어려울 수 있다.

반면에, 호모지나이저 방식 레이저 모듈(400)은 플랫 탑 형태의 균일 에너지 분포를 보이므로 상기 문제점을 해결할 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 솔더 리플로워 장치의 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 솔더 리플로워 장치는 스캔 타입의 레이저 모듈(100), 비전 모듈(500), 본딩 스테이지(200) 및 적외선 빔 모듈(300)을 포함한다. 이하 앞에서 설명한 내용은 설명을 생략한다.

비전 모듈(500)은 레이저 모듈(100)의 일 측방에 구비될 수 있으며, 작업 공간에서의 기판(50)의 위치 상태를 검사할 수 있다. 이 비전 모듈(500)은 기판(50)의 피듀설 마크를 인식하여, 기판(50)이 정위치에 배치되었는 가를 검사하여 부품(20)의 장착 계속 여부를 결정하는 데 근거를 제공할 수 있다. 또한, 반도체 칩과 기판간의 정렬 상태를 검사할 수도 있다.

기판(50)이 정위치에 배치되지 않았더라도, 불량품이 발생하지 않는 범위 내에 기판(50)이 위치할 경우에는 부품 장착 공정은 이루어 질 수 있다. 그러나, 비전 검사 결과, 기판(50)이 정위치로부터 벗어난 정도가 클 경우에는 부품 장착을 수행하지 않을 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 솔더 리플로워 장치의 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 솔더 리플로워 장치는 스캔 타입의 레이저 모듈(100), 비전 모듈(500), 호모지나이저(600), 본딩 스테이지(200) 및 적외선 빔 모듈(300)을 포함한다. 이하 앞에서 설명한 내용은 설명을 생략한다.

호모지나이저(600)는 앞에서 설명했듯이, 평행 입사된 에너지 분포가 가우시안 분포인 빔을 균일 에너지 분포인 플랫 탑 빔으로 변환하여 평행 출사하는 기능을 할 수 있다. 여기서, 호모지나이저는 빔을 플랫 탑 빔으로 변환하는 장치를 말하는 것으로, 빔쉐이퍼가 될 수도 있다.

이 호모지나이저(600)의 위치는 비전 모듈(500)의 일 측방에 위치할 수 있다. 즉, 스캔 타입의 레이저모듈(100)-비전 모듈(500)-호모지나이저(600) 순으로 위치할 수도 있고, 스캔 타입의 레이저모듈(100)-호모지나이저(600)-비전 모듈(500) 순으로 위치할 수도 있다.

물론 상기 세 장치(100, 500, 600)의 배치관계가 위의 경우에 국한 되는 것은 아니며, 솔더 리플로워 장치 내로 입사하는 빛이 상기 세 장치(100, 500, 600) 내로 순차적으로 입사하여 각자의 역할 수행이 가능한 구조라면 어느 배치관계든지 가능할 수 있다.

이 호모지나이저(600)는 레이저 모듈(100)로 입사하는 빛의 에너지 형태를 플랫 탑 형태로 변환하여 스캔 타입의 레이저 모듈(100)로 제공할 수 있다. 따라서, 기존의 스캔 타입의 레이저 모듈과는 다르게, 앞에서 설명한 호모지나이저 레이저 모듈의 기능을 할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 솔더 리플로워 방법의 연속 공정을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, A를 보면, 반도체 칩(20)에는 솔더 범프(30)가 접합되어 있으며, 부품 실장기의 픽업축(10)은 반도체 칩(20)을 흡착한다. 반도체 칩(20)에는 기판(50)의 솔더 범프(30)와 결합을 하는 솔더 범프(30)가 접합되어 있을 수 있다. 이 반도체 칩(20)을 부품 실장기의 픽업축(10)은 진공 흡착 등을 통해서 흡착할 수 있다.

B를 보면, 흡착된 부품(20)이 플럭스 공급장치(40)로 가서 플럭스 캐비티에 있는 플럭스(45)가 도포된다. 반도체 칩(20)에 접합된 솔더 범프(30)의 산화막 제거 및 접합력 향상을 위해 흡착된 반도체 칩(20)은 플럭스 공급장치(40)로 이동되어 일정 두께만큼 플럭스(45)가 도포될 수 있다.

C를 보면, 플럭스(45)가 도포된 반도체 칩(20)은 이동하여 기판(50) 상에 위치한다. 플럭스(45) 도포 공정이 완료된 반도체 칩(20)은 기판(50) 위에 위치하게 된다. 여기서, 기판(50) 역시 반도체 칩(20)과의 결합을 위해서 솔더 범프(30)가 접합되어 있을 수 있다.

D를 보면, 비전 시스템 등을 이용하여 고속으로 반도체 칩(20)이 기판 위에 놓인다. 반도체 칩(20)의 솔더 범프(30)와 기판(50)의 솔더 범프(30)가 서로 맞닿은 채로, 반도체 칩(20)이 기판(50) 위에 놓인다.

E 및 F를 보면, 레이저 모듈이 반도체 칩(20)의 크기에 맞추어 레이저 빔을 반도체 칩(20)에 출사하고, 본딩 스테이지(200) 하부에 위치한 적외선 빔 모듈(300)은 기판에 적외선(350)을 출사한다.

기판(50) 위에 놓인 반도체 칩(20)에 레이저 모듈을 이용하여 솔더 범프(30)의 용융 온도가지 가열하고, 본딩 스테이지(200) 하부에 위치한 적외선 빔 모듈(300)은 적외선(350)을 본딩 스테이지(200)를 거쳐 기판(50)에 출사한다. 그 결과, 반도체 칩(20)과 기판(50)의 솔더 범프(30)가 용융되며 결합될 수 있다.

이 때, 기판(50)에는 본딩 스테이지(200)의 홀(250)을 통해 진공압이 제공되어, 기판(50)이 본딩 스테이지(200)에 고정될 수 있으며, 반도체 칩(20)과 기판(50)간의 결합이 종료된 이후에는 홀(250)을 통해 작업 공간으로 압축 공기가 인가되어 작업 공간에 존재하는 잔열이 분산될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 픽업축 20: 반도체 칩(부품)
30: 솔더 범프 40: 플럭스 공급장치
50: 기판 100: 스캔 타입 레이저 모듈 150: 스캔 미러 180: 레이저 헤드
200: 본딩 스테이지 250: 홀
300: 적외선 빔 모듈 350: 적외선
400: 호모지나이저 타입 레이저 모듈 500: 비전 모듈
600: 호모지나이저

Claims (15)

1. 반도체 칩을 기판 상에 플립칩 구조로 본딩하는 솔더 리플로워 장치에 있어서,
   상기 기판이 놓이는 본딩 스테이지;
   상기 기판에 적외선을 조사하는 적외선 빔 모듈; 및
   상기 기판 상에 배치되는 반도체 칩의 일부 또는 전 영역을 레이저로 조사하는 레이저 모듈을 포함하는 솔더 리플로워 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 레이저 모듈은 상기 반도체 칩에 접합된 솔더 범프의 위치 측정이 가능한 스캔 방식 레이저모듈인 솔더 리플로워 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 스캔 방식 레이저 모듈은 입사되는 빛의 방향을 조절하는 하나 이상의 스캔 미러를 포함하는 솔더 리플로워 장치.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 스캔 방식 레이저 모듈의 일 측방에 상기 기판과 상기 반도체 칩의 정렬 상태 확인이 가능한 비전 모듈을 더 포함하는 솔더 리플로워 장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 비전 모듈의 일 측방에 에너지 분포가 가우시안 분포인 빔을 플랫 탑 빔으로 변환하는 호모지나이저를 더 포함하는 솔더 리플로워 장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 레이저 모듈은 에너지 분포가 가우시안 분포인 빔을 플랫 탑 빔으로 변환하는 호모지나이저 방식 레이저 모듈인 솔더 리플로워 장치.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 레이저 모듈에서 조사되는 상기 레이저는 장파장 레이저인 솔더 리플로워 장치.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 본드 스테이지는 유체가 유동하는 통로인 하나 이상의 홀이 형성된 솔더 리플로워 장치.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 본드 스테이지는 투명 재질인 솔더 리플로워 장치.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 적외선 빔 모듈은 상기 본딩 스테이지 내의 하부에 위치하는 솔더 리플로워 장치.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 적외선 빔 모듈은 상기 본딩 스테이지 보다 아래에 위치하는 솔더 리플로워 장치.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 적외선 빔 모듈은 램프 형태인 솔더 리플로워 장치.
13. 반도체 칩을 기판 상에 플립칩 구조로 본딩하는 솔더 리플로워 방법에 있어서,
    상기 기판 위에 상기 반도체 칩을 배치하는 단계;
    상기 반도체 칩의 일부 또는 전 영역을 레이저로 조사하는 단계; 및
    상기 기판에 적외선을 조사하는 단계를 포함하는 솔더 리플로워 방법.
14. 제 12항에 있어서,
    상기 기판을 진공압을 이용하여 고정시키는 단계를 더 포함하는 솔더 리플로워 방법.
15. 제 12항에 있어서,
    상기 레이저는 장파장 레이저인 솔더 리플로워 방법.

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