KR20130028640A - 다이 부착을 위한 본드 라인 두께 제어 - Google Patents

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die
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adhesive
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만 와이 찬
쉬우 계 람
완 인 야우
콱 연 촁
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에이에스엠 테크놀러지 싱가포르 피티이 엘티디
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Abstract

반도체 다이는 반도체 패키지의 제조동안 프로세스 플랫폼 상의 기판 상에 부착된다. 분배기는 접착제를 기판 상에 분배하고, 반도체 다이는 접합 공구에 의해서 기판 상에 분배된 접착제 상에 접합된다. 그후에, 반도체 다이의 하단면 및 프로세스 플랫폼 상의 기판의 상단면 사이의 본드 라인 두께는 측정 디바이스를 사용하여 측정된다.

Description

다이 부착을 위한 본드 라인 두께 제어{BOND LINE THICKNESS CONTROL FOR DIE ATTACHMENT}
본 발명은 반도체 조립체 및 패키징의 분야에 관한 것이며, 특히 접착제를 사용함으로써 반도체 칩 또는 다이를 기판 상에 부착하는 것에 관한 것이다.
반도체 다이-부착 프로세스는 반도체 디바이스 제조시에 관련된 단계들중 하나이고, 반도체 다이들을 리드 프레임 상의 특정 본드 패드에 부착하는 것을 포함한다. 대체로, 부착은 접착 재료(예컨대, 에폭시)를 본드 패드 상에 먼저 분배하고, 그후에 다이들을 접착 재료 안으로 임의의 압력으로 가압함으로써, 이루어진다.
다이-부착 프로세스 이후에 접착제를 고형화하고 다이들을 리드 프레임 상으로 고정하도록, 그후에 오븐 경화(oven curing)에 의한 열처리가 실행된다. 경화된 다이들은 리드 프레임 상의 전도성 리드들 및 다이들 사이의 연결 접합 와이어를 통해서 본드 패드들에 전기 연결된다. 경화된 다이 및 접합 와이어들은 열가소성 수지 또는 세라믹과 같은 몰딩 재료를 사용하여 보호성 케이스 내에서 최종으로 캡슐화되어서 반도체 디바이스의 패키징을 완료한다.
도 1은 접착제(102)에 의해서 리드 프레임(103) 상에 부착된 다이(101)의 횡단면도이다. 다이(101)의 하단 및 리드 프레임(103) 상의 본드 패드의 표면 사이의 접착제(102)의 두께는 본드 라인 두께("BLT")로 기술된다. 도 1에서, BLT는 높이 t1으로 도시되고, 다이(101)의 두께는 t2로 표시된다. BLT(t1)는 다이(101)의 상단면의 높이로부터 리드 프레임(103)의 본드 패드의 표면의 높이 및 다이(101)(t2)의 두께를 차감함으로써 계산될 수 있다.
접착제(102)가 다이(101)를 리드 프레임(103) 상에 부착하기 위하여 사용될 때, 본드 라인은 너무 얇아서 사용될 수 없다. 다이(101)가 경화되어서 접착제(102)가 단단해진 후에, 다이(101)는 여전히 차후 패키징 절차에서 열팽창 및 수축된다. 본드 라인이 너무 얇다면, 열팽창 및 수축은 다이(101) 및 접착제(102) 사이에서 다른 비율로 발생될 수 있으므로, 다이(101) 및 접착제(102)의 이러한 팽창 또는 수축을 준비하기 위하여, 다이(101) 아래의 접착제(102)가 충분하지 않을 수 있다. 이는 다이(101)가 쪼개지고 다이(101) 내에 균열이 발생되게 한다. 다이(101)는 또한 일부 심한 경우에 접착제(102)로부터 분리될 수 있다.
한편, 본드 라인은 너무 두꺼워서 사용될 수 없다. 너무 많은 접착제(102)가 제공되면, 접착제(102)는 스며나와서 다이(101)의 표면을 오염시킬 수 있다. 무엇보다도, 다이(101) 및 리드 프레임(103) 사이에 전기 와이어 연결이 이루어질 때, 와이어 접합 품질이 불량해질 수 있다. 또한, 불가피하게 상술한 문제들은 패키징된 반도체 디바이스의 신뢰성 및 성능을 저하시킨다. 따라서, 본드 라인 두께는 다이-부착 프로세스중에 적당한 범위 내에서 주의깊게 제어되어야 한다.
정확한 본드 라인 두께 제어를 달성하기 위해서는, 본드 라인 두께의 정확한 측정이 필요하다. 종래의 본드 라인 두께 측정 방법은 가로 절단(cross-sectioning)이고, 이는 경화된 다이가 라인을 따라 컷팅 개방되는 것을 요구한다. 그때, 가로 절단된 다이 및 접착제는 본드 라인 두께를 측정하기 위하여, 현미경 아래에 놓여진다. 가로 절단은 파괴적인 방법이고 컷팅 절차는 시간을 소모한다.
온라인 피드백은 달성하기 어려우므로, 특정 리드 프레임을 설계함으로써 본드 라인 두께를 제어하도록 제안된 접근방안이 있다. 발명의 명칭이 "반도체 디바이스를 위한 고 본드 라인 두께"인 미국 특허 공보 제 2009/0115039 A1호에서, 리드 프레임 상의 본드 패드의 에지들에서 경계 형태부를 생성하는 것이 제안된다. 접착제가 본드 패드 상으로 분배될 때, 접착제는 경계 형태부에 의해서 형성된 패드 영역 내에서 한정되어 축적된다. 이는 패드 영역이 본드 라인에 대해서 임의의 두께를 생성하기에 충분한 접착제를 갖는 것을 보장한다. 또한, 발명의 명칭이 "개선된 접착제 본드 라인 제어를 갖는 반도체 디바이스를 위한 리드 프레임"인 미국 특허 제 5,214,307호는 유사 접근방안에 대해서 기술하고 있다. 본드 패드 영역 내의 4개의 범프(bump)가 에지에서 경계 형태부를 대신하여 사용된다. 다이가 리프 프레임 상에 접합될 때, 다이는 범프와 접촉하고 특정 본드 라인 두께가 달성된다. 이러한 특정 리드 프레임 설계의 도움으로, 본드 라인은 적어도 임의의 두께가 되는 것이 보증된다. 이는 얇은 본드 라인이 과도하게 얇을 때 직면하는 문제들을 방지한다. 그러나, 너무 두꺼운 본드 라인을 회피할 때의 제어는 존재하지 않는다.
따라서, 본 발명의 목적은 접합된 다이 샘플들이 본드 라인 두께를 측정하기 위하여 다이-부착 플랫폼으로부터 제거될 필요가 없도록, 온라인 본드 라인 두께 측정 방법을 제공하는 것을 추구하는 것이다.
본 발명의 관련 목적은 다이 부착동안 본드 라인의 두께를 제어하기 위하여 온라인 측정 결과들을 활용하는 것을 추구하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따라서, 반도체 다이를 프로세스 플랫폼 상의 기판에 부착하는 단계를 포함하는 반도체 패키지의 제조 방법이 제공되며, 여기서 상기 반도체 다이를 상기 기판 상에 부착하는 단계는 접착제를 분배기에 의해서 상기 기판 상에 분배하는 단계; 접합 공구에 의해서 상기 기판 상에 분배된 접착제 상에 상기 반도체 다이를 접합하는 단계; 그후에 측정 디바이스를 사용하여 상기 반도체 다이의 하단면 및 상기 프로세스 플랫폼 상의 기판의 상단면 사이의 본드 라인 두께를 측정하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 제 2 양태에 따라서, 반도체 패키지를 제조하기 위한 다이-부착 장치가 제공되며, 상기 다이-부착 장치는 기판 상에 접착제를 분배하기 위한 분배기; 상기 기판 상으로 분배된 접착제 상에 반도체 다이를 접합하기 위한 접합 공구; 및 상기 반도체 다이의 하단면 및 상기 기판의 상단면 사이의 본드 라인 두께를 측정하기 위한 측정 디바이스를 포함한다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 하기에 기술하는 것이 유리하다. 도면 및 관련 설명의 특수성은 청구범위에 의해서 규정된 본 발명의 광범위한 식별성의 일반성에 우월한 것으로 이해되어서는 안된다.
본 발명에 따른 장치 및 방법의 예는 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술된다.
도 1은 접착제에 의해서 리드 프레임 상에 부착된 반도체 다이의 횡단면도.
도 2는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 본드 라인 두께 제어 시스템을 합체한 다이-부착 장치를 도시하는 개략도.
도 3은 다이 및 본드 패드 상의 레이저 변위 측정을 위한 예시적인 지점들을 각각 표시하는 본드 패드 상에 부착된 다이의 평면도.
도 4는 레이저 변위 측정이 본 발명의 양호한 실시예에 따라 실행되는 방법의 예시도.
도 5는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 제어 프로세스 및 온라인 본드 라인 두께 측정의 작업 흐름도.
도 2는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 본드 라인 두께 제어 시스템을 합체한 다이-부착 장치(201)를 도시하는 개략도이다.
다이-부착 장치(201)는 프로세스 플랫폼(202), 접착제 분배기(203), 다이 접합 공구(204) 및 레이저 변위 센서(205)와 같은 측정 디바이스를 포함한다. 접착제 분배기(203), 다이 접합 공구(204) 및 레이저 변위 센서(205)는 프로세스 플랫폼(202) 상의 상이한 위치들에 배치된다. 따라서, 컨베이어는 다이-부착 동작중에 기판을 각 위치들로 연속적으로 운송하도록 작동된다.
다이-부착 동작중에, 리드 프레임(103) 형태일 수 있는 기판은 플랫폼(202)을 따라 운송된다. 먼저, 리드 프레임(103)은 접착제(102)를 리드 프레임(103) 상에 분배하기 위한 접착제 분배기(203)의 위치에 배치된다. 다음, 접착제(102)가 분배된 리드 프레임(103)은 리드 프레임(103) 상으로 분배된 접착제(102) 상으로 반도체 다이(101)를 접합하기 위한 다이 접합 공구(204)의 위치로 전방으로 이동한다. 그후, 접합된 리드 프레임(103)은 레이저 변위 센서(205)가 장착되는 차후-접합 위치로 이동한다. 레이저 변위 센서(205)는 다이(101)의 하단면 및 리드 프레임(103)의 상단면 사이의 본드 라인 두께 또는 BLT를 측정하기 위하여 다이 표면 및 리드 프레임 표면 사이의 높이차를 측정하도록 작동한다.
도 3은 다이 및 본드 패드 상의 레이저 변위 측정을 위한 각각의 예시적인 지점들(301,302)을 표시하는 리드 프레임(103)의 본드 패드 상에 부착된 다이(101)의 평면도이다. 이는 레이저 변위 센서(205)가 리드 프레임(103)의 본드 패드 표면 및 다이(101) 표면의 여러 영역들에서 다중 지점들로부터의 판독값을 얻는다는 것을 예시하고 있다. 이 예에서, 판독값들은 다이 표면의 4개의 모서리(301)에서 얻어지고 다른 4개의 판독값(302)은 본드 패드에서 얻어진다. 따라서, 평균 BLT는 전체 접합 다이(101)에 대해서 얻어질 수 있다. BLT는 다이(101)의 상단면의 높이로부터 리드 프레임(103)의 상단면의 높이 및 다이(101)의 두께를 차감함으로써 계산된다. 다이(101)의 표면 상의 4개의 모서리(301)에서 높이차로부터 또한 임의의 다이 경사도가 모니터될 수 있다. 레이저 측정 후에, 접합된 리드 프레임(103)은 오븐 경화를 위해 다이-부착 장치(201)로부터 멀어지게 이동된다.
따라서, 레이저 변위 센서(205)는 다이-부착 장치(201)의 차후-접합 위치에서 사용된다. 다이 표면 및 리드 프레임 표면의 변위 판독값들이 다이(101)가 접합된 후에 즉시 측정된다. BLT는 그때 레이저 변위 센서(205), 접착제 분배기(203) 및 다이 접합 공구(204)와 전기 접속된 마이크로프로세서(206)와 같은 프로세서를 통해서 계산될 수 있다. BLT 측정 결과들에 기초하여, 프로세스 변수들이 BLT를 적당한 범위 내에서 제어하기 위하여 온라인 조정된다.
도 4는 레이저 변위 측정이 본 발명의 양호한 실시예에 따라 실행되는 방법의 예시도이다. 본 발명에서 사용되는 양호한 레이저 변위 센서(205)는 거리 측정을 위하여 레이저 삼각측정의 기술을 사용한다. 레이저 변위 센서(205)는 2개의 주 구성요소들 즉, 레이저 방출기(210) 및 레이저 수신기(211)으로 구성된다. 이 기술은 삼각측정으로 칭하는데, 이는 레이저 방출기(210), 레이저 수신기(211) 및 측정된 대상물(101,103)이 측정중에 삼각형을 형성하도록 배열되기 때문이다(도 4에 도시됨). 레이저 비임은 먼저 레이저 방출기(210)로부터 대상물 상으로 방출된다. 레이저 비임은 대상물 표면에서 반사되고, 레이저 수신기(211)는 그때 반사된 비임을 캡처(capture)한다. 레이저 변위 센서(205) 및 대상물 표면 사이의 거리 오프셋이 레이저 반사 각도를 변화시킬 때, 반사된 레이저 비임은 레이저 수신기(211)의 상이한 위치들에서 검출된다. 다이(101)의 표면 및 리드 프레임(103)의 표면 사이의 높이 오프셋은 레이저 수신기(211)에서 검출된 위치 차이에 기초하여 결정될 수 있다.
도 5는 다이-부착 장치(201) 상에서 실행될 수 있는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 제어 프로세스 및 온라인 BLT 측정의 작업 흐름도. 다이(101)는 다이-접합 공구(401)에 의해서 접합되고 다이 표면 및 리드 프레임 표면(402) 사이의 상대 높이 변위는 접합된 다이(101)를 위한 레이저 변위 센서(205)에 의해서 수행된다. 이 데이터는 다이 두께보다 작은 다이 및 리드 프레임 표면 사이의 변위에 기초하여 BLT를 계산하는 마이크로프로세서(206)에 의해서 처리된다(403). BLT에 따라서, 마이크로프로세서(206)는 본드 라인이 두께(404)의 소정 원하는 범위 내에 있는 지를 결정한다. 그렇다면, 프로세스 변수들은 변하지 않은 상태로 유지된다(406). 온라인 피드백 제어는 마이크로프로세서(206)를 통해서 이루어진다. BLT가 너무 얇거나 또는 너무 두꺼우면(306), 온라인 수정 조정이 필요할 수 있다. 수정 조정은 그후에 접착제 분배기(203) 및 접합 공구(204)와 같은 대응 모듈로 피드백되고, 수정 조정들이 수행된다(307,308).
도 5에 표시된 바와 같이, 가능한 수정 조정들은 분배된 접착제의 양을 제어하도록 접착제 분배 압력을 증가시키거나 또는 감소시키는 것, 다이 및 접착제 접촉을 위한 수직 레벨을 제어하도록 접합 공구에서 접합 레벨을 증가시키거나 또는 감소시키는 것, 다이가 접착제 안으로 눌려지는 깊이를 제어하도록 접합력을 증가시키거나 또는 감소시키는 것, 및/또는 다이가 눌려지는 시간을 제어하도록 본드 딜레이(bond delay)를 증가시키거나 또는 감소시키는 것을 포함한다. 수정 교정들을 트리거(trigger)하기 전에, 상이한 트리거 상황들이 또한 준비될 수 있다. 예컨대, 시스템은 BLT가 원하는 범위 밖에 있을 때 또는 BLT가 원하는 범위 내에 있지만 안전 마진 밖에 있을 때에만 수정 교정들이 트리거되도록 세팅될 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 따른 다이-부착 장치(201)는 BLT가 실시간으로 제어될 수 있게 허용한다는 것을 이해해야 한다. BLT를 측정하기 위하여 접합된 다이를 제거하거나 또는 BLT 제어의 목적을 위하여 특정 리드 프레임들을 설계할 필요성이 없다. 따라서, 상기 다이-부착 장치(201)는 다이-부착 프로세스의 생산량 및 품질을 개선하는 것을 보조한다.
본원에 기술된 본 발명은 변화, 변형 및/또는 특정하게 기술된 것과 다른 추가될 수 있으며 본 발명은 상술한 설명의 정신 및 범주 내에 있는 이러한 모든 변화, 변형 및/또는 추가사항을 포함하고 있다는 것을 이해해야 한다.
101: 다이
102: 접착제
103: 리드 프레임
201: 다이-부착 장치
202: 프로세스 플랫폼
203: 분배기
204: 다이 접합 공구
205: 레이저 변위 센서
206: 마이크로프로세서
210: 레이저 방출기
211: 레이저 수신기

Claims (20)

  1. 반도체 다이를 프로세스 플랫폼 상의 기판 상에 부착하는 단계를 포함하는 반도체 패키지의 제조 방법으로서,
    상기 반도체 다이를 상기 기판 상에 부착하는 단계는
    접착제를 분배기에 의해서 상기 기판 상에 분배하는 단계;
    접합 공구에 의해서 상기 기판 상에 분배되는 상기 접착제 상에 상기 반도체 다이를 접합하는 단계; 그후에
    측정 디바이스를 사용하여 상기 반도체 다이의 하단면 및 상기 프로세스 플랫폼 상의 기판의 상단면 사이의 본드 라인 두께를 측정하는 단계를 추가로 포함하는, 반도체 패키지의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제의 분배 단계, 상기 반도체 다이의 장착 단계 및 상기 본드 라인 두께의 측정 단계는 상기 프로세스 플랫폼 상의 상이한 위치들에서 실행되고, 상기 방법은 각 위치들로 상기 기판의 연속적인 이동 단계를 추가로 포함하는, 반도체 패키지의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 디바이스는 상기 반도체 다이의 상단면의 높이 및 상기 기판의 상단면의 높이를 측정하는, 반도체 패키지의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 반도체 다이의 상단면의 높이로부터 상기 기판의 상단면의 높이 및 상기 반도체 다이의 두께를 차감함으로써 상기 본드 라인 두께를 계산하는 단계를 추가로 포함하는, 반도체 패키지의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    다중 지점들에서의 판독값은 상기 반도체 다이의 상단면의 높이 및 상기 기판의 상단면의 높이를 각각 취하는, 반도체 패키지의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 다이가 상기 기판에 대해서 경사지는 지를 검출하는 단계를 추가로 포함하는, 반도체 패키지의 제조 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 측정 디바이스는 레이저 변위 센서를 포함하는, 반도체 패키지의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 레이저 변위 센서는 레이저 삼각측량을 통해서 레이저 방출기 및 레이저 수신기를 사용하는 거리 측정에 의해서 각 높이들을 측정하는, 반도체 패키지의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 본드 라인 두께를 원하는 범위 내에서 유지하도록, 상기 측정 디바이스에 연결된 프로세스에 의해서 상기 반도체 다이를 상기 기판에 부착하기 위해 프로세스 변수들을 조정하는 단계를 추가로 포함하는, 반도체 패키지의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    조정된 상기 프로세스 변수들은 상기 반도체 다이가 접합되는 접합 레벨 및/또는 분배된 접착제의 양인, 반도체 패키지의 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    조정된 상기 프로세스 변수들은 상기 반도체 다이 상에 인가된 접합력의 지속기간을 제어하기 위한 본드 딜레이 및/또는 상기 반도체 다이 상에 인가된 접합력인, 반도체 패키지의 제조 방법.
  12. 반도체 다이를 프로세스 플랫폼 상의 기판 상에 부착하기 위한 방법으로서,
    접착제를 분배기에 의해서 상기 기판 상에 분배하는 단계;
    접합 공구에 의해서 상기 기판 상에 분배된 상기 접착제 상에 상기 반도체 다이를 접합하는 단계; 및 그후에
    측정 디바이스를 사용하여 상기 반도체 다이의 하단면 및 상기 프로세스 플랫폼 상의 기판의 상단면 사이의 본드 라인 두께를 측정하는 단계를 포함하는, 반도체 다이의 부착 방법.
  13. 반도체 패키지를 제조하기 위한 다이-부착 장치로서,
    기판 상에 접착제를 분배하기 위한 분배기;
    상기 기판 상으로 분배된 상기 접착제 상에 반도체 다이를 접합하기 위한 접합 공구; 및
    상기 반도체 다이의 하단면 및 상기 기판의 상단면 사이의 본드 라인 두께를 측정하기 위한 측정 디바이스를 포함하는, 다이-부착 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 분배기, 접합 공구 및 측정 장치는 상이한 위치들에 배치되고, 상기 다이-부착 장치는 상기 기판을 각 위치들로 연속적으로 이동시키기 위한 컨베이어를 추가로 포함하는, 다이-부착 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 측정 디바이스는 상기 반도체 다이의 상단면의 높이 및 상기 기판의 상단면의 높이를 측정하도록 작동되는, 다이-부착 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 본드 라인 두께는 상기 반도체 다이의 상단면의 높이로부터 상기 기판의 상단면의 높이 및 상기 반도체 다이의 두께를 차감함으로써 계산되는, 다이-부착 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 측정 디바이스는 레이저 변위 센서를 포함하는, 다이-부착 장치.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 본드 라인 두께를 원하는 범위 내에서 유지하도록, 상기 반도체 다이를 상기 기판 상에 부착하기 위하여 프로세스 변수들을 조정하도록 작동되는, 상기 측정 디바이스에 연결된 프로세스를 추가로 포함하는, 다이-부착 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    조정된 상기 프로세스 변수들은 상기 반도체 다이가 접합되는 접합 레벨 및/또는 분배된 접착제의 양인, 다이-부착 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 프로세스 변수들은 상기 반도체 다이 상에 인가된 접합력의 지속기간을 제어하는 본드 딜레이 및/또는 상기 반도체 다이 상에 인가된 접합력인, 다이-부착 장치.
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