KR20140032206A - 반도체 패키지 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 패키지 검사 장치가 제공된다. 상기 반도체 패키지 검사 장치는 반도체 패키지의 X선 영상을 획득하고, 상기 X선 영상으로부터 상기 반도체 패키지의 두께를 검출하는 X선 분석기, 및 상기 반도체 패키지에 전압을 인가하고, 상기 반도체 패키지의 표면 온도 및 상기 반도체 패키지의 두께를 이용하여 상기 반도체 패키지의 불량 위치를 검출하는 열반응 분석기를 포함한다.

Description

반도체 패키지 검사 장치{Test apparatus for semiconductor packages}
본 발명은 반도체 패키지 검사 장치에 관한 것이다.
반도체 패키지는 반도체 칩을 패키지 기판에 실장하고 와이어 등을 이용하여 전기적으로 연결한 후 EMC 등의 밀봉 수지로 밀봉한 것을 말한다. 반도체 패키지 검사 장치는 반도체 패키지의 패키지 기판 또는 반도체 칩의 신호선 등이 개방되거나 단락되어 발생되는 불량을 검출한다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 불량 위치를 정확하게 검출하는 반도체 패키지 검사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 불량 위치의 검출 시간을 단축하는 반도체 패키지 검사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 패키지 검사 장치의 일 태양은 반도체 패키지의 X선 영상을 획득하고, 상기 X선 영상으로부터 상기 반도체 패키지의 두께를 검출하는 X선 분석기, 및 상기 반도체 패키지에 전압을 인가하고, 상기 반도체 패키지의 표면 온도 및 상기 반도체 패키지의 두께를 이용하여 상기 반도체 패키지의 불량 위치를 검출하는 열반응 분석기를 포함한다.
또한, 상기 X선 분석기는 상기 X선 영상에서 상기 반도체 패키지 영역의 밀도를 이용하여 상기 반도체 패키지의 두께를 검출하는 이미지 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 반도체 패키지는 적어도 하나의 층을 포함하고, 상기 이미지 프로세서는 상기 X선 영상에서 상기 적어도 하나의 층 영역의 밀도를 이용하여 상기 적어도 하나의 층의 두께를 검출할 수 있다.
또한, 상기 열반응 분석기는 상기 반도체 패키지에 인가된 전압과 상기 반도체 패키지의 표면 온도 간 위상차를 이용하여 상기 불량 위치의 수직 좌표를 검출하는 불량 검출기를 포함할 수 있다.
상기 열반응 분석기는 상기 반도체 패키지의 표면의 열화상 영상을 획득하는 적외선 스코프를 포함하고, 상기 불량 검출기는 상기 열화상 영상으로부터 상기 반도체 패키지의 표면 온도를 검출할 수 있다.
상기 불량 검출기는 상기 반도체 패키지의 열확산 계수를 이용하여 상기 불량 위치의 수직 좌표를 검출할 수 있다.
또한, 상기 열반응 분석기는 상기 반도체 패키지의 표면의 열화상 영상을 획득하는 적외선 스코프와, 상기 열화상 영상으로부터 상기 불량 위치의 수평 좌표를 검출하는 불량 검출기를 포함할 수 있다.
상기 불량 검출기는 상기 열화상 영상 중 화소값이 최대인 화소의 좌표를 상기 불량 위치의 수평 좌표로 검출할 수 있다.
또한, 상기 X선 영상은 상기 반도체 패키지의 3차원 X선 영상일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 패키지 검사 장치의 다른 태양은 반도체 패키지의 두께를 검출하는 X선 분석기, 및 상기 반도체 패키지의 불량 위치를 검출하는 열반응 분석기를 포함하되, 상기 X선 분석기는, 상기 반도체 패키지의 X선 영상을 획득하는 X선 스코프와, 상기 X선 영상으로부터 상기 반도체 패키지의 두께를 검출하는 이미지 프로세서와, 상기 불량 위치가 표시된 상기 X선 영상을 디스플레이하는 디스플레이 유닛를 포함하고, 상기 열반응 분석기는, 상기 반도체 패키지에 전압을 인가하는 전압 공급 장치와, 상기 반도체 패키지의 표면의 열화상 영상을 획득하는 적외선 스코프와, 상기 반도체 패키지에 인가된 전압과 상기 반도체 패키지의 표면 온도 간 위상차, 및 상기 반도체 패키지의 두께를 이용하여 상기 불량 위치의 수직 좌표를 검출하고, 상기 열화상 영상으로부터 상기 불량 위치의 수평 좌표를 검출하는 불량 검출기를 포함한다.
또한, 상기 반도체 패키지는 적어도 하나의 층을 포함하고, 상기 이미지 프로세서는 상기 X선 영상에서 상기 적어도 하나의 층 영역의 밀도를 이용하여 상기 적어도 하나의 층의 두께를 검출할 수 있다.
또한, 상기 불량 검출기는 상기 열화상 영상으로부터 상기 반도체 패키지의 표면 온도를 검출할 수 있다.
또한, 상기 불량 검출기는 상기 반도체 패키지의 열확산 계수를 이용하여 상기 불량 위치의 수직 좌표를 검출할 수 있다.
상기 불량 검출기는 상기 열화상 영상 중 화소값이 최대인 화소의 좌표를 상기 불량 위치의 수평 좌표로 검출할 수 있다.
또한, 상기 X선 영상은 상기 반도체 패키지의 3차원 X선 영상일 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지 검사 장치의 구성을 도시하는 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1의 X선 분석기의 구성을 도시하는 개략적인 블록도이다.
도 3은 도 1의 열반응 분석기의 구성을 도시하는 개략적인 블록도이다.
도 4는 도 1의 X선 분석기가 반도체 패키지의 두께를 검출하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 5는 도 1의 열반응 분석기가 반도체 패키지의 불량 위치의 수평 좌표를 검출하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 6 내지 도 7은 도 1의 열반응 분석기가 반도체 패키지의 불량 위치의 수직 좌표를 검출하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체 패키지 검사 장치의 구성을 도시하는 개략적인 블록도이다.
도 9는 도 8의 X선 분석기가 획득한 반도체 패키지의 X선 영상을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 10은 도 8의 X선 분석기가 획득한 반도체 패키지의 X선 영상에 불량 위치가 표시된 것을 도시하는 개략적인 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 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.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
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 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
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.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 이하에서는 패키지 기판에 두 개의 반도체 칩이 적층된 멀티 칩 패키지를 예로 들어 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 단일 칩 패키지 및 각종 반도체 패키지에 적용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지 검사 장치의 구성을 도시하는 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지 검사 장치(1)는 X선 분석기(100)와 열반응 분석기(200)를 포함한다.
X선 분석기(100)는 반도체 패키지의 X선 영상을 획득하고, 반도체 패키지의 X선 영상으로부터 반도체 패키지의 두께를 검출한다. X선 분석기(100)는 검출된 반도체 패키지의 두께 정보 Sth를 열반응 분석기(200)에 전송한다. X선 분석기(100)의 구체적인 구성에 관하여는 도 2에서 설명하기로 한다.
열반응 분석기(200)는 반도체 패키지의 두께 정보 Sth를 X선 분석기(100)로부터 수신한다. 열반응 분석기(200)는 반도체 패키지에 전압을 인가하고, 반도체 패키지의 표면 온도 및 반도체 패키지의 두께를 이용하여 반도체 패키지의 불량 위치(F)를 검출한다. 열반응 분석기(200)의 구체적인 구성에 관하여는 도 3에서 설명하기로 한다.
이하에서는 도 2를 참조하여 도 1의 X선 분석기의 구성을 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도 2는 도 1의 X선 분석기의 구성을 도시하는 개략적인 블록도이다.
도 2를 참조하면, X선 분석기(100)는 X선 스코프(110), 이미지 프로세서(120), 디스플레이 패널(130)을 포함한다.
X선 스코프(110)는 반도체 패키지의 X선 영상을 획득한다. 반도체 패키지의 X선 영상은 반도체 패키지의 2차원 또는 3차원 X선 영상일 수 있다.
반도체 패키지의 X선 영상은 예를 들어 반도체 패키지의 CT(Computer Tomography) 영상을 포함할 수 있다. 반도체 패키지가 다수의 반도체 칩이 적층된 멀티 칩 패키지일 경우, 반도체 패키지의 CT 영상은 각 층의 단층 영상을 포함할 수 있다. 각 층의 단층 영상은 컴퓨터 처리에 의해 반도체 패키지의 3차원 X선 영상으로 재구성될 수 있다.
이미지 프로세서(120)는 반도체 패키지의 X선 영상으로부터 반도체 패키지의 두께를 검출한다. 이미지 프로세서(120)는 반도체 패키지의 X선 영상에서 반도체 패키지 영역의 밀도를 이용하여 반도체 패키지의 두께를 검출할 수 있다. X선 영상은 X선이 촬영 대상을 투과하는 정도를 기초로 하여 촬영되는데, X선이 투과하는 정도는 촬영 대상의 밀도에 의해 결정된다. X선 영상은 촬영 대상의 밀도를 기초로 하여 촬영되는 것이다. 이하에서 밀도값이라는 것은 반도체 패키지의 X선 영상이 디지털화되는 경우, 디지털화된 X선 영상의 화소값에 대응된다. 반도체 패키지의 두께를 검출하는 방법의 구체적인 내용은 도 4에서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
디스플레이 패널(130)은 반도체 패키지의 X선 영상을 디스플레이한다.
이하에서는 도 3을 참조하여 도 1의 열반응 분석기의 구성을 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도 3은 도 1의 열반응 분석기의 구성을 도시하는 개략적인 블록도이다.
도 3을 참조하면, 열반응 분석기(200)는 적외선 스코프(210), 불량 검출기(220), 전압 공급 장치(230), 입출력 장치(240)를 포함한다.
적외선 스코프(210)는 반도체 패키지의 열화상(thermography) 영상을 획득한다. 적외선 스코프(210)는 촬영 대상에서 방출되는 적외선 에너지를 측정하고, 촬영 대상의 온도 분포를 나타내는 열화상 영상을 획득한다. 적외선 스코프(210)는 반도체 패키지의 표면의 온도 분포를 나타내는 열화상 영상을 획득할 수 있다. 여기서, 반도체 패키지의 표면은 반도체 패키지의 상면 및 각 측면을 포함할 수 있다.
반도체 패키지의 표면의 열화상 영상은 반도체 패키지의 온도 분포에 따라 복수의 단계로 구별되는 색상으로 표시될 수 있다. 예를 들어 반도체 패키지의 표면의 열화상 영상에서 최고 온도를 나타내는 영역은 빨간 색상으로 표시되고, 최저 온도를 나타내는 영역은 파란 색상으로 표시될 수 있다. 이에 의하면, 빨간 색상으로 표시되는 영역의 화소는 (255, 0, 0)의 RGB값을 가질 수 있고, 파란 색상으로 표시되는 영역의 화소는 (0, 0, 255)의 RGB값을 가질 수 있다.
불량 검출기(220)는 반도체 패키지의 불량 위치(F)의 수직 좌표 및 수평 좌표를 검출한다. 반도체 패키지의 불량은 패키지 기판 또는 반도체 칩의 신호선 등이 개방되거나 단락된 상태를 나타낸다. 불량 검출기(220)는 반도체 패키지의 표면의 열화상 영상으로부터 반도체 패키지의 불량 위치(F)의 수평 좌표를 검출하고, 후술하는 전압과 반도체 패키지의 표면의 온도 간 위상차를 이용하여 반도체 패키지의 불량 위치(F)의 수직 좌표를 검출한다. 반도체 패키지의 불량 위치(F)의 수평 좌표와 수직 좌표를 검출하는 방법의 구체적인 내용은 도 5 내지 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
전압 공급 장치(230)는 반도체 패키지에 전압을 인가한다. 전압 공급 장치(230)는 패키지 기판의 마이크로 범프(micro bump) 등에 전압을 인가할 수 있다. 반도체 패키지에 인가되는 전압은 예를 들어 구형파일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 반도체 패키지에 인가되는 전압은 위상을 식별할 수 있는 어떠한 파형의 전압도 가능하다.
입출력 장치(240)는 사용자로부터 반도체 패키지의 열확산 계수를 입력받는다. 열확산 계수는 단위 시간에 대한 면적의 차원으로 표시되는 열특성으로서, 소정의 거리에서 열이 전달되어 온도 변화를 일으킬 수 있는 시간을 나타내는 물리량이다. 반도체 패키지가 다수의 반도체 칩이 적층된 멀티 칩 패키지일 경우, 입출력 장치(240)는 각 층의 열확산 계수를 입력 받는다. X선 분석기(100)는 별도의 메모리 장치(미도시)를 더 포함할 수 있고, 사전에 입력된 각 층의 열확산 계수를 저장할 수 있다.
도 4는 도 1의 X선 분석기가 반도체 패키지의 두께를 검출하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 4를 참조하면, 반도체 패키지(3)는 제1 반도체 칩(31), 제2 반도체 칩(32)을 포함한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 반도체 패키지(3)는 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 제1 반도체 칩(31), 제2 반도체 칩(32)의 하부에는 각각 제1 적층 필름(21), 제2 적층 필름(22)이 형성된다. 제1 적층 필름(21), 제2 적층 필름(22)은 필름 형태의 본딩재로서, 제1 반도체 칩(31), 제2 반도체 칩(32)의 적층을 위해 사용된다. 제1 적층 필름(21), 제2 적층 필름(22)은 예를 들어 DAF(Die Attach Film)일 수 있다. 제1 적층 필름(21)의 하부에는 패키지 기판(10)이 형성된다. 패키지 기판(10)은 베이스 기판(11), 실리콘 인터포저(12), 마이크로 범프(13)(micro bump; 13), 관통 실리콘 비아(Through Silicon Via; 14), 도전 패드(15) 등을 포함할 수 있다. 그리고, 반도체 칩(31, 32), 적층 필름(21, 22) 등을 덮는 밀봉층(40)이 형성된다. 밀봉층(40)은 반도체 칩을 밀봉하여 외부 환경과 충격으로부터 보호하기 위해 사용된다. 밀봉층(40)은 예를 들어 EMC(Epoxy Molding Compund)일 수 있다.
이미지 프로세서(120)는 반도체 패키지(3)의 X선 영상(Ia)으로부터 반도체 패키지(3)의 두께를 검출한다. 이 때, 이미지 프로세서(120)는 반도체 패키지(3)의 X선 영상(Ia)에서 반도체 패키지(3) 영역의 밀도를 이용할 수 있다. 이미지 프로세서(120)는 반도체 패키지(3)의 각 층 영역의 밀도를 이용하여 반도체 패키지(3)의 각 층의 두께(t1~t6)를 검출한다.
예를 들어 반도체 패키지(3)의 X선 영상(Ia)에서 각 층 영역의 밀도값은 표 1에서와 같이 구별될 수 있다.
층 구분 밀도값
패키지 기판(PCB) 0~3
적층 필름(DAF) 50~70
반도체 칩(Chip) 20~30
밀봉층(EMC) 15
이미지 프로세서(120)는 반도체 패키지(3)의 X선 영상(Ia)에서 밀도값이 0~3인 영역은 패키지 기판(10) 영역으로 판단하고, 밀도값이 50~70인 영역은 적층 필름(21, 22) 영역으로 판단하고, 밀도값이 20~30인 영역은 반도체 칩(31, 32) 영역으로 판단하고, 밀도값이 15인 영역은 밀봉층(40) 영역으로 판단할 수 있다. 여기서, 각 층 영역의 밀도는 X선 분석기(100)의 메모리 장치(미도시)에 미리 저장될 수 있다.
또한, 반도체 패키지(3)의 X선 영상(Ia)에서 각 층 영역의 밀도값은 각 층을 구성하는 물질의 밀도에 따라 구별되므로, 이미지 프로세서(120)는 반도체 패키지(3)의 X선 영상(Ia)에서 밀도값의 변화가 임계값을 넘는 경계를 각 층 영역의 경계로 판단하고, 상기 경계를 기초로 반도체 패키지(3)의 각 층 영역을 구별할 수 있다.
이미지 프로세서(120)는 상술한 방법에 따라 반도체 패키지(3)의 X선 영상(Ia)에서 각 층 영역을 구별하고, 동일한 층 영역을 구성하는 화소의 좌표를 이용하여 반도체 패키지(3)의 각 층의 두께(t1~t6)를 검출할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 반도체 패키지의 X선 영상에서 반도체 패키지 영역의 밀도를 이용하여 반도체 패키지의 두께를 검출하는 방법을 이용하였으나, 반도체 패키지의 X선 영상에서 반도체 패키지의 두께를 검출하는 방법이 이에 한정되는 것은 아니고, 공지된 다양한 방법들이 이용될 수 있으며 이에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 도 1의 열반응 분석기가 반도체 패키지의 불량 위치의 수평 좌표를 검출하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 5를 참조하면, 반도체 패키지(3)의 상면의 열화상 영상(Ib)에는 도 4에서 상술한 제2 반도체 칩(32), 제1 반도체 칩(31), 패키지 기판(10)이 표시될 수 있다. 반도체 패키지(3)의 열화상 영상(Ib)에서 반도체 패키지(3)의 영역과 그 외곽 영역은 화소값으로 구별될 수 있다. 반도체 패키지(3)의 열화상 영상(Ib)에서 임계값보다 큰 값을 갖는 화소의 영역은 반도체 패키지(3)의 영역으로 구별되고, 임계값보다 작은 값을 갖는 화소의 영역은 외곽 영역으로 구별될 수 있다. 반도체 패키지(3)의 열화상 영상(Ib)에서 반도체 패키지(3)의 영역은 예를 들어 좌측 하부 화소 A(ax, ay)와 우측 상부 화소 B(bx, by)로 정의될 수 있다.
전압 공급 장치(230)가 반도체 패키지(3)에 전압을 인가하고, 인가된 전압에 의해 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)에서 열(H)이 발생될 수 있다. 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)에서 발생된 열(H)은 반도체 패키지(3)의 상면 방향으로 전달되고, 반도체 패키지(3)의 상면에는 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)에서 전달된 열(H)에 의한 온도 변화가 나타난다.
불량 검출기(220)는 반도체 패키지(3)의 상면의 열화상 영상(Ib)으로부터 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)의 수평 좌표 (fx, fy)를 검출한다. 반도체 패키지(3)의 상면의 열화상 영상(Ib)에는 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)에서 전달된 열(H)에 의한 변화가 나타난다. 불량 검출기(220)는 반도체 패키지(3)의 상면의 열화상 영상(Ib) 중 온도가 최대인 화소의 좌표를 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)의 수평 좌표 (fx, fy)로 검출할 수 있다. 반도체 패키지(3)의 열화상 영상(Ib)에서 반도체 패키지(3)의 온도 분포가 색상으로 표시되는 경우, 온도가 최대인 화소는 예를 들어 (255, 0, 0)의 RGB값을 가질 수 있다.
도 6 내지 도 7은 도 1의 열반응 분석기가 반도체 패키지의 불량 위치의 수직 좌표를 검출하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 6을 참조하면, 전압 공급 장치(230)의 전압원(231)을 마이크로 범프(13)에 접속하여 반도체 패키지(3)에 전압을 인가하고, 반도체 패키지(3)의 표면을 적외선 스코프(210)의 적외선 센서(211)를 이용하여 촬영한다. 상술한 바와 같이 반도체 패키지(3)에 인가된 전압에 의해 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)에서 열(H)이 발생될 수 있다. 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)에서 발생된 열(H)은 반도체 패키지(3)의 상면 방향으로 전달되고, 반도체 패키지(3)의 표면 온도는 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)에서 전달된 열(H)에 의해 변화한다.
불량 검출기(220)는 반도체 패키지(3)에 인가된 전압과 반도체 패키지(3)의 표면 온도 간 위상차를 이용하여 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)의 수직 좌표 (fz)를 검출한다. 반도체 패키지(3)의 상면의 열화상 영상에는 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)에서 전달된 열(H)에 의한 변화가 나타난다. 불량 검출기(220)는 반도체 패키지(3)의 상면의 열화상 영상으로부터 반도체 패키지(3)의 표면 온도를 검출할 수 있다.
도 7을 참조하면, 전압 공급 장치(230)에 의해 반도체 패키지(3)에 인가되는 전압(Vs)은 구형파일 수 있다. 반도체 패키지(3)에 인가된 전압(Vs)은 t1에서 상승 에지를 나타내고, 반도체 패키지(3)의 표면 온도(tsurface)는 t2에서 상승 에지를 나타낼 수 있다. 이 때, 반도체 패키지(3)에 인가된 전압(Vs)과 반도체 패키지(3)의 표면 온도(tsurface) 간 위상차는 Δt(t2-t1)에 대응될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 반도체 패키지에 인가된 전압의 상승 에지와 반도체 패키지의 표면 온도의 상승 에지를 기초로 위상차를 구하였으나, 반도체 패키지에 인가된 전압과 반도체 패키지의 표면 온도 간 위상차를 구하는 방법이 이에 한정되는 것은 아니고, 공지된 다양한 방법들이 이용될 수 있으며 이에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
불량 검출기(220)는 Δt와 반도체 패키지(3)의 열확산 계수를 이용하여 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)와 반도체 패키지(3)의 상면 간 거리(ts)를 검출할 수 있다. 이 때, 불량 검출기(220)는 패키지 기판(10), 적층 필름(21, 22), 반도체 칩(31, 32), 밀봉층(40) 등의 각 열확산 계수를 이용할 수 있다.
불량 검출기(220)는 반도체 패키지(3)의 두께를 이용하여 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)의 정확한 수직 좌표 (fz)를 검출할 수 있다. 수직 좌표계의 기준선을 반도체 패키지(3)의 마이크로 범프(13)의 바닥면이라고 하면 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)의 수직 좌표 (fz)는, 반도체 패키지(3)의 바닥으로부터 상면까지의 전체 두께로부터, 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)와 반도체 패키지(3)의 상면 간 거리(ts)를 뺀 거리(tz)로 검출될 수 있다. 불량 검출기(220)는 반도체 패키지(3)의 각 층의 두께를 이용하여, 불량이 발생한 층과 그 층에서의 불량 위치(F)의 상대적인 수직 좌표를 검출할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체 패키지 검사 장치의 구성을 도시하는 개략적인 블록도이다. 설명의 편의를 위하여 도 1과 차이점을 중점으로 하여 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체 패키지 검사 장치(2)는 X선 분석기(100)와 열반응 분석기(200)를 포함한다.
X선 분석기(100)는 반도체 패키지의 X선 영상을 획득하고, 반도체 패키지의 X선 영상으로부터 반도체 패키지의 두께를 검출한다. X선 분석기(100)는 검출된 반도체 패키지의 두께 정보 Sth를 열반응 분석기(200)에 전송한다. X선 분석기(100)는 반도체 패키지의 불량 위치(F)의 좌표 정보 Sf를 열반응 분석기(200)로부터 수신한다.
X선 분석기(100)는 X선 스코프(110), 이미지 프로세서(120), 디스플레이 패널(130)을 포함한다. X선 스코프(110), 이미지 프로세서(120)는 도 2에서 상술한 바와 같다.
디스플레이 패널(130)은 반도체 패키지의 X선 영상을 디스플레이한다. 디스플레이 패널(130)은 반도체 패키지의 불량 위치(F)가 표시된 X선 영상을 디스플레이 한다. 디스플레이 패널(130)은 예를 들어 반도체 패키지의 3차원 X선 영상에 불량 위치(F)를 표시할 수 있다.
열반응 분석기(200)는 반도체 패키지의 두께 정보 Sth를 X선 분석기(100)로부터 수신한다. 열반응 분석기(200)는 반도체 패키지에 전압을 인가하고, 반도체 패키지의 표면 온도 및 반도체 패키지의 두께를 이용하여 반도체 패키지의 불량 위치(F)를 검출한다. 열반응 분석기(200)는 검출된 반도체 패키지의 불량 위치(F)의 좌표 정보 Sf를 X선 분석기(100)에 전송한다.
열반응 분석기(200)는 적외선 스코프(210), 불량 검출기(220), 전압 공급 장치(230), 입출력 장치(240)를 포함한다. 적외선 스코프(210), 불량 검출기(220), 전압 공급 장치(230), 입출력 장치(240)는 도 3에서 상술한 바와 같다.
도 9는 도 8의 X선 분석기가 획득한 반도체 패키지의 X선 영상을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 9를 참조하면, 반도체 패키지(3)의 X선 영상(Ic)에는 도 4에서 상술한 제2 반도체 칩(32), 제1 반도체 칩(31), 패키지 기판(10)이 표시될 수 있다. 한편, X선 영상의 특성에 따라 반도체 패키지(3)의 적층 필름(21, 22), 밀봉층(40), 패키지 기판의 구성(11~15) 등도 표시될 수 있으나 설명의 편의를 위해 생략하기로 한다. 반도체 패키지(3)의 X선 영상(Ic)에서 반도체 패키지(3)의 영역과 그 외곽 영역은 밀도값으로 구별될 수 있다. 반도체 패키지(3)의 X선 영상(Ic)에서 임계값보다 큰 값을 갖는 화소의 영역은 반도체 패키지(3)의 영역으로 구별되고, 임계값보다 작은 값을 갖는 화소의 영역은 외곽 영역으로 구별될 수 있다. 반도체 패키지(3)의 X선 영상(Ic)에서 반도체 패키지(3)의 영역은 예를 들어 좌측 하부 화소 C(cx, cy)와 우측 상부 화소 D(dx, dy)로 정의될 수 있다.
한편, 도 9는 반도체 패키지의 상면의 X선 영상을 예로 들어 설명하였으나, 반도체 패키지의 각 층의 단층에 대해서도 동일한 방식으로 X선 영상이 획득될 수 있다.
도 10은 도 8의 X선 분석기가 획득한 반도체 패키지의 X선 영상에 불량 위치가 표시된 것을 도시하는 개략적인 도면이다.
도 10을 참조하면, X선 분석기(100)의 디스플레이 패널(130)이 디스플레이하는 반도체 패키지(3)의 X선 영상(Id)에 불량 위치(F)가 표시된다. 여기서, 반도체 패키지(3)의 X선 영상(Id)은 3차원 X선 영상일 수 있다. X선 영상(Id)에 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)가 표시된다는 것은, X선 영상(Id)에 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)를 사용자가 식별할 수 있도록 마킹되는 것을 포함한다. 이 때, 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)의 주변에는 불량 위치(F)의 3차원 좌표 (fx, fy, fz)가 함께 표시될 수 있다. 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)의 3차원 좌표 (fx, fy, fz)는 불량 위치(F)의 수직 좌표와 수평 좌표를 포함한다.
이미지 프로세서(120)는 반도체 패키지(3)의 X선 영상(Id)에, 열반응 분석기(200)로부터 수신한 반도체 패키지(3)의 불량 위치(F)를 표시하기 위해서, 반도체 패키지(3)의 X선 영상의 좌표계와 반도체 패키지(3)의 열화상 영상의 좌표계를 정합한다. 예를 들어 이미지 프로세서(120)는 반도체 패키지(3)의 X선 영상에서 반도체 패키지(3)의 영역을 정의하는 C(cx, cy) 및 D(dx, dy)와, 반도체 패키지(3)의 열화상 영상에서 반도체 패키지(3)의 영역을 정의하는 A(ax, ay) 및 B(bx, by)를, 각각 (0, 0) 및 (1, 1)로 표준화함으로써 복수의 좌표계를 정합할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에서 복수의 좌표계를 정합하는 방법이 이에 한정되는 것은 아니고, 상술한 방법이외에 공지된 다양한 방법들이 이용될 수 있으며 이에 관한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상술한 본 발명의 실시예에 의하면, 반도체 패키지의 스펙상 두께를 이용하지 않고, X선 영상으로부터 검출된 반도체 패키지의 실제 두께를 이용하여 반도체 패키지의 불량 위치의 수직 좌표를 검출하므로, 공정 편차에도 불구하고 반도체 패키지의 불량 위치를 정확하게 검출할 수 있다. 또한, X선 분석기(100)와 열반응 분석기(200)를 동시에 이용하여 반도체 패키지를 검사하고, X선 영상에서 반도체 패키지의 불량 위치를 직접적으로 확인할 수 있므로, 분석 시간을 단축하여 반도체 패키지의 불량 위치를 신속하게 검출할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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.
100: X선 분석기 200: 열반응 분석기
110: X선 스코프 120: 이미지 프로세서
130: 디스플레이 패널 210: 적외선 스코프
220: 불량 검출기 230: 전압 공급 장치
240: 입출력 장치

Claims (10)

  1. 반도체 패키지의 X선 영상을 획득하고, 상기 X선 영상으로부터 상기 반도체 패키지의 두께를 검출하는 X선 분석기; 및
    상기 반도체 패키지에 전압을 인가하고, 상기 반도체 패키지의 표면 온도 및 상기 반도체 패키지의 두께를 이용하여 상기 반도체 패키지의 불량 위치를 검출하는 열반응 분석기를 포함하는 반도체 패키지 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 X선 분석기는 상기 X선 영상에서 상기 반도체 패키지 영역의 밀도를 이용하여 상기 반도체 패키지의 두께를 검출하는 이미지 프로세서를 포함하는 반도체 패키지 검사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반도체 패키지는 적어도 하나의 층을 포함하고, 상기 이미지 프로세서는 상기 X선 영상에서 상기 적어도 하나의 층 영역의 밀도를 이용하여 상기 적어도 하나의 층의 두께를 검출하는 반도체 패키지 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열반응 분석기는 상기 반도체 패키지에 인가된 전압과 상기 반도체 패키지의 표면 온도 간 위상차를 이용하여 상기 불량 위치의 수직 좌표를 검출하는 불량 검출기를 포함하는 반도체 패키지 검사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열반응 분석기는 상기 반도체 패키지의 표면의 열화상 영상을 획득하는 적외선 스코프를 포함하고, 상기 불량 검출기는 상기 열화상 영상으로부터 상기 반도체 패키지의 표면 온도를 검출하는 반도체 패키지 검사 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 불량 검출기는 상기 반도체 패키지의 열확산 계수를 이용하여 상기 불량 위치의 수직 좌표를 검출하는 반도체 패키지 검사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열반응 분석기는 상기 반도체 패키지의 표면의 열화상 영상을 획득하는 적외선 스코프와, 상기 열화상 영상으로부터 상기 불량 위치의 수평 좌표를 검출하는 불량 검출기를 포함하는 반도체 패키지 검사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 불량 검출기는 상기 열화상 영상 중 화소값이 최대인 화소의 좌표를 상기 불량 위치의 수평 좌표로 검출하는 반도체 패키지 검사 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 X선 영상은 상기 반도체 패키지의 3차원 X선 영상인 반도체 패키지 검사 장치.
  10. 반도체 패키지의 두께를 검출하는 X선 분석기; 및
    상기 반도체 패키지의 불량 위치를 검출하는 열반응 분석기를 포함하되,
    상기 X선 분석기는, 상기 반도체 패키지의 X선 영상을 획득하는 X선 스코프와, 상기 X선 영상으로부터 상기 반도체 패키지의 두께를 검출하는 이미지 프로세서와, 상기 불량 위치가 표시된 상기 X선 영상을 디스플레이하는 디스플레이 유닛를 포함하고,
    상기 열반응 분석기는, 상기 반도체 패키지에 전압을 인가하는 전압 공급 장치와, 상기 반도체 패키지의 표면의 열화상 영상을 획득하는 적외선 스코프와, 상기 반도체 패키지에 인가된 전압과 상기 반도체 패키지의 표면 온도 간 위상차, 및 상기 반도체 패키지의 두께를 이용하여 상기 불량 위치의 수직 좌표를 검출하고, 상기 열화상 영상으로부터 상기 불량 위치의 수평 좌표를 검출하는 불량 검출기를 포함하는 반도체 패키지 검사 장치.
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