KR20140141436A - 반도체 칩 접합 장치 및 이를 이용한 반도체 칩 접합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 반도체 칩 접합 장치는 배선 기판의 소정 영역에 반도체 칩을 가접합할 수 있게 구성된 가접합부와, 상기 소정 영역에 가접합된 상기 반도체 칩을 일괄로 상기 기판에 본압착할 수 있게 구성된 본압착부와, 상기 반도체 칩이 가접합된 배선 기판을 상기 본압착부로 반송하고, 상기 반도체 칩이 본압착된 배선 기판을 상기 가접합부로 반송할 수 있게 구성된 기판 반송부를 포함한다.

Description

반도체 칩 접합 장치 및 이를 이용한 반도체 칩 접합 방법{semiconductor chip bonding apparatus and method using the same}

본 발명의 기술적 사상은 반도체 칩 접합 장치 및 이를 이용한 반도체 칩 접합 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배선 기판 상에 반도체 칩을 실장할 수 있는 반도체 칩 접합 장치 및 이를 이용한 반도체 칩 접합 방법에 관한 것이다.

반도체 칩(semiconductor chip)에 형성되는 집적 회로는 미세화가 진행되고 있다. 또한, 전자 제품이나 통신 산업 제품이 소형화, 고밀도화, 다기능화 및 고속화됨에 따라 반도체 칩이 배선 기판에 실장될 공간이 줄어들고 있다.

이에 따라, 반도체 칩을 배선 기판에 실장하는 기술이 중요해지고 있다. 반도체 칩을 배선 기판에 정밀하게 실장하고 실장 품질을 향상시킬 수 있는 반도체 칩 접합 장치가 필요하다.

본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 배선 기판 상에 반도체 칩을 실장할 때 실장 정밀도 및 실장 품질을 향상시킬 수 있는 반도체 칩 접합 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 다른 과제는 상술한 반도체 칩 접합 장치를 이용한 반도체 칩 접합 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 반도체 칩 접합 장치는 배선 기판의 소정 영역에 적어도 하나의 반도체 칩을 가접합할 수 있게 구성된 가접합부와, 상기 소정 영역에 가접합된 상기 적어도 하나의 반도체 칩을 일괄로 상기 배선 기판에 본압착할 수 있게 구성된 본압착부와, 상기 반도체 칩이 가접합된 배선 기판을 상기 본압착부로 반송하고, 상기 반도체 칩이 본압착된 배선 기판을 상기 가접합부로 반송할 수 있게 구성된 기판 반송부를 포함한다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 기판 반송부는 복수개의 배선 기판들을 각각 반송하는 복수개의 반송 라인들을 구비할 수 있고, 상기 가접합부 및 상기 본압착부는 상기 복수개의 반송 라인들에 대해 각각 가접합 및 본압착을 수행할 수 있게 구성될 수 있고, 상기 가접합부가 하나의 상기 반송 라인에서 가접합을 수행하고 있는 경우, 상기 본압착부는 다른 하나의 상기 반송 라인에서 본압착을 수행하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 본압착부는 열압착에 의해 본압착을 수행하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 배선 기판과 상기 반도체 칩의 접합에 이용하는 접착제는 열가소성 접착제 또는 열경화성 접착제로 이루어질 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 기판 반송부는 제1 방향으로 상기 배선 기판을 반송하고, 상기 가접합부가 갖는 가접합 헤드 및 상기 본압착부가 갖는 본압착 헤드는 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 가동하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 배선 기판은 매트릭스 배치로 상기 반도체 칩이 접합되도록 구성되고, 상기 반도체 칩이 접합되는 상기 배선 기판의 소정 영역은 상기 매트릭스 배치의 하나의 열 또는 복수개의 열들일 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 칩은 주요면을 상기 배선 기판 측으로 향하게 한 플립 칩으로 구성될 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 배선 기판은 하층 반도체 칩 상에 상층 반도체 칩이 실장된 3차원 실장이 행해지도록 구성된 기판일 수 있고, 상기 가접합부 및 본압착부는 상기 배선 기판에의 상기 하층 반도체 칩의 접합 또는 상기 하층 반도체 칩 상에의 상기 상층 반도체 칩의 접합을 수행하도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 반도체 칩 접합 장치는 복수개의 배선 기판들을 제1 방향으로 각각 반송하는 복수개의 반송 라인들을 포함하는 기판 반송부와, 상기 기판 반송부 상에서 상기 제1 방향과 수직하게 제2 방향으로 위치하고, 칩 트레이에 수용된 반도체 칩을 흡착하고 상기 제2 방향으로 이동시켜 상기 배선 기판에 상기 반도체 칩을 가접합할 수 있는 가접합 헤드가 설치된 가접합 갠트리를 포함하는 가접합부와, 상기 기판 반송부 상에서 상기 제1 방향과 수직하게 제2 방향으로 상기 가접합 갠트리와 떨어져 위치하고, 상기 제2 방향으로 이동시켜 상기 배선 기판 상에 가접합된 반도체 칩을 본압착할 수 있는 본압착 헤드가 설치된 본압착 갠트리를 포함하는 본압착부를 포함한다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 기판 반송부는 상기 가접합부 및 본압착부 사이에서 상기 반송 라인을 통하여 상기 배선 기판을 왕복으로 반송하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 배선 기판은 매트릭스 배치의 반도체 칩 실장 위치를 포함할 수 있고, 상기 가접합부의 가접합 헤드는 상기 매트릭스 배치의 반도체 칩 실장 위치중 어느 하나의 열에 상기 반도체 칩들을 각각 가접합할 수 있도록 구성될 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 본압착부의 본압착 헤드는 상기 매트릭스 배치의 반도체 칩 실장 위치중 어느 하나의 열에 상기 반도체 칩들을 일괄적으로(동시에) 본압착할 수 있도록 구성될 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 가접합 갠트리의 하부에는 상기 가접합 헤드에 흡착된 상기 반도체 칩의 좌표 및 기울기를 상기 반도체 칩의 흡착면과 대향하는 측으로부터 촬상하는 칩 카메라가 설치되어 있을 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 가접합 갠트리에는 상기 배선 기판의 반도체 칩 실장 위치를 촬상하는 위치 카메라가 설치되어 있을 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 가접합부의 가접합 헤드 및 상기 본압착부의 본압착 헤드는 열압착을 수행하도록 구성될 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 반도체 칩 접합 방법은 배선 기판의 제1 소정 영역에 적어도 하나의 반도체 칩을 가접합하는 가접합 공정을 수행하는 단계와, 상기 반도체 칩이 가접합된 배선 기판을 본압착부으로 반송하는 단계와, 상기 제1 소정 영역에 가접합된 상기 적어도 하나의 반도체 칩을 일괄로 상기 배선 기판에 본압착하는 본압착 공정을 수행하는 단계와, 상기 반도체 칩이 본압착된 배선 기판을 상기 가접합 공정을 수행하는 가접합부로 반송하는 단계를 포함한다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 배선 기판은 매트릭스 배치로 상기 반도체 칩이 접합되도록 구성되고, 상기 반도체 칩이 가접합되는 상기 배선 기판의 제1 소정 영역은 상기 매트릭스 배치의 하나의 열 또는 복수개의 열들일 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 가접합부로 반송하는 단계 후에, 상기 배선 기판의 제2 소정 영역에 대하여도 상기 가접합 공정을 수행하는 단계, 상기 본압착부 반송 단계, 및 상기 본압착 공정 수행 단계를 수행할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 배선 기판은 매트릭스 배치로 상기 반도체 칩이 접합되도록 구성되고, 상기 반도체 칩이 본압착되는 상기 배선 기판의 제2 소정 영역은 상기 매트릭스 배치의 하나의 열 또는 복수개의 열들일 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 있어서, 상기 가접합 공정 및 본압착 공정은 각각 가접합부 및 본압착부에서 수행하고, 상기 가접합부에서 상기 가접합 공정을 수행하고 있는 경우 상기 본압착부에서는 본압착 공정을 수행할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 반도체 칩 접합 장치는 본압착시의 열이 주위에 전도되었다고 해도 주위에 가접합 중인 반도체 칩이 존재하지 않기 때문에, 반도체 칩의 위치 어긋남 등이 발생하지 않아 반도체 칩의 실장 정밀도 및 실장 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 반도체 칩 접합 장치는 복수의 반송 라인들에 각각 배선 기판을 배치함으로써 이러한 배선 기판에 대해 교대로 가접합 공정 및 본압착 공정을 행할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 반도체 칩 접합 장치는 열가소성 접착제 또는 열경화성 접착제를 이용하여 반도체 칩을 배선 기판에 접합할 수 있다.

도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 반도체 칩 접합 장치의 구성 및 기능을 도시한 블록도(block diagram)이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 반도체 칩 접합 장치의 동작을 도시한 흐름도(flow chart)이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치의 구조예를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 가접합 헤드 및 본압착 헤드의 Y 및 Z 방향 움직임의 일례를 도시한 타이밍 차트이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치를 이용한 반도체 패키지(semiconductor package)의 3차원 실장을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩의 접합 모양을 도시한 도면이다.
도 7은 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치의 구조예를 도시한 평면도이다.
도 8은 제1 비교예에 관한 제1 및 제2 접합 헤드의 Y 및 Z방향 움직임의 일례를 도시한 타이밍 차트이다.
도 9는 제2 비교예에 관한 반도체 칩의 접합 모양을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 제1, 제2등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

이하의 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 이하의 본 발명의 실시예들은 어느 하나로 구현될 수 있으며, 또한, 이하의 실시예들은 하나 이상을 조합하여 구현될 수 있다. 본 명세서 및 도면에서 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 반도체 칩 접합 장치의 구성 및 기능

도 1은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 반도체 칩 접합 장치의 구성 및 기능을 도시한 블록도(block diagram)이다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 칩 접합 장치(1)는 장치 제어부(100), 가접합부(110, temporary bonding portion), 본압착부(120, main compression portion) 및 기판 반송부(130, substrate transfer portion)를 포함할 수 있다.

가접합부(110)는 배선 기판((wiring substrate, circuit substrate)의 복수개의 반도체 칩 실장 위치들(semiconductor chip mounting positions)에 복수개의 반도체 칩들을 배치하고 열압착 접합(thermocompression bonding)하는 부분일 수 있다. 가접합부(110)는 배선 기판의 반도체 칩 실장 위치들에 반도체 칩들의 위치를 결정하여 배치하는 부분일 수 있다.

본 명세서에서, 배선 기판은 하나의 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 복수개의 반도체 칩 실장 위치들이 설정되고 내부 배선 등이 된 기판을 가리킬 수 있다. 배선 기판은 반도체 칩 실장 위치들이 매트릭스(matrix) 배치로 형성될 수 있다. 이에 따라, 배선 기판은 매트릭스 기판이라 칭할 수 있다. 배선 기판은 반도체 칩이 실장되는 기판일 수 있다. 배선 기판 상에 형성된 복수개의 반도체 칩들을 개별화할 경우, 복수개의 반도체 패키지들을 얻을 수 있다.

가접합부(110)는 칩 트레이(chip tray) 등에 수납되어 있는 반도체 칩을 취출하여 배선 기판 상의 소정 영역에 있는 반도체 칩 실장 위치에 배치하고, 가열 및 가압에 의해 배선 기판에 반도체 칩을 열압착 할 수 있는 부분일 수 있다.

여기서, 가접합부(110)에서 행하는 열압착은 후술하는 본압착에서의 열압착보다 단시간에 행해질 수 있다. 이러한 열압착에 의해 배선 기판 상에 배치된 반도체 칩은 배선 기판의 반송 등으로 위치가 어긋나지 않을 정도의 접합력으로 배선 기판에 접합된다. 본 명세서에서는 이러한 접합을 가접합으로서 표현한다.

본압착부(120)는 가접합된 반도체 칩을 일괄하여(동시에) 배선 기판에 금속 접합되도록 열압착 접합하는 부분일 수 있다. 본압착부(120)에서는 가접합부(110)에서 소정 영역에 가접합된 반도체 칩을 일괄하여 한번에 가열 및 가압하고, 배선 기판에 금속 접합되도록 열압착할 수 있다. 본압착부(120)에서는 가접합부(110)에서 소정 영역에 가접합된 반도체 칩을 일괄하여 기계적 및 전기적으로 접합하는 부분일 수 있다.

여기서, 본압착부(120)가 행하는 열압착은 전술한 가접합에서의 열압착보다 장시간에 행해질 수 있다. 이러한 열압착에 의해 배선 기판 상에 본압착된 반도체 칩은 배선 기판과 전기적으로 접속되고, 또한 배선 기판과 기계적으로 강고하게 접합될 수 있다. 본 명세서에서는 이러한 접합을 본압착으로서 표현한다.

앞서 설명한 바와 같이 배선 기판 상의 소정 영역에 반도체 칩 실장 위치가 위치할 수 있다. 여기서, 소정 영역은 반도체 칩 실장 위치가 매트릭스 배치되어 있는 배선 기판에 있어서, 매트릭스의 하나의 열 또는 복수개의 열들일 수 있고, 매트릭스의 하나의 열중 일부일 수 도 있다. 소정 영역은 상술한 매트릭스 배치에서 복수개의 행들과 복수개의 열들로 형성된 영역일 수도 있다. 상기 소정 영역은 반도체 칩 실장 위치를 한개만 포함하는 영역일 수도 있다.

기판 반송부(130)는 가접합부(110) 및 본압착부(120) 사이에서 배선 기판을 왕복으로 반송할 수 있다. 기판 반송부(130)는 가접합부(110)에서 반도체 칩이 가접합된 기판을 본압착부(120)로 반송할 수 있다. 또한, 기판 반송부(130)는 본압착부(120)에서 반도체 칩이 본압착된 기판을 가접합부(110)로 반송할 수 있다. 나아가 기판 반송부(130)는 각각 배선 기판을 반송하는 것이 가능한 복수의 반송 라인(carrier line)을 구비할 수 있다. 이러한 경우, 복수의 반송 라인들은 각각 독립적으로 배선 기판을 반송할 수 있다.

기판 반송부(130)는, 예를 들면 리니어 모터(linear motor), 볼 나사(ball screw), 타이밍 벨트(timing belt) 등으로 구동되어 배선 기판의 반송을 수행할 수 있다. 기판 반송부(130)는 배선 기판의 반송 위치를 마이크로 미터(μm) 단위로 제어할 필요가 있기 때문에, 마이크로 미터 단위의 위치 결정 정밀도를 갖는 리니어 모터를 이용하여 구동될 수 있다.

장치 제어부(100)는 반도체 칩 접합 장치(1)의 전체 동작을 제어할 수 있다. 장치 제어부(100)는 가접합부(110), 본압착부(120) 및 기판 반송부(130)에 상술한 동작을 실행시킴으로써, 반도체 칩 접합 장치(1)의 전체 동작을 제어할 수 있다. 장치 제어부(100)는 예를 들면 CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 각종 외부 메모리(external memory) 등의 하드웨어(hardware) 구성에 의해 반도체 칩 접합 장치(1)의 전체 동작을 수행할 수 있다. 여기서, ROM에는 가접합부(110), 본압착부(120) 및 기판 반송부(130)를 제어하기 위한 프로그램(program)이 기억되어 있을 수 있다. CPU는 ROM에 기억된 프로그램을 독출하여 반도체 칩 접합 장치(1)의 전체 동작을 수행할 수 있다.

앞서 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)의 구성에 대하여 설명을 하였다. 상술한 구성에 의해, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 반도체 칩 접합 장치(1)는 배선 기판에 대해 가접합부(110)에 의한 가접합 공정과 본압착부(120)에 의한 본압착 공정을 반복하여 수행할 수 있다.

구체적으로 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)는, 우선, 가접합부(110)에서 제1 소정 영역의 반도체 칩 실장 위치에만 반도체 칩을 가접합하고, 다음에 제1 소정 영역 내에 가접합된 반도체 칩을 본압착부(120)에서 본압착한다.

이어서, 반도체 칩 접합 장치(1)는 제1 소정 영역과 다른 제2 소정 영역 내의 반도체 칩 실장 위치에 반도체 칩을 가접합하고, 상기 제2 소정 영역 내에 가접합된 반도체 칩을 본압착하는 것을 반복하여 수행할 수 있다.

따라서, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)는 제1 소정 영역 내에 가접합된 반도체 칩을 본압착할 때에 본압착되는 반도체 칩 이외에 가접합 중인 반도체 칩이 배선 기판 상에 존재하지 않는다.

결과적으로, 본 발명의 기술적 사상의 일실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)에서는 본압착시의 열이 주위에 전도되어도 주위에 가접합 중인 반도체 칩이 존재하지 않기 때문에, 반도체 칩의 위치 어긋남 등이 발생하지 않는다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)는 반도체 칩의 실장 정밀도 및 실장 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)는 반도체 칩을 배선 기판에 접합하는 접착제로서 예를 들면 열가소성 접착제 또는 열경화성 접착제를 이용할 수 있다.

구체적으로, 반도체 칩을 배선 기판에 접합하기 위해 열가소성 접착제를 이용할 경우, 본압착시의 열이 주위에 전도되어 열가소성 접착제가 용융되면 가접합 중인 반도체 칩에 위치 어긋남이 발생할 수 있다. 또한, 반도체 칩을 배선 기판에 접합하기 위해 열경화성 접착제를 이용한 경우, 본압착시의 열이 주위에 전도되어 열경화성 접착제가 경화되면 접촉 불량이 발생할 수 있다.

그러나, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)는, 본압착시의 열전도 영향을 방지함으로써 상술한 문제를 발생시키지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)는 열가소성 접착제 또는 열경화성 접착제를 이용하여 반도체 칩의 접합을 행하는 것이 가능하다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치의 동작

도 2는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 반도체 칩 접합 장치의 동작을 도시한 흐름도(flow chart)이다.

구체적으로, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)에서는 우선, 반도체 칩이 접합되지 않은 배선 기판을 기판 반송부(130)의 반송 라인에 배치한다(S100). 다음에, 기판 반송부(130)는 배선 기판을 가접합부(110)로 반송하고, 가접합부(110)는 배선 기판의 소정 영역 내의 반도체 칩 실장 위치에 반도체 칩을 가접합한다(S110). 또한, 기판 반송부(130)는 가접합부(110)에 의해 소정 영역 내에 반도체 칩이 가접합된 배선 기판을 본압착부(120)로 반송한다(S120). 이어서, 본압착부(120)는 S110에서 배선 기판에 가접합된 반도체 칩을 일괄로(동시에) 배선 기판에 본압착한다(S130).

다음에, 장치 제어부(100)는, 그 배선 기판의 모든 반도체 칩 실장 위치에서 반도체 칩이 접합되었는지 여부를 판단한다(S140). 배선 기판의 모든 영역의 반도체 칩 실장 위치에서 반도체 칩이 접합되지 않고, 미접합의 반도체 칩 실장 위치가 존재하는 경우(즉, S140에서 아니오인 경우), 기판 반송부(130)는 그 배선 기판을 가접합부(110)로 반송한다(S150). 여기서, 반도체 칩 접합 장치(1)는 S110의 동작으로 되돌아가 미접합의 반도체 칩 실장 위치에 대해서도 마찬가지로 가접합부(110)에 의한 가접합 및 본압착부(120)에 의한 본압착(S110~S130의 동작)을 실행한다.

배선 기판의 모든 영역의 반도체 칩 실장 위치에서 반도체 칩이 접합된 경우(S140에서 예인 경우), 기판 반송부(130)는 그 배선 기판을 반송 라인으로부터 배출한다(S160). 따라서, 반도체 칩 접합 장치(1)에는, 다음에 반도체 칩의 접합이 행해지는 배선 기판을 기판 반송부(130)의 반송 라인에 배치할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 의한 반도체 칩 접합 장치의 구조 및 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치의 구조

앞서 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)의 구성 및 기능, 및 동작에 대해 설명을 하였다. 다음에, 도 3, 4, 7 및 8을 참조하여 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치(2)와 대비하면서 상술한 본 발명의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)의 구체적인 구조예에 대해 설명을 한다.

제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치의 구조예

도 7은 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치의 구조예를 도시한 평면도이고, 도 8은 제1 비교예에 관한 제1 및 제2 접합 헤드의 Y 및 Z방향 움직임의 일례를 도시한 타이밍 차트이다.

우선, 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치(2)의 구조예를 도 7의 평면도를 이용하여 설명한다. 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치(2)는 상술한 본압착시의 열전도에 의한 반도체 칩의 위치 어긋남을 방지하기 위해 배선 기판에 반도체 칩을 한개씩 접합하는 장치이다. 도 7에 도시된 바와 같이 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치(2)는 배선 기판이 반송되는 반송 라인을 두개, 반도체 칩을 접합하는 접합 헤드(bonding head)를 구비하는 갠트리(gantry, 지지대)를 두개 구비한 장치의 일예이다.

제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치(2)는 제1 및 제2 칩 트레이(제1 및 제2 칩 카세트, 255A, 255B) 등에 수용된 반도체 칩을 배선 기판(240A, 240B)에 접합하기 위한 장치이다. 반도체 칩 접합 장치(2)는 제1 및 제2 갠트리(251A, 251B), 제1 및 제2 접합 헤드(253A, 253B), 제1 및 제2 칩 카메라(chip camera, 257A, 257B), 제1 및 제2 위치 카메라(place camera, 259A, 259B), 제1 및 제2 반송 라인(230A, 230B)을 구비한다.

제1 및 제2 접합 헤드(253A, 253B)는 도 7에 도시된 Y 방향 및 Z 방향으로 가동할 수 있고, 제1 및 제2 칩 트레이(255A, 255B) 등에 수용된 반도체 칩을 흡착하고 반송하여 배선 기판(240A, 240B)에 열압착에 의해 접합한다. 여기서, 제1 및 제2 칩 트레이(255A, 255B) 등에 수용된 반도체 칩은, 예를 들면 주요면을 배선 기판 측으로 향하게 하여 실장되는 플립 칩(flip chip)일 수 있다.

제1 및 제2 갠트리(251A, 251B)는 제1 및 제2 접합 헤드(253A, 253B)와 제1 및 제2 위치 카메라(259A, 259B)를 Y방향으로 자유롭게 가동시키기 위한 구조물일 수 있다. 제1 및 제2 반송 라인(230A, 230B)은 X 방향으로 배선 기판(240A, 240B)을 반송할 수 있다.

제1 및 제2 칩 카메라(257A, 257B)는 제1 및 제2 접합 헤드(253A, 253B)에 흡착된 반도체 칩의 좌표 및 기울기를 흡착면과 대향하는 측으로부터(즉, 하방으로부터 올려다보아) 촬상하는 촬상 장치이다. 제1 및 제2 칩 카메라(257A, 257B)는 제1 및 제2 접합 헤드(253A, 253B)가 제1 및 제2 칩 카메라(257A, 257B) 상을 통과하였을 때에 흡착된 반도체 칩의 좌표 및 기울기를 촬상한다.

제1 및 제2 위치 카메라(259A, 259B)는 제1 및 제2 갠트리(251A, 251B) 상을 Y방향으로 이동하여 배선 기판(240A, 240B)의 반도체 칩 실장 위치를 촬상한다. 여기서, 제1 및 제2 칩 카메라(257A, 257B)가 촬상한 반도체 칩의 좌표 및 기울기와 제1 및 제2 위치 카메라(259A, 259B)가 촬상한 배선 기판(240A, 240B)의 반도체 칩 실장 위치에 기초하여 제1 및 제2 접합 헤드(253A, 253B)는 반도체 칩의 접합 위치를 보정한다.

다음에, 도 8을 참조하여 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치(2)의 동작에 대해 설명한다.

도 8은 제1 비교예에 관한 제1 및 제2 접합 헤드(253A, 253B)의 Y 및 Z 방향 움직임의 일례를 도시한 타이밍 차트일 수 있다. 여기서, 도 8에서의 「Y1」, 「Y2」의 좌표 방향과 도 7에서의 「Y」의 좌표 방향은 동일하고, 도 8에서의 「Z1」, 「Z2」의 좌표 방향과 도 7에서의 「Z」의 좌표 방향은 동일하다.

우선, 제1 및 제2 접합 헤드(253A, 253B)는 홈 포지션(home position)인 배선 기판(240A, 240B) 측에서 대기하고 있다. 배선 기판에의 반도체 칩의 접합이 시작된 경우, 도 8에 도시한 바와 같이 제1 및 제2 접합 헤드(253A, 253B)는 제1 및 제2 칩 트레이(255A, 255B) 측으로 이동 및 하강하여 반도체 칩을 흡착하고, 다시 제1 및 제2 접합 헤드(253A, 253B)는 배선 기판(240A, 240B) 측으로 되돌아간다. 이러한 왕복 시간은 예를 들면 1.1초이다.

다음에, 제1 및 제2 접합 헤드(253A, 253B)는 0.1초로 상승 또는 하강하여 흡착한 반도체 칩의 열압착을 행한다. 이러한 열압착의 소요 시간은 예를 들면 13초이다. 따라서, 제1 및 제2 접합 헤드(253A, 253B)가 하나의 반도체 칩을 제1 및 제2 칩 트레이(255A, 255B)로부터 흡착하여 열압착을 끝내기까지의 접합의 소요 시간은 14.3초이다.

도 8에서는 제1 및 제2 접합 헤드(253A, 253B)는 동시에 접합 공정을 시작하고 있지만, 양자는 서로 독립적으로 접합 공정을 행해도 된다.

따라서, 예를 들면 배선 기판(240A, 240B)이 5행 × 14열의 반도체 칩 실장 위치를 갖고 있는 경우, 상기 도 7 및 8에서 설명한 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치(2)가 하나의 반도체 칩을 배선 기판에 접합할 때에 필요로 하는 시간은 하기 식 1 및 식 2에 의해 14.38초로 산출될 수 있다. 이때, 배선 기판(240A, 240B)의 교환에 걸리는 시간은 5초로 하였다.

식 1

14.3(초/칩) × 70(칩) + 5(초) = 1006(초)

식 1에서 14.3초는 반도체 칩의 열압착 소요 시간이며, 70칩은 배선 기판이 5행 × 14열일 경우 배선 기판에 실장되는 칩수이며, 5초는 배선 기판의 교환시간이다. 1006초는 하나의 배선 기판에 반도체 칩을 열압착할 때 걸리는 시간이다.

식 2

1006(초) ÷ 70(칩) = 14.38(초/칩)

식 2에서, 하나의 반도체 칩의 열압착 소요시간은 14.38초이다.

나아가, 상기 도 7 및 8에서 설명한 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치(2)가 한시간에 접합 가능한 반도체 칩의 수는 이하의 식 3 및 4에 의해 500[칩]으로 산출될 수 있다.

식 3

3600(초) ÷ 14.38(초/칩) ≒ 250(칩)

식 3에서, 3600초(1시간)를 반도체 칩당 열접합 시간인 14.38초로 나누면 한시간에 대략 250개의 반도체 칩을 열 접합할 수 있다.

식 4

250(칩/갠트리)×(갠트리)= 500(칩)

식 4에서, 한시간에 대략 250개의 반도체 칩을 열접합할 경우, 2개의 갠트리가 있으면 한시간에 대략 500개의 반도체 칩을 열 접합할 수 있다.

여기서, 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치(2)는 배선 기판에의 반도체 칩의 접합 공정을 가접합 공정 및 본압착 공정으로 나누지 않고 한단계의 접합 공정에서 행하기 때문에, 본압착시의 열이 주위의 가접합 중인 반도체 칩에 전도되는 것에 의한 위치 어긋남 등을 발생시키는 일은 없다. 그러나, 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치(2)는, 소요 시간이 긴 가열 및 가압을 이용하는 열압착 공정을 행하고 있기 때문에, 단위시간당 접합 가능한 반도체 칩의 수가 현저히 적고 생산성이 낮다.

그래서, 예를 들면 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치(2)의 생산성을 향상시키기 위해, 추가의 갠트리 및 추가의 반송 라인을 더 구비하거나 하나의 갠트리에 2개 이상의 접합 헤드를 구비하는 구성이 검토될 수 있다. 그러나, 상기 반도체 칩 접합 장치(2)의 생산성을 향상시키는 구성은 실질적으로 복수의 반도체 칩 접합 장치(2)를 마련하는 것과 동일하고, 제조 비용(cost) 및 장치 크기(size)가 커지는 점에서 바람직하지 않다.

이상 설명한 바와 같이, 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치(2)는 열전도에 의한 주위 반도체 칩의 위치 어긋남 등이 발생하지 않는 반도체 칩 접합 장치이지만, 배선 기판에의 반도체 칩의 접합 공정을 가접합 공정 및 본압착 공정으로 나누지 않기 때문에 생산성이 낮은 문제점이 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치의 구조예

본 발명자가 면밀히 검토하여 상도한 본 발명의 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)는 본압착시의 열이 주위의 가접합 중인 반도체 칩에 전도되는 것에 의한 위치 어긋남 등을 발생시키지 않으면서 대폭으로 생산성을 향상시키는 것이 가능하다. 도 3 및 4를 참조하여 본 발명의 실시형태에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)의 구체적인 구조예에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치의 구조예를 도시한 평면도이다.

구체적으로, 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시형태에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)는 배선 기판이 반송되는 복수개, 예컨대 두개의 반송 라인들을 포함하는 기판 반송부, 반도체 칩을 가접합하는 가접합 헤드(attach head)를 갖는 갠트리를 포함하는 가접합부 및 가접합된 반도체 칩을 본압착하는 본압착 헤드(bonding head)를 갖는 갠트리를 구비하는 본압착부를 포함할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)는 칩 트레이(115, 칩 카세트) 등에 수용된 반도체 칩을 배선 기판(140A, 140B)에 접합하기 위한 장치이다. 반도체 칩 접합 장치(1)는 가접합 갠트리(111), 가접합 헤드(113), 칩 카메라(117), 위치 카메라(119), 본압착 갠트리(121) 및 본압착 헤드(123), 제1 및 제2 반송 라인(130A, 130B)을 구비한다.

기판 반송부는 배선 기판들을 X 방향(제1 방향)으로 각각 반송하는 복수개의 반송 라인들을 포함한다. 가접합부는 기판 반송부 상에서 상기 X 방향과 수직하게 Y 방향(제2 방향)으로 위치하는 가접합 갠트리(111)를 포함할 수 있다. 가접합부의 가접합 헤드(113)는 도 3에 도시된 Y 방향 및 Z 방향으로 가동하고, 칩 트레이(115) 등에 수용된 반도체 칩을 흡착하고 Y 방향으로 반송하여 배선 기판(140A, 140B)에 열압착에 의해 가접합한다. 여기서, 가접합 헤드(113)가 행하는 열압착의 가열 및 가압 시간은 후술하는 본압착 헤드(123)가 행하는 열압착보다 단시간이다.

이러한 구성에 의해 가접합 헤드(113)는 반도체 칩과 배선 기판(140A, 140B)을 상호 위치가 어긋나지 않을 정도의 접합력으로 접합할 수 있다. 제1 비교예와 마찬가지로 칩 트레이(115) 등에 수용된 반도체 칩은, 예를 들면 주요면을 배선 기판 측으로 향하게 하여 실장되는 플립칩일 수 있다.

본압착부는 상기 기판 반송부 상에서 X 방향과 수직하게 Y 방향으로 상기 가접합 갠트리와 떨어져 위치하는 본압착 갠트리(121)가 포함될 수 있다. 본압착부의 본압착 헤드(123)는 도 3에 도시된 Y 방향 및 Z 방향으로 가동하고, 배선 기판(140A, 140B) 상의 복수의 가접합된 반도체 칩들을 열압착에 의해 일괄하여(동시에) 본압착할 수 있다.

여기서, 본압착 헤드(123)가 행하는 열압착의 가열 및 가압 시간은 가접합 헤드(113)가 행하는 열압착보다 장시간이다. 이러한 구성에 의해, 본압착 헤드(123)는 가접합된 반도체 칩과 배선 기판(140A, 140B)을 전기적으로 접속하는 금속 접합을 형성하여 더욱 기계적으로 강고한 접합을 형성할 수 있다.

본압착 헤드(123)는 배선 기판(140A, 140B) 상에 가접합된 반도체 칩을 일괄하여 본압착할 수 있다. 본압착 헤드(123)가 본압착을 행하는 단위는, 예를 들면 반도체 칩 실장 위치가 매트릭스 배치된 배선 기판(140A, 140B)에 있어서, 그 매트릭스 배치의 하나의 열 또는 복수개의 열들이어도 되고, 매트릭스의 하나의 열의 일부일 수도 있다. 또한, 본압착 헤드(123)가 본압착을 행하는 단위는, 그 매트릭스 배치에 있어서 「복수 행 × 복수 열」로 형성된 영역일 수도 있다. 나아가 본압착 헤드(123)가 본압착을 행하는 단위는 반도체 칩 실장 위치를 하나만을 포함하는 영역일 수도 있다.

가접합 갠트리(111)는 가접합 헤드(113), 및 위치 카메라(119)를 구비하고, 가접합 헤드(113), 및 위치 카메라(119)를 Y 방향으로 가동시키는 구조물일 수 있다. 본압착 갠트리(121)는 본압착 헤드(123)를 구비하고, 본압착 헤드(123)를 Y 방향으로 가동시키는 구조물일 수 있다.

제1 및 제2 반송 라인(130A, 130B)은 X 방향으로 배선 기판(140A, 140B)을 왕복 반송한다. 제1 및 제2 반송 라인(130A, 130B)은 배선 기판(140A, 140B)을 가접합 헤드(113) 및 본압착 헤드(123) 사이에서 왕복시킬 수 있다.

칩 카메라(117)는 가접합 헤드(113)에 흡착된 반도체 칩의 좌표 및 기울기를 흡착면과 대향하는 측으로부터(즉, 하방으로부터 올려다보아) 촬상하는 촬상 장치이다. 칩 카메라(117)는 가접합 헤드(113)가 칩 카메라(117)의 바로 위를 통과하였을 때에 흡착된 반도체 칩의 좌표 및 기울기를 촬상한다.

위치 카메라(119)는 가접합 갠트리(111) 상에서 Y 방향으로 이동하여 배선 기판(140A, 140B)의 반도체 칩 실장 위치를 촬상한다. 여기서, 칩 카메라(117)가 촬상한 반도체 칩의 좌표 및 기울기와 위치 카메라(119)가 촬상한 배선 기판(140A, 140B)의 반도체 칩 실장 위치에 기초하여 가접합 헤드(113)는 반도체 칩의 접합 위치를 보정한다.

다음에, 도 4를 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)의 동작에 대해 설명한다. 도 4는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 가접합 헤드(113) 및 본압착 헤드(123)의 Y 및 Z 방향 움직임의 일례를 도시한 타이밍 차트이다. 도 4에서의 「Y」 및 「Z」의 좌표 방향과 도 3에서의 「Y」 및 「Z」의 좌표 방향은 동일하다.

도 4에서 배선 기판(140A, 140B)은 5행 × 14열의 매트릭스 배치의 반도체 칩 실장 위치를 갖고 있다고 가정한다. 도 4에서, 배선 기판(140A)의 소정 영역, 예컨대 반도체 칩 실장 위치를 포함하는 5행 × 14열의 매트릭스 배치의 일열(첫번째 열)의 반도체 칩들은 가접합되어 있다고 가정한다.

도 4에 도시된 바와 같이 가접합 헤드(113)는 홈 포지션인 배선 기판(140B) 측에 대기하고 있다. 배선 기판(140B)에의 반도체 칩의 접합이 시작된 경우, 우선, 가접합 헤드(113)는 칩 트레이(115) 측으로 이동 및 하강하여 반도체 칩을 흡착하고, 배선 기판(140B) 측으로 되돌아간다. 이러한 왕복 시간은 예를 들면 1.3초이다. 다음에, 가접합 헤드(113)는 흡착한 반도체 칩의 가접합을 행한다. 이러한 가접합은 반도체 칩과 배선 기판(140B)이 반송 등에서 위치가 어긋나지 않을 정도의 접합력으로 접합되면 되기 때문에 소요 시간은 짧고, 예를 들면 2초이다.

따라서, 가접합 헤드(113)가 하나의 반도체 칩을 칩 트레이(115)로부터 흡착하여 가접합을 끝내기까지의 소요 시간은 3.3초이다. 또한, 가접합 헤드(113)는 상기의 동작을 5회 반복함으로써, 소정 영역, 예컨대 반도체 칩 실장 위치를 포함하는 5행 × 14열의 매트릭스 배치의 일열의 반도체 칩들을 배선 기판(140B)에 가접합할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본압착 헤드(123)는 소정 영역, 예컨대 반도체 칩 실장 위치를 포함하는 5행 × 14열의 매트릭스 배치의 일열에 가접합된 반도체 칩들을 일괄하여 본압착한다.

즉, 본압착 헤드(123)는, 0.2초로 상승 또는 하강하여 소정 영역 내의 5개의 반도체 칩들에 대해 일괄하여 본압착을 행한다. 이러한 본압착은 복수의 반도체 칩들에 대해 본압착을 행하기 때문에, 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치(2)가 행하는 접합보다 장시간을 필요로 하고, 이러한 본압착의 소요 시간은 예를 들면 16.1초이다. 따라서, 본압착 헤드(123)가 5개의 반도체 칩들에 대해 일괄하여 본압착을 행하기 위한 소요 시간은 16.5초이다.

상기 예시에 있어서, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)는, 가접합 헤드(113)가 가접합을 5회 행하는 16.5초 동안에 본압착 헤드(123)는 본압착을 1회 행할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)는, 예를 들면 2개의 반송 라인(130A, 130B)에 각각 배선 기판(140A, 140B)을 배치함으로써 이러한 배선 기판(140A, 140B)에 대해 교대로 가접합 공정 및 본압착 공정을 행할 수 있다.

보다 구체적으로 예를 들면, 본압착 헤드(123)가 배선 기판(140A)에 대해 5개의 반도체 칩들의 본압착을 행하고 있는 동안에, 가접합 헤드(113)는 배선 기판(140B)에 대해 5개의 반도체 칩들의 가접합을 행한다. 또한, 상술한 바와 같이, 5개의 반도체 칩들의 배선 기판(140A)에의 본압착 및 5개의 반도체 칩들의 배선 기판(140B)에의 가접합에 필요로 하는 시간은 같기 때문에, 양자는 동시에 종료된다.

이러한 경우, 배선 기판(140A)이 반송 라인(130A)을 통하여 가접합 헤드(113) 측으로 반송되고, 배선 기판(140B)이 반송 라인(130B)을 통하여 본압착 헤드(123) 측으로 반송된다. 따라서, 이번에는 상기와는 반대로 배선 기판(140A)에 대해 가접합 헤드(113)가 5개의 반도체 칩들의 가접합을 행하고, 배선 기판(140B)에 대해 본압착 헤드(123)가 5개의 반도체 칩들의 본압착을 행할 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)는 가접합 헤드(113)와 본압착 헤드(123)를 항상 가동 상태로 할 수 있어 생산성을 향상시키는 것이 가능하다.

이하에서는, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)의 생산성을 보다 명확하게 나타내기 위해, 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치(2)에서 설명한 경우와 동일한 경우에, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)가 한시간에 접합 가능한 반도체 칩의 수에 대해 산출한다.

구체적으로 배선 기판(140A, 140B)이 5행 × 14열의 반도체 칩 실장 위치를 갖고 있는 경우, 상기 도 3 및 4에서 설명한 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)가 하나의 반도체 칩을 배선 기판에 접합할 때에 필요로 하는 시간은 하기 식에 의해 3.38초로 산출된다. 또, 배선 기판(140A, 140B)의 교환에 걸리는 시간은 5초로 하였다. 또한, 배선 기판(140A, 140B)이 가접합 헤드(113) 측 및 본압착 헤드(123) 측을 왕복하기 위해 필요로 하는 시간은 짧은 시간이며, 가접합 헤드(113) 및 본압착 헤드(123)의 이동 시간 내에 종료되기 때문에, 하기 계산에는 집어넣지 않았다.

식 5

16.5(초)÷ 5(칩) = 3.3(초/칩)

식 5에서, 5개의 반도체 칩의 가접합 및 본압착을 포함하는 열압착 소요 시간은 16.5초이고, 하나의 반도체 칩의 열압착 소요시간은 3.3초이다.

식 6

3.3(초/칩) × 70(칩) + 5(초)) = 236(초)

식 6에서 3.3초는 하나의 반도체 칩의 열압착 소요 시간이며, 70칩은 배선 기판이 5행 × 14열일 경우 배선 기판에 실장되는 칩수이며, 5초는 배선 기판의 교환시간이다. 236초는 하나의 배선 기판에 반도체 칩을 열압착할 때 걸리는 시간이다.

식 7

236(초) ÷ 70(칩) = 3.38(초/칩)

식 7에서, 하나의 반도체 칩의 열압착 소요시간은 3.38초이다

나아가, 상기 도 3 및 4에서 설명한 본 발명의 실시형태에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)가 1시간에 접합 가능한 반도체 칩의 수는 이하의 식에 의해 1065[칩]으로 산출된다.

식 8

3600(초)÷ 3.38(초) ≒ 1065(칩)

식 8에서, 3600초(1시간)를 반도체 칩당 열접합 시간인 3.38초로 나누면 한시간에 대략 1065개의 반도체 칩을 열 접합할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시형태에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)는, 제1 비교예에 관한 반도체 칩 접합 장치(2)에 대해 장치의 제조 비용 및 장치 크기 등을 크게 하지 않고 대폭으로 생산성을 향상시키는 것이 가능하다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치의 적용예

도 5는 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치를 이용한 반도체 패키지(semiconductor package)의 3차원 실장을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩의 접합 모양을 도시한 도면이고, 도 9는 제2 비교예에 관한 반도체 칩의 접합 모양을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 5, 6 및 9를 참조하여 본 발명의 실시형태에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)가 적합하게 이용할 수 있는 반도체 칩과 배선 기판의 실장 방법에 대해 설명을 한다. 다만, 본 발명의 기술적 사상은 상기에서 예시한 3차원 실장에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상은 다른 다양한 실장 방법에 대해서도 적용하는 것이 가능함은 물론이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관한 반도체 칩 접합 장치(1)가 적합하게 이용할 수 있는 반도체 칩의 실장 방법은, 예를 들면 반도체 칩을 적층하는 3차원 실장이다. 구체적으로 3차원 실장이란, 배선 기판(300)에 미리 하층 칩(lower chip)(302)을 실장하고, 그 하층 칩(302) 상에 상층 칩(upper chip)(304)을 더 실장하는 실장 방법이다. 이러한 3차원 실장에 있어서, 상층 칩(304)을 실장할 때에 가열 및 가압을 이용하여 장시간 접합을 행할 필요가 있다.

여기서, 도 9에 도시된 바와 같은 제2 비교예에 관한 반도체 칩의 접합에서는, 예를 들면 배선 기판(310) 상의 모든 하층 칩(312)에 상층 칩(314)이 가접합된 후, 본압착 헤드(316)에 의해 하나의 열마다 본압착이 행해진다.

구체적으로 우선, 가접합 헤드에 의해 배선 기판(310) 상의 하층 칩(312)에 대해 「1」~「18」의 위치 번호순으로 상층 칩(314)이 가접합된다. 다음에, 본압착 헤드(316)에 의해 배선 기판(310) 상의 상층 칩(314)에 대해 「1」~「3」, 「4」~「6」, 「7」~「9」의 위치 번호마다 일괄하여 본압착이 행해진다.

예를 들면, 본압착 헤드(316)가 「4」~「6」의 위치 번호의 가접합된 반도체 칩을 본압착하는 경우, 본압착시에 가해진 열은 주위의 「1」~「3」 및 「7」~「9」의 위치 번호에 대해 전도된다. 여기서, 「1」~「3」의 위치 번호의 상층 칩(314)은 이미 본압착 및 금속 접합이 행해져 있기 때문에, 이러한 열전도는 「1」~「3」의 위치 번호의 상층 칩(314)에 대해 영향을 주지 않는다.

한편, 「7」~「9」의 위치 번호의 상층 칩(314)은 가접합 중이기 때문에, 이러한 열전도는 「7」~「9」의 위치 번호의 상층 칩(314)에 대해 접착제 용융 등에 의한 위치 어긋남 등을 발생시킨다. 따라서, 도 9에 도시된 제2 비교예에 관한 반도체 칩의 접합에서는 반도체 칩의 실장 정밀도 저하 및 실장 품질 열화 등이 발생할 수 있다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같은 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩의 접합에서는, 예를 들면 배선 기판(320)의 소정 영역마다(예를 들면, 하나의 열마다) 하층 칩(322)에 상층 칩(324)이 가접합된 후, 본압착 헤드(326)에 의해 하나의 열마다 본압착이 행해진다.

구체적으로 우선, 가접합 헤드에 의해 배선 기판(320) 상의 「1」~「3」의 위치 번호의 하층 칩(322)에 대해 상층 칩(324)이 가접합된다. 다음에, 본압착 헤드(326)에 의해 배선 기판(320) 상의 「1」~「3」의 위치 번호의 상층 칩(324)에 대해 일괄하여(동시에) 본압착이 행해진다.

이어서, 배선 기판(320) 상의 「4」~「6」의 위치 번호의 하층 칩(322)에 대해서도 마찬가지로 상층 칩(324)의 가접합이 가접합 헤드에 의해 행해지고, 그 후, 본압착 헤드(326)에 의해 일괄로 본압착이 행해진다.

예를 들면, 본압착 헤드(326)가 「4」~「6」의 위치 번호의 가접합된 상층 칩(324)을 본압착하는 경우, 본압착시에 가해진 열은 주위의 「1」~「3」 및 「7」~「9」의 위치 번호에 대해 전도된다. 여기서, 「1」~「3」의 위치 번호의 상층 칩(324)은 이미 본압착 및 금속 접합이 행해져 있기 때문에, 이러한 열전도는 「1」~「3」의 위치 번호의 상층 칩(324)에 대해 영향을 주지 않는다. 또한, 「7」~「9」의 위치 번호는 상층 칩(324)이 존재하지 않기 때문에, 이러한 열전도는 영향을 주지 않는다.

따라서, 도 6에 도시된 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩의 접합에서는, 접착제 용융 등에 의한 상층 칩(324)의 위치 어긋남 등이 발생하지 않기 때문에, 반도체 칩의 실장 정밀도 및 실장 품질을 향상시키는 것이 가능하다.

나아가 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩의 접합은, 예를 들면 주요면을 배선 기판 측으로 향하게 하여 실장되는 플립 칩에 대해 적합하게 이용할 수 있다. 이러한 플립 칩은 배선 기판에의 접합시에 가열 및 가압이 필요하기 때문에, 제2 비교예에서는 3차원 실장의 경우와 마찬가지로 본압착시의 열이 주위의 가접합 중인 반도체 칩에 전도되는 것에 의한 위치 어긋남 등을 발생시킬 가능성이 있다.

한편, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩의 접합에서는, 본압착시의 열이 전도되었다고 해도 주위 반도체 칩에 대해 영향을 주지 않는다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩의 접합은, 3차원 실장의 경우와 마찬가지로 플립 칩에서도 반도체 칩의 실장 정밀도 및 실장 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩의 접합은, 예를 들면 DAF(Die　Attach Film) 방법 및 NCF(Non Conductive Film) 방법 등의 열가소성 접착제를 이용하는 경우에서도 마찬가지로 반도체 칩의 실장 정밀도 및 실장 품질을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩의 접합은, 열경화성 접착제를 이용하는 경우에서도 마찬가지로 반도체 칩의 실장 정밀도 및 실장 품질을 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치는, 소정 영역 내에 가접합된 반도체 칩을 본압착할 때에 본압착되는 반도체 칩 이외에 가접합 중인 반도체 칩이 기판 상에 존재하지 않는다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치는 본압착시의 열이 주위에 전도되었다고 해도 주위에 가접합 중인 반도체 칩이 존재하지 않기 때문에, 반도체 칩의 위치 어긋남 등이 발생하지 않는다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치는 반도체 칩의 실장 정밀도 및 실장 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치는, 복수의 반송 라인에 각각 배선 기판을 배치함으로써, 이러한 배선 기판에 대해 교대로 가접합 공정 및 본압착 공정을 행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치는 가접합부 및 본압착부를 항상 가동 상태로 할 수 있고, 장치의 제조 비용 및 장치 크기 등을 크게 하지 않고 대폭으로 생산성을 향상시키는 것이 가능하다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치는, 예를 들면 열가소성 접착제 또는 열경화성 접착제를 이용하여 반도체 칩을 배선 기판에 접합할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 관한 반도체 칩 접합 장치는, 예를 들면 플립 칩 접합 및 3차원 실장에 있어서 범프(bump) 접합 또는 접착제 경화 등에 공정 시간을 길게 필요로 하는 접합을 행하는 경우에도 이용할 수 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시형태에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자이면, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.

또한, 참조 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 개략적으로 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.

본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형, 치환 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

1: 반도체 칩 접합 장치, 100 장치 제어부, 110 가접합부, 111: 가접합 갠트리113 가접합 헤드, 115: 칩 트레이, 117: 칩 카메라, 119: 위치 카메라, 120: 본압착부, 121: 본압착 갠트리, 123: 본압착 헤드, 130: 기판 반송부, 130A: 제1 반송 라인, 130B: 제2 반송 라인

Claims (10)

1. 배선 기판의 소정 영역에 적어도 하나의 반도체 칩을 가접합할 수 있게 구성된 가접합부;
   상기 소정 영역에 가접합된 상기 적어도 하나의 반도체 칩을 일괄로 상기 배선 기판에 본압착할 수 있게 구성된 본압착부; 및
   상기 반도체 칩이 가접합된 배선 기판을 상기 본압착부로 반송하고, 상기 반도체 칩이 본압착된 배선 기판을 상기 가접합부로 반송할 수 있게 구성된 기판 반송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 접합 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 기판 반송부는 복수개의 배선 기판들을 각각 반송하는 복수개의 반송 라인들을 구비하고,
   상기 가접합부 및 상기 본압착부는 상기 복수개의 반송 라인들에 대해 각각 가접합 및 본압착을 행할 수 있게 구성되어 있고,
   상기 가접합부가 하나의 상기 반송 라인에서 가접합을 수행하고 있는 경우, 상기 본압착부는 다른 하나의 상기 반송 라인에서 본압착을 수행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 접합 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 본압착부는 열압착에 의해 본압착을 수행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 접합 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 배선 기판과 상기 반도체 칩의 접합에 이용하는 접착제는 열가소성 접착제 또는 열경화성 접착제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 접합 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 기판 반송부는 제1 방향으로 상기 배선 기판을 반송하고, 상기 가접합부가 갖는 가접합 헤드 및 상기 본압착부가 갖는 본압착 헤드는 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 가동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 접합 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 배선 기판은 매트릭스 배치로 상기 반도체 칩이 접합되도록 구성되고, 상기 반도체 칩이 접합되는 상기 배선 기판의 소정 영역은 상기 매트릭스 배치의 하나의 열 또는 복수개의 열들인 것을 특징으로 하는 반도체 칩 접합 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 반도체 칩은 주요면을 상기 배선 기판 측으로 향하게 한 플립 칩으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 칩 접합 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 배선 기판은 하층 반도체 칩 상에 상층 반도체 칩이 실장된 3차원 실장이 행해지도록 구성된 기판이고,
   상기 가접합부 및 본압착부는 상기 배선 기판에의 상기 하층 반도체 칩의 접합 또는 상기 하층 반도체 칩 상에의 상기 상층 반도체 칩의 접합을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 칩 접합 장치.
9. 배선 기판의 제1 소정 영역에 적어도 하나의 반도체 칩을 가접합하는 가접합 공정을 수행하는 단계;
   상기 반도체 칩이 가접합된 배선 기판을 본압착부으로 반송하는 단계;
   상기 제1 소정 영역에 가접합된 상기 적어도 하나의 반도체 칩을 일괄로 상기 배선 기판에 본압착하는 본압착 공정을 수행하는 단계; 및
   상기 반도체 칩이 본압착된 배선 기판을 상기 가접합 공정을 수행하는 가접합부로 반송하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 접합 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 가접합부로 반송하는 단계 후에, 상기 배선 기판의 제2 소정 영역에 대하여도 상기 가접합 공정을 수행하는 단계, 상기 본압착부 반송 단계, 및 상기 본압착 공정 수행 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 접합 방법.

Images