KR20150014062A - 반도체 다이본딩용 히터블럭 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 칩을 리드 프레임(Lead Frame) 상에 가열 접착하기 위한 히터블럭에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히터블럭을 구성함에 있어, 그 재질을 은에 비해 저렴한 동합금재를 사용하고 리드 프레임이 안착되는 상부면을 티타늄계 코팅층을 형성함으로써, 히터블럭 제조상의 단가 절감을 가져오면서도 열전도성의 향상과 우수한 표면도 및 높은 표면경도를 얻을 수 있게 하고, 리드 프레임으로의 고른 열기의 전달로 온도편차의 감소와 이에 따른 에폭시 접착제의 균일한 접착력의 확보가 가능하게 하며, 표면경도가 향상되어 내구성 향상 등 히터블럭 수명의 연장을 가져오게 하기 위한 반도체 다이본딩용 히터블럭에 관한 것이다.

Description

반도체 다이본딩용 히터블럭{Heater Block For Die Bonding Of Semiconductor}

본 발명은 반도체 칩을 리드 프레임(Lead Frame) 상에 가열 접착하기 위한 히터블럭에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히터블럭을 구성함에 있어, 열전도성이 뛰어나면서도 표면을 우수한 경도를 가지는 표면코팅층을 형성함으로써, 반도체 칩과 리드 프레임간의 균일한 접착이 가능하게 하며, 저렴한 비용으로의 히터블럭 제조가 가능하게 하며, 특히 우수한 표면경도를 가지게 하여 그 내구성 향상 등 수명연장을 가져오게 하는 반도체 다이 본딩용 히터블럭에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 패키지의 구조는 웨이퍼에서 소잉된 각 반도체 칩을 리드 프레임에 에폭시와 같은 접착수단으로 접착되어 있고, 이 접착된 반도체 칩의 본딩패드와 상기 리드 프레임의 리드간에 와이어가 연결되어 있으며, 상기 받도체 칩과 와이어 등은 몰딩 컴파운드 수지로 몰딩되어 감싸여진 구조로 이루어져 있다.

한편, 상기와 같이 반도체 칩을 리드 프레임에 접착하기 위해서는 통상적으로 다이본딩(Die Bonding) 방식이 적용되고 있다.

즉, 상기와 같은 다이본딩은, 히터가 내장된 반도체 장비에, 내부에는 진공 흡입력을 부여하는 진공홀이 형성된 히터블럭을 결합 및 그 히터블럭의 상부에 리드 프레임을 진공 흡착한 상태에서, 리드 프레임의 상면에 에폭시 접착제를 도포하고 가열하여 반도체 칩을 접착하게되는 것으로, 이렇게 반도체 칩 다이본딩 과정에서 사용되는 히터블럭은, 실용신안등록 제20-0156143호, 특허출원공개 제10-2005-0025522호와 같이 제안된 바 있다.

그러나, 상기와 같은 통상의 히터블럭은, 그 히터블럭을 구성함에 있어 탄소강 계열의 금속합금을 이용하고 있는데, 이러한 급속합금은 리드 프레임 전체면에 고르게 열을 전달하여야 하는 것이나, 열전도성이 좋지 못하여 ±5°이상 까지의 온도 편차의 발생 등 균일한 열의 전달이 이루어지지 못하였으며, 이러한 불균형 열전달은 반도체 칩과 리드 프레임 사이에 위치한 액상의 에폭시 접착제가 불균일하게 응고 접착되어 보이드(Void)가 발생하는 등 접착상의 문제와, 반도체 칩의 완제품을 사용하는 과정에서 주변 온도 및 습도 등 환경 변화에 따른 수축 및 팽창에 의하여 반도체 칩이 파손되는 등의 심각한 문제점이 발생하였다.

이에, 상기와 같은 제반 문제점을 개선하기 위해 열전도성이 뛰어난 은과 텅스텐 합금을 이용함으로 온도편차를 ±2°이내로 낮출 수 있었다.

그러나, 상기와 같은 은, 텅스텐 합금의 경우 소재의 비용이 비교적 고가에 해당하는 특성상 히터블럭 제조상에 있어 상당한 비용이 투입되어야 하는 문제점과 장기간 사용시 히터블럭 표면 흡집이 쉽게 발생하는 등 내구성 저하에 따른 수명이 짧으며, 이를 지속적으로 사용할 경우에는 반도체 제품의 품질 저하를 가져오는 매우 심각한 문제점이 있었다.

대한민국실용신안등록공보 제20-156143호. 대한민국특허출원공개공보 제10-2005-0025522호.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 히터블럭을 구성함에 있어, 그 재질을 은에 비해 저렴한 동합금재를 사용하고 리드 프레임이 안착되는 상부면을 티타늄계 코팅층을 형성함으로써, 히터블럭 제조상의 단가 절감을 가져오면서도 열전도성의 향상과 우수한 표면도 및 높은 표면경도를 얻을 수 있게 하고, 리드 프레임으로의 고른 열기의 전달로 온도편차의 감소와 이에 따른 에폭시 접착제의 균일한 접착력의 확보가 가능하게 하며, 표면경도가 향상되어 내구성 향상 등 히터블럭 수명의 연장을 가져오게 하기 위한 반도체 다이본딩용 히터블럭을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

내부에는 상부로 개방되는 다수의 진공홀이 형성되고, 별도로 내부에 히터가 내장된 반도체 장비에 설치되어 리드 프레임에 반도체 칩을 접착하는 히터블럭에 있어서,

상기 히터블럭을, CuNiBe 합금 또는 CuBe 합금 또는 CuNiSiCr 합금 중 어느 하나로 된 동합금재로 구성하고, 그 상부면에 티타늄계 코팅층을 형성함으로 달성할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명 반도체 다이본딩용 히터블럭은, 히터블럭이 비교적 저렴한 단가의 동합금으로 구성되어 있어, 은에 비해 저렴한 재료를 사용함으로 제작 단가의 하락을 가져오며, 우수한 열전도성을 가지고 있어 리드 프레임으로의 고른 열기의 전달 및 이에 따란 에폭시의 균일한 접착력이 확보되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

또한, 히터블럭의 표면에 티타늄계 코팅층이 형성되어 있어, 장기간 사용하더라도 표면 마모가 최소화되는 등 히터블럭의 수명이 현격히 연장되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명 반도체 다이본딩용 히터블럭을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명 반도체 다이본딩용 히터블럭을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명 반도체 다이본딩용 히터블럭의 사용상태도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 반도체 다이본딩용 히터블럭을 나타낸 사시도 이고, 도 2는 본 발명 반도체 다이본딩용 히터블럭을 나타낸 단면도이다.

도 1 및 도 2의 도시와 같이 본 발명 반도체 다이본딩용 히터블럭(100)은, 내부에 수직방향으로 다수의 진공홀(102)이 마련된 히터블럭으로부터,

상기 히터블럭(100)을 동(구리)합금재로 구성하되, 그 동합금재로는 CuNiBe 합금 또는 CuBe 합금 또는 CuNiSiCr 합금 중 어느 하나의 동합금재로 구성된다.

이때, 상기 CuNiBe 합금은, 주재료인 Cu(구리) 97.8중량%와, Ni(니켈) 1.8중량%와, Be(벨릴륨) 0.4 중량%로 구성할 수 있다.

또한, 상기 CuBe 합금은, 주재료인 Cu(구리) 98중량%와, Be(벨릴륨) 2중량%로 구성할 수 있다.

또한, CuNiSiCr 합금은, 주재료인 Cu(구리) 96.5중량%와, Ni(니켈) 2.4중량%와 Si(규소) 0.6중량%와 Cr(크롬) 0.5중량%로 구성할 수 있다.

즉, 히터블럭(100)은, Cu(구리)를 주재료로 한 합금재로 구성하되, 알려진바와 같이 구리는 금속의 열전도율 중에 은 다음으로 높은 열전도율을 가지고 있는바, 히터블럭으로 적용시 은과 가장 근접한 열전도율을 가질 수 있으면서, 은보다 저렴하여 히터블럭(100) 제조상의 단가를 하락시킬 수 있다.

또한, 상기 히터블럭(100)의 상부면 즉, 리드 프레임(도면중 미도시함)이 안착되는 면은 히터블럭(100)의 표면경도를 향상시켜주기 위해 코팅 처리한 것인데, 이때 코팅은 티타늄계 코팅층(110)을 형성한다.

여기서, 티타늄계 코팅층(110)은, TIC(Titanium carbide) 코팅 또는 TiCN(Titanium Carbonitride Coating) 코팅 중 어느 하나로 코팅 처리함으로 히터블럭(100)의 피막형성 및 표면경도를 한층 향상시킬 수 있다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명 반도체 다이본딩용 히터블럭의 작용을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명 반도체 다이본딩용 히터블럭의 사용상태도로서,

도 3의 도시와 같이 본 발명 히터블럭(100)은, 반도체 제조공정 중 단위공정의 하나로 리드 프레임(20) 상면에 반도체 칩(30)을 접착하기 위해 사용된다.

즉, 히터(11)가 내장된 반도체 장비(10)의 상부에는 히터블럭(100)이 설치되는 것이고, 그 히터블럭(100)의 상부면에는 리드 프레임(20)이 흡착 장착된다.

이때, 리드 프레임(20)은 별도의 진공장치(도면중 미도시함)를 이용하여 진공홀(102)에 흡입력을 부여함으로 리드 프레임(20)을 히터블럭(100)의 상부면에 흡착 고정할 수 있는 것이다.

이후, 상기 리드 프레임(20)의 상부면에 반도체 칩(30)을 접착하기 위한 접착제를 도포하되, 여기서 사용되는 접착제는 통상적으로 사용되는 에폭시 접착제(40)를 사용하면 된다.

이후, 상기 에폭시 접착제(40)의 상부에 반도체 칩(30)을 적층 접착하면 되는 것으로, 반도체 장비(10)에 내장된 히터(11)를 작동시키게 되면, 그 히터(11)에 의해 히터블럭(100)이 가열되는 것이며, 그 가열된 히터블럭(100)으로 인해 리드 프레임(20)에 열을 가하며 에폭시 접착제(40)를 응고시켜 리드 프레임(20)에 반도체 칩(30)을 접착시키게 되는 것이다.

한편, 상기와 같이 반도체 칩(30)을 접착하는 과정에서 히터(11)에 의해 가열된 히터블럭(100)은 에폭시 접착제(40)에 열을 가하기 위해 리드 프레임(20)에 열을 전달하게 되는 것인데,

이때 본 발명 히터블럭(100)은, 그 재질이 CuNiBe 합금 또는 CuBe 합금 또는 CuNiSiCr 합금 중 어느 하나의 동합금으로 이루어진 특성상 높은 열전도율을 가지고 있는 것인바, 이러한 높은 열전도율은 리드 프레임(20)으로의 균일한 열전도가 가능한 것이며, 이렇게 고른 열전도율에 의해 리드 프레임(20)에 전해지는 온도편차가 ±2°이내로 낮출 수 있는 것이다.

즉, 상기와 같이 균일한 열전도에 의해 에폭시 접착제(40)의 균일한 분포 및응고 상태를 얻을 수 있으며, 이에 따라 에폭시 접착제(40)의 보이드(Void) 발생이 방지되고, 긴밀한 반도체 칩(30)의 접착이 가능한 것이다.

한편, 상기와 같이 사용되는 히터블럭(100)은, 리드 프레임(20)이 안착되는 상부면에 IC 코팅 또는 TiCN 코팅 중 어느 하나로 코팅 처리된 티타늄계 코팅층(110)이 형성되어 있는 것인바, 우수한 표면도에 따른 리드 프레임(20)의 흡착력 향상과, 우수한 경도에 의해 장기간 반복하여 사용하더라도 표면 흡집 등이 방지되는 것이며, 이에 따른 히터블럭의 수명 연장을 가져오게 되는 것이다.

10 : 반도체 장비 11 : 히터
20 : 리드 프레임 30 : 반도체 칩
40 : 에폭시 접착제
100 : 히터블럭 102 : 진공홀
110 : 티타늄계 코팅층

Claims (3)

1. 내부에는 상부로 개방되는 다수의 진공홀(102)이 형성되고, 별도로 내부에 히터가 내장된 반도체 장비에 설치되어 리드 프레임에 반도체 칩을 접착하는 히터블럭에 있어서,
   상기 히터블럭(100)을, CuNiBe 합금 또는 CuBe 합금 또는 CuNiSiCr 합금 중 어느 하나로 된 동합금재로 구성하고, 그 상부면에 티타늄계 코팅층(110)을 형성함을 특징으로 하는 반도체 다이본딩용 히터블럭.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 CuNiBe 합금은, Cu 97.8중량%와 Ni 1.8중량%와 Be 0.4 중량%로 구성하고,
   상기 CuBe 합금은, Cu 98중량%와 Be 2중량%로 구성하며,
   상기 CuNiSiCr 합금은, Cu 96.5중량%와, Ni 2.4중량%와 Si 0.6중량%와 Cr 0.5중량%로 구성함을 특징으로 하는 반도체 다이본딩용 히터블럭.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 티타늄계 코팅층(110)은,
   TIC 코팅 또는 TiCN 코팅 중 어느 하나로 코팅 처리하여 구성함을 특징으로 하는 반도체 다이본딩용 히터블럭.
   

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