KR20190116235A

KR20190116235A - 반도체 칩 본딩 장치 및 반도체 칩 본딩 방법

Info

Publication number: KR20190116235A
Application number: KR1020190124596A
Authority: KR
Inventors: 안근식
Original assignee: 주식회사 프로텍
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2019-10-08
Publication date: 2019-10-14
Also published as: KR102221588B1

Abstract

본 발명은 반도체 칩 본딩 장치 및 반도체 칩 본딩 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 칩을 기판 또는 다른 반도체 칩의 상면에 본딩하는 반도체 칩 본딩 장치 및 반도체 칩 본딩 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 반도체 칩 본딩 장치 및 반도체 칩 본딩 방법은 반도체 칩을 기판 또는 다른 반도체 칩에 빠르고 정확하게 본딩하여 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

반도체 칩 본딩 장치 및 반도체 칩 본딩 방법{Apparatus for Bonding Semiconductor Chip and Method for Bonding Semiconductor Chip}

본 발명은 반도체 칩 본딩 장치 및 반도체 칩 본딩 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 칩을 기판 또는 다른 반도체 칩의 상면에 본딩하는 반도체 칩 본딩 장치 및 반도체 칩 본딩 방법에 관한 것이다.

전자제품이 소형화되면서 와이어 본딩을 사용하지 않는 플립칩 형태의 반도체 칩이 널리 사용되고 있다. 이와 같은 플립칩(flip chip) 형태의 반도체 칩은 반도체 칩의 하면에 솔더 범프 형태의 다수의 전극이 형성되어 역시 기판에 형성된 솔더 범프에 대응하는 위치에 본딩하는 방식으로 기판에 실장된다. 또한, 실리콘 관통 전극(TSV; Though Silicon Via) 형태로 제작된 반도체 칩의 경우 반도체 칩 위에 반도체 칩을 적층(Chip on Chip)하여 상하의 반도체 칩들의 솔더 범프를 본딩하는 방법이 사용되고 있다.

이와 같이 얇은 반도체 칩을 기판 또는 다른 반도체 칩 위에 본딩하는 방법으로서 열 압착 본딩(TCB: Thermal Compression Bonding) 방법이 종래에 사용되고 있다. 이와 같은 열 압착 본딩은 반도체 칩을 가열할 수 있는 히터를 구비한 본딩 헤드로 반도체 칩의 상면을 흡착하여 기판 위에 배치하고 가압한 상태에서 반도체 칩을 가열하는 방법이다. 반도체 칩을 가열하면 반도체 칩 또는 기판의 솔더 범프가 녹으면서 본딩이 이루어진다. 솔더 범프가 녹는 온도까지 반도체 칩을 본딩 헤드로 가열한 후에는 다시 솔더 범프가 경화될 때까지 본딩 헤드로 반도체 칩을 가압하는 상태를 유지하여야 한다. 이때 반도체 칩의 온도가 떨어지도록 본딩 헤드의 히터는 작동을 중지한다.

이와 같이 열 압착 본딩 방법은 반도체 칩의 가열과 냉각을 진행하는 동안 본딩 헤드로 반도체 칩을 가압한 상태를 유지하여야 하므로 작업 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다. 또한 본딩 헤드로 반도체 칩을 가열하는 방식도 열전도 방식을 사용하므로 반도체 칩을 가열하고 다시 냉각하는 데에 비교적 긴 시간이 소요된다. 통상 열 압착 본딩 방법으로 반도체 칩을 본딩하는 데에는 수십초 이상의 시간이 소요된다.

또한, 비교적 오랜 시간 반도체 칩을 가열하는 것으로 인해 반도체 칩을 손상시키는 문제점도 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 빠르고 안정적으로 반도체 칩을 기판 또는 다른 반도체 칩 위에 본딩할 수 있는 반도체 칩 본딩 장치 및 반도체 칩 본딩 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체 칩 본딩 장치는, 기판 위에 비전도성 수지층과 반도체 칩이 순차적으로 적층된 복수의 칩-기판 조립체의 하면을 고정하는 고정부재; 상기 고정부재의 상측에 배치되고, 레이저 빔이 투과할 수 있는 투과부를 구비하는 가압부재; 상기 복수의 칩-기판 조립체의 반도체 칩을 기판에 대해 가압하여 상기 반도체 칩과 기판 중 어느 하나의 솔더 범프가 상기 비전도성 수지층을 뚫고 나머지 하나에 전기적으로 접촉할 수 있도록 상기 고정부재와 가압부재 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 승강하는 승강부재; 및 상기 가압부재에 의해 가압된 상기 칩-기판 조립체에 상기 가압부재의 투과부를 통해서 상기 레이저 빔을 조사하여 상기 반도체 칩과 기판 중 어느 하나의 솔더 범프를 나머지 하나에 본딩하는 레이저 헤드;를 포함하는 점에 특징이 있다.

또한, 본 발명에 의한 반도체 칩 본딩 방법은, (a) 반도체 칩의 하면과 기판의 상면 중 어느 하나에 비전도성 수지층을 형성하는 단계; (b) 상기 기판 위에 상기 반도체 칩을 배치하여 상기 기판과 비전도성 수지층과 반도체 칩이 순차적으로 적층된 복수의 칩-기판 조립체를 마련하는 단계; (c) 상기 복수의 칩-기판 조립체를 고정부재 위에 배치하여 상기 고정부재로 고정하는 단계; (d) 상기 반도체 칩과 기판 중 어느 하나의 솔더 범프가 상기 비전도성 수지층을 뚫고 나머지 하나에 전기적으로 접촉할 수 있도록 상기 고정부재의 상측에 배치되고 레이저 빔이 투과할 수 있는 투과부를 구비하는 가압부재와 상기 고정부재 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 승강부재에 의해 근접시키는 단계; 및 (e) 상기 가압부재와 고정부재의 사이의 칩-기판 조립체에 상기 가압부재의 투과부를 통해서 레이저 헤드에 의해 레이저 빔을 조사하여 상기 반도체 칩과 기판 중 어느 하나의 솔더 범프를 나머지 하나에 본딩하는 단계;를 포함하는 점에 특징이 있다.

본 발명에 의한 반도체 칩 본딩 장치 및 반도체 칩 본딩 방법은 반도체 칩을 기판 또는 다른 반도체 칩에 빠르고 정확하게 본딩하여 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 칩 본딩 장치의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 반도체 칩 본딩 장치의 가압부재의 평면도이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 반도체 칩 본딩 장치에 의해 본딩되는 칩-기판 조립체의 일례를 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 도 1에 도시된 반도체 칩 본딩 장치에 의해 본딩되는 칩-기판 조립체의 각각 다른 예를 도시한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 반도체 칩 본딩 장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 칩 본딩 장치의 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 반도체 칩 본딩 장치의 가압부재의 평면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 반도체 칩 본딩 장치에 의해 본딩되는 칩-기판 조립체의 일례를 도시한 것이다.

본 실시예의 반도체 칩 본딩 장치는 레이저 빔을 이용하여 기판(11)에 반도체 칩(13)을 플립칩 형태로 본딩하거나, 실리콘 관통 전극(TSV; Though Silicon Via) 형태로 제작된 반도체 칩(13)을 서로 적층하여 본딩하기 위한 장치이다. 이하에서는 먼저 기판(11)에 반도체 칩(13)을 본딩하는 경우를 예로 들어 설명한다.

기판(11)과 반도체 칩(13)에는 각각 솔더 범프(111, 131)가 형성되어 있어서, 레이저 빔에 의해 전달되는 에너지에 의해 솔더 범프(111, 131)가 순간적으로 녹았다가 굳으면서 반도체 칩(13)이 기판(11)에 본딩된다. 이때, 기판(11) 위에는 도 3에 도시한 것과 같이 비전도성 수지층(12)과 반도체 칩(13)이 순차적으로 적층된다. 즉, 기판(11)과 반도체 칩(13)의 사이에는 비전도성 수지층(12)이 배치된다. 비전도성 수지층(12)은 비전도성 필름(NCF; Non Conductive Film)이 사용될 수도 있고 비전도성 페이스트(NCP; Non Conductive Paste)가 사용될 수도 있다. 비전도성 필름을 사용하는 경우에는 기판(11)의 상면 또는 반도체 칩(13)의 하면에 비전도성 필름이 부착된 상태로 반도체 칩(13)을 기판(11)에 적층한다. 비전도성 페이스트를 사용하는 경우에는 기판(11)의 상면에 비전도성 페이스트를 도포한 후에 반도체 칩(13)을 기판(11)에 적층한다. 본 실시예에서는 반도체 칩(13)의 하면에 부착되는 비전도성 필름 형태의 비전도성 수지층(12)이 형성되는 칩-기판 조립체(10)의 경우를 예로 들어 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체 칩 본딩 장치는 고정부재(100)와 가압부재(200)와 승강부재(300)와 레이저 헤드(400)를 포함하여 이루어진다.

고정부재(100)는 복수의 칩-기판 조립체(10)의 하면을 고정하는 장치이다. 본 실시예의 경우 복수의 칩-기판 조립체(10)들의 기판(11)이 서로 연결되어 있는 형태의 칩-기판 조립체(10)들에 대해 본딩 작업을 수행하는 경우를 예로 들어 설명한다.

본 실시예의 고정부재(100)는 진공 흡착 방식으로 기판(11)의 하면을 지지하여 고정한다. 기판(11)의 솔더 범프(111, 131)(11)가 형성된 위치에 맞추어 반도체 칩(13)들이 비전도성 수지층(12) 위에 배치된 상태의 칩-기판 조립체(10)가 고정부재(100)에 공급되어 흡착 고정된다. 비전도성 수지층(12)의 점성 또는 점착성에 의해 반도체 칩(13)들은 기판(11)에 임시 접착된 상태가 된다. 비교적 큰 진동이나 외력이 가해지지 않는 한 기판(11)에 배치된 반도체 칩(13)들은 비전도성 수지층(12)의 작용에 의해 흔들리지 않고 그 위치가 유지된다.

고정부재(100)의 상측에는 가압부재(200)가 배치된다. 도 2를 참조하면 가압부재(200)는 투과부(210)와 마스크부(220)를 구비한다. 투과부(210)는 레이저 빔이 투과할 수 있는 투명 재질로 구성된다. 레이저 빔을 투과시키는 용도로 널리 사용되는 쿼츠(quartz)가 투과부(210)의 재료로 사용될 수 있다. 마스크부(220)는 레이저 빔이 투과할 수 없는 불투명 재질로 형성된다. 마스크부(220)는 투과부(210)를 지지할 수 있도록 구성된다. 도 3을 참조하면, 투과부(210)는 하측의 고정부재(100)에 의해 고정된 칩-기판 조립체(10)의 반도체 칩(13)과 일대일로 대응하는 영역에 배치된다.

마스크부(220)는 그 투과부(210)들을 평면적으로 지지하도록 구성된다. 또한, 상술한 바와 같이 마스크부(220)는 불투명 재질로 형성된다. 마스크부(220)는 칩-기판 조립체(10)들이 사이에 대응하는 영역에 배치된다. 마스크부(220)는 투과부(210)를 제외한 영역으로는 레이저 빔이 통과하는 것을 방지하는 역할을 한다. 투과부(210)의 하면은 평면 형태로 형성된다. 후술하는 승강부재(300)의 작동에 의해 가압부재(200)를 이용하여 칩-기판 조립체(10)의 반도체 칩(13)을 가압할 때 하면이 평평하게 형성된 투과부(210)에 의해 반도체 칩(13)을 균일하게 평면적으로 가압하게 된다.

승강부재(300)는 고정부재(100)를 상하로 승강하는 역할을 한다. 칩-기판 조립체(10)의 기판(11)이 고정부재(100)에 흡착 고정된 상태에서 승강부재(300)가 고정부재(100)를 상승시켜 가압부재(200)에 밀착시키는 방법으로 칩-기판 조립체(10)의 반도체 칩(13)들을 가압하게 된다. 승강부재(300)가 고정부재(100)를 가압부재(200)에 대해 가압하면, 반도체 칩(13)의 솔더 범프(111, 131)와 기판(11)의 솔더 범프(111, 131)가 각각 비전도성 수지층(12)을 뚫고 서로 전기적으로 접촉하게 된다.

레이저 헤드(400)는 가압부재(200)의 상측에 배치된다. 레이저 헤드(400)는 레이저 빔을 발생시켜 가압부재(200)의 투과부(210)를 통해 그 하측의 반도체 칩(13)에 전달한다. 레이저 빔에 의해 전달되는 에너지에 의해 기판(11)의 솔더 범프(111)와 반도체 칩(13)의 솔더 범프(131)가 순간적으로 녹으면서 반도체 칩(13)이 기판(11)에 본딩된다.

레이저 헤드(400)는 헤드 이송부재(500)에 설치된다. 헤드 이송부재(500)는 레이저 헤드(400)를 수평 방향으로 이송한다. 레이저 헤드(400)는 가압부재(200)의 상측에서 복수의 투과부(210)에 대해 동시에 레이저 빔을 조사할 수도 있고, 각 투과부(210)마다 순차적으로 레이저 빔을 조사할 수도 있다. 헤드 이송부재(500)는 레이저 헤드(400)를 이송하여 레이저 빔이 조사되어야 할 위치로 레이저 헤드(400)를 이송한다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 반도체 칩 본딩 장치를 이용하여 기판(11)에 반도체 칩(13)을 본딩하는 반도체 칩 본딩 방법에 대해 설명한다.

먼저, 반도체 칩(13)의 하면에 비전도성 필름(NCF)을 부착하여 비전도성 수지층(12)을 형성한다((a) 단계). 상술한 바와 같이 비전도성 필름은 기판(11)의 상면에 부착될 수도 있다. 본 실시예에서는 도 3에 도시한 것과 같이 반도체 칩(13)의 하면에 비전도성 필름을 부착하여 비전도성 수지층(12)을 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다.

이와 같이 하면에 비전도성 수지층(12)이 부착된 반도체 칩(13)들을 각각 기판(11) 위에 배치하여 기판(11), 비전도성 수지층(12) 및 반도체 칩(13)이 순차적으로 적층된 복수의 칩-기판 조립체(10)를 마련한다((b) 단계). 도 1에는 하나의 기판(11) 위에 복수의 비전도성 수지층(12)과 반도체 칩(13)이 적층되어 복수의 칩-기판 조립체(10)가 마련된 구조가 도시되어 있고, 도 3에는 복수의 칩-기판 조립체(10)들 중 하나를 확대한 단면도가 도시되어 있다. 이때, 기판(11)의 솔더 범프(111)와 반도체 칩(13)의 솔더 범프(131)는 서로 대응하는 위치에 마주하도록 배치된다. 비전도성 수지층(12)의 점착력에 의해 반도체 칩(13)은 기판(11)의 상면에 임시로 붙어 있는 상태가 된다.

이와 같이 (b) 단계가 완료된 복수의 칩-기판 조립체(10)를 도 1 및 도 3에 도시한 것과 같이 고정부재(100) 위에 배치하여 기판(11)의 하면을 고정부재(100)로 고정한다((c) 단계). 고정부재(100)는 기판(11)의 하면을 진공 흡착하는 방법으로 칩-기판 조립체(10)를 고정한다.

이와 같이 고정부재(100)에 칩-기판 조립체(10)가 고정된 상태에서 승강부재(300)로 고정부재(100)를 상승시켜 반도체 칩(13)들을 가압부재(200)에 근접시키는 방법으로 칩-기판 조립체(10)들을 기판(11)에 대해 가압한다((d) 단계). 승강부재(300)의 작용에 의해 반도체 칩(13)과 기판(11) 중 어느 하나의 솔더 범프(111, 131)가 비전도성 수지층(12)을 뚫고 나머지 하나에 전기적으로 접촉하게 된다. 본 실시예의 경우 도 4에 도시한 것과 같이 반도체 칩(13)의 솔더 범프(131)와 기판(11)의 솔더 범프(111)가 각각 비전도성 수지층(12)을 뚫고 서로 접촉하게 된다. 결과적으로 반도체 칩(13)의 솔더 범프(131)와 기판(11)의 솔더 범프(111)는 전기적으로 연결된다. 또한, 비전도성 수지층(12)에 의해 반도체 칩(13)의 솔더 범프(131)들은 서로 전기적으로 절연되고, 기판(11)의 솔더 범프(111)들도 서로 전기적으로 절연된다. 비전도성 수치층(12)은 반도체 칩(13)에서 발생하는 열을 방출하는 역할을 수행하고 반도체 칩(13)과 기판(11)에 가해질 수 있는 충격을 완화시키는 역할을 수행한다.

이와 같은 상태에서 레이저 헤드(400)에서 레이저 빔을 조사하여 반도체 칩(13)의 솔더 범프(131)와 기판(11)의 솔더 범프(111)를 서로 본딩한다((e) 단계). 레이저 헤드(400)에서 조사된 레이저 빔은 가압부재(200)의 투과부(210)를 통해서 칩-기판 조립체(10)에 전달된다. 레이저 빔에 의해 전달된 에너지에 의해 기판(11)과 반도체 칩(13)의 솔더 범프(111, 131)들이 순간적으로 녹았다 굳으면서 도 4에 도시한 것과 같이 반도체 칩(13)들이 기판(11)에 본딩된다. 레이저 빔에 의해 순간적으로 반도체 칩(13) 또는 기판(11)의 온도가 상승하면서 열변형이 발생할 수 있으나, 상술한 바와 같이 가압부재(200)의 투과부(210)가 반도체 칩(13)을 누르고 있는 상태이므로 반도체 칩(13)의 열변형에 의한 뒤틀림이나 휘어짐이 방지되면서 반도체 칩(13)은 안정적으로 기판(11)에 본딩된다. 이와 같은 방법으로 솔더 범프(111, 131)의 본딩 불량의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시예의 반도체 칩 본딩 장치 및 반도체 칩 본딩 방법에 의하면, 종래의 히팅 블록을 이용하여 열전도 방식으로 반도체 칩을 가열하는 방식과 달리 레이저 빔을 이용하여 반도체 칩(13)을 가열하고 솔더 범프(111, 131)들을 가열하기 때문에 매우 짧은 시간 내에 칩-기판 조립체(10)의 본딩 작업을 수행할 수 있는 장점이 있다. 또한 열전도 방식을 사용하지 않고 레이저 빔의 에너지를 직접 전달하는 방식을 사용하므로 솔더 범프(111, 131)들의 온도를 열전도 방식에 비해 비약적으로 빠른 속도로 높일 수 있고, 레이저 빔의 조사를 중단함으로써 매우 빠른 속도로 솔더 범프(111, 131)들의 온도를 낮출 수 있다. 이와 같은 방법으로 본 발명의 반도체 칩 본딩 장치 및 반도체 칩 본딩 방법은 종래에 비해 수십배 이상의 빠른 속도로 반도체 칩 본딩 작업을 수행할 수 있는 장점이 있다. 또한, 반도체 칩(13)에 열을 가하는 시간이 매우 짧기 때문에 반도체 칩(13)이 열에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

앞에서 설명한 바와 같이, 가압부재(200)는 투과부(210)와 마스크부(220)로 구성되고 레이저 빔은 투과부(210)만을 통과할 있도록 구성된다. 따라서, 레이저 헤드(400)에서 조사되는 레이저 빔은 가압부재(200)의 투과부(210)를 통과해서 그 투과부(210) 하측에 배치된 칩-기판 조립체(10)에만 전달된다. 이와 같이 투과부(210)와 마스크부(220)로 구성된 고정부재(100)를 이용함으로써 레이저 빔의 에너지가 전달될 필요가 없는 기판(11) 부분에 레이저 빔이 조사되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상술한 바와 같은 가압부재(200)를 이용하여 복수의 칩-기판 조립체(10)들을 동시에 기판(11)에 본딩하도록 (e) 단계를 수행하는 것도 가능하다. 레이저 헤드(400)를 조작하여 레이저 빔의 조사 면적을 넓히면 2개 이상의 칩-기판 조립체(10)에 대해 동시에 레이저 빔을 조사할 수 있다. 상술한 바와 같이 고정부재(100)의 마스크부(220)에 의해 칩-기판 조립체(10)의 반도체 칩(13)과 대응하는 영역 이외의 영역은 레이저 빔이 통과할 수 없으므로, 넓은 영역에 레이저 빔을 조사하여도 본딩이 필요한 반도체 칩(13)에만 레이저 빔의 에너지를 전달하는 것이 가능하다. 이와 같은 방법으로 복수의 반도체 칩(13)을 동시에 기판(11)에 본딩함으로써 전체적으로 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다. 경우에 따라서는 도 2에 도시한 것과 같은 가압부재(200) 전체에 레이저 빔을 조사하여 가압부재(200)에 의해 가압된 칩-기판 조립체(10)들 전체를 동시에 본딩하도록 (e) 단계를 수행하는 것도 가능하다.

또한, 경우에 따라서는 앞에서 설명한 헤드 이송부재(500)를 이용하여 레이저 헤드(400)를 이송하면서 (e) 단계를 수행하는 것도 가능하다. 헤드 이송부재(500)를 이용하여 레이저 헤드(400)를 이송하면서 한번에 하나의 반도체 칩(13)을 순차적으로 기판(11)에 본딩하도록 (e) 단계를 수행할 수도 있다. 유사한 방법으로 한번에 2개의 칩-기판 조립체(10)의 반도체 칩(13)을 기판(11)에 본딩하거나 한번에 1열의 칩-기판 조립체(10)의 반도체 칩(13)들에 레이저 빔을 조사하는 방법으로 (e) 단계를 수행하는 것도 가능하다.

이와 같이 가압부재(200)에 의해 복수의 칩-기판 조립체(10)들을 동시에 가압한 상태에서 레이저 빔을 조사하는 영역만 넓히거나 좁히는 방법으로 레이저 빔이 조사되는 영역만 변경하면 되므로, 본 발명의 반도체 칩 본딩 장치 및 반도체 칩 본딩 방법은 더욱 빠르게 칩-기판 조립체(10) 본딩 작업을 수행할 수 있는 장점이 있다.

한편, 헤드 이송부재(500)를 이용하지 않더라도 순차적으로 하나 또는 복수의 칩-기판 조립체(10)에 대한 본딩 작업을 수행하는 것도 가능하다. 레이저 헤드(400)가 고정된 상태에서 레이저 헤드(400) 내부의 작동에 의해 광학적인 방법으로 레이저 빔의 조사 위치와 영역을 조절할 수 있도록 구성하면, 고정된 상태의 레이저 헤드(400)를 구비하는 반도체 칩 본딩 장치를 이용하여도 상술한 바와 같이 칩-기판 조립체(10)들에 순차적으로 레이저 빔을 조사하는 방법으로 (e) 단계를 수행하는 것이 가능하다.

이상 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명하고 도시한 형태로 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 앞에서 비전도성 필름(NCF) 형태의 비전도성 수지층(12)을 반도체 칩(13)의 하면에 부착한 후 기판(11) 위에 적층하는 것으로 설명하였으나, 경우에 따라서는 기판 위에 비전도성 필름을 부착한 후 그 위에 반도체 칩을 올려 놓는 순서로 (a) 단계 및 (b) 단계를 실시하는 것도 가능하다.

또한, 앞에서 설명한 것과 같이 비전도성 페이스트(NCP) 형태의 비전도성 수지층을 기판에 도포하는 방법으로 (a) 단계를 실시하는 것도 가능하다. 도 5는 기판(61) 위에 비전도성 수지층(62)으로서 비전도성 페이스트를 도포한 후에 반도체 칩(63)을 적층하여 칩-기판 조립체(60)를 완성하고 고정부재(100)로 칩-기판 조립체(60)를 고정한 후 승강부재(300)로 고정부재(100)를 상승시키는 과정을 도시한 단면도이다. 이와 같은 상태에서 기판(61)과 반도체 칩(63)의 솔더 범프(611, 631)를 레이저 빔을 이용하게 본딩하게 된다.

또한, 앞에서 반도체 칩(13)의 하면과 기판(11)의 상면에 각각 솔더 범프(111, 131)가 형성되어 있는 경우의 칩-기판 조립체(10)를 예로 들어 설명하었으나, 반도체 칩과 기판 중 어느 하나에만 솔더 범프가 형성되고 나머지 하나에는 그에 대응하는 전극이 형성되는 구조의 칩-기판 조립체에 대해서도 본 발명의 반도체 칩 본딩 장치 및 반도체 칩 본딩 방법을 적용하는 것이 가능하다. 이 경우 솔더 범프가 비전도성 수지층을 뚫고 대응하는 전극에 본딩된다.

또한, 앞에서 도 3 내지 도 5를 참조하여 PCB 또는 FPCB 형태의 기판(11, 61)에 반도체 칩(13, 63)을 적층하여 본딩하는 경우를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 실리콘 관통 전극(TSV; Though Silicon Via) 형태로 제작된 반도체 칩(71, 73)을 서로 적층하여 인접하는 반도체 칩(71, 73)을 서로 본딩하기 위한 용도로 본 발명의 반도체 칩 본딩 장치 및 반도체 칩 본딩 방법을 사용하는 것도 가능하다. 이 경우 도 6에 도시한 것과 같이 가장 상측에 위치하는 반도체 칩(73)이 앞에서 설명한 칩-기판 조립체(70)의 반도체 칩(73)에 해당하고 그 아래의 반도체 칩과 기판의 조립체가 앞에서 설명한 칩-기판 조립체(70)의 기판(71)에 해당하는 구성이 된다. 이때도 솔더 범프(711, 731)가 비전도성 수지층(72)을 뚫고 서로 접촉하도록 칩-기판 조립체(70)를 가압한 상태에서 레이저 빔을 이용하여 솔더 범프(711, 731)들을 서로 본딩하게 된다.

또한, 앞에서 승강부재(300)는 고정부재(100)를 승강시키는 것으로 설명하였으나, 승강부재가 가압부재를 승강시키는 형태로 반도체 칩 본딩 장치를 구성하는 것도 가능하다. 이 경우 고정부재에 기판이 고정된 상태에서 승강부재가 가압부재를 하강시켜 기판에 대해 반도체 칩들을 가압하는 방법으로 (d) 단계를 수행하게 된다.

또한, 앞에서 승강부재(300)에 의해 고정부재(100)를 상승시켜 모든 칩-기판 조립체(10)를 동시에 가압한 상태에서 동시에 또는 순차적으로 레이저 빔을 조사하여 본딩하는 것으로 설명하였으나, 칩-기판 조립체들을 몇 개의 그룹으로 나누어 순차적으로 가압부재로 가압하고 레이저 헤드로 본딩하는 방식으로 작동하도록 반도체 칩 본딩 장치를 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 본 발명에 따른 반도체 칩 본딩 장치는 고정부재를 수평 방향으로 이송하는 고정부 이송부재를 추가로 구비하게 된다. 이와 같이 구성된 반도체 칩 본딩 장치의 경우 고정부 이송부재로 고정부재를 순차적으로 수평방향으로 이송한 후 승강부재에 의해 상승시켜 반도체 칩들 중 일부 그룹을 고정부재로써 가압하여 본딩한 후 하강하는 과정을 반복하는 방법으로 반도체 칩을 기판에 본딩하게 된다.

또한, 앞에서 가압부재(200)는 투과부(210)와 마스크부(220)을 구비하는 것으로 설명하였으나 마스크부를 구비하지 않는 가압부재를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우 가압부재의 주요부분 전체가 투명재질의 투과부로 구성되어 복수의 칩-기판 조립체를 가압하게 되고 복수의 칩-기판 조립체 전체에 레이저 빔을 조사할 수 있다.

10, 60, 70: 칩-기판 조립체 11, 61, 71: 기판
12, 62, 72: 비전도성 수지층 13, 63, 73: 반도체 칩
111, 131, 611, 631, 711, 731: 솔더 범프
100: 고정부재 200: 가압부재
210: 투과부 220: 마스크부
300: 승강부재 400: 레이저 헤드
500: 헤드 이송부재

Claims

기판 위에 비전도성 수지층과 반도체 칩이 순차적으로 적층된 복수의 칩-기판 조립체의 하면을 고정하는 고정부재;
상기 고정부재의 상측에 배치되고, 레이저 빔이 투과할 수 있는 투과부를 구비하는 가압부재;
상기 복수의 칩-기판 조립체의 반도체 칩을 기판에 대해 가압하여 상기 반도체 칩과 기판 중 어느 하나의 솔더 범프가 상기 비전도성 수지층을 뚫고 나머지 하나에 전기적으로 접촉할 수 있도록 상기 고정부재와 가압부재 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 승강하는 승강부재; 및
상기 가압부재에 의해 가압된 상기 칩-기판 조립체에 상기 가압부재의 투과부를 통해서 상기 레이저 빔을 조사하여 상기 반도체 칩과 기판 중 어느 하나의 솔더 범프를 나머지 하나에 본딩하는 레이저 헤드;를 포함하는 반도체 칩 본딩 장치.
제1항에 있어서,
상기 가압부재는 상기 투과부를 지지하는 불투명 재질의 마스크부를 더 포함하고,
상기 가압부재의 투과부는 상기 복수의 칩-기판 조립체에 각각 대응하는 영역에 배치되고,
상기 마스크부는 상기 복수의 칩-기판 조립체 사이에 대응하는 영역에 배치되는 반도체 칩 본딩 장치.
제2항에 있어서,
상기 레이저 헤드는 상기 복수의 칩-기판 조립체에 각각 순차적으로 레이저 빔을 조사하는 반도체 칩 본딩 장치.
제2항에 있어서,
상기 레이저 헤드는 상기 복수의 칩-기판 조립체 중 적어도 2개의 칩-기판 조립체에 대해 동시에 레이저 빔을 조사하는 반도체 칩 본딩 장치.
제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 헤드를 이송하는 헤드 이송부재;를 더 포함하는 반도체 칩 본딩 장치.
(a) 반도체 칩의 하면과 기판의 상면 중 어느 하나에 비전도성 수지층을 형성하는 단계;
(b) 상기 기판 위에 상기 반도체 칩을 배치하여 상기 기판과 비전도성 수지층과 반도체 칩이 순차적으로 적층된 복수의 칩-기판 조립체를 마련하는 단계;
(c) 상기 복수의 칩-기판 조립체를 고정부재 위에 배치하여 상기 고정부재로 고정하는 단계;
(d) 상기 반도체 칩과 기판 중 어느 하나의 솔더 범프가 상기 비전도성 수지층을 뚫고 나머지 하나에 전기적으로 접촉할 수 있도록 상기 고정부재의 상측에 배치되고 레이저 빔이 투과할 수 있는 투과부를 구비하는 가압부재와 상기 고정부재 중 어느 하나를 다른 하나에 대해 승강부재에 의해 근접시키는 단계; 및
(e) 상기 가압부재와 고정부재의 사이의 칩-기판 조립체에 상기 가압부재의 투과부를 통해서 레이저 헤드에 의해 레이저 빔을 조사하여 상기 반도체 칩과 기판 중 어느 하나의 솔더 범프를 나머지 하나에 본딩하는 단계;를 포함하는 반도체 칩 본딩 방법.
제6항에 있어서,
상기 (d) 단계는, 상기 복수의 칩-기판 조립체에 대응하는 영역에 각각 배치되는 투과부와 상기 복수의 칩-기판 조립체 사이에 대응하는 영역에 배치되고 상기 투과부를 지지하는 불투명 재질의 마스크부를 구비하는 상기 가압부재를 이용하여 수행하는 반도체 칩 본딩 방법.
제7항에 있어서,
상기 (e) 단계는, 상기 레이저 헤드로 상기 복수의 칩-기판 조립체에 각각 순차적으로 레이저 빔을 조사하는 방법으로 수행하는 반도체 칩 본딩 방법.
제7항에 있어서,
상기 (e) 단계는, 상기 레이저 헤드로 상기 복수의 칩-기판 조립체 중 적어도 2개의 칩-기판 조립체에 대해 동시에 레이저 빔을 조사하는 방법으로 수행하는 반도체 칩 본딩 방법.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (a) 단계는, 상기 기판을 상기 고정부재에 고정한 상태에서 상기 기판의 상면에 상기 비전도성 수지층을 적층하는 방법으로 수행하고,
상기 (b) 단계는, 상기 (a) 단계를 완료한 후, 상기 기판 위의 비전도성 수지층에 위에 복수의 반도체 칩을 각각 배치하는 방법으로 수행하고,
상기 (c) 단계는, 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 수행함으로써 완료되는 반도체 칩 본딩 방법.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (a) 단계는, 상기 반도체 칩의 하면에 비전도성 수지층을 부착하는 방법으로 수행하고,
상기 (b) 단계는, 상기 기판을 상기 고정부재에 고정한 상태에서 상기 기판의 상면에 상기 (a) 비전도성 수지층이 부착된 상기 복수의 반도체 칩을 각각 상기 기판 위에 배치하는 방법으로 수행하고,
상기 (c) 단계는, 상기 (a) 단계 및 (b) 단계를 수행함으로써 완료되는 반도체 칩 본딩 방법.