KR101007780B1 - Semiconductor chip bonding method and apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 범프가 형성된 반도체 칩을 기판의 본딩 패드에 직접 열가압하여 본딩하는 반도체 칩 본딩방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 칩의 범프를 기판의 본딩 패드에 열가압 본딩할 때 발생되는 범프 무너짐 현상을 방지하여 고품질의 반도체 패키지를 제작할 수 있는 반도체 칩 본딩방법 및 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor chip bonding method and apparatus for directly bonding pressure-bonded semiconductor chips to a bonding pad of a substrate, and more particularly, to a semiconductor chip bonding method. The present invention relates to a semiconductor chip bonding method and apparatus capable of manufacturing a high quality semiconductor package by preventing bump collapse.
반도체 칩, 기판, 범프, 본딩 패드, 하중 제어, 로드 셀 Semiconductor Chips, Boards, Bumps, Bonding Pads, Load Control, Load Cells
Description
본 발명은 범프가 형성된 반도체 칩을 기판의 본딩 패드에 직접 열가압하여 본딩하는 반도체 칩 본딩방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 칩의 범프를 기판의 본딩 패드에 열가압 본딩할 때 발생되는 범프 무너짐 현상을 방지하여 고품질의 반도체 패키지를 제작할 수 있는 반도체 칩 본딩방법 및 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor chip bonding method and apparatus for directly bonding pressure-bonded semiconductor chips to a bonding pad of a substrate, and more particularly, to a semiconductor chip bonding method. The present invention relates to a semiconductor chip bonding method and apparatus capable of manufacturing a high quality semiconductor package by preventing bump collapse.
일반적으로 반도체 산업에서 반도체 패키지란 미세회로가 설계된 반도체 칩을 외부환경으로부터 보호하고 전자기기에 실장하여 사용할 수 있도록 몰드 수지나 세라믹 등으로 밀봉한 형태를 말한다. 최근에는 반도체 칩을 감싸 보호하거나 단순히 전자기기에 실장하기 위한 목적으로 반도체 칩을 패키징하기보다는 전자기기의 소형화, 박형화 및 고기능화를 통해 전자기기의 성능 및 품질을 향상시키기 위한 목적으로 반도체 칩을 패키징하고 있다.In general, in the semiconductor industry, a semiconductor package refers to a form in which a semiconductor chip, in which a microcircuit is designed, is sealed with a mold resin or ceramic so as to be protected from an external environment and mounted on an electronic device. In recent years, semiconductor chips are packaged for the purpose of improving the performance and quality of electronic devices through miniaturization, thinning, and high functionality of electronic devices, rather than packaging semiconductor chips for the purpose of enclosing, protecting, or simply mounting electronic devices. have.
최근의 경향, 즉 노트북 컴퓨터나 휴대전화기 등의 휴대정보기기의 경량화, 박형화, 고기능화의 현저한 진전을 뒷받침하기 위하여 반도체 칩의 고밀도 실장기술이 필요하다. 즉, 반도체 칩은 고밀도 집적화의 진전과 함께 외부 접속단자가 되는 전극의 수가 증가하여 미세한 배열간격으로 형성되며, 이러한 반도체 칩을 기판상에 형성된 전극에 단락이나 접속불량을 발생시키지 않고 신속하게 실장 하기 위해서는 고밀도 실장기술이 불가결하며, 그 대표적인 실장기술로서 소위 페이스 다운 본딩기술이 있다.In order to support the recent trend, that is, the remarkable progress of light weight, thinning, and high performance of portable information devices such as notebook computers and mobile phones, high density packaging technology of semiconductor chips is required. That is, the semiconductor chip is formed at a fine array interval by increasing the number of electrodes to be external connection terminals with the progress of high density integration, and quickly mount the semiconductor chip without short-circuit or poor connection to the electrode formed on the substrate. For this purpose, high-density mounting technology is indispensable, and the representative mounting technology is a so-called face down bonding technology.
페이스 다운 본딩방법은 반도체 칩의 표면에 전극 단자인 복수의 범프를 형성하여 범프가 형성된 칩을 제작하고, 상기 복수의 범프를 통하여 회로 기판 등의 본딩 패드에 한 번의 본딩으로 접속하는 기술이다.The face down bonding method is a technique in which a plurality of bumps, which are electrode terminals, are formed on a surface of a semiconductor chip to fabricate a chip in which bumps are formed, and are connected to a bonding pad such as a circuit board through one bonding in one bonding.
도 1은 종래의 반도체 칩 본딩방법을 도시한 블럭도이고, 도 2는 도 1의 실시예에 따른 구간별 반도체 칩의 이동거리 및 접촉 하중의 변화를 도시한 그래프이며, 도 3은 반도체 칩을 기판에 본딩 시 범프 무너짐 현상을 도시한 상태도이고, 도 4는 도 3의 실시예에 따른 본딩 구간에 있어서 반도체 칩의 이동거리 및 접촉 하중의 변화를 도시한 그래프이다.1 is a block diagram illustrating a conventional semiconductor chip bonding method, FIG. 2 is a graph illustrating a change in a moving distance and a contact load of a semiconductor chip according to an embodiment of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a state diagram illustrating a bump collapse phenomenon when bonding to a substrate. FIG. 4 is a graph illustrating a change in a moving distance and a contact load of a semiconductor chip in a bonding section according to the exemplary embodiment of FIG. 3.
종래의 반도체 칩 본딩방법은, 도 1에 도시된 바와 같이 얼라인 단계(S11), 칩 본딩단계(S21), 하중 검출단계(S31), 하중 피드백 제어단계(S41) 및 범프 냉각단계(S51)로 이루어진다.In the conventional semiconductor chip bonding method, as shown in FIG. 1, an alignment step S11, a chip bonding step S21, a load detection step S31, a load feedback control step S41, and a bump cooling step S51 are performed. Is made of.
얼라인 단계(S11)는 일면에 범프가 돌출되도록 형성된 반도체 칩 및 상면에 상기 범프와 대응되도록 본딩 패드가 형성된 기판을 상하 정렬한다.The alignment step S11 vertically aligns the semiconductor chip formed to protrude bumps on one surface and the substrate on which bonding pads are formed to correspond to the bumps on an upper surface thereof.
칩 본딩단계(S21)는 정렬된 상기 기판을 향해 상기 반도체 칩을 이동시켜 상기 반도체 칩의 범프를 상기 기판의 본딩 패드에 접촉하여 열가압한다.In the chip bonding step S21, the semiconductor chip is moved toward the aligned substrate to thermally press the bumps of the semiconductor chip into contact with the bonding pads of the substrate.
하중 검출단계(S31)는 상기 반도체 칩의 범프 및 상기 기판의 본딩 패드 간의 접촉 하중을 검출한다.The load detection step S31 detects a contact load between the bump of the semiconductor chip and the bonding pad of the substrate.
하중 피드백 제어단계(S41)는 칩과 기판의 본딩 시간 동안 검출된 상기 접촉 하중이, 미리 정해진 하중값 보다 낮은 경우 상기 반도체 칩을 상기 기판을 향해 일정하게 가압하고, 미리 정해진 하중값 보다 높은 경우 상기 반도체 칩을 상기 기판으로부터 이격시키는 동작을 반복 제어한다.In the load feedback control step S41, when the contact load detected during the bonding time between the chip and the substrate is lower than the predetermined load value, the semiconductor chip is constantly pressed toward the substrate, and when the contact load is higher than the predetermined load value, The operation of separating the semiconductor chip from the substrate is repeatedly controlled.
범프 냉각단계(S51)는 미리 설정된 상기 본딩 시간이 완료된 후 상기 범프(B)를 냉각하여 고화시킨다.In the bump cooling step S51, the bump B is cooled and solidified after the preset bonding time is completed.
도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 칩을 기판을 향해 이동시켜 기판에 접촉시킨 후 열가압하고, 반도체 칩을 기판에 본딩시킨 후 기판으로부터 반도체 칩을 이격시키는 과정에서 반도체 칩의 이동 거리 및 접촉 하중의 변화를 나타낸다. 반도체 칩의 범프가 기판의 본딩 패드에 접촉된 후 미리 설정된 하중에 도달할 때까지 반도체 칩을 기판을 향해 가압하고, 미리 설정된 하중값을 넘어갈 때는 반도체 칩을 기판으로부터 이격시키도록 하중 제어를 한다. 여기서 하중 제어란 반도체 칩을 기판에 대해 상하로 가압 또는 이격시킴으로써 반도체 칩을 잡고 있는 본딩 헤드 및 본딩 암 사이에 설치된 로드셀을 통해 검출된 접촉 하중을 미리 설정된 하중값과 비교함으로써 이루어진다.As shown in FIG. 2, the moving distance and the contact load of the semiconductor chip in the process of moving the semiconductor chip toward the substrate and contacting the substrate, followed by thermal pressure, bonding the semiconductor chip to the substrate, and separating the semiconductor chip from the substrate. Indicates a change of. After the bumps of the semiconductor chip are in contact with the bonding pads of the substrate, the semiconductor chip is pressed toward the substrate until the predetermined load is reached, and the load is controlled so as to separate the semiconductor chip from the substrate when the predetermined load value is exceeded. The load control is performed by comparing the contact load detected through a load cell provided between the bonding head holding the semiconductor chip and the bonding arm by pressing or separating the semiconductor chip up or down with respect to the substrate to a predetermined load value.
그러나, 상기와 같은 종래의 반도체 칩 본딩방법에 의해 반도체 칩을 기판상 에 본딩하는 경우 미세 피치 패키지에서는 도 3과 같이 반도체 칩(C)의 범프(B)가 기판(S)의 본딩 패드(P)와 상하 대응이 불일치하거나 범프(B)의 형상이 기울어져 형성되는 등 범프의 경도가 일정치 못할 경우의 이상이 있을 때, 미리 설정된 하중값에 대하여만 반도체 칩(C)을 상하로 이동시켜 반복적으로 하중 피드백 제어를 하게 되면, 도 4에 나타낸 그래프와 같이 작동하여 도 3에 도시된 불량 본딩이 발생할 수 있다. 즉, 반도체 칩(C)의 범프(B)가 기판(S)의 본딩 패드(P)로부터 미끄러져 무너짐으로써, 본딩이 제대로 이루어지지 않거나 본딩 면적이 줄어들어 작은 충격에도 본딩이 끊어지는 문제가 발생할 수 있고, 인접한 범프 및 본딩 패드간의 양호한 본딩에도 악영향을 끼치게 된다. 특히, 인접한 범프와 쇼트 불량을 야기할 수 있으며, 범프 사이의 공간 확보 불량으로 본딩 공정후 접합부위를 보호하기 위해 주입되는 유동성 수지가 반도체 칩 표면 및 본딩 패드 사이에 제대로 충진되지 못하는 불량으로 이어질 수 있다.However, when the semiconductor chip is bonded onto the substrate by the conventional semiconductor chip bonding method as described above, in the fine pitch package, the bump B of the semiconductor chip C is bonded to the bonding pad P of the substrate S as shown in FIG. 3. ), The semiconductor chip C is moved up and down only with respect to a preset load value when there is an abnormality in the case where the hardness of the bump is not constant, such as a mismatch between the vertical direction and the bump B. When the load feedback control is repeatedly performed, it may be operated as shown in the graph shown in FIG. 4, so that bad bonding shown in FIG. 3 may occur. That is, since the bump B of the semiconductor chip C slides down from the bonding pad P of the substrate S, bonding may not be performed properly or the bonding area may be reduced, resulting in a problem that the bonding is broken even with a small impact. And adversely affects good bonding between adjacent bumps and bonding pads. In particular, it may cause adjacent bumps and short defects, and may lead to defects in which the flowable resin injected to protect the joints after the bonding process may not be properly filled between the semiconductor chip surface and the bonding pad due to poor space between the bumps. have.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 반도체 칩의 범프를 기판의 본딩 패드에 열가압 본딩할 때 발생되는 범프 무너짐 현상을 방지하여 고품질의 미세 피치 반도체 패키지를 제작할 수 있는 반도체 칩 본딩방법 및 장치를 제공하는 데 있다.Disclosure of Invention An object of the present invention devised to solve the above problems is to prevent bump collapse caused when thermally bonding a bump of a semiconductor chip to a bonding pad of a substrate, thereby manufacturing a high quality fine pitch semiconductor package. A chip bonding method and apparatus are provided.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체 칩 본딩방법은, 일면에 범프가 돌출되도록 형성된 반도체 칩 및 상면에 상기 범프와 대응되도록 본딩 패드가 형성된 기판을 상하 정렬하는 얼라인 단계와, 정렬된 상기 기판을 향해 상기 반도체 칩을 이동시켜 상기 반도체 칩의 범프를 상기 기판의 본딩 패드에 접촉하여 열가압하는 칩 본딩단계와, 상기 반도체 칩의 범프 및 상기 기판의 본딩 패드 간의 접촉 하중을 검출하는 하중 검출단계와, 상기 반도체 칩과 기판의 본딩 시간 동안 검출된 상기 접촉 하중이, 미리 정해진 하중값에 도달할 때까지 상기 반도체 칩을 상기 기판을 향해 일정하게 가압하고, 미리 정해진 하중값에 도달한 경우 남은 본딩 시간 동안 상기 반도체 칩과 상기 기판의 거리를 일정하게 유지시키는 하중제어 및 유지단계와, 미리 설정된 상기 본딩 시간이 완료된 후 상기 범프를 냉각하여 고화시키는 범프 냉각단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the semiconductor chip bonding method of the present invention includes an alignment step of vertically aligning a semiconductor chip formed so that bumps protrude on one surface and a substrate on which a bonding pad is formed so as to correspond to the bumps on an upper surface thereof; A chip bonding step of moving the semiconductor chip toward a substrate to thermally press the bumps of the semiconductor chips in contact with the bonding pads of the substrate, and load detection for detecting contact loads between the bumps of the semiconductor chips and the bonding pads of the substrate; And pressing the semiconductor chip constantly toward the substrate until the contact load detected during the bonding time between the semiconductor chip and the substrate reaches a predetermined load value and remains when the predetermined load value is reached. A load control and maintenance step of maintaining a constant distance between the semiconductor chip and the substrate during a bonding time, and And a bump cooling step of cooling and solidifying the bump after the set bonding time is completed.
또한, 상기 얼라인 단계는, 상기 기판을 스테이지 상에 고정시키는 기판 고 정단계와, 모터에 의해 승강 작동하는 본딩 암에 구비된 본딩 헤드를 이용해 상기 반도체 칩을 고정시켜 상기 기판에 대하여 상기 반도체 칩을 상하로 정렬시키는 칩 정렬단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the aligning may include fixing the semiconductor chip to the substrate by fixing the semiconductor chip using a substrate fixing step of fixing the substrate on a stage and a bonding head provided on a bonding arm that is lifted and operated by a motor. It characterized in that it comprises a chip alignment step of aligning up and down.
또한, 상기 본딩 헤드는 상기 반도체 칩의 타면을 진공으로 흡착하여 고정시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the bonding head is characterized in that the other surface of the semiconductor chip is sucked by a vacuum to fix.
또한, 상기 하중 검출단계는, 상기 본딩 암과 본딩 헤드 사이에 설치된 로드셀에 의해 접촉 하중을 검출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the load detection step, characterized in that for detecting the contact load by a load cell provided between the bonding arm and the bonding head.
한편, 본 발명에 따른 반도체 칩 본딩장치는, 상면에 본딩 패드가 형성된 기판이 고정되는 스테이지와, 일면에 범프가 돌출되도록 형성된 반도체 칩의 타면을 진공 흡착하여 고정시키고, 상기 기판의 본딩 패드와 상기 반도체 칩의 범프가 서로 마주보도록 상기 기판에 대하여 상기 반도체 칩을 정렬시키는 본딩 헤드와, 상기 스테이지의 상방에 모터에 의해 승강 작동하도록 설치되어 상기 본딩 헤드를 지지하는 본딩 암과, 상기 본딩 암 및 본딩 헤드 사이에 설치되어 상기 반도체 칩의 범프 및 상기 기판의 본딩 패드 간의 접촉 하중을 검출하는 로드셀과, 상기 모터에 신호를 인가하여 상기 본딩 암을 하강 작동시킴으로써 상기 본딩 헤드에 고정된 상기 반도체 칩의 범프를 상기 기판의 본딩 패드에 접촉 가압시켜 본딩하고, 상기 칩과 기판의 본딩 시간 동안 상기 로드셀에 의해 검출된 하중값이, 미리 정해진 하중값에 도달할 때까지 상기 반도체 칩을 상기 기판을 향해 일정하게 가압하고, 미리 정해진 하중값에 도달한 경우 남은 본딩 시간 동안 상기 반도체 칩과 상기 기판의 거리를 일정하게 유지시키는 제어부를 포함하여 이루어진다.On the other hand, the semiconductor chip bonding apparatus according to the present invention, by fixing the stage on which the substrate with the bonding pad is formed on the upper surface, and the other surface of the semiconductor chip formed so as to protrude bumps on one surface by vacuum adsorption, the bonding pad of the substrate and the A bonding head for aligning the semiconductor chip with respect to the substrate such that bumps of the semiconductor chip face each other, a bonding arm installed to lift and operate by a motor above the stage, and supporting the bonding head; A load cell disposed between the heads to detect contact loads between the bumps of the semiconductor chip and the bonding pads of the substrate, and the bumps of the semiconductor chips fixed to the bonding heads by applying a signal to the motor to lower the bonding arms Is bonded by bonding to the bonding pad of the substrate, the bonding time of the chip and the substrate The semiconductor chip is constantly pressed toward the substrate until the load value detected by the load cell reaches a predetermined load value, and when the predetermined load value is reached, the semiconductor chip and the It comprises a control unit for maintaining a constant distance of the substrate.
본 발명에 따른 반도체 칩 본딩방법 및 장치는, 반도체 칩의 범프와 기판의 본딩 패드 간의 본딩 시 접촉 하중을 검출하여 미리 정해진 하중값에 도달하기 까지 가압한 후 미리 정해진 하중값에 도달하면 반복적 하중 피드백 제어를 하지 않고, 남은 본딩 시간 동안 반도체 칩과 기판의 거리를 일정하게 유지함으로써 범프 형성 불량 및 경도가 일정치 못할 경우에 따른 범프 무너짐 현상을 최소화하여 고품질의 미세 피치 반도체 패키지를 제작할 수 있다.The semiconductor chip bonding method and apparatus according to the present invention detect a contact load during bonding between a bump of a semiconductor chip and a bonding pad of a substrate, pressurize until reaching a predetermined load value, and then repeatedly load feedback when the predetermined load value is reached. By maintaining a constant distance between the semiconductor chip and the substrate for the remaining bonding time without control, it is possible to manufacture a high-quality fine pitch semiconductor package by minimizing bump collapse due to bump formation failure and hardness is not constant.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 반도체 칩 본딩방법 및 그 방법에 따라 작동하는 반도체 칩 본딩장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the semiconductor chip bonding method according to the present invention and a semiconductor chip bonding apparatus operating according to the method.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 칩 본딩방법의 제1 실시예를 도시한 블럭도이고, 도 6은 본 발명에 따른 반도체 칩 본딩방법의 제2 실시예를 도시한 블럭도이며, 도 7은 도 5의 실시예에 따른 구간별 반도체 칩의 이동거리 및 접촉 하중의 변화를 도시한 그래프이고, 도 8은 본 발명에 따른 반도체 칩 본딩장치를 도시한 구성도이다.FIG. 5 is a block diagram showing a first embodiment of a semiconductor chip bonding method according to the present invention, FIG. 6 is a block diagram showing a second embodiment of a semiconductor chip bonding method according to the present invention, and FIG. 5 is a graph illustrating a change in the movement distance and the contact load of the semiconductor chip according to the embodiment of FIG.
먼저, 본 발명에 따른 반도체 칩 본딩방법 및 장치는, 기판(S)에 형성된 본 딩 패드(P)에 범프(B)가 형성된 반도체 칩(C)을 한 번에 본딩하는 페이스 다운 방식의 본딩 기술을 적용한 것이다.First, in the semiconductor chip bonding method and apparatus according to the present invention, a face-down bonding technique for bonding a semiconductor chip C having bumps B formed on a bonding pad P formed on a substrate S at one time. Is applied.
본 발명에 따른 반도체 칩 본딩방법은, 도 5 및 6에 도시된 바와 같이 얼라인 단계(S101), 칩 본딩단계(S201), 하중 검출단계(S301), 하중제어 및 유지단계(S401)와 범프 냉각단계(S501)를 포함하여 이루어지고, 상기 얼라인 단계(S101)는 기판 고정단계(S111) 및 칩 정렬단계(S121)를 포함한다.In the semiconductor chip bonding method according to the present invention, as shown in FIGS. 5 and 6, an alignment step S101, a chip bonding step S201, a load detection step S301, a load control and maintenance step S401, and a bump are performed. It comprises a cooling step (S501), the alignment step (S101) comprises a substrate fixing step (S111) and chip alignment step (S121).
또한, 본 발명에 따른 반도체 칩 본딩장치는 도 8에 도시된 바와 같이 스테이지(100), 본딩 헤드(200), 본딩 암(300), 로드셀(400) 및 제어부(500)를 포함하여 이루어진다.In addition, the semiconductor chip bonding apparatus according to the present invention includes a
얼라인 단계(S101)는 도 6 및 8에 도시된 바와 같이, 일면에 범프(B)가 돌출되도록 형성된 반도체 칩(C) 및 상면에 상기 범프(B)와 대응되도록 본딩 패드(P)가 형성된 기판(S)을 상하 정렬한다. 얼라인 단계(S101)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 기판(S)을 스테이지(100) 상에 고정시키는 기판 고정단계(S111)와, 모터(M)에 의해 승강 작동하는 본딩 암(300)에 구비된 본딩 헤드(200)를 이용해 상기 반도체 칩(C)을 고정시켜 상기 기판(S)에 대하여 상기 반도체 칩(C)을 상하로 정렬시키는 칩 정렬단계(S121)를 포함한다.6 and 8, the semiconductor chip C is formed such that bumps B protrude on one surface thereof, and bonding pads P are formed on the top surface of the semiconductor chip C so as to correspond to the bumps B. FIG. The substrate S is aligned vertically. As shown in FIG. 7, the alignment step S101 includes a substrate fixing step S111 for fixing the substrate S on the
상기 기판 고정단계(S111)는 상면에 본딩 패드(P)가 형성된 기판(S)이 스테이지(100) 상에 고정되는데, 스테이지(100) 상에 고정되는 기판(S)은 컨베이어 또는 그립퍼(미도시) 등에 의하여 스테이지(100) 상에 정렬되어 고정된다. 또한, 칩 정렬단계(S121)는 모터(M)에 의해 승강 작동하는 본딩 암(300)에 구비된 본딩 헤 드(200)를 통하여 이루어진다. 모터(M)는 정확하고 신속하게 본딩 암(300)을 상하로 승강 작동시킬 수 있도록 리니어 모터를 사용함이 바람직하고, 상기 모터(M)에 본딩 암(300)을 연결하여 모터(M)의 구동에 따라 본딩 암(300)이 상하 승강 작동하는 것이다. 본딩 헤드(300)는 반도체 칩(C)을 고정시켜 상기 기판(S)에 대하여 상기 반도체 칩(C)을 상하로 정렬시킨다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이 본딩 헤드(300)는 일면에 범프(B)가 돌출되도록 형성된 반도체 칩(C)의 타면을 진공으로 흡착하여 고정시키고, 상기 기판(S)의 본딩 패드(P)와 상기 반도체 칩(C)의 범프(B)가 서로 마주보도록 상기 기판(S)에 대하여 상기 반도체 칩(C)을 정렬시키는 것이다. 상기 기판 고정단계(S111) 및 칩 정렬단계(S121)는 종래 기술로 구현 가능하므로 그 상세한 설명은 생략한다.In the substrate fixing step S111, a substrate S having a bonding pad P formed thereon is fixed on the
하중 검출단계(S301)는 상기 반도체 칩(C)의 범프(B) 및 상기 기판(S)의 본딩 패드(P) 간의 접촉 하중을 검출한다. 여기서 접촉 하중이란, 반도체 칩(C)이 본딩 헤드(200)에 의해 흡착되어 고정된 상태에서 기판(S)을 향해 하강하여 상기 반도체 칩(C)에 형성된 범프(B)가 기판(S)의 본딩 패드(P)에 접촉 가압될 때, 범프(B) 및 반도체 칩(C)을 통해 상방으로 발생하는 반발력을 말한다. 상기와 같은 접촉 하중을 측정하기 위하여, 상기 본딩 암(300) 및 본딩 헤드(200) 사이에 로드셀(400)을 설치하여 상기 반도체 칩(C)의 범프(B) 및 상기 기판(S)의 본딩 패드(P) 간의 접촉 하중을 검출하는 것이다. 상기 로드셀(400)은 하중계의 일종으로 외부로부터 가해지는 힘(하중)에 비례한 전압이나 압력에 의해 변환하는 변환기로서, 전기저항변형게이지식, 유압식, 가압식 등이 있으나 일반적으로 변형게이지식을 많 이 사용하며, 본 발명에서도 변형게이지식 로드셀을 적용한다. 즉, 변형게이지식 로드셀은 무게를 받으면 탄성 변형하는 곳에 전기저항변형게이지를 접착하여 브리지를 구성시켜 하중에 비례한 전압으로 변환할 수 있게끔 설치한 것으로서, 정밀도, 직선성 및 응답성이 좋고, 소형이며 원격측정이나 기록하기가 쉽다는 장점이 있기 때문이다.In the load detection step S301, a contact load between the bump B of the semiconductor chip C and the bonding pad P of the substrate S is detected. Here, the contact load means that the bump B formed on the semiconductor chip C is lowered toward the substrate S in a state where the semiconductor chip C is attracted and fixed by the bonding
하중제어 및 유지단계(S401)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 반도체 칩(C)과 기판(S)의 본딩 시간 동안 검출된 상기 접촉 하중이, 미리 정해진 하중값에 도달할 때까지 상기 반도체 칩(C)을 상기 기판(S)을 향해 일정하게 가압하고, 미리 정해진 하중값에 도달한 경우 남은 본딩 시간 동안 상기 반도체 칩(C)과 상기 기판(S)의 거리를 일정하게 유지시킨다. 상기 하중제어 및 유지단계(S401)는 도 8에 도시된 제어부(500)에 의해서 수행되며, 제어부(500)는 상기 하중제어 및 유지단계(S401)를 수행하기 위하여 모터(M)에 신호를 인가하여 상기 본딩 암(300)을 하강 작동시킴으로써 본딩 헤드(200)에 고정된 반도체 칩(C)의 범프(B)를 기판(S)의 본딩 패드(P)에 접촉 가압시켜 본딩한다. 즉, 스테이지(100) 상에 고정된 기판(S)을 향해 본딩 헤드(200)에 고정된 반도체 칩(C)을 하강시켜 반도체 칩(C)의 범프(B)를 기판(S)의 본딩 패드(P)에 접촉 열가압시켜 본딩하게 되는데, 이때 반도체 칩(C) 및 기판(S)의 본딩 시간은 미리 설정되어 있다. 그에 따라, 반도체 칩(C) 및 기판(S)의 본딩 시간동안 로드셀(400)에 의해 접촉 하중이 검출되고, 상기 로드셀(400)에 의해 검출된 접촉 하중과 제어부(500)에 미리 정해진 하중값을 비교한다. 상기 제어부(500)는 상기 반도체 칩(C)이 기판(S)에 접촉 열가압되어 본딩되 는 동안 상기 로드셀(400)에 의해 검출된 접촉 하중이 미리 정해진 하중값에 도달할 때까지 모터(M)를 구동시켜 본딩 암(300)을 하강시키고, 그와 동시에 본딩 헤드(200)에 고정된 반도체 칩(C)을 기판(S)을 향해 일정하게 가압한다. 상기 로드셀(400)에 의해 검출된 접촉 하중이 미리 정해진 하중값에 도달한 경우에는 남은 본딩 시간동안 상기 반도체 칩(C)과 상기 기판(S)의 거리를 일정하게 유지시키도록 상기 모터(M)의 구동을 정지시킨다. 여기서 미리 정해진 하중값이란 반도체 칩(C)의 범프(B)와 기판(S)의 본딩 패드(P)가 접촉되어 열가압될 경우 범프(B)가 본딩 패드(P)에 눌려 형상 변형이 일어나게 되고, 실험에 의해 가장 적당한 형상으로 변형되어 범프(B)가 본딩 패드(P)에 본딩될 때의 하중값을 말한다. 상기와 같이 제어부(500)에 의해 하중 제어를 수행하게 되면, 범프 무너짐이 발생하여 로드셀(400)로부터 검출되는 하중값이 작아지더라도 계속적인 가압을 하지않고, 미리 정해진 하중값에 도달하면 반도체 칩(C)의 범프(B)를 기판(S)의 본딩 패드(P)로부터 일정 거리를 유지시켜 적절한 형상의 범프(B) 변형에 의해 본딩이 완료될 수 있다.As shown in FIG. 7, the load control and maintenance step S401 is performed until the contact load detected during the bonding time between the semiconductor chip C and the substrate S reaches a predetermined load value. The chip C is constantly pressed toward the substrate S, and when the predetermined load value is reached, the distance between the semiconductor chip C and the substrate S is kept constant for the remaining bonding time. The load control and maintenance step S401 is performed by the
미리 설정된 본딩 시간이 완료된 후에는 본딩 헤드(200)로부터 반도체 칩(C)의 고정이 해제되고, 본딩 헤드(200)만이 상기 기판(S)에 본딩된 반도체 칩(C)으로부터 이탈되어 상승하게 됨으로써, 본딩이 완료된다. 이때, 반도체 칩(C)에 형성된 범프(B)는 가열되어 형상 변형된 상태를 유지하므로 상기 범프(B)를 냉각시키는 범프 냉각단계(S501)를 수행하게 된다.After the preset bonding time is completed, the fixing of the semiconductor chip C is released from the
범프 냉각단계(S501)는 미리 설정된 상기 본딩 시간이 완료된 후 상기 범 프(B)를 냉각하여 고화시킨다. 반도체 칩(C)의 범프(B)가 기판(S)의 본딩 패드(P)에 열가압되어 본딩이 완료된 후 상기 범프(B)를 냉각하여 고화시켜 반도체 패키지를 완성하게 되는 것이다. 상기 범프 냉각단계(S501)는 범프(B)를 대기 중에서 자연 고화시키거나 보다 신속하게 강제적으로 저온 냉각시켜 고화시킬 수 있다.The bump cooling step S501 cools and solidifies the bump B after the preset bonding time is completed. After the bump B of the semiconductor chip C is thermally pressurized by the bonding pad P of the substrate S to complete bonding, the bump B is cooled and solidified to complete the semiconductor package. The bump cooling step S501 may solidify the bump B by naturally cooling it in the air or by forcibly cooling it at a lower temperature.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention, as will be apparent to those skilled in the art.
도 1은 종래의 반도체 칩 본딩방법을 도시한 블럭도이고,1 is a block diagram showing a conventional semiconductor chip bonding method,
도 2는 도 1의 실시예에 따른 구간별 반도체 칩의 이동거리 및 접촉 하중의 변화를 도시한 그래프이며,FIG. 2 is a graph illustrating changes in moving distance and contact load of a semiconductor chip according to an embodiment of FIG. 1;
도 3은 반도체 칩을 기판에 본딩 시 범프 무너짐 현상을 도시한 상태도이고,3 is a state diagram illustrating a bump collapse phenomenon when bonding a semiconductor chip to a substrate;
도 4는 도 3의 실시예에 따른 본딩 구간에 있어서 반도체 칩의 이동거리 및 접촉 하중의 변화를 도시한 그래프이며,4 is a graph illustrating changes in a moving distance and a contact load of a semiconductor chip in a bonding section according to the embodiment of FIG. 3.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 칩 본딩방법의 제1 실시예를 도시한 블럭도이고,5 is a block diagram showing a first embodiment of a semiconductor chip bonding method according to the present invention;
도 6은 본 발명에 따른 반도체 칩 본딩방법의 제2 실시예를 도시한 블럭도이며,6 is a block diagram showing a second embodiment of a semiconductor chip bonding method according to the present invention;
도 7은 도 5의 실시예에 따른 구간별 반도체 칩의 이동거리 및 접촉 하중의 변화를 도시한 그래프이고,FIG. 7 is a graph illustrating changes in movement distance and contact load of a semiconductor chip according to an embodiment of FIG. 5;
도 8은 본 발명에 따른 반도체 칩 본딩장치를 도시한 구성도이다.8 is a block diagram illustrating a semiconductor chip bonding apparatus according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
S : 기판 P : 본딩 패드S: Substrate P: Bonding Pad
C : 반도체 칩 B : 범프C: semiconductor chip B: bump
M : 모터M: motor
100 : 스테이지100: stage
200 : 본딩 헤드200: bonding head
300 : 본딩 암300: bonding arm
400 : 로드 셀400: load cell
500 : 제어부500: control unit
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