플립칩의 본딩방법 document_id A220623015364

본 발명은 플립칩의 본딩방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실제본딩높이를 측정하고 이로부터 기판의 검색을 시작하는 위치인 검색위치를 결정함으로써 본딩높이의 변화에 대한 대응이 가능한 플립칩의 본딩방법에 관한 것이다. 플립칩(flip chip) 기술은 반도체 칩을 패키징하지 않고 베어 다이(bare die) 자체를 인쇄회로기판에 실장하는 기술로, 반도체 칩에 범프(bump)를 형성하고 범프와 인쇄회로기판에 인쇄된 접속패드를 전기적으로 접속시키는 기술을 말한다. 플립칩 본딩을 전기적 접속 방법으로 이용하는 플립칩 패키지는 와이어 본딩(wire bonding)에 의한 패키지에 비하여 크기와 두께의 축소가 가능하고, 칩 위의 어느 곳이든 입출력 단자를 배치할 수 있으며, 공정과 제작 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다. 플립칩 패키지는 고속의 전기적 특성을 가지며 열적 성능도 탁월하다. 도 1은 플립칩 본딩에 의한 일반적인 플립칩 패키지의 측면 단면도이다. 플립칩 본딩 기술은 범프(13)를 사용하여 기판(11)에 반도체 칩(12)을 본딩한다. 일반적으로 범프(13)는 반도체 칩(12)에 형성되며, 기판(11)에는 패턴과 패드(14)가 형성된다. 반도체 칩(12)은 범프(13)가 아래 측을 향하는 페이스 다운 형태로 기판(11)에 장착된다. 범프(13)의 형태에는 솔더 범프 또는 골드 범프 등이 이용될 수 있다. 반도체 칩과 기판을 결합하는 본딩공정에서는 열압착 방식, 초음파 압착 방식, 열초음파 압착방식이 많이 이용된다. 본딩공정은 반도체 칩과 기판을 접촉시켜 일정한 힘과 함께 열 또는 초음파 등을 가하는 공정으로서, 본딩의 품질을 결정하는 중요한 공정이다. 도 2는 종래의 플립칩 본딩방법에 있어서 본딩헤드의 위치 제어를 나타내는 그래프이다. 플립칩은 본딩헤드에 의해 이송된다. 본딩헤드는 플립칩을 기판의 상측으로 이송시킨 후에, 하강을 하여 본딩공정을 수행한다. 본딩공정은 본딩헤드가 본딩높이에 다다른 이후에 수행된다. 본딩헤드가 본딩높이까지 하강하는 단계는 가감속 운동에 의해 검색높이까지 하강하는 단계와, 검색높이에서 본딩높이까지 하강하는 단계의 두 가지로 나누어진다. 본딩헤드는 빠른 속도로 가감속 운동을 하며 검색높이까지 이동한다. 검색높이에 다다른 본딩헤드의 이동 속도는 느리게 변한다. 본딩헤드는 검색높이부터 본딩높이의 사이에서 기판의 위치를 검색하여야 하기 때문에 느린 속도로 움직인다. 기판 위치의 검색이 완료되면 반도체 칩과 기판을 접촉시켜 일정한 힘과 함께 열 또는 초음파를 가하는 본딩공정이 수행된다. 일반적으로 검색높이까지 하강하는 단계에 소요되는 시간(t1)보다 검색높이에서 본딩높이까지 하강하는 단계의 시간(t2-t1)이 오래 걸린다. 검색높이를 낮춘다면 검색높이에서 본딩높이까지 하강하는데 걸리는 시간을 줄일 수 있다. 그러나 검색높이를 너무 낮추는 경우에는 본딩의 품질이 떨어질 수 있기 때문에 검색높이는 기판 위치를 검색하는데 필요한 최적의 검색높이 보다는 높게 설정되어야 한다. 본딩공정을 실시하기 위한 본딩높이(bonding height)는 티칭(teaching)에 의하여 정해지며, 티칭 본딩높이로부터 검색높이가 결정된다. 그러나 티칭 본딩높이와 실제본딩높이 사이에는 수 μm 에서 수십 μm 까지 차이가 발생한다. 실제본딩높이와 티칭 본딩높이 사이에 차이가 발생하는 이유로는 본딩공정이 계속 반복되는 동안 발생하는 (1) 마모나 오염에 의한 본딩 공구 팁의 높이 변화, (2) 모터의 기구적·전기적 히스테리시스(hysteresis)에 의한 높이의 변화, (3) 부품의 열팽창으로 인한 높이 변화 등을 들 수 있다. 티칭 본딩높이가 실제본딩높이 보다 크면, 시간당 생산능력(UPH; unit per hour)이 저하되는 문제가 있었다. 티칭 본딩높이가 실제본딩높이 보다 작으면, 본딩단계에서 터칭(touching)이 부적절하게 이루어져 리드가 오픈되는 등의 불량이 발생함으로써 본딩 품질이 저하되는 문제가 있었다.