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KR100475750B1 - 반도체 패키지의 디플래싱 장치 및 방법 - Google Patents

반도체 패키지의 디플래싱 장치 및 방법 Download PDF

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KR100475750B1
KR100475750B1 KR1020040077972A KR20040077972A KR100475750B1 KR 100475750 B1 KR100475750 B1 KR 100475750B1 KR 1020040077972 A KR1020040077972 A KR 1020040077972A KR 20040077972 A KR20040077972 A KR 20040077972A KR 100475750 B1 KR100475750 B1 KR 100475750B1
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KR
South Korea
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semiconductor package
chamber
laser
mold flash
fixing means
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KR1020040077972A
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Inventor
한유희
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주식회사 이오테크닉스
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Abstract

레이저를 이용하여 반도체 패키지의 몰드 플래쉬를 제거하기 위한 디플래싱 장치 및 방법을 제시한다.
본 발명은 몰딩 공정 후의 반도체 패키지 표면에 대기 중의 수증기를 이용하여 결빙층을 형성하고, 몰드 플래쉬 상의 결빙층에 CO2 레이저를 조사하며, CO2 레이저가 결빙층에 흡수됨에 따라 매우 많은 양의 수증기가 발생하고 이들이 급격히 팽창하여 수증기 발생 방향 반대측으로 충격파가 발생함으로써 몰드 플래쉬가 제거된다.
본 발명에 의하면 몰드 플래쉬를 용이하게 제거할 수 있고, 레이저 빔이 몰드 플래쉬에 직접 조사되지 않으므로 신뢰성과 패키징 상태가 우수한 반도체 패키지를 제조할 수 있다.

Description

반도체 패키지의 디플래싱 장치 및 방법{Apparatus and Method for Defleshing of Semiconductor Package}
본 발명은 몰드 플래쉬 제거 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 레이저를 이용하여 반도체 패키지의 몰드 플래쉬를 제거하기 위한 디플래싱 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 패키지란, 각종 전자회로 및 배선이 적층되어 형성된 단일소자 및 집적회로 등의 반도체 칩을 먼지, 습기, 전기적/기계적 부하 등의 각종 외부환경으로부터 보호함은 물론, 반도체 칩의 전기적 성능을 최적화하고 극대화하기 위해 리드 프레임이나 인쇄회로기판 등을 이용해 외부 메인보드로의 입출력 단자를 형성하고 몰딩한 것을 말한다.
근래 들어 반도체 칩은 고집적화 및 고성능화되고, 전자제품이 소형화 및 고기능화됨에 따라 반도체 패키지의 제조에서도 이를 수용하기 위하여 경박단소화되고 다핀화되고 있으며, 그 제조방법을 단순화하고 생산성을 증대시켜 낮은 제조단가로 반도체 칩을 생산하려는 추세에 있다.
도 1은 일반적인 반도체 패키지의 외관을 설명하기 위한 도면이다.
도시한 것과 같이, 반도체 패키지(10)는 복수의 반도체 칩(12)이 금속재로 형성되는 리드 프레임(14)에 의해 접속되어 있다. 이러한 반도체 패키지(10)를 제조하기 위하여 반도체 칩(12)을 EMC(Epoxy Molding Compound)와 같은 보호재로 커버해야 하며, 이를 몰딩이라고 한다. 그런데, 몰딩 공정시 몰딩재가 리드 프레임(14)에 부착되는 현상이 종종 발생하며, 이를 몰드 플래쉬(Mold Flesh)라 한다.
도 2는 반도체 패키지에 몰드 플래쉬가 잔재하는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도시한 것과 같이, 반도에 칩(12)의 몰딩 공정시 리드 프레임(14)에 몰드 플래쉬(16)가 발생한 것을 알 수 있다. 몰드 플래쉬(16)는 회로 오동작의 원인이 되는 것으로, 반드시 제거하여야 하며 현재는 이의 제거를 위하여 몰드 플래쉬에 레이저를 조사하는 방식을 사용하고 있다.
즉, 몰드 플래쉬(16)에 레이저 빔을 집속시킴으로써 몰드 플래쉬(16)를 태운 후, 워터 젯(water jet)을 이용하여 세정하는 방식을 이용하는데, 이 경우 리드 프레임(14)에 레이저 빔이 직접 조사되어 색깔이 변질되는 문제가 있으며, 이러한 문제는 반도체 패키지가 백색인 경우 더욱 심각하게 된다.
또한, 반도체 패키지가 노출된 상태에서 레이저 빔을 조사하므로, 레이저 빔이 몰드 플래쉬에 정확히 조준되지 않으면 반도체 칩이나 리드 프레임을 손상시켜 반도체 패키지의 생산 효율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점 및 단점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반도체 패키지 제조 공정시 리드 프레임에 가해지는 영향을 최소화하면서 반도체 패키지의 몰드 플래쉬를 제거할 수 있는 디플래싱 장치 및 방법을 제공하는 데 그 기술적 과제가 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 몰딩 공정 후의 반도체 패키지 표면에 대기 중의 수증기를 이용하여 결빙층을 형성하고, 몰드 플래쉬 상의 결빙층에 레이저를 조사한다. 여기에서, 레이저는 CO2 레이저를 이용하는 것이 바람직하며, CO2 레이저가 결빙층에 흡수되면 매우 많은 양의 수증기가 발생하고 이들이 급격히 팽창함에 따라 수증기 발생 방향 반대측으로 충격파가 발생하는 원리를 이용하여 몰드 플래쉬를 제거한다.
몰드 플래쉬는 냉각된 상태에서 제거되기 때문에 그 제거 효율을 더욱 극대화할 수 있으며, 레이저 빔이 몰드 플래쉬를 연소시키기 않고 충격을 가해 제거하기 때문에 반도체 패키지의 외관 또한 우수하게 유지할 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 반도체 패키지 표면에 결빙층을 형성하기 위하여 열전소자를 이용하며, 챔버 내의 수증기를 반도체 패키지 표면에서 냉각시켜 결빙층을 형성하므로 적은 비용만으로 반도체 패키지의 몰드 플래쉬를 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 의한 디플래싱(Defleshing) 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도시한 것과 같이, 반도체 패키지의 디플래싱 장치(100)는 전체적인 동작을 제어하기 위한 제어부(110), 지정된 구경의 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 발생수단(120), 레이저 발생수단(120)으로부터 출사되는 레이저 빔의 방향을 전환하여 반도체 패키지의 가공 위치로 집속시키기 위한 반사수단(130), 제어 파라미터 및 제어 명령을 입력하기 위한 입력부(140), 작동 상태 등의 정보를 표시하기 위한 표시부(150) 및 데이터 저장을 위한 저장부(160), 디플래싱할 반도체 칩이 로드되는 챔버(170), 반도체 패키지(10)가 고정되는 고정수단(30), 고정수단(30)을 냉각시키기 위한 열전소자(Thermoelectric Module; TEM, 40), 열전소자(40)에 의해 연결부재(60)와 같은 타 기계장치가 냉각되는 것을 방지하기 위한 단열수단(50)을 포함한다. 연결부재(60)는 예를 들어, 반도체 패키지(10)의 디플래싱을 위하여 반도체 패키지(10)를 이동시키기 위한 이송수단(도시하지 않음)과 접속된다.
여기에서, 열전소자(40)는 열 에너지를 전기 에너지로, 또는 전기 에너지를 열 에너지로 직접 변환시킬 수 있는 기능성 전자부품으로, 펠티에(Peltier) 소자라고도 불리운다. 이것은 열을 흡열면에서 방열면으로 이동시키는 열대책 부품으로서 열전 방향의 역전에 의해 냉각, 가열의 변환이 가능하며, 온/오프 제어로서가 아닌 전압, 전류의 제어에 의해 미세한 수준의 온도 제어가 가능한 이점이 있다. 소자의 가동부분이 없기 때문에 진동이나 소음이 없고, 프레온 냉매를 사용하지 않으므로 오염이나 공해가 없는 것이 특징이다.
도 4a 및 4b는 본 발명에 적용되는 열전소자의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도시한 것과 같이, 열전소자(40)는 하부 기판(410) 및 상부기판(412) 사이에 하부 전도층(420) 및 상부 전도층(422)이 각각 형성되고, 하부 전도층(420) 및 상부 전도층(422) 사이에 반도체칩(430)이 형성된 구조를 가지며, 전원공급 케이블(440, 442)에 전원을 공급함에 따라 냉각이 이루어지게 된다.
여기에서, 하부 및 상부 기판(410, 412)은 열을 효율적으로 전달하면서 전기의 흐름을 제한하는 역할을 하며, 하부 및 상부 전도층(420, 422)과 반도체 칩(430)이 실질적인 냉각 엔진으로 작용한다. 반도체 칩(430)의 경우 P형 반도체와 N형 반도체 전체가 직렬로 이어져서 최대한의 냉각 효율을 나타내도록 구성되어 있다.
도 4b는 열전소자의 다른 구성 예를 나타내는 것으로, 상부기판(412)에 복수의 홀(450)이 형성된 것을 알 수 있다. 이 홀들은 반도체 칩(430)과 전도층(420, 422)에 의해 발생되는 냉기를 상부기판(412) 상에 접촉되는 물체로 더욱 효율적으로 전달하기 위한 것이다.
이와 같은 열전소자(40)가 냉각을 개시함에 따라 열전소자(40) 상의 고정수단(30)이 냉각되게 되고, 결국 반도체 패키지(10)의 온도가 낮아지게 된다. 챔버(170) 내의 온도는 상온이므로 반도체 패키지(10)의 온도가 저하됨에 따라 그 온도 차이에 의해 수증기가 응축하여 반도체 패키지(10) 표면에 결로가 발생하게 되고, 열전소자(40)가 계속해서 냉각을 계속함에 따라 반도체 패키지(10) 표면에 결빙층(20)이 형성되게 된다. 이를 위하여, 고정수단(30)은 열전도율이 우수한 물질 예를 들어, 금속으로 구현하는 것이 바람직하며, 고정수단(30) 상부를 평평하게 구성하고 그 위에 반도체 패키지(10)를 탑재하여 반도체 패키지(10)로 냉기가 한번에 전달되도록 하거나, 반도체 패키지(10)의 가이드 부분만을 고정하도록 고정수단(30)을 구성하여 고정수단(30)으로 전달되는 냉기가 반도체 패키지(10)의 가이드 부분으로부터 점차 안측으로 전달되도록 하는 것도 가능하다.
여기에서, 반도체 패키지(10)의 리드 프레임(14)은 금속 물질로 이루어져 있고, 반도체 칩(12)은 EMC와 같은 플라스틱 재료에 의해 덮혀져 있으므로 리드 프레임(14) 표면에 먼저 결빙층(20)이 형성되고, 이어서 반도체 칩을 덮고 있는 EMC 표면 및 몰드 플래쉬 표면에 결빙층이 형성된다.
이러한 결빙층(20)은 레이저 빔을 반도체 패키지(10)의 몰드 플래쉬에 조사할 때, 결빙층(20)에 포함된 수분이 급격하게 팽창하여 몰드 플래쉬가 제거될 수 있도록 하는 충격파를 발생하는 매체로 작용한다. 이를 위하여, 본 발명의 디플래싱 장치에서는 CO2 레이저를 이용하는 것이 바람직하다. CO2 레이저는 결빙층(20)에 흡수가 용이한 레이저로서, 결빙층(20)에 조사되면 레이저 빔이 조사되는 면에서 매우 많은 양의 수증기가 발생하게 되며, 이러한 수증기가 레이저 빔 조사면에서 급격히 팽창하여 수증기 발생방향과 반대 방향으로 충격파가 발생되게 한다.
즉, CO2 레이저는 결빙층(20)에서 모두 흡수되고 몰드 플래쉬에 직접 가해지지 않으며, 수분의 팽창에 의한 충격파에 의해 몰드 플래쉬를 제거하는 것이다. 따라서, 레이저 빔의 조사에 따른 몰드 플래쉬의 연소에 의해 반도체 패키지의 색이 변질되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 레이저 빔 조사시 몰드 플래쉬가 냉각된 상태이기 때문에 취성이 증대되어 제거 효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
한편, 챔버(170) 내로 반도체 패키지(10)를 로딩하고 난 후 열전소자(40)에 의해 반도체 패키지(10)를 냉각시킴으로써 소요되는 시간을 단축시키기 위하여 반도체 패키지(10)를 예비냉각한 후 챔버(170) 내로 로딩하는 것도 가능하다. 이 경우, 반도체 패키지(10)를 챔버(170)내로 로딩한 후 반도체 패키지(10)와 고정수단(30) 사이에 응결된 수분이 결빙되는 현상이 발생할 수 있으므로, 예비 냉각 온도는 응결점보다 높게 설정하는 것이 바람직하다. 응결점은 수증기가 물로 변화하기 시작하는 온도로서, 주위의 습도에 따라 결정되며, 습도와 응결점은 비례관계에 있다.
이와 같이, 본 발명은 챔버(170) 내의 온도와 반도체 패키지(10)와의 온도 차이를 이용하여 반도체 패키지(10) 표면에 결빙층(20)을 형성하고 이 결빙층(20)에 레이저 빔을 조사할 때 수분이 급격히 팽창하여 그 반대 방향으로 충격파가 발생하는 현상을 이용하여 몰드 플래쉬를 제거한다.
아울러, 반도체 패키지(10) 표면에 형성되는 결빙층(20)의 두께는 챔버(170) 내의 습도에 따라 변화되며, 습도는 또한 온도에 따라 변화되게 된다. 본 발명에서는 챔버(170) 내의 온도와 습도를 제어하여 결빙층(20)의 두께를 조절하기 위하여 챔버(170) 내에 센서(180)를 부착한다. 챔버(170) 내의 습도는 낮게 관리하는 것이 일반적이므로 습도가 과도하여 결빙층(20)의 두께가 계속해서 두꺼워지는 문제는 고려하지 않아도 되며, 센서(180)에서 감지한 챔버(170) 내의 습도가 지정된 값 이하인 경우 챔버(170) 내의 습도가 부족하여 결빙층(20)이 충분히 형성되지 않는 것을 방지하기 위하여 챔버(170) 내로 습기를 보충하기 위한 가습 수단(190)을 추가로 구성한다.
도 5는 본 발명에 의한 디플래싱 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단일소자 또는 집적회로 등의 반도체 칩의 제조 공정이 완료되면 이를 외부 환경으로부터 보호하고 전기적 성능을 극대화하기 위해 몰딩을 수행함으로써 반도체 패키지(10)가 제조된다(S10). 반도체 패키지(10) 제조를 위한 몰딩 고정시 몰드 플래쉬가 발생하면 소자의 불량을 유발하므로 이를 제거하여야 하며, 이를 위하여 반도체 패키지(10)를 챔버(170) 내에 로딩하고 이를 고정수단(30)에 의해 고정시킨다(S20).
아울러, 반도체 패키지(10)의 형태 및 몰드 플래쉬 발생 부위를 고려하여 제어 파라미터를 설정한다(S30). 이러한 설정 과정은 기 설정된 메뉴로 등록하여 저장부(160)에 저장하여 두고, 메뉴를 호출함으로써 용이하게 이루어질 수 있다.
제어 파라미터 설정이 완료되면, 열전소자(40)를 구동하여 반도체 패키지(10)를 냉각시키며, 이에 따라 반도체 패키지(10) 표면에 결빙층(20)이 형성된다(S40). 반도체 패키지(10)는 챔버(170) 내에 로딩된 후 열전소자(40)에 의해 냉각을 개시하는 것도 가능하지만, 냉각시간을 단축시키기 위해 예비냉각된 상태로 챔버(170) 내에 로딩할 수도 있다. 이때에는 전술한 것과 같이, 반도체 패키지(10)와 고정수단(30) 사이에 응결된 수분이 냉각되는 것을 방지하기 위해 응결점보다 높은 온도로 예비냉각하는 것이 바람직하다.
아울러, 센서(180)에서 감지한 챔버(170) 내의 습도가 지정된 값보다 낮은 경우 가습 수단(190)을 통해 챔버(170) 내로 습기를 공급하여 충분한 두께의 결빙층(20)이 형성되도록 한다.
이후, 스테이지 이송 수단을 구동하여 스테이지를 기 설정된 속도로 이송하며, 제어부(110)는 레이저 발생수단(120)을 제어하여 레이저를 발생시킨다(S50). 이에 따라, 레이저 발생수단(120)에서 생성된 레이저 빔이 반사수단(130)을 통해 반도체 패키지(10) 표면에 조사되어 몰드 플래쉬가 제거되게 된다(S60). 즉, 레이저 발생수단(120)에서 발생되어 반사수단(130)을 통해 조사되는 CO2 레이저 빔이 몰드 플래쉬 상에 형성된 결빙층(20)에 조사됨에 따라 CO2 레이저가 결빙층(20)에 흡수되어 매우 많은 양의 수증기가 발생하게 되고, 이 수증기가 급격히 팽창하게 되며, 이에 따라 수증기가 발생하는 면의 반대 방향으로 충격파가 발생하여 몰드 플래쉬가 리드 프레임(14)으로부터 제거되게 된다.
본 발명에서 레이저 빔은 몰드 플래쉬 또는 몰드 플래쉬가 부착된 리드 프레임에 직접 작용하지 않으므로 레이저 빔에 의한 연소에 의해 반도체 패키지의 색이 변질되는 것을 방지할 수 있으며, 몰드 플래쉬가 냉각된 상태에서 제거되기 때문에 제거 효율 또한 극대화할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 반도체 패키지 제조시 발생하는 몰드 플래쉬를 제거하기 위하여 반도체 패키지 표면에 결빙층을 형성하고, 몰드 플래쉬 표면의 결빙층에 CO2 레이저 빔을 조사함으로써, 이로 인해 발생하는 충격파에 의해 몰드 플래쉬를 용이하게 제거할 수 있다.
아울러, 레이저 빔이 몰드 플래쉬에 직접 조사되지 않으므로 몰드 플래쉬가 연소하는 것을 방지할 수 있고, 따라서 반도체 패키지의 색을 변질시키지 않으면서 신뢰성과 패키징 상태가 우수한 반도체 패키지를 제조할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 일반적인 반도체 패키지의 외관을 설명하기 위한 도면,
도 2는 반도체 패키지에 몰드 플래쉬가 잔재하는 상태를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 의한 디플래싱 장치의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 4a 및 4b는 본 발명에 적용되는 열전소자의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명에 의한 디플래싱 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 반도체 패키지 12 : 반도체 칩
14 : 리드 프레임 16 : 몰드 플래쉬
20 : 결빙층 30 : 고정수단
40 : 열전소자 50 : 단열수단
60 : 연결 부재 100 : 디플래싱 장치
110 : 제어부 120 : 레이저 발생수단
130 : 반사수단 140 : 입력부
150 : 표시부 160 : 저장부
170 ; 챔버 180 : 센서
190 : 가습수단 410, 412 : 기판
420, 422 : 전도층 430 : 반도체 칩

Claims (11)

  1. 리드 프레임에 의해 접속되는 반도체 칩을 몰딩하여 제조한 반도체 패키지의 몰드 플래쉬를 제거하기 위한 장치로서,
    가공 챔버 내에 로딩된 반도체 패키지를 고정하기 위한 고정수단;
    상기 고정수단의 배면에 설치되며, 상기 고정수단을 통해 상기 반도체 패키지를 냉각하여, 상기 반도체 패키지 표면에 결빙층이 형성되도록 하기 위한 열전소자;
    지정된 구경을 갖는 레이저 빔을 생성하여 출력하는 레이저 발생수단;
    상기 레이저 발생수단으로부터 생성되는 레이저를 상기 반도체 패키지로 조사하기 위한 반사수단;
    을 포함하는 반도체 패키지의 디플래싱 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 발생수단으로부터 생성되는 레이저는 CO2 레이저인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 디플래싱 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 패키지의 디플래싱 장치는 상기 챔버 내의 온도 및 습도를 측정하기 위한 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 디플래싱 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 반도체 패키지의 디플래싱 장치는 상기 센서의 측정결과에 따라 상기 챔버 내의 습도가 지정된 값보다 낮은 경우 상기 챔버 내로 수증기를 공급하기 위한 가습수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 디플래싱 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 패키지는 상기 열전소자의 배면에 설치되는 단열수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 디플래싱 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정수단은 금속인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 디플래싱 장치.
  7. 리드 프레임에 의해 접속되는 반도체 칩을 몰딩하여 제조한 반도체 패키지의 몰드 플래쉬를 제거하기 위한 방법으로서,
    배면에 열전소자가 설치된 고정수단 상에 상기 반도체 패키지를 고정하고 챔버에 로딩하는 단계;
    상기 반도체 패키지의 형태 및 몰드 플래쉬 발생 부위에 따른 제어 파라미터를 설정하는 단계;
    상기 열전소자를 구동하여, 상기 고정수단 상의 반도체 패키지를 냉각시켜 상기 반도체 패키지 표면에 결빙층을 형성하는 단계;
    상기 반도체 패키지를 이송하는 단계; 및
    상기 반도체 패키지 표면의 몰드 플래쉬 생성 위치에 레이저 빔을 조사하는 단계;
    를 포함하는 반도체 패키지의 디플래싱 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 CO2 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 디플래싱 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 반도체 패키지를 상기 챔버에 로딩하기 전 상기 반도체 패키지를 응결점보다 높은 온도로 예비냉각하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 디플래싱 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 결빙층을 형성하는 단계는 상기 챔버 내의 습도를 측정한 후 상기 습도가 지정된 값보다 낮은 경우 상기 챔버 내로 수증기를 공급한 후 결빙층을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 디플래싱 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 고정수단은 금속으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 디플래싱 방법.
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