KR100195292B1 - Metal bump manufacturing method by screen print using multi layer mask - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판상에 금속 범프를 제조방법에 관한 것으로, 개구부의 크기가 다른 다수개의 마스크를 절충되고, 스크린 프린트에 의해 상기 개구부에 채워진 금속 페이스트가 기판상에 금속 범프로 형성됨으로써, 저가의 균일한 금속 범프가 형성되고, 마스크와 금속 범프의 접착에 의한 불량을 극복할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to a method for manufacturing metal bumps on a substrate, wherein a plurality of masks having different sizes of openings are compromised, and a metal paste filled in the openings by screen printing is formed on the substrate as metal bumps, thereby providing low cost uniformity. One metal bump is formed, and there is an advantage to overcome the defects caused by the adhesion of the mask and the metal bump.
Description
제1a도는 종래의 도금방법에 의한 반도체 소자 기판의 범프 제조방법을 나타내는 단면도.1A is a cross-sectional view showing a bump manufacturing method of a semiconductor device substrate by a conventional plating method.
제Ib도는 종래의 도금방법에 의한 반도체 소자 기판에 범프가 형성된 상태를 나타내는 단면도.Fig. Ib is a sectional view showing a state where bumps are formed on a semiconductor element substrate by a conventional plating method.
제2a도는 종래의 스크린 프린트 방법에 의한 인쇄회로기판의 범프 제조방법을 나타내는 단면도.2A is a cross-sectional view showing a bump manufacturing method of a printed circuit board by a conventional screen printing method.
제2b도는 종래의 스크린 프린트 방법에 의한 인쇄회로기판에 범프가 형성된 상태를 나타내는 단면도.Figure 2b is a cross-sectional view showing a bump formed on a printed circuit board by a conventional screen printing method.
제3a도는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 소자 기판에 정렬된 두충의 마스크에 금속 페이스트가 채워진 상태를 나타내는 단면도.3A is a cross-sectional view showing a state in which a metal paste is filled in two masks arranged on a semiconductor device substrate according to an embodiment of the present invention.
제3b도는 제 3a도에서 두 번째 마스크가 제거된 상태를 나타내는 단면도.FIG. 3B is a cross-sectional view showing a state in which the second mask is removed in FIG. 3A.
제3c도는 제 3b도에서 금속 범프가 형성된 상태를 나타내는 단면도.3C is a cross-sectional view illustrating a metal bump formed in FIG. 3B.
제3d도는 제 3c도에서 첫 번째 마스크가 제거된 상태를 나타내는 단면도.3d is a cross-sectional view showing a state in which the first mask is removed in FIG. 3c.
제4a도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 인쇄회로기판에 정렬된 두충의 마스크에 금속 페이스트가 채워진 상태를 나타내는 단면도.4A is a cross-sectional view illustrating a state in which a metal paste is filled in a mask of two layers arranged on a printed circuit board according to another embodiment of the present invention.
제4b도는 제 4a도에서 두 번째 마스크가 제거된 상태를 나타내는 단면도.4B is a cross-sectional view showing a state in which the second mask is removed in FIG. 4A.
제4c도는 제 48도에서 금속 범프가 형성된 상태를 나타내는 단면도.4C is a cross-sectional view illustrating a metal bump formed in FIG. 48.
제4d도는 제 4c도에서 첫 번째 마스크가 제거된 상태를 나타내는 단면도.4d is a cross-sectional view showing a state in which the first mask is removed in FIG. 4c.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10,I10 : 반도체 소자 기판 12,32,112,732 : 전극 패드10, I10: semiconductor device substrate 12,32,112,732: electrode pad
14,34,114,134 : 보호막 16,116 : 차단막(barrier metaf)14,34,114,134: protective film 16,116: barrier metaf
18 : 포토레지스트 20,40,120,140 : 금속 페이스트18: photoresist 20, 40, 120, 140: metal paste
22,42,122,142 : 금속 범프 20,130 : 인쇄회로기판22,42,122,142: metal bump 20,130: printed circuit board
36 : 금속마스크 50,150 : 고무롤러36: metal mask 50,150: rubber roller
150,100,250,260 : 마스크150,100,250,260: mask
본 발명은 기판상의 금속 범프 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다층의 마스크를 이용한 스크린 프린트에 의해 기판상에 금속 범프를 형성함으로써, 저가의 균일한 금속 범프가 형성되고, 마스크와 금속 범프의 접착에 의한 불량을 극복할 수 있는 금속 범프 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing metal bumps on a substrate, and more particularly, by forming metal bumps on a substrate by screen printing using a multilayer mask, inexpensive uniform metal bumps are formed, The present invention relates to a metal bump manufacturing method capable of overcoming a defect due to adhesion.
일반적으로 전자 기기의 소형화 및 대용량화의 추세에 따라 반도체 칩의 크기가 커지고 그 반도체 칩의 입출력 단자용 패드의 수가 많아지고 있는 반면에 그 반도체 칩 패키지의 크기가 작아지고, 그 입출력 단자용 패드에 각각 연결되는 리드 프레임의 리드들 사이의 간격이 더욱 좁아져 입출력 단자용 패드와 리드를 금속 와이어로 전기적으로 연결하는 와이어 본명에 의한 접속 방법에 한계가 있다.In general, as the size of electronic devices becomes smaller and larger, the size of a semiconductor chip increases and the number of pads for input / output terminals of the semiconductor chip increases, while the size of the semiconductor chip package decreases and the pads for the input / output terminals respectively. Since the gap between the leads of the lead frame to be connected is further narrowed, there is a limitation in the connection method by the wire real name which electrically connects the pad for input / output terminals and the lead with a metal wire.
따라서, 반도체 칩의 입출력수가 증가함에 따라 보다 접합 밀도를 증가시키거나 반도체 칩의 특성을 개선하기 위한 방법으로 반도체 칩의 전극 패드상에 금속범프를 제조하여 기판에 접속하는 방법으로 TA8, 플립 칩 본딩등이 제안되어 실용화되고 있다.Accordingly, as the input / output number of the semiconductor chip increases, a method of fabricating metal bumps on the electrode pads of the semiconductor chip and connecting them to the substrate as a method for increasing the bonding density or improving the characteristics of the semiconductor chip is performed. Etc. have been proposed and put into practical use.
상기 전술한 바와 같은 접합공정에 중요한 역할을 하는 금속 범프의 제조방법에는 전해도금을 이용하는 방법, 리플로우를 이용하는 방법, 금속 와이어를 이용하는 방법 및 스크린 프린트를 이용하는 방법등이 있으며, 일반적으로는 도금방법이나 리플로우에 의한 방법이 많이 사용된다.The method of manufacturing the metal bumps that play an important role in the bonding process as described above includes a method using an electroplating method, a method using a reflow method, a method using a metal wire, a method using a screen print, and the like. Or reflow methods are often used.
그러나, 상기한 방법들은 공정이 복잡하고 가격이 비싼 단점이 있으며, 그 외 와이어 볼 본딩을 이용하는 방법은 와이어 절단을 위한 전용설비가 필요하고 생산성이 떨어지는 단점이 있고, 금속 볼을 이용하는 방법은 실장은 간단한 반면에 금속 볼을 제조하는 공정이 복잡하고 가격이 비싸다.However, the above methods have a disadvantage in that the process is complicated and expensive. In addition, the method using wire ball bonding requires a dedicated facility for cutting wires and has a disadvantage in that productivity is low. On the other hand, the process of manufacturing metal balls is complicated and expensive.
이러한 단점을 보완하여 간단한 공정으로 저가의 금속 범프를 제조하는 방법으로 스크린 프린트에 의한 방법이 제안 되고 있다.In order to make up for these shortcomings, a method of screen printing has been proposed as a method of manufacturing low-cost metal bumps in a simple process.
제Ia도는 종래의 도금방법에 의한 반도체 소자 기판의 범프 제조방법을 나타내는 단면도이고, 제 Ib도는 종래의 도금방법에 의한 반도체 소자 기판에 범프가 형성된 상태를 나타내는 단면도이다.FIG. Ia is a cross-sectional view showing a bump manufacturing method of a semiconductor device substrate by a conventional plating method, and FIG. Ib is a cross-sectional view showing a state where bumps are formed on a semiconductor device substrate by a conventional plating method.
제Ia도 및 제 1b도를 참조하면, 반도체 소자 기판(10)의 상면에 전극 패드(12)들이 형성되어 있으며, 상기 전극 패드(12)들의 중앙부분을 제외한 상기 반도체 소자(10)의 모든 부분에 보호막(14)이 형성되어 있으며, 상기 반도체 소자 기판(10)의 모든 부분에 티타늄텡스텐(TiW)과 구리(C)가 차례로 진공증착되어 차단막(barrier metal,16)이 형성된다.Referring to FIGS. 1A and 1B, electrode pads 12 are formed on an upper surface of the semiconductor device substrate 10, and all parts of the semiconductor device 10 except for a central part of the electrode pads 12 are formed. A protective film 14 is formed on the surface of the semiconductor device substrate 10. Titanium tungsten (TiW) and copper (C) are sequentially vacuum-deposited to form a barrier metal 16.
또한, 상기 차단막(16)의 상면에는 포토레지스터(18)가 형성되어 있고, 상기 전극 패드(12) 상면의 상기 포토레지스터(18)는 노광·현상되어 제거된 후, 그 곳에 금속 페이스트(20)가 채워진다.In addition, a photoresist 18 is formed on an upper surface of the blocking film 16, and the photoresist 18 on the upper surface of the electrode pad 12 is exposed and developed to be removed, and then a metal paste 20 is disposed thereon. Is filled.
여기서, 상기 금속 페이스트(20)는 리플로우 공정을 거쳐 금속 범프(22)로 형성 된다Here, the metal paste 20 is formed of a metal bump 22 through a reflow process.
그리고, 상기 금속 범프(22)의 외측에 형성된 상기 포토레지스터(18)와 차단막(16)이 제거 된다.Then, the photoresist 18 and the blocking film 16 formed on the outside of the metal bump 22 are removed.
제2a도는 종래의 스크린 프린트 방법에 의한 인쇄회로기판의 범프 제조방법을 나타내는 단면도이고, 제 2b도는 종래의 스크린 프린트 방법에 의한 인쇄회로기판에 범프가 형성된 상태를 나타내는 단면도이다.2A is a cross-sectional view showing a bump manufacturing method of a printed circuit board by a conventional screen printing method, and FIG. 2B is a cross-sectional view showing a bump formed on a printed circuit board by a conventional screen printing method.
제2a도 및 제 2b도를 참조하면, 종래의 스크린 프린트 방법은 인쇄회로기판(30)상의 소정의 영역에 전도성 패드(32)가 형성되어 있으며, 상기 전도성 패드(32)를 제외한 영역에 솔더 레지스터가 도포되어 보호막(34)이 형성된다.Referring to FIGS. 2A and 2B, in the conventional screen printing method, the conductive pad 32 is formed in a predetermined region on the printed circuit board 30, and the solder resistor is formed in the region except for the conductive pad 32. Is applied to form a protective film 34.
또한, 상기 인쇄회로기판(30)상에 전도성 패드(32)의 크기에 맞추어 개구부가 형성된 금속 마스크(36)가 상기 인쇄회로기판(30)상에 정렬·고정되고, 상기 개구부에 금속 페이스트(40)가 채워지면 고무를러(50)로 밀어 상기 개구부를 채운 다음 상기 마스크(36)는 제거된다.In addition, a metal mask 36 having an opening formed on the printed circuit board 30 in accordance with the size of the conductive pad 32 is aligned and fixed on the printed circuit board 30, and a metal paste 40 is formed in the opening. ) Is filled, the rubber is pushed into the roller 50 to fill the opening, and then the mask 36 is removed.
여기서, 상기 금속 페이스트(40)를 리플로우 시킴으로써 금속 범프(42)가 형성된다.Here, the metal bumps 42 are formed by reflowing the metal paste 40.
그러나, 종래의 도금방법 및 스크린 프린트에 의한 금속 범프 제조 공정에 있어서, (1) 원부자재로서 금속 마스크와 금속 페이스트를 사용하기 때문에 그 제작한계가 있어 전극 패드의 파인 패드 피치화에 대응하는 것이 어렵고, (2) 스크린 프린트에 의해 전사된 금속 페이스트의 양에 따라 리플로우 공정후 형성된 금속 범프의 크기가 달라지게 되어 균일한 금속 범프의 형상 및 높이를 얻기가 어렵고, (3) 금속 마스크와 인쇄회로기판을 동시에 리플로우 공정을 할 경우, 금속 범프가 금속 마스크 사이에 붙어서 떨어지지 않는 불량이 발생하는 단점을 내포하고 있다.However, in the metal bump manufacturing process by the conventional plating method and screen printing, since (1) a metal mask and a metal paste are used as raw subsidiary materials, there is a manufacturing limit and it is difficult to cope with the fine pad pitch of an electrode pad. (2) The size of metal bumps formed after the reflow process varies depending on the amount of metal paste transferred by screen printing, making it difficult to obtain the shape and height of uniform metal bumps. (3) Metal masks and printed circuits When the substrate is reflowed at the same time, the metal bumps may be stuck between the metal masks, thereby causing a defect that does not fall.
따라서 본 발명의 목적은 다층의 마스크를 이용한 스크린 프린트를 이용하여 기판(여기서, 기판은 인쇄회로기판, 반도체 소자 기판, 세라믹 기판을 의미한다)상에 금속 범프를 형성하므로서, 종래의 문제점을 극복 할 수 있는 저가의 균일한 금속범프를 형성하는 범프 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to overcome the conventional problems by forming a metal bump on a substrate (wherein the substrate means a printed circuit board, a semiconductor device substrate, and a ceramic substrate) using screen printing using a multilayer mask. The present invention provides a bump manufacturing method for forming a low-cost uniform metal bump.
상기 목적을 달성하기 위하여, 기판 상면의 소정의 영역에 패드들이 형성되어 있으며, 상기 패드들을 제외한 영역에 보호막이 형성되는 단계와; 상기 패드의 크기에 맞추어 개구부가 형성된 첫 번째 마스크가 상기 기판 상면에 적층되어 정렬·고정되는 단계와; 상기 첫 번째 마스크의 개구부에 대응되는 위치에 개구부가 형성된 두 번째 마스크가 적층되어 정렬·고정되는 단계와; 상기 첫 번째, 두 번째 마스크의 개구부에 금속 페이스트가 고무롤러에 밀려 채워지는 단계; 상기 금속 페이스트가 채워진 후 상기 첫 번째 마스크가 제거되는 단계; 상기 금속 페이스트가 리플로우 공정에 의해 금속 범프로 형성되는 단계; 및 상기 두 번째 마스크가 제거되는 단계'를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층의 마스크를 이용한 금속 범프 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the pads are formed in a predetermined area of the upper surface of the substrate, the protective film is formed in the area except the pad; Stacking and aligning a first mask having an opening formed in accordance with a size of the pad on an upper surface of the substrate; Stacking and aligning a second mask having an opening formed at a position corresponding to the opening of the first mask; Filling a rubber roller with a metal paste in the openings of the first and second masks; Removing the first mask after the metal paste is filled; Forming the metal paste into metal bumps by a reflow process; And it provides a method for manufacturing a metal bump using a multi-layer mask, characterized in that it comprises the step of removing the second mask.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
제3a도는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 소자 기판에 정렬된 두층의 마스크에 금속 페이스트가 채워진 상태를 나타내는 단면도이다.3A is a cross-sectional view showing a state in which a metal paste is filled in two masks aligned on a semiconductor device substrate according to an embodiment of the present invention.
제3a도를 참조하면, 반도체 소자 기판(110) 상면의 소정의 영역에 전극 패드(112)들이 형성되어 있으며, 상기 전극 패드(112)들을 제외한 영역에 보호막(114)이 형성되어 있으며, 상기 전극 패드(112)들 상면에 스크린될 금속과의 양호한 접착을 위해 티타늄텡스텐(TiW)과 구리(Gu)가 차례로 진공 증착되어 차단막(116)이 형성된다.Referring to FIG. 3A, electrode pads 112 are formed in a predetermined region of an upper surface of the semiconductor device substrate 110, and a protective film 114 is formed in an area except the electrode pads 112. Titanium tungsten (TiW) and copper (Gu) are sequentially vacuum deposited to form a barrier layer 116 for good adhesion to the metal to be screened on top of the pads 112.
그리고. 상기 전극 패드(112)들의 크기에 맞추어 개구부가 형성된 첫 번째 마스크(157)가 상기 반도체 소자 기판(110) 상면에 정렬·고정되고, 상기 첫 번째 마스크(150)의 개구부에 대응된 위치에 상기 개구부보다 큰 개구부가 형성된 두 번째 마스크(160)가 적층되어 정렬·고정된다.And. The first mask 157 having an opening formed in accordance with the size of the electrode pads 112 is aligned and fixed to the upper surface of the semiconductor device substrate 110, and the opening is located at a position corresponding to the opening of the first mask 150. The second mask 160 having larger openings is stacked and aligned and fixed.
여기서, 상기 첫번째 마스크(150)는 지그(jig, 도시안됨)를 이용하여 정렬되어 고정시킨 후, 메인 프레임(도시안됨)상에 고정된 상기 두번째 마스크(100)와 정렬된다.Here, the first mask 150 is aligned and fixed using a jig (not shown), and then aligned with the second mask 100 fixed on the main frame (not shown).
그리고, 상기 첫 번째, 두 번째 마스크(150)(160)의 개구부에 금속 페이스트(120)가 고무롤러(50)에 밀려 채워진다.In addition, the metal paste 120 is pushed into the rubber roller 50 in the openings of the first and second masks 150 and 160.
좀더 상세히 언급하면, 상기 첫 번째 마스크(150)의 개구부를 상기 두 번째 마스크(160)의 개부구보다 적게 형성되어 상기 금속 페이스트(120)의 스크린 프린트시 상기 마스크(157)(160)의 내부 충진율 및 전사율이 향상된다.In more detail, the opening of the first mask 150 is less than the opening of the second mask 160 so that the filling rate of the masks 157 and 160 when screen printing the metal paste 120 is performed. And the transfer rate is improved.
그리고, 상기 금속 페이스트(120)의 재질은 가용성이 좋은 솔더 페이스트이고, 200μm 피치 이하의 스크린 프린트에 사용되는 금속 페이스트의 입자의 크기를 10μm 이하로 하여 스크린되는 상기 금속 페이스트(120)의 양을 거의 균일한 수준으로 조절할 수 있고, 상기 마스크(150)(160)의 재질은 금속 또는 폴리머(polymer)이다.In addition, the material of the metal paste 120 is a highly soluble solder paste, and the particle size of the metal paste used for screen printing of 200 μm pitch or less is 10 μm or less, so that the amount of the metal paste 120 screened is almost reduced. It can be adjusted to a uniform level, the material of the mask 150, 160 is a metal or polymer (polymer).
제3b도는 제3a도에서 두 번째 마스크가 제거된 상태를 나타내는 단면도이고, 제 3c도는 제3b도에서 금속 범프가 형성된 상태를 나타내는 단면도이고, 제3d도는 제3c도에서 첫 번째 마스크가 제거된 상태를 나타내는 단면도이다.FIG. 3B is a cross-sectional view showing a state in which a second mask is removed in FIG. 3A, and FIG. 3C is a cross-sectional view showing a state in which metal bumps are formed in FIG. 3B, and FIG. 3D is a state in which the first mask is removed in FIG. It is sectional drawing which shows.
제3b도, 제3c도 및 제3d도를 참조하면, 두 번째 마스크(160)가 제거되고, 리플로우 공정에 의해 금속 페이스트(120)는 금속 범프(122)로 형성된다.Referring to FIGS. 3B, 3C, and 3D, the second mask 160 is removed, and the metal paste 120 is formed of the metal bumps 122 by the reflow process.
여기서, 첫 번째 마스크(150)의 개구부의 크기(a)는 전극 패드(112)에 형성된 상기 금속 범프(122)의 직경(b)보다는 최소한 크게 설계된다.Here, the size (a) of the opening of the first mask 150 is designed to be at least larger than the diameter (b) of the metal bump 122 formed in the electrode pad 112.
그리고, 첫 번째 마스크(150)가 제거되면 반도체 소자 기판(110)상에 상기 금속 범프(122)의 형성이 완료된다.When the first mask 150 is removed, the metal bumps 122 are formed on the semiconductor device substrate 110.
여기서, 상기한 제3a도에서, 상기 마스크(150)(160)를 제거하지 않은 상태에서, 상기 금속 페이스트(120)는 리플로우 공정에 의해 상기 금속 범프(122)로 형성할 수 있다.Here, in FIG. 3A, the metal paste 120 may be formed of the metal bumps 122 by a reflow process without removing the masks 150 and 160.
그리고, 상기 두 번째 마스크(160)를 제거하고, 다음으로 상기 첫 번째 마스크(150)를 제거하면 상기 금속 범프(122)의 형성이 완료된다.The removal of the second mask 160 and the removal of the first mask 150 is then completed to form the metal bumps 122.
제4a도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 인쇄회로기판에 정렬·고정된 두층의 마스크에 금속 페이스트가 채워진 상태를 나타내는 단면도이고, 제4b도는 제4a도에서 두 번째 마스크가 제거된 상태를 나타내는 단면도이고, 제4c도는 제4b도에서 금속 범프가 형성된 상태를 나타내는 단면도이고, 제4d도는 제4c도에서 첫 번째 마스크가 제거된 상태를 나타내는 단면도이다.4A is a cross-sectional view showing a state in which a metal paste is filled in two masks aligned and fixed to a printed circuit board according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view showing a state in which a second mask is removed from FIG. 4A. 4C is a cross-sectional view showing a state in which metal bumps are formed in FIG. 4B, and FIG. 4D is a cross-sectional view showing a state in which the first mask is removed in FIG. 4C.
제4a도, 제4b도, 제4c도 및 제4d를 참조하면, 인쇄회로기판(130)의 상면에 두충의 마스크(250)(260)가 정렬·고정될 때 첫 번째 마스크(250)의 개구부의 크기가 두 번째 마스크(200)의 개구부의 크기보다 큰 것을 제외하면, 본 발명의 실시예에 의한 방법과 동일한 방법으로 금속 범프(142)가 형성된다.4A, 4B, 4C, and 4D, the openings of the first mask 250 when the two masks 250 and 260 are aligned and fixed on the upper surface of the printed circuit board 130. The metal bumps 142 are formed in the same manner as the method according to the embodiment of the present invention, except that the size of the second mask 200 is larger than that of the opening of the second mask 200.
따라서, 본 발명에 따른 구조에 따르면, 개구부의 크기가 다른 다층의 마스크를 이용함으로써, 금속 페이스트의 충진율과 전사율을 높일 수 있고, 금속 범프가 형성된 후 마스크의 분리가 용이하여 저가의 균일한 금속 범프가 형성되는 이점(利點)이 있다.Therefore, according to the structure according to the present invention, by using a multilayer mask having different opening sizes, the filling rate and transfer rate of the metal paste can be increased, and the mask can be easily separated after the metal bumps are formed, so that the inexpensive uniform metal There is an advantage that bumps are formed.
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