KR100471454B1 - 테이프 서브스트레이트 기판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 상압 플라즈마 세정 방식이 플라즈마를 발생시키고 플라즈마 상태를 유지시키기 위하여 더 높은 에너지를 필요로 할 뿐 아니라 높은 전압차로 인하여 TS 기판이 손상을 입게 되는 문제점이 있기 때문에,

유전체가 씌워지고 기판이 위치될 수 있도록 일정 거리 이격되게 설치되며 전원이 인가될 경우 둘 사이에 플라즈마를 발생시켜 내부에 위치된 기판을 세정하는 전극과, 상기 전극의 배후에 위치되고 상기 전극의 주위에 자기장을 형성하여 상기 전극에서 방출된 전자가 빠져나가지 못하게 하는 자성체와, 상기 전극 사이로 불활성 가스 또는 반응성 가스를 공급하는 가스 공급수단을 포함함으로써,

플라즈마를 발생시키고 이를 유지시키기 위하여 높은 전압을 요구하지 않고 전기장 및 자기장에 의해 플라즈마의 농도가 증가되므로 효율이 좋아지게 되는 테이프 서브스트레이트 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

테이프 서브스트레이트 기판의 제조 방법{Method for manufacturing tape substrate board}

본 발명은 반도체 칩 등의 전자부품을 배선판에 실장하는데 적당한 리드부를 가진 테이프 서브스트레이트를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 테이프 서브 스트레이트를 제조할 때 상압 또는 대기압 하에서 테이프 서브스트레이트 기판의세정이 가능하도록 하는 테이프 서브스트레이트 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

테이프 서브스트레이트(Tape Substrate; 이하, TS라 약칭함.) 기판은 전자기기의 소형 경량화에 따라 반도체 칩과 같은 전자부품을 배선판에 실장하기 위하여 개발된 것으로서, TAB(Tape Automated Bonding) 기판, TBGA(Tape Ball Grid Array) 기판, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 기판, COF(Chip On Film) 기판 등의 전자제품 실장용 필름 캐리어 테이프(Film Carrier Tape)을 의미한다.

일반적으로 TS는 도 1에 도시된 바와 같이 폴리이미드(PI)로 형성되어 베이스 필름으로 작용되는 PI 테이프를 사용 목적에 맞게 가공한 후, 수십 ㎛의 두께를 가진 동박층을 부착(laminating)시킨다. 여기서, 상기 동박층을 상기 PI 테이프에 부착하는 방법은 점착 또는 증착 방식을 사용하고 있다.

이후, 동박층의 표면에 포토 레지스트를 코팅한 후, 포토 레지스트에 패턴이 형성되도록 노광한 후 현상한다. 포토 레지스트를 현상한 후 PI 테이프를 에칭액에 넣어 부식시키면 패턴 형성 부분을 제외한 나머지 부분의 동박층이 제거된다. 이후, PI 테이프에 남아 있는 포토 레지스트를 제거하게 되면, PI 테이프에 동박으로된 패턴이 형성되어 남아 있게 된다.

이렇게 하여 형성된 TS 동박 패턴중 인너리드 및 솔더볼 단자부를 제외한 나머지 부분에 솔더 레지스트를 도포한다. 솔더 레지스트가 도포된 후 노출된 단자 접속부, 즉 리드부에 주석으로 도금층을 형성하여 실장 부품과의 본딩성이 좋아지게 하며, TS 기판의 제조를 완료한다.

이후, TS 기판은 전자부품에 부착되어 전자부품이 배선판에 실장될 때 전자부품과 배선판을 서로 연결시키게 된다. 여기서, TS 기판은 내부 리드와 범프(전극)가 형성된 반도체 칩의 전극과 단자가 동시에 접합이 가능한 갱 본딩법에 의해 결합된다.

여기서, 상기 TS 기판은 포토 레지스트 코팅, 현상, 에칭, 도금, 인쇄 공정등의 습식 공정을 거치게 되며, TS 기판의 접촉각이 낮을수록 코팅성과 인쇄성 및 도금성이 향상된다. 따라서, 플라즈마를 이용하여 TS 기판을 세정함으로써 접촉각을 낮춰주고 있다. 플라즈마를 이용하여 TS 기판을 세정하는 방법은 진공 상태에서 플라즈마 세정하는 진공 플라즈마 세정방식과, 상압 또는 대기압 하에서 플라즈마 세정하는 상압 플라즈마 세정방식으로 구분된다.

진공 플라즈마 세정방식은 건식 세정방법으로 도 2에 도시된 진공 플라즈마 세정장치를 이용한다. 진공 플라즈마 세정장치는 내부에 TS 기판(20)이 위치되고 가스 주입구 및 가스 출구가 형성된 진공 챔버(10)와, 상기 TS 기판(20)을 사이에 두고 설치되어 전원이 인가될 경우 플라즈마(13)를 발생시키는 전극(11)으로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 진공 플라즈마 세정장치는 진공 챔버(10)에 TS 기판(20)을 위치시키고 진공 챔버(10)의 내부를 진공 상태로 한 상태에서 진공 챔버(10) 내부로 아르곤 가스(Ar gas)와 같은 불활성 가스 또는 산소(O₂)와 같은 반응성 가스를 주입하며, TS 기판(20)의 상하측에 각각 위치된 전극(11)에 교류(AC) 또는 RF 전원을 인가하여 플라즈마(13)를 발생시키게 된다. 즉, 상기 전극(11)에 전원이 인가되면 고전압에 의해 아르곤 가스(Ar gas)또는 산소(O₂)가 해리되며, 아르곤 양이온(Ar⁺), 전자(e^-), 산소 양이온(O²⁺), 산소 음이온(O^2-), 산소 라디칼(O⁺) 등이 혼재되어 플라즈마(13)를 구성하게 된다. 따라서, 플라즈마(13)를 구성하는 각 이온이 TS 기판(20)의 표면과 반응하게 됨으로써 TS 기판(20) 표면의 불순물이 제거된다.

상기한 진공 플라즈마 세정방식은 세정 효과는 우수하지만 진공 챔버(10)의 내부를 진공으로 구성하기 위한 비용이 많이 소요되며 세정에 필요한 시간도 많이 소요되는 단점이 있다.

즉, 진공 챔버(10)의 내부를 진공으로 하기 위하여 진공 펌프 등의 부가 장치를 사용하는데 진공도가 증가될수록 비용이 많이 소요되며, TS 기판(20)을 진공 챔버(10)의 내부에 위치시키기 위하여 진공을 해제한 후 다시 진공 상태로 만들어 세정하게 되므로 시간이 많이 소요된다.

또한, 양산 공정의 과정에서 일괄 공정으로 적용할 수 없고 독립 공정으로 적용해야 하므로, 세정 과정이 다수 회 요구되는 TS 기판(20)의 제조 공정에 적용하기에는 곤란한 점이 있다.

따라서, TS 기판의 세정을 위해서는 상압 플라즈마 세정방식을 적용하고 있으며, 이 방식에서 적용되는 상압 플라즈마 세정장치는 도 3에 도시된 바와 같이 대기압 또는 그 이상의 압력을 가한 상태에서 전극(31) 사이에 기판(30)을 위치시키고 가스를 공급한 후 전극(31)에 교류(AC) 또는 RF 전원을 인가함으로써 상압 또는 대기압 하에서 플라즈마(33)가 발생되도록 한다. 이때, 상기 전극(31)의 표면에는 유전체(32)가 도포되어 플라즈마 발생이 쉽게 일어나도록 하고 있으며, 플라즈마(33)가 발생된 경우 건식 세정 방식과 동일하게 플라즈마(33)를 구성하는 음이온 및 양이온이 TS 기판(30)의 표면과 반응하여 TS 기판(30)의 불순물을 제거하도록 하고 있다.

이와 같이 구성되고 작용되는 종래의 상압 플라즈마 세정방식은 특별히 독립된 진공 챔버를 설치할 필요가 없으므로 양산 공정에 적용하기에 적합하고, 진공을 구성하기 위한 비용 및 시간이 절약되는 장점이 있다.

그러나, 상기한 상압 플라즈마 세정 방식은 플라즈마를 발생시키고 플라즈마 상태를 유지시키기 위하여 더 높은 에너지를 필요로 할 뿐 아니라 높은 전압차로 인하여 TS 기판이 손상을 입게 되는 문제점이 있다.

즉, 상압 플라즈마 세정 방식의 경우에는 공급된 가스들의 평균 이동거리가 진공 상태에 비해 훨씬 짧기 때문에 진공 상태가 아닌 대기압 또는 그 이상의 압력 영역에서 플라즈마(33)를 발생시키고 유지시키기 위해서는 더 높은 에너지를 공급해주어야 한다. 이때, 두 전극(31)에 걸리는 전압은 수천 V까지 올라가게 되는데, 이 전압차 만큼 양이온 및 음이온이 TS 기판(30)을 때리게 되어 TS 기판(30)의 표면이 손상을 입게 된다. 또, 인가되는 전압이 높아지게 되면 플라즈마 방전시 불가항력적으로 발생되는 아크 현상에 의하여 TS 기판(30)이 물리적인 손상을 입게 된다. 따라서, 두 전극(31)에 인가되는 전압을 낮추는 것이 필수적이나 진공 상태가 아닌 대기압 하에서 플라즈마(33)를 발생시키기 위해서는 전압을 낮추는 것이 불가능하다. 여기서, 아크 현상은 전극(31)의 표면에 전하들이 차아징(charging)되어 있다가 어느 임계점을 넘으면 순간적으로 전하들이 한꺼번에 흐르는 현상을 말하며, 아크가 심하게 발생될 경우 플라스틱은 물론 금속까지도 심한 물리적 손상을 입게 된다.

특히, TS 기판(30)은 폴리이미드와 동박으로 구성되어 있으므로 기판(30) 주변의 온도가 상승될 경우 변형의 우려가 있으며, 동박과 같이 무른 금속의 경우에는 플라즈마(33)를 발생시키기 위한 높은 전압에 의한 점 효과(point effect) 등으로 인하여 동박 표면의 변색 및 오픈(open), 쇼트(shirt) 등의 불량 발생률이 증가하게 된다. 더욱이 현재의 추세와 같이 패턴의 폭이 좁아지고 있는 상황에서는 그 영향이 더욱 더 커지게 되므로 이에 대한 방지책이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, TS 기판을 세정함에 있어서 상압 플라즈마 세정방식을 적용하되 플라즈마 상태를 유지시키기 위하여 자기장을 형성하도록 함으로써 저전압 및 고효율을 얻을 수 있도록 한 테이프 서브스트레이트 기판의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 테이프 서브스트레이트 기판의 제조 방법은, 유전체가 씌워진 2개의 전극에 전원을 인가하고 가스를 주입하여 전극 사이에서 플라즈마를 형성시킴과 아울러, 상기 2개의 전극 배후에 있는 자성체를 이용하여 전극 사이에 자기장을 형성시키는 제1단계와; 상기 제1단계에서 상기 2개의 전극 사이에 플라즈마가 발생되면, 2개의 전극 사이에 공급되는 전원을 중지하는 제2단계와; 상기 전극 사이에 추가 물질을 설치할 기판을 투입하여 플라즈마와 기판의 표면이 반응을 일으키도록 함으로써 기판을 세정한 후 취출하는 제3단계와; 상기 세정된 기판의 표면에 추가 물질을 도포, 도금, 부착 등의 방법으로 설치하는 제4단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

삭제

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 테이프 서브스트레이트 기판의 플라즈마 세정장치는 도 4에 도시된 바와 같이 유전체(61)가 씌워지고 기판(50)이 위치될 수 있도록 일정 거리 이격되게 설치되며 전원이 인가될 경우 둘 사이에 플라즈마(64)를 발생시켜 내부에 위치된 기판(50)을 세정하는 전극(60)과, 상기 전극(60)의 배후에 위치되고 상기 전극(60)의 주위에 자기장을 형성하여 상기 전극(60)에서 방출된 전자가 빠져나가지 못하게 하는 자성체(63)와, 상기 전극(60) 사이로 불활성 가스 또는 반응성 가스를 공급하는 가스 공급수단(미 도시)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 자성체(63)는 영구자석이나 전자석중 어느 것을 사용하더라도 관계없다. 영구자석의 경우 페라이트, Nd-Fe 계열, 사마리움 코발트, Al-Ni-Co 계열의 재료를 적어도 하나 이상 포함한다. 전자석은 당연하게 상기 전극이 전원이 인가될 경우에만 자기장을 형성한다. 또, 상기 자성체는 전극 표면과 수직인 방향을 기준으로 50-2000G(Gauss)의 세기를 가지는 자기장을 형성시키게 된다. 50G이하의 자기장의 경우에는 플라즈마를 구성하는 전자 및 이온의 이탈을 방지하기 어렵고, 2000G 이상의 자기장을 발생시키는 영구자석은 존재하지 않을 뿐 아니라 이 정도의 자기장을 형성하기 위해서는 전자석에 매우 큰 전압을 인가해야 하기 때문에 효용성이 낮기 때문이다.

상기와 같이 구성된 TS 기판의 플라즈마 세정장치를 이용한 세정방법은 도 5에 도시된 바와 같이 둘 사이에 기판(50)이 위치될 수 있도록 유전체(61)가 씌워진 2개의 전극(60)을 일정 거리 이격되게 설치하는 제1단계와; 상기 전극(60)에 전원을 인가하고 가스를 투입하여 전극 사이에서 플라즈마(64)를 형성시키는 제2단계와; 상기 전극(60)의 배후에 있는 자성체(63)를 이용하여 기판(50)의 주위에 자기장을 형성시키는 제3단계와; 상기 전극(60) 사이에 기판(50)을 투입하여 플라즈마(64)와 기판(50)의 표면이 반응을 일으키도록 함으로써 기판(50)을 세정한 후 취출하는 제4단계로 이루어진다.

여기서, 상기 제2단계에서 주입되는 가스는 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스 또는 산소(O₂)와 같은 반응성 가스이며, 두 종류의 가스가 동시에 주입될 수도 있다. 물론, 상기 제2단계는 대기압 또는 상압 하에서 플라즈마(64)가 형성되도록 하는 것은 당연하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 TS 기판의 플라즈마 세정장치는 진공 상태가 아닌 대기압 또는 그 이상의 압력 하에서 TS 기판을 세정하되 보다 낮은 전압하에서도 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 하여 저전압 및 고효율을 달성할 수 있게 한다.

먼저, 유전체(61)가 씌워진 2개의 전극(60)을 일정 거리 이격되게 설치한 후, 상기 전극(60)에 교류(AC) 또는 RF 전원을 인가하고 가스를 투입하여 전극(60) 사이에서 플라즈마(64)를 발생시킨다. 물론, 가스를 먼저 공급한 후 두 전극(60)에 전원을 인가하여도 큰 상관은 없다. 이때, 상기 전극(63)의 배후에 있는 자성체(63)는 기판(50)의 주위에 자기장을 형성하게 되며, 기판(50)의 주위에 형성된 자기장은 플레밍의 왼손법칙에 따라 전극을 통해 바로 빠져나가지 않고 일정한 지름을 가지면서 회전 운동을 하게 된다.

따라서, 초기 전원이 인가될 때 생성된 전자들이 양극을 통해 바로 빠져나가 소멸되지 않고 전기장 및 자기장의 힘으로 원운동을 하면서 아르곤 가스나 산소 가스를 해리시켜 양이온 및 음이온으로 나눠지게 한다. 이때 발생된 음이온들이 양극을 통해 바로 빠져나가지 못하고 자기장에 의해 포획되어 다른 가스들과 계속 충돌하게 되므로 계속 전자들이 형성된다.

결국, 두 전극(60) 사이에서 발생되는 플라즈마(64)의 밀도는 시간이 지날수록 계속 증가하게 되므로 효율이 증가하게 되며 플라즈마(64)를 발생시키기 위한 초기 전압을 인가한 이후에는 플라즈마(64) 상태를 유지시키기 위한 추가 전원의 공급이 필요없고, 다만 생성된 전자들이 계속 충돌할 수 있도록 전기장을 형성하기 위한 전원만 공급하면 된다. 따라서, 기존의 방식에 비해 낮은 전압으로도 플라즈마(64)를 생성 및 유지시킬 수 있게 된다.

플라즈마(64)가 발생 및 유지되는 두 전극(60) 사이에 기판(50)을 투입하게 되면, 플라즈마(64)를 구성하는 양이온 및 음이온들이 기판(50)의 표면과 반응하여 기판(50)의 표면에 있는 불순물을 제거하게 된다. 물론, 세정이 끝난 기판(50)은 취출하여 다음 공정이 진행되도록 한다. 여기서, 기판(50)의 세정을 위해서는 플라즈마(64)가 발생 및 유지되는 두 전극(60) 사이에 기판(50)을 통과시키기만 하면 되므로, TS 기판을 제조하는 일괄 공정에 적용이 가능하게 된다.

TS 기판의 제조 공정에서 상기한 플라즈마 세정 방식이 사용되는 부분은 동박 표면에 포토 레지스트를 코팅하기 전과, 리드부를 형성하는 동박 부분에 주석층을 도금하기 전 및 TS 기판의 리드부가 반도체 칩에 부착되기 전 등이다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이 폴리이미드 기판(51)에 동박(52)을 부착한 후 동박(52)의 표면에 포토 레지스트(53)를 코팅하기 전에 플라즈마 세정을 실시하게 되며, 그 결과 롤 코터(roll coater;57)를 이용하여 포토 레지스트(53)를 코팅할 때 동박(52) 표면의 접촉각이 낮아 미코팅 영역이 줄어들게 된다.

또, 도 7에 도시된 바와 같이 폴리이미드 기판(51) 및 솔더 레지스트(54)의 외측으로 돌출된 동박(52) 패턴으로 구성되는 리드부의 상하면에 각각 주석층(55)을 도금하기 전에 리드부를 구성하는 동박(52)의 표면을 플라즈마 세정을 실시할 수 있다. 따라서, 동박(52) 표면의 젖음성이 증가하게 되어 주석층(55)의 도금이 보다 매끄럽게 수행된다. 즉, 자기장을 이용하지 않을 경우 리드부를 구성하는 동박(52) 표면의 얼룩이나 점 효과(point effect)에 의한 오픈, 쇼트 등이 발생될 수 있으나, 자기장을 형성할 경우 그와 동일한 불량은 거의 줄어들게 된다. 물론, 에칭을 통해 포토 레지스트를 제거한 후 솔더 레지스트(54)를 도포할 경우에도 플라즈마 세정을 수행할 수 있으며, 동일한 효과로 인하여 솔더 레지스트(54)의 인쇄가 원활하게 진행된다.

또, 도 8에 도시된 바와 같이 제품을 출하하기 전, 즉 반도체 칩(70)을 TS 기판(50)의 리드부에 본딩하기 전에 리드부의 주석층(55)에 대하여 플라즈마 세정을 실시할 수 있다. 즉, TS 기판(50)의 리드부에 반도체칩(70)을 본딩하기 전에 자기장을 형성시킨 상태에서 플라즈마 세정을 수행할 경우, 제품 출하전에 물품의 손상없이 주석층(55)을 세정하고 표면을 개질하여 출하 후 본딩할 때 본딩성이 향상되게 할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 테이프 서브스트레이트 기판의 제조 방법은 플라즈마를 발생시키고 이를 유지시키기 위하여 높은 전압을 요구하지 않고 전기장 및 자기장에 의해 플라즈마의 농도가 증가되므로 효율이 좋아지게 되는 이점이 있다.

또, 상압 플라즈마 세정 방식을 테이프 서브스트레이트 기판의 제조 공정에 적용할 수 있고 코팅성과 도금성 및 인쇄성이 향상되도록 하는 이점이 있다.

또한, 반도체 칩을 배선판에 실장함에 있어서도 접합력이 우수하고 전기 특성 변화가 발생되지 않게 하는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 테이프 서브스트레이트 기판의제조 공정이 도시된 공정도,

도 2는 종래의 진공 플라즈마 세정장치가 개략적으로 도시된 구성도,

도 3은 종래의 상압 플라즈마 세정장치의 다른 예가 도시된 구성도,

도 4는 본 발명에 의한 테이프 서브스트레이트 기판의 플라즈마 세정장치가 개략적으로 도시된 구성도,

도 5는 본 발명에 의한 테이프 서브스트레이트 기판의 제조 방법이 도시된 순서도,

도 6 내지 도 8은 본 발명의 테이프 서브스트레이트 제조 공정을 설명하기 위한 참고도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : TS 기판 51 : PI 테이프

52 : 동박층 53 : 포토 레지스트

54 : 솔더 레지스트 55 : 주석 도금층

60 : 전극 61 : 유전체

63 : 자성체 64 : 플라즈마

70 : 반도체 칩

Claims (13)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 유전체가 씌워진 2개의 전극에 전원을 인가하고 가스를 주입하여 전극 사이에서 플라즈마를 형성시킴과 아울러, 상기 2개의 전극 배후에 있는 자성체를 이용하여 전극 사이에 자기장을 형성시키는 제1단계와;

   상기 제1단계에서 상기 2개의 전극 사이에 플라즈마가 발생되면, 2개의 전극 사이에 공급되는 전원을 중지하는 제2단계와;

   상기 전극 사이에 추가 물질을 설치할 기판을 투입하여 플라즈마와 기판의 표면이 반응을 일으키도록 함으로써 기판을 세정한 후 취출하는 제3단계와;

   상기 세정된 기판의 표면에 추가 물질을 도포, 도금, 부착 등의 방법으로 설치하는 제4단계를 포함한 것을 특징으로 하는 테이프 서브스트레이트 기판의 제조 방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 5항에 있어서,

   상기 제1단계에서 플라즈마가 형성은 대기압 또는 상압 하에서 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 테이프 서브스트레이트 기판의 제조 방법.
9. 제 5항에 있어서,

   상기 제1단계에서 먼저 플라즈마를 형성시키고, 이후 자성체를 이용하여 자기장을 형성하는 것을 특징으로 하는 테이프 서브스트레이트 기판의 제조 방법.
10. 제 5항에 있어서,

    상기 제1단계에서 먼저 자기장을 형성시키고, 이후 플라즈마를 형성시키는 것을 특징으로 하는 테이프 서브스트레이트 기판의 제조 방법.
11. 제 5항에 있어서,

    상기 제3단계는 상기 추가물질인 포토 레지스트를 도포하기 전에 상기 서브스트레이트 기판의 동박의 표면을 세정하고,

    상기 제4단계에서 상기 기판의 동박에 포토 레지스트를 도포하는 것을 특징으로 하는 테이프 서브스트레이트 기판의 제조 방법.
12. 제 5항에 있어서,

    상기 제3단계에서 상기 추가물질인 주석층을 도금하기 전에 상기 기판의 리드부 표면을 형성하는 동박 부분을 세정하고,

    상기 제4단계에서 상기 기판의 리드부를 형성하는 동박 부분에 주석층을 도금하는 것을 특징으로 하는 테이프 서브스트레이트 기판의 제조 방법.
13. 제 5항에 있어서,

    상기 제3단계는 상기 추가물질인 반도체 칩을 부착하기 전에 상기 기판의 리드부 표면을 세정하고,

    상기 제4단계에서 상기 기판의 리드부에 상기 반도체 칩을 부착하는 것을 특징으로 하는 테이프 서브스트레이트 기판의 제조 방법.