KR100485590B1 - 솔더 페이스트 프린트를 이용한 웨이퍼 범핑 방법 - Google Patents

솔더 페이스트 프린트를 이용한 웨이퍼 범핑 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 솔더 페이스트 프린트를 이용한 웨이퍼 범핑 방법을 개시한 것으로, 본 발명은 웨이퍼를 웨이퍼 지지 블록에 진공으로 흡착하여 밀착시키는 단계와; 전면에 솔더 페이스트가 삽입되는 다수의 페이스트 홀이 웨이퍼의 전극 패드 형상에 준하여 설계되며, 상기 전극 패드 라인을 따라 상기 다수의 페이스트 홀을 연결하는 에어 홀이 형성된 프린팅 마스크를 웨이퍼 표면에 밀착시키는 단계와; 러버 스퀴저를 이용하여 솔더 페이스트를 프린팅 마스크의 홀에 밀어 넣는 단계와; 프린팅 마스크를 마스크 가이드 장치를 이용하여 제거하는 단계와; 웨이퍼를 로(Furnace)에서 리플로(Reflow)시켜 솔더를 전극 패드에 멜팅(Melting)하는 단계와; 웨이퍼 표면을 클리닝하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면,러버 스퀴저(Rubber Squeezer)를 이용하여 솔더 페이스트(Solder Paste)를 프린팅 마스크에 밀어 넣어 채움으로써 범프 형성 시간을 단축할 수 있고, 범핑 볼의 균일도(Uniformity)를 향상할 수 있다.

Description

솔더 페이스트 프린트를 이용한 웨이퍼 범핑 방법{WAFER BUMPING METHOD FOR USING SOLDER PASTE PRINT}
본 발명은 웨이퍼 범핑 방법 및 이에 적용되는 프린팅 마스크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 러버 스퀴저(Rubber Squeezer)를 이용하여 솔더 페이스트(Solder Paste)를 프린팅 마스크에 밀어 넣어 채움으로써 범프 형성 시간을 단축할 수 있고, 범핑 볼의 균일도(Uniformity)를 향상할 수 있는 솔더 페이스트 프린트를 이용한 웨이퍼 범핑 방법 및 프린팅 마스크에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자에서 외부 도선과 전극은 대개 와이어 본딩(wire bonding)으로 접착된다. 그러나 와이어 본딩은 최근의 IC(integrated circuit)칩과 박막 소자의 소형화에 성공적으로 적용되지 못해서 와이어리스 접착(wireless bonding)이 그 대신 종종 사용되고 있다.
TAB 공정은 폴리이미드 수지 테이프(polyimide resin tape) 위에 은박(silver foil) 회로를 형성시키고, TAB 회로의 도선을 범프로 불리우는 금속 돌출부를 통해 IC 칩의 전극으로 연결하는 것을 포함한다. 범프는 대개 LSI(large scale integrated) 칩의 전극에 도금으로 만들어지는 금 범프이다. 도금된 금 범프의 경우 도금하기 전에 전극상에 장벽층(barrier layer)을 형성시킬 필요가 있고 범프를 만드는 공정이 복잡하여 생산가를 높이므로 이렇게 만들어진 범프를 갖는 웨이퍼(wafer)가 쉽게 상업적으로 이용될 수 없는 문제가 있다.
플립 칩(flip chip) 공정으로 불리우는 또 다른 와이어리스 접착 공정은 LSI 칩을 뒤집어 기판 위에 적절하게 위치를 맞추어 접속하므로 그 접속 에어리어가 LSI 칩의 면적으로 족하고 실장(mounting)의 고밀도화에 적합한 공정이다. 그러나 이 공정에서도 전극에서의 접속이 대개 범프를 통해 이뤄진다.
이처럼, 반도체의 웨이퍼 제조기술이 수요자의 고집적, 초경박의 요구에 부응하여 급속히 발전함에 따라 반도체 패키징(Packaging) 기술도 이를 수용할 수 있는 새로운 패키징 방법을 개발하고 있으며, 이러한 반도체 패키징 기술 중의 하나가 웨이퍼의 본드 패드(Bonded Pad)에 직접 금(Gold)이나 솔더 볼(Solder Ball) 등을 부착하는 웨이퍼 범핑 기술(Wafer Bumping Technology)이다.
도 1은 일반적인 플립 칩 패키징 공정을 도시한 공정 블록도이다. 웨이퍼 범핑 단계에서는 웨이퍼의 본드 패드에 기판(Substrate)과의 인터커넥션(Interconnection)이 가능하도록 금 또는 솔더 볼을 형성시킨다. 다이소우(Die Saw) 단계에서는 웨이퍼 내의 다이를 디자인에 맞게 절단해 준다. 플립 칩 본드(Flip Chip Bond) 단계에서는 개별 다이를 기판에 붙인다. 언더 필(Under Fill) 단계에서는 다이와 기판 사이를 매꾼다. 솔더 볼 형성 단계에서는 기판의 볼 패드에 솔더 볼을 붙인다. 클리닝 단계에서는 제품의 잔류물 등을 세척한다. 패키징 소우(Packaging Saw) 단계에서는 패키징 타입별 규격에 맞도록 패키징을 절단하여 준다.
도 2는 현재 개발되어 있는 웨이퍼 범핑 기술으로 이용되고 있는 스터드 범프 공정을 도시한 것이다.
범프는 와이어 접착에서 확립된 신빙성을 가지는 금 합금 세선으로부터 만들어진 것이다. 이 공정은 일반적인 와이어 접착에서와 같이 모세관(1) 구멍을 통해서 나온 금 합금 세선(2)의 선단에 전기 방전에 의해 볼(ball)을 만들고, 모세관(1)을 통해서 생기는 초음파 병용 열압축법(ultrasonic wave-aided thermo compression)에 의해 볼을 실리콘 반도체 칩(3) 위에 있는 알루미늄 전극 패드(4)에 접착하고 나서, 집게(미 도시됨)로 와이어(5)를 물고 있는 동안 모세관(1)을 들어 올려 와이어(5)를 강제로 끊는다. 이어서, 코이닝 케필러리(Coining Capillary;6)를 이용하여 와이어(5)의 절단부를 눌려 편평도를 유지시킨다.
그러나, 이와 같은 스터드 범프 기술은 볼 형성 과정과 볼 코이닝(Ball Coining) 작업을 각 전극 패드(Bonded Pad ;4) 별로 진행해야 하므로 장시간의 작업시간을 요한다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 단점을 해소하기 위한 것으로, 러버 스퀴저(Rubber Squeezer)를 이용하여 솔더 페이스트(Solder Paste)를 프린팅 마스크에 밀어 넣어 채움으로써 범프 형성 시간을 단축할 수 있고, 범핑 볼의 균일도(Uniformity)를 향상할 수 있는 솔더 페이스트 프린트를 이용한 웨이퍼 범핑 방법 및 프린팅 마스크를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 웨이퍼를 웨이퍼 지지 블록에 진공으로 흡착하여 밀착시키는 단계와; 전면에 솔더 페이스트가 삽입되는 다수의 페이스트 홀이 웨이퍼의 전극 패드 형상에 준하여 설계되며, 상기 전극 패드 라인을 따라 상기 다수의 페이스트 홀을 연결하는 에어 홀이 형성된 프린팅 마스크를 웨이퍼 표면에 밀착시키는 단계와; 러버 스퀴저를 이용하여 솔더 페이스트를 프린팅 마스크의 홀에 밀어 넣는 단계와; 프린팅 마스크를 마스크 가이드 장치를 이용하여 제거하는 단계와; 웨이퍼를 로(Furnace)에서 리플로(Reflow)시켜 솔더를 전극 패드에 멜팅(Melting)하는 단계와; 웨이퍼 표면을 클리닝하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑 장치를 개략적으로 도시한 개략도이며, 도 4는 본 발명에 따른 프린팅 마스크의 페이스트 홀의 설계구조를 설명하기 위한 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 프린팅 마스크의 저면을 도시한 저면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 솔더 페이스트 프린트를 이용한 웨이퍼 범핑 장치는 크게 웨이퍼 지지 블록(11), 프린팅 마스크(12), 러버 스퀴저(13) 및 마스크 가이드 장치(14)로 구성된다.
웨이퍼 지지 블록(11)은 웨이퍼(W)를 진공으로 흡착하여 밀착시키는 것이다.
프린팅 마스크(12)는 금속재질로 이루어진 마스크이며, 프린팅 마스크(12) 전면에는 솔더 페이스트(P)가 삽입되는 다수의 페이스트 홀(15)이 형성되며, 이 페이스트 홀(15)은 웨이퍼(W)의 전극 패드(16) 형상에 준하여 설계되며, 크기는 전극 패드(16) 사이즈의 대략 1.1의 크기로 설계하여 레이저 드릴을 이용하여 가공한다.
또한, 프린팅 마스크(12)의 저면에는 도 5에 도시된 바와 같이, 전극 패드(16) 라인을 따라 대략 2.5 ㎛ 깊이로 에어 홀(17)을 형성하여 페이스트 홀(15)이 서로 연결되도록 하여 솔더 페이스트(P) 삽입시 솔더 페이스트(P)가 원활하게 페이스트 홀(15)로 들어갈 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일실시예에 따른 솔더 페이스트 프린트를 이용한 웨이퍼 범핑 공정을 도시한 공정 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 먼저 웨이퍼를 웨이퍼지지 블록에 진공으로 흡착하여 밀착시킨 다음, 프린팅 마스크를 웨이퍼 표면에 밀착시킨다.
이어서, 러버 스퀴저(13)를 이용하여 솔더 페이스트(P)를 프린팅 마스크의 홀에 밀어 넣어 채운다. 이때, 러버 스퀴저(13)는 프린팅 마스크(12) 표면을 기준으로 대략 45。 전방으로 기울인 상태로 작동시키는 것이 바람직하다.
이어서, 프린팅 마스크(12)를 마스크 가이드 장치(14)를 이용하여 제거한다. 마스크 가이드 장치(14)는 프린팅 마스크(12)를 수직방향으로 들어 올리도록 함으로써 페이스트 홀(15)에 삽입된 솔더 페이스트(P)에 간섭을 주지 않도록 하기 위한 것이다. 이와 같은 마스크 가이드 장치(14)는 프린팅 마스크(12)의 양측면을 수평으로 지지하면서 수직방향으로 안내할 수 있는 가이드 바를 통해 구현할 수 있다.
이어서, 웨이퍼(W)를 로(Furnace)에서 대략 5분 정도 리플로(Reflow)시켜 솔더 페이스트(P)를 전극 패드(16)에 멜팅(Melting)시킨 다음, 웨이퍼(W) 표면을 클리닝하여 공정을 완료한다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
따라서 본 발명에 따르면,러버 스퀴저(Rubber Squeezer)를 이용하여 솔더 페이스트(Solder Paste)를 프린팅 마스크에 밀어 넣어 채움으로써 범프 형성 시간을 단축할 수 있고, 범핑 볼의 균일도(Uniformity)를 향상할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.
도 1은 일반적인 플립 칩 패키징 공정을 도시한 공정 블록도,
도 2는 종래의 웨이퍼 범핑 기술으로 이용되고 있는 스터드 범프 공정을 도시한 공정도,
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 범핑 장치를 개략적으로 도시한 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 프린팅 마스크의 페이스트 홀의 설계구조를 설명하기 위한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 프린팅 마스크의 저면을 도시한 저면도,
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일실시예에 따른 솔더 페이스트 프린트를 이용한 웨이퍼 범핑 공정을 도시한 공정 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
W : 웨이퍼 P : 솔더 페이스트
11 : 웨이퍼 지지 블록 12 : 프린팅 마스크
13 : 러버 스퀴저 14 : 마스크 가이드 장치
15 : 페이스트 홀 16 : 전극 패드
17 : 에어 홀

Claims (2)

  1. 웨이퍼를 웨이퍼 지지 블록에 진공으로 흡착하여 밀착시키는 단계와;
    전면에 솔더 페이스트가 삽입되는 다수의 페이스트 홀이 웨이퍼의 전극 패드 형상에 준하여 설계되며, 상기 전극 패드 라인을 따라 상기 다수의 페이스트 홀을 연결하는 에어 홀이 형성된 프린팅 마스크를 웨이퍼 표면에 밀착시키는 단계와;
    러버 스퀴저를 이용하여 솔더 페이스트를 상기 프린팅 마스크의 홀에 밀어 넣는 단계와;
    상기 프린팅 마스크를 마스크 가이드 장치를 이용하여 제거하는 단계와;
    상기 웨이퍼를 로(Furnace)에서 리플로(Reflow)시켜 솔더를 전극 패드에 멜팅(Melting)하는 단계와;
    웨이퍼 표면을 클리닝하는 단계를 포함하는 웨이퍼 범핑 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프린팅 마스크는 금속재질로 이루어지며, 상기 페이스트 홀의 크기는 상기 전극 패드 사이즈의 1.1의 크기로 가공되며, 상기 전극 패드 라인을 따라 2.5 ㎛ 깊이로 에어 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 프린팅 마스크.
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