KR100724817B1 - 스크린 프린팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 스크린 프린팅 방법은, 반도체 다이를 기판에 접착하기 위한 페이스트를 롤러 및 스퀴지를 이용하여 기판 상에 소정의 패턴으로 형성하는 방법으로서, 기판 상에 소정 패턴에 대응하는 개구부가 마련된 마스크를 배치하는 단계와, 마스크의 일단에 페이스트를 바르고, 롤러를 이용하여 마스크의 두께에 비해 상대적으로 두껍게 페이스트를 도포하는 단계와, 스퀴지를 마스크 표면에 밀착되게 일 방향으로 이동시켜 마스크 표면상에 도포되어 있는 페이스트를 평탄화시키는 단계와, 마스크를 기판으로부터 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 도포된 페이스트의 두께 편차가 약 10% 이내인 균일한 페이스트 층을 형성함으로써, 반도체 다이를 접착하는 과정에서 틈 및 페이스트의 흘러내림 현상을 방지할 수 있다.

다이 본딩, 스크린프린터, 페이스트, 두께 편차

Description

스크린 프린팅 방법{Method for screen printing}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 스크린프린터의 구성 및 스크린프린팅 방법을 개략적으로 도시한 단면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스크린프린터의 구성 및 스크린프린팅 과정을 개략적으로 도시한 단면도.

<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명>

100..기판 200..마스크 210..개구부

300..페이스트 400..롤러 500..스퀴지(squeegee)

본 발명은 반도체 다이 접착용 페이스트(paste)를 기판에 도포하는 스크린 인쇄 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판상에 도포되는 페이스트의 두께 제어가 용이하며 페이스트를 기판상에 균일하게 도포할 수 있는 스크린프린팅 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조에 있어서 다이 접착 공정이란 반도체 다이(die)를 리드프레임 또는 인쇄회로기판과 같은 기판에 접착하는 공정을 말한다. 다이 접착 공정에 흔히 사용되는 접착 수단으로는 은-에폭시(silver-epoxy)나 은-글래스(silver-glass) 또는 솔더(solder)와 같은 도전성 액상 접착제와 전도성 물질이 빠진 비도전성 액상 접착제가 있다. 이 액상 접착제를 리드프레임과 같은 기판 위에 일정량 떨어뜨리고 그 위에 반도체 다이를 올려놓고 압착하는 것이 통상적인 다이 접착 방법(dispensing 방식)이며, 이와는 달리 반도체 다이의 형상으로 또는 그 이외의 형상으로 페이스트를 도포하고 도포된 페이스트위에 다이를 접착하는 방법(screenprinting 방식)이 새롭게 적용되고 있다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 스크린 인쇄 방법을 모식적으로 도시한 것으로서, 도면을 참조하면 기판(10) 상에 인쇄 마스크(20)를 배치하고 스퀴지(squeegee)(40)를 이동시켜 접착용 페이스트(30)를 기판(10) 상에 도포한다.

그러나 상술한 방법은 스퀴지(40)가 페이스트(30)와 접촉되어 이동하기 때문에, 도포 되는 페이스트(30)의 두께를 균일하게 제어하기 어려워서, 스크린 인쇄 공정 후 페이스트(30)의 가장자리 부분이 중앙 부분보다 상대적으로 두꺼운 형상을 이루고, 스퀴지(40)가 이동하는 끝 부분에 페이스트(30)가 따라 올라가는 문제점이 있다. 또한, 페이스트(30)의 두께 제어가 어렵고 도포 된 페이스트(30)의 두께 편차가 커서, 후공정인 다이(50) 접착 과정에서 도 1의 A와 도 2의 B에 도시된 바와 같이 흘러내림(melt flow) 및 틈(void)등이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 다이 접착용 페이스트를 기판상에 균일하게 도포하기 위한 스크린프린팅 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 스크린 프린팅 방법은, 반도체 다이를 기판에 접착하기 위한 페이스트를 롤러 및 스퀴지(squeegee)를 이용하여 기판 상에 소정의 패턴으로 형성하는 방법으로서, 상기 기판 상에 소정 패턴에 대응하는 개구부가 마련된 마스크를 배치하는 단계(S10)와, 상기 마스크의 일단에 상기 페이스트를 바르고, 상기 롤러를 이용하여 상기 마스크의 두께에 비해 상대적으로 두껍게 페이스트를 도포하는 단계(S20)와, 상기 스퀴지를 상기 마스크 표면에 밀착되게 일 방향으로 이동시켜 마스크 표면 상에 도포되어 있는 페이스트를 평탄화시키는 단계(S30)와, 상기 마스크를 상기 기판으로부터 제거하는 단계(S40)를 포함한다.

바람직하게, 상기 (S20)단계에서는, 그 표면이 이형처리 되거나 테프론 코팅된 롤러를 사용한다.

바람직하게, 상기 (S20)단계에서는, 브리넬 경도가 10 내지 500인 롤러를 사용한다.

바람직하게, 상기 (S30)단계에서는, 상기 페이스트의 표면과 상기 마스크의 표면이 동일한 평면상에 위치되도록 페이스트를 평탄화 시킨다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스크린프린터의 구성 및 스크린프린팅 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 스크린프린터는, 기판(100) 상에 배치되며 소정의 패턴이 구비된 마스크(200)와, 마스크(200) 상면을 따라 일 방향으로 이동하는 롤러(400) 및 스퀴지(500)를 포함한다.

상기 마스크(200)는, 페이스트(300)를 기판(100) 상에 균일하게 도포하기 위한 인쇄 마스크로서 기판(100) 상에 배치된다. 또한, 마스크(200)에는 소정의 개구부(220) 패턴이 구비되고, 이 개구부(220) 패턴 내에는 페이스트(300)가 충진된다.

상기 마스크(200)는 스테인리스 스틸(SUS)과 같은 금속 재질로 이루어져 스퀴지 등의 가압하에서 그 형태가 변형되지 않는 것이 바람직하다.

상기 롤러(400)는, 마스크(200)의 일단에 구비된 페이스트(300)를 마스크 (300)상에 도포한다. 그러면 페이스트(300)는 마스크(200)에 구비된 개구부(210) 패턴에 충진될 뿐 아니라, 마스크(200)의 상면에도 소정의 두께를 가지고 도포된다. 즉, 롤러(400)를 사용하여 마스크(200)상에 페이스트(300)를 도포하되, 이때 형성되는 페이스트층의 두께는 마스크(200)의 두께보다 두꺼운 것이 바람직하다. 따라서 마스크(200)에 구비된 개구부(210) 패턴 내에 페이스트(300)가 불균일하게 도포되는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 롤러(400)는 페이스트(300)와 접촉되는 접촉면에서의 마찰력을 감소시켜 페이스트(300)가 롤러(400)에 달라붙지 않도록 테프론(teflon)재질인 것이 바람직하다. 테프론은 거의 모든 물질이 달라붙지 않는 비점착성일 뿐 아니라, 극히 낮은 온도 또는 고온의 열에 대하여 그 물리적 특성이 변하지 않는 장점이 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 롤러(400) 표면에 이형제를 얇게 코팅하거나 또는 테프론을 코팅하는 방법이 채용될 수 있다.

또한, 롤러(400)는 브리넬 경도(Brinell Hardness)가 10 내지 100인 재질로 이루어진 것이 바람직하다.

상기 롤러(400)의 재질이 테프론이거나 또는 그 표면이 이형제등으로 코팅되어 있으면, 롤러(400)와 페이스트(300)가 직접적으로 접촉되는 것을 방지한다. 따라서, 롤러(400)가 페이스트(300)를 밀착되게 이동시키는 과정이 원활하게 진행될 수 있고, 페이스트(300)가 롤러(400)에 접착되어 늘어지거나 눌리는 현상을 방지할 수 있다.

상기 스퀴지(500)는, 상기 마스크(200) 상면에 밀착되게 이동되고 이에 따라 마스크(200) 상면에 소정의 두께로 형성되어 있는 페이스트(300)가 제거된다. 즉, 스퀴지(500)를 마스크(200) 상면에 밀착시킨 상태에서 마스크(200)의 상면을 따라 일 방향으로 이동시키면, 마스크(200) 상면의 페이스트(300)가 제거되어 마스크(200)의 표면과 페이스트(300)의 표면이 동일 평면상에 위치된다. 그리고 개구부(210)내에 충진되어 있는 페이스트(300)는 스퀴지(500)의 이동에 따라 그 표면이 재차 평탄화된다. 따라서 페이스트(300)가 개구부(210) 패턴 내에 균일하게 도포된다. 아울러, 상기 스퀴지(500)도 상기 롤러(400)와 마찬가지로 그 표면이 이형제 또는 테프론 등으로 코팅되는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명에 따른 스크린프린터를 이용하여 페이스트를 기판 상에 도포하는 스크린프린팅 과정을 설명하기로 한다.

먼저, 인쇄 대상물인 기판(100)을 준비하고 기판(100)의 상면에 인쇄 마스크(200)를 배치한다. 이때, 인쇄 마스크(200)는 소정의 개구부(210) 패턴이 마련되어 기판(100)에 접한다. 개구부(210) 패턴의 위치는 반도체 다이가 부착될 지점에 대응된다. 이렇게 인쇄 대상물인 기판(100)과, 인쇄 마스크(200)가 세팅되면 롤러(400)를 마스크(200)의 일측에 배치한다.

다음으로, 마스크(200) 상에 페이스트(400)를 바르고 롤러(400)를 페이스트(400)에 밀착시켜 일 방향으로 이동시킨다. 그러면 롤러(400)에 의해 페이스트(400)가 평탄화 되면서 개구부(210) 패턴이 매립될 뿐 아니라, 마스크(200) 상면에 소정의 두께를 가지는 페이스트층이 형성된다.

이어서, 롤러(400)를 제거하고, 마스크(200) 상에 도포되어 있는 페이스트 (300)의 타측에 스퀴지(500)를 배치한다. 그리고, 스퀴지(500)를 마스크(200) 상면에 밀착되게 이동시킨다. 그러면 스퀴지(500)의 하단 면에 의해 마스크(200) 상면에 도포되어 있던 페이스트(300)는 제거되어 페이스트(300)면과 마스크(200)의 표면이 동일한 평면상에 위치한다. 또한, 개구부(210) 패턴 내에 매립되어 있는 페이스트(300)는 스퀴지(500) 및 이와 밀착되어 이동된 페이스트(300)에 의해 재차 평탄화된다.

이때, 스퀴지(500)의 이동 방향은 상기 롤러(400)의 이동 방향과 반대되는 방향인 것이 바람직하다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 만약 페이스트(300)의 평탄화를 위해 롤러(400)를 반복적으로 왕복이동 시켰다면, 상기 스퀴지(500)는 일 방향 또는 타 방향으로 1회 이동시킬 수 있다.

다음으로, 기판(100)으로부터 마스크(200)를 제거하면 기판(100)상에는 개구부(210) 패턴에 대응되는 페이스트 층(300')이 형성된다.

한편, 도 3에 도시되지는 않았으나, 상술한 바와 같이 기판(100) 상에 페이스트 층(300')이 형성되면, 그 상면에 반도체 다이를 놓고 가압하는 과정이 진행된다. 이때, 반도체 다이를 가압하는 압력이 과도하게 높으면 도포 된 페이스트 층(300')의 두께가 두꺼운 부분에서는 페이스트(300')가 흘러내리고, 반도체 다이를 가압하는 압력이 불충분하면 도포된 페이스트(300')의 두께가 얇은 부분에 틈(void)이 생기게 된다. 본 실시예에서는 도포된 페이스트의 두께 편차를 최소화함에 따라 이러한 문제점을 해결한다.

이하에서는, 보다 구체적인 실시예와 비교예를 대비하는 것에 의해 본 발명 의 효과를 설명하고자 한다.

본 실시예와 비교예에서는, 개구부(210) 패턴이 구비된 마스크(200)를 이용하는 스크린프린팅 방법으로 기판(100)상에 페이스트(300)를 도포하였다. 이때, 페이스트(300)를 도포하는데 사용되는 롤러(400)의 사용유무와 도포되는 페이스트층의 두께를 변화시켰다.

본 실시예 및 비교예의 조건을 하기 표 1에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3
마스크의 두께	100㎛	100㎛	100㎛	100㎛	100㎛
개구부 크기 (가로 x 세로 길이)	5 x 10mm	5 x 10mm	5 x 10mm	5 x 10mm	5 x 10mm
롤러 사용유무	있음	있음	있음	없음	있음
페이스트층 두께	0.1mm	0.5mm	1.0mm	0mm	0mm

[실시예 1]

두께가 100㎛이고, 가로 및 세로 길이가 각각 5mm, 10mm인 개구부 패턴이 구비되어 있는 마스크를 기판상에 배치하고 롤러를 사용하여 페이스트를 도포하였다. 이때, 페이스트는 마스크의 두께보다 두껍게 도포되고, 그 두께는 마스크의 상면으로부터 0.1mm 높이를 갖는다. 그리고 나서, 스퀴지를 마스크 상면에 밀착되게 이동시켜 마스크 상면에 도포되어 있는 페이스트를 스퀴징(squeegeeing)한다.

[실시예 2]

두께가 100㎛이고, 가로 및 세로 길이가 각각 5mm, 10mm인 개구부 패턴이 구비되어 있는 마스크를 기판상에 배치하고 롤러를 사용하여 페이스트를 도포하였다. 이때, 페이스트는 마스크의 두께보다 두껍게 도포되고, 그 두께는 마스크의 상면으로부터 0.5mm 높이를 갖는다. 그리고 나서, 스퀴지를 마스크 상면에 밀착되게 이동시켜 마스크 상면에 도포되어 있는 페이스트를 스퀴징한다.

[비교예 1]

두께가 100㎛이고, 가로 및 세로 길이가 각각 5mm, 10mm인 개구부 패턴이 구비되어 있는 마스크를 기판상에 배치하고 롤러를 사용하여 페이스트를 도포하였다. 이때, 페이스트는 마스크의 두께보다 두껍게 도포되고, 그 두께는 마스크의 상면으로부터 1mm 높이를 갖는다. 그리고 나서, 스퀴지를 마스크 상면에 밀착되게 이동시켜 마스크 상면에 도포되어 있는 페이스트를 스퀴징한다.

[비교예 2]

두께가 100㎛이고, 가로 및 세로 길이가 각각 5mm, 10mm인 개구부 패턴이 구비되어 있는 마스크를 기판상에 배치하고 스퀴지를 이용하여 페이스트를 도포하였다.

[비교예 3]

두께가 100㎛이고, 가로 및 세로 길이가 각각 5mm, 10mm인 개구부 패턴이 구비되어 있는 마스크를 기판상에 배치하고 롤러를 사용하여 페이스트를 도포하였다. 이때, 페이스트는 마스크의 두께와 동일하게 도포된다. 그리고 나서, 스퀴지를 마스크 상면에 밀착되게 이동시켜 도포된 페이스트를 스퀴징한다.

한편, 상기한 실시예 및 비교예의 결과를 알아보기 위해 다음의 특성을 측정하였다.

1. 두께 측정

인쇄회로 기판상에 도포 된 페이스트의 중간 부분 두께를 알파 스텝(Alpha step)을 이용하여 측정하였다.

2. 두께 편차

인쇄회로 기판상에 도포 된 페이스트의 두께 편차를 알파 스텝(Alpha step)을 이용하여 측정하였다.

두께편차(%) = A/B x 100%

여기서, A는 도포 된 페이스트의 가장 두꺼운 부분의 두께에서 도포 된 페이스트의 중간 정도 두꺼운 부분의 두께를 뺀 값이고, B는 도포 된 페이스트의 중간 부분 두께이다.

3. 다이 부착 특성

120℃에서 1.5초간 0.8MPa의 압력을 가해 다이를 접착하고, 접착된 다이의 전단 응력 세기(shear strength)를 측정하였다. 여기서, 전단 응력 세기가 0.5Kgf/□5㎜×5㎜chip 이상이면 합격이다.

4. MRT(Moisture Resistance Test)

85℃, 습도 85% 조건으로 1일 동안 항온항습 보관 후, 최고 260℃의 고온으로 (또는 Jedec에서 지정한 Pbfree 조건으로) IR Reflow(적외선 복사열에 의한 가열방식) 하였을 때, 크랙 및 pop-corn현상의 발생 유무를 판단하여 반도체 패키지의 신뢰성을 평가하였다.

상술한 실시예 및 비교예에 따라 페이스트 층을 기판상에 형성한 후 특성을 테스트하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2	비교예 3
도포된 페이스트층의 중간부분 두께(㎛)	50㎛	51㎛	52㎛	30㎛	45㎛
도포된 페이스트층의 두께 편차(%)	10% 미만	10% 미만	10% 미만	66% 이내	약 10%
도포된 페이스트층의 표면상태	표면 양호	표면 양호	표면 양호/페이스트주변에 smearing	한쪽이 두꺼움	페이스트층의 끝단이 약간 올라감
다이 부착시 틈 발생 유무	발생안함	발생안함	발생	발생	발생안함
MRT	합격	합격	합격	불합격	합격

표 2를 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2의 경우, 도포된 페이스트 층의 중간부분 두께가 각각 50㎛, 51㎛였으며, 페이스트 층의 두께 편차도 10% 미만이었다. 이에 따라 균일하게 도포된 페이스트 층의 표면은 상태도 양호하였다. 또한, 기판 상에 페이스트 층을 형성한 후 반도체 다이를 접착했을 때 틈도 발생하지 않았고, IR reflow 저항성 평가에서도 문제점이 없었다.

그러나, 비교예 1의 경우, 도포된 페이스트 층의 중간부분 두께가 52㎛였으며, 페이스트 층의 두께 편차도 10% 미만이었으나 도포된 페이스트 층의 표면은 주변에 약간의 퍼짐이 있었다. 또한, 기판 상에 페이스트 층을 형성한 후 반도체 다이를 접착했을 때 틈가 발생하였다.

비교예 2의 경우, 도포된 페이스트 층의 중간부분 두께가 30㎛였으며, 페이스트 층의 두께 편차는 약 66%였다. 즉, 페이스트 층은 한쪽이 두껍고 전체적으로 균일하게 도포되지 않았다. 이에 따라, 기판 상에 페이스트 층을 형성한 후 반도체 다이를 접착했을 때, 불균일한 페이스트 층으로 인해 틈가 발생했으며, IR reflow 저항성 평가에서도 문제점이 있었다.

아울러, 비교예 3의 경우, 도포된 페이스트 층의 중간부분 두께가 45㎛로 비교예 2에 비해 페이스트 층의 두께 편차는 10%미만으로 양호하였고, 기판 상에 페이스트 층을 형성한 후 반도체 다이를 접착했을 때, IR reflow 저항성 평가에서는 문제점이 없었으나, 페이스트 표면의 중간부분이 함물되는 문제점이 있었다.

상기한 실시예 및 비교예의 결과로부터 기판에 반도체 다이 부착용 페이스트를 도포함에 있어서, 먼저, 마스크의 두께보다 두껍게 페이스트를 도포한 뒤, 스퀴지의 하단면과 마스크의 상면이 밀착되도록 스퀴지를 이동시켜 페이스트를 평탄화 시킴으로써, 기판 상에 페이스트를 균일하게 도포할 수 있음을 알 수 있었다. 이때, 마스크에 도포되는 페이스트층의 두께(d)는 0 < d < 1인 것이 바람직하다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 페이스트를 마스크에 도포한 뒤, 이를 평탄화 시킴으로써 개구부 패턴 내에 균일한 페이스트층을 형성할 수 있다. 따라서, 도포된 페이스트의 두께 편차를 약 10% 이내로 조절할 수 있다.

이에 따라, 균일한 페이스트 층 상에 반도체 다이를 접착하게 되어 틈 및 페이스트의 흘러내림 현상을 억제할 수 있고, 반도체 패키징 제품의 신뢰도를 개선할 수 있다.

Claims (6)

1. 반도체 다이를 기판에 접착하기 위한 페이스트를 롤러 및 스퀴지를 이용하여 기판 상에 소정의 패턴으로 형성하는 스크린 프린팅 방법에 있어서,

   상기 기판 상에 소정 패턴에 대응하는 개구부가 마련된 마스크를 배치하는 단계(S10);

   상기 마스크의 일단에 상기 페이스트를 바르고, 상기 롤러를 이동시켜 상기 마스크의 두께에 비해 상대적으로 두껍게 페이스트를 도포하는 단계(S20);

   상기 스퀴지를 상기 마스크 표면에 밀착되게 일 방향으로 이동시켜 마스크 표면상에 도포되어 있는 페이스트를 평탄화시키는 단계(S30);

   상기 마스크를 상기 기판으로부터 제거하는 단계(S40);를 포함하는 스크린 프린팅 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 (S20)단계에서, 그 표면이 이형 처리된 롤러를 사용하는 것을 특징으로 하는 스크린 프린팅 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 (S20)단계에서, 그 표면이 테프론(teflon)으로 코팅된 롤러를 사용하는 것을 특징으로 하는 스크린 프린팅 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 (S20)단계에서, 브리넬 경도가 10 내지 500인 롤러를 사용하는 것을 특징으로 하는 스크린 프린팅 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 (S30)단계에서, 상기 페이스트의 표면과 상기 마스크의 표면이 동일한 평면상에 위치되도록 페이스트를 평탄화 시키는 것을 특징으로 하는 스크린 프린팅 방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 롤러와 상기 스퀴지의 이동 방향은 서로 반대인 것을 특징으로 하는 스크린 프린팅 방법.

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