KR100872130B1 - Method for forming through interconnection and manufacturing printed circuit board - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 관통전극 형성방법 및 인쇄회로기판 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of forming a through electrode and a method of manufacturing a printed circuit board.
오늘날 전자산업의 발달에 따라 휴대폰, DMB(Digital Multimedia Broadcasting)을 비롯한 휴대용 전자제품의 소형화, 고기능화 되면서 이에 따라 전자부품 또한 초소형화, 고집적도화, 다기능화, 고성능화를 요구하고 있다. 이와 같은 제품 개발의 목표 달성을 가능하게 하는 중요한 기술 중의 하나가 바로 패키지 조립 기술이다.With the development of the electronics industry, portable electronic products such as mobile phones and DMB (Digital Multimedia Broadcasting) are becoming smaller and more functional. Accordingly, electronic components are also required to be miniaturized, highly integrated, multifunctional, and high performance. One of the key technologies that enables this product development goal is package assembly technology.
패키지 조립 기술로서 칩 스케일 패키지는 최근에 개발되어 제안되고 있는 새로운 패키지 유형으로서, 전형적인 플라스틱 패키지에 비하여 패키지의 크기를 크게 줄일 수 있는 장점들을 가지고 있다. Chip-scale package as a package assembly technology is a new type of package that has been recently developed and proposed, and has the advantage of greatly reducing the size of a package compared to a typical plastic package.
칩 스케일 패키지는 디지털 캠코더, 휴대 전화기, 노트북 컴퓨터, 메모리 카드 등과 같이 소형화, 이동성이 요구되는 제품들에 주로 사용되며, DSP(digital signal processor), ASIC(application specific integrated circuit), 마이크로 컨 트롤러(micro controller) 등과 같은 반도체 소자들이 칩 스케일 패키지 안에 실장된다. 또한, DRAM(dynamic random access memory), 플래쉬 메모리(flash memory) 등과 같은 메모리 소자를 실장한 칩 스케일 패키지의 사용도 점점 확산 되고 있다.Chip-scale packages are mainly used in products requiring miniaturization and mobility, such as digital camcorders, mobile phones, notebook computers, memory cards, and so on, and include digital signal processors (DSPs), application specific integrated circuits (ASICs), and microcontrollers (microcontrollers). Semiconductor devices such as controllers are mounted in chip-scale packages. In addition, the use of chip-scale packages in which memory devices such as dynamic random access memory (DRAM), flash memory, and the like are mounted is increasingly being used.
그러나, 칩 스케일 패키지가 크기 면에서 절대적인 이점을 가지고 있는 반면, 신뢰성의 확보의 어려움과 칩 스케일 패키지의 제조에 추가로 제조 설비가 투입되어야 하고, 소요되는 원부자재가 많아 제조 단가가 높아 가격 경쟁력이 떨어진다는 단점이 있다.However, while the chip scale package has an absolute advantage in terms of size, it is difficult to secure reliability and additional manufacturing equipment is required for the manufacture of the chip scale package. There is a downside to falling.
이와 같은 문제점을 해결할 수 있는 방안으로 웨이퍼 레벨(wafer level)에서의 칩 스케일 패키지가 대두되고 있다. 통상적인 웨이퍼 제조 공정에서는 반도체 웨이퍼(semiconductor wafer)가 제조되면 웨이퍼로부터 개별 칩을 분리하여 패키지 조립 공정을 거치게 되는데, 이러한 패키지 조립 공정은 웨이퍼 제조 공정과는 다른 설비와 원부자재를 필요로 하는 전혀 별개의 공정이지만, 웨이퍼 레벨에서, 즉 웨이퍼로부터 개별 칩을 분리하지 않은 상태에서 완전한 제품으로서의 패키지를 제조할 수 있다. 따라서, 패키지를 제조하는데 사용되는 제조 설비나 제조 공정에 기존 웨이퍼 제조 설비, 공정들을 그대로 이용할 수 있다. 이는 패키지를 제조하기 위하여 추가로 소요되는 원부자재를 최소활 수 있음을 의미하기도 한다. 이와 더불어 웨이퍼 레벨에서 제조된 칩 스케일 패키지를 3차원으로 적층한 적층 패키지도 대두되고 있다. In order to solve this problem, chip-scale packages are emerging at the wafer level. In a typical wafer fabrication process, when a semiconductor wafer is manufactured, individual chips are separated from the wafer and subjected to a package assembly process. This package assembly process is completely separate from the wafer fabrication process and requires different equipment and raw materials. However, it is possible to produce a package as a complete product at the wafer level, i.e. without separating individual chips from the wafer. Therefore, the existing wafer manufacturing equipment and processes can be used as it is in the manufacturing equipment or manufacturing process used to manufacture the package. This also means that it is possible to minimize the additional raw materials required to manufacture the package. In addition, a stack package in which a chip scale package manufactured at the wafer level is stacked in three dimensions is also emerging.
한편, 반도체 칩의 미세화, 고집적화에 따라 반도체 칩의 I/O수가 증가되어 반도체 칩이 실장되는 패키지 기판의 패드수가 증가하게 되고 이에 따라 패키지 기 판의 파인 피치(fine pitch)화가 요구된다. 이러한 패키지 기판의 파인 피치화는 기판의 제조비용을 증가시키게 되므로, 반도체 칩과 패키지 기판 사이에 인터포저(interposer) 기판을 개재시켜 패키지 기판의 파인 피치화의 문제점을 극복하고 있다.On the other hand, as the semiconductor chip becomes more sophisticated and highly integrated, the number of I / Os of the semiconductor chip increases, so that the number of pads of the package substrate on which the semiconductor chip is mounted increases, thereby requiring fine pitch of the package substrate. Since the fine pitch of the package substrate increases the manufacturing cost of the substrate, the fine pitch of the package substrate is overcome by interposing an interposer substrate between the semiconductor chip and the package substrate.
그러나, 반도체 칩이 실장되는 인터포저 기판은 여전히 파인 피치화가 요구되고 이에 따라 인터포저 기판의 상하 간의 전기적 도통을 위한 관통전극 또한 미세화가 요구된다.However, the interposer substrate on which the semiconductor chip is mounted is still required to have fine pitch, and accordingly, the through electrode for electrical conduction between the upper and lower sides of the interposer substrate is also required to be refined.
도 1은 종래 기술에 따른 관통전극 형성방법을 나타낸 흐름도이다. 종래 기술에 따라 기판(102) 상에 미세한 관통전극(106)을 형성하기 위해서는, 먼저 기판(102)에 작은 구경의 관통홀을 천공하고 도금에 의해 전도성 물질을 관통홀에 충전한다. 이때 도 1에 도시된 바와 같이, 관통홀이 오버 필링(over filling)되도록 도금을 수행하여 오버 필링된 기판면을 연마하는 평탄화 공정을 수행하여 관통전극(106)을 형성하게 된다.1 is a flowchart illustrating a method of forming a through electrode according to the prior art. In order to form a fine through
그러나, 종래 기술에 따라 관통전극을 형성하는 방법은 관통홀의 구경이 작고기판의 두께가 커서 도금액이 관통홀에 잘 스며들지 않아 관통홀의 충전율이 떨어져 전기적 특성이 좋지 않은 문제점이 있다.However, the method of forming the through electrode according to the related art has a problem in that the through hole has a small diameter and the thickness of the plate is large, so that the plating solution does not penetrate the through hole so that the filling rate of the through hole is low and the electrical characteristics are not good.
더불어, 웨이퍼 레벨에서 제조된 칩 스케일 패키지를 3차원으로 적층하기 위해서는 아래 위로 배치된 칩 스케일 패키지 사이에 관통전극이 필요한데, 웨이퍼 레벨에서 칩 스케일 패키지를 3차원으로 적층하기 위해 필요한 관통홀은 반도체 칩의 고집적화, 고밀도화에 따라 어스펙 레시오(aspect ratio)가 PCB(printed circuit board)에 비해 매우 크기 때문에 관통홀에 공극(void)이나 갈라진 틈(seam)이 없이 관통전극을 충전하는 것이 매우 어렵다.In addition, in order to stack the chip scale packages manufactured at the wafer level in three dimensions, a through electrode is required between the chip scale packages disposed up and down. The through holes required to stack the chip scale packages in three dimensions at the wafer level are semiconductor chips. As the aspect ratio is very large compared to the printed circuit board (PCB) due to the high density and high density of the PCB, it is very difficult to fill the through electrode without voids or cracks in the through hole.
한편, 인터포저 기판의 경우 반도체 칩과 패키지 기판 사이에 개재되어 반도체 칩과 패키지 기판을 전기적으로 연결하게 되므로 전체 패키지의 높이가 증가되는 문제점이 있다.On the other hand, the interposer substrate is interposed between the semiconductor chip and the package substrate to electrically connect the semiconductor chip and the package substrate, there is a problem that the height of the entire package is increased.
본 발명은 공극(void)이나 갈라진 틈(seam)이 없이 도전성 물질이 보다 밀실하게 충전된 관통전극을 형성할 수 있고, 패키지 기판의 전체적인 높이 감소시킬 수 있는 관통전극 형성방법 및 인쇄회로기판 제조방법에 제공하는 것이다.The present invention provides a through electrode forming method and a printed circuit board manufacturing method capable of forming a through electrode filled with a conductive material more tightly without voids or cracks, and reducing the overall height of the package substrate. To provide.
본 발명의 일 측면에 따르면, 일면에서 타면을 향하여 형성되는 작은 홀과, 작은 홀의 일단에서 단면이 확대되는 큰 홀로 이루어진 관통홀이 형성되는 기판을 제공하는 단계, 작은 홀을 도전성 물질로 충전하는 단계 및 도전성 물질이 노출되도록 기판의 타면을 연마하여 평탄화하는 단계를 포함하는 관통전극 형성방법이 제공된다.According to one aspect of the invention, providing a substrate formed with a through hole consisting of a small hole formed from one side toward the other surface, and a large hole in which the cross section is enlarged at one end of the small hole, filling the small hole with a conductive material And polishing and planarizing the other surface of the substrate to expose the conductive material.
기판은 세라믹(ceramic) 또는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer) 중 어느 하나일수 있다. The substrate may be either ceramic or silicon wafer.
충전하는 단계는, 기판의 일면에 시드층을 증착하는 단계 및 시드층을 전극으로 전해도금하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 충전하는 단계는, 작은 홀의 일 단으로 오버 필링(over filling)되도록 충전하는 단계를 포함할 수 있다.The filling may include depositing a seed layer on one surface of the substrate and electroplating the seed layer with an electrode. In addition, the filling may include filling to overfill one end of the small hole.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 일면에서 타면을 향하여 형성되는 작은 홀과, 작은 홀의 일단에서 단면이 확대되는 큰 홀로 이루어진 관통홀이 형성되는 기판을 제공하는 단계, 작은 홀을 도전성 물질로 충전하는 단계, 기판의 일면에 제1 회로패턴을 형성하는 단계 및 도전성 물질이 노출되도록 기판의 타면을 연마하여 평탄화하는 단계를 포함하는 인쇄회로기판 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a substrate having a through-hole formed of a small hole formed from one side toward the other surface and a large hole having an enlarged cross section at one end of the small hole, wherein the small hole is filled with a conductive material. A method of manufacturing a printed circuit board is provided, the method including forming a first circuit pattern on one surface of a substrate and polishing and planarizing the other surface of the substrate to expose a conductive material.
제1 회로패턴을 형성하는 단계 이후에, 기판의 일면에 빌드업층을 적층하고, 빌드업층에 제1 회로패턴과 전기적으로 연결되는 비아 및 제2 회로패턴을 형성하는 빌드업 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우 빌드업층은 복수로 적층될 수 있으며, 비아 및 제2 회로패턴은 복수의 빌드업층에 각각 형성될 수 있다.After the forming of the first circuit pattern, the buildup layer may further include stacking a buildup layer on one surface of the substrate, and forming a via and a second circuit pattern electrically connected to the first circuit pattern on the buildup layer. have. In this case, a plurality of buildup layers may be stacked, and vias and second circuit patterns may be formed in the plurality of buildup layers, respectively.
빌드업 단계 이후에, 빌드업층의 표면에 형성되며, 제2 회로패턴과 전기적으로 연결되는 도전성 범프(bump)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the build-up step, the method may further include forming a conductive bump formed on the surface of the build-up layer and electrically connected to the second circuit pattern.
평탄화하는 단계는 도전성 범프를 형성하는 단계 이후에 수행될 수 있다.The step of planarization may be performed after the step of forming the conductive bumps.
평탄화하는 단계 이후에, 기판의 타면에 형성되며 도전성 물질과 전기적으로 연결되는 도전성 범프를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.After the planarizing, the method may further include forming a conductive bump formed on the other surface of the substrate and electrically connected to the conductive material.
충전하는 단계는, 기판의 일면에 시드층을 증착하는 단계 및 시드층을 전극으로 전해도금하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 충전하는 단계는, 작은 홀이 오버 필링(over filling)되도록 충전하는 단계를 포함할 수 있다.The filling may include depositing a seed layer on one surface of the substrate and electroplating the seed layer with an electrode. Also, the filling may include filling the small hole to over filling.
기판은 세라믹(ceramic) 또는 실리콘 웨이퍼 중 어느 하나일 수 있다.The substrate may be either ceramic or silicon wafer.
본 발명에 따른 관통전극 형성방법 및 인쇄회로기판 제조방법은, 공극(void)이나 갈라진 틈(seam)이 없이 도전성 물질이 보다 밀실하게 충전된 관통전극을 형성하여 전기적 특성을 개선할 수 있으며, 충전 깊이가 작아 충전을 위한 공정시간을 단축할 수 있다. 또한, 평탄화 공정을 통해 기판의 높이를 감소시킴으로써 패키지의 전체적인 높이를 낮출 수 있다.The through-electrode forming method and the printed circuit board manufacturing method according to the present invention can improve the electrical properties by forming a through-electrode filled with a conductive material more tightly without voids or cracks. Small depth can shorten the process time for filling. In addition, the overall height of the package can be lowered by reducing the height of the substrate through the planarization process.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르 게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
이하, 본 발명에 따른 관통전극 형성방법 및 인쇄회로기판 제조방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of a method of forming a through electrode and a method of manufacturing a printed circuit board according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are the same reference numerals. And duplicate description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관통전극 형성방법을 나타낸 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 기판(12), 작은 홀(14), 큰 홀(16), 관통홀(13), 시드층(18), 도전성 물질(20), 관통전극(21)이 도시되어 있다.2 is a flowchart illustrating a through electrode forming method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, a
본 실시예는 일면에서 타면을 향하여 형성되는 작은 홀(14)과, 작은 홀(14)의 일단에서 단면이 확대되는 큰 홀(16)로 이루어진 관통홀(13)이 형성되는 기판(12)을 제공하는 단계, 작은 홀(14)을 도전성 물질(20)로 충전하는 단계 및 도전성 물질(20)이 노출되도록 기판(12)의 타면을 연마하여 평탄화하는 단계를 포함하여, 도전성 물질(20)이 보다 밀실하게 충전된 관통전극(21)을 형성하여 전기적 특성을 개선할 수 있으며, 충전 깊이가 작아 충전을 위한 공정시간을 단축할 수 있다. 또한, 패키지 기판의 전체적인 높이를 감소시킬 수 있다.According to the present embodiment, the
본 실시예에 따른 관통전극 형성방법은 먼저, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같 이, 일면에서 타면을 향하여 형성되는 작은 홀(14)과, 작은 홀(14)의 일단에서 단면이 확대되는 큰 홀(16)로 이루어진 관통홀(13)이 형성되는 기판(12)을 제공한다. In the through-electrode formation method according to the present embodiment, first, as shown in (a) of FIG. 2, a
관통전극(21)을 형성하기 위한 관통홀을 천공함에 있어, 기판(12)의 일면에서 타면을 향하여 형성되는 작은 홀(14)과, 작은 홀(14)의 일단에 단면이 확대되는 큰 홀(16)로 이루어진 2단 구조의 관통홀(13)을 형성한다. 즉, 2단 구조의 관통홀(13)을 둠으로써 작은 홀(14)만을 도전성 물질(20)로 충전하도록 하여 충전 깊이를 낮춰 충전을 보다 밀실하게 할 수 있고, 충전공정 시간을 단축할 수 있다. In the drilling of the through-holes for forming the through-
특히, 웨이퍼 레벨의 칩 패키지 기판의 제조에 있어 관통전극(21)을 형성하기 위한 관통홀의 어스펙 레시오(aspect ratio)가 매우 크므로 관통홀의 충전율이 떨어지고, 충전이 되더라도 공극(void)이나 갈라진 틈(seam)이 발생할 수 있다. 따라서, 2단 구조의 관통홀(13)을 형성하여 작은 홀(14)만을 충전하도록 하여 충전을 보다 밀실하게 할 수 있다. 즉, 작은 홀(14)의 어스펙 레시오가 작으므로 충전율을 높일 수 있는 것이다. 여기서, 어스펙 레시오(aspect ratio)는 관통홀의 깊이를 관통홀의 직경으로 나눈 값을 의미한다.In particular, since the aspect ratio of the through-holes for forming the through-
또한, 반도체 칩과 패키지 기판 간의 전기적 연결을 위한 인터포저 기판의 경우 회로패턴의 파인 피치(fine pitch)화가 요구되어 관통전극(21)의 어스펙 레시오가 커지게 되므로 2단 구조의 관통홀(13)을 이용하여 관통전극(21)을 형성하면 보다 밀실하게 충전된 관통전극(21)을 형성할 수 있다. 그리고, 인터포저 기판에 의해 패키지의 전체 높이가 증가될 수 있으므로 이후 설명할 평탄화 공정에 의해 인터포저 기판의 두께를 낮춤으로써 패키지의 전체 높이를 낮출 수 있다.In addition, in the case of the interposer substrate for the electrical connection between the semiconductor chip and the package substrate, the fine pitch of the circuit pattern is required to increase the aspect ratio of the through
본 실시예의 기판(12)으로는 세라믹(ceramic) 또는 실리콘 웨이퍼 중 어느 하나일 수 있다. 이외에 고저항 실리콘 웨이퍼, 다결정 실리콘, 유리, PCB 기판 등이 이용될 수 있다. The
다음에, 작은 홀(14)을 도전성 물질(20)로 충전한다. 작은 홀(14)을 충전하는 방법으로는 무전해/전해도금에 의해 충전하는 방법, 도전성 페이스트를 충전하는 방법, 잉크젯 프린팅으로 도전성 잉크를 충전하는 방법, 전도성 폴리머를 중합시켜 충전하는 방법 등 사용될 수 있다. Next, the
본 실시예에서는 전해도금에 의해 작은 홀(14)을 도전성 물질(20)로 충전하는 방법을 제시한다. 즉, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 기판(12)의 일면에 시드층(18)을 증착한다. 시드층(18)이 증착되면 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 시드층(18)을 전극으로 전해도금을 수행하여 작은 홀(14)을 충전한다. 이 경우 전해도금 수행 시 작은 홀(14)의 일단에 도금이 오버 필링(over filling)되도록 할 수 있다. In this embodiment, a method of filling the
다음에, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이, 도전성 물질(20)이 노출되도록 기판(12)의 타면을 연마하여 평탄화한다. 즉, 큰 홀(16)이 오픈되는 기판(12)의 타면을 연마하여 작은 홀(14)에 충전된 도전성 물질(20)이 기판(12)의 타면에 노출되도록 기판(12)의 타면을 평탄화한다. 이러한 평탄화 공정에 의해 기판(12)의 전체 높이를 낮출 수 있고, 도전성 물질(20)이 밀실하게 충전된 관통전극(21)을 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 2D, the other surface of the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판 제조방법의 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판 제조방법의 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 기판(12), 관통홀(13), 작은 홀(14), 큰 홀(16), 시드층(18), 도전성 물질(20), 관통전극(21), 제1 회로패턴(22), 빌드업층(24), 제2 회로패턴(26), 비아(28), 범프(30)가 도시되어 있다.3 is a flowchart of a method of manufacturing a printed circuit board according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart of a method of manufacturing a printed circuit board according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the
본 발명에 따른 인쇄회로기판 제조방법은 웨이퍼 레벨의 칩 패키지 기판을 제조에 이용될 수 있을 뿐만 아니라, 반도체 칩과 패키지 기판의 전기적 연결을 위한 인터포저 기판의 제조에도 이용할 수 있다. 또한, 일반적인 PCB 기판의 제조에도 이용될 수 있음은 물론이다. The printed circuit board manufacturing method according to the present invention can be used not only for manufacturing a wafer level chip package substrate, but also for manufacturing an interposer substrate for electrical connection between a semiconductor chip and a package substrate. In addition, it can of course be used in the manufacture of a general PCB substrate.
이하에서는 반도체 칩과 패키지 기판 간의 전기적 연결을 위한 인터포저 기판을 제조하는 방법을 중심으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing an interposer substrate for electrical connection between a semiconductor chip and a package substrate will be described.
반도체 칩의 미세화, 고집적화에 따라 반도체 칩의 I/O수가 증가되어 반도체 칩이 실장되는 패키지 기판의 패드수가 증가하게 되고 이에 따라 패키지 기판의 파인 피치(fine pitch)화가 요구된다. 이러한 패키지 기판의 파인 피치화는 패키지 기판의 제조비용을 증가시키게 되므로, 반도체 칩과 패키지 기판 사이에 인터포저(interposer) 기판을 개재시켜 패키지 기판의 파인 피치화의 문제점을 극복하고 있다. 그러나, 반도체 칩이 실장되는 인터포저 기판은 여전히 파인 피치화가 요구되고 이에 따라 인터포저 기판의 상하 간의 전기적 도통을 위한 관통전극(21) 또한 미세화가 요구된다.As the semiconductor chip becomes smaller and more integrated, the number of I / Os of the semiconductor chip increases, so that the number of pads of the package substrate on which the semiconductor chip is mounted increases, thereby requiring fine pitch of the package substrate. Since the fine pitch of the package substrate increases the manufacturing cost of the package substrate, the fine pitch of the package substrate is overcome by interposing an interposer substrate between the semiconductor chip and the package substrate. However, the interposer substrate on which the semiconductor chip is mounted still requires fine pitching, and accordingly, the through
본 실시예는 일면에서 타면을 향하여 형성되는 작은 홀(14)과, 작은 홀(14)의 일단에서 단면이 확대되는 큰 홀(16)로 이루어진 관통홀(13)이 형성되는 기 판(12)을 제공하는 단계, 작은 홀(14)을 도전성 물질(20)로 충전하는 단계, 기판(12)의 일면에 제1 회로패턴(22)을 형성하는 단계 및 도전성 물질(20)이 노출되도록 기판(12)의 타면을 연마하여 평탄화하는 단계를 포함하여, 도전성 물질(20)이 보다 밀실하게 충전된 관통전극(21)을 형성하여 전기적 특성을 개선할 수 있으며, 충전 깊이가 작아 충전을 위한 공정시간을 단축할 수 있다. 또한, 패키지 기판의 전체적인 높이를 감소시킬 수 있다.In this embodiment, the
본 실시예에 따라 인쇄회로기판을 제조하는 방법은 먼저, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 일면에서 타면을 향하여 형성되는 작은 홀(14)과, 작은 홀(14)의 일단에서 단면이 확대되는 큰 홀(16)로 이루어진 관통홀(13)이 형성되는 기판(12)을 제공한다(S100). In the method of manufacturing a printed circuit board according to the present embodiment, first, as shown in (a) of FIG. 4, a
관통전극(21)을 형성하기 위한 관통홀(13)을 천공함에 있어, 기판(12)의 일면에서 타면을 향하여 형성되는 작은 홀(14)과, 작은 홀(14)의 일단에 단면이 확대되는 큰 홀(16)로 이루어진 2단 구조의 관통홀(13)을 형성한다. 즉, 2단 구조의 관통홀(13)을 둠으로써 작은 홀(14)만을 도전성 물질(20)로 충전하도록 하여 충전 깊이를 낮추어 충전을 보다 밀실하게 할 수 있고, 충전공정 시간을 단축할 수 있다. In drilling the through
반도체 칩과 패키지 기판 간의 전기적 연결을 위한 인터포저 기판의 경우 회로패턴의 파인 피치(fine pitch)화가 요구되어 관통전극(21)의 어스펙 레시오가 커지게 되므로 2단 구조의 관통홀(13)을 이용하여 관통전극(21)을 형성하면 보다 밀실하게 충전된 관통전극(21)을 형성할 수 있다. 그리고, 인터포저 기판에 의해 패키지의 전체 높이가 증가될 수 있으므로 이후 설명할 평탄화 공정에 의해 인터포저 기판의 두께를 낮춤으로써 패키지의 전체 높이를 낮출 수 있다. 그리고, 작은 홀(14)의 일단에 오버 필링(over filling)되도록 도전성 물질(20)을 충전하더라도 오버 필링부가 큰 홀(16) 내에 존재하므로 기판(12)면에 돌출되어 있지 않아 평탄화 공정을 먼저 수행하지 않더라도 다른 공정을 진행할 수 있다.In the case of the interposer substrate for the electrical connection between the semiconductor chip and the package substrate, a fine pitch of the circuit pattern is required to increase the aspect ratio of the through
본 실시예의 기판(12)으로는 세라믹(ceramic) 또는 실리콘 웨이퍼 중 어느 하나일 수 있다. 인터포저 기판은 반도체 칩과 패키지 기판 사이에 발생할 수 있는 열팽창계수의 미스매칭(miss matching)에 의한 응력을 완화시키는 완충역할을 하므로 인터포저 기판으로 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있다. 이외에 고저항 실리콘 웨이퍼, 다결정 실리콘, 세라믹, 유리, PCB 기판 등이 이용될 수 있다. The
다음에, 도 4의 (b) 및 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 작은 홀(14)을 도전성 물질(20)로 충전한다(S200). 작은 홀(14)을 충전하는 방법으로는 무전해/전해도금에 의해 충전하는 방법, 도전성 페이스트를 충전하는 방법, 잉크젯 프린팅으로 도전성 잉크를 충전하는 방법, 전도성 폴리머를 중합시켜 충전하는 방법 등 사용될 수 있다.Next, as shown in FIGS. 4B and 4C, the
본 실시예에서는 전해도금에 의해 작은 홀(14)을 도전성 물질(20)로 충전하는 방법을 제시한다. 즉, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 기판(12)의 일면에 시드층(18)을 증착한다(S201). 시드층(18)이 증착되면 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 시드층(18)을 전극으로 전해도금을 수행하여 작은 홀(14)을 충전한다(S202). 이 경우 전해도금 수행 시 작은 홀(14)의 일단에 도금이 오버 필링(over filling)되도록 할 수 있다. In this embodiment, a method of filling the
다음에, 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 기판(12)의 일면에 제1 회로패턴(22)을 형성한다(S300). Next, as shown in FIG. 4D, the
본 단계 이전에 기판(12)의 타면을 연마하여 기판(12)의 타면을 평탄화하는 것도 가능하나, 작은 홀(14)에 오버 필링된 도금이 큰 홀(16) 내에 존재하므로 기판(12) 면에 돌출되어 있지 않아 평탄화 공정을 먼저 수행하지 않더라도 다른 공정을 진행할 수 있다. 또한, 제조공정 과정에서 평탄화 공정에 따른 기판(12)의 강성저하로 기판(12)에 파손이 일어날 수 있으므로 평탄화 공정을 후에 수행하여 기판(12)의 강성을 유지한 체 다른 공정을 먼저 수행할 수 있다.It is also possible to planarize the other surface of the
제1 회로패턴(22)은 시드층(18)을 전극으로 기판(12)의 일면에 전해도금을 수행하여 도금층을 형성한 후 포토리소그래피(photolithography) 공정에 의해 회로패턴을 형성할 수 있다. 즉, 도금층에 제1 회로패턴(22)에 상응하는 에칭레지스트를 형성한 후 기판(12)의 일면에 에칭액을 도포하여 도금층을 선택적으로 식각하여 제1 회로패턴(22)을 형성할 수 있다. 물론, 포토리소그래피 방법 이외에 스크린 인쇄법을 적용하여 제1 회로패턴(22)을 형성하거나 도전성 잉크를 잉크젯 방법으로 토출하여 제1 회로패턴(22)을 형성하는 것도 가능하다. 제1 회로패턴(22)을 형성함에 상술한 방법에 한정되는 것은 아니며, 다양한 방법에 의해 제1 회로패턴(22)을 형성할 수 있음은 물론이다.The
다음에, 도 4의 (e)에 도시된 바와 같이, 기판(12)의 일면에 빌드업층(24)을 적층하고, 빌드업층(24)에 제1 회로패턴(22)과 전기적으로 연결되는 비아(28) 및 제2 회로패턴(26)을 형성한다(S400). Next, as shown in FIG. 4E, a via is stacked on one surface of the
빌드업층(24)은 절연성 물질로 이루어지며, 빌드업 공법에 의해 기판(12)에 다층의 빌드업층(24)을 적층하여 다층인쇄회로기판을 제조할 수 있다. 즉, 기판(12)에 절연성 물질로 이루어진 빌드업층(24)을 적층하고, 제1 회로패턴(22)과 전기적으로 연결되는 비아(28) 및 제2 회로패턴(26)을 형성하여 하나의 빌드업층(24)을 형성하고, 상기 공정을 반복하여 다층의 빌드업층(24)을 빌드업할 수 있다. 이러한 빌드업층(24)은 복수로 적층될 수 있으며, 비아(28) 및 제2 회로패턴(26)은 복수의 빌드업층(24)에 각각 형성되어 다층인쇄회로기판을 제조할 수 있다. The
본 실시예는 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(12)에 비아(28) 및 제2 회로패턴(26)이 형성된 빌드업층(24)이 2단으로 적층된 형태를 제시하고 있다.As shown in FIG. 4, the build-
다음에, 도 4의 (f)에 도시된 바와 같이, 빌드업층(24)의 표면에 형성되며, 제2 회로패턴(26)과 전기적으로 연결되는 도전성 범프(30)(bump)를 형성한다(S500). 제2 회로패턴(26)에 전기적으로 연결되는 도전성 범프(30)에는 이후 반도체 칩이 안착되어 기판(12)과 반도체 칩이 전기적으로 연결된다.Next, as shown in FIG. 4F, a
다음에, 도 4의 (g)에 도시된 바와 같이, 도전성 물질(20)이 노출되도록 기판(12)의 타면을 연마하여 평탄화한다(S600). 즉, 큰 홀(16)이 오픈되는 기판(12)의 타면을 연마하여 작은 홀(14)에 충전된 도전성 물질(20)이 기판(12)의 타면에 노출되도록 기판(12)의 타면을 평탄화한다. 이러한 평탄화 공정에 의해 기판(12)의 전체 높이를 낮출 수 있고, 도전성 물질(20)이 밀실하게 충전된 관통전극(21)을 형성할 수 있다.Next, as illustrated in FIG. 4G, the other surface of the
상술한 바와 같이, 평탄화 공정을 제2 회로패턴(26)과 전기적으로 연결되는 도전성 범프(30)를 형성한 후에 수행함으로써 기판(12)의 강성을 유지한 체 다른 공정을 수행하여 제조공정 상의 기판(12)의 파손을 방지할 수 있다.As described above, the planarization process is performed after the
다음에, 도 4의 (h)에 도시된 바와 같이, 기판(12)의 타면에 형성되며, 도전성 물질(20)과 전기적으로 연결되는 도전성 범프(30)를 형성한다(S700). 기판(12)의 타면에 형성되는 도전성 범프(30)는 패키지 기판에 본 실시예의 기판(12)을 전기적으로 연결하기 위한 것이다.Next, as shown in FIG. 4H, a
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판을 인터포저 기판으로 사용한 경우의 사용상태도이다. 도 5를 참조하면, 반도체 칩(32), 언더필(36), 인터포저 기판(38), 패키지 기판(34)이 도시되어 있다.5 is a state diagram used when a printed circuit board according to an embodiment of the present invention is used as an interposer substrate. Referring to FIG. 5, a
반도체 칩(32)의 미세화, 고집적화에 따라 반도체 칩(32)의 I/O수가 증가되어 반도체 칩(32)이 실장되는 패키지 기판(34)의 패드수가 증가하게 되고 이에 따라 패키지 기판(34)의 파인 피치(fine pitch)화가 요구된다. 이러한 패키지 기판(34)의 파인 피치화는 패키지 기판(34)의 제조비용을 증가시키게 되므로, 반도체 칩(32)과 패키지 기판(34) 사이에 인터포저(interposer) 기판(38)을 개재시켜 패키지 기판(34)의 파인 피치화의 문제점을 극복하고 있다. 그러나, 반도체 칩(32)이 실장되는 인터포저 기판(38)은 여전히 파인 피치화가 요구되고 이에 따라 인터포저 기판(38)의 상하 간의 전기적 도통을 위한 관통전극(21) 또한 미세화가 요구된다.As the
도 5를 참조하여 설명하면, 상술한 인쇄회로기판의 제조방법에 따라 제조된 인터포저 기판(38)에 집적도가 높은 반도체 칩(32)이 실장된다. 그리고, 반도체 칩(32)이 실장된 인터포저 기판(38)이 패키지 기판(34)에 실장되며, 반도체 칩(32)과 인터포저 기판(38) 사이 및 인터포저 기판(38)과 패키지 기판(34) 사이에 액상의 언더필(36)(under fill) 용액을 주입하고 경화시켜 접합의 신뢰성을 확보하게 된다.Referring to FIG. 5, a highly
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and variations can be made.
도 1은 종래 기술에 따른 관통전극 형성방법을 나타낸 흐름도.1 is a flow chart showing a through electrode forming method according to the prior art.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관통전극 형성방법을 나타낸 흐름도.2 is a flow chart showing a through electrode forming method according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판 제조방법의 순서도.Figure 3 is a flow chart of a printed circuit board manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판 제조방법의 흐름도.Figure 4 is a flow chart of a printed circuit board manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판을 인터포저 기판으로 사용한 경우의 사용상태도.5 is a state diagram used when the printed circuit board according to an embodiment of the present invention is used as an interposer substrate.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
12 : 기판 13 : 관통홀12
14 : 작은 홀 16 : 큰 홀14: small hall 16: large hall
18 : 시드층 20 : 도전성 물질18: seed layer 20: conductive material
21 : 관통전극 22 : 제1 회로패턴21: through electrode 22: first circuit pattern
24 : 빌드업층 26 : 제2 회로패턴24: build-up layer 26: the second circuit pattern
28 : 비아 30 : 범프28: Via 30: Bump
32 : 반도체 칩 34 : 패키지 기판32: semiconductor chip 34: package substrate
36 : 언더필 38 : 인터포저 기판36: underfill 38: interposer substrate
Claims (13)
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KR1020070067318A KR100872130B1 (en) | 2007-07-05 | 2007-07-05 | Method for forming through interconnection and manufacturing printed circuit board |
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KR20190124081A (en) | 2018-04-25 | 2019-11-04 | (주)케이엔제이브레이즈 | Via Fabrication Method for Ceramic Wafer |
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- 2007-07-05 KR KR1020070067318A patent/KR100872130B1/en not_active IP Right Cessation
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