KR100955605B1 - 솔더 범프 제작용 템플릿의 잔여 솔더 제거방법 및 솔더범프 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 템플릿의 캐비티들을 제외한 일면에 식각층을 형성한 상태에서 상기 캐비티들에 솔더를 주입한 후, 상기 식각층을 식각하여 잔여 솔더를 제거하도록 함으로써, 템플릿의 캐비티들에 정량이면서도 균일한 솔더가 채워질 수 있게 되는 효과를 가지며, 상기와 같이 잔여 솔더를 제거한 템플릿을 이용하여 기판의 전극패드에 솔더 범프를 형성함으로써, 기판의 전극패드에 솔더 범프를 범핑하는 작업이 순조롭게 이루어져 결국 공정의 안정화가 도모되는 매우 유용한 효과를 가지게 된다.

템플릿, 캐비티, 솔더, 기판

Description

솔더 범프 제작용 템플릿의 잔여 솔더 제거방법 및 솔더 범프 형성방법{Method for removing of extra solder in template for forming solder bump, and method for forming solder bump}

본 발명은 솔더 범프 제작용 템플릿의 캐비티들에 균일한 솔더가 채워지도록 잔여 솔더를 제거한 후, 기판의 전극패드에 솔더 범프를 형성하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 인쇄회로기판(Printed circuit board, PCB)과 같은 외부기판에 칩을 연결하는 방법에는 와이어 본딩 방법(Wire bonding method), 자동 테이프 본딩 방법(Taped automated bonding method), 플립 칩 방법(Flip chip method) 등이 있다.

이들 중 상기 플립 칩 방법은 전기접속의 경로(Electron pathway)가 짧아 속도와 파워를 향상시킬 수 있고 단위 면적당 전극 패드의 수를 증가시킬 수 있다는 장점이 있기 때문에, 우수한 전기적 특성을 필요로 하는 슈퍼컴퓨터에서 휴대용 전 자 제품들까지 넓은 응용분야에 이용되고 있다.

상기 플립 칩 방법은 칩과 외부기판의 양호한 본딩을 위하여 웨이퍼(Wafer)에 솔더 범프를 형성할 것이 요구되는데, 이러한 솔더 범프의 제작 기술은 양호한 전도성과 균일한 높이를 가지며 미세 피치(Fine pitch)를 갖는 솔더 범프를 형성하는 방향으로 발달해 왔다. 이와 같은 플립 칩의 대표적인 범프 형성 기술은 범핑되는 물질에 따라 솔더 범프의 특성 및 그 응용범위가 결정되는 특징이 있는데, 범핑 형성 기술로는 솔더 볼을 직접 웨이퍼 위에 올리는 솔더 볼 배치 방법과, 전기 도금법(Electroplating) 또는, 스텐실 프린팅(Stencil printing)법과 같이 중간 단계를 거친 후 리플로어(Reflow)에 의하여 솔더 범프를 형성하는 방법 등으로 구분될 수 있다.

도 1은 플립 칩 방법에 의하여 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 형성하기 위한 중간 단계에 적용되는 템플릿을 도시한 부분 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도로서, 도시된 바와 같이, 템플릿(Template)의 일면에는 웨이퍼의 전극 패드와 대응되게 반구형상의 캐비티(cavity)들이 형성되어 있다.

템플릿(10)의 캐비티(12_들은 습식 또는 건식 식각(Etching)에 의하여 형성될 수 있으며, 이외에도 레이저에 의해 형성될 수도 있다.

이와 같이 템플릿(10)에 형성된 캐비티(12)들에 금(Au), 은과 주석 합금(Ag/Sn) 등의 솔더를 용융상태로 채워 고형화시킨 후, 전극 패드(22)가 형성된 기판(20)을 뒤집어 고형화 된 솔더(50)를 용융→전이→리플로어의 과정을 거쳐 솔더 범프(40)를 형성할 수도 있고, 반대로 도 3에서와 같이, 템플릿(10)을 뒤집어서 캐비티(12)들과 기판(20)의 전극 패드(22)들을 얼라인 시킨 후, 고형화 된 솔더(50)를 용융→전이→리플로어 과정을 거쳐 솔더 범프(40)를 형성할 수도 있다.

여기서, 템플릿(10)의 캐비티(12)들에 용융 솔더(50)를 주입하여 고형화시키는 과정을 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 용탕(14)에 저장되어 있는 용융 솔더를 인젝터(16)에 의해 템플릿(10)에서 캐비티(12)들이 형성된 일면에 순차적으로 분사시킨다.

그러면, 용융 솔더(50)가 각 캐비티(12)들로 인입이 이루어지면서, 템플릿(10)에서 캐비티(12)들이 형성된 일면으로부터 일정 높이만큼 더 도포가 이루어지게 된다.

즉, 인젝터(16)를 이용하여 캐비티(12)들에만 정량의 용융 솔더를 주입하는 것이 가장 바람직하기는 하지만, 이러한 시스템 구현은 고가의 장비가 소요될 수 있고, 또한 불량 주입의 우려가 있기 때문에 정량보다 많은 양의 용융 솔더를 분사시킨 후, 어느 정도 고형화가 이루어지면 도 4b에서와 같이 템플릿(10)의 일면을 블레이드(70) 등의 도구를 이용하여 밀어내게 된다.

이와 같이, 템플릿(10)에서 캐비티(12)들이 형성된 일면에 정량 보다 많은 양의 용융 솔더를 주입하고, 용융 솔더가 어느 정도 고형화가 이루어진 시점에서 템플릿(10)의 일면으로부터 일정높이만큼 더 도포가 이루어진 잔여 솔더(60)를 블레이드(70)로 밀어내게 되면, 도 4c에서와 같이 캐비티(12)들 내에만 고형화된 솔 더(50)가 남게 된다.

그런데, 상기와 같이 블레이드(70)를 이용하여 템플릿(10)의 일면으로부터 일정 높이만큼 더 도포된 잔여 솔더(60)를 밀어낼 때, 상기 솔더의 고형화 정도를 정확히 파악해야만 하는데 그 이유는 다음과 같다.

즉, 액상의 물질이 고형화될 때, 그 부피는 줄어들게 된다. 따라서, 템플릿(10)에서 캐비티(12)들이 형성된 일면에 용융 솔더를 분사한 후 고형화가 제대로 이루어지지 않은 시점에서 블레이드(70)로 잔여 솔더(60)를 밀어내게 되면, 캐비티(12)들에 존재하는 용융상태의 솔더가 고형화되면서 그 부피가 줄어들어 캐비티(12)들을 완전히 채우지 못하게 될 우려가 있게 된다.

이에, 템플릿(10)에서 캐비티(12)들이 형성된 일면에 분사된 용융 솔더가 어느 정도 고형화된 시점에서 블레이드(70)로서 잔여 솔더(60)를 밀어내야만 하는데, 이 경우, 솔더가 고형화됨에 따라 점성이 커지게 됨으로써, 도 4d에서와 같이, 블레이드(70)에 의해 밀려나는 잔여 솔더(60)와 함께 캐비티(12)들 내부에 채워져 있어야할 솔더(50)까지 함께 휩쓸려서 밀려나가게 되는 문제점이 있었다.

이와 같이, 템플릿(10)의 캐비티(12)들에 균일하게 솔더가 채워지지 않게 되면, 도 3에서와 같이 고형화된 솔더를 용융→전이→리플로어 과정을 거쳐 기판(20)의 전극패드(22)에 솔더 범프(40)를 형성하는 것이 불가능해지게 되는 등, 공정이 원활하게 이루어지지 않게 되는 문제점이 있었다.

또한, 종래에서와 같이 블레이드(70)로서 잔여 솔더(60)를 밀어낼 때, 시작점부터 일정부분까지는 제대로 잔여 솔더를 밀어낼 수 있게 되나, 블레이드에 의해 밀려난 잔여 솔더 양이 많아져서 그 적재량이 점점 많아지게 되면, 적재된 잔여 솔더(60) 자중에 의해 블레이드(70)가 수평방향으로 계속해서 전진하는데 방해요소로 작용됨으로써, 끝점으로 갈수록 잔여 솔더를 완전하게 제거하기가 어려운 문제점도 있었다.

또한, 종래에서와 같이 블레이드(70)로서 잔여 솔더(60)를 밀어낼 경우, 템플릿(10)의 일면에는 블레이드(70)의 날카로운 끝단이 접촉됨으로써, 템플릿의 표면이 손상될 우려도 있었다.

템플릿은 일회용으로 사용하는 것이 아니고, 기판의 전극패드에 솔더 범프를 형성하고자 할 경우마다 계속해서 재사용하는 것으로서, 비교적 고가를 이루고 있는데, 상기와 같이 블레이드에 의한 잔여 솔더 제거로 인하여 그 표면이 손상되면 경제적인 부담도 가중되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들에 착안하여 안출된 것으로서, 템플릿의 캐비티들에 정량이면서도 균일한 솔더가 채워지도록 한 솔더 범프 제작용 템플릿의 잔여 솔더 제거방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

즉, 본 발명은 상기와 같이 템플릿의 캐비티들 내에 고형화된 솔더가 정량이면서도 균일하게 채워지도록 함으로써, 기판의 전극패드에 솔더 범프를 범핑하는 작업이 순조롭게 이루어지도록 하여 결국 공정의 안정화를 도모하도록 한 솔더 범프 제작용 템플릿의 잔여 솔더 제거방법 및 솔더 범프 형성방법을 제공하는데 목적이 있는 것이다.

또한, 본 발명은 템플릿의 캐비티들에 채워진 솔더를 제외한 잔여 솔더를 제거함에 있어서, 템플릿의 표면이 손상되는 것을 예방하여 반영구적으로 사용할 수 있도록 함으로써, 고가의 템플릿을 자주 교체함에 따른 경제적 부담을 경감시키도록 하는데에도 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 솔더 범프 제작용 템플릿의 잔여 솔더 제거방법은, (a) 템플릿의 캐비티들이 형성된 일면에 도체 또는 유전체의 포토레지스트를 도포한 후, 상기 템플릿에서 캐비티들이 위치하는 부위만 노광 및 현상하여, 상기 캐비티들 사이의 일면에만 식각층을 도포하는 단계; (b) 상기 템플릿의 캐비티들이 형성된 일면에 솔더를 주입하여 상기 캐비티들에 솔더를 채운 후 고형화시키는 단계; (c) 상기 식각층 표면의 높이보다 더 도포된 잔여 솔더를 블레이드로 밀어내어 제거하는 단계 및; (c) 상기 템플릿을 클리닝 시키되, 클리닝액에 식각액을 첨가하여 클리닝시켜서, 상기 식각층을 식각하여 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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그리고, 본 발명에 따른 솔더 범프 형성방법은, 잔여 솔더 제거방법에 의하여 솔더 범프 제작용 템플릿의 캐비티들에 균일한 솔더가 채워지도록 하는 단계; 상기 템플릿을 기판과 정렬시키는 단계; 상기 템플릿의 캐비티들에 채워진 솔더를 상기 기판의 전극패드로 전사시키는 단계 및; 상기 기판의 전극패드로 전사된 솔더를 리플로어하여 상기 전극패드 상에 솔더 범프를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 솔더 범프 제작용 템플릿의 잔여 솔더 제거방법에 의하면, 템플릿의 캐비티들에 정량이면서도 균일한 솔더가 채워질 수 있게 되는 유용한 효과가 있게 된다.

즉, 본 발명은 상기와 같이 템플릿의 캐비티들 내에 고형화된 솔더가 정량이면서도 균일하게 채워짐으로써, 기판의 전극패드에 솔더 범프를 범핑하는 작업이 순조롭게 이루어져 결국 공정의 안정화가 도모되는 매우 유용한 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명은 잔여 솔더가 식각에 의해 제거됨으로써, 종래에서와 같이 템플릿의 일면이 블레이드의 날카로운 끝단과 밀착,접촉되어 손상되는 일이 발생되지 않는 바, 고가의 템플릿을 반영구적으로 사용할 수 있어서 경제적 부담이 경감되는 효과도 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

참고로, 본 발명을 설명함에 있어서, 종래에 있어서와 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 부여하여 설명하고, 그 반복되는 설명은 생략하여 설명하기로 한다.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따라 솔더 범프 제작용 템플릿에 솔더를 주입하고, 잔여 솔더를 제거하는 과정을 순차적으로 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따라 템플릿에서 캐비티들을 제외한 일면에 잔여 솔더가 제거된 상태에서 기 판의 전극패드에 솔더 범프가 형성되는 과정을 도시한 단면도이다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 템플릿(10)에서 캐비티(12)들이 형성된 일면 전체에 도체나 유전체 등의 포토레지스트를 도포하여 식각층(100)을 이루도록 한다.

다음에, 상기 템플릿(10)의 캐비티(12)들 상부 영역에서 노광 및 현상하여 도 5b에 도시된 바와 같이, 캐비티(12)들의 내면을 제외한 일면에만 식각층(100)이 형성되도록 한다.

그리고, 도 5c에 도시된 바와 같이, 용탕(14)에 저장되어 있는 용융 솔더(50)를 인젝터(16)에 의해 템플릿(10)에서 캐비티(12)들이 형성된 일면에 순차적으로 분사시킨다.

그러면, 용융 솔더가 각 캐비티(12)들로 인입이 이루어지면서, 템플릿(10)에서 캐비티(12)들이 형성된 일면에 도포된 식각층(100)보다 일정 높이만큼 더 도포가 이루어지게 된다.

즉, 인젝터(16)를 이용하여 캐비티(12)들에만 정량의 용융 솔더를 주입하는 것이 가장 바람직하기는 하지만, 이러한 시스템 구현은 고가의 장비가 소요될 수 있고, 또한 불량 주입의 우려가 있기 때문에 정량보다 많은 양의 용융 솔더를 분사시킨 후, 어느 정도 고형화가 이루어지면 도 5d에서와 같이 템플릿(10)의 일면을 블레이드(70) 등의 도구를 이용하여 밀어낸다.

이 경우, 상기 블레이드(70)의 뾰족한 끝단이 밀착되어 접촉되는 면은 템플릿(10)의 일면이 아니라 식각층(100) 면이 됨으로써, 템플릿(10)의 표면 손상은 발 생하지 않게 되는 바, 상기 템플릿(10)은 반영구적으로 사용할 수 있을 것이다.

이와 같이, 식각층(100)의 면에 더 도포된 잔여 솔더(60)를 블레이드(70)로서 밀어내어 제거하게 되면, 도 5e에 도시된 바와 같이, 캐비티(12)들에 채워진 솔더(50)의 상면 또한 식각층(100)과 동일 수평면을 이루게 되는 바, 모든 캐비티(12)들에는 균일한 솔더(50)가 채워진 상태가 된다.

이 상태에서, 템플릿(10)을 식각공정하여 상기 식각층(100)만 식각이 이루어지도록 하면, 도 5f에 도시된 바와 같이, 캐비티(12)들에만 균일한 솔더(50)가 채워진 상태가 되며, 캐비티(12)들 사이의 일면에는 잔여 솔더(60)가 전혀 남지 않은 상태가 된다.

여기서, 템플릿(10)을 별도의 식각공정을 거치지 않고, 클리닝 단계에서 상기 식각층(100)이 식각되도록 할 수도 있다.

즉, 템플릿(10)의 캐비티(12)들에 솔더(50)가 채워져 고형화된 후, 잔여 솔더(60)를 제거한 이후에는, 템플릿(10) 전체를 클리닝액에 담구어 클리닝 시킨 후, 용융→전사→리플로어 과정을 거쳐 기판(20)의 전극패드(22)에 솔더 범프(40)를 형성하는 바, 상기 클리닝 과정에서, 클리닝액에 식각액을 첨가하여 클리닝시킴으로써, 클리닝 단계에서 상기 식각층(100)이 식각되도록 할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 템플릿(10)의 캐비티(12)들에 균일하게 솔더(50)가 채워진 상태에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 솔더(50)를 기판(20)의 전극패드(22)와 정렬시키고, 고형화된 솔더(50)를 용융시켜 기판(20)의 전극패드(22)로 전사시킨 후, 전극패드(22) 상의 솔더(50)를 리플로어하게 되면 기판(20) 의 전극패드(22)에는 대략 구형상의 솔더 범프(40)가 형성된다.

한편, 도 7은 본 발명에 따라 솔더 범프 제작용 템플릿에 솔더를 주입하고, 잔여 솔더를 제거하는 과정 중, 템플릿에서 캐비티들의 내면을 제외한 일면에 식각층을 다른 실시 예에 따라 도포한 것을 도시한 단면도로서, 상기 식각층(200)은 스텐실 프린팅(stencil printing)에 의해 도포된 것을 나타낸 것이다.

이와 같이, 템플릿(10)에서 캐비티(12)들의 내면을 제외한 일면에 스텐실 프린팅에 의하여 식각층(200)을 형성한 이후에, 상기 캐비티(12)들에 솔더를 주입하고, 잔여 솔더를 제거한 후, 식각공정 또는 클리닝 단계에 의해 상기 식각층을 식각하여 캐비티들에 균일한 솔더가 채워지도록 한 다음, 기판의 전극패드에 솔더 범프를 형성하는 방법은 앞선 실시 예와 동일한 바, 그 반복되는 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예들을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이와 같은 특정 실시 예들에 의해서만 한정되는 것이 아니며, 특허청구범위에 기재된 범위 내에서 적절하게 변경 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래에 플립 칩 방법에 의하여 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 형성하기 위하여 중간 단계에 적용되는 템플릿을 도시한 사시도.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도.

도 3은 종래의 템플릿을 이용하여 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 형성하는 과정을 나타낸 공정도.

도 4a 내지 도 4d는 종래 템플릿의 캐비티들에 용융 솔더를 주입하여 고형화 시키는 과정을 순차적으로 나타낸 단면도.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명에 따라 솔더 범프 제작용 템플릿에 솔더를 주입하고, 잔여 솔더를 제거하는 과정을 순차적으로 도시한 단면도.

도 6은 본 발명에 따라 템플릿에서 캐비티들을 제외한 일면에 잔여 솔더가 제거된 상태에서 기판의 전극패드에 솔더 범프가 형성되는 과정을 도시한 단면도.

도 7은 본 발명에 따라 솔더 범프 제작용 템플릿에 솔더를 주입하고, 잔여 솔더를 제거하는 과정 중, 템플릿에서 캐비티들의 내면을 제외한 일면에 식각층을 다른 실시 예에 따라 도포한 것을 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 템플릿 12 : 캐비티

50 : 솔더 100,200 : 식각층

Claims (7)

1. (a) 템플릿의 캐비티들이 형성된 일면에 도체 또는 유전체의 포토레지스트를 도포한 후, 상기 템플릿에서 캐비티들이 위치하는 부위만 노광 및 현상하여, 상기 캐비티들 사이의 일면에만 식각층을 도포하는 단계;

   (b) 상기 템플릿의 캐비티들이 형성된 일면에 솔더를 주입하여 상기 캐비티들에 솔더를 채운 후 고형화시키는 단계;

   (c) 상기 식각층 표면의 높이보다 더 도포된 잔여 솔더를 블레이드로 밀어내어 제거하는 단계 및;

   (c) 상기 템플릿을 클리닝 시키되, 클리닝액에 식각액을 첨가하여 클리닝시켜서, 상기 식각층을 식각하여 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 솔더 범프 제작용 템플릿의 잔여 솔더 제거방법.
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3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1에 기재된 잔여 솔더 제거방법에 의하여 솔더 범프 제작용 템플릿의 캐비티들에 균일한 솔더가 채워지도록 하는 단계;

   상기 템플릿을 기판과 정렬시키는 단계;

   상기 템플릿의 캐비티들에 채워진 솔더를 상기 기판의 전극패드로 전사시키는 단계 및;

   상기 기판의 전극패드로 전사된 솔더를 리플로어하여 상기 전극패드 상에 솔더 범프를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더범프 형성방법.

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