KR101051579B1 - 액상 리플로우 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액상 리플로우 방법에 관한 것으로, 회로패턴 및 패드를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 상기 기판의 상면에 상기 패드만을 노출시키는 마스크를 위치시켜, 상기 패드 상에 솔더 페이스트를 인쇄하는 단계; 상기 마스크를 제거하는 단계; 상기 기판을 액상 배스(bath) 내로 침적시키는 단계; 및 상기 액상 배스 내에서 리플로우가 수행되어 상기 기판의 솔더 페이스트가 솔더범프로 형성되는 단계;를 포함하는 액상 리플로우 방법을 제공한다.

솔더 페이스트, 리플로우, 인쇄회로기판, 마스크, 솔더 범프

Description

액상 리플로우 방법{Fluid reflow method}

본 발명은 액상 리플로우 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 기판의 솔더 페이스트가 솔더 범프로 형성되도록 액상 배스 내에 기판을 침적시킨 후 리플로우가 수행되는 액상 리플로우 방법에 관한 것이다.

오늘날 반도체 산업의 주요 추세 중의 하나는 가급적 반도체 소자를 소형화하는 것이다. 소형화의 요구는 특히 반도체칩 패키지 산업에 있어서 두드러지는데, 패키지(package)란 미세회로가 설계된 집적회로 칩을 실제 전자기기에 실장하여 사

용할 수 있도록 플라스틱 수지나 세라믹으로 봉한 형태를 말한다.

종래의 전형적인 패키지는 그 안에 내장되는 집적회로 칩에 비하여 훨씬 큰 크기를 갖는다. 따라서, 패키지의 크기를 칩 크기 수준으로 축소시키는 것이 패키지 기술자들의 관심사 중의 하나였다. 이와 같은 배경에 의하여 최근에 개발된 새로운 패키지 유형이 바로 칩 스케일 패키지(또는 칩 사이즈 패키지라고도 함)이다.

그 중에서 특히 웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지(wafer level chip scale package)는 개별 칩 단위로 패키지 조립을 진행하는 전형적인 패키지 제조방법과 달리 웨이퍼 상태에서 일괄적으로 패키지들을 조립 및 제조한다는 점에 특징이 있다.

이처럼, 반도체 집적회로 칩의 발달은 패키지 기술의 발달로 이어져 지속적으로 고밀도화, 고속화, 소형화 및 박형화가 실현되고있다.

특히, 패키지 소자의 구조적 측면에서의 변천을 보면, 핀 삽입형(pin insert type or through hole mount type)에서 표면 실장형(surface mount type)으로 발전하여 회로 기판에 대한 실장 밀도를 높여 왔으며, 최근에는 베어 칩(bare chip)의 특성을 패키지 상태에서 그대로 유지하면서도 패키지의 크기를 칩 수준으로 줄일 수 있는 칩 사이즈 패키지(chip size package; CSP)에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다.

칩 사이즈 패키지 중에서 특히, 칩 표면에서 칩 패드를 재배선(rerouting or redistribution)한 후 솔더볼들을 형성시킨 유형을 웨이퍼 레벨 칩 사이즈 패키지(wafer level chip scale package; WLCSP)라 한다. 상기 웨이퍼 레벨 칩 사이즈 패키지는 소위 플립 칩(flip chip)이라 불리는 방식으로 칩(chip 또는 die)이 회로 기판에 직접 실장되며, 칩의 재배선된 회로 위에 형성된 솔더범프가 회로기판의 전도성 패드에 접합된다.

이때, 상기 회로기판의 전도성 패드에도 솔더범프가 형성되어 있어 패키지의 솔더 범프와 접합을 이루게 된다. 상기 회로기판의 전도성 패드에 형성되는 솔더 범프 제조방법에 대해 간단히 설명하면, 먼저 회로기판의 상면에 상기 전도성 패드 만을 노출시키는 마스크를 위치시킨 뒤 상기 전도성 패드 상에 솔더 페이스트를 인쇄한다. 이후 상기 회로기판으로부터 마스크를 분리한 다음 질소 분위기하에서 온도를 부여하여 리플로우를 실시하면, 상기 솔더페이스트가 반구형의 솔더범프로 형성된다.

그러나 이와 같이 질소 분위기하에서 질소 가스에 의한 열전달로 리플로우 가 이루어지게 되면, 상기 솔더 페이스트의 자체 무게에 의해 인쇄량이 증가됨에도 솔더 범프의 높이 증가에 한계가 있었고 상기 질소 가스의 공급에 따른 작업 비용 및 시간이 상당히 필요한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 종래에 제기되는 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판의 솔더 페이스트가 솔더 범프로 형성되도록 액상 배스 내에서 기판을 침적시킨 후 리플로우가 수행됨으로써, 액상 배스 내의 부력에 의해 솔더 범프의 높이가 증가되는 액상 리플로우 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 회로패턴 및 패드를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 상기 기판의 상면에 상기 패드만을 노출시키는 마스크를 위치시켜, 상기 패드 상에 솔더 페이스트를 인쇄하는 단계; 상기 마스크를 제거하는 단계; 상기 기판을 액상 배스(bath) 내로 침적시키는 단계; 및 상기 액상 배스 내에서 리플로우가 수행되어 상기 기판의 솔더 페이스트가 솔더범프로 형성되는 단계;를 포함하는 액상 리플로우 방법으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 액상 배스 내에는 비등점이 높은 실리콘계, 에스테르계, 에테르계, 프탈레이트계, 아민계, 지방족계, 지환족계 중 어느 하나의 리플로우액으로 충진될 수 있다.

또한, 상기 액상 배스 내 리플로우 액의 온도는 150℃ 내지 270℃로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 기판은 유기 또는 무기회로기판으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 액상 배스 내에서 리플로우가 수행되어 상기 기판의 솔더 페이스트가 솔더범프로 형성되는 단계 이후에, 상기 솔더 범프 상에 수동소자 및 능동소자를 실장시키는 단계가 더 포함될 수 있다.

그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 회로패턴 및 패드 상에 솔더 페이스트가 인쇄된 기판을 제공하는 단계; 상기 기판을 컨베이어 벨트에 위치시키는 단계; 상기 컨베이어 벨트를 통해 수평 이송되어 상기 기판을 액상 배스 내로 침적시키는 단계; 및 상기 액상 배스 내에서 리플로우가 수행되어, 상기 기판의 솔더 페이스트가 솔더범프로 형성되는 단계; 를 포함하는 액상 리플로우 방법으로 이루어질 수 있다.

그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 회로패턴 및 패드 상에 솔더 페이스트가 인쇄된 기판을 제공하는 단계; 액상 배스에 구비되는 수직 이송부재의 상부 테이블 상에 상기 기판을 위치시키는 단계; 상기 수직 이송부재를 수직 이송시켜, 상기 기판을 액상 배스 내로 침적시키는 단계; 및 상기 액상 배스 내에서 리플로우가 수행되어, 상기 기판의 솔더 페이스트가 솔더범프로 형성되는 단계;를 포함하는 액상 리플로우 방법으로 이루어질 수 있다.

이상에셔, 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 액상 리플로우 방법은 기판의 솔더 페이스트가 솔더 범프로 형성되도록 액상 배스 내에서 기판을 침적시킨 후 리플로우가 수행됨으로써, 액상 배스 내의 부력에 의해 솔더 범프의 높이가 증가되어 전기적 연결에 대한 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 액상에 의한 직접적인 열전달로 리플로우가 이루어져 작업시간 및 비용이 절감되고 설비의 크기도 줄일 수 있어 공간의 활용도도 개선되는 효과가 있다.

본 발명에 따른 액상 리플로우 방법에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

도 1 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액상 리플로우 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 리플로우 방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.

우선, 도 1에 도시된 바와 같이 패드(103)를 포함하는 기판(100)을 제공한다. 여기서 상기 기판(100)은 반도체 공정에서 사용되는 기판으로, 상기 기판의 재질은 실리콘, 세라믹, 유리 및 폴리머로 이루어지는 유기 또는 무기회로기판일 수있다.

또한, 상기 기판(100)은 전기적 신호를 생성하거나 전달하기 위한 회로패턴, 비아홀 및 절연층을 더 포함하나 본 발명을 좀 더 명확하게 설명하기 위하여 상기 패드(103)만을 도시하였다. 상기 패드(103)는 상기 기판(100)의 회로 패턴과 이후 상기 기판(100) 상에 실장되는 수동소자 및 능동소자와 같은 전자부품을 전기적으로 서로 연결시키는 역할을 한다.

그 다음. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 기판(100)의 상면에 상기 패드(103)만을 노출시키는 마스크(110)를 위치시켜 상기 패드(103) 상에 솔더 페이스트(105) 또는 솔더 파우더를 인쇄한다.

이때, 상기 마스크(110) 표면에 솔더 페이스트(105)를 도포한 다음, 스퀴지를 이용하여 상기 패드(103) 영역에 밀어 넣으면 상기 솔더 페이스트(105)가 균일하게 인쇄될 수 있다. 상기 마스크(110)는 포토 레지스트가 패터닝 된 마스크 또는 스크린 인쇄용 마스크 중 어느 하나로 사용될 수 있다. 이때, 상기 솔더 페이스트(105)는 점성이 있는 갈색의 솔더와 레진이 하나로 합쳐진 덩어리로, 솔더 그 자체는 납, 아연, 은의 합금으로 이루어져 있다.

그리고 상기 마스크(110) 표면에 솔더 파우더를 인쇄할 경우에는 상기 솔더 파우더 인쇄 전에 상기 패드(103) 상에 플럭스를 도포하는 단계가 더 포함될 수 있다. 상기 플럭스는 상기 기판, 특히 상기 패드(103) 상의 산화막을 제거하는 역할 및 상기 솔더 파우더를 상기 패드(103) 상에 융착시키는 역할을 할 수 있다.

다음으로, 도 3에 도시된 된 바와 같이 상기 마스크(110)를 제거한 다음, 상기 기판(100)을 액상 배스(120a) 내로 침적시키는 공정이 이루어진다. 이때, 상기 액상 배스(120a) 내에는 비등점이 높은 실리콘계, 에스테르계, 에테르계, 프탈레이 트계, 아민계, 지방족계, 지환족계 중 어느 하나가 충진되어 있으며, 상기 리플로우액(123)의 온도는 150℃ 내지 270℃로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 상기 기판(100)을 상기 액상 배스(120a) 내로 침적시키는 방법에는 상기 기판(100)을 컨베이어 벨트(130)를 통해 액상 배스(120a) 내로 침적시키는 방법과 상기 액상 배스(120a)에 구비된 수직 이송부재(150)의 수평 이동에 의해 액상 배스(120a) 내로 침적시키는 방법이 있다.

우선, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 기판(100)을 컨베이어 벨트(130)를 통해 액상 배스(120a) 내로 침적시키는 방법에 대해 설명하면 우선, 상기 기판(100)을 컨베이어 벨트(130)에 위치시킨다. 이때, 상기 컨베이어 벨트(130)는 상기 액상 배스(120a)의 외부로부터 연결되어 상기 액상 배스(120a)의 중앙에서 상기 기판(100)이 상기 액상 배스(120a) 내부로 낙하되도록 낙하 경로를 제공하고 다시 외부로 빠져나가는 이동 경로를 가지고 있다.

따라서, 상기 기판(100)은 상기 컨베이어 벨트(130)를 통해 수평 이송되어 상기 액상 배스(120a) 내로 침적되고, 상기 액상 배스(120a) 내에서 리플로우가 수행된다.

이때, 상기 액상 배스(120a) 내부에 충진되어 있는 액상(123)은 상기 액상 배스(120a) 내에 구비된 가열부재(125)에 의해 가열되고, 상기 액상(123)의 열에 의해 상기 기판(100)의 솔더 페이스트(105)가 녹아 반구형의 솔더범프(140)로 형성될 수 있다. 상기 솔더범프(140)는 이후 상기 기판(100)에 실장되는 수동소자 및 능동소자와 같은 전자부품과 납땜이 잘 될 수 있도록 해주는 역할을 한다.

그 다음, 상기 컨베이어 벨트(130)의 이동 경로에 따라 상기 기판(100)은 상기 액상 배스(120a) 밖으로 인출하면 작업이 완료된다. 이때, 상기 기판(100)을 플럭스 제거제로 닦아내거나 별도의 세척을 수행하는 디플럭스 공정이 추가될 수 있다. ㄸ

다음, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 기판(100)을 액상 배스(120a)에 구비되는 수직 이송부재(150)의 이동에 의해 액상 배스 내로 침적시키는 방법에 대해 설명하면 먼저, 상기 기판(100)을 상기 액상 배스(120a)에 구비되는 수직 이송부재(150)의 상부 테이블(153) 상에 상기 기판(100)을 위치시킨다. 이때, 상기 수직 이송부재(150)는 상기 기판(100)이 올려지기 전에는 상기 액상 배스(120a)보다 높은 위치에 위치하고 있다가, 상기 상부 테이블(153) 상에 상기 기판(100)이 올려지면 아래로 이동한다. 상기 수직 이송부재(150)는 상기 상부 테이블(153)과 상기 상부 테이블(153)을 수직 이동시키는 구동수단(155)으로 이루어져 있다.

따라서, 상기 기판(100)은 상기 수직 이송부재(150)가 아래로 이동되면 상기 액상 배스(120a) 내로 침적되고, 상기 액상 배스(120a) 내에서 리플로우가 수행된다.

이때, 상기 액상 배스(120a) 내부에 충진되어 있는 리플로우액(123)은 별도의 가열수단(도면미도시)에 의해 미리 가열되어 있으며, 상기 리플로우액(123)의 열에 의해 상기 기판(100)의 솔더 페이스트(105)가 녹아 반구형의 솔더범프(140)로 형성될 수 있다.

그 다음, 상기 수직 이송 부재(150)를 다시 위로 이동시켜 상기 기판(100)을 상기 액상 배스(120a) 밖으로 인출하면 작업이 완료된다.

이와 같이, 상기 액상 배스(120a) 내에서 상기 기판(100)을 침적시킨 후 리플로우가 수행되면, 상기 액상 배스(120a) 내의 부력에 의해 솔더범프(140)의 높이가 증가되고, 리플로우액(123)에 의해 상기 솔더페이스트(105)의 플럭스가 일부 용해되어 디플럭스 효과를 기대할 수 있다.

또한, 상기 컨베이어 벨트(130)를 통해 상기 기판(100)을 상기 액상 배스(120a) 내로 이동시켜 리플로우가 수행되는 방법은 상기 컨베이어 벨트(130)에 다수개의 기판(100)을 연속적으로 위치시켜 리플로우를 수행할 수 있게 되어 작업비용 및 시간을 더욱 절감시킬 수 있다.

도 8 및 도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액상 리플로우 방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.

상기 제 2 실시예에 따른 액상 리플로우 방법은 배스(120b) 외부에 액상탱크(270)를 구비하여 리플로우액(123)을 공급받는 방법으로, 앞서 설명한 제 1 실시예와 동일한 기능을 하는 구성요소는 동일한 도면 부호를 사용하였으며, 이하 중복되는 설명은 생략한다.

우선, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 회로패턴 및 패드(103) 상에 솔더 페이스트(105)가 인쇄된 기판(100)을 제공한 다음, 상기 기판(100)을 배스(120b) 내에 구비되는 고정부재(160)의 테이블(163) 상에 위치시킨다.

다음으로, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 상기 배스(120a)의 외부에 구 비된 액상탱크(270)로부터 상기 배스(120b) 내부로 리플로우액(123)을 공급받아 상기 배스(120b) 내에 구비된 고정부재(160)의 테이블(163) 상에 위치한 기판(100)을 침적시킨다. 이때, 상기 배스(120b)는 상기 액상탱크(270)로부터 펌프(175)를 이용하여 상기 테이블(163) 상에 위치한 상기 기판(100)을 완전 침적될 만큼의 리플로우액(123)을 공급받는다. 또한, 상기 액상탱크(270)에 충진되어 있는 리플로우액(123)은 상기 액상탱크(270) 내부에 구비되는 가열부재(173)에 의해 가열되어 있어, 상기 리플로우액(123)의 열에 의해 상기 기판(100)의 솔더 페이스트(105)가 녹아 반구형의 솔더범프(140)로 형성될 수 있다.

그 다음, 상기 배스(120b) 내의 리플로우액(123)을 다시 상기 액상탱크(270)로 이송시키고 상기 기판(100)을 상기 배스(120b) 밖으로 인출하면 작업이 완료된다.

이처럼, 본 발명에 따른 액상 리플로우 방법은 상기 기판(100)의 솔더 페이스트(105)가 솔더범프(140)로 형성되도록 액상 배스(120a) 내에서 상기 기판(100)을 침적시킨 후 리플로우가 수행됨으로써, 상기 액상 배스(120a) 내의 부력에 의해 상기 솔더범프(140)의 높이가 증가되어 전기적 연결에 대한 신뢰성이 향상될 수 있다.

또한, 상기 액상 배스(120a) 내에 충진되어 있는 리플로우액(123)에 의한 직접적인 열전달로 리플로우가 이루어져 작업시간 및 비용이 절감되고, 설비의 크기도 줄일 수 있어 공간의 활용도도 개선될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 권리 범위는 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변경 및 개량 형태 또는 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액상 리플로우 방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.

도 8 및 도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액상 리플로우 방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 기판 103 : 패드

105 : 솔더 페이스트 120a: 액상 배스

120b: 배스 123 : 리플로우액

130 : 컨베이어 벨트 140 : 솔더범프

150 : 수직 이송부재

Claims (7)

1. 회로패턴 및 패드를 포함하는 기판을 제공하는 단계;

   상기 기판의 상면에 상기 패드만을 노출시키는 마스크를 위치시켜, 상기 패드 상에 솔더 페이스트를 인쇄하는 단계;

   상기 마스크를 제거하는 단계;

   상기 기판을 액상 배스(bath) 내로 침적시키는 단계; 및

   상기 액상 배스 내에서 리플로우가 수행되어 상기 기판의 솔더 페이스트가 솔더범프로 형성되는 단계;

   상기 솔더범프 상에 수동소자 및 능동소자를 실장시키는 단계;

   를 포함하는 액상 리플로우 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 액상 배스 내에는 비등점이 높은 실리콘계, 에스테르계, 에테르계, 프탈레이트계, 아민계, 지방족계, 지환족계 중 어느 하나의 리플로우액으로 충진되어 있는 액상 리플로우 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 액상 배스 내 리플로우 액의 온도는 150℃ 내지 270℃로 이루어지는 액 상 리플로우 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 기판은 유기 또는 무기회로기판으로 이루어지는 액상 리플로우 방법.
5. 삭제
6. 회로패턴 및 패드 상에 솔더 페이스트가 인쇄된 기판을 제공하는 단계;

   상기 기판을 컨베이어 벨트에 위치시키는 단계;

   상기 컨베이어 벨트를 통해 수평 이송되어 상기 기판을 액상 배스 내로 침적시키는 단계; 및

   상기 액상 배스 내에서 리플로우가 수행되어, 상기 기판의 솔더 페이스트가 솔더범프로 형성되는 단계;

   를 포함하는 액상 리플로우 방법.
7. 회로패턴 및 패드 상에 솔더 페이스트가 인쇄된 기판을 제공하는 단계;

   액상 배스에 구비되는 수직 이송부재의 상부 테이블 상에 상기 기판을 위치시키는 단계;

   상기 수직 이송부재를 수직 이송시켜, 상기 기판을 액상 배스 내로 침적시키는 단계; 및

   상기 액상 배스 내에서 리플로우가 수행되어, 상기 기판의 솔더 페이스트가 솔더범프로 형성되는 단계;

   상기 솔더범프 상에 수동소자 및 능동소자를 실장시키는 단계;

   를 포함하는 액상 리플로우 방법.

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