KR101062451B1 - 솔더 범프 형성용 템플릿 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정 중 솔더 범프 형성에 사용되는 템플릿 및 그 제조방법에 관한 것으로, 일면에 솔더 볼을 수용하기 위한 수용홈이 형성된 제1 기판과, 상기 제1 기판의 타면 측에 배치되는 제2 기판과, 상기 제1 기판과 제2 기판의 사이에서 서로 접합시키도록 형성된 접합층을 포함하여 이루어진 솔더 범프 형성용 템플릿을 제공한다.

솔더, 범프, 템플릿, 강도, 불투명.

Description

솔더 범프 형성용 템플릿 및 그 제조 방법{TEMPLATE FOR FORMING SOLDER BUMP AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 반도체 제조 공정 중 솔더 범프 형성에 사용되는 템플릿 및 그 제조방법에 관한 것이다.

한 쌍의 기판 사이에 데이터 또는 신호 전달을 위해서는 전기적으로 접속하는 것이 필요하다. 특히 단위소자가 고밀도로 집적되어 이루어진 반도체를 기판에 접속하기 위해서는 미세한 단자의 크기 및 피치에 대해 정확한 위치에서 정밀하게 접속할 수 있는 기술이 필요하다.

이와 같이 한 쌍의 기판 사이에 미세한 단자를 상호 접속시키기 위한 접속기술로 가장 일반적인 것은 커넥터에 의한 접속이다. 커넥터로는 연성인쇄회로(Flexible Printed Circuit: FPC)가 널리 사용되며, 다른 기술에 비해 접속이 용이하고, 반복하여 탈부착할 수 있다는 장점도 있다. 그러나 커넥터가 차지하는 3차원적인 공간이 크므로 전자제품의 소형화에 장애가 되고, 현재 널리 사용되는 FPC의 단자간 피치가 0.3mm 정도이므로, 이보다 미세한 피치의 단자를 접속하는 데에는 어려움이 있다.

커넥터 이외의 접속방법으로 이방성 도전필름(Anisotropic Conductiv Film: ACF)를 이용한 방법도 있다. ACF를 한쪽 기판의 단자부에 붙이고 그 위에 다른 기판의 단자를 겹쳐서 가압하면, 마주보는 두 전극 사이에 도전필름이 개재되므로, 이를 통해 전기적 접속이 이루어진다. ACF는 가압후 경화시킴으로써 접속 강도 또한 확보할 수 있고, 단자간 피치가 0.1mm 정도라도 접속하는 것이 가능하다. 그러나 도전성 입자가 단자와 접속하는 것이므로 접속부의 저항치가 높은 편이고, 필름을 경화시킨 후에는 두 기판을 분리하는 것이 어려워 실질적으로 수리가 불가능하다는 단점이 있다.

이에 비해 솔더 범프에 의한 기판 간 접속은, 한쪽 기판의 단자에 솔더 범프를 형성하고, 여기에 다른 기판의 단자부를 겹쳐 리플로우(Reflow) 공정에 의해 접속하는 방법이다. 솔더 범프(Solder Bump)란 주석과 납을 주성분으로 하는 반구상의 돌기를 지칭하는 것으로, ACF에 비해 접속 저항이 양호하며 특히 표면실장(Surface Mount Technology: SMT) 부품의 접속에 유리한 특징이 있어 그 사용이 확대되고 있는 추세이다.

이때 솔더 범프를 형성하는 방법은 몇 가지가 알려져 있다. 그 중 템플릿(Template)를 이용하는 방법은, 솔더 범프를 형성하기 위한 솔더 볼(Solder Ball)을 템플릿 위에 배열한 다음, 템플릿을 기판으로 밀착시키고 가열하여 솔더 볼이 기판의 전극 측으로 옮겨 붙도록 하는 것이다. 이를 위해 템플릿에는 미리 기판의 전극에 대응하는 위치에 복수 개의 수용홈을 형성해 두어, 솔더 볼들이 이 수용홈에 각각 수용되도록 해야 한다. 이때 템플릿에 형성된 복수의 수용홈은 기 판의 전극에 대응하여 정확한 위치에 형성되어야 하며, 수백 ㎛ 이하의 피치로 형성될 수 있어야 하므로 정밀한 가공이 필요하다.

한편 템플릿은 반복 사용에 따라 기판과의 접촉 등에 의해 마모되기 쉬우므로, 비교적 경도가 높은 유리 재질로 제조된다. 예컨대 유리로 된 판재의 일면에 솔더 볼을 수용하기 위한 수용홈을 습식 에칭 등의 방법으로 형성하는 것이다. 그런데 이와 같이 유리로 템플릿을 제조하는 경우에는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 기판의 대면적화에 따라 템플릿의 크기 또한 커져야 한다. 따라서 템플릿의 처짐량 또한 점차 증대되는데, 템플릿의 처짐이 크면 클수록 최종 완제품의 불량률이 높아진다. 이를 보완하기 위해 템플릿의 두께를 늘이면 그만큼 자중이 증가하므로 취급이 어려워지는 문제가 있다. 또한 유리는 경도가 높지만 인장강도가 낮은 재질이므로 대형화될수록 파손의 위험이 높아진다.

둘째, 템플릿의 수용홈에 수용된 솔더 볼을 기판의 정확한 위치로 덤프하기 위해서는 템플릿과 기판을 정확한 상대 위치로 정렬하여야 한다. 이때 얼라인 마크를 템플릿과 기판 각각에 미리 표시한 후 카메라와 같은 광학장치로 각 얼라인 마크의 이미지를 획득하고, 이 이미지를 분석하여 양자 사이의 정렬도를 가늠하는 방식이 보편적으로 사용된다. 그런데 유리로 된 템플릿은 광투과성이므로, 카메라로 획득한 얼라인 마크의 이미지에는 배경의 이미지가 혼입되어 있다. 예컨대 기판의 전극 패턴이나, 솔더 덤프를 위한 장비의 구조와 같은 것이 배경 이미지로 혼입되는 것이다. 이와 같은 배경 이미지는 이미지 분석 과정에서 배경잡음이 되므로, 얼라인 마크를 식별해내는 것을 어렵게 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 대면적화에 대응하여 충분한 구조적 강성을 가진 솔더 범프 형성용 템플릿 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 얼라인 마크의 식별을 용이하게 할 수 있는 솔더 범프 형성용 템플릿 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿은, 일면에 솔더 볼을 수용하기 위한 수용홈이 형성된 제1 기판과, 상기 제1 기판의 타면 측에 배치되는 제2 기판과, 상기 제1 기판과 제2 기판의 사이에서 서로 접합시키도록 형성된 접합층을 포함하여 이루어진다. 여기서 상기 제1 기판은 투명한 재질로 이루어지고, 상기 제2 기판은 불투명 재질로 이루어지며 상기 제1 기판보다 면적이 작은 것이 바람직하다. 또는 상기 제1 기판은 투명한 재질로 이루어지고, 상기 접합층은 불투명 재질로 이루어지며 상기 제1 기판보다 면적이 작은 것을 특징으로 할 수도 있다. 한편, 상기 접합층은 광경화성 수지로 이루어진 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조 방법은, 제1 기판의 일면에 솔더 볼을 수용하기 위한 수용홈을 형성하는 단계와, 상기 제1 기판의 타면에 접합용 수지를 도포하는 단계와, 상기 접합용 수지에 의해 상기 제1 기판에 제2 기판을 접합하는 단계를 포함하여 이루어진다. 이때 상기 접합용 수지를 도포하는 단계는, 스핀코팅에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 또한 상기 접합용 수지를 도포하는 단계는, 광경화성 수지를 도포하고, 상기 제1 기판에 제2 기판을 접합하는 단계 이후에 상기 접합용 수지에 광을 조사하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 한편 상기 제1 기판은 투명 재질로 이루어지고, 상기 접합용 수지 또는 제2 기판 중 적어도 하나는 불투명 재질로 이루어지며, 상기 접합용 수지 또는 제2 기판 중 불투명 재질로 이루어진 것은 상기 제1 기판보다 작은 면적을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿 및 그 제조방법은, 제1 기판과 제2 기판 및 접합층으로 이루어진 복층 구조를 가지므로 구조적 강도가 월등히 향상되어 반복적으로 사용하더라도 파손이나 변형을 최소화할 수 있으므로 사용수명이 증대된다. 따라서 솔더 범프 형성용 템플릿을 다시 제조하는 데에 필요한 비용이나 시간을 절감할 수 있고, 결과적으로 솔더 범프 형성 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한 접합층 또는 제2 기판이 불투명 재질로 이루어지므로, 정렬을 위한 얼라인 마크를 제외한 다른 영역을 불투명하게 처리할 수 있다. 따라서 얼라인 마크의 식별이 용이해지고, 솔더 범프를 형성할 기판과 템플릿의 배열이 용이해지는 만 큼 솔더 범프 형성 공정의 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조로 본 발명에 따른 내구성이 향상된 솔더 범프 형성용 템플릿의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 일실시예의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선에서 바라본 단면도이다.

제1 기판(110)은 일면에 솔더 볼을 수용하기 위한 수용홈(111)이 형성된 판상의 부재이다. 수용홈(111)은 솔더 범프를 형성할 기판의 각 전극의 위치에 대응하도록 형성된다.

제2 기판(120)은 제1 기판(110)의 수용홈(111)이 형성된 면의 반대측 면으로부터 일정거리 이격된 채로 배치된다. 즉, 제1 기판(110)과 제2 기판(120)은 서로 이격된 상태로 배치되는데, 이 사이의 공간에 접합층(130)이 충전되어 형성된다. 이 접합층(130)은 제1 기판(110)과 제2 기판(120)이 서로 분리되지 않도록 접합시킨다.

제1 기판(110)은 투명한 재질로 이루어진 것이 바람직한데, 이는 솔더 범프 공정에서 얼라인 마크(Align Mark)를 활용하기 위한 것이다. 즉, 통상 어떤 두 물체를 사전 설정된 상대 위치로 정렬시키기 위해 두 물체에 각각 얼라인 마크를 형성한 다음, 두 얼라인 마크가 일치하는지를 광학적으로 판별하는 방식이 널리 사용되는데, 이때 두 물체에 각각 형성된 얼라인 마크가 일치하는지 식별하는 가장 간편한 방법이 두 물체 중 어느 하나를 투명한 재질로 제조한 다음, 투명한 물체 측 에서 얼라인 마크를 바라보는 것이다. 그러면 다른 물체에 형성된 얼라인 마크도 투과되어 보이므로, 두 물체에 각각 형성된 얼라인 마크가 서로 일치하는 위치에 있는지 쉽게 파악할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿은 제1 기판(110)이 유리와 같이 투명한 재질로 이루어지고, 얼라인 마크는 제1 기판(110)에 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 제2 기판(120) 또는 접합층(130) 중 적어도 하나는 불투명한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 도 2 및 도 3은 각각 이와 같은 예를 도시한 것으로, 도 2는 제2 기판(120)이 불투명한 재질로 이루어진 예를 도시한 것이고, 도 3은 접합층(130)이 불투명한 재질로 이루어진 예를 도시한 것이다.

도 2와 같이 제2 기판(120)이 불투명한 재질로 이루어진 경우, 제2 기판(120)의 판 면적이 제1 기판(110)의 판 면적보다 작은 것이 바람직하다. 그러면 제2 기판(120)과 제1 기판(110)을 접합층(130)으로 접합시킬 때 각각의 중심을 일치시킨 상태로 접합시키면, 도 2의 단면도에서 보이는 바와 같이 제1 기판(110)의 가장자리는 제2 기판(120)에 의해 가려지지 않은 상태로 노출된다. 이 경우 접합층(130)은 제2 기판(120)을 제1 기판(110)에 접합시키기 위한 목적에서 볼 때 당연히 제2 기판(120)의 판면적 이하에 해당하는 영역에만 도포되면 충분하다. 이와 같이 제1 기판(110)이 제2 기판(120)에 의해 가려지지 않은 영역(MA)에 앞서 설명한 얼라인 마크를 형성하면, 제1 기판(110)은 투명 재질로 되어 있으므로, 솔더 범프를 형성할 다른 기판에 형성된 얼라인 마크와 제1 기판(110)의 얼라인 마크가 일치하는지 여부를 제1 기판(110)을 투과하여 관찰하기가 용이하다. 요컨대, 제2 기 판(120)의 면적이 제1 기판(110)의 면적보다 작으면, 제1 기판(110)에는 불투명 재질로 된 제2 기판(120)에 의해 가려지지 않은 영역을 확보할 수 있고, 이 영역을 얼라인 마크를 형성하기 위한 마킹 영역(Marking Area: MA)로 활용할 수 있게 된다.

도 3의 예에서와 같이 접합층(130)의 면적만을 제1 기판(110)의 면적보다 작게 하는 것도 가능하다. 이 경우 제1 기판(110)은 물론 제2 기판(120)도 유리와 같은 투명 재질로 이루어져 있으므로, 제1 기판(110)이나 제2 기판(120)에는 불투명 재질로 된 접합층(130)에 의해 가려지지 않은 영역(MA)이 확보된다. 따라서 제1 기판(110) 또는 제2 기판(120)의 해당 영역(MA)에 선택적으로 얼라인 마크를 형성할 수 있다.

한편, 제2 기판(120) 또는 접합층(130)을 불투명 재질로 만드는 경우에, 각각의 면적이 제1 기판(110)의 면적보다 작기만 하면 되므로, 반드시 제2 기판(120) 또는 접합층(130)의 형태가 제1 기판(110)의 형태와 기하학적으로 닮은꼴일 필요는 없다. 즉, 도 4에 예시한 바와 같이, 제1 기판(110)이 장방형 형상을 가진 경우에, 제2 기판(120)은 동일한 크기의 장방형 형상 중, 각 모서리 부분만 제거된 형상을 가질 수 있다. 이 경우도 제2 기판(120)의 면적은 제1 기판(110)의 면적보다 작은 것이 되며, 제2 기판(120)의 각 제거된 모서리 부분에 해당하는 제1 기판(110)에 얼라인 마크(50)을 형성할 수 있다. 도 4에 예시된 경우에도 접합층(130)은 제2 기판(120)의 크기를 초과할 필요가 없으므로 제2 기판(120)과 같은 판 모양을 형성하는 것으로 도시하고 있다.

이 밖에도 제1 기판(110)에 대한 제2 기판(120) 또는 접합층(130)의 형상은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 예를 들어 접합층(130)만을 불투명한 재질로 하는 경우에, 제1 기판(110)은 장방형으로, 접합층(130)의 도포 형상은 원형으로 각각 형성하되, 접합층(130)의 직경이 제1 기판(110)의 짧은 변의 길이를 초과하지 않도록 하면, 제1 기판(110)의 각 모서리부분에는 자연스럽게 접합층(130)이 형성되지 않은 영역이 남게 되는데, 이 영역에 얼라인 마크를 형성할 수 있다. 이와 같이 접합층(130)을 원형으로 형성하는 것은 아래에 다시 설명하는 바와 같이 스핀 코팅에 의해 접합층(130)을 형성하는 경우에 유용하다.

접합층(130)은 수지로 이루어진 것이 바람직한데, 특히 제1 기판(110)과 제2 기판(120)을 접합하는 공정을 용이하게 진행하기 위해서는 광경화성 수지로 된 것이 바람직하다. 즉, 제1 기판(110)의 수용홈(111)이 형성된 반대편 면에 광경화성 수지를 도포한 후, 제2 기판(120)을 광경화성 수지층, 즉 접합층(130)에 밀착시키고, 이 상태에서 접합층(130)에 광을 조사한다. 예를 들어 접합층(130)이 자외선 경화성 수지로 이루어진 경우에는 자외선을, X선 경화성 수지로 이루어진 경우에는 X선을 조사하는 등, 사용된 광경화성 수지에 적합한 광을 조사하면 된다. 그러면 광경화성 수지가 경화되면서 제1 기판(110)과 제2 기판(120)을 고정적으로 접합시키게 된다. 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이의 간격이나 평형도가 균일할수록 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 규격화가 용이하고 고른 품질을 가질 수 있으므로, 접합층(130)을 형성하기 위해 광경화성 수지를 도포할 때, 스핀 코팅(Spin Coating)과 같은 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 접합층(130)은 열경화성 수지로 형성할 수도 있는 등, 제1 기판(110)과 제2 기판(120)을 접합할 수 있는 것이면 어떤 재질로 되어 있든 무방하다. 다만 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿은 비교적 큰 온도 변화에 견딜 수 있어야 하며, 제1 기판(110)이나 제2 기판(120)과 열팽창율이 비슷할 것이 요구되며, 템플릿의 세척시에 사용되는 산이나 알칼리 용액에 부식되지 않아야 하고, 초음파와 같은 물리적 진동에 대해서도 접합력을 상실하지 않을 것 또한 요구되므로, 최대한 이와 같은 성질을 가진 재질로 된 것이 바람직하다. 이는 제2 기판(120)의 재질을 선택하는 경우에도 마찬가지 기준이 된다.

도 5는 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법의 일실시예를 도시한 순서도이다.

솔더 범프 형성용 템플릿을 제조하기 위해서는 먼저, 제1 기판의 일면에 수용홈을 형성한다(S110). 이 수용홈은 솔더 범프를 형성하기 위한 다른 기판에 형성된 전극의 형상에 맞추어 미리 정해진 간격과 배치를 갖도록 형성되어야 한다.

그런 다음 제1 기판의 수용홈이 형성된 면의 반대편 면에 접합용 수지를 도포한다(S120). 이 접합용 수지는 제1 기판을 제2 기판과 접합하기 위한 것으로, 접합 후 제1 기판과 제2 기판 사이의 간격을 균일하게 유지함으로써 최종적으로 제조되는 솔더 범프 형성용 템플릿의 품질을 향상시키기 위해 스핀 코팅(Spin Coating)과 같은 방식으로 도포되는 것이 바람직하다.

접합용 수지가 도포된 상태에서 제2 기판을 접합용 수지에 밀착시킴으로써 제1 기판과 제2 기판을 접합한다(S130). 이때 접합용 수지가 통상의 접착제로 이 루어진 경우에는 자연 건조시킴으로써 접합을 완료할 수 있으므로 별다른 공정을 수행할 필요가 없다. 그러나 제1 기판과 제2 기판 사이의 접합을 보다 원활히 수행하기 위해, 앞서 접합용 수지를 도포하는 단계(S120)에서는 접합용 수지로서 광경화성 수지를 도포하는 것이 바람직하며, 이 경우 제2 기판을 접합용 수지에 밀착시켜 접합하는 단계(S130) 이후에 접합용 수지에 광을 조사하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 예컨대 접합용 수지로서 자외선 경화성 수지를 선택한 경우에는 자외선을, X선 경화성 수지를 선택한 경우에는 X선을 각각 조사하는 것이다. 다른 한편으로는 접합용 수지로서 열경화성 수지를 사용할 수도 있으며, 이 경우에는 제1 기판과 제2 기판을 접합하는 단계(S130) 이후에 접합용 수지를 열처리하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법에 따라 제조된 템플릿에서도 제1 기판은 투명한 대신 제2 기판 또는 접합용 수지 중 적어도 하나가 불투명 재질로 이루어진 것이 바람직하며, 이 경우에는 불투명한 재질로 된 제2 기판 또는 접합용 수지로 이루어진 층의 면적은 제1 기판의 면적보다 작은 것이 더욱 바람직하다는 점이나 접합용 수지 및 제2 기판의 재질은 앞서 설명한 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿에서와 같다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 일실시예의 사시도이고,

도 2는 도 1의 A-A선에서 바라본 단면도이며,

도 3은 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 다른 실시예의 단면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 또다른 실시예를 하방에서 바라본 사시도이며,

도 5는 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법의 일실시예의 순서도이다.

Claims (8)

1. 일면에 솔더 볼을 수용하기 위한 수용홈이 형성된 제1 기판과,

   상기 제1 기판의 타면 측에 배치되는 제2 기판과,

   상기 제1 기판과 제2 기판의 사이에서 서로 접합시키도록 형성된 접합층을 포함하고,

   상기 제1 기판은 투명한 재질로 이루어지고,

   상기 제2 기판은 불투명 재질로 이루어지며 상기 제1 기판보다 면적이 작은 것을 특징으로 하는 솔더 범프 형성용 템플릿.
2. 일면에 솔더 볼을 수용하기 위한 수용홈이 형성된 제1 기판과,

   상기 제1 기판의 타면 측에 배치되는 제2 기판과,

   상기 제1 기판과 제2 기판의 사이에서 서로 접합시키도록 형성된 접합층을 포함하고,

   상기 제1 기판은 투명한 재질로 이루어지고,

   상기 접합층은 불투명 재질로 이루어지며 상기 제1 기판보다 면적이 작은 것을 특징으로 하는 솔더 범프 형성용 템플릿.
3. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 접합층은 광경화성 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 솔더 범프 형성용 템플릿.
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