KR101066401B1 - 솔더 범프 형성용 템플릿 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조 공정 중 솔더 범프 형성에 사용되는 템플릿 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿은, 상호 적층된 복수의 시트상 부재로 이루어지고, 상기 복수의 시트상 부재 중 최외곽의 어느 한 시트상 부재는 관통공이 형성된 것을 특징으로 한다.
솔더, 범프, 템플릿, 세라믹, 적층, LTCC.
Description
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, 유리로 템플릿을 제조하는 경우 수용홈은 산에 의한 습식 에칭으로 형성된다. 따라서 템플릿을 제조하기 위해 많은 시간과 비용이 소요된다.
둘째, 템플릿에 형성되는 수용홈이 얼마나 정확한 형상과 크기 및 배열 간격을 가지는 지는 곧 최종적으로 제조되는 기판의 품질로 이어지는데, 습식 에칭의 에칭 속도를 정밀하게 제어하기 어려운 만큼 템플릿에 형성된 수용홈의 형상이나 크기 및 배열을 정확하게 맞추는 것이 극히 곤란하다.
셋째, 솔더 범프를 형성해야할 기판이 점차 대면적화되고 있는 추세에 따라 솔더 범프 형성용 템플릿 또한 대면적화 되어야 하는데, 유리 재질로 된 템플릿은 경도가 높은 반면 인장강도는 낮으므로 파손의 위험이 커지고 취급이 매우 곤란해진다.
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 솔더 볼을 수용하기 위한 수용홈을 정확한 크기와 형상, 그리고 정확한 배열상태로 형성할 수 있는 솔더 범프 형성용 템플릿 및 그 제조 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 습식 에칭에 비해 비교적 빠른 속도와 저비용으로 제공될 수 있는 솔더 범프 형성용 템플릿 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿은, 상호 적층된 복수의 시트상 부재로 이루어지고, 상기 복수의 시트상 부재 중 최외곽의 어느 한 시트상 부재는 관통공이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿은, 상호 적층된 복수의 시트상 부재로 이루어지고, 상기 복수의 시트상 부재 중 최외곽의 시트상 부재를 포함한 적어도 2장 이상의 시트상 부재는, 각각 관통공이 상호 연통되도록 형성된 것을 특징으로 할 수도 있다.
본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿에 있어서, 상기 복수의 시트상 부재는, 미소결 상태인 세라믹 재질로 된 박막을 포함하는 것이 바람직하다. 이때 상기 세라믹 재질은, 저온소성 세라믹을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법은, 복수의 시트상 부재 중 어느 한 장의 시트상 부재에 관통공을 형성하는 단계와, 상기 관통공이 형성된 시트상 부재의 일면에 나머지 시트상 부재를 순차로 적층하는 단계와, 상기 적층된 복수의 시트상 부재를 고착화시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
또한 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법은 복수의 시트상 부재 중 적어도 두 장 이상의 시트상 부재에 각각 관통공을 형성하는 단계와, 상기 관통공이 형성된 시트상 부재를, 상기 각각의 관통공이 서로 연통되도록 적층하는 단계와, 상기 적층된 시트상 부재의 일면에 나머지 시트상 부재를 순차로 적층하는 단계와, 상기 적층된 복수의 시트상 부재를 고착화시키는 단계를 포함하여 이루어질 수도 있다.
본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법에 있어서, 상기 시트상 부재는, 미소결 상태인 세라믹 재질로 된 박막을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 세라믹 재질은, 저온소성 세라믹을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법은, 상기 고착화시키는 단계는, 상기 적층된 복수의 시트상 부재를 소결하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿 및 그 제조방법은, 시트상 부재가 복층 구조를 이루므로 구조적 강도가 향상된 솔더 범프 형성용 템플릿을 얻을 수 있다. 따라서 솔더 범프 형성용 템플릿을 다시 제조하는 데에 필요한 비용이나 시간을 절감할 수 있고, 결과적으로 솔더 범프 형성 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한 시트상 부재를 적층하기 전에 각 시트상 부재에 관통공을 형성하여, 각 시트상 부재를 적층한 이후에 이 관통공들이 수용홈을 형성하도록 하므로 수용홈이 정확한 형상과 크기 및 배열간격을 갖도록 솔더 범프 형성용 템플릿을 제공할 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.
본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿은 복수의 시트상 부재(101,102,103,104,105)가 적층되어 이루어진다. 여기서 시트상 부재란 시트(Sheet) 형상으로 된 부재를 가리킨다.
적층되는 시트상 부재(101,102,103,104,105)의 수는 가감될 수 있으나 최소한 2장 이상이 사용되어야 한다. 또한 각 시트상 부재(101,102,103,104,105)는 모두 동일한 두께일 수도 있으며, 서로 두께가 다를 수도 있다. 어느 경우이거나 적층된 시트상 부재들이 형성하는 전체 두께가 두꺼울수록 결과적으로 솔더 범프 형성용 템플릿의 강도가 증가된다. 다만 적층된 복수의 시트상 부재(101,102,103,104,105) 중 일부에는 관통공(101a,102a)이 형성되어야 한다. 이 관통공(101a,102a)은 솔더 볼을 수용하는 수용홈이 된다.
도 1 및 도 2에서는 5장의 서로 두께가 동일한 시트상 부 재(101,102,103,104,105)가 적층된 것으로 예시하고 있다. 이 중 도면방향을 기준으로 상측에 적층된 두 장의 시트상 부재(101,102)는 각각 관통공(101a,102a)이 형성되어 있는데, 이들 각각의 관통공(101a,102a)은 서로 연통되도록 배치된다. 그리고 나머지 시트상 부재(103,104,105)에는 관통공이 형성되어 있지 않으므로, 차상층 시트상 부재(102)의 관통공(102a)은 바닥이 막히게 된다. 결과적으로 연통된 각 관통공(101a,102a)는 하나의 바닥이 있는 홈을 형성하게 되는데, 이 홈이 바로 솔더 볼을 수용하기에 적합한 수용홈의 형상을 가지게 된다. 도 2에서는 최상층의 시트상 부재(101)의 관통공(101a)은 차상층의 시트상 부재(102)에 형성된 관통공(102a)보다 직경이 큰 것으로 예시하고 있는데, 서로 다른 직경을 가진 관통공(101a,102a)을 각각 형성하여 서로 연통되도록 배치하면, 대체로 사다리꼴 형상인 단면을 가진 홈을 형성할 수 있다. 이와 같이 관통공들의 직경을 서로 달리하는 것은 솔더 볼을 수용하기에 가장 적합한 형상의 수용홈을 형성하기 위한 것으로, 상황에 따라 여러 가지 형태로 변형되어 적용될 수 있다. 도 4에 도시된 예가 이런 변형예의 하나로서, 최상층의 시트상 부재(101)에 관통공(101a)를 테이퍼지도록 형성하고, 차상층의 시트상 부재(102)에도 관통공(102a)를 테이퍼지도록 형성하되, 최상층 시트상 부재(101)의 관통공(101a)의 직경에 맞추어 그 직경을 조절하면 완전한 사다리꼴 모양의 단면을 가진 수용홈을 형성할 수 있다. 이와 같이 각 시트상 부재에 형성되는 관통공의 크기나 형상을 변경함으로써 각 관통공이 연통되어 형성되는 수용홈의 형상을 반구형을 포함한 어떠한 형태로도 만들 수 있다.
도 1 및 도 2에서는 두 장의 시트상 부재(101,102)에만 각각 관통공을 형성 하였으나, 세 장 이상의 시트상 부재에 각각 관통공을 형성할 수도 있다. 다만, 적어도 한 장의 시트상 부재에는 관통공이 형성되어 있지 않아야 한다. 즉, 적층되는 전체 시트상 부재 중 일부에만 관통공이 형성되어야 한다.
한편 각 시트상 부재(101,102,103,104,105)의 재질은 유리, 합성수지 등을 선택할 수 있다. 그러나 솔더 범프 형성용 템플릿을 형성하기 위한 것이므로, 각 시트상 부재는 고온에 대한 내열성이 있어야 하며, 산이나 알칼리와 같은 물질에 대한 내화학성도 필요하다. 솔더 범프 형성용 템플릿의 사용환경이 상온보다 높으며, 반복 사용 중 세척이 필요한 경우 산이나 알칼리로 세척하여야 하기 때문이다. 따라서 시트상 부재(101,102,103,104,105)는 세라믹 재질로 된 박막인 것이 바람직하며, 나아가서 저온소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic: LTCC)을 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 저온소성 세라믹은 다른 세라믹에 비해 소결 온도가 낮으므로 취급이 용이하며 수급도 수월한 편이다.
도 3은 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 다른 실시예의 단면도이다. 앞서 설명한 실시예와 달리 본 실시예는 도면방향을 기준으로 최상층의 시트상 부재(101)에만 관통공(101a)이 형성된 것으로 도시하고 있다. 이 경우 최상층의 시트상 부재(101)에 형성된 관통공(101a)이 단독적으로 솔더 볼을 수용하기 위한 수용홈이 된다. 따라서 솔더 볼을 수용하기 위한 홈의 깊이는 최상층의 시트상 부재(101)의 두께에 의해 결정된다. 이와 같은 경우에는 두 장의 시트상 부재에 각각 관통공을 형성하고, 이들 각 관통공이 서로 연통되도록 적층해야할 필요가 없으므로 보다 손쉽게 제조할 수 있다. 반면 하나의 관통공이 단독적으로 솔더 볼을 수용하기 위한 수용홈이 되는 만큼, 그 수용홈의 형상을 정밀하게 하거나 다양한 형태로 제조하는 데에는 보다 불리할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법의 일실시예의 순서도이다.
솔더 범프 형성용 템플릿을 제조하기 위해, 먼저 복수의 시트상 부재를 준비한 후, 일부의 시트상 부재에 각각 관통공을 형성한다(S110). 여기서 일부란 복수의 시트상 부재 중 어느 하나 또는 둘 이상의 시트상 부재를 가리킨다. 이 관통공은 차후 솔더 볼을 수용하기 위한 홈을 형성하게 되는데, 얇은 부재에 펀칭 등의 손쉬운 방법으로 관통공을 형성하는 것에 의해 솔더 볼을 수용하기 위한 수용홈을 형성할 수 있으므로, 종래 습식 에칭에 의해 수용홈을 형성하는 것에 비해 월등히 정밀한 형태의 홈을 용이하게 형성할 수 있다.
다음으로 각각 관통공이 형성된 시트상 부재를, 서로의 관통공이 연통되도록 적층한다(S120). 단, 하나의 시트상 부재에만 관통공을 형성한 경우에는 이와 같이 관통공이 형성된 시트상 부재끼리 적층하는 단계(S120)가 필요하지 않다.
서로 적층된 일부의 시트상 부재의 일면에 나머지 시트상 부재를 순차로 다시 적층한다(S130). 그러면 나머지 시트상 부재에는 관통공이 형성되어 있지 않으므로, 앞서 적층된 일부의 시트상 부재에 각각 형성되어 서로 연통된 상태인 관통공은 일측이 막히게 되고, 결과적으로 하나의 홈을 형성하게 된다. 물론 하나의 시트상 부재에만 관통공을 형성한 경우에는, 관통공이 형성된 그 시트상 부재에 나머지 시트상 부재를 순차로 적층하기만 하면 된다.
마지막으로 적층된 전체 시트상 부재를 고착화시킨다(S140). 그러면 솔더 범프 형성용 템플릿이 완성되는데, 시트상 부재를 고착화시키는 구체적인 방법은 각 시트상 부재의 재질에 따라 다르게 적용된다. 예컨대 유리나 합성수지로 된 시트상 부재는 각 시트상 부재 사이에 접착제를 주입하거나 열압착 등의 방법으로 고착화시킬 수도 있다. 그러나 본 발명에 따라 제조되는 솔더 범프 형성용 템플릿은 앞서 설명한 바와도 같이 고온의 환경에 견딜 수 있어야 하며 산이나 알칼리에 대한 내화학성도 구비하여야 한다. 따라서 시트상 부재는 세라믹 재질로 된 박막인 것이 바람직하며, 나아가서 저온소성 세라믹을 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 시트상 부재가 세라믹 재질로된 박막인 경우에, 적층된 시트상 부재를 고착화시키기 위해서는 고온으로 가열하여 소결시키는 것이 바람직하다. 저온소성 세라믹으로 시트상 부재를 만든 경우에는 소결 온도가 일반적인 세라믹 재질을 소결하기 위해 필요한 것에 비해 낮으므로 소결 과정이 보다 용이하다.
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 실시예의 단면도이며,
도 5는 본 발명에 따른 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법의 일실시예의 순서도이다.
Claims (9)
- 세라믹 재질로 된 제1 시트상 부재에 펀칭으로 제1 관통공을 형성하는 단계와,세라믹 재질의 제2 시트상 부재에 상기 제1 관통공 보다 직경이 큰 제2 관통공을 펀칭으로 형성하는 단계와,상기 제1 관통공과 상기 제2 관통공이 서로 연통되도록 상기 제2 시트상 부재를 상기 제1 시트상 부재의 상부에 적층하는 단계와,상기 제1 시트상 부재의 하부에는 관통공이 형성되지 않은 적어도 하나 이상의 세라믹 재질의 제3 시트상 부재를 적층하는 단계와,적층된 상기 제1 시트상 부재, 상기 제2 시트상 부재 및 상기 제3 시트상 부재들을 소결하여 고착화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 적층된 상기 제1 시트상 부재, 상기 제2 시트상 부재 및 상기 제3 시트상 부재들은 저온소성 세라믹 재질로 된 것을 특징으로 하는 솔더 범프 형성용 템플릿의 제조방법.
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KR101260618B1 (ko) | 2012-01-11 | 2013-05-03 | 현대건설주식회사 | 템플릿을 이용한 비정형 구조물의 시공 시스템 및 방법 |
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