KR101094262B1 - Ｅｍｃ 레이저 가공 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

개시된 EMC 레이저 가공 장치는, 기판에 코팅된 EMC에 레이저를 조사하여 그 기판에 마련된 칩과 전기적으로 연결될 접속단자용 홀을 형성하는 레이저 가공유닛 및, 홀에 고상의 CO₂ 입자를 분사하여 레이저 가공 시 생성된 잔여물을 제거해내는 CO₂ 클리닝유닛을 포함한다.

레이저, EMC

Description

ＥＭＣ 레이저 가공 장치 및 방법 {Laser manufacturing apparatus and method for EMC}

본 발명은 적층식 집적소자의 제조 시, 각 소자 패키지에 코팅된 EMC(epoxy mold compound)를 레이저로 가공하여 인접 소자 패키지 간의 접촉단자를 만들어주는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 PoP(package on package) 베이스 패키지로 알려진 적층식 집적소자는, 각 소자 패키지에 다수의 칩이 마련되어 있고 이 소자 패키지들이 다단으로 적층되어 대용량의 집적소자를 이루는 구조를 가지고 있다. 그런데, 각 소자 패키지의 일면에는 절연재인 EMC(epoxy mold compound)가 코팅되어 있기 때문에, 적층 전에 이 EMC를 레이저로 가공하여 적절한 접속단자를 만들어줘야 적층 후 각 소자 패키지 간의 전기적인 연결이 이루어지게 된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 각 소자 패키지(10)는 다수의 칩(미도시)이 마련된 PCB 기판(11)과, 그 기판(11)의 일면에 코팅된 EMC(12)를 구비하고 있다. 따라서, 레이저로 EMC(12)의 적정 부위를 파내서 접속단자용 홀(12a)을 만들고, 그곳에 접속볼(13)을 넣은 후 다른 소자 패 키지(10)를 적층하면, 상하간에 전기적으로 연결된 집적소자(1)가 만들어지게 되는 것이다. 같은 방식으로 적층을 반복해나가면 더 많은 단수의 집적소자가 만들어질 수 있다.

그런데, 상기 EMC(12)에 레이저를 조사하여 해당 부위를 깎아내게 되면, 그 깎여진 부스러기들이 깨끗이 날아가지 않고 일부가 홀(12a) 속에 잔류하게 된다. 이렇게 부스러기들이 남아 있게 되면, 나중에 접속불량의 원인이 될 수 있기 때문에, 접속볼(13)을 넣고 다른 소자 패키지(10)를 적층하는 과정을 하기 전에 이 부스러기들을 제거해주어야 한다.

이를 위해 지금까지는 산용액(acid solution)을 이용한 초음파세정으로 부스러기들을 씻어내는 방식이 사용되었다. 즉, 레이저 가공으로 형성된 홀(12a) 부위를 산용액에 담그고 초음파를 발진시켜서 진동으로 부스러기들을 씻어내는 방식으로 클리닝을 수행한 것이다. 그런데, 이와 같은 기존은 방식은 화학용액을 이용하는 것이기 때문에, 폐용액 처리의 부담이 커지게 되고, 또한 각 소자 패키지(10)마다 화학용액에 담근 후 클리닝을 수행해야 하므로 처리시간도 길어져서 생산성이 저하되는 등의 단점이 있다.

따라서, 이러한 단점을 해결할 수 있는 새로운 형태의 클리닝 방식이 요구되고 있다.

본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로, 레이저 가공 시 발생된 잔여물을 빠르고 간편하게 제거할 수 있도록 개선된 EMC 레이저 가공 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 EMC 레이저 가공 장치는, 기판에 코팅된 EMC에 레이저를 조사하여 그 기판에 마련된 칩과 전기적으로 연결될 접속단자용 홀을 형성하는 레이저 가공유닛; 및, 상기 홀에 고상의 CO₂ 입자를 분사하여 상기 레이저 가공 시 생성된 잔여물을 제거해내는 CO₂ 클리닝유닛;을 포함한다.

여기서 상기 CO₂ 클리닝유닛은, 상기 CO₂ 가스를 저장하는 CO₂ 저장부와, 상기 CO₂를 고상으로 냉각시키는 냉각부와, 캐리어인 질소가스를 저장하는 질소저장부와, 상기 냉각된 CO₂ 입자를 상기 질소가스에 실어서 분사하는 노즐부를 포함할 수 있다. 캐리어 가스는 드라이 에어도 사용 가능하다.

또한, 상기 기판은 상기 홀을 통해 전기적으로 접속되며 다단으로 적층된 적층식 집적소자를 형성할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 EMC 레이저 가공 방법은, 기판에 코팅 된 EMC에 레이저를 조사하여 그 기판에 마련된 칩과 전기적으로 연결될 접속단자용 홀을 형성하는 레이저 가공 단계; 및, 상기 홀에 고상의 CO₂ 입자를 분사하여 상기 레이저 가공 시 생성된 잔여물을 제거해내는 CO₂ 클리닝 단계;를 포함한다.

여기서 상기 CO₂ 클리닝 단계는, 상기 CO₂를 고상으로 냉각시켜서 공급하는 단계와, 캐리어인 질소가스를 공급하는 단계 및, 상기 냉각된 CO₂ 입자를 상기 질소가스에 실어서 상기 홀에 분사하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 기판은 상기 홀을 통해 전기적으로 접속되며 다단으로 적층된 적층식 집적소자를 형성할 수 있다.

본 발명의 EMC 레이저 가공장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 화학용액을 사용하지 않는 건식 공정이므로 폐용액이 발생하지 않아서 환경처리 부담이 줄어든다.

둘째, CO₂ 입자가 빠르게 승화하면서 잔여물을 제거해내기 때문에, 클리닝 시간이 단축되어 대량 생산 라인에 적용하기에 적합하다.

셋째, CO₂ 입자가 레이저로 형성된 EMC홀의 경계벽에 울퉁불퉁하게 튀어나온 유리 재질도 깨끗하게 깎아줄 수 있으므로, 앞선 레이저 가공 시의 부담도 줄일 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 EMC 레이저 가공 장치를 나타낸 것이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 EMC 레이저 가공 장치는 레이저를 조사하여 EMC에 접속단자용 홀을 형성하는 레이저 가공유닛(110)과, 이때 발생된 잔여물을 고상의 CO₂ 분사로 제거해내는 CO₂ 클리닝유닛(120)을 구비한다. 즉, 적층식 집적소자(PoP 베이스 패키지)의 소재가 되는 단위 소자 패키지(10)가 벨트 컨베이어(2)와 같은 이송수단을 따라 이송되어 오면, 먼저 레이저 가공유닛(110)에서 소자 패키지(10)의 기판(11)에 코팅된 EMC(12)에 레이저를 조사하여 적정한 위치에 접속단자용 홀(12a)을 형성한다. 그리고나서 벨트 컨베이어(2) 이동에 의해 소자 패키 지(10)가 CO₂ 클리닝유닛(120) 하방으로 이동되면, 여기서 고상의 CO₂가 분사되어 레이저 가공 시 발생된 잔여물을 제거하게 된다.

여기서, CO₂ 클리닝유닛(120)은 도 2에 개시된 바와 같은 구성으로 이루어질 수 있다. 참조부호 122는 CO₂ 가스를 저장하는 CO₂ 저장부를, 참조부호 123은 캐리어인 질소가스를 저장하는 질소저장부를 각각 나타낸다. 따라서, CO₂ 클리닝유닛(120)이 가동되면, 상기 CO₂ 저장부(122)와 질소저장부(123)에서 CO₂ 와 질소를 각각 노즐부(121)로 공급하게 된다. 그리고 참조부호 124는 상기 CO₂를 약 -78.5℃ 정도로 냉각시켜서 고상의 CO₂ 즉, 드라이아이스 입자로 만드는 냉각부를 나타낸다. 따라서, 이 고상의 CO₂ 입자가 상기 질소가스에 실려서 노즐부(121)를 통해 클리닝 대상재(10)로 분사되는 것이다. 이렇게 분사된 CO₂ 입자가 EMC의 접속단자용 홀(12a)에 생성된 잔여물을 제거할 수 있는 원리는 첫째 충돌에너지에 의해서이다. 즉, 노즐부(121)를 통해 홀(12a) 속으로 분사된 CO₂ 입자가 그 홀(12a) 속에 남아있는 잔여물 입자들을 충돌로 깨뜨리게 되고, 그렇게 깨진 잔여물 입자들은 CO₂ 입자가 승화될 때 함께 날라가게 된다. 둘째, -78.5℃ 정도의 차가운 CO₂ 입자가 분사되면 소자 패키지(10)와 거기에 달라붙어 있는 잔여물 간에 열수축 차이가 발생하여 잔여물이 쉽게 떨어질 수 있게 된다. 이때 CO₂ 입자가 승화되면 약 800배 정도 로 부피가 팽창하므로 잔여물이 팽창된 CO₂에 의해 쉽게 떨어져서 날라 가게 된다. 이러한 원리들에 의해 화학용액을 사용하지 않고도 잔여물이 신속하게 제거되는 것이다.

상기한 EMC 레이저 가공 장치를 이용한 접속단자용 홀의 가공방법을 정리하면 다음과 같다.

우선, 적층식 집적소자(PoP 베이스 패키지)의 소재가 되는 단위 소자 패키지(10)가 벨트 컨베이어(2)와 같은 이송수단을 따라 레이저 가공유닛(110)의 하방으로 이송되어 온다. 여기서, 레이저 가공유닛(110)은 소자 패키지(10)의 기판(11)에 코팅된 EMC(12)에 레이저를 조사하여 적정한 위치에 접속단자용 홀(12a)을 형성한다.

이어서, 벨트 컨베이어(2) 이동에 의해 소자 패키지(10)가 CO₂ 클리닝유닛(120) 하방으로 이동되면, 여기서 노즐부(121)를 통해 고상의 CO₂가 질소가스와 함께 분사되어 레이저 가공 시 발생된 잔여물을 제거한다.

이렇게 되면 화학용액을 사용하지 않고도 깨끗한 접속단자용 홀(12a)을 형성할 수 있게 된다. 도 3a 및 도 3b는 메탈 베이스형 패키지인 경우의 레이저 가공 후 및 CO₂ 클리닝 후의 홀(12a) 속 상태를 촬영한 것이다. 메탈 베이스 패키지는 도 4a와 같이 기판(11) 위에 메탈층(14)이 마련되고, 그 위에 나중에 접속볼(13)이 설치되는 형태를 말하며, 도 3a 및 도 3b는 각각 레이저 가공과 클리닝 후의 메탈층(14)의 상태를 촬영한 것이다. 도면에서 알 수 있듯이 레이저 가공 직후에는 홀(12a) 속에 잔여물이 다량으로 남아 있지만, CO₂ 클리닝 후에는 홀(12a) 속에 잔여물이 거의 다 제거되어 깨끗해진 상태가 됨을 알 수 있다.

따라서, 이후에 도 1에서 설명한 바대로 홀(12a)에 접속볼(13)을 넣고 다른 소자 패키지(10)를 적층하면, 접촉불량의 우려가 거의 없는 집적소자를 구현할 수 있게 된다.

그러므로, 이러한 방식의 EMC 레이저 가공 장치와 방법은 화학용액을 사용하지 않고도 CO₂ 분사만으로 클리닝을 신속하게 수행할 수 있어서, 폐용액 처리의 부담도 없고, 대량 생산 라인에도 쉽게 적용할 수 있다.

또한, 상기 EMC(12)에는 유리 재질(glass filler)이 다량 함유되어 있어서, 레이저 가공 후 홀(12a)의 경계벽에 유리 재질이 울퉁불퉁하게 튀어나와 있을 수 있는데, CO₂ 입자가 분사되면서 울퉁불퉁한 경계면을 다듬을 수 있다. 따라서, 앞선 레이저 가공 단계에서 이 경계벽을 매끄럽게 하기 위해 레이저 조사를 여러 번 해야 했다면, 본 발명에서는 이어지는 CO₂클리닝 단계에서 그 작업을 어느 정도 보완해줄 수 있기 때문에, 레이저 가공 시의 레이저 조사 횟수를 줄일 수 있다. 결국 생산속도가 더욱 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

한편, 도 4b에 도시된 바와 같이 금속 베이스가 아니라, 레이저 가공 전에 기판에 접속볼(13)이 매립된 형태의 패키지도 있다. 이 경우에는 레이저 가공 시 접속볼(13)까지 산화되어 광택이 사라지는 등의 문제가 생길 수 있다. 그러나, 이 경우에도 CO₂클리닝 단계를 거치면, 레이저 가공 시 생긴 잔유물도 잘 제거될 뿐만 아니라, 산화된 접속볼(13)의 표면 광택도 회복시킬 수 있다. 즉, CO₂입자가 잔여물 뿐만 아니라 접속볼(13) 표면의 산화막까지 제거해내기 때문에, 깨끗한 표면 상태를 얻을 수 있게 된다. 도 5a 및 도 5b에 CO₂클리닝 단계 전과 후의 접속볼(13) 표면 상태를 촬영한 것인데, 접속볼(13) 표면의 지저분한 산화막이 깨끗하게 클리닝된 것을 알 수 있다. 따라서, 매우 신속하면서도 깨끗한 클리닝이 구현된다.

한편, 상기 레이저는 자외선 레이저, 그린 레이저, 적외선 레이저, CO₂ 레이저 중 어느 하나가 사용될 수 있으며, 상기 레이저들의 주요 파장은 각각 355nm, 532nm, 1064nm, 9.0~10.8㎛가 적합하다.

본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 적층식 집적소자의 단면을 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 EMC 레이저 가공 장치를 도시한 도면,

도 3a와 도 3b 및 도 5a와 도 5b는 도 2에 도시된 장치를 이용하여 레이저 가공된 홀의 클리닝 전과 후의 상태를 각각 촬영한 사진,

도 4a 및 도 4b는 메탈 베이스 패키지와 접속볼 매립형 패키지의 단면을 각각 보인 도면.

Claims (7)

1. 기판에 코팅된 EMC에 레이저를 조사하여 그 기판에 마련된 칩과 전기적으로 연결될 접속단자용 홀을 형성하는 레이저 가공유닛; 및,

   상기 홀에 고상의 CO₂ 입자를 분사하여 상기 레이저 가공 시 생성된 잔여물을 제거해내는 CO₂ 클리닝유닛;을 포함하고,

   상기 CO₂ 클리닝유닛은, 상기 CO₂ 가스를 저장하는 CO₂ 저장부와, 상기 CO₂를 고상으로 냉각시키는 냉각부와, 캐리어인 질소가스를 저장하는 질소저장부와, 상기 냉각된 CO₂ 입자를 상기 질소가스에 실어서 분사하는 노즐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 EMC 레이저 가공 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 레이저는 자외선 레이저, 그린 레이저, 적외선 레이저, CO₂ 레이저 중 어느 하나가 사용되며, 상기 레이저들의 주요 파장은 각각 355nm, 532nm, 1064nm, 9.0~10.8㎛인 것을 특징으로 하는 핸드폰 키패드 레이저 마킹 장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 기판은 상기 홀을 통해 전기적으로 접속되며 다단으로 적층된 적층식 집적소자를 형성하는 것을 특징으로 하는 EMC 레이저 가공 장치.
5. 기판에 코팅된 EMC에 레이저를 조사하여 그 기판에 마련된 칩과 전기적으로 연결될 접속단자용 홀을 형성하는 레이저 가공 단계; 및,

   상기 홀에 고상의 CO₂ 입자를 분사하여 상기 레이저 가공 시 생성된 잔여물을 제거해내는 CO₂ 클리닝 단계;를 포함하고,

   상기 CO₂ 클리닝 단계는, 상기 CO₂를 고상으로 냉각시켜서 공급하는 단계와, 캐리어인 질소가스를 공급하는 단계 및, 상기 냉각된 CO₂ 입자를 상기 질소가스에 실어서 상기 홀에 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EMC 레이저 가공 방법.
6. 삭제
7. 제5항에 있어서,

   상기 기판은 상기 홀을 통해 전기적으로 접속되며 다단으로 적층된 적층식 집적소자를 형성하는 것을 특징으로 하는 EMC 레이저 가공 방법.

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