KR101109240B1 - 반도체 패키지 기판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 패키지 기판의 제조방법에 관한 것으로서, 솔더레지스트 오픈부에 의해 노출된 접속 패드를 갖는 베이스 기판을 준비하는 단계와, 상기 솔더레지스트 상에 상기 오픈부와 대응되는 솔더범프 형성용 개구부를 갖는 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 솔더범프 형성용 개구부에 솔더 페이스트를 도포하는 단계와, 상기 도포된 솔더 페이스트를 1차 리플로우하는 단계와, 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계 및 상기 1차 리플로우된 솔더 페이스트를 2차 리플로우하는 단계를 포함한다.

Description

반도체 패키지 기판의 제조방법{Method for manufacturing semiconductor package substrate}

본 발명은 반도체 패키지 기판의 제조방법에 관한 것이다.

최근 전자산업은 전자기기의 소형화, 박형화를 위해 부품 실장 시 고밀도화, 고정도화, 고집적화가 가능한 인쇄회로기판을 이용한 실장기술을 채용하고 있는 추세이다.

이러한 인쇄회로기판을 이용하고 있는 분야로는 공장자동화(FA)기기, 사무자동화(OA)기기, 통신기기, 방송기기, 휴대용 컴퓨터 등 많은 분야가 있다. 특히, 전자제품이 소형화, 고밀도화, 패키지(package)화 및 개인휴대화로 경박단소화되는 추세에 따라 인쇄회로기판 역시 소형화 및 고밀도화가 동시에 진행되고 있다. 이에 기판(substrate)의 범프(bump) 형성을 위한 많은 프로세스(process)가 현재 개발 및 양산 중에 있으며, 가장 많이 사용하는 범프 형성법으로는 메탈 마스크(metal mask)를 사용한 솔더 페이스트(solder paste)의 인쇄법이다.

그러나, 메탈 마스크 인쇄법은 파인 피치 범프(fine pitch bump)에서는 범프의 높이와 형상 등의 품질 수준을 따라가기 어려운 경향이 있어 이를 해결하기 위한 방법으로 메탈 마스크 대신 드라이 필름(Dry-Film:DF)을 회로 공정에 의해 오픈시켜 솔더 페이스트를 충진하는 방법이 개발되고 있다.

종래의 드라이 필름을 이용한 범프 형성 공정은 우선, 베이스 기판에 솔더레지스트를 도포한 후 오픈부를 형성하여 접속 패드를 노출시킨다.

이후, 솔더레지스트 상에 드라이 필름을 적층하고, 패터닝하여 솔더 페이스트가 충진될 개구부를 형성한다.

이후, 스퀴지 타입의 장비를 이용하여 상기 개구부에 솔더 페이스트를 충진하고, 리플로우로 충진된 솔더 페이스트를 경화시킨 후, 드라이 필름을 박리하고, 경화된 솔더 페이스트의 플럭스 성분을 제거하여 솔더 범프를 형성한다.

그러나, 이와 같은 종래의 범프 형성 공정은 솔더 페이스트를 높은 온도에서 경화시키는 리플로우 공정을 반드시 거쳐야 하기 때문에 이때 사용되는 드라이 필름(Dry-film)은 고가의 고내열성이어야 한다.

또한, 고내열성의 드라이 필름을 사용한 경우에도 드라이 필름 박리 공정 시 드라이 필름이 완전히 박리되기 어렵고, 솔더 페이스트의 플럭스 성분과 드라이 필름간의 부반응으로 인한 미박리에 의해 잔사가 남거나 내층 회로 패턴에 의해 솔더레지스트의 굴곡이 있는 부분의 잔사에 의해 인쇄회로기판의 신뢰성을 감소시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일측면은 리플로우 공정을 2단계로 나누어 진행하여 레지스트를 완전히 박리할 수 있고, 또한, 레지스트의 잔사가 남는 것을 방지할 수 있는 반도체 패키지 기판의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따르면,

솔더레지스트 오픈부에 의해 노출된 접속 패드를 갖는 베이스 기판을 준비하는 단계;

상기 솔더레지스트 상에 상기 오픈부와 대응되는 솔더범프 형성용 개구부를 갖는 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

상기 솔더범프 형성용 개구부에 솔더 페이스트를 도포하는 단계;

상기 도포된 솔더 페이스트를 1차 리플로우하는 단계;

상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계;

상기 1차 리플로우된 솔더 페이스트를 2차 리플로우하는 단계

를 포함하는 반도체 패키지 기판의 제조방법이 제공된다.

상기 제조방법에서, 상기 2차 리플로우 후 잔재하는 플럭스를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제조방법에서, 상기 플럭스를 제거한 후 리플로우된 솔더범프를 코이닝하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제조방법에서, 상기 1차 리플로우 온도는 상기 2차 리플로우 온도보다 낮을 수 있다.

또한, 상기 1차 리플로우 속도는 상기 2차 리플로우 속도보다 빠를 수 있다.

상기 제조방법에서, 상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계는 수산화나트륨 또는 아민계 용액을 포함하는 박리액을 이용하여 수행할 수 있다.

상기 제조방법에서,

상기 베이스 기판을 준비하는 단계는,

접속 패드를 포함하는 최외층 회로가 형성된 기판을 준비하는 단계;

상기 기판상에 솔더레지스트를 도포하는 단계;

상기 솔더레지스트에 오픈부를 형성하여 상기 접속 패드를 노출시키는 단계

를 포함할 수 있다.

여기에서, 상기 오픈부는 노광 및 현상을 포함하는 포토리소그라피 공법에 의해 형성되거나 레이저 공법에 의해 형성될 수 있다. 또한, 상기 베이스 기판은 절연층 또는 인쇄회로기판일 수 있다.

상기 제조방법에서,

상기 레지스트 패턴을 형성하는 단계는:

상기 베이스 기판에 레지스트를 적층하는 단계;

상기 레지스트에 상기 오픈부와 대응되는 솔더범프 형성용 개구부를 형성하여 상기 접속 패드를 노출시키는 단계

를 포함할 수 있다.

여기에서, 상기 개구부는 노광 및 현상을 포함하는 포토리소그라피 공법에 의해 형성될 수 있다.

상기 레지스트는 드라이 필름(Dry-Film:DF)일 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 솔더 페이스트를 경화시키는 리플로우 공정을 2단계로 구분하여 수행함으로써, 솔더레지스트 상에 적층된 레지스트를 완벽히 박리할 수 있는 효과가 있다.

또한, 적층된 레지스트를 완벽히 제거함으로써, 레지스트 미박리에 의해 솔더레지스트 상에 남는 잔사를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반도체 패키지 기판의 제조방법을 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따른 반도체 패키지 기판의 제조방법을 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 공정 흐름도이다.

본 도면에서는 해당 실시예의 특징부를 제외한 반도체 패키지 기판의 기타 상세한 구성요소를 생략하고 개략적으로 나타내었으나, 당업자라면, 특별히 한정되지 않고 당업계에 공지된 모든 반도체 패키지 구조에 본 발명이 적용될 수 있음을 충분히 인식할 수 있을 것이다.

우선, 도 1 및 도 2를 참조하면, 솔더레지스트(103) 오픈부(103a)에 의해 노출된 접속 패드(105)를 갖는 베이스 기판(101)을 준비한다.

일 실시예에 따르면, 상기 베이스 기판(100)을 준비하는 단계는 접속 패드(105)를 포함하는 최외층 회로가 형성된 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판상에 솔더레지스트(103)를 도포하는 단계 및 상기 솔더레지스트(103)에 오픈부(103a)를 형성하여 상기 접속 패드(105)를 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.

여기에서, 상기 오픈부(103a)는 노광 및 현상을 포함하는 포토리소그라피 공법 또는 레이저 공법에 의해 형성될 수 있다.

상기 베이스 기판(100)은 절연층에 접속 패드(105)를 포함하는 1층 이상의 회로가 형성된 회로기판으로서 바람직하게는 인쇄회로기판일 수 있다. 본 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구체적인 내층 회로 구성은 생략하여 도시하였으나, 당업자라면 상기 베이스 기판(100)으로서 절연층에 1층 이상의 회로가 형성된 통상의 회로기판이 적용될 수 있음을 충분히 인식할 수 있을 것이다.

상기 절연층으로는 수지 절연층이 사용될 수 있다. 상기 수지 절연층으로는 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드와 같은 열가소성 수지, 또는 이들에 유리 섬유 또는 무기 필러와 같은 보강재가 함침된 수지, 예를 들어, 프리프레그가 사용될 수 있고, 또한 열경화성 수지 및/또는 광경화성 수지 등이 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 접속 패드(105) 상에는 후속 공정을 통해서 외부접속단자로서 솔더범프가 형성되며, 상기 솔더범프를 통해서 반도체 소자 또는 외부 부품과 내층 회로를 전기적으로 접속시킨다.

상기 접속 패드(105)를 포함하는 회로는 회로기판 분야에서 회로용 전도성 금속으로 사용되는 것이라면 제한 없이 적용 가능하며, 인쇄회로기판에서는 구리를 사용하는 것이 전형적이다.

상기 솔더레지스트(103)는 최외층 회로를 보호하는 보호층 기능을 하며, 전기적 절연을 위해 형성되는 것으로서, 최외층의 접속 패드(105)를 노출시키기 위해 오픈부(103a)가 형성된다. 상기 솔더레지스트(103)는 당업계에 공지된 바에 따라, 예를 들어, 솔더레지스트 잉크, 솔더레지스트 필름 또는 캡슐화제 등으로 구성될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 노출된 접속 패드(105)에는 필요에 따라 표면처리층(미도시됨)이 더 형성될 수 있다.

상기 표면처리층은 당업계에 공지된 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 전해 금도금(Electro Gold Plating), 무전해 금도금(Immersion Gold Plating), OSP(Organic Solderability Preservative) 또는 무전해 주석도금(Immersion Tin Plating), 무전해 은도금(Immersion Silver Plating), ENIG(Electroless Nickel and immersion gold; 무전해 니켈도금/치환금도금), DIG 도금(Direct Immersion Gold Plating), HASL(Hot Air Solder Levelling) 등에 의해 형성될 수 있다.

다음, 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 솔더레지스트(103) 상에 솔더범프 형성용 개구부에 대응되는 솔더범프 형성용 홀(107a)를 갖는 레지스트 패턴을 형성한다.

상기 레지스트 패턴을 형성하는 단계는 상기 베이스 기판(100)에 레지스트(107)를 적층하는 단계와, 상기 레지스트(107)에 솔더범프 형성용 개구부에 대응되는 솔더범프 형성용 홀(107a)를 형성하여 상기 접속 패드(105)를 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.

여기서 상기 솔더범프 형성용 홀(107a)는 노광 및 현상을 포함하는 포토리소그라피 공법에 의해 형성할 수 있으며, 상기 레지스트(107)는 드라이 필름(Dry-Film:DF)일 수 있다. 특히, 본 발명에서는 리플로우 공정 후 드라이 필름과 같은 레지스트 미박리 등에 의한 불량을 방지할 수 있다.

다음, 도 5를 참조하면, 상기 베이스 기판(100)의 상기 솔더범프 형성용 홀(107a)에 솔더 페이스트(109)를 도포한다.

상기 솔더 페이스트(109)의 도포는 특별히 한정되지 않고 당업계에 공지된 통상의 방법에 따라 수행될 수 있다. 예를 들어, 스퀴지와 같은 통상의 장비를 이용하여 도포할 수 있다.

다음, 도 6을 참조하면, 상기 도포된 솔더 페이스트(109)를 1차 리플로우하여 1차 경화된 솔더범프(111)를 형성한다.

이때, 당업계에 공지된 바에 따라 1차 리플로우 공정 전에 플럭스 도포 공정이 수행될 수 있다.

상기 리플로우 공정은 상기 도포된 솔더 페이스트(109)를 융착 고정시키는 공정으로서, 예를 들어, 솔더 페이스트(109)쪽으로 고온의 복사열 또는 열풍을 가하여 이루어지며, 이때 상기 솔더 페이스트(109)를 접속 패드(105)에 융착 고정시킨다.

다음, 도 7을 참조하면, 상기 레지스트 패턴을 박리한다.

상기 레지스트 패턴 박리는 수산화나트륨 또는 아민계 용액을 포함하는 박리액을 이용하여 수행될 수 있다.

다음, 도 8을 참조하면, 상기 1차 경화된 솔더 페이스트(111)를 2차 리플로우하여 2차 경화된 솔더범프(113)를 형성한다.

이때, 상기 1차 리플로우 온도는 상기 2차 리플로우 온도보다 낮은 것이 바람직하다. 또한, 상기 1차 리플로우 속도는 상기 2차 리플로우 속도보다 빠른 것이 바람직하다.

즉, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따르면, 상기 1차 리플로우 시 후속되는 2차 리플로우 온도보다 낮은 온도로 수행함으로써 고온에 의한 상기 레지스트 패턴의 변형을 막아 손쉽게 베이스 기판(100)으로부터 박리할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 1차 리플로우 공정을 2차에 비하여 빠르게 진행함으로써 레지스트 패턴의 박리를 더욱 용이하게 수행할 수 있다.

이후, 1차 리플로우 온도보다는 높게 2차 리플로우 공정을 수행함으로써, 상기 솔더레지스트(111)를 완전히 경화시킬 수 있다. 또한, 1차 리플로우 공정 속도보다 느리게 2차 리플로우를 수행함으로써 레지스트 변형 없이 고온의 온도에서 솔더 범프 형성을 완성할 수 있다.

다음, 도 9를 참조하면, 상기 2차 리플로우 공정 후 잔재하는 플럭스 성분(113a) 제거한다. 상기 플럭스 성분(113a)은 당업계에 공지된 통상의 디플럭스 공정을 통해서 제거될 수 있다.

상기 리플로우 후 잔재하는 플럭스 성분(113a)을 제거하여야 하는 이유는, 상기 기판(100) 표면이 직접 대기에 닿거나 산화되면 대기 속의 수분과 반응하여 수소를 흡수하여 접합에 방해가 되는 경우가 발생하거나, 상기 기판(100)의 접속 패드(105)에 잔재하는 플럭스 성분(113a)이 공기 중의 수분과 접하게 되면 백색을 띠면서 상기 기판(100)의 접속 패드(105)와 상기 솔더범프(113)의 접합 부위를 부식시킬 수 있기 때문이다.

또한, 상기 기판(100)과 솔더범프(113) 접합 시 잔재하는 플럭스 성분(113a)에 의해 회로 부품과의 접촉면을 오염시킬 수도 있다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 별도의 세척을 수행하거나, 상기 기판(100)과 상기 솔더볼(113)의 접합부분을 플럭스 제거제 등으로 닦아내는 디플럭스 공정이 추가될 수 있다.

다음, 도 10을 참조하면, 상기 플럭스(113a)를 제거한 후 리플로우된 솔더범프(115)를 코이닝하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 솔더페이스트(109)가 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 리플로우 공정 및 디플럭스 공정을 거치면 반구상 형태를 가진 솔더범프(115)가 형성된다. 이와 같이 반구상 형태를 가진 솔더범프(115)는 이후 반도체 칩 및 소자 실장 시 접촉불량의 요소가 되므로 상기 솔더범프(115)를 위에서 아래로 가압하여 상부면이 평탄하게 되도록 하는 공정을 수행할 수 있으며, 이러한 공정을 코이닝(coining)이라 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따르면, 베이스 기판에 솔더 페이스트를 도포하고 낮은 리플로우 온도와 빠른 속도로 가경화 시킨 후, 레지스트 패턴을 박리하고 나서 상기 솔더 페이스트를 높은 리플로우 온도와 느린 속도로 완전히 경화시킴으로써 고온에 의한 레지스트 패턴의 변형을 방지하여 레지스트 패턴을 보다 쉽게 그리고 완벽하게 박리할 수 있다. 이에 따라, 레지스트 패턴 미박리에 의해 솔더레지스트에 잔사가 남는 것을 방지할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 반도체 패키지 기판의 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

101 : 베이스 기판 103 : 솔더레지스트
105 : 접속 패드 107 : 레지스트
109 : 솔더 페이스트 111 : 1차 경화된 솔더범프
113 : 2차 경화된 솔더범프 115 : 디플럭스된 솔더범프

Claims (14)

1. 솔더레지스트 오픈부에 의해 노출된 접속 패드를 갖는 베이스 기판을 준비하는 단계;
   상기 솔더레지스트 상에 상기 오픈부와 대응되는 솔더범프 형성용 개구부를 갖는 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
   상기 솔더범프 형성용 개구부에 솔더 페이스트를 도포하는 단계;
   상기 도포된 솔더 페이스트를 1차 리플로우하는 단계;
   상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계;
   상기 1차 리플로우된 솔더 페이스트를 2차 리플로우하는 단계
   를 포함하며, 상기 1차 리플로우 온도는 상기 2차 리플로우 온도보다 낮은 반도체 패키지 기판의 제조방법.
2. 솔더레지스트 오픈부에 의해 노출된 접속 패드를 갖는 베이스 기판을 준비하는 단계;
   상기 솔더레지스트 상에 상기 오픈부와 대응되는 솔더범프 형성용 개구부를 갖는 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
   상기 솔더범프 형성용 개구부에 솔더 페이스트를 도포하는 단계;
   상기 도포된 솔더 페이스트를 1차 리플로우하는 단계;
   상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계;
   상기 1차 리플로우된 솔더 페이스트를 2차 리플로우하는 단계
   를 포함하며, 상기 1차 리플로우 속도는 상기 2차 리플로우 속도보다 빠른 반도체 패키지 기판의 제조방법.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 2차 리플로우 후 잔재하는 플럭스를 제거하는 단계를 더 포함하는 반도체 패키지 기판의 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 플럭스를 제거한 후 리플로우된 솔더범프를 코이닝하는 단계를 더 포함하는 반도체 패키지 기판의 제조방법.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 1차 리플로우 온도는 상기 2차 리플로우 온도보다 낮은 반도체 패키지 기판의 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 1차 리플로우 속도는 상기 2차 리플로우 속도보다 빠른 반도체 패키지 기판의 제조방법.
7. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 레지스트 패턴을 제거하는 단계는 수산화나트륨 또는 아민계 용액을 포함하는 박리액을 이용하여 수행되는 반도체 패키지 기판의 제조방법.
8. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 베이스 기판을 준비하는 단계는,
   접속 패드를 포함하는 최외층 회로가 형성된 기판을 준비하는 단계;
   상기 기판상에 솔더레지스트를 도포하는 단계;
   상기 솔더레지스트에 오픈부를 형성하여 상기 접속 패드를 노출시키는 단계
   를 포함하는 반도체 패키지 기판의 제조방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 오픈부는 노광 및 현상을 포함하는 포토리소그라피 공법에 의해 형성되는 반도체 패키지 기판의 제조방법.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 오픈부는 레이저 공법에 의해 형성되는 반도체 패키지 기판의 제조방법.
11. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 베이스 기판은 절연층 또는 인쇄회로기판인 반도체 패키지 기판의 제조방법.
12. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 레지스트 패턴을 형성하는 단계는:
    상기 베이스 기판에 레지스트를 적층하는 단계;
    상기 레지스트에 상기 오픈부와 대응되는 솔더범프 형성용 개구부를 형성하여 상기 접속 패드를 노출시키는 단계
    를 포함하는 반도체 패키지 기판의 제조방법.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 개구부는 노광 및 현상을 포함하는 포토리소그라피 공법에 의해 형성되는 반도체 패키지 기판의 제조방법.
14. 청구항 12에 있어서,
    상기 레지스트는 드라이 필름(Dry-Film:DF)인 반도체 패키지 기판의 제조방법.

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