KR101711256B1 - 전자 디바이스들을 제조하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전자 디바이스들을 제조하는 방법 및 장치를 제공한다. 상기 방법은: 제 1 면을 가지는 기판을 제공하는 단계; 범프들을 가지는 전자 디바이스를 제공하는 단계; 집적 장치를 형성하기 위해 범프들을 제 1 면에 장착하는 단계; 전자 디바이스의 다수의 측들에 모세관 언더필을 가하여, 이 언더필이 전자 디바이스 및 기판 사이의 갭을 서서히 이동하여 상기 갭을 채우는 것을 가능하게 하는 단계; 집적 장치를 프로세싱 챔버 내로 배치하는 단계; 챔버 내의 온도를 제 1 미리 결정된 온도로 상승시키는 단계; 챔버 내의 압력을 진공압의 제 1 미리 결정된 압력으로 감소시키고, 미리 결정된 시간 기간 동안 진공압을 유지하는 단계; 챔버 내의 압력을 1 atm보다 더 높은 제 2 미리 결정된 압력으로 상승시키고, 미리 결정된 시간 기간 동안 제 2 미리 결정된 압력을 유지하는 단계; 및 챔버 내의 온도를 제 2 미리 결정된 온도로 조정하는 단계를 포함한다.
Description
관련 출원들과의 상호 참조
본 출원은 2013년 8월 16일에 출원된 대만 특허 출원번호 제102129528호 및 2014년 6월 3일에 출원된 대만 특허 출원번호 제103119250호로부터 우선권을 주장하고, 이들의 내용들은 이에 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 통합된다.
본 발명은 전자 디바이스들을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래의 전자 디바이스의 제조 프로세스(process)에서, 전자 디바이스들을 기판에 부착하는 데 전형적으로 복수의 도전성 범프(conductive bump)들이 사용되고, 전자 디바이스들의 하나 이상의 측들에 모세관 언더필(capillary underfill)이 가해져서, 언더필이 전자 디바이스들 및 기판 사이의 갭(gap)들을 충전(fill)하도록 상기 갭을 따라 서서히 이동(creep)할 수 있게 한다. 전형적으로, 그와 같은 언더필에는 많은 작은 기포(bubble)들이 존재할 수 있다. 또한, 도 3d에 도시되는 바와 같이, 언더필은 갭들을 충전하는 동안 전자 디바이스들의 하나 이상의 측들을 따라 서서히 이동할 것이다. 언더필의 전방 에지가 진행하여 나아갈 때, 다양한 원인들로 인해 전방 에지가 다른 전방 에지와 만나는 곳에 충전되지 않은 공간이 형성될 수 있고, 이것은 "백팩(back pack)" 현상으로 칭해진다. 구체적으로, 언더필의 전방 에지들이 전자 디바이스들의 측들로부터 이 전자 디바이스들의 중심으로 진행하여 나아가서 서로 만날 때, 백팩 현상이 발생하고, 기포들이 형성된다(즉, 백팩 공간들). 백팩 현상으로부터 형성되는 기포들 및 언더필에서의 작은 기포들은 결국 언더필 내에서 공극(void)들이 될 것이다. 이 공극들은 전자 디바이스들의 신뢰성을 떨어뜨리는 원인이고 전기적 고장의 문제들을 야기시킬 수 있다. 더욱이, 도전성 범프들 사이의 피치(pitch)들이 100마이크로미터(㎛) 미만이고/이거나 전자 디바이스들 및 기판 사이의 갭들이 50 마이크로미터(㎛) 미만인 경우에, 백팩 현상을 방지하기 위해 모세관 언더필은 전형적으로 전자 디바이스의 하나의 단일 측에 가해진다. 그러나, 그와 같이 피치 및 갭들은 작기 때문에, 모세관 언더필을 전자 디바이스의 하나의 단일 측에 가하는 것은 충전하는 속도를 느리게 하는 원인일 수 있다. 이것은 결과적으로 백팩 현상뿐만 아니라 언더필의 전방 에지의 서서히 이동하는 속도를 제어하는 것을 어렵게 할 수 있다. 결과적으로, 그와 같은 프로세스는 포기되어야만 하고 도전성 범프들을 보호하기 위해 더 높은 비용의 다른 프로세스들 및 재료들이 대안으로 선택되고, 이것은 분명히 전자 디바이스의 소형화의 발전에 현저한 장애이다.
따라서, 전자 디바이스들의 소형화를 증진하기 위하여, 도전성 범프들 사이의 피치가 100 마이크로미터 미만이고/이거나 전자 디바이스들 및 기판 사이의 갭들이 50 마이크로미터 미만인 경우에 모세관 언더필이 적용 가능한, 전자 디바이스들을 제조하는 방법 및 장치가 필요하다.
상술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 적어도 하나의 실시예의 하나의 양태에 따르면, 전자 디바이스들을 제조하는 방법이 제공되고, 상기 방법은: 제 1 면을 가지는 기판을 제공하는 단계; 자체의 적어도 하나의 면에 도전성 범프(bump)들을 가지는 전자 디바이스를 제공하는 단계; 집적 장치(integrated unit)를 형성하도록 기판의 제 1 면에 전자 디바이스의 적어도 하나의 면에 위치되는 도전성 범프들을 장착하는 단계로서, 도전성 범프들 사이의 피치(pitch)는 100 마이크로미터(㎛) 미만이고 전자 디바이스 및 기판 사이의 갭은 50 마이크로미터(㎛) 미만인, 상기 장착하는 단계; 모세관 언더필이 전자 디바이스 및 기판 사이의 갭을 따라 서서히 이동하고 상기 갭을 채우도록, 전자 디바이스의 다수의 측들에 모세관 언더필을 가하여, 도전성 범프들에 대한 보호부를 형성하는 단계; 집적 장치를 프로세싱 챔버(chamber) 내로 배치하는 단계; 챔버 내의 온도를 제 1 미리 결정된 온도로 상승시키는 단계; 챔버 내의 압력을 진공압의 제 1 미리 결정된 압력으로 감소시키고, 미리 결정된 시간 기간 동안 진공압을 유지하는 단계; 챔버 내의 압력을 1 atm(atmosphere) 보다 더 높은 제 2 미리 결정된 압력으로 상승시키고, 미리 결정된 시간 기간 동안 제 2 미리 결정된 압력을 유지하는 단계; 및 챔버 내의 온도를 제 2 미리 결정된 온도로 조정하는 단계를 포함한다.
제 1 미리 결정된 온도 및 제 1 미리 결정된 압력은 모세관 언더필을 전자 디바이스의 다수의 측들에 가함으로써 일어나는 백팩 현상에 의해 발생되는 기포들의 체적을 감소시키도록 선택될 수 있다. 또한, 기체 용해(gas dissolution) 및 확산을 통해, 제 2 미리 결정된 온도 및 제 2 미리 결정된 압력은 전자 디바이스 및 기판 사이의 갭으로부터 감소된 체적에 의해 기포들을 완전히 제거하도록 구성될 수 있다. 제 2 미리 결정된 온도 및 제 2 미리 결정된 압력은 백팩 현상에 의해 발생되는 기포들이 크기가 작은 순서로 제거될 수 있도록 프로세스 요건들에 기초하여 파라미터들 또는 시퀀스에 관하여 변경될 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 모세관 언더필은 도전성 범프들 사이의 피치가 100 마이크로미터(㎛) 미만이고/이거나 전자 디바이스 및 기판 사이의 갭이 50 마이크로미터(㎛) 미만인 경우에 적용 가능하다. 따라서, 전자 디바이스들의 소형화가 효과적으로 증진될 수 있다.
본 발명의 다른 양태들 및 장점들은 본 발명의 원리들 및 예들을 예시하는 첨부 도면들과 함께 하는 다음의 상세한 설명으로부터 더 분명할 것이다. 게다가, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록, 널리 공지되어 있는 디바이스들 및 원리들은 본 명세서에서 상세하게 기술되지 않을 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 전자 디바이스들을 제조하는 방법을 도시하는 흐름도.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 전자 디바이스들을 제조하는 장치를 도시하는 개략도.
도 3a 내지 도 3c는 전자 디바이스들을 제조하는 프로세스를 도시하는 개략도.
도 3d는 언더필의 전방 에지가 3-측 충전 프로세스에서 서로 만날 때 발생하는 백팩 현상을 도시하는 개략도.
도 4a 내지 도 4b는 모세관 언더필에 대해 충전하는 상이한 방식들을 각각 도시하는 개략도들.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 프로세스 온도, 프로세스 압력 및 프로세스 시간 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 프로세스 온도, 프로세스 압력 및 프로세스 시간 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 7a는 무단(non-stage) 압력 복귀 단계(고속 압력 복귀)를 사용하는 충전 프로세스를 도시하는 개략도.
도 7b는 본 발명의 다단(multi-stage) 압력 복귀 단계(저속 압력 복귀)를 사용하는 충전 프로세스를 도시하는 개략도.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 전자 디바이스들을 제조하는 장치를 도시하는 개략도.
도 3a 내지 도 3c는 전자 디바이스들을 제조하는 프로세스를 도시하는 개략도.
도 3d는 언더필의 전방 에지가 3-측 충전 프로세스에서 서로 만날 때 발생하는 백팩 현상을 도시하는 개략도.
도 4a 내지 도 4b는 모세관 언더필에 대해 충전하는 상이한 방식들을 각각 도시하는 개략도들.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 프로세스 온도, 프로세스 압력 및 프로세스 시간 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 프로세스 온도, 프로세스 압력 및 프로세스 시간 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 7a는 무단(non-stage) 압력 복귀 단계(고속 압력 복귀)를 사용하는 충전 프로세스를 도시하는 개략도.
도 7b는 본 발명의 다단(multi-stage) 압력 복귀 단계(저속 압력 복귀)를 사용하는 충전 프로세스를 도시하는 개략도.
본 발명의 하나의 실시예에 따라서, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 전자 디바이스를 제조하는 방법이 제공되고, 상기 방법은: 제 1 면(100a)을 가지는 기판(100)을 제공하는 단계; 자체의 적어도 하나의 면 상에 도전성 범프들(103)를 가지는 전자 디바이스(101)를 제공하는 단계; 집적 장치를 형성하도록 전자 디바이스(101)의 적어도 하나의 면 상의 도전성 범프들(103)을 기판(100)의 제 1 면(100a)에 부착하는 단계로서, 도전성 범프들(103) 사이의 피치(B)는 100 마이크로미터(㎛) 미만이고 전자 디바이스(101) 및 기판(100) 사이의 갭(A)은 50 마이크로미터(㎛) 미만인, 상기 부착하는 단계; 언더필(105)이 전자 디바이스(101) 및 기판(100) 사이의 갭(A)을 따라 서서히 이동하고 이 갭(A)을 채우도록, 전자 디바이스(101)의 다수의 측들에 모세관 언더필(105)을 가하는 단계를 포함하고, 도전성 범프들(103)은 그러므로 언더필(105)에 의해 코딩 및 절연되고, 도전성 범프들(103)에 대한 보호부가 형성될 수 있다. 다음으로, 집적 장치가 도 2에 도시되는 바와 같이 프로세싱 챔버(1) 내로 배치된다; 챔버 내의 온도는 언더필(105)의 유동성을 증가시키기 위해 제 1 미리 결정된 온도로 조정된다; 도 1, M1을 참조하면, 챔버 내의 압력은 진공압의 제 1 미리 결정된 압력으로 감소되고(M2), 그와 같은 진공압은 기포들(107) 및 기포들(백팩 공간들)(109)의 대부분을 제거하기 위하여, 미리 결정된 시간 기간 동안 유지되고; 그리고 나서 챔버 내의 압력은 1 atm을 넘는 제 2 미리 결정된 압력으로 상승되고(M3), 제 2 미리 결정된 압력은 미리 결정된 시간 기간 동안 유지되고(M4); 챔버 내의 온도는 나머지 기포들(107) 및 기포들(백팩 공간들)(109)을 제거하기 위하여, 제 2 미리 결정된 온도로 조정된다. 예를 들어, 본 발명의 하나의 실시예에서, 제 2 미리 결정된 압력은 1 atm보다 더 높고 20 atm과 같거나 더 낮을 수 있으나, 이로 제한되지 않는다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 챔버 내의 압력은 다단 방식으로 제 1 미리 결정된 압력으로 감소될 수 있다. 대안으로, 챔버 내의 압력은 램프-다운(ramp-down) 방식으로 제 1 미리 결정된 압력으로 감소될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 챔버 내의 압력은 다단 방식으로 제 2 미리 결정된 압력으로 상승될 수 있다. 대안으로, 챔버 내의 압력은 램프-업(ramp-up) 방식으로 제 2 미리 결정된 압력으로 상승될 수 있다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 프로세스 온도, 프로세스 압력 및 프로세스 시간 사이의 관계의 예를 도시하는 그래프이다. 도 5에서, 챔버 내의 압력 및/또는 온도를 조절하기 위하여 다단 방식이 사용된다. 도 5에서의 프로세스 파라미터들은 본 발명을 제한하기 보다는 단지 예로서 도시되는 것이 이해되어야 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 프로세스 온도, 프로세스 압력 및 프로세스 시간 사이의 관계의 다른 예를 도시하는 그래프이다. 도 6에서, 챔버 내의 압력 및/또는 온도를 조절하기 위하여 다단 방식이 사용되고; 여기서 압력 복귀 단계들이 더 포함된다. 도 6에서의 프로세스 파라미터들은 본 발명을 제한하기 보다는 단지 예로서 도시되는 것이 이해되어야 한다.
도 6에 도시되는 실시예에서, 챔버 내의 압력을 조정하는 프로세스는:(a) 챔버 내의 압력을 진공압의 제 1 미리 결정된 압력으로 감소시키고 제 1 미리 결정된 압력을 미리 결정된 시간 기간 동안 유지하는 단계(이 단계는 "제 1 압력 감소" 단계로 칭해질 수 있다); (b) 챔버 내의 압력을 제 1 미리 결정된 압력으로부터 제 1 복귀 압력으로 상승시키는 단계(이 단계는 "제 1 압력 복귀" 단계로서 칭해질 수 있다)로서, 제 1 복귀 압력 ≤1 atm 또는 제 1 복귀 압력 ≥ 1 atm인, 상기 상승시키는 단계; (c) 챔버 내의 압력을 진공압의 제 3 미리 결정된 압력으로 감소시키고, 제 3 미리 결정된 압력을 미리 결정된 시간 기간 동안 유지하는 단계(이 단계는 "제 2 압력 감소" 단계로서 칭해질 수 있다); 및 (d) 챔버 내의 압력을 제 3 미리 결정된 압력으로부터 제 2 복귀 압력으로 상승시키는 단계(이 단계는 "제 2 압력 복귀" 단계로서 칭해질 수 있다)로서, 제 2 복귀 압력 ≤ 1 atm, 또는 제 2 복귀 압력 ≥ 1 atm인, 상기 상승시키는 단계를 포함할 수 있다. 프로세스 요건들에 기초하여, 단계들 (a) 내지 (b)은 1회 이상 수행될 수 있고/있거나 단계들 (c) 내지 (d)은 1회 이상 수행될 수 있다. 다음으로, 챔버 내의 압력은 1 atm보다 더 높은 제 2 미리 결정된 압력으로 상승되고, 제 2 미리 결정된 압력은 미리 결정된 시간 기간 동안 유지되고(이 단계는 "가압" 단계로서 칭해질 수 있다), 제 2 미리 결정된 압력은 제 1 복귀 압력 및 제 2 복귀 압력보다 더 높다. 상술한 단계들 (a) 내지 (d)는 선-압력-조정 단계들로서 칭해질 수 있고, 반면에 상술한 "가압" 단계는 후-압력-조정 단계로서 칭해질 수 있다. 챔버 온도 상승 단계들(예를 들어, 챔버 내의 온도를 제 1 미리 결정된 온도 또는 제 2 미리 결정된 온도로 조정하는 단계)과 같은 다른 단계들은 선-압력-조정 단계들 및 후-압력-조정 단계 사이에 삽입되거나 중첩될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 제 1 미리 결정된 압력은 제 3 미리 결정된 압력보다 더 낮거나, 동일하거나 더 높을 수 있고; 제 1 미리 결정된 압력은 제 1 복귀 압력 미만이고, 제 3 미리 결정된 압력은 제 2 복귀 압력 미만이고; 그리고 제 1 복귀 압력은 제 2 복귀 압력보다 더 낮거나, 동일하거나 더 높을 수 있다.
도 6에 도시된 실시예에서, 제 2 복귀 압력은 챔버 내의 압력이 제 2 복귀 압력에 도달한 이후의 어떤 시간 기간 동안 유지될 수 있고, 그 후에 챔버 내의 압력은 제 2 미리 결정된 압력으로 상승된다. 대안으로, 챔버 내의 압력은 제 2 복귀 압력에 도달한 직후에 제 2 미리 결정된 압력으로 상승될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 하나의 실시예에서, 제 1 미리 결정된 온도는 30℃ 및 150℃ 사이에 있을 수 있고; 제 2 미리 결정된 온도는 100℃ 및 300℃ 사이에 있을 수 있고; 제 1 및 제 3 미리 결정된 압력들은 약 1.3E-4 kg/cm2 및 약 1.02 kg/cm2(약 0.1 토르(torr) 내지 약 750 토르) 사이에 있을 수 있고; 제 2 미리 결정된 압력은 약 1.3 kg/cm2 및 20 kg/cm2 사이에 있을 수 있고; 제 1 및 제 2 복귀 압력들은 약 1.5E-4 kg/cm2 및 약 9.3 kg/cm2(약 0.11 토르 내지 약 6.84E3 토르) 사이에 있을 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 단계 (a)는 챔버 내의 압력을 다단 방식으로 제 1 미리 결정된 압력으로 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 단계 (c)는 챔버 내의 압력을 다단 방식으로 진공압의 제 3 미리 결정된 압력으로 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 단계 (b)는 챔버 내의 압력을 제 1 미리 결정된 압력으로부터 다단 방식으로 제 1 복귀 압력으로 상승시키는 단계를 포함할 수 있다. 단계 (d)는 챔버 내의 압력을 제 3 미리 결정된 압력으로부터 다단 방식으로 제 2 복귀 압력으로 상승시키는 단계를 포함할 수 있다. 상술한 "가압" 단계는 챔버 내의 압력을 다단 방식으로 제 2 미리 결정된 압력으로 상승시키거나, 이 단계에서 램프-업 방식으로 압력 조절을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 물론, 램프-업 또는 램프-다운 방식은 또한 단계들 (a), (b), (c) 및 (d)에서의 압력 조절을 수행하는 데 사용될 수 있다.
게다가, 단계들 (a) 및 (c)에서, 챔버 내의 압력이 다단 방식으로 감소될 때, 모세관 언더필에 포함되는 용매들 또는 다른 재료들이 진공에 의해 비등(boiling)되는 것뿐만 아니라 비등에 의해 발생되는 재료의 스패터링(spattering) 또는 서행 이동 문제들이 방지될 수 있다. 그와 같은 비등은 더 많은 기포들이 발생되도록 할 수 있다. 그러므로, 기공(pore)들의 발생은 이 다단 압력 감소 단계(또는 "단계화된" 압력 감소 단계)를 사용함으로써 더 감소될 수 있다.
더욱이, 다단 압력 복귀 단계들은 충전 중의 모세관 언더필(또는 모세관 언더필 재료)의 탈포성(defoamability)을 개선할 수 있다. 예를 들어, 도 7a는 무단 압력 복귀 단계(고속 압력 복귀)를 사용하는 충전 프로세스를 도시하는 개략도이고 도 7b는 본 발명의 다단 압력 복귀 단계(저속 압력 복귀)를 사용하는 충전 프로세스를 도시하는 개략도이다. 도 3b, 도 7a 및 도 7b에 도시되는 바와 같이, 모세관 언더필의 플로우 속도가 느리므로, 그와 같은 모세관 언더필에 의해 충전될 때, 무단 압력 복귀 단계(고속 압력 복귀)(도 7a)를 사용하는 충전 프로세스는 모세관 언더필이 기판(100) 및 전자 디바이스(101) 사이의 공기를 완만하게 내보내는 데 어려움을 겪을 수 있어서, 결과적으로 기포들을 발생시키게 된다. 한편, 본 발명의 다단 압력 복귀 단계(저속 압력 복귀)를 사용하는 충전 프로세스(도 7b)는 모세관 언더필이 충전 동안, 충분한 시간을 가지고 기판(100) 및 전자 디바이스(101) 사이에 있는 공기를 내보내는 것을 가능하게 하고, 따라서 언더필이 공기에 의해 전에 점유되었던 공간들을 가득 채움으로써, 기포들이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다.
추가적으로, 도 5에 도시되는 실시예에서, 챔버 내의 압력을 1 atm보다 더 높은 제 2 미리 결정된 압력으로 상승시키는 단계는: 챔버 내의 압력을 제 1 미리 결정된 압력으로부터 제 1 복귀 압력으로 상승시키는 단계로서, 제 1 복귀 압력 ≤ 1 atm, 또는 제 1 복귀 압력 ≥ 1 atm인, 상승시키는 단계; 및 챔버 내의 압력을 제 1 복귀 압력으로부터 제 2 미리 결정된 압력으로 상승시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 챔버 내의 압력은 제 1 미리 결정된 압력으로부터 다단 방식으로 제 1 복귀 압력으로 상승되고/있거나 제 1 복귀 압력으로부터 다단 방식으로 제 2 미리 결정된 압력으로 상승될 수 있다.
도 5에 도시되는 실시예에서, 챔버 내의 압력은 제 1 복귀 압력에 도달한 직후에 제 2 미리 결정된 압력으로 상승될 수 있다. 대안으로, 제 1 복귀 압력은 챔버 내의 압력이 제 1 복귀 압력에 도달한 이후에 어떤 시간 기간 동안 유지될 수 있고, 그 후에 챔버 내의 압력은 제 2 미리 결정된 압력으로 상승된다.
본 발명의 실시예들에서, 챔버 내의 온도 및 압력을 조절하는 시퀀스는 명시적으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 5에서, 제 1 미리 결정된 온도 및 제 1 미리 결정된 압력의 조절을 위하여, 챔버 내의 온도는 챔버 내의 압력을 제 1 미리 결정된 압력으로 감소시키기에 앞서 제 1 미리 결정된 온도로 상승될 수 있거나; 또는 챔버 내의 압력은 챔버 내의 온도를 제 1 미리 결정된 온도로 상승시키기에 앞서 제 1 미리 결정된 압력으로 감소될 수 있거나; 또는 챔버 내의 온도는 제 1 미리 결정된 온도로 상승되고, 그 사이에 챔버 내의 압력이 제 1 미리 결정된 압력으로 감소될 수 있다. 유사하게, 제 2 미리 결정된 온도 및 제 2 미리 결정된 압력의 조절을 위하여, 챔버 내의 압력은 챔버 내의 온도를 제 1 미리 결정된 온도로부터 제 2 미리 결정된 온도로 조정하기에 앞서 제 1 미리 결정된 압력으로부터 제 2 미리 결정된 압력으로 상승될 수 있거나; 또는 챔버 내의 온도는 챔버 내의 압력을 제 1 미리 결정된 압력으로부터 제 2 미리 결정된 압력으로 상승시키기에 앞서, 제 1 미리 결정된 온도로부터 제 2 미리 결정된 온도로 조정될 수 있거나; 또는 챔버 내의 압력은 챔버 내의 온도가 제 1 미리 결정된 온도로부터 제 2 미리 결정된 온도로 조정되면서, 제 1 미리 결정된 압력으로부터 제 2 미리 결정된 압력으로 상승될 수 있다. 프로세스 파라미터들은 전자 디바이스의 유형들에 따라 변경될 수 있다.
더욱이, 본 상세한 설명에서 단지 "제 1 미리 결정된 온도", "제 2 미리 결정된 온도", "제 1 미리 결정된 압력", "제 2 미리 결정된 압력" 및 "제 3 미리 결정된 압력"만이 기술될지라도, 본 발명의 다단 또는 선형 방식으로 챔버 내의 압력 및/또는 온도를 조절할 때, 온도 및 압력 세팅 프로파일들은 다른 온도 셋 포인트(set point)들, 예를 들어, 제 3, 제 4 및 제 5 미리 결정된 온도들 및/또는 다른 압력 셋 포인트들, 예를 들어, 제 4, 제 5 및 제 6 미리 결정된 압력들과 같은 다른 온도 및 압력 셋 포인트들을 더 포함할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 전자 디바이스들을 제조하는 프로세스를 도시하는 개략도이다. 도 3a 내지 도 3c에 도시되는 바와 같이, 전자 디바이스들을 제조하는 프로세스에서, 전자 디바이스(101)의 적어도 하나의 측에 위치되는 도전성 범프들(103)은 기판(100)의 제 1 면(100a)에 장착되고(도 3a), 그 후에 모세관 언더필(105)이 전자 디바이스(101)의 다수의 측들에 가해짐으로써(도 3b), 언더필(105)이 전자 디바이스(101) 및 기판(100) 사이의 갭 내에서 서서히 이동하고 흐르는 것이 가능해짐으로써, 갭을 채우고, 따라서 도전성 범프(103)에 대한 보호부가 형성될 수 있다(도 3c). 그러나, 언더필(105) 내에는, 언더필의 전방 에지들이 서로 만날 때의 백팩 현상으로 인해 형성되는 기포들(백팩 공간들)(109) 뿐만 아니라 작은 기포들(107)이 흔히 존재한다. 이 기포들(107) 및 기포들(백팩 공간들)(109)은 언더필 내에서 공극들이 될 것이고, 이것은 전자 디바이스들의 신뢰성을 떨어뜨리고 전기적 고장의 문제들을 야기할 수 있다. 도 3d에 도시되는 바와 같이, 언더필(105)이 갭을 가득 채우는 프로세스에서, 언더필(105)은 전자 디바이스(101)의 세 측들을 따라 서서히 이동하고, 언더필의 세 전방 에지들(C, D, E)이 전진하여 서로 만날 때, 충전되지 않은 공간들(즉, 도 3c에서의 기포들(백팩 공간들))(109)이 형성될 수 있다. 더욱이, 도전성 범프들(103) 사이의 피치가 100 마이크로미터(㎛) 미만이고/미만이거나 전자 디바이스(101) 및 기판(100) 사이의 갭이 50 마이크로미터(㎛) 미만인 경우, 상술한 모세관 언더필은 공극 문제로 인해 도전성 범프들(103)을 보호하는 데 흔히 사용될 수 없다. 전자 디바이스 소형화는 갭(A) 및 피치(B)를 줄이는 것을 통해 달성되므로, 이것은 명백히 전자 디바이스 소형화의 발전에 심각한 장애이다. 이 관점에서, 발명자는 본 발명의 적어도 하나의 실시예를 착상하였다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 언더필(105)이 전자 디바이스(101) 및 기판(100) 사이의 갭(A)을 따라 서서히 이동하고 이 갭(A)을 다 채우도록, 모세관 언더필(105)을 전자 디바이스(101)의 다수의 측들에 가하는 데 도 4a 내지 도 4b에 도시되는 적어도 하나의 방법이 이용될 수 있다. 도 4a 내지 도 4b에서의 기판(100) 및 전자 디바이스(100)가 직사각형인 것으로 도시될지라도, 본 발명은 다양한 형상들의 기판 및 전자 디바이스들에 적용될 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 전자 디바이스(101)는 칩일 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 모세관 언더필(105)은 유전체일 수 있다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 하나의 실시예에 따라 전자 디바이스들을 제조하는 장치에 관하여, 그와 같은 장치는 설비압, 즉, 외부 압력원에 연결될 수 있다. "설비압(facility pressure)"은 전형적으로 공장 스태프에 의해 제공되는 압력을 칭한다. 이 장치는: 외부 공간(3); 하나 이상의 기체 유입구들(5) 및 하나 이상의 기체 배출구들(7)을 가지는 프로세싱 챔버(1)로서, 여기서 확장 공간(3)은 프로세싱 챔버(1)와 연통되어 있고, 기체 유입구(5)는 외부 압력원에 연결되는, 프로세싱 챔버(1); 프로세싱 챔버(1) 내에 설치되는 온도 조정기(9); 챔버의 외부에 설치되고 기체 배출구(7)를 통해 챔버(1)에 연결되는 진공 발생기(11); 제어기(15) 및 온도 조정기(9)를 통과하고 챔버(1)의 내부로 흐르는 기체 플로우를 발생시키도록 구성되는 터보팬(turbo fan)(17)을 포함할 수 있다. 온도 조정기(9), 진공 발생기(11) 및 터보팬(17)은 신호 전송이 가능하도록 제어기(15)에 전기적으로 접속됨으로써 제어기(15)에 의해 제어될 수 있다. 제어기(15)는 온도 조정기(9)로 챔버(1) 내의 온도를 제 1 미리 결정된 온도로 상승시키고; 진공 발생기(11)로, 챔버(1) 내의 온도를 진공압의 제 1 미리 결정된 압력으로 감소시키고 이 진공압을 미리 결정된 시간 기간 동안 유지하고; 챔버(1) 내의 압력을 외부 압력원으로, 1 atm보다 더 높은 제 2 미리 결정된 압력으로 상승시키고 이 제 2 미리 결정된 압력을 미리 결정된 시간 기간 동안 유지하고; 온도 조정기(9) 및 터보팬(17)으로 챔버(1) 내의 온도를 제 2 미리 결정된 온도로 조정하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 제어기는: 챔버(1) 내의 압력을 제 1 미리 결정된 압력으로부터 제 1 복귀 압력으로 상승시키고, 여기서 제 1 복귀 압력 ≤ 1 atm, 또는 제 1 복귀 압력 ≥ 1 atm이고; 및 챔버(1) 내의 압력을 제 1 복귀 압력으로부터 제 2 미리 결정된 압력으로 상승시키도록 더 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제어기(15)는: 온도 조정기(9)로, 챔버(1) 내의 온도를 제 1 미리 결정된 온도로 상승시키고; 챔버(1) 내의 압력을 미리 조정하고; 외부 압력원으로, 챔버(1) 내의 압력을 1 atm보다 더 높은 제 2 미리 결정된 압력으로 상승시키고 이 제 2 미리 결정된 압력을 미리 결정된 시간 기간 동안 유지하고; 온도 조정기(9) 및 터보팬(17)으로, 챔버(1) 내의 온도를 제 2 미리 결정된 온도로 조정하도록 구성될 수 있다. 상술한 적어도 하나의 실시예에서의 챔버(1) 내의 압력을 미리 조정하는 단계는: (a1) 진공 발생기(11)로, 챔버(1) 내의 압력을 진공압의 제 1 미리 결정된 압력으로 감소시키고 제 1 미리 결정된 압력을 미리 결정된 시간 기간 동안 유지하키는 단계; (b1) 예를 들어, 진공 발생기(11)를 끄거나, 챔버를 대기 또는 외부 압력원과 연통되도록 함으로써 챔버 내의 압력을 제 1 미리 결정된 압력으로부터 제 1 복귀 압력으로 상승시키는 단계로서, 제 1 복귀 압력 ≤ 1 atm, 또는 제 1 복귀 압력 ≥ 1 atm인, 상기 상승시키는 단계; (c1) 진공 발생기(11)로 챔버 내의 압력을 진공압의 제 3 미리 결정된 압력으로 감소시키고 제 3 미리 결정된 압력을 미리 결정된 시간 기간 동안 유지하는 단계; 및 (d1) 예를 들어, 진공 발생기(11)를 끄거나 챔버를 대기 또는 외부 압력원과 연통되도록 함으로써 챔버 내의 압력을 제 3 미리 결정된 압력으로부터 제 2 복귀 압력으로 상승시키는 단계로서, 제 2 복귀 압력 ≤ 1 atm, 또는 제 2 복귀 압력 ≥ 1 atm인, 상기 상승시키는 단계를 포함한다. 프로세스 요건들에 따라, 단계들 (a1) 내지 (b1)은 1회 이상 수행될 수 있고/있거나 단계들 (c1) 내지 (d1)은 1회 이상 실행될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 제 2 미리 결정된 압력은 제 1 복귀 압력 및 제 2 복귀 압력보다 더 높다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 제어기(15)는 프로그램 가능 논리 제어기(programmable logic controller; PLC)일 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 외부 압력원(즉, 설비압)은 예를 들어 압력 조정 요소(13)에 연결될 수 있다. 압력 조정 요소(13)는 신호 전송이 가능하도록 제어기(15)에 전기적으로 접속됨으로써, 챔버 내의 미리 결정된 압력 세팅을 완료하기 위해 제어기(15)에 의해 제어될 수 있다. 외부 압력원(설비압)이 불충분하거나 불안정할 때, 챔버(1) 내의 압력은 챔버(1) 내의 압력이 1 atm보다 더 높은 제 2 미리 결정된 압력에 도달하고 이 압력에서 유지되는 것이 가능하도록, 압력 조정 요소(13)에 의해 강화되거나 안정화될 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 압력 조정 요소(13)는 부스터 펌프(booster pump), 가압 실린더 등일 수 있다.
그와 같은 장치는: 챔버(1)의 내부에 연결되고 챔버(1) 내의 진공압을 검출하도록 구성되는 진공 센서(19); 챔버(1)의 내부에 연결되고 챔버(1) 내의 압력을 검출하도록 구성되는 압력 센서(21); 및 챔버(1)의 내부에 연결되고 챔버(1) 내의 온도를 검출하도록 구성되는 온도 센서(23)를 더 포함할 수 있다. 진공 센서(19), 압력 센서(21) 및 온도 센서(23)는 제어기(15)에 전기적으로 접속되고 신호들을 전송함으로써, 제어기(15)에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 예를 들어, 진공 센서(19)는 진공 게이지일 수 있고, 압력 센서(21)는 압력 게이지일 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 예를 들어, 진공 발생기(11)는 진공 펌프일 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 예를 들어, 온도 조정기(9)는 가열기(heater) 또는 가열기/냉각기(cooler)일 수 있다.
상술한 바와 같이, 터보팬(17)은 온도 조정기(9)를 통과하고 챔버(1)의 내부 쪽으로 흐르는 기체 플로우를 생성하도록 구성됨으로써, 챔버(1) 내의 온도 조정을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 대류 가열 효과는 온도 조정기(9)의 가열 기능이 켜져 있을 때 달성될 수 있고, 반면에 대류 냉각 효과는 온도 조정기(9)의 냉각 기능이 켜져 있을 때 달성될 수 있다. 터보팬(17)은 구동 모터(17a), 구동 샤프트(17b) 및 터빈 프로펠러(17c)를 포함할 수 있고, 여기서 구동 모터(17a)는 프로세싱 챔버(1)와 연통되는 확장 공간(3) 내에 제공되고, 여기서 프로세싱 챔버(1) 및 확장 공간(3)은 샤프트 밀봉부를 가지지 않는다. 게다가, 터빈 프로펠러(17c)는 프로세싱 챔버(1) 내에 제공되고, 구동 샤프트(17b)는 구동 모터(17a)를 터빈 프로펠러(17c)에 연결한다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 다단 또는 선형 압력 및/또는 온도 조절은 제어기(15)를 통해 달성될 수 있다. 챔버 내의 압력이 다단 방식으로 미리 결정된 진공압으로 감소되는 경우, 제어기(15)는 우선 제 1 단 진공 세팅을 가동하고 진공 발생기(11)에게 챔버의 내부를 펌프-다운(pump-down)하라고 지시한다. 다음으로, 제어기(15)가 진공 센서(19)로부터 그리고 챔버 내의 압력이 제 1 단 진공 세팅으로 감소되었음을 표시하는 측정 신호들을 수신할 때, 제어기(15)는 제 2 단 진공 세팅을 더 가동하고 챔버 내의 압력을 제 2 단 진공 세팅으로 감소시키기 위해 진공 발생기(11)에게 챔버의 내부를 펌프-다운하라고 지시할 수 있다. 물론, 상술한 바와 같이, 그와 같은 방법은 챔버 내에서 다단 압력 상승 동작들을, 또는 챔버 내에서 다단 가열/냉각 동작들을 달성하는 데 이용될 수 있다. 더욱이, 상술한 바와 같이, 선형 압력 및/또는 온도 조절은 제어기(15)의 제어를 통해 달성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(15)는 선형으로 증가/감소하는 프로파일들의 함수들로 설계될 수 있으므로, 챔버 내의 압력 및/또는 온도는 선형으로 증가/감소하는 방식으로 조절될 수 있다. 제어기의 설계가 자동 제어 분야의 통상의 기술자에게 널리 공지되어 있으므로, 이의 설계 원리들 및 방법들은 상세하게 기술되지 않을 것이다.
본 발명의 양태들은 본 발명의 실시예들에 따른 컴퓨터 프로그램 제품들에서 구현될 수 있는 방법의 흐름도를 참조하여 상술된다. 흐름도의 각 블록 및 흐름도 내의 블록들의 결합들은 컴퓨터 프로그램 명령들에 의해 구현될 수 있다. 이 컴퓨터 프로그램 명령들은 제어기, 범용 컴퓨터, 특수 목적용 컴퓨터 또는 기계를 제작하는 다른 프로그램 가능 데이터 프로세싱 장치의 프로세서에 제공됨으로써, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 프로세싱 장치의 프로세서에 의해 실행되는 명령들이 흐름도 블록 또는 블록들에서 명시되는 기능들/동작들을 구현하는 수단을 생성할 수 있게 된다.
이 컴퓨터 프로그램 명령들은 또한 컴퓨터, 다른 프로그램 가능 데이터 프로세싱 장치 또는 다른 디바이스들에 특정한 방식으로 기능할 것을 지시할 수 있는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장됨으로써, 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장되는 명령들이 흐름도 블록 또는 블록들에 명시되는 기능/동작을 구현하는 명령들을 포함하여 제조품을 생산할 수 있게 된다.
컴퓨터 프로그램 명령들은 또한 일련의 동작 단계들로 하여금 컴퓨터 구현 프로세스를 제작하기 위해 컴퓨터, 다른 프로그램 가능 장치 또는 다른 디바이스들 상에서 수행되도록 하기 위하여 상기 컴퓨터, 다른 프로그램 가능 데이터 프로세싱 장치 또는 다른 디바이스들 상에 로딩됨으로써, 상기 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 장치 상에서 실행되는 명령들은 흐름도 및/또는 블록도의 블록 또는 블록들에서 명시되는 기능들/동작들을 구현하는 프로세스들을 제공할 수 있게 된다.
흐름도에서의 각각의 블록은 명시된 논리 기능(들)을 구현하는 하나 이상의 실행 가능 명령들을 포함하는 모듈, 부분 또는 코드의 일부를 표현할 수 있다. 또한 일부 대안의 구현들에서, 블록들에 기재된 기능들은 도면들에 기재된 순서를 벗어나서 발생할 수 있음이 유의되어야 한다. 예를 들어, 연속해서 도시되는 2개의 블록들은 실제로 실질적으로 동시에 수행될 수 있거나, 블록들은 때때로 수반되는 기능에 따라, 역순으로 수행될 수 있다. 또한 블록도들 및/또는 흐름도의 각각의 블록 및 블록도들 및/또는 흐름도에서의 블록들의 결합들은 명시된 기능들 또는 동작들을 수행하는 특수 목적용 하드웨어 기반 시스템들 또는 특수 목적 하드웨어 및 컴퓨터 명령들의 결합들에 의해 구현될 수 있음이 유의될 것이다.
본 발명이 여러 개의 바람직한 실시예들 및 도면들을 참조하여 상세하게 기술되었을지라도, 통상의 기술자는 다양한 변형들, 수정들 및 등가들이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 가능하다는 것을 이해할 것이다. 그럼에도 불구하고, 이 변형들, 수정들 및 등가들은 본 발명의 첨부된 청구항들의 범위 내에 해당하는 것이 의도된다.
Claims (27)
- 외부 압력원에 연결되는, 전자 디바이스들을 제조하는 장치로서:
확장 공간;
하나 이상의 기체 유입구들 및 하나 이상의 기체 배출구들을 가지는 프로세싱 챔버로서, 상기 확장 공간은 상기 프로세싱 챔버와 연통되어 있고, 상기 기체 유입구는 상기 외부 압력원과 연결되는, 상기 프로세싱 챔버;
상기 프로세싱 챔버 내에 설치되는 온도 조정기;
상기 프로세싱 챔버 외부에 설치되고 상기 프로세싱 챔버에 연결되는 진공 발생기;
구동 모터, 구동 샤프트 및 터빈 프로펠러를 가지며, 상기 온도 조정기를 통과하고 상기 프로세싱 챔버의 내부로 흐르는 기체 플로우를 생성하도록 구성되는 터보팬으로서, 상기 구동 모터는 상기 프로세싱 챔버와 연통되어 있는 상기 확장 공간에 제공되고, 상기 터빈 프로펠러는 상기 프로세싱 챔버 내에 위치되고, 상기 구동 샤프트는 상기 구동 모터를 상기 터빈 프로펠러에 연결하는, 상기 터보팬; 및
제어기를 포함하고, 상기 제어기는:
상기 프로세싱 챔버 내의 온도를 상기 온도 조정기로 제 1 미리 결정된 온도로 상승시키고;
상기 프로세싱 챔버 내의 압력을 미리 조정하고;
상기 프로세싱 챔버 내의 압력을 1 atm보다 더 높은 제 2 미리 결정된 압력으로 상승시키고, 상기 외부 압력원으로 미리 결정된 시간 기간 동안 상기 제 2 미리 결정된 압력을 유지하고,
상기 온도 조정기 및 상기 터보팬으로 상기 프로세싱 챔버 내의 온도를 제 2 미리 결정된 온도로 조정하도록 구성되고,
상기 프로세싱 챔버 내의 압력을 미리 조정하는 것은:
(a1) 상기 진공 발생기로, 상기 프로세싱 챔버 내의 압력을 진공압의 제 1 미리 결정된 압력으로 감소시키고 상기 진공압을 미리 결정된 시간 기간 동안 유지하는 단계; 및
(b1) 상기 프로세싱 챔버 내의 압력을 상기 제 1 미리 결정된 압력으로부터 제 1 복귀 압력으로 상승시키며, 여기서 상기 제 1 복귀 압력 ≤ 1 atm인 상승 단계,
(c1) 상기 진공 발생기로, 상기 프로세싱 챔버 내의 압력을 진공압의 제 3 미리 결정된 압력으로 감소시키고 상기 제 3 미리 결정된 압력을 미리 결정된 시간 기간 동안 유지하는 단계; 및
(d1) 상기 프로세싱 챔버 내의 압력을 상기 제 3 미리 결정된 압력으로부터 제 2 복귀 압력으로 상승시키는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 제 2 복귀 압력 ≤ 1 atm, 또는 상기 제 2 복귀 압력 ≥ 1 atm이고,
상기 단계들 (a1) 내지 (d1)은 1회 이상 수행되고, 상기 제 2 미리 결정된 압력은 상기 제 1 복귀 압력보다 더 높으며,
상기 제 2 미리 결정된 압력은 상기 제 2 복귀 압력보다 더 높고,
상기 제 1 미리 결정된 압력은 상기 제 3 미리 결정된 압력보다 더 낮거나, 동일하거나 또는 더 높고,
상기 제 1 복귀 압력은 상기 제 2 복귀 압력보다 더 낮거나, 동일하거나 또는 더 높으며,
상기 제 2 미리 결정된 온도는 상기 제 1 미리 결정된 온도보다 더 높은 것을 특징으로 하는 전자 디바이스들을 제조하는 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 외부 압력원 및 상기 기체 유입구 사이에 제공되고 상기 프로세싱 챔버 내의 압력이 상기 제 2 미리 결정된 압력에 도달하고 상기 압력에서 유지되는 것을 용이하게 하도록 구성되는 압력 조정 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스들을 제조하는 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 프로세싱 챔버의 내부로 연결되고, 상기 프로세싱 챔버 내의 진공압을 검출하도록 구성되고, 상기 제어기에 전기적으로 연결되는 진공 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스들을 제조하는 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 프로세싱 챔버의 내부로 연결되고, 상기 프로세싱 챔버 내의 압력을 검출하도록 구성되고, 상기 제어기에 전기적으로 연결되는 압력 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 디바이스들을 제조하는 장치. - 삭제
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