KR101839361B1 - 레이저 리플로우 방법 및 이의 방법으로 제조되는 기판구조체 - Google Patents

레이저 리플로우 방법 및 이의 방법으로 제조되는 기판구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 리플로우 방법 및 이의 방법으로 제조되는 기판구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저를 이용한 리플로우 공정을 통해 기판구조체를 제조하기 위한 레이저 리플로우 방법 및 이의 방법으로 제조되는 기판구조체에 관한 것이다. 본 발명은 레이저 리플로우 방법에 관한 것으로, a) 복수의 도전부가 형성된 인터포저 및 상기 인터포저의 상측에 부착되는 반도체 칩을 포함하는 레이어를 준비하는 단계; b) 기판의 상측에 상기 레이어를 하나 이상 적층하는 단계; 및 c) 상기 레이어에 레이저빔을 면 조사하여 상기 레이어를 고정시키는 단계를 포함하며, 상기 c) 단계에서, 상기 레이저빔의 에너지를 균질화하고, 이 균질화된 레이저빔을 상기 레이어에 면 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 리플로우 방법을 제공한다.

Description

레이저 리플로우 방법 및 이의 방법으로 제조되는 기판구조체{LASER REFLOW METHOD AND SUBSTRATE STRUCTURE THEREBY}
본 발명은 레이저 리플로우 방법 및 이의 방법으로 제조되는 기판구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균질화된 레이저빔을 조사하고, 조사 영역을 용이하게 조절할 수 있으며, 생산성을 높이기 위한 레이저 리플로우 방법 및 이의 방법으로 제조되는 기판구조체에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 패키지의 제조공정에는 리플로우 공정이 포함된다. 리플로우 공정에서 주로 사용되는 매스 리플로우(mass reflow) 공정은 솔더볼, 솔더패드, 솔더페이스트 등의 솔더 물질이 부착된 다수의 기판을 컨베이어 벨트 상에 놓고, 기판이 컨베이어 벨트에 의해 연속적으로 이동하면서 적외선 히터(infrared heater)가 구비된 가열 구간을 소정의 시간동안 지나치게 한다. 이때, 적외선 히터는 컨베이어 벨트의 상측과 하측에 마련되며, 적외선 히터는 기판상의 솔더 물질에 열을 가하여 반도체 칩을 기판에 부착시킨다.
그러나, 매스 리플로우 공정은 적외선 히터가 솔더 물질에 열을 가해 반도체 칩을 기판에 결합하는데 소요되는 시간이 10~30분 정도의 시간이 소요되어 경제적이지 못하다는 문제점이 있다.
또한, 매스 리플로우 공정은 기판에 부착되는 소자 중에 열에 취약한 소자에도 열을 가하여 불량을 발생시킬 수 있고, 전체 기판에 열을 가하기 때문에 기판상에 열 변형을 발생시킨다는 문제점이 있다.
상술한 문제를 해결하기 위해서 레이저를 이용하여 리플로우 공정을 수행할 수 있다. 그러나, 일반적으로 레이저빔의 에너지는 가우시안 함수 분포를 이룬다. 즉, 상기 레이저빔은 조사 영역 중심에 가장 높은 에너지가 발생하고, 조사 영역 중심에서 멀어질수록 에너지가 급속히 감소한다. 따라서, 레이저빔의 에너지가 가우시안 함수 분포를 갖는 상태에서 리플로우 공정을 적용할 경우, 조사 영역의 중심은 과한 에너지를 받아 열 변형이 발생하고, 조사 영역에서 멀어질수록 에너지가 부족하여 반도체 칩이 기판에 고정되지 않을 수 있다.
또한, 기판에 부착되는 반도체 칩의 크기 및 형상은 반제품에 따라 달라질 수 있고, 기판상에 부착되는 소자에는 레이저빔에 의해 열 변형이 발생할 수 있는 소자가 포함될 수 있다. 따라서, 기판에 부착되는 반도체 칩의 크기 및 형상에 따라 레이저의 조사영역을 조절할 수 있는 기술이 필요하다. 그러나, 종래의 광학계는 구조가 복잡하여 부피가 크고 레이저빔의 조사영역을 조절하는 방법이 복잡하다. 즉, 레이저빔의 조사영역을 조절하기 위해 많은 시간이 소요되고, 초보자가 사용하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기판에 균질화된 레이저빔을 조사하고, 조사 영역을 용이하게 조절할 수 있으며, 생산성이 높은 레이저 리플로우 방법 및 이의 방법으로 제조되는 기판구조체를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 a) 복수의 도전부가 형성된 인터포저 및 상기 인터포저의 상측에 부착되는 반도체 칩을 포함하는 레이어를 준비하는 단계; b) 기판의 상측에 상기 레이어를 하나 이상 적층하는 단계; 및 c) 상기 레이어에 레이저빔을 면 조사하여 상기 레이어를 고정시키는 단계를 포함하며, 상기 c) 단계에서, 상기 레이저빔의 에너지를 균질화하고, 이 균질화된 레이저빔의 조사영역을 상기 레이어의 형상에 대응되도록 조절하여, 상기 레이어에 면 조사하고, 상기 b) 단계에서, 상기 기판 및 상기 반도체 칩은 상기 도전부와 접하는 위치에 솔더부가 마련되며, 상기 b) 이전에, 상기 기판과 상기 기판을 이송하는 이송체의 상면이 상호 밀착되도록 가압 밀착부를 이용하여 상기 기판의 상면에 상기 솔더부가 위치하지 않는 부분에 압력을 가하는 단계를 더 포함하고, 상기 가압 밀착부는, 상기 기판의 상면에 압력을 가하는 하나 이상의 가압로드; 및 상기 가압로드의 위치를 제어하는 가압제어모듈을 포함하고, 상기 가압제어모듈은 상기 가압로드가 상기 기판의 상면에 상기 솔더부가 위치하지 않는 부분에 압력을 가하도록 제어하는 것인 레이저 리플로우 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 이송체는 상기 기판의 하면을 진공흡착하도록 마련되는 것일 수 있다.
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본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계는, c1) 상기 레이저빔의 에너지를 균질화하는 단계; c2) 상기 레이저빔의 조사 영역을 조절하는 단계; 및 c3) 상기 레이어에 상기 레이저빔을 면 조사하여 상기 레이어를 적층된 위치에 고정시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 c) 단계 이후에, d) 상기 레이어 중 최상층에 위치한 레이어의 상측에 하나 이상의 레이어를 추가로 적층하는 단계; 및 e) 추가로 적층된 상기 레이어에 레이저빔을 면 조사하여 상기 레이어를 고정시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 d) 단계 및 상기 e) 단계를 순차적으로 반복할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 e) 단계는 e1) 상기 레이저빔의 에너지를 균질화하는 단계; e2) 상기 레이저빔의 조사 영역을 조절하는 단계; 및 e3) 추가로 적층된 상기 레이어에 상기 레이저빔을 면 조사하여 추가로 적층된 상기 레이어를 적층된 위치에 고정시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 레이저 리플로우 방법으로 제조되는 기판구조체에 있어서, 기판 및 상기 기판의 상부에 하나 이상 적층된 레이어를 포함하며, 상기 레이어는 복수의 도전부가 형성된 인터포저 및 상기 인터포저의 상측에 부착되는 반도체 칩을 포함하는 것인 기판구조체를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 인터포저는, 상기 반도체 칩의 형상과 대응되도록 마련되는 몸체부; 및 상기 몸체부에 마련되며, 도전성을 갖는 복수의 도전부를 포함하며, 상기 도전부는 상측과 하측에 각각 위치한 상기 반도체 칩과 상기 기판의 전극을 연결하거나, 상측과 하측에 각각 위치한 한 쌍의 반도체 칩의 전극을 연결할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 1~2초의 시간 동안 레이어를 향해 레이저빔을 조사함으로써, 복수의 층으로 적층된 레이어를 기판에 고정시킬 수 있기 때문에 종래의 매스 리플로우 공정에 비해 공정 시간이 단축된다.
또한, 기판의 하면은 이송체의 상면에 밀착된 상태에서 레이저 리플로우 공정이 수행되도록 마련된다. 따라서, 이송체와 기판 사이에 에어 갭(air gap)이 발생하지 않기 때문에 기판이 잔류 열에너지에 의해 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 레이저빔이 조사될 때, 측정 로케이션에 위치한 솔더볼의 실시간 온도를 측정하여 레이저빔의 에너지 조사 세기를 실시간으로 조절하고, 불량이 발생한 경우, 사용자에게 즉시 알림으로써, 반제품인 기판구조체의 불량률을 낮출 수 있다.
또한, 레이저빔이 광섬유를 통과하면서 균질화되기 때문에 조사 영역 내에서 위치에 따른 에너지가 균일해질 수 있다. 따라서, 레이저빔의 조사 영역 내에 위치한 반도체 칩의 일부에 열 변형으로 인한 불량이 발생하거나, 반도체 칩의 일부분이 에너지 부족으로 인하여 기판에 부착이 되지 않는 문제가 발생하지 않는다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 광학부는 원주렌즈 및 포커싱렌즈의 높이를 조절하여 레이저빔의 조사 영역을 용이하게 조절할 수 있다. 즉, 광학부는 반도체 칩의 종류에 따라 레이저빔의 조사 영역의 형상 및 크기를 용이하게 조절할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 레이어가 적층된 기판과 이송체를 밀착시키는 상태를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 레이어를 고정시키는 단계를 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 기판에 레이어를 고정시키는 상태를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 광섬유의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 제1 원기둥렌즈 및 제2 원기둥렌즈의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 추가로 적층된 레이어를 고정시키는 단계를 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 레이어가 적층된 기판과 이송체를 밀착시키는 상태를 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 기판에 레이어를 고정시키는 상태를 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 기판에 추가로 적층된 레이어를 고정시키는 상태를 나타낸 예시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 레이어가 적층된 기판과 이송체를 밀착시키는 상태를 나타낸 예시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 레이저 리플로우 방법은 복수의 도전부(223)가 형성된 인터포저(221) 및 인터포저(221)의 상측에 부착되는 반도체 칩(224)을 포함하는 레이어(220)를 준비하는 단계(S110)를 포함한다. 구체적으로, 레이어(220)는 인터포저(221) 및 반도체 칩(224)을 포함한다. 인터포저(221)는 반도체 칩(224)의 형상과 대응되도록 마련되는 몸체부(222)와 몸체부(222)에 마련되며, 도전성을 갖는 복수의 도전부(223)를 포함한다. 여기서, 도전부(223)는 몸체부(222)에 관통홀을 뚫고, 상기 관통홀에 도전성 소재를 충진하여 마련된 것일 수 있고, 도전성을 갖는 소재로 코팅한 것일 수도 있다. 도전부(223)는 상측과 하측에 각각 위치한 반도체 칩(224)과 기판(210)의 전극(미도시)을 연결하거나, 상측과 하측에 각각 위치한 한 쌍의 반도체 칩(224)의 전극을 연결하도록 마련될 수 있다면 모두 일실시예에 포함된다. 이처럼 마련된, 인터포저(221)는 상측에 반도체 칩(224)이 적층되어 하나의 레이어(220)를 형성할 수 있다. 이때, 인터포저(221)와 반도체 칩(224)은 각 도전부(223)와 반도체 칩(224) 사이에 구비된 솔더부(S)에 의해 가접된 상태일 수 있다. 여기서, 솔더부(S)는 솔더볼, 솔더 패드 등의 솔더 물질일 수 있다.
한편, 본 발명은 기판(210)의 하면과 기판(210)을 이송하는 이송체(231)의 상면을 밀착시키는 단계(S120)를 포함한다. 구체적으로, S120 단계에서, 기판(210)은 인쇄회로기판(PCB) 또는 웨이퍼(wafer)일 수 있다. 그리고, 기판(210)은 이송체(231)에 밀착된 상태로 이송부(230)에 의해 레이저빔의 조사 위치로 이송될 수 있다. 이송부(230)는 상면에 기판(210)이 안착될 수 있는 이송체(231) 및 이송체(231)에 동력을 제공하는 이송모듈(232)을 포함한다.
이송체(231)는 기판(210)이 안착되며, 기판(210)을 레이저빔의 조사 위치로 이송하는 이송부(230)의 본체를 지칭할 수 있다. 그리고, 이송체(231)는 상면에 기판(210)의 하면이 밀착되도록 기판을 진공흡착하는 진공모듈(233)을 더 포함할 수 있다. 즉, 이송부(230)는 진공압을 제공하는 진공모듈(233)을 더 포함하며, 진공모듈(233)은 이송체(231)와 연결되어 기판(210)의 하면이 이송체(231)에 밀착되도록 진공압을 제공할 수 있다. 구체적으로, 이송체(231)는 세라믹(Ceramic) 소재로 이루어진 다공성 진공척(porous vaccum chuck)으로 마련될 수 있다. 그리고, 다공성 진공척으로 이루어진 이송체(231)는 다수의 미소크랙이 존재하기 때문에, 진공모듈(233)에 의해 이송체(231)의 내부가 진공상태가 될 경우, 이송체(231)의 상면의 공기가 이송체(231)의 내부를 통과하여 하부로 이동할 수 있다. 그리고 기판(210)은 공기의 흐름에 의해 이송체(231)의 상면에 더욱 밀착될 수 있다. 단, 이송체(231)에 기판(210)을 밀착시키는 구성은 일실시예에 한정되지 않는다. 즉, 이송체(231)에 다수의 진공홀(미도시)을 형성하고, 상기 진공홀에 진공압을 발생시켜 기판(210)을 이송체(231)에 밀착시키는 것도 가능하다.
또한, 기판(210)은 제조 과정에서 휨 등의 변형이 발생할 수 있다. 따라서, 기판(210)이 이송체(231)에 안착되었을 때, 변형이 발생한 기판(210)의 하면 중 일부가 이송체(231)에 밀착되지 않을 수 있다. 이 경우, 가압밀착부(240)에 의해 기판(210)이 이송체(231)와 밀착되도록 마련될 수 있다. 구체적으로, 가압밀착부(240)는 가압로드(241) 및 가압제어모듈(242)을 포함한다. 가압로드(241)는 이송체(231)의 상부에 하나 이상으로 마련될 수 있으며, 가압로드(241)는 상하로 연장된 기둥 형상으로 마련될 수 있다. 단, 가압로드(241)의 형상은 일실시예에 한정되지 않으며, 기판(210)의 상면에 일시적으로 압력을 가해 기판(210)이 이송체(231)에 밀착되도록 할 수 있는 형상이라면 모두 일실시에에 포함될 수 있다. 가압제어모듈(242)은 기판(210)과 이송체(231)가 밀착되지 않은 부분의 상측에 가압로드(241)가 위치하도록 가압로드(241)를 수평 방향으로 이동시킬 수 있다. 그리고, 가압제어모듈(242)은 가압로드(241)와 연결되어 가압로드(241)를 하측으로 이동시켜, 기판(210)과 이송체(231)를 밀착시킨 후에 가압로드(241)를 상측으로 이동시킬 수 있다. 이때, 가압제어모듈(242)은 가압로드(241)가 기판(210)의 상면에 압력을 가하되, 솔더부(S)가 위치하지 않는 부분에 압력을 가하도록 할 수 있다.
기판(210)이 이송체(231)에 밀착되지 않은 경우, 기판(210)의 하면과 이송체(231)의 상면 사이에는 에어 갭(air gap)이 존재하게 된다. 이 상태에서 레이어(220)에 레이저빔이 조사되면 레이어(220)와 기판(210)를 통과한 레이저빔의 열 중 일부가 기판(210)을 완전히 통과하지 못하고 에어 갭에 잔류하게 된다. 즉, 기판(210)은 잔류 열에너지에 의해 열 변형이 발생할 수 있다. 그러나, 이처럼 기판(210)의 하면이 이송체(231)의 상면에 밀착된 상태에서 레이어(220)에 레이저빔이 조사될 경우, 이송체(231)와 기판(210) 사이에 에어 갭이 발생하지 않기 때문에 잔류 열에너지에 의해 기판(210)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이송부(230)는 이송체(231)에 마련되는 히터모듈(234) 및 냉각모듈(235)을 더 포함할 수 있다. 히터모듈(234) 및 냉각모듈(235)은 이송체(231)의 온도를 조절하여 기판(210)에 열 변형이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 여기서, 히터모듈(234)은 적외선 히터로 마련될 수 있으며, 냉각모듈(235)은 냉매를 갖는 쿨러로 마련될 수 있다.
또한, 이송모듈(232)은 각각의 기판(210)이 순차적으로 조사 위치에 위치하도록 이송체(231)를 이동시킨 이후에, 상기 조사 위치에 위치한 기판(210)이 레이저빔에 의해 조사되는 기설정된 시간 동안 상기 조사 위치에 머무르도록 제어할 수 있다.
상기 S120 단계는 반드시 S110 단계 이후로 한정되지 않으며, S110 단계 이전에 이루어지는 것도 가능하다. 또한, S120 단계는 작업 상황에 따라, S130 단계 이후에 실시될 수도 있다. 즉, S120 단계는 바람직한 실시예에 의해 S110 단계와 S130 단계 사이에 진행될 수 있으나, 레이어(220)에 레이저빔이 조사되기 이전에 수행되는 경우를 모두 포함한다.
한편, 본 발명은 기판(210)의 상측에 레이어(220)를 하나 이상 적층하는 단계(S130)를 포함한다. 구체적으로, 기판(210) 및 반도체 칩(224)은 도전부(223)와 접하는 위치에 마련된 솔더부(S)에 의해 가접되어 적층될 수 있다. 그리고, 도 2에는 기판(210)의 상측에 두 개의 레이어(220)가 적층된 것으로 도시되어 있으나, S130 단계는 기판(210)의 상측에 레이어(220)가 하나 이상 적층되는 경우를 모두 포함한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 레이어를 고정시키는 단계를 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 기판에 레이어를 고정시키는 상태를 나타낸 예시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 광섬유의 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 제1 원기둥렌즈 및 제2 원기둥렌즈의 예시도이다.
도 3 내지 도 6을 더 참조하면, 본 발명은 레이어(220)에 레이저빔을 면 조사하여 레이어(220)를 고정시키는 단계(S140)를 포함한다.
S140 단계는 레이저빔의 에너지를 균질화하는 단계(S141)를 포함한다. 일반적으로, 면 조사되는 레이저빔은 조사 영역의 중심에서 멀어질수록 에너지가 감소하는 가우시안 분포를 갖는다. 따라서, 레이어(220)를 향해 가우시안 함수 분포를 갖는 레이저빔을 조사할 경우, 조사 영역의 중심부는 과도한 열에너지에 의해 열 변형이 발생하고, 조사 영역의 가장자리는 리플로우에 필요한 에너지가 부족하여 기판(210)에 레이어(220)가 고정되지 않을 수 있다. 따라서, S141단계에서, 레이저빔이 조사되는 조사 영역 내의 에너지가 균질해지도록 할 수 있다. 이하, 구체적으로 일실시예에 따른 광섬유(250)를 이용하여 레이저빔의 에너지를 균질화하는 방법을 설명하도록 한다.
일실시예에 따른 광섬유(250)는 코어(251) 및 클래딩(252)을 포함한다. 구체적으로, 코어(251)는 사각형의 단면을 갖고, 기둥 형태로 연장되어 마련될 수 있으며, 코어(251)의 내측에는 레이저빔이 투과될 수 있는 중공부가 마련될 수 있다. 이때, 코어(251)는 단면이 정사각형 또는 직사각형으로 마련될 수 있으며, 단면의 제1축 방향 길이인 가로와 제2축 방향길이인 세로의 비율은 용이하게 변경될 수 있다. 첨언하면, 일반적으로 사용되는 광섬유는 코어의 단면 형상이 원형이다. 이처럼 단면 형상이 원형인 코어를 갖는 광섬유는 레이저빔이 통과할 때, 균질화가 이루어지지 않고, 코어를 통과한 레이저빔의 에너지가 가우시안 분포를 이룬다. 따라서, 코어(251)의 단면 형상은 사각형인 것이 바람직하다. 그러나, 코어(251)의 단면 형상은 사각형으로 한정되지 않으며, 코어(251)를 통과한 레이저빔의 에너지가 균질화될 수 있다면 모두 일실시예에 포함될 수 있다.
클래딩(252)은 코어(251)의 외주면을 둘러싸도록 코어(251)의 길이 방향으로 연장되어 마련될 수 있다.
코어(251) 및 클래딩(252)은 소정의 굴절률을 갖는 소재로 마련될 수 있다. 구체적으로, 코어(251)와 클래딩(252)의 소재는 석영, 유리, 플라스틱 중 어느 하나 이상 또는 이의 합금으로 마련될 수 있다. 그러나, 코어(251)와 클래딩(252)의 소재는 이에 한정되지 않으며, 소정의 굴절률을 갖고 레이저빔의 손실을 최소화할 수 있는 절연체 소재를 모두 포함할 수 있다. 또한, 클래딩(252)은 코어(251)에 비해 굴절률이 낮은 소재로 마련되어 코어(251)에 입사된 레이저빔이 코어(251)와 클래딩(252)의 경계면에서 전반사되도록 할 수 있다. 이때, 코어(251)의 내측 중공부에 레이저빔을 조사할 수 있는 레이저부(미도시)는 광섬유(250)의 입구측에 위치하며, 레이저빔을 면 조사하도록 마련될 수 있다.
상기와 같이 마련되는 코어(251)와 클래딩(252)은 하나의 광섬유(250)를 이루도록 일체화되며, 코어(251)의 내측으로 입사된 레이저빔은 코어(251)와 클래딩(252)의 경계면에서 전반사되며 출구측으로 이동한다. 구체적으로, 빛은 파장이 짧아서 직진하는 성질을 가지며, 반사 또는 굴절되는 성질을 갖고 있다. 따라서, 코어(251)의 내측으로 입사된 레이저빔은 코어(251)와 클래딩(252)의 경계면 굴절률이 변함에 따라 전반사되며 출구측으로 이동한다. 이때, 코어(251)와 클래딩(252)의 경계면에서 전반사되며 이동하는 레이저빔은 코어(251)를 통과하면서 균질화될 수 있다.
이처럼, 광섬유(250)를 통과하며 균질화된 레이저빔은 조사 영역 내에서 위치에 따른 에너지가 균일해진다. 즉, 조사 영역의 중심으로부터 조사 영역의 가장자리까지는 레이저빔의 에너지가 균질하고, 조사 영역을 벗어나면 급격히 레이저빔의 에너지가 감소한다. 따라서, 레이저빔의 조사 영역 내의 중심에 위치한 레이어(220)가 열 충격으로 인하여 고장이 발생하거나, 조사 영역의 가장자리에 위치한 부분이 에너지 부족으로 인하여 기판(210)에 부착이 되지 않는 문제가 발생하는 것을 방지 할 수 있다. 또한, 조사 영역의 바깥쪽으로는 에너지가 급속히 감소하여 조사 영역의 바깥쪽에 위치한 기판(210)에 열 충격으로 인한 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
S141 단계 이후에는 레이저빔의 조사 영역을 조절하는 단계(S142)가 실시될 수 있다. 구체적으로, 기판(210)에 고정되는 레이어(220)의 크기 및 형상은 반제품에 따라 변경될 수 있다. 또한, 기판(210)상에는 다양한 수동소자, IC소자 등이 포함되며, 일부 소자는 레이저빔의 열에너지에 쉽게 변형이 발생할 수 있다. 따라서, S142단계에서 레이어(220)의 형상 및 크기에 대응되는 레이저빔을 조사하기 위하여 레이저빔의 조사 영역을 조절할 수 있다. 여기서, 조사 영역은 레이저빔이 레이어(220)에 조사될 때, 레이저빔이 조사될 면적을 지칭할 수 있다. 이하, 구체적으로 일실시예에 따른 광학부(260)를 사용하여 레이저빔의 조사 영역을 조절하는 방법을 설명하도록 한다.
일실시예에 따른 광학부(260)는 볼록렌즈(261), 원주렌즈(262) 및 포커싱렌즈(265)를 포함하며, 광학부(260)는 광섬유(250)의 출구측에 위치하여 레이저빔이 레이어(220)에 조사될 때 조사 영역을 조절할 수 있다.
볼록렌즈(261)는 면조사되는 레이저빔을 집광하도록 레이저빔을 균질화하는 광섬유(250)의 출구측에 인접하여 마련될 수 있다. 구체적으로, 레이저빔은 광섬유(250)를 통과하며 균질화된 이후에 광섬유(250)의 출구측을 통과할 때, 발산되어 흩어질 수 있다. 따라서, 볼록렌즈(261)는 균질화된 빔이 발산하지 못하도록 집광하고, 집광된 레이저빔을 원주렌즈(262)로 전달할 수 있다. 이때, 볼록렌즈(261)에 의해 집광된 레이저빔의 조사 영역은 레이저빔이 균질화되기 위해 통과한 코어(251)의 형상과 동일하게 형성될 수 있다. 일 예로, 볼록렌즈(261)를 통과한 레이저빔의 조사 영역은 제1 조사 영역(A1)을 이룰 수 있다. 여기서, 볼록렌즈(261)는 광섬유(250)의 출구측에서 발산되는 레이저빔을 집광할 수 있는 렌즈라면 대체 가능하다.
원주렌즈(262)는 제1 원기둥렌즈(263) 및 제2 원기둥렌즈(264)를 포함하며, 볼록렌즈(261)를 통과한 레이저빔의 조사 영역이 기설정된 형상을 갖도록 조절할 수 있다.
제1 원기둥렌즈(263)는 볼록렌즈(261)를 통과한 레이저빔의 제1축 방향 길이를 조절할 수 있다. 제1 원기둥렌즈(263)는 원기둥을 세운상태에서, 종축으로 절단한 형상으로 마련될 수 있으며, 제1 원기둥렌즈(263)는 볼록렌즈(261)의 하부에 마련되되, 제1 원기둥렌즈(263)의 볼록한 면이 상측을 향하도록 배치될 수 있다. 그리고, 제1 원기둥렌즈(263)를 투과하는 레이저빔의 조사 영역은 제1축 방향 길이가 축소되도록 마련될 수 있다. 여기서, 일 예로, 제1 원기둥렌즈(263)를 투과한 레이저빔은 조사 영역의 제1축 방향 길이가 축소되어 제1 조사 영역(A1)에서 제2 조사 영역(A2)으로 조사 영역이 변형될 수 있다.
제2 원기둥렌즈(264)는 제1 원기둥렌즈(263)를 통과한 레이저빔의 제2축 방향 길이를 조절할 수 있다. 이때, 제2축 방향길이는 제1축 방향길이와 서로 직교하고, 제2 원기둥렌즈(264)는 제1 원기둥렌즈(263)와 동일한 형상으로 마련될 수 있다. 그리고, 제2 원기둥렌즈(264)는 제1 원기둥렌즈(263)의 하부에 마련되며, 볼록한 면이 상측을 향하도록 배치되되, 제1 원기둥렌즈(263)와 방향이 직교하도록 배치될 수 있다. 이처럼 마련된 제2 원기둥렌즈(264)를 투과하는 레이저빔의 조사 영역은 제2축 방향 길이가 축소되도록 마련될 수 있다. 일 예로, 제2 원기둥렌즈(264)를 투과한 레이저빔은 조사 영역의 제2축 방향 길이가 축소되어 제2 조사 영역(A2)에서 제3 조사 영역(A3)으로 조사 영역이 변형될 수 있다.
이처럼 마련된 제1 원기둥렌즈(263) 및 제2 원기둥렌즈(264)는 레이저빔의 조사 영역의 형상을 용이하게 조절할 수 있다. 이때, 제1 원기둥렌즈(263) 및 제2 원기둥렌즈(264)는 일실시예에 한정되지 않으며, 레이저빔의 조사 영역의 제1축 방향 길이 및 제2축 방향 길이를 용이하게 조절할 수 있는 구성이라면 모두 일실시예에 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 원기둥렌즈(263) 및 제2 원기둥렌즈(264)는 볼록한 면이 하부로 향하도록 배치될 수도 있고, 상면이 오목한 렌즈가 제1 원기둥렌즈(263) 및 제2 원기둥렌즈(264)의 위치에 마련될 수도 있다. 이 경우, 레이저빔의 조사 영역은 제1축 방향 길이와 제2축 방향 길이가 늘어나도록 조절될 수 있다. 즉, 제1 원기둥렌즈(263) 및 제2 원기둥렌즈(264)는 레이저빔의 조사 영역의 제1축 방향 길이와 제2축 방향 길이를 조절하여 조사 영역의 가로 및 세로의 길이 비율을 조절할 수 있다면 모두 일실시예에 포함될 수 있다.
또한, 제1 원기둥렌즈(263)와 제2 원기둥렌즈(264)는 서로 위치가 바뀔 수 있다. 즉, 볼록렌즈(261)를 투과한 레이저빔이 제1 원기둥렌즈(263)보다 제2 원기둥렌즈(264)를 먼저 투과하게 함으로써, 조사 영역의 제2축 방향 길이가 조절된 이후에 제1축 방향 길이가 조절되도록 할 수도 있다.
한편, 포커싱렌즈(265)는 원주렌즈(262)를 통과한 레이저빔의 조사 영역이 기설정된 넓이를 갖도록 조절할 수 있다. 구체적으로, 포커싱렌즈(265)는 원주렌즈(262)에 의해 형성된 조사 영역의 형상을 유지하되, 조사 영역의 넓이를 증가 또는 감소시킬 수 있다. 즉, 포커싱렌즈(265)는 원주렌즈(262)에 의해 형성된 조사 영역의 제1축 방향 길이 대비 제2축 방향 길이의 비율을 유지하여 형상을 유지한 상태에서 조사 영역의 넓이를 증가 또는 감소시킬 수 있다. 일 예로, 제2 원기둥렌즈(264)를 투과한 레이저빔의 조사 영역인 제3 조사 영역(A3)을 포커싱렌즈(265)를 이용하여 확대함으로써, 제4 조사 영역(A4)의 넓이를 갖도록 할 수 있다. 그리고, 포커싱렌즈(265)가 제3 조사 영역(A3)의 넓이를 축소할 수도 있음은 물론이다. 또한, 포커싱렌즈(265)는 교체 가능하도록 마련될 수 있다.
광학부(260)는 승강모듈(266)을 더 포함하며, 승강모듈(266)은 제1 원기둥렌즈(263), 제2 원기둥렌즈(264) 및 포커싱렌즈(265)를 개별적으로 상승 또는 하강시켜 레이저빔의 조사 영역을 조절할 수 있다. 구체적으로, 승강모듈(266)은 제1 원기둥렌즈(263)를 상승 또는 하강시켜 제1 조사 영역(A1)이 제2 조사 영역(A2)으로 변형될 때, 제1축 방향 길이를 조절할 수 있다. 여기서, 제1 원기둥렌즈(263)는 상승될수록 제2 조사 영역(A2)의 제1축 방향 길이는 크게 감소되며, 제1 원기둥렌즈(243)가 하강될수록, 제2 조사 영역(A2)의 제2축 방향길이는 적게 감소된다.
또한, 승강모듈(266)은 제2 원기둥렌즈(264)를 상승 또는 하강시켜 제2 조사 영역(A2)이 제3 조사 영역(A3)으로 변형될 때, 제2축 방향 길이를 조절할 수 있고, 승강모듈(266)은 포커싱렌즈(265)를 상승 또는 하강시켜 제3 조사 영역(A3)이 제4 조사 영역(A4)으로 변형될 때, 제4 조사 영역(A4)의 넓이를 조절할 수 있다. 제2 원기둥렌즈(264)의 상승 또는 하강에 따른 제2축 방향 길이의 조절과 포커싱렌즈(265)의 상승 또는 하강에 따른 조사 영역의 넓이 조절은 상술한 제1 원기둥렌즈(263)와 유사하여 통상의 기술자가 실시하기 용이하기 때문에 구체적인 설명은 생략한다.
S142 단계 이후에는, 레이어(220)에 레이저빔을 면 조사하여 레이어(220)를 적층된 위치에 고정시키는 단계(S143)를 실시할 수 있다. 즉, S141 단계에서 균질화된 레이저빔은 S142 단계에서 광학부(260)를 통과하며 조사 영역이 조절되고, 조사 영역이 조절된 레이저빔은 S143 단계에서 레이어(220)에 조사되어 기판(210)과 레이어(220)를 고정시킨다. 더욱 상세하게는, 레이어(220)에 조사된 레이저빔은 레이어(220)와 기판(210)을 통과하며, 솔더부(S)를 리플로우 시킬 수 있다. 그리고, 솔더부(S)가 리플로우되면, 기판(210)의 상측에 적층된 레이어(220)가 적층된 위치에 고정된다. 이때, 기판(210)과 반도체 칩(224) 사이에 위치한 인터포저(221)는 인터포저(221)의 하측과 상측에 각각 위치한 기판(210)과 반도체 칩(224)을 전기적으로 연결할 수 있다. 또한, 한 쌍의 반도체 칩(224) 사이에 위치한 인터포저(221)는 인터포저(221)의 상측과 하측에 각각 마련된 한 쌍의 반도체 칩(224)을 전기적으로 연결할 수 있다. 이처럼, 레이저 리플로우 방법은 1초 내지 2초의 시간 동안 레이어(220)에 레이저빔을 조사하면, 하나 이상의 층으로 적층된 레이어(220)를 한번에 기판(210)에 고정시킬 수 있다. 즉, 레이저 리플로우 방법은 레이어(220)가 기판(210)에 고정된 기판구조체(280)를 종래보다 신속하게 생산하는 것이 가능하여 생산성이 높아진다.
또한, S143 단계에서, 조사 영역 내에는 하나 이상의 측정 로케이션이 지정될 수 있다. 그리고, 상기 측정 로케이션에 위치하는 솔더부(S)는 실시간으로 온도가 측정될 수 있다. 일 예로, 솔더부(S)는 이송부(230)의 상부에 위치하는 온도측정부(270)에 의해 실시간으로 온도가 측정될 수 있으며, 온도측정부(270)는 적외선 카메라 또는 열 감지 카메라 등으로 마련될 수 있다. 그리고, 온도측정부(270)는 상기 측정 로케이션에 위치한 솔더볼(S)이 기설정된 정상 온도 범위를 유지하도록 레이저빔의 에너지 조사 세기를 제어할 수 있다. 또한, 상기 측정 로케이션에 위치한 솔더부(S)의 온도가 기설정된 정상 온도 범위를 벗어난 경우, 사용자에게 불량이 발생했음을 알려줌으로써, 반제품의 불량률을 낮출 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 추가로 적층된 레이어를 고정시키는 단계를 나타낸 순서도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 레이어가 적층된 기판과 이송체를 밀착시키는 상태를 나타낸 예시도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 기판에 레이어를 고정시키는 상태를 나타낸 예시도이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 리플로우 방법의 기판에 추가로 적층된 레이어를 고정시키는 상태를 나타낸 예시도이다.
한편, 도 7 내지 도 9를 더 참조하면, S140 단계 이후에는 레이어(220) 중 최상층에 위치한 레이어(220)의 상측에 하나 이상의 레이어(220)를 추가로 적층하는 단계(S150)를 더 실시할 수 있다. 구체적으로, S130 및 S140 단계에서 기판(210)의 상측에 복수로 적층되어 고정된 레이어(220)에 추가로 더 레이어(220)를 적층할 수 있다. 이하, 레이어(220)를 적층하는 것에 관한 내용은 S130 단계과 동일하거나 유사함으로 생략한다.
S150 단계 이후에는 추가로 적층된 레이어(220)에 레이저빔을 면 조사하여 레이어(220)를 고정시키는 단계(S160)를 더 실시할 수 있다. S160 단계는 레이저빔의 에너지를 균질화하는 단계(S161), 레이저빔의 조사 영역을 조절하는 단계(S162) 및 추가로 적층된 상기 레이어에 상기 레이저빔을 면 조사하여 추가로 적층된 상기 레이어를 적층된 위치에 고정시키는 단계(S163)를 포함한다. 여기서, S160 단계는 기판(210)이 아닌 기판(210)상에 적층되어 고정된 레이어(220)에 추가로 적층된 레이어(220)에 적용한다는 점을 제외하고는 S140 단계와 동일함으로 구체적인 설명은 생략한다.
그리고, S160 단계 이후에는, 기판(210)에 원하는 수의 레이어(220)가 적층될 때까지 S150 단계 및 S160 단계를 순차적으로 더 반복할 수 있다.
정리하면, 레이저 리플로우 방법은 기판구조체(280)를 제조하기 위해 기판(210)에 적층할 레이어(220)의 개수를 정하고, 목표에 맞게 기판(210)에 레이어(220)를 적층하여 레이저 리플로우를 실시할 수 있다. 이때, 레이저 리플로우 방법은 도2 및 도 4에 도시된 것처럼, 목표로 하는 개수의 레이어(220)를 모두 기판(210)에 적층한 후에 레이저빔을 조사하여 기판구조체(280)를 제조할 수 있다. 또는 레이저 리플로우 방법은 도 8 내지 도 10에 도시된 것처럼 하나 이상의 레이어(220)를 기판(210)에 적층한 이후에, 레이저빔을 조사하고, 다시 레이어(220)를 추가로 적층한 이후에 레이저빔을 조사하여 기판구조체(280)를 제조할 수 있다. 즉, 레이저 리플로우 방법은 목표로 하는 개수의 레이어(220)를 순차적으로 적층 및 고정함으로써, 기판구조체(280)를 제조할 수도 있다.
이처럼 마련된, 레이저 리플로우 방법은 전술한 바와 같이, 신속하게 기판구조체(280)를 제조할 수 있어 생산성이 높고, 기판구조체(280)를 제조하는 과정에서 불량률을 낮출 수 있어 경제적이다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
210: 기판 220: 레이어
221: 인터포저 222: 몸체부
223: 도전부 224: 반도체 칩
230: 이송부 231: 이송체
232: 이송모듈 233: 진공모듈
234: 히터모듈 235: 히터모듈
240: 가압밀착부 241: 가압로드
242: 가압제어모듈 250: 광섬유
251: 코어 252: 클래딩
260: 광학부 261: 볼록렌즈
262: 원주렌즈 263: 제1 원기둥렌즈
264: 제2 원기둥렌즈 265: 포커싱렌즈
266: 승강모듈 270: 온도측정부
280: 기판구조체

Claims (11)

  1. a) 복수의 도전부가 형성된 인터포저 및 상기 인터포저의 상측에 부착되는 반도체 칩을 포함하는 레이어를 준비하는 단계;
    b) 기판의 상측에 상기 레이어를 하나 이상 적층하는 단계; 및
    c) 상기 레이어에 레이저빔을 면 조사하여 상기 레이어를 고정시키는 단계를 포함하며,
    상기 c) 단계에서, 상기 레이저빔의 에너지를 균질화하고, 이 균질화된 레이저빔의 조사영역을 상기 레이어의 형상에 대응되도록 조절하여, 상기 레이어에 면 조사하고,
    상기 b) 단계에서, 상기 기판 및 상기 반도체 칩은 상기 도전부와 접하는 위치에 솔더부가 마련되며,
    상기 b) 단계 이전에,
    상기 기판과 상기 기판을 이송하는 이송체의 상면이 상호 밀착되도록 가압 밀착부를 이용하여 상기 기판의 상면에 상기 솔더부가 위치하지 않는 부분에 압력을 가하는 단계를 더 포함하고,
    상기 가압 밀착부는,
    상기 기판의 상면에 압력을 가하는 하나 이상의 가압로드; 및
    상기 가압로드의 위치를 제어하는 가압제어모듈을 포함하고,
    상기 가압제어모듈은 상기 가압로드가 상기 기판의 상면에 상기 솔더부가 위치하지 않는 부분에 압력을 가하도록 제어하는 것인 레이저 리플로우 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이송체는 상기 기판의 하면을 진공흡착하도록 마련되는 것인 레이저 리플로우 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    c1) 상기 레이저빔의 에너지를 균질화하는 단계;
    c2) 상기 레이저빔의 조사 영역을 조절하는 단계; 및
    c3) 상기 레이어에 상기 레이저빔을 면 조사하여 상기 레이어를 적층된 위치에 고정시키는 단계를 포함하는 것인 레이저 리플로우 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 c) 단계 이후에,
    d) 상기 레이어 중 최상층에 위치한 레이어의 상측에 하나 이상의 레이어를 추가로 적층하는 단계; 및
    e) 추가로 적층된 상기 레이어에 레이저빔을 면 조사하여 상기 레이어를 고정시키는 단계를 더 포함하는 것인 레이저 리플로우 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 d) 단계 및 상기 e) 단계를 순차적으로 반복하는 것인 레이저 리플로우 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 e) 단계는
    e1) 상기 레이저빔의 에너지를 균질화하는 단계;
    e2) 상기 레이저빔의 조사 영역을 조절하는 단계; 및
    e3) 추가로 적층된 상기 레이어에 상기 레이저빔을 면 조사하여 추가로 적층된 상기 레이어를 적층된 위치에 고정시키는 단계를 포함하는 것인 레이저 리플로우 방법.
  10. 제 1 항, 제 4 항, 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 레이저 리플로우 방법으로 제조되는 기판구조체에 있어서,
    기판 및 상기 기판의 상부에 하나 이상 적층된 레이어를 포함하며,
    상기 레이어는 복수의 도전부가 형성된 인터포저 및 상기 인터포저의 상측에 부착되는 반도체 칩을 포함하는 것인 기판구조체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 인터포저는,
    상기 반도체 칩의 형상과 대응되도록 마련되는 몸체부; 및
    상기 몸체부에 마련되며, 도전성을 갖는 복수의 도전부를 포함하며,
    상기 도전부는 상측과 하측에 각각 위치한 상기 반도체 칩과 상기 기판의 전극을 연결하거나, 상측과 하측에 각각 위치한 한 쌍의 반도체 칩의 전극을 연결하는 것인 기판구조체.
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