KR20000068591A - 전자 부품과 지지 기판 사이의 접착 연결 방법 - Google Patents

전자 부품과 지지 기판 사이의 접착 연결 방법 Download PDF

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코흐마르쿠스
슈에츠라이너
지앙홍콴
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

최소한 한 면에 다량의 접속부(3)가 있는 부품(2), 특히 플립칩 부품이 접속부에 대응하도록 설치된 지지 기판(1)의 접촉면(4)과 전도적으로 연결되며, 접속부(3)를 둘러싸는 모세관 유동력이 있는 접착제(10)를 분배기를 사용하여 부품(2)과 지지 기판(1) 사이의 슬롯(8)에 유입하는 전자 부품과 지지 기판의 접착 연결 방법에서, 접착 연결 구성에 소요되는 시간을 단축하기 위해 설치된 부품 아래쪽에 지지 기판을 관통하는 하나 이상의 구멍을 만들며, 모세관 유동력이 있는 접착제를 지지 기판 위에 하나 이상의 구멍과 접촉부 사이를 퍼져나갈 수 있도록 도입하는 방법을 제안한다.

Description

전자 부품과 지지 기판 사이의 접착 연결 방법{Method for making a glued joint between an electronic component and a supporting substrate}
플립칩 테크닉 분야에서는 이미 전자 부품의 지지 기판 부착 방법이 알려져 있다. 플립칩 테크닉으로 부착된 부품은 납땜, 등방성 전도체 접착 또는 열압착 결합을 시킬 수 있는 접촉부를 가진다. 플립칩 납땜의 경우 연결면에 소위 "납땜돌기"라고 하는 다량의 작은 용접돌기로 이루어진 접촉부가 있는 칩을 설치하고, 연결면과 함께 아래쪽으로 향하게 한 다음 접촉면이 있는 지지 기판의 한 면 위에 올려놓는다. 이때 지지 기판의 접촉면을 칩의 용접돌기 격자와 일치시켜 배치한다. 그 다음 리플로우 납땜법으로 용접돌기를 지지 기판의 접촉면과 용접한다. 플립칩 방법을 사용하여 전자스위치가 설치된 지지 기판과 칩 사이의 많은 무선, 전도성 결합을 단 한번의 작업으로 실행할 수 있다. 칩(규소)과 지지 기판(전도판 소재)의 열팽창계수가 다르므로 소위 "하부 충전 프로세스"에서, 온도변화에 의한 열부하시 용접부위의 손상을 방지하기 위해 칩과 지지 기판 사이에 접착제를 유입해야 한다. 분배장치를 사용하여 모세관 유동력이 있는 특수한 접착제를 최소한 하나의 칩모서리를 따라 지지 기판으로 유입시킨다. 접착제의 모세관력을 구동력으로 하여 접착제가 칩과 지지 기판 사이의 좁은 슬롯으로 흐른다. 경화되면 접착제는 기계적 응력을 흡수하여 땜납 연결부를 보호하고 내구성을 증가시킨다.
또 다른 플립칩 기술에서는 등방성의 전도성 접착제로 피막처리된 다음, 지지 기판의 접촉면에 붙여진 접속부를 칩에 설치한다. 이 경우도 동일하게 하부 충전 프로세스로 칩과 지지 기판 사이의 전기적 연결을 구성한 후 등방성의 전도성 접착 연결을 보호하는 접착제를 유입해야 한다.
그 외에도 칩에 접촉부가 있고 열간 압착 연결방식으로 지지 기판의 접촉면에 칩을 설치하는 플립칩 기술이 있다. 이 방법도 마찬가지로 연결의 충분한 안전성 보장을 위해 하부 충전 프로세스를 필요로 한다.
상기 설명한 방법에서 기공이 형성되는 것을 막기 위해서는 접착제를 하나 또는 두 개의 칩모서리로 유입해야 하며 접착제는 칩 아래의 맞은편 모서리로 서서히 확장해간다. 하나의 칩모서리에 접착제 전부를 칠할 수 없으므로 모든 접촉부가 접착제로 둘러 싸일 때까지 반복하여 칠해야 한다. 1997년 4월에 출간된 Alec. J. Babiarz의 Solid State Technology(고상 기술)의 "Key Process Controls for underfilling flip chips(하부충전 플립 칩의 핵심프로세스 제어)"에 이 방법에 대한 설명이 있다. 이 경우 단점은 각각의 접착제 유입 단계 사이에 접착제 유동시간에 의존하는 휴지시간을 항상 두어야 하며 칩과 지지 기판 사이의 모든 슬롯이 완전히 채워질 때까지 접착제를 반복하여 칠해야 한다. 칩이 큰 경우 특히 대기 시간이 길다. 대기 시간이 길면 연결을 구성하는 시간이 현저히 증가하여 제조비용의 급격한 상승을 초래한다.
본 발명은 청구항 1에 설명한 특징과 관련된 전자 부품과 지지 기판의 접착 연결 방법에 관한 것이다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 플립칩 부품이 설치된 기판 사이의 접착 연결구성을 위한 방법의 제1 실시예를 설명하는 도면.
도 4a 내지 도 4d는 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예의 접착제 전면부 확산의 상이한 상태를 나타낸 도면.
도 5 및 도 6은 플립칩 부품이 설치된 기초판사이의 접착 연결구성을 위한 방법의 제 2실시예를 설명하는 도면.
청구항 1의 특징을 갖는 전자 부품과 지지 기판의 접착 연결 구성을 위한 본 발명에 따른 방법의 장점은 접착 연결 구성에 필요한 전체 접착제를 분배장치를 사용하여 한 단계 작업공정으로 유입할 수 있다. 접착제 유동시간으로 소비되는 대기시간을 단축하여 연결 구성에 소요되는 경비를 줄일 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 모서리 길이가 3cm까지인 큰 칩의 경우 특히 유용하다. 본 발명의 또 다른 응용 및 구성은 하기 청구항에 기술한 특징으로 가능하다.
특히 유용한 것은 부품에 아주 근접하여 부품 주변의 닫힌 경로를 따라 모세관 유동력이 있는 접착제를 유입함으로써 일단 부품의 변방에 놓인 모든 접촉부를 접착제로 에워싼다는 것이다. 닫힌 형상의 접착제 전면부는 부품과 지지 기판 사이를 통해 부품 아래쪽 지지 기판의 구멍까지 확장해간다. 이 방법으로 부품 접촉부와 지지 기판 접촉면의 납땜, 접착 및 본드 연결을 이상적으로 보호할 수 있다.
특히 접착제를 유입하기 전에 설치된 부품이 있는 지지 기판을 돌리고, 분배장치로 지지 기판구멍 바로 위에서 지지 기판 배면으로 매우 간단하게 접착제를 유입할 수 있다. 모세관력으로 접착제는 구멍 및 부품과 지지 기판의 슬롯으로 들어가며 마지막으로 부품 주변에 배치된 접촉부를 둘러싼다.
접착제가 부품 아래 중앙 구멍과 접촉부 사이에서 특히 균일하게 퍼지므로 부품 아래쪽 중앙에 천공형태의 구멍을 내는 것이 유용하다. 부품이 설치된 지지 기판면 위에 접착제가 유입되면 접착제는 우선 접촉부를 둘러싸고 최소한 하나인 구멍에까지 도달하게 된다. 접착제 전면부는 구멍의 한편에 도달하며 구멍의 다른 쪽은 아직 도달하지 않은 상태이다. 부품이 설치된 지지 기판면의 구멍주위에 접착제의 흡착이 일어나지 않는 재질로 구성된 피막을 입히면 슬롯으로부터 공기가 모두 빠져나가기도 전에 접착제가 구멍에 도달하는 것을 막을 수 있다. 구리나 금으로 된 재질을 입히는 방법이 선호된다. 금속피막 대신에 부품이 있는 지지 기판면 구멍 주위로 계단 형상의 돌출부를 만들면 상기의 금속 피막과 같이 접착제가 구멍에 너무 일찍 도달하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예는 도면을 참고로 다음에 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 부품과 지지 기판 사이의 접합 연결 구성 방법을 도시하고 있다. 예를 들자면 FR4-기판으로 된 전도판, 세라믹판, 칩기판 부품 또는 기타 적당한 기판인 지지 기판(1) 위에 플립칩 부품(2)을 일반적인 방법으로 납땜한다. 케이스가 없는 플립칩 대신 예컨데 멀티칩 모듈 또는 소위 칩스케일 페키지 형태의 포장된 플립칩 부품을 지지 기판 위에 놓을 수 있다. 또한 한 개 이상의 부품을 동일한 방법으로 지지 기판 위에 설치할 수 있다. 여기 표시된 그림은 간단하게 표현하기 위해 한 개의 부품으로 제한한다. 도 2에서 알 수 있듯이 부품(2)은 용접돌기(소위"납땜돌기")로 구성된 분산된 접촉부(3)가 있는 한 연결면 위에 있다. 플립칩 기술에서 용접돌기(3)가 있는 부품(2)은 지지 기판(1)의 접촉면(4)에 있는 격자에 맞도록 올려져 있으며 리플로우 납땜 과정으로 납땜된다. 리플로우 납땜 후 부품(2)은 도 2에 도시한 방법으로 지지 기판(1)의 접촉면(4)과 전기적으로 연결된다. 하지만 플립칩 부품을 접촉부(3)에 유입된 등방성의 전도성 접착제로 접촉면(4)에 접착시키거나 또는 열접착 방법으로 접촉면에 용접 할 수도 있다.
접촉부(3)와 접촉면(4)의 전기적 연결을 구성한 후에 부품(2)과 기판(1) 사이에 약 30 내지 200μm의 좁고 큰 슬롯(8)이 생성된다.
도 2에서 알 수 있듯이 부품(2) 아래쪽 지지 기판(1)에 원형 단면을 가진 중앙구멍(5)이 있으며 이 구멍은 지지 기판의 부품이 설치된 면에서 배면까지 뚫려있다. 중앙에 있는 한 개의 구멍 대신 부품 아래의 지지 기판에 다수의 구멍을 낼 수도 있다. 지지 기판의 구멍(5)은 예컨데 부품(2)을 올려놓기 전에 천공하거나 투과 접촉구성의 한 프로세스로 지지 기판에 만들 수 있다.
리플로우 납땜 후에 예컨대 SiO2충전재가 있는 에폭시 아교접착제 같은 모세관 유동력이 있는 접착제는 특수한 하부 충전 프로세스 부품(2)과 지지 기판(1) 사이의 슬롯(8)으로 유입된다. 접착제(10)는 분배기를 통해 부품(2)의 둘레로 지지 기판 위에서 이동된다.
이때 지금까지 알려진 하부 충전 프로세스는 달리 접착 연결 구성에 필요한 접착제 전량이 도 1의 닫혀진 형상의 화살표 방향으로 한 번에 이동한다. 부품(4) 전체로 이동한 모세관 접착제(10)는 즉각 용접돌기(3) 사이의 공간으로 유입되고, 도 2와 도 4를 비교하면 알 수 있듯이 용접돌기(3)을 둘러싸며 슬롯(8)의 구멍(5)까지 화살표 방향으로 퍼진다. 이때 슬롯의 공기는 구멍(5)을 통해 밖으로 밀려난다. 도 3에 나타내듯이 최종적으로 슬롯(8)이 모두 접착제로 충진되고 구멍(5)에 접착제가 유입된다. 특히 유용한 점은 접착제를 유입한 뒤 접착제를 이동시키기 위한 아무런 다른 조치가 필요치 않으므로 분배기를 즉각 다음의 접착 연결에 투입 할 수 있다. 도 4에 도 2의 슬롯(8)을 통과하는 단면을 나타냈다.
도 4a 내지 도 4d에서 접착제(10)가 슬롯(8)에서 퍼져나가는 것을 잘 알 수 있다. 접착제(10)가 유입되면 우선 용접돌기(3)를 둘러싸고 구멍(5)이 화살표 방향으로 좁아지는 닫힌 형상의 접착제 전면부가 생성된다. 도 4에 나타냈듯이 한쪽의 접착제 전면부가 다른 쪽 전면부 보다 빨리 구멍(5)에 도달할 수도 있다. 구멍(5)에 접착제가 너무 빨리 도달하여 슬롯(8)의 잔류공기 유출에 방해가 되지 않게 하기 위해 지지 기판(1) 위에 구멍(5)의 둘레로 원형의 피막(9)을 입힌다. 피막은 도체 회로 제조에 사용되는 도체판 기술의 한 프로세스로 제조할 수 있으며 접착제와 접촉성이 나쁜 하나 이상의 소재로 구성된다. 피막으로써 구리 또는 금이 금속화 재질로 사용된다.
유기전도체 재질은 접착제에 빨리 적셔지므로 금속피막화한 부위는 도 4에서 보듯이 접착제 전면부가 우선 금속피막화한 둘레로 완전히 수축하게 한 다음 금속피막화 부분이 적셔지고 그 다음 도 4d에 나타내듯이 구멍(5)으로 유입되도록 접착제 전면부를 조절한다. 이렇게 하면 슬롯(8)에 공기 방울이 생성되지 않는다. 이 실시예에서 특히 유용한 점은 일단 부품(2) 둘레에 배치된 용접돌기(3)가 제일 먼저 접착제로 둘러싸여 보호된다.
다른 실시예에서는 피막(9) 대신에 지지 기판 위에 부품(2) 방향으로 구멍 둘레를 도는 원형의 돌출부를 만든다. 계단형상의 원형 돌출부에 이전 실시예의 도 4c와 유사하게 접착제 전면이 모이며 일단 계단형상의 돌출부 상단면을 적신 다음 구멍으로 접착제가 유입된다. 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 또 다른 실시예이다. 부품(2)을 이전 실시예에서와 같이 플립칩 기술로 지지 기판에 올려놓고 납땜한다. 부품(2)이 설치된 장소에 지지 기판(1)을 관통하는 구멍(5)이 있다. 구멍(5)은 접착제의 모세관 유동력이 충분할 정도의 직경을 보유해야 한다. 역시 실시예에서도 부품(2)은 전도판의 구멍(5)이 부품 중앙에 위치하도록 설치한다. 도 2의 예와는 달리 이 실시예의 경우 구멍(5) 둘레로 금속피막 된 부분이 없다. 리플로우 납땜 후에 도 5에 나타냈듯이 지지 기판(1)의 부품이 설치된 면을 아래쪽으로 돌린다. 분배기로 하부 충진과정에 필요한 모세관 유동성이 있는 접착제(10) 전량을 위쪽으로 향한 지지 기판(1) 하부면, 구멍(5) 영역에 놓는다. 수로와 같은 구멍(5)의 접착제(10)가 모세관 현상으로 구멍(5)을 통해 슬롯(8)에 도달할 때까지 유입된다. 도 6에 나타냈듯이 슬롯(8)에서 접착제(10)가 거의 원형에 가까운 접착제 전면부를 구성하며 용접돌기(3)를 완전히 에워쌀 때까지 확장한다. 이때 슬롯에 있는 공기는 용접돌기들의 사이공간을 통해 밖으로 빠진다. 제 1실시예와는 달리 이 실시예의 경우 접착제(10)는 흐름의 마지막 단계에 용접돌기(3) 사이의 공간에 도달한다.

Claims (7)

  1. 최소한 한 면에 다량의 접속부(3)가 있는 부품(2), 특히 플립칩 부품이 접속부에 대응하도록 설치된 지지 기판(1)의 접촉면(4)과 전도적으로 연결되며, 접속부(3)를 둘러싸는 모세관 유동력이 있는 접착제(10)를 분배기를 사용하여 부품(2)과 지지 기판(1) 사이의 슬롯(8)에 유입하는 전자 부품과 지지 기판의 접착 연결 방법에 있어서,
    지지 기판 위의 부품(2) 아래쪽에 지지 기판(1)을 관통하는 하나 이상의 구멍(5)이 있으며 모세관 유동력이 있는 접착제(10)를 하나 이상의 구멍(5)과 접촉부(3) 사이로 확장되도록 지지 기판(1) 위에 유입하는 것을 특징으로 하는 전자 부품과 지지 기판의 접착 연결 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 모세관 유동력이 있는 접착제(10)가 부품(2)의 주변으로 닫힌 경로를 따라 부품에 가장 근접하게 유입되며, 접촉부(3)를 일단 에워싸고, 부품(2)과 지지 기판(1) 사이의 슬롯(8)의 모세관 현상에 의해 하나 이상의 구멍(5)까지 확장해 나가는 닫힌 형상의 접착제 전면부를 구성하고, 이때 슬롯(8)의 공기는 하나 이상의 구멍(5)을 통해 밖으로 빠져나가는 것을 특징으로 하는 전자 부품과 지지 기판의 접착 연결 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 부품(2)이 설치된 지지 기판을 아래쪽으로 회전하며, 그 다음 모세관 유동력이 있는 접착제(10)를 분배기를 사용하여 부품(2)의 회전으로 위쪽으로 향한 지지 기판(1) 면의 하나 이상의 구멍(5) 영역 안에 유입하며, 상기 접착제가 구멍(5)의 모세관현상에 의해 구멍을 통해 슬롯(8)까지 확장되며 그곳으로부터 접속부(3)까지 확장되는 것을 특징으로 하는 전자 부품과 지지 기판의 접착 연결 방법.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 지지 기판(1)은 천공에 의해 부품(2) 아래쪽 중앙에 위치한 한 개의 구멍(5)을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 부품과 지지 기판의 접착 연결 방법.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 부품(2)이 위치하는 지지 기판(1)면상의 구멍(5) 둘레는 모세관 유동력이 있는 접착제(10)와 접착성이 나쁜 한 개 이상의 재질로 이루어진 피막(9)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 부품과 지지 기판의 접착 연결 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 피막(9)으로는 구리나 금으로 제조된 금속 피막이 우선적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전자 부품과 지지 기판의 접착 연결 방법.
  7. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 부품(2)이 설치된 지지기판(1)은 한 면에 있는 구멍(5) 둘레로 계단형상의 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 전자 부품과 지지 기판의 접착 연결 방법.
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