KR20010093705A - 땜납 범프 형성 방법, 플립 칩 장착 방법과 장착구조체 - Google Patents

땜납 범프 형성 방법, 플립 칩 장착 방법과 장착구조체 Download PDF

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KR20010093705A
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니시야마토모히로
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가네꼬 히사시
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Abstract

납땜 볼 (ball) 은 활성수지 전극 사이에 장착되어 있다. 납땜을 가열해서 용융되면 LSI 칩의 패드와 접촉시겨서 칩위에 납땜 범프를 형성시킨다. 활성수지을 사용하여 범프를 형성시키는 방법, 플립 칩을 장착하는 방법과 장착구조체서에서, 플럭스 세척 공정이 없어질 수 있고, 동시에 조립 단가가 최소화 될 수 있다.

Description

납땜 범프 형성 방법, 플립 칩 장착 방법과 장착구조체 {METHOD OF FORMING SOLDER BUMPS, METHOD OF MOUNTING FLIP CHIPS, AND A MOUNTING STRUCTURE}
본 발명은 (이후에 활성수지로 언급되는) 플럭스 효과를 가진 열경화성 수지를 사용한 납땜 범프를 형성하는 방법, 납땜 범프를 사용한 플립 칩을 장착하는 방법과 본 방법을 사용하여 얻어진 장착구조체와 관련되어 있다.
알려진 범프 형성 방법은 볼 장착법, 납땜-페이스트 (solder-paste) 인쇄방법, 도금 또는 코팅을 사용한 방법, 증발을 사용한 방법과 비슷한 것들을 포함한다. 볼 장착방법에서, 납땜 볼은 흡입 헤드상에 배열되고 플럭스는 볼의 팁 (tip) 이나 끝부분 위 또는 고밀도 집적회로 (LSI) 칩의 연결표면상에 고정된다. 납땜 볼은 플럭스 접착제의 도움으로 LSI 칩의 전극상에 장착된다. 그리고 칩은 리플로 공정에 종속되어 납땜 범프를 형성한다.
납땜-페이스트 인쇄법은 납땜 범프를 형성하기 위해서 페이스트에 포함된 플럭스를 사용하여 리플로 공정을 수행한다. 도금 또는 증발을 사용한 방법에서, 도금 또는 증발 공정은 납땜막 또는 코팅의 형성을 수행한다. 플럭스를 납땜박막에 적용시킨 후, 리플로 공정을 수행하면 구형표면의 범프가 형성된다. 어느 경우이건, 플럭스를 사용한 범프의 형성은, 결과적으로 플럭스 제거에 세척공정이 필요하다. 이것은 세척공정, 장비투자 같은 것에 요구되는 인시 (man hour) 와 관계된 비용 문제를 일으킨다.
플럭스는 문제도 일으킨다. 즉, 리플로 공정을 수행한 후에 세척이 불충분하면, 활성제 (active agent) 가 LSI 칩 같은 전자부품상에 남는다. 만약 남은 활성제가 전기 절연을 저하하는 수분, 이온을 흡수하면, 생산된 전자 부품의 예를 들어, 이동성 같은 것의 신뢰도를 떨어트린다.
도 (10a) 내지 도 (10e) 는 플립 칩 장착의 알려진 방법을 도시한다. 도 (10a) 에서 보여지듯이, 볼 마운터 헤드 (4) 로 유지되는 볼 (3) 은 플럭스 (12a) 가 적용된 LSI 칩 (5) 상에 장착된다. 도 (10b) 는 리플로 공정을 통해위에 형성된 범프 (3) 가 있는 LSI 칩 (5) 을 도시한다. 범프 (3) 가 있는 LSI 칩 (5) 은 마운터 헤드 (7) 에 적재되어 있고 인쇄 배선반 (8) 에 대항하여 정열되어 있는것이 도 (10c) 에 보여진다. 이 공정에서, 플럭스 (12b) 는 배선반 (8) 에 적용된다. 칩 (5) 이 위에 있는 배선반 (8) 에 리플로 공정이 종속되고, 다음에 플럭스 (12b) 가 세척작업으로 제거되는 것이 도 (10d) 에 도시된다. 마지막으로, 도 (10e) 에서 보여지듯이, 충진불량부를 채우는 공정이 시행된다.
플립 칩 장착 방법에서, LSI 칩 장착전에, 플럭스를 범프 팁이나 인쇄 배선반에 적용한다. 그 후에, 남땝은 납땜 이음새를 만드는데서 얻어진다. 이 방법은 범프를 형성하는 방법으로서 비슷한 문제점을 갖는다.
특히, 회로 집적도의 증가로인해 LSI 칩의 핀 간격이 더 미세해지면서, 범프의 높이가 낮아지는 경향이 있고 LSI 칩과 배선반사이의 간격이 더 좁아지게 된다. 이것은 종래 기술과 비교할 때 세척으로 플럭스를 제거하기 더 어렵게 만든다. 그러므로 잔류 플럭스는 심각한 문제가 된다. 이러한 플럭스는 상기 낮은 신뢰도 문제와 충진불량부를 채우는 공정의 방해를 일으킨다. 이것은 어셈블리나 LSI 칩 같은 제조품의 수율을 낮추는 결과를 가져온다.
이런 어려움을 극복하기 위해서, 도 (9) 에서 보여지듯이, 일반 플럭스를 사용하지 않고 플럭스의 효과를 가진 열경화성 수지 (1) 를 사용한 플립 칩 장착 방법이 제안되어 왔다.
그러나 상기 방법이 많은 수의 범프를 가진 LSI 칩에 적용되었을 때, 범프로 둘러싸인 구역에 공기가 쉽게 빠려들어간다. 결과적으로, 리플로 공정과 관련된 높은 온도 때문에 공기가 빠르게 확장되어, 칩에 균열을 일으킨다. 더욱이, 리플로 공정이 수행되었을때 수지량이 적당히 조절되지 않으면, 장착공정에서 LSI 칩이 수지의 상승력에 의해 적당한 위치에서 움직이는 문제가 발생한다. 더욱이, 수지는 다음의 요구에 따라야 한다. 수지는 수지내 포함된 수분을 예방하기 위한 수분흡수에 저항력을 가지고 있어서 수지내 수분이 리플로 공정에 적용되는 빠른 가열에 의해 팽창하는 것과 균열의 발생 같은 것을 예방해야 한다. 수지의 열팽창계수가 실리콘 기판과 같은 것의 열팽창계수와 비슷해서 열응력을 줄이는 선택을 해야한다. 성질들에 관해서는, 수지가 플럭스와 양립하는 것은 쉽지않다.
플립-칩 볼 그리드 어래이 (FCBGA; flip-chip ball grid array) 에서, LSI 칩은 납땜 범프상 회로판위에 장착되고 이런 목적으로 플럭스는 많은 상황에서 연결을 확립하는데 사용된다. 예를 들어, 납땜 범프가 LSI 칩상 볼을 장착으로 형성되고, 범프를 위에 가진 LSI 칩이 내부 포우저 (pouser) 판위에 놓여있고, LSI 칩이 범프의 도움으로 내부 포우저 판에 장착되고, LSI 칩을 위에 가진 내부 포우저 판이 인쇄 배선반에 장착되는 경우에 플럭스가 사용된다. Sn (stannum; 주석)/Pb (lead; 납) 으로 구성되어 있고 고융점을 가진 납땜이 상기 공정에서 납땜 재료로서 사용되었을 때, 리플로 공정에서 공급된 고온에서 연소된 플럭스는 완전히 세척될 수 없다. 플립 칩이 장착된 후에 이런 문제가 생성된다. 예를 들어, 충진불량부 수지는 배선반이나 칩에서 벗겨져 나온다. 플립-칩 장착에서, 특별 세척장치가 작은 틈에 외부물질은 세척하는데 사용된다. 그러나, 특별세척장치를 사용해도, 이 방법은 세척에 긴시간이 요구되어 비용문제를 일으킨다. 장래 LSI 칩에는 더 미세한 틈이 필요하여, 현 세척방법은 상기 세척 장치를 사용할 때 신뢰도를 얻는데 어려움을 가질 것으로 추정된다.
이런 이유로, 가능한 빨리 플럭스없이 만드는 세척공정이 필요없는 방법의 개발이 필요한다. 플립-칩 장착을 수행하기 전에 활성수지를 떨어트리는 공정이 제안되어 왔음을 주목해야 한다. 이 공정은 그 자체로 공정을 단순화 시킨다. 그러나, 강화수지의 특성이 장치의 전기적 신뢰도를 만족하는지 확신시키지 못하고 있다.
본 발명의 목적은 납땜 범프를 형성하는 방법을 제공하는데 있고: 활성수지상 LSI 칩의 전극상에 납땜을 장착하고; 가열시켜 상기 납땜을 용융시켜 납땜 범프를 형성하고 이것으로 상기 납땜 범프롸 상기 전극을 연결하는 단계를 포함하고 있다.
본 발명에 따르면 가열을 적용하는 단계에서, 소정의 모양을 가진 납땜과 전극은 대체로 납땜과 전극사이의 경계에 있는 최소한의 활성수지를 제거함으로써 연결된다.
본 발명에 따르면, 활성수지는 가열시 경화되는 열경화 (heat-curable) 수지이다.
다른 발명에 따르면, 플립 칩 장착 방법은: LSI 칩의 납땜 범프의 끝 부분상에 그리고/또는 적어도 범프가 형성된 배선반의 패드위에 활성수지를 적용하고; 상기 칩 위치를 고정시키므로 상기 배선반위에서 가열시켜 상기 납땜 범프를 용융시켜 상기 납땜 범프를 상기 배선반에 연결시키고; 상기 LSI 칩과 상기 배선반 사이의 틈에 충진불량부를 채우는 단계로 이루어진 방법이다.
상기 발명에서, 활성수지는 플럭스 효과를 가지고 있는 열경화성 수지이다.
또 다른 발명에 따르면, 플립 칩 장착 방법은: 제 1 활성수지를 소정의 형태를 가진 납땜에 그리고/또는 적어도 범프가 형성된 LSI 칩의 패드에 적용하고; 상기 칩이 납땜 범프를 위에 형성하는 리플로 공정에 종속시키기 위한 상기 LSI 칩상에 상기 납땜을 장착과; 제 2 활성수지를 상기 납땜 범프에 그리고/또는 적어도 범프가 형성된 배선반의 패드위에 적용시키고; 상기 칩의 위치를 고정시키기 위해 상기 배선반위에 LSI 칩을 장착하고; 가열시켜 납땜 범프를 용융해서, 상기 납땜을 상기 배선반에 연결하고; LSI 칩과 상기 배선반 사이의 틈에 충진불량 수지를 채우는 단계를 포함하고 있다.
또 다른 발명에 따르면, 여기에 제공된 장착 구조체는: 납땜 범프를 사용하는 플립-칩 장착에 종속된 LSI 칩은 상기 LSI 칩이 적어도 상기 납땜 범프의 연결부와 그 부근에 활성수지를 사용하는 특징을 포함하고 있다.
다른 발명에 따르면, 여기에 제공된 장착구조체는: 납땜 범프를 위에 가진 LSI 칩이 경화 활성수지로 구성된 보호박막이 상기 LSI 칩의 표면상에 형성된 특징을 포함하고 있다.
다른 발명에 따르면, 여기에 제공된 장착 구조체는: LSI 패키지가 납땜 볼에 연결되어 있고; 상기 납땜 볼의 부분의 연결부와 상기 LSI 패키지의 외부 끝에 패드와 관련된 부근에서 적어도 경화 활성수지로 구성된 강화수지를 갖는 특징을 포함하고 있다.
다른 발명에 따르면, 제공된 장착 구조체는: LSI 칩과 배선반이 납땜 범프를 통해 서로 연결되어 있고; 플럭스 효과를 갖는 열경화성 수지가 상기 배선반의 전표면상이나 상기 배선반과 상기 범프가 연결된 부위에서 경화되고, 충진불량 수지가 상기 LSI 칩과 상기 배선반 사이의 틈을 채우는 특징을 포함하고 있다.
또 다른 발명에 따르면, 여기서 제공된 장착구조체는: LSI 칩과 배선반은 납땜 범프를 통해 연결되고, 열경화성 수지는 상기 LSI 칩 전표면상이나 상기 LSI 칩과 상기 납땜 범프를 연결하는 부위에서, 그리고 상기 배선반 전표면상이나 상기 배선반과 상기 납땜 범프를 연결하는 부위상에서 경화되고, 상기 LSI 칩과 상기 배선반 사이의 틈에 충진불량 수지를 채우는 특징을 포함하고 있다.
본 발명의 목적과 특징은 덧붙인 도면과 함께 다음의 자세한 묘사를 고려하면 더 확실해 질 것이다.:
도 (1) 는 납땜 볼이 마운터 헤드 (mounter head) 의 흡입으로 유지되는 예를 도시한다;
도 (2) 는 고정활성수지을 가진 납땜 볼이 LSI 칩상 전극에 대항해서 정열되는 예를 도시한다;
도 (3) 는 리플로 (reflow) 공정의 수행으로 형성되는 납땜 범프상의 LSI 칩을 도시한다;
도 (4) 는 칩이 위에 마운터 헤드의 형성과 흡입으로 유지되는 범프를 갖는 활성수지가 그 범프의 표면위에 고정되는 인쇄 배선반상 LSI 칩을 장착시키는 작업을 도시한다;
도 (5) 는 칩과 배선반 (board) 이 리플로 공정에 종속되어 온 후, 범프가 형성된 LSI 칩은 구리 패드가 위에 배열어 있는 인쇄 배선반에 연결되어 있는 것을 도시한다;
도 (6) 는 LSI 칩과 평판사이의 틈을 분배기 (dispenser) 같은 것으로 충진불량 수지을 채우기 위한 작업을 도시한다;
도 (7) 는 플럭스 효과를 갖는 열경화성수지가 보호막으로서 사용된 플립 칩의 예를 도시한다;
도 (8) 는 LSI 칩과 반사이에 활성수지는 충진불량 수지로서 사용된것을 도시한다;
도 (9) 는 플럭스 효과를 가진 열경화성 수지는 플립-칩 장착 작동에 적용된 종래기술을 도시하고;
도 (10a 내지 10e) 는 종래 기술 방법과 관련된 플립 칩 장착의 알려진 방법을 도시한다.
*도면의 주요부분에 대한 부호설명*
1. (1a, 1b) 활성수지 2. 평판
3. 납땜 볼 5. LSI
6. LSI 전극 7. 마운터 헤드
8. 인쇄 배선반 9. 기판전극
본 발명은 플럭스 효과를 갖는 열경화성 수지를 사용한 납땜 범프를 형성하는 방법, 납땜 범프를 사용한 플립 칩 장착방법과, 이들 방법을 사용하여 얻어진 장착구조체 즉, 납땜 범프 형성과 플립 칩 장착 방법과 관련되어 있다. 더 구체적으로는, 본 발명은 종래 기술의 범프형성공정과 플립-칩 장착 공정에서 사용된 플럭스 대신에 활성수지를 사용하여 납땜 연결 부위를 만드는 납땜 공정을 제공한다.
본 발명에 따르는 범프 형성 공정에서, 납땜 범프는 플럭스 효과를 갖는 활성수지의 도움으로 패드위에 형성되고, 다음에 활성수지를 제거할 필요없이 플립-칩 장착에 종속된다. 따라서, 종래 공정에서 요구되는 세척공정이 생략될 수 있고 공정 그 자체가 간단해진다. 더욱이, 이것은 불충분한 세척때문에 생긴 잔류 플럭스에 의해 영향을 받는 신뢰성을 예방할 수 있다. 부가적으로, 강화 또는 경화 활성수지는 범프를 강화시키거나 칩을 보호하는 역할을 한다.
플립-칩 장착 수행시, LSI 칩은 활성수지를 사용하여 배선반에 연결되고, 활성수지의 제거없이 칩과 배선반사이의 틈에 충진불량 수지를 채운다. 따라서 공정이 간단해 질 수 있고, 동시에 장착구조체가 역으로 잔류 플럭스의 영향을 받는 것을 예방할 수 있다. 충진불량 수지에 관하여는, 충진 작업시 높은 신뢰도와 만족할 만한 특징을 가진 수지를 채택하는 것이 가능하다. 결과적으로, 높은 신뢰도의 장착구조체가 생산될 수 있다. 다른 방법으로 확실하게 기술되지 않는다면, 장착구조체의 개념으로, 본 발명에 따른 장착 구조체는 예를 들어, 강화되기 전에 활성수지로 코팅된 구조를 포함하고 있다.
일반 납땜 공정에서 플럭스의 주요 작용은 납땜 표면상 그리고 납땜으로 연결된 연결부위상에 형성된 산화박막을 제거하는 화학작용에 있다. 또한 플럭스는 납땜과 관련 표면을 덮어 산화를 예방한다. 납땜에 사용되는 플럭스로 사용되는 알려진 수지로는 로진 (rosin), 로진-변형 (rosin-denatured) 수지와 합성수지를 포함하고 있다. 그러나, 이 수지를 사용하는 플럭스는 열경화성 성질이 부족하고, 범프를 강화하는 효과뿐 아니라 플립-칩 구조체내의 열응력을 경감시키는 효과도 가지고 있지 않다. 플럭스에 포함된 활성제로서, 아민-기초 할로겐 염 (amine-based halogen salt), 유기산 (organic acid) 또는 비슷한 것을 사용하여 왔다. 그러나 활성제를 포함한 플럭스를 세척후에도 이러한 활성제가 남아있다면, 활성제는 수분흡수 같은 것으로 이온화된다. 이것은 전기적 절연성을 저하시키고 이동성을 일으킨다.
반면에, 활성수지 (플럭스 효과를 갖는 열경화성 수지) 는 플럭스 효과를 갖는 작용제 (agent) 가 첨가된 기초물질인 열경화성 수지로 구성되어 있다. 결과적으로, 활성수지는 납땜 표면상에 형성된 산화박막과 납땜으로 연결된 연결부위의 박막을 제거하는 것으로 작용한다.
다르게 말하면, 수지가 강화되기전 납땜의 가열 공정에서, 플럭스 효과를 갖는 작용제를 활성화시켜, 납땜 표면상과 납땜으로 연결된 연결부위의 산화막을 제거한다. 산화막이 제거된 후에, 표면은 활성수지로 코팅된다. 이것의 장점은 표면 재산화의 예방이다. 활성수지가 기초 수지에 강화연결 (link) 또는 결합 (bond) 시 즉, 기초 수지에 단단히 결합되어 있으면 화학적으로 안정해지고, 따라서 충분한 전기적 절연성을 제공한다. 활성수지는 플럭스 효과를 갖는 화학 그룹이 첨가되는 특성을 설정하는 작용제로 구성된 화합물을 포함하고 있다. 이러한 특성을 갖는 수지가 본 발명에 사용된 활성수지에 포함되어 있다. 열경화성 수지는 에폭시 (epoxy), 불포화 폴리에스테르 (polyester), 불포화 폴리에스테르와 활성 하이드록실 (hydroxyl) 그룹을 갖는 혼합물의 조합물인 폴리에스테르 또는 비슷한 것, 아크릴산 실리콘 (silicon acrylate) 과 (메타; metha) 아크리옥시프로필 폴리실록산 (acryoxypropyl polysiloxane) 의 아크릴산 에폭시를 포함한 아크릴산 같은 것을 포함한다. 수지는 열경화 단계에서 강화를 가속시키는열경화성 수지 그리고/또는 경화 작용제 (가열로 경화시키는 라디칼 (radical) 을 발생시키는 라디칼 기폭제, 음이온 기폭제 또는 양이온 기폭제) 를 열경화성 수지에 적용시키는 촉진제를 가지고 있다. 상온에서 경화하는-시아노아크릴산 (cyanoacrylate) 같은 접착제의 사용도 가능하다. 열경화성 수지, 촉진제, 경화기나 상기 기폭제 중 두 개 이상을 조합하여 이용할 수 있다.
플럭스 효과를 갖는 작용제는 (메타) 아크릴산과 말레산 (maleic acid) 같은 불포화산, 옥살산 (oxalic acid) 과 말론산 (malonic acid) 같은 유기 2가산, 시트르산 (citric acid) 같은 유기산을 포함하고 있으며, 더욱이 적어도 하나 이상의 할로겐 (halogen) 그룹, 하이드록실 (hydroxyl) 그룹, 니트릴 (nitrile) 그룹, 벤질 (benzylic) 그룹, 카르복실 (carboxyl) 그룹 등을 탄화수소 (hydrocarbon) 의 곁사슬 (side chain) 에 가지고 있다. 플럭스 효과를 갖는 작용제를 사용하여, 산화박막은 제거될 수 있다. 플럭스 효과를 갖는 작용제는 (메타)알릴 (allylic) 알코올 같은 불포화 알코올도 포함하고 있다. 트리멜리트산 (trimellitic acid), 테트라멜리트산 (tetramellitic acid) 과 공지 킬레이트 (chelating) 작용제는 또한 그러한 효과를 가진 작용제로 사용될 수 있다. 플럭스 효과를 가진 두가지 이상의 그러한 작용제는 조합하여 사용될 수 있다. 플럭스는 공지의 겔 (gelling) 작용제에 포함될 수 있다.
이제 본 발명의 실시예에 따라서 범프 형성 방법, 플립 칩 장착 방법 같은 것을 자세히 기술할 것이다. 본 발명은 본 실시예에 제한되지 않는다는 것을 주목해야 한다.
제 1 실시예:
도 (1 내지 3) 을 참조하여, 납땜 범프가 LSI 칩상 납땜 볼 장착으로 형성되는 본 발명에 따라 제 1 실시예를 기술할 것이다.
도 (1) 에서 보여지듯이, 각각의 직경 (D) 예를들어, 0.15 밀리미터 (㎜) 를 갖는 납땜 볼 (3) 이 (아래에 기술될) LSI 칩상에 배열된 전극의 패턴과 같은 위치패턴으로 볼 마운터 헤드 (4) 의 흡입구아래에 배열될 것이다. 본 실시예에서, 납땜 볼은 Sn/Pb 공융 (eutectic) 으로 만들어진다.
다음 공정에서, 활성수지 (1) 는 스크린 인쇄 방법을 사용하여 평판 (2) 에 적용되고, 그다음 평판 (2) 을 소정의 부하로 상기처럼 배열된 납땜 볼 (3) 을 향하여 누른다. 결과적으로, 활성수지 (1) 는 도 (1) 에서 보여지듯이 볼 (3) 의 표면상에 고정된다. 평판 (2) 상에 인쇄된 활성수지 (1) 는 0.04 (㎜) 두께를 갖는다.
본 실시예에 따른 납땜 볼 (3) 은 예를 들어, Sn/Pb 공융으로 만들어진다. 그러나, 범프의 재료는 Sn/Pb 공융에 제한되지 않는다. 예를 들어, (Sn/Pb 공융을 제외한) Sn/Pb, Sn/Ag, Sn/Cu, Sn/Sb, Sn/Zn, Sn/Bi 와 이들 물질 중 어느 하나에 특별한 부가 원소를 첨가하여 제조된 물질들이 사용가능하고 따라서 사용될 수 있다.
스크린 인쇄 공정같은 코팅 방법으로, 활성수지를 LSI 칩 전면에 적용시키거나 예를 들어, 패드와 관계된 구역의 특정 부분에 적용시킨다. 본 발명은 상기 스크린 인쇄 공정같은 코팅 방법에 제한되지 않음이 주목된다. 예를 들어, 스퀴지 (squeegee) 를 사용한 코팅 방법, 스핀 (spin) 코딩 방법 같은 것들이 사용될 수도 있다. 유일한 납땜 볼이 활성수지로 코팅될 수 있는 핀 (pin) 코팅 공정이 사용될 수도 있다. 더욱이, 후에 활성수지가 납땜 볼로 변환되는 박막의 형태로 평판위에서, 활성 수지는 겔 작용제 같은 것을 포함함으로써 겔 상태를 갖도록 만들어지는 코팅 방법을 채택할 수도 있다.
도 (2) 에서 보여지듯이, LSI 칩 (5) 상 전극 (6) 은 납땜 볼 (3) 에 정열되고, 그리고 볼 (3) 은 LSI 칩 (5) 방향으로 소정의 부하로 압축된다. 결과적으로, 볼 (3) 은 활성수지 (1) 접착제 때문에 LSI 칩 (5) 에 임시로 고착된다. 본 실시예에서, LSI 칩 (5) 은 0.25 ㎜ 간격으로 격자배열된 구리 패드를 가진다. 그러나, LSI 패드는 구리 표면을 가지는 것으로 제한되지는 않는다. 예를 들어, 금 (Au) 박층을 위에 가진 니켈 (Ni) 로 패드는 형성될 수 있다.
다음 공정에서, 볼 (3) 이 임시로 고정된 LSI 칩 (5) 은 납땜을 가열하는데 사용되는 리플로 노나 (도시되지 않은) 챔버에 공급된다. 납땜은 용융시켜 활성수지 (1) 에 의해 보여지는 플럭스 효과를 적절히 사용함으로서 LSI 칩 (5) 상 전극과 연결된다. 이 공정의 결과로서, 납땜 범프 (3b) 가 LSI 칩 (5) 상에 형성되는 것이 도 (3) 에 도시되어있다. 따라서 LSI 전극은 볼 (3) 과 전기적 전도성이 있다. 대체로, LSI 전극과 범프사이의 경계에 강화되지 않은 활성수지가 남아있다. 따라서, 전도성 결함의 가능성이 없다.
리플로 공정 다음에, 활성수지는 필요하다면 경화 (후강화; after-hardening) 공정에서 완전히 강화된다. 따라서, 화학적으로 안정하고 경화된 활성수지가 LSI 칩상에 남게된다. 강화공정의 완성으로, 플럭스 효과를 갖는 작용제는 활성수지에서 실용적인 움직임이 없어서, 플럭스 효과를 잃게된다. 그러므로, 납땜에 사용되는 일반 플럭스와는 다르게 세척이 플럭스 제거에 필요하지 않다. 상기 공정으로 얻어지는 LSI 칩은 후공정 즉, 플립-칩 장착 공정에 제공될 수 있다.
본 발명에서, 볼 끝부부의 근처 구역뿐만아니라 볼전체에 활성수지가 적용된다면, 강화 또는 경화된 후에 활성수지는 기계연삭 (mechanical grinding) 같은 것으로 제거될 수 있다. 볼이 끝 부분에 얇고 강화 활성수지를 가지고 있을때, 수지는 플라즈마 (plasma) 세척, 솔질 (brushing) 같은 것으로 제거될 수 있다.
본 발명에 사용되는 활성수지는 범프 연결 응력 (strength of bump connection) 이 관계되는 한 강화효과도 제공될 수 있다. 부가적으로, 활성수지가 예를 들어, 인쇄 공정으로 전 표면에 적용될 때 활성수지가 보호를 위한 수지로서 이용될 수 있다.
제 2 실시예:
이제 도 (4 내지 6) 를 참조하여, 본 발명에 따른 제 2 실시예의 기술이 주어질 것이다. 제 2 실시예에서, 범프가 형성되어 온 구리 패드가 정열된 LSI 칩은 LSI 칩의 배열위치와 같은 배열위치로 배열된 구리 패드도 갖는 인쇄 배선반위에 장착된다.
도 (4) 에서 보여지듯이, 제 2 실시예에 따른 LSI 칩 (5) 은 제 1 실시에에 기술된 방법으로 형성되어온 범프를 가지고 있다. LSI 칩 (5) 은 마운터 헤드 (7) 의 흡입력으로 마운터 헤드 (7) 밑에 유지되어 있고, 활성수지 (1b) 는 제 1 실시예에서 기술된 같은 방법으로 범프 표면상에 공정되어 있다. 범프는 인쇄 배선반 (8) 상 전극 (9) 에 배열되어 있다. 범프를 갖는 LSI 칩 (5) 은 임시로 위에 고정되기 위해 배선반 (8) 을 향해서 이후에 소정의 부하로 압축된다.
Sn/Pb 공융으로 만들어진 납땜 범프를 갖는 LSI 칩이 이용될 수 있고, 여기서 볼은 일반 플럭스를 사용하여 장착되어 왔고 후에 이 플럭스는 세척되어 왔다는 것이 주목된다. Sn/Pb 공융 납땜 같은 것을 갖는 배선반상 전극 패드를 전코팅 (pre-coat) 하는 것도 가능하다. 활성수지는 스크린 인쇄 방법을 사용하여 인쇄 배선반 (8) 의 전 표면에 적용될 수 있다.
LSI 칩 (5) 이 임시로 고정되어 온 배선반 (8) 은 리플로 노나 (도시되지 않은) 챔버로 공급된 것이 도 (5) 에 보여지고, 여기서 가열하여 납땜 범프 (3b) 를 녹이고 플립 칩은 결과적으로 활성수지 (1b) 에 의해 공급된 플럭스 효과로 배선반 (8) 과 연결된다.
활성수지는 임시고정의 제공과 충분한 후경화 (after-curing) 를 수행할 목적으로 전경화시킬 수 있다. 리플로 공정과 LSI 칩의 장착은 마운터 헤드의 표면온도조절이 가능한 마운터를 사용함으로써 동시에 수행될 수 있다.
활성수지가 급속 (fast) 경화형이라면, 충진불량부를 채우는 공정이 즉시 수행될 수 있다. 다른 방법으로, 활성수지가 활성수지가 새지않는 상태에서 전경화될 수 있다. 후에, 활성수지 (1b) 와 충진불량 수지 (11) 가 동시에 경화되는 것이 도 (6) 에 도시되어 있다.
본 실시예에서, 배선반 (8) 과 LSI 칩 (5) 은 곧 연결되고 세척공정의 수행없이 충진불량 수지 (11) 의 공급에 종속된다. LSI 칩 (5) 이 장착되어온 배선반 (8) 은 열판으로 (섭씨) 몇십도 까지 가열되고, 후에 충진불량 수지 (11) 는 LSI 칩 (5) 의 측방향 부분에서 분배기 (10) 로 공급된다. 본 작업에서, 충진불량 수지 (11) 는 모세관 현상을 이용하여 배선반과 칩사이의 틈을 통해서 뿌림으로서 공급된다. 본 발명에서, 활성수지 (11) 는 모세관 현상으로 틈이 채워지고, 따라서 수지 (11) 에 도입된 공기에 의해 만들어질 공간 (void) 발행의 가능성은 없다.
충진불량 수지의 관점에서, 어느 정도 공지된 수지는 신뢰도를 가지고 사용될 수 있다. 도 (8) 에 보여지듯이, 활성수지 (1) 는 충진불량 수지로서도 사용될 수 있다.
제 3 실시예:
제 1 그리고 제 2 실시예에 따른 방법에서, 범프형성공정에서 배선반상 LSI 칩 장착공정까지를 통해서 플럭스대신에 활성수지를 사용하여 플립 칩은 제조된다. 이 경우에, 범프를 형성시키는데 사용되는 활성수지는 플립 칩 장착에 사용되는 것과 다를 수 있다. 예를 들어, 고융점을 갖고 Pb가 많은 Sn/Pb 로 된 납땜 범프가 형성된, 그리고 Sn/Pb 공융 납땜을 사용하여 만들어진 배선반과 연결된 경우에 활성수지는 다음과 같이 적절하게 선택되어질 수 있다. 즉, 범프형성에 사용되는 활성수지는 열저항을 갖고 고온에서 경화되는 수지일 수 있고, 반면에 연결에 사용되는 활성수지는 상대적으로 저온에서 경화되는 수지일 수 있다.
활성수지가 LSI 칩 전표면에 적용되고 범프 형성 후에 경화될 가능성도 있다. 따라서 LSI 칩은 표면보호박막으로서 경화활성수지를 포함하는 납땜 범프를 가진다.
재배선층이 격자에 납땜 범프를 배열시키기 위해 형성되는 경우를 포함하여, 베어 (bare) 칩 또는 베어 칩과 비슷한 상태의 LSI 칩은 쉽게 손상된다. 이런 문제를 극복하기 위해서, LSI 칩이 다루어 질때 칩 같은 것의 부재를 예방하기 위해서 보호박막을 갖는 LSI 칩이 사용되는 것이 도 (7) 에 도시되어 있다.
본 실시예는 웨이퍼-레벨 칩-사이즈 패키지 (CSP; wafer-level chip-size package) 에 적용될 수 있다. 즉, 회로가 구성되어온 LSI 웨이퍼상에 도금과 증발을 사용하여 납땜 층을 형성시킬 가능성이 있고, 나중에 활성수지가 납땜 층에 적용된다. 가열시켜 납땜을 용융시키면, 납땜은 구형이 된다. 동시에, 활성수지는 경화되어 표면보호박막을 형성시킨다. 마지막으로, 칩-사이즈 패키지는 웨이퍼를 잘라서 (dice) 생산된다.
상기 범프형성방법과 비슷한 방법은 볼-그리드 어레이 형 (ball-grid array type) 의 반도체 팩키지의 외부 끝부분에 사용되는 납땜 볼을 연결하는데 사용될 수 있다. 본 발명은 칩이 인쇄 배선반위에 장착된 후에 열응력으로 납땜된 부위의 밑부분 (base region) 에서 발생되는 크랙을 예방한다. 매우 미세한 핀간격을 가진 칩-사이즈 팩키지 같은 것에 이 방법이 특히 효과적이다.
본 발명에 따르면, 플럭스 작용제 대신 플럭스 효과를 가진 활성수지를 사용함으로써, 플럭스를 세척하는 세척공정이 없어질 수 있다. 이것은 납땜 전공정을 간편화시키고 장치 (facilities) 와 팩키지 어셈블링 (assembling) 의 단가를 절감시키는데 유리하다.
본 발명은 제품의 장기 신뢰성을 떨어뜨리는 잔여 플럭스가 칩상에 없기 때문에 높은 신뢰성 칩을 실현시킨다. 활성수지가 강화와 보호수지로서 작용하므로 칩이 다루어지거나 장착될 때 문제점을 피할 수 있다. 특히, 범프 형성 공정이 적절히 수행될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 플립-칩 장착 공정에서, 수지는 나중에 채워지고, 정확한 수지량의 조절이 필요없다. 본 발명에서, 활성수지는 모세관 현상으로 채워져, 장착작동을 수행하는 동안 수지에 제공되는 공기를 야기시키는 공간발생의 가능성이 없다. 이것으로 장착작동에 관한 만족할 만한 수율을 얻는다. 따라서 충진불량 작용제는 끝부분에 선택될 수 있어, 높은 신뢰도의 수지가 충진불량 수지로서 선택될 수 있다. 더욱이, 활성수지는 충진불량 작용제로서 사용될 수 있다.
본 발명은 특별한 도시예를 참조로 기술되어진 반면에, 본 발명은 본 실시예로 제한되지 않을 뿐만아니라 첨가 청구항으로서도 제한되는 것은 아니다. 기술자들은 본 실시예를 본 발명의 범위와 성향에서 벗어남이 없이 바꾸거나 수정할 수 있음으로 이해된다.
본 발명은 특별한 도시예를 참조로 기술되어진 반면에, 본 발명은 본 실시예로 제한되지 않을 뿐만아니라 첨가 청구항으로서도 제한되는 것은 아니다. 기술자들은 본 실시예를 본 발명의 범위와 성향에서 벗어남이 없이 바꾸거나 수정할 수 있음으로 이해된다.

Claims (17)

  1. 납땜 범프 형성 방법으로서,
    활성수지위에 LSI 칩의 전극상에 납땜을 장착하는 단계; 및
    상기 납땜을 가열시켜 용융하여 납땜 범프를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 납땜 범프는 상기 전극에 연결되는 것을 특징으로 하는 납땜 범프 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성수지가 가열시 경화되는 열경화수지인 것을 특징으로 하는 납땜 범프 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성수지는 플럭스 효과를 갖는 작용제 및 열경화성 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 납땜 범프 형성 방법.
  4. 납땜 범프 형성 방법에 있어서,
    활성수지위에 LSI 칩의 전극상에 납땜을 장착하는 단계; 및
    상기 납땜을 가열시켜 용융하여 납땜 범프를 형성하고, 이것으로 상기 납땜 범프를 상기 전극에 연결시키는 단계를 포함하고,
    상기 가열단계에서, 소정의 형태를 갖는 상기 납땜과 상기 전극은 대체로 적어도 상기 납땜과 상기 전극 사이 경계에서 상기 활성수지를 제거함으로써 연결되는 것을 특징으로 하는 납땜 범프 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 활성수지는 가열시 경화되는 열경화수지인 것을 특징으로 하는 납땜 범프 형성 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 활성수지는 플럭스 효과를 갖는 작용제 및 열경화성 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 납땜 범프 형성 방법.
  7. 납땜 범프 형성 방법에 있어서,
    활성수지위에 LSI 칩의 전극상에 납땜을 장착하는 단계; 및
    상기 납땜을 가열시켜 용융하여 납땜 범프를 형성하고, 이것으로 상기 납땜 범프를 상기 전극에 연결하는 단계를 포함하고,
    상기 가열단계에서, 소정의 형태를 갖는 상기 납땜과 상기 전극은 대체로 적어도 상기 납땜과 상기 전극 사이 경계에서 상기 활성수지를 제거함으로써 연결되고,
    상기 활성수지는 가열시 경화되는 열경화수지인 것을 특징으로 하는 납땜 범프를 형성하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 활성수지는 플럭스 효과를 갖는 작용제 및 열경화성 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 납땜 범프 형성 방법.
  9. 플립 칩 장착 방법으로서,
    소정의 형태를 갖는 납땜에 그리고/또는 적어도 범프가 형성된 LSI 칩의 패드에 제 1 활성수지를 부착하는 단계;
    상기 칩이 리플로 공정에 종속되어 납땜 범프를 위에 형성하는 상기 LSI 칩상 상기 납땜을 장착하는 단계;
    제 2 활성수지를 상기 범프의 끝부분에 그리고/또는 적어도 범프가 형성되는 배선반의 패드에 부착하는 단계;
    상기 배선반에 상기 칩의 위치를 고정시킴으로써 상기 LSI 칩을 장착하는 단계;
    가열시켜 상기 납땜 범프를 용융시켜서, 상기 납땜 범프를 상기 배선반에 연결시키는 단계; 및
    상기 LSI 칩과 상기 배선반사이의 틈에 충진불량 수지를 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 장착 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 활성수지는 플럭스 효과를 갖는 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는 플립 칩 장착 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 납땜은 납땜 볼인 것을 특징으로 하는 플립 칩 장착 방법.
  12. 납땜 범프를 사용하여 플립-칩 장착이 행해지는 LSI 칩을 포함하는 장착구조체로서,
    상기 LSI 칩은 적어도 상기 납땜 범프의 연결부와 상기 연결부 부근에 활성수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 장착구조체.
  13. LSI 칩 위에 납땜 범프를 갖는 상기 LSI 칩을 포함하는 장착구조체로서,
    상기 LSI 칩의 표면에 경화 활성수지로 된 보호막이 형성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 장착구조체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 장착구조체는 칩-사이즈 패키지 인것을 특징으로 하는 장착구조체.
  15. 납땜 볼에 연결되는 LSI 패키지를 포함하는 장착구조체로서,
    상기 납땜 볼 부분에 연결부에서와 상기 LSI 패키지의 외부 단자용 패드와 관련된 부근의 연결부가 적어도 경화 활성수지로 구성된 강화용 수지를 갖는 것을 특징으로 하는 장착구조체.
  16. 배선반이 납땜 범프를 통해서 서로 연결되는 LSI 칩을 포함하는 장착구조체로서,
    플럭스 효과를 갖는 열경화성 수지는 상기 배선반의 전표면 또는 상기 배선반과 상기 납땜 범프를 연결하는 부위에서 경화되고, 충진불량 수지는 상기 LSI 칩과 상기 배선반 사이의 틈을 채우는 것을 특징으로 하는 장착구조체.
  17. 배선반이 납땜 범프를 통해서 서로 연결되는 LSI 칩을 포함하는 장착구조체로서,
    열경화성 수지는 상기 LSI 칩의 전표면 또는 상기 LSI 칩과 상기 납땜 범프를 연결하는 부위상, 그리고 상기 배선반의 전표면 또는 상기 배선반과 상기 납땜 범프를 연결하는 부분상에서 경화되고, 충진불량 수지는 상기 LSI 칩과 상기 배선반사이의 틈을 채우는 것을 특징으로 하는 장착구조체.
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