KR20040067765A - 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용하여 평판디스플레이 패널에 아이씨칩을 실장하는 방법과 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유리재질 또는 플라스틱 재질의 평판 디스플레이 패널(25)에 IC칩(21)을 칩온글라스 실장이나 칩온플라스틱 실장시키는 방법과 그 장치에 관한 것으로서, 특히 교류자기장 인가에 의한 유도가열체(22)를 이용하여 IC칩(21)을 선택적으로 가열하여 솔더범프(24)를 리플로우시켜 평판 디스플레이 패널(25)의 패드(26)에 융착함으로써 평판 디스플레이 패널(25)에는 손상을 주지 않으면서 IC칩(21)의 칩온글라스 칩온플라스틱 실장이 가능하게 된다.
또한 본 발명에 의한 장치에서는 교류자기장을 인가하기 위한 유도코일(23)의 크기가 평판 디스플레이 패널(25)의 크기에 무관하여 장치의 소형화가 가능하며, 평판 디스플레이 패널(25)의 크기에 무관하게 동일한 장치의 사용이 가능하여 경제적인 이점이 있다.

Description

교류자기장에 의한 유도가열체를 이용하여 평판 디스플레이 패널에 아이씨칩을 실장하는 방법과 그 장치 {Mounting methods of IC chips on flat panel display using induction heating body in the AC magnetic field and the apparatus which uses the same methods}
본 발명은 유리기판이나 플라스틱 기판에 형성한 평판 디스플레이 패널(25)에 IC(Integrated Circuit)칩을 칩온글라스(Chip on Glass; COG) 또는 칩온플라스틱 (Chip on Plastic; COP) 실장하는 방법과 그 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 교류자기장 인가에 의한 유도가열체를 이용하여 IC칩의 솔더범프를 선택적으로 가열하여 리플로우 함으로써 평판 디스플레이 패널에 칩온글라스 또는 칩온플라스틱 실장시키는 방법과 그 장치를 제공한다.
기존의 텔레비전이나 컴퓨터의 모니터에 사용되고 있는 디스플레이 장치인 CRT(Cathode Ray Tube)는 화면이 커질수록 부피가 커지며 무게가 많이 나가기 때문에 대화면 디스플레이 장치에 부적합하며, 소비전력이 높아서 휴대용 디스플레이로 사용이 불가능한 단점이 있다. 이와 같은 CRT의 단점을 극복하기 위해 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 유기EL(Electro Luminescence)과 같은 평판 디스플레이 장치가 개발되었으며, 이들은 CRT에 비해 두께가 얇고, 무게가 가벼우며, 소비전력이 낮은 장점이 있어 대화면 텔레비전, 노트북 컴퓨터, 휴대전화나 PDA와 같은 휴대용 정보통신기기 등의 평판 디스플레이 장치로 사용되고 있다.
평판 디스플레이 장치인 LCD, PDP, 유기EL은 모두 화상을 구현하기 위한 평판 디스플레이 패널의 기판으로서 유리기판을 사용하고 있다. LCD 패널은 편광판이 부착된 두장의 유리기판 사이에 액정을 주입하고, 액정에 가하는 전기장의 세기를 변화시켜 광투과량을 조절하여 화상을 구현하는 구조로 되어 있다. PDP 패널은 전극과 형광체를 형성한 두장의 유리기판 사이에 페닝가스를 채운 후 전극에 전압을 가하면 패닝가스가 플라즈마 가스로 변해 자외선을 발생시켜 형광체를 자극하여 화상을 구현하는 구조로 되어 있다. 유기EL 패널의 경우에는 유리기판에 양극전극, 유기박막층, 음극전극이 순차적으로 형성되어 있으며 전기를 가하면 유기박막층이 자체발광하여 화상을 구현하는 구조로 되어 있다.
LCD, PDP, 유기EL과 같은 평판 디스플레이 패널을 구동하기 위해서는 IC 칩을 비롯하여 커패시터, 저항, 인덕터와 같은 전자부품이 필요하며, 이중에서 IC칩을 평판 디스플레이 패널에 연결하여 전기적 신호를 전달하기 위한 방법으로는 TAB(Tape Automated Bonding) 방법과 칩온글라스 방법이 사용되고 있다.
이중에서 TAB 방법은 폴리이미드 필름에 구리 전도막이 접착제로 붙어있는 캐리어 테입을 사용하여 IC칩을 평판 디스플레이 패널과 인쇄회로기판에 연결하는 방법으로서, 평판 디스플레이 패널의 유리기판과 캐리어 테입과의 큰 열팽창계수의 차이 때문에 미세피치의 범프를 갖는 IC칩의 접합에는 사용이 어려운 문제점이 있다. 또한 인쇄회로기판이 평판 디스플레이 패널 옆이나 패널 뒤에 위치하여야 하기 때문에, 전체 시스템의 크기가 커지거나 두꺼워지는 단점이 있으며, 고주파에서 기생 인덕턴스와 커패시턴스가 발생하여 영상처리 속도가 떨어지는 문제점이 있었다.
이에 비해 칩온글라스 방법은 IC칩에 형성한 범프를 이용하여 IC칩을 유리기판의 평판 디스플레이 패널에 직접 실장하는 방법으로서 미세한 피치를 가진 IC칩의 실장이 가능하다.
또한, IC칩의 점유면적을 최소화시킬 수 있어 평판 디스플레이 장치의 소형화와 박판화가 가능하고, IC칩과 평판 디스플레이 패널간의 거리 감소에 따른 신호전달 속도의 증가로 해상도의 향상이 가능하다.
상기한 칩온글라스 방법으로는 이방성 전도필름을 이용한 방법과 솔더범프의 리플로우를 이용한 방법이 사용될 수 있다.
이중에서 이방성 전도필름을 이용한 방법은 폴리머 기지에 Au, Ag, Ni 등의 금속입자 또는 Au/Ni을 코팅한 플라스틱 입자와 같은 전도입자가 들어있는 이방성 전도필름을 IC칩과 평판 디스플레이 패널 사이에 넣고 열압착시켜 IC칩을 평판 디스플레이 패널에 실장시키는 방법이다.
상기 이방성 전도필름을 이용한 칩온글라스 방법은 높은 온도로 가열하지 않고도 IC칩의 열압착이 가능하여 LCD의 편광판과 액정, 유기EL의 유기박막층의 열화를 방지할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 상기 이방성 전도필름을 이용하는 칩온글라스 방법에서는 LCD, PDP나 유기EL 패널에 형성된 패드와 IC칩의 범프 사이에 압착된 전도입자의 기계적 접촉에 의해 전기가 통하므로 접촉저항이 커서 LCD, PDP나 유기EL 디스플레이 패널의 성능이 저하될 수 있으며, 특히 PDP나 유기EL과 같이 고전압의 인가가 필요한 디스플레이 장치에서 큰 문제점이 될 수 있다. 또한 사용 중에 시간이 지남에 따라 접촉저항이 계속 증가하여 LCD, PDP나 유기EL 디스플레이 패널의 신뢰도가 저하하는 문제점이 발생할 수 있다.
이와 더불어 접합시 IC칩의 범프와 평판 디스플레이 패널의 패드 사이에 정렬오차가 발생하여도 자체 정렬이 안되기 때문에 50 μm 이하의 매우 미세한 피치를 갖는 IC칩의 실장에는 적용하기 어려운 단점이 있다.
이에 반해 도 1에 도시된 바와 같은, IC칩(11)에 형성한 솔더범프(12)를 리플로우 하여 IC칩(11)을 평판 디스플레이 패널(13)의 패드(14)에 접합하는 칩온글라스 방법에서는 솔더범프(12)의 리플로우 전에 IC칩(11)의 솔더범프(12)와 상기 평판 디스플레이 패널(13)의 패드(14) 사이에 정렬오차가 생기더라도 솔더범프의 리플로우시 액상솔더의 표면장력으로 자체정렬이 되기 때문에, 50 μm 이하 크기의 매우 미세한 피치를 갖는 IC칩(11)의 경우에도 정밀한 실장이 가능한 장점이 있다.
또한, 접합저항이 이방성 전도필름을 사용한 경우에 비해 현저하게 낮아 평판 디스플레이 장치의 성능 보전이 가능하며, 접합부의 신뢰도가 이방성 전도필름을 사용한 경우보다 뛰어나다는 장점이 있다.
상기한 솔더범프의 리플로우에 의한 칩온글라스 방법으로 IC칩(11)을 평판 디스플레이 패널(13)에 실장하기 위해서는 IC칩(11)과 평판 디스플레이 패널(13)을 모두 솔더범프(12)의 용융온도 이상으로 가열하여야 하기 때문에, 63Sn-37Pb 또는 Sn-3.5Ag나 Sn-0.7Cu 등의 비교적 융점이 높은 솔더범프를 사용하는 경우에는 LCD의 액정과 편광판, 유기EL의 유기박막층이 손상을 입어 성능이 저하하거나 심지어는 사용이 불가능할 수 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 용융온도가 160℃ 이하인 In, In-Ag, In-Sn, Bi-Sn 등의 저융점 솔더범프를 이용하는 칩온글라스 방법이 제안되었다.
이와 같은 저융점 솔더범프(12)를 이용한 방법에서는 적외선 가열이나 대류가열과 같은 방법으로 IC칩(11)과 평판 디스플레이 패널(13) 전체를 120∼160℃의 온도로 가열하여 저온 솔더범프(12)를 리플로우 시켜 IC칩을 평판 디스플레이 패널(13)에 칩온글라스 실장시키는 것이다.
그러나, 이와 같은 저융점 솔더들은 기계적 강도가 낮기 때문에 솔더접합부의 신뢰도가 크게 떨어지며 열피로에 취약하고, 가격이 비싸다는 문제점이 있다.
이와 더불어 평판 디스플레이 패널(13) 전체를 저융점 솔더범프(12)의 리플로우 온도인 120∼160℃로 가열하여야 하기 때문에, 63Sn-37Pb 또는 Sn-3.5Ag나 Sn-0.7Cu 등의 솔더범프를 사용한 경우보다는 심하지는 않으나 평판 디스플레이 패널이 손상을 입을 수 있다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, IC칩을 선택적으로 가열하여 솔더범프를 리플로우 함으로써 LCD, PDP나 유기EL과 같은 평판 디스플레이 패널에는 손상을 주지 않으면서 IC칩을 유리재질이나 플라스틱 재질의 평판 디스플레이 패널에 칩온글라스 칩온플라스틱 실장하는 방법과 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는, IC칩의 주변에 교류자기장에 의한 유도가열체를 구비하고, 교류자기장 인가시에 상기 유도가열체에 발생하는 열을 이용하여 IC칩을 선택적으로 가열하여 솔더범프를 리플로우 시켜줌으로써, 평판 디스플레이 패널에는 손상주지 않으면서 IC칩을 평판 디스플레이 패널에 칩온글라스 칩온플라스틱 실장시킬 수 있도록 한 것이다.
첨부도면에 의해 본 발명의 구성 및 작용을 보다 상세히 설명해보기로 한다.
도 1은 기존의 플립칩 실장방법을 나타내는 모식도,
도 2는 본 발명에서 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용한 방법과 그 장치를 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에서 금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅으로 이루어진 유도가열체를 도시한 단면도,
도 4는 도 3의 유도가열체에 대한 사시도,
도 5는 본 발명에서 IC칩에 솔더범프를 형성한 상태를 도시한 사시도,
도 6는 도 5의 A-A선에서 절단한 상태를 도시한 요부단면도,
도 7은 본 발명에서 유도가열체 위에 놓은 IC칩을 유도코일 내에 설치하여 교류자기장을 가한 상태를 도시한 개략설명도,
도 8은 본 발명에서 교류자기장 인가에 의한 유도가열체를 이용하여 리플로우시킨 구형 솔더범프를 도시한 사진,
도 9는 본 발명에서 유도가열체와 일체로 구성되어진 칩 홀딩장치의 모식도,
도 10은 본 발명에서 칩 홀딩장치를 이용하여 평판 디스플레이 패널의 패드에 IC칩을 정렬하는 과정에 대한 개략설명도,
도 11은 본 발명에서 IC칩에 형성한 폐회로 형상의 유도가열체의 모식도,
도 12는 본 발명에서 유도가열체를 구비한 IC칩 상부와 평판 디스플레이 패널 하부에 유도코일을 설치한 상태를 도시한 모식도,
도 13은 본 발명에서 평판 디스플레이 패널 하부에만 유도코일을 설치한 상태를 도시한 모식도,
도 14는 본 발명에서 유도가열체를 구비한 IC칩 상부에만 유도코일을 설치한 상태를 도시한 모식도,
도 15는 본 발명에서 평판 디스플레이 패널 하부에 냉각블록을 설치한 상태를 도시한 모식도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *
21 : IC칩 22 : 유도가열체
23 : 유도코일 24 : 솔더범프
25 : 평판 디스플레이 패널 26 : 패드
31 : 금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅
32 : 기판
91 : 칩 홀딩장치 92 : 진공흡입로
181 : 냉각블록
도 2는 본 발명에서 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용한 방법과 그 장치를 나타내는 구성도이며, 도 3은 본 발명에서 금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅으로 이루어진 유도가열체를 도시한 단면도이며, 도 4는 도 3의 유도가열체에 대한 사시도이며, 도 5는 본 발명에서 IC칩에 솔더범프를 형성한 상태를 도시한 사시도이며, 도 6는 도 5의 A-A선에서 절단한 상태를 도시한 요부단면도이다.
본 발명은 유리기판에 형성한 LCD, PDP, 유기EL과 같은 평판 디스플레이 패널(25)에 IC칩(21)을 실장시키는 칩온글라스 방법에 있어서, 교류자기장에 의한 유도가열체(22)를 이용하여 IC칩(21)을 선택적으로 가열하여 IC칩(21)의 솔더범프(24)를 리플로우 시켜 IC칩(21)을 평판 디스플레이 패널(25)에 실장시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 유도가열체(22)는 IC칩(21)만을 선택적으로 가열하기 위하여 평판 디스플레이 패널(25)에 실장하기 위한 IC칩(21)의 주변부에 구비되어진다.
즉, 본 발명에서는, 평판 디스플레이 패널(25)의 상부에 솔더범프(24)를 사이에 두고 접합되어진 IC칩(21)과, 상기 IC칩(21)의 솔더범프(24)를 리플로우 시키기 위한 가열수단으로 구성되어진 칩온글라스 장치에 있어서, 상기 가열수단으로 교류자기장에 의한 유도가열체(22)를 이용한 것을 특징으로 하는데, 보다 구체적으로 설명하자면 평판 디스플레이 패널(25)과 실장하기 위한 IC칩(21)의 인접 위치에는 유도가열체(22)를 구비하고, 위 장치의 주변부에는 상기 유도가열체(22)에 교류자기장을 인가하기 위한 유도코일(23)이 그 둘레를 에워싸고 있다.
본 발명에 따른 칩온글라스 방법의 제작공정의 초기단계는 종래 기술과 일치하므로, 도 1을 참고하여 설명하기로 한다.
먼저 IC칩(11)(본 발명의 21에 해당)에 구형 솔더범프(12)(본 발명의 24에 해당)를 형성하고 IC칩(11)(본 발명의 21에 해당)을 뒤집어서 평판 디스플레이 패널(13)(본 발명의 25에 해당)의 패드(14)(본 발명의 26에 해당)와 정렬 후, 가열수단에 의해 위 장치를 솔더범프(12)(본 발명의 24에 해당)의 융점 이상으로 가열하여 솔더범프(12)(본 발명의 24에 해당)를 리플로우, 즉 용해시킴으로써 IC칩(11)(본 발명의 21에 해당)의 솔더범프(12)(본 발명의 24에 해당)와 평판 디스플레이 패널(13)(본 발명의 25에 해당)의 패드(14)(본 발명의 26에 해당)간의 접합이 이루어진다.
이때 평판 디스플레이 패널(13)(본 발명의 25에 해당)의 패드(14)(본 발명의 26에 해당)에는 솔더접합성을 위해 Al/Ni(V)/Cu, Ti/Cu, Cr/Cu, Cr/Cr-Cu/Cu,Cu/Ni/Au, 전해도금 Cu, 무전해도금 Ni(P)를 포함하는 여타의 UBM (Under Bump Metallurgy) 처리가 되어져 있다.
그런데, 종래기술에서는 장치가열 시에 적외선 가열 또는 대류가열 방법을 사용하므로, 평판 디스플레이 패널(13) 전체의 온도를 솔더범프(12)의 융점 이상으로 가열하여야 하고, 이에 따라 LCD의 액정이나 편광판, 유기EL의 유기박막층이 손상되는 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같은 방법을 이용함으로써 위 문제점들을 해결하였다.
즉, 본 발명에서는, IC칩(21)의 선택적 가열을 위해 IC칩(21) 위에 설치하는 판 형태의 유도가열체(22)와, 상기 유도가열체(22)에 교류자기장을 인가하기 위한 권선형 유도코일(23)을 사용하여 가열수단을 구성함으로써, 종래 문제점들을 모두 해결하였다.
본 발명에서 유도코일(23)에 교류전류를 인가하면 유도코일(23)의 내부에 교류자기장이 발생된다. 이때 교류전류 인가에 의한 유도코일(23)의 가열을 방지하기 위해 유도코일(23)은 수냉 구리관으로 구성하는 것이 바람직하나, 경우에 따라서는 유도코일(23)을 수냉하지 않을 수도 있다.
본 발명에서는 상기 유도코일(23)에 의해 발생한 교류자기장에 의해 IC칩(21) 위에 설치한 판 형태의 유도가열체(22)에 와전류가 발생하여 유도가열체(22)가 가열되며, 이 열이 IC칩(21)을 통해 IC칩(21)의 솔더범프(24)로 전도되고 솔더범프(24)가 리플로우 되어 평판 디스플레이 패널(25)의 패드(26)에 융착됨으로써 평판 디스플레이 패널(25)에는 손상을 주지 않으면서 IC칩(21)을 평판 디스플레이 패널(25)에 칩온글라스 실장시키는 것이 가능하게 된다.
교류자기장에 의해 재료에 발생하는 유도기전력(emf)은 Faraday의 법칙, emf = 10-8N·dφ/dt 로 나타낼 수 있다. Faraday 법칙에서 N은 유도코일(23)의 권선수, φ는 재료를 관통하는 총자력선수이며 dφ/dt는 단위시간당 총자력선수의 변화율로 교류자기장의 주파수와 관련되는 값이다.
교류자기장 인가에 의해 발생하는 유도기전력에 의해 재료 내에 와전류가 흐르게 되어 재료에 주울 열이 발생하게 되는데, 이때 와전류의 크기는 교류자기장의 주파수가 높을수록 커지며 또한 재료의 전기저항이 작을수록 커진다.
LCD, PDP, 유기EL과 같은 평판 디스플레이 패널(25)의 기판재료인 유리는 전기부도체로 전기비저항이 1012Ω-cm 이상으로 매우 크며 또한 IC칩(21)인 반도체의 전기비저항은 104Ω-cm 정도로 크기 때문에, 10 MHz 이하의 교류자기장을 인가하여도 평판 디스플레이 패널(25)과 IC칩(21)에는 와전류가 흐르지 않아 유도가열되지 않는다.
일반적으로 전기전도체인 금속은 전기비저항이 낮기 때문에 교류자기장 인가에 의해 와전류가 발생하여 유도가열이 가능하며, 이를 금속제품의 유도용해와 유도 열처리 등에 활용하고 있다. 그러나, 금속의 경우에도 그 단면적이 임계크기 이하로 작아지게 되면 와전류가 흐를 수 있는 통로가 확보되지 않아 와전류가 흐르지 않게 되어 교류자기장에 의한 유도가열이 일어나지 않게 된다.
교류자기장을 인가하여 63Sn-37Pb 솔더범프(24)를 유도가열시켜 리플로우즉, 용해하기 위한 최소지름은 교류자기장의 주파수 10 kHz에서는 14 mm, 50 kHz에서는 6.4 mm, 200 kHz에서는 3.3 mm, 450 kHz에서는 2.1 mm, 2 MHz에서는 1 mm, 즉 1000 μm 정도 크기이다.
63Sn-37Pb 솔더범프(24)의 지름이 교류자기장의 각 주파수에서의 상기 임계지름보다 작으면 교류자기장을 인가하여도 솔더범프의 유도가열에 의한 리플로우가 일어나지 않는다.
5Sn-95Pb와 같이 납의 함량이 높은 솔더나 Sn-3.5Ag, Sn-0.7Cu, Sn-3.5Ag-1.0Cu 등과 같은 무연솔더, In, In-Ag, In-Sn, Bi-Sn 등의 저융점 솔더들도 전기비저항이 63Sn-37Pb 솔더와 별 차이가 없기 때문에 교류자기장의 각 주파수에서 유도가열에 의한 리플로우, 즉 용해가 가능한 이들 솔더범프(24)의 최소지름은 63Sn-37Pb 솔더범프의 최소지름과 유사하다.
현재 IC칩을 LCD와 같은 평판 디스플레이 패널(25)에 칩온글라스 실장하는데 사용되는 솔더범프(24)의 크기는 100 μm 정도이며, 향후에는 미세피치화를 위하여 이를 40 μm 이하로 감소시키려 하고 있다. 이와 같이 평판 디스플레이 패널(25)에 칩온글라스 실장하는데 사용될 수 있는 솔더범프(24)의 지름이 상기 교류자기장의 각 주파수에서 유도가열이 가능한 최소지름보다 매우 작기 때문에 교류자기장을 인가하더라도 IC칩(21)의 솔더범프(24)는 유도가열에 의해 리플로우 되지 않는다.
따라서 현재에는 교류자기장 인가를 이용하여 IC칩(21)을 LCD, PDP, 유기EL과 같은 평판 디스플레이 패널(25)에 칩온글라스 실장하는 것이 이루어지고 있지 않는 실정이다.
이에, 본 발명에서는 도 2에 도시한 것과 같이 IC칩(21) 부근에 유도가열체(22)를 구비하고 교류자기장 인가에 의해 유도가열체(22)에서 발생하는 열을 IC칩(21)에 전도하여 IC칩(21)에 형성된 솔더범프(24)를 리플로우 시켜 평판 디스플레이 패널(25)의 패드(26)에 융착함으로써, 평판 디스플레이 패널(25)에는 손상을 주지 않으면서 IC칩(21)을 평판 디스플레이 패널(25)에 칩온글라스 실장하는 것이 가능토록 하였다.
알루미늄, 구리, 철, 니켈, 크롬, 금, 은, 백금과 같은 금속이나 흑연 등의 전기전도체에서 교류자기장을 인가하여 솔더범프(24)의 리플로우가 가능한 200∼300℃ 이상으로 유도가열할 수 있는 최소길이는 교류자기장의 주파수 10 kHz에서는 6 mm, 50 kHz에서는 2.5 mm, 200 kHz에서는 1.3 mm, 450 kHz에서는 0.9 mm, 2 MHz에서는 0.4 mm, 즉 400 μm 정도이다.
따라서 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 크롬, 금, 은, 백금과 같은 금속이나 흑연 등의 전기전도체로 제작한 유도가열체(22)의 한 변의 길이가 교류자기장의 각 주파수에서의 상기 최소길이보다 클 경우에는 교류자기장의 인가에 의해 유도가열체(22)가 가열되며, 이 열이 열전도도가 우수한 Si 반도체로 구성된 IC칩(21)을 통하여 솔더범프(24)로 전도되며 솔더범프(24)가 리플로우 되어 IC칩(21)이 평판 디스플레이 패널(25)에 칩온글라스 실장되는 것이 가능하게 된다.
반면에 평판 디스플레이 패널(25)의 기판재료인 유리의 열전도도는 2 W/m-K로 IC칩(21) 재료인 Si의 열전도도인 148 W/m-K에 비해 매우 낮아 유도가열체(22)에서 발생한 열이 평판 디스플레이 패널(25)로 전도되기 어렵기 때문에 본 발명에의해 IC칩(21)을 평판 디스플레이 패널(25)에 칩온글라스 실장시에 평판 디스플레이 패널(25)의 손상을 방지할 수 있다.
교류자기장을 인가하여 솔더범프(24) 내에 와전류를 발생시켜 유도가열하는 것은 현재에도 솔더범프(24)의 크기가 와전류가 발생할 수 있는 최소크기보다 훨씬 작아 적용할 수 없지만, 향후 IC칩(21)의 미세피치화에 의해 솔더범프(24)의 크기가 더욱 감소함에 따라 더욱 더 적용이 불가능하게 된다.
이에 반해 교류자기장에 의해 유도가열체(22)에서 발생하는 열을 IC칩(21)을 통해 전도시켜 솔더범프(24)를 리플로우하여 평판 디스플레이 패널(25)에 칩온글라스 실장하는 본 발명은 미세피치화에 의해 솔더범프(24)의 크기가 감소할수록 이의 리플로우에 요구되는 열량이 작아지게 되므로 더욱 효과적으로 작용하게 된다.
본 발명에서 유도가열체(22)로는 전기전도체인 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 크롬, 금, 은, 백금을 포함한 모든 금속판과 흑연판의 사용이 가능하다.
본 발명에서는 또한 도 3에 도시한 것과 같이 금속박막이나 후막 또는 ITO (Indium Tin Oxide)와 같은 전도성 세라믹 코팅(31)을 세라믹과 같은 전기부도체 또는 Si과 같은 반도체의 기판(32)에 형성하여 이를 유도가열체(22)로 사용하는 것도 가능하다.
상기 금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅(31)으로 이루어진 유도가열체(22)는 세라믹 또는 Si 재질로 된 기판(32)의 일측 전면(全面)에 형성하여 사용하는 것이 가능하다. 또한 교류자기장에 의해 도체에 발생하는 와전류는 표피 효과에 의해 도체의 표면에서 주로 흐른다는 사실을 이용하여, 도 4와 같이 세라믹또는 Si 재질로 된 기판(32)의 상부 테두리부에 금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅(31)을 한 개의 폐회로 형상으로 형성하거나, 그 내부에 다수개의 폐회로 형상으로 형성함으로써 이를 유도가열체(22)로 사용하는 것도 가능하다.
기판(32)의 전면에 형성하거나 또는 모서리를 따라 하나 이상의 폐회로 형상으로 형성한 상기 금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅(31)으로 이루어진 유도가열체(22)를 사용하는 경우에는 기판(32)보다는 금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅(31)이 IC칩(21)에 면접촉하도록 유도가열체(22)와 IC칩(21)을 배치하는 것이 바람직하다.
상기 유도가열체(22)로서 금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅(31)을 형성하는 방법으로는 진공증착, 스퍼터링, 전해도금, 무전해도금, 스크린프린팅, 전자빔 증착, 화학기상증착, MBE를 포함하여 어떠한 박막 증착이나 코팅법의 사용도 가능하다.
본 발명에서는 상기 유도가열체(22)의 재질과 크기, 교류자기장의 세기와 인가시간을 변화시킴으로써 유도가열체(22)로부터 IC칩(21)으로 전도되는 열의 조절이 가능하다.
따라서 본 발명에 있어서, IC칩(21)에 형성하는 솔더범프(24)의 재료로서는 In, In-Ag, In-Sn, Bi-Sn 등의 저융점 솔더와, 63Sn-37Pb 공정솔더 뿐만 아니라 이들보다 용해온도가 높은 5Sn-95Pb 등의 고온솔더와, Sn-3.5Ag, Sn-0.7Cu, Sn-3.5Ag-1.0Cu 등과 같은 무연솔더의 사용이 가능하기 때문에 IC칩(21)과 평판 디스플레이 패널(25)의 패드(26) 사이에서 솔더범프(24)의 접합부에 대한 신뢰성 향상을 이룰 수 있다.
표 1에 나타낸 본 발명의 실시예에서 교류자기장 인가에 의한 솔더범프(24)의 리플로우와 접합 거동을 살펴보기로 한다. 이를 위한 시편의 제조과정을 도 5 및 도 6을 참조하여 상세히 설명하면 아래와 같다.
번호 유도가열판 교류자기장 솔더범프 리플로우 및접합 여부
주파수(kHz) 인가시간(초) 재질 융점(℃) 리플로우 접합
실시예1 없 음 14 600 63Sn-37Pb 183 × ×
실시예2 없 음 14 600 52In-48Sn 120 × ×
실시예3 Cu 스퍼터박막 14 80 63Sn-37Pb 183 ○ ○
실시예4 Cu 스퍼터박막 14 80 52In-48Sn 120 ○ ○
실시예5 Cu 스퍼터박막 14 807 96.5Sn-3.5Ag 221 ○ ○
실시예6 Cu 도금막 14 80 96.5Sn-3.5Ag 221 ○ ○
실시예7 Al 스퍼터박막 14 80 96.5Sn-3.5Ag 221 ○ ○
실시예8 Cu 판 14 80 63Sn-37Pb 183 ○ ○
실시예9 Cu 판 14 80 96.5Sn-3.5Ag 221 ○ ○
실시예10 흑연판 14 80 63Sn-37Pb 183 ○ ○
실시예11 흑연판 14 80 96.5Sn-3.5Ag 221 ○ ○
실시예12 없 음 275 600 63Sn-37Pb 183 × ×
실시예13 없 음 275 600 52In-48Sn 120 × ×
실시예14 Cu 스퍼터박막 275 80 63Sn-37Pb 183 ○ ○
실시예15 Cu 스퍼터박막 275 80 96.5Sn-3.5Ag 221 ○ ○
실시예16 Cu 스퍼터박막 275 80 52In-48Sn 120 ○ ○
실시예17 Cu 스퍼터박막 275 80 5Sn-95Pb 313 ○ ○
실시예18 Cu 도금막 275 80 63Sn-37Pb 183 ○ ○
실시예19 Cu 도금막 275 80 96.5Sn-3.5Ag 221 ○ ○
실시예20 Al 스퍼터박막 275 80 96.5Sn-3.5Ag 221 ○ ○
실시예21 Cu 판 275 80 63Sn-37Pb 183 ○ ○
실시예22 Cu 판 275 80 96.5Sn-3.5Ag 221 ○ ○
실시예23 Al 판 275 80 96.5Sn-3.5Ag 221 ○ ○
실시예24 흑연판 275 80 63Sn-37Pb 183 ○ ○
실시예25 흑연판 275 80 96.5Sn-3.5Ag 221 ○ ○
실시예26 Cu 스퍼터박막(5mm×3mm) 275 80 96.5Sn-3.5Ag 221 ○ ○
실시예27 Al 스퍼터박막(5mm×3mm) 275 80 96.5Sn-3.5Ag 221 ○ ○
도 5는 IC칩(21)에 형성한 솔더범프(24)를 나타내는 사시도이며, 도 6은 도 5의 A-A선에서 절단한 상태를 도시한 요부단면도이다.
우선 IC칩(21)의 UBM 상에 사진식각기술과 박막증착기술을 이용하여 표 1에 나타낸 것과 같은 63Sn-37Pb, 52In-48Sn, 96.5Sn-3.5Ag와 3Sn-95Pb 솔더들을 진공증착하고 포토레지스트를 제거하여 도 5와 도 6에 도시한 것과 같은 솔더범프(24)를 형성하였다.
도 7은 IC칩(21)에 진공증착한 상기 솔더범프(24)를 구형 솔더범프(24)로 리플로우 하기 위해 IC칩(21)을 판 형태의 유도가열체(22) 위에 올려놓고, 유도코일(23) 내에 설치하여 교류자기장을 인가하는 개략도를 나타낸다.
IC칩(21)을 선택적으로 가열하기 위한 유도가열체(22)로는 Cu 스퍼터 박막, Cu 도금막, Al 스퍼터 박막, Cu 판과 흑연판을 사용하였다.
도 3에 도시한 바와 같이, Cu 스퍼터 박막을 이용하여 금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅(31)으로 이루어진 유도가열체(22)를 제작하기 위해 우선 알루미나와 Si 재질의 기판(32)을 10 mm×10 mm의 크기로 절단하였으며, 여타 크기의 기판(32)을 사용하는 것도 가능하다. 일 예로서 실시예 26과 실시예 27에서는 5 mm×3 mm 크기의 알루미나 기판(32)에 5 mm×3 mm 크기의 Cu 스퍼터 박막과 Al 스퍼터 박막｛금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅(31)에 해당됨｝을 각각 형성한 것을 유도가열체(22)로 사용하였다.
이와 같은 기판(32)들 위에 접착층인 Cr을 500Å의 두께로 스퍼터 증착한 다음 그 위에 유도가열체(22)로서 5μm 두께의 Cu 금속박막(31)을 스퍼터 증착하였으며, 여타 두께로 된 Cu 금속박막(31)의 사용도 가능하다.
이때 접착층으로서 Cr 대신 Ti의 사용도 가능하다. 표 1에서 Al 스퍼터 박막(31)에 의한 유도가열체(22)는 상기와 같은 방법으로 알루미나와 Si 기판(32)에 증착한 Cr 접착층 위에 Cu 대신 Al을 5μm 두께로 스퍼터 증착하여 금속박막(31)을 형성해줌으로써 만들 수 있다.
유도가열체(22)로서 Cu 도금에 의한 금속박막(31)은 전기도금법을 이용하여 제작할 수 있는데, 우선 알루미나와 Si 기판(32)을 10 mm×10 mm의 크기로 절단하였으며, 여타 크기의 기판(32)을 사용하는 것도 가능하다. 기판(32)에 접착층인 Cr을 500Å의 두께로 스퍼터 증착한 다음 5000Å 두께의 Cu 박막을 도금 씨앗층으로 스퍼터 증착하였다.
이와 같이 만든 시편들을 Cu 전착용액 내에 담그고 전기를 가해 5μm 두께의 Cu 도금에 의한 금속박막(31)을 형성하였으며, 여타 두께의 Cu 도금박막(31)의 사용도 가능하다.
본 실시예에서는 유도가열체(22)로서 Cu 도금에 의한 금속박막(31)을 전기도금법을 이용하여 제조하였으나, 유도가열체(22)로서 상기 금속박막(31)을 무전해도금법을 사용하여 형성하는 것도 물론 가능하다.
유도가열체(22)로서 Cu 판과 흑연판을 사용한 경우에는 2 mm 두께의 Cu 판과 흑연판을 10 mm×10 mm의 크기로 절단하여 사용하였으며, 여타 크기나 두께의 금속판이나 흑연판의 사용도 가능하다.
도 7에 도시한 바와 같이 솔더범프(24)가 증착된 IC칩(21)을 상기 유도가열체(22) 위에 올려놓고 권선수 9회의 유도코일(23)을 이용하여 14 kHz 또는 275 kHz의 주파수를 갖는 교류자기장을 인가하였다. 이때 교류자기장의 주파수가 14 kHz일 경우에는 출력이 6 kW가 되도록 전원공급기를 조절하였으며, 교류자기장의 주파수가 275 kHz일 경우에는 출력이 1 kW가 되도록 조절하였다.
실시예 1과 실시예 2, 그리고 실시예 12와 실시예 13과 같이 유도가열체(22)를 사용하지 않은 경우에는 14 kHz나 275 kHz의 교류자기장을 600초 동안 가해주더라도 63Sn-37Pb, 96.5Sn-3.5Ag를 비롯하여 융점이 120℃인 52In-48Sn 저융점 솔더도 리플로우, 즉 용해가 되지 않았다.
이와 같은 경우 교류자기장을 인가하며 비접촉식 온도계로 IC칩(21)과 증착솔더범프(24)의 온도를 측정한 결과 교류자기장을 인가하기 전과 동일한 상온으로 유지되고 있어, 전기비저항이 큰 IC칩(21)과 크기가 매우 작은 솔더범프(24)는 교류자기장에 의해 유도가열되지 않는다는 것을 확인할 수 있었다.
이에 반하여 실시예 3에서 실시예 11까지와 실시예 14에서 실시예 27까지에서 유도가열체(22)를 구비한 경우에는 교류자기장을 80초 동안 가하여 주어 융점이 120℃인 52In-48Sn과 융점이 183℃인 63Sn-37Pb 뿐만 아니라 융점이 221℃인 96.5Sn-3.5Ag와 융점이 313℃인 5Sn-95Pb 증착 솔더범프(24)도 리플로우, 즉 용해되어 도 8에서와 같은 구형 솔더범프(24)가 형성되었다.
도 8에서는 Cu 스퍼터 박막｛금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅(31)에 해당됨｝을 알루미나 기판(32)에 형성하여 제조한 유도가열체(22) 위에, IC칩(21)을 올려놓고 275 kHz의 교류자기장을 인가하여 리플로우시킨 80 μm의직경을 갖는 63Sn-37Pb 구형 솔더범프(24)의 예를 실었다.
실시예 3, 실시예 4, 실시예 5와 실시예 14, 실시예 15, 실시예 16 및 실시예 17의 각 실시예들은 Cu 스퍼터 박막｛금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅(31)에 해당됨｝을 알루미나와 Si 기판(32)위에 형성한 유도가열체(22)를 사용하여 실시한 것으로, 상기 Cu 스퍼터 박막｛금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅(31)에 해당됨｝을 형성하는 기판(32)에 무관하게 증착 솔더범프(24)들이 모두 구형(球形)으로 리플로우 되었다.
본 발명의 실시예에서는 기판(32)으로서 알루미나와 Si을 사용하였으나, 이외에도 다른 세라믹이나 내열성 고분자들도 도 3이나 도 4에서와 같은 유도가열체(22)를 형성하기 위한 기판(32)으로 사용하는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 Cu 스퍼터 박막, Cu 도금막, Cu 판과 흑연판을 유도가열체(22)로 사용하고 교류자기장을 인가함으로써 IC칩(21)에 형성한 증착 솔더범프(24)를 구형으로 리플로우시켰으나, 이외에도 다른 금속박막이나 후막, 금속판이나 ITO 등의 전도성 세라믹을 유도가열체(22)로 사용하여 구형 솔더범프(24)로 리플로우 하는 것이 가능하다.
도 2에 도시한 것과 같이 구형 솔더범프(24)로 리플로우한 IC칩(21)을 LCD 유리패널의 패드(26)에 정렬한 후, 유도가열체(22)를 IC칩(21) 위에 설치하고 14 kHz 또는 275 kHz의 교류자기장을 인가하여 솔더범프(24)를 다시 리플로우 함으로써 표 1의 실시예에서와 같이 IC칩(21)이 LCD 패널｛평판 디스플레이 패널(25)에 해당됨｝에 칩온글라스 실장되었다.
이와 같은 과정 중에 비접촉식 온도계를 사용하여 LCD 패널｛평판 디스플레이 패널(25)에 해당됨｝의 온도를 측정한 결과 온도변화를 감지할 수 없어, LCD 패널｛평판 디스플레이 패널(25)에 해당됨｝의 손상 없이 칩온글라스 실장이 가능하였다.
본 실시예에서는 IC칩(21)을 LCD 패널에 칩온글라스 실장하였으며 LCD, PDP, 유기EL은 모두 유리기판을 사용하고 있으므로, PDP와 유기EL 패널에 의한 평판 디스플레이 패널(25)에 IC칩을 칩온글라스 실장시에도 본 발명의 적용이 가능하다.
본 발명의 실시예에서는 LCD와 같은 평판 디스플레이 패널(25)에 칩온글라스 실장하는데 사용되는 IC칩(21)의 솔더범프(24)를 교류자기장에 의한 유도가열체(22)를 사용하여 구형 솔더범프(24)로 리플로우 하였으나, 적외선 가열이나 대류가열과 같이 여타 다른 방법에 의해 구형으로 리플로우된 솔더범프(24)를 갖는 IC칩(21)을 평판 디스플레이 패널(25)에 칩온글라스 실장시에도 본 발명의 적용이 가능하다.
본 발명의 실시예에서는 IC칩(21)에 진공증착한 솔더범프(24)를 교류자기장에 의한 유도가열체(22)를 이용하여 구형 솔더범프(24)로 리플로우 후에 이를 평판 디스플레이 패널(25)에 칩온글라스 실장시켰으나, IC칩(21)에 형성한 솔더범프(24)를 구형 솔더범프(24)로 리플로우하지 않은 상태로 평판 디스플레이 패널(25)에 칩온글라스 실장시에도 본 발명의 적용이 가능하다.
본 발명의 실시예에서는 IC칩(21)에 형성하는 솔더범프(24)를 진공증착법으로 제조하였으나, 스퍼터 증착, 전해도금 및 무전해도금, 스크린 프린팅, 스퍼터링, 솔더볼 등의 여타의 방법으로 형성한 솔더범프(24)를 갖는 IC칩(21)을 평판 디스플레이 패널(25)에 칩온글라스 실장시에도 본 발명의 적용이 가능하다.
상기 유도가열체(22)는 IC칩(21)을 평판 디스플레이 패널(25)에 칩온글라스 실장 후에 IC칩(21)에서 제거해야 하는데, 상기 유도가열체(22)를 IC칩(21) 위에 설치하고 또한 칩온글라스 실장 후에 제거하는 것은 진공 지그(Zig)나 기계적 지그 등을 사용하여 용이하게 행할 수 있다.
상기 유도가열체(22)의 설치 및 제거장치의 일 예로 도 9에 도시한 것과 같은 유도가열체(22)가 구비되어 있는 칩 홀딩장치(91)를 사용하는 것이 가능하다.
상기 유도가열체(22)가 구비되어 있는 칩 홀딩장치(91)는 회전 암(arm)이나 이동 암(arm)의 형태로 구성이 가능하며, 진공펌프에 연결되어 있어 진공 흡입에 의해 IC칩(21)이 유도가열체(22)에 부착되도록 한다. 이를 위해 상기 칩 홀딩장치(91)에 구비된 유도가열체(22)에는 진공흡입로(92)를 뚫어 놓도록 하는데, 상기 진공흡입로(92)는 도 9에 도시된 바와 같이 유도가열체(22)의 중앙에 뚫려 있어도 좋으며 전체 면에 뚫려 있어도 무관하다.
도 10에 도시된 바와 같이 상기 유도가열체(22)가 구비된 칩 홀딩장치(91)에 IC칩(21)을 대고 진공펌프를 가동시키면 진공흡입에 의해 IC칩(21)이 칩 홀딩장치(91)의 유도가열체(22)에 부착되게 된다. 그런 다음 회전 암 형태의 칩 홀딩장치(91)를 회전시키거나 이동 암 형태의 칩 홀딩장치(91)를 이동시켜 IC칩(21)의 솔더범프(24)를 평판 디스플레이 패널(25)의 패드(26)에 정렬시킨 후에, 진공펌프를 끄고 IC칩(21)과 상기 칩 홀딩장치(91)의 유도가열체(22) 사이의기계적 접촉을 유지하면서 교류자기장을 인가하여 유도가열체(22)를 가열시켜 IC칩(21)의 솔더범프(24)를 리플로우 하여 칩온글라스 실장한다. 이때 유도가열체(22)를 구비한 칩 홀딩장치(91)가 IC칩(21)을 누르고 있는 접촉하중을 조절할 수 있도록 한다. 칩온글라스 실장 후에는 유도가열체(22)가 구비되어 있는 칩 홀딩장치(91)를 회전 또는 이동시켜 제거하면 평판 디스플레이 패널(25)에 IC칩(21)의 칩온글라스 실장이 완료된다.
상기와 같은 칩 홀딩장치(91)를 사용하여 IC칩(21)의 솔더범프를 평판 디스플레이 패널(25)의 패드(26)에 정렬시 정밀한 정렬이 가능하도록 CCTV 등을 이용하여 정렬하는 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 실시예들에서는 판 형태의 유도가열체(22)를 IC칩(21)과 면접촉시켜 사용하였다. 이와 같은 판 형태의 유도가열체(22) 뿐만 아니라, 도 11에 도시한 것과 같이 IC칩(21)의 가장자리 등을 따라 형성한 폐회로 형상의 유도가열체(22)에 의해서도 본 발명의 적용이 가능하다.
이때 도 11에 도시한 폐회로 형상의 유도가열체(22)는 전기전도체인 구리, 알루미늄, 철, 니켈, 크롬, 금, 은, 백금을 포함한 여타 금속박막이나 후막 또는 ITO와 같은 전도성 세라믹 코팅을 사용하여 형성하며, 이에 수직방향으로 교류자기장을 인가시에 폐회로 형상의 유도가열체(22)가 와전류가 흐르는 통로로 작용함으로써 유도가열이 가능하게 된다.
상기 폐회로 형상의 유도가열체(22)인 금속박막이나 후막 또는 ITO와 같은 전도성 세라믹 코팅은 진공증착, 스퍼터링, 전해도금, 무전해도금, 스크린프린팅,전자빔 증착, 화학기상증착, MBE를 포함하여 어떠한 박막 증착이나 코팅법의 사용도 가능하다.
도 11에 도시한 것과 같은 폐회로 형상의 유도가열체(22)를 이용한 실시예로서 10 mm×10 mm 크기의 IC칩(21)의 금속 UBM 상에 사진식각기술과 증착기술을 이용하여 63Sn-37Pb 솔더범프(24)를 진공증착하였으며, IC칩(21)의 바닥 모서리를 따라 폭 2 mm의 Cu 박막을 5μm 두께로 스퍼터 증착하여 폐회로 형상의 유도가열체(22)를 형성하였다. 이와 같은 시편에 275 kHz의 주파수를 갖는 교류자기장을 1 kW의 출력으로 80초 동안 인가하였더니 폐회로 형상의 유도가열체(22)의 유도가열에 의해 IC칩(21)에 형성된 솔더범프(24)들이 구형 솔더범프(24)로 리플로우 되었다.
상기 IC칩(21)을 LCD 등에 의한 평판 디스플레이 패널(25)의 패드(26)에 배열하고 275 kHz의 주파수를 갖는 교류자기장을 1 kW의 출력으로 80초 동안 인가하였더니 IC칩(21)에 형성한 폐회로 형상의 유도가열체(22)에서의 가열에 의해 구형 솔더범프(24)가 리플로우 되어 상기 평판 디스플레이 패널(25)의 패드(26)에 융착됨으로써 칩온글라스 실장이 가능하였다.
이때 평판 디스플]레이 패널(25)의 패드(26)에는 솔더접합성을 위해 Al/Ni(V)/Cu, Ti/Cu, Cr/Cu, Cr/Cr-Cu/Cu, Cu/Ni/Au, 전해도금 Cu, 무전해도금 Ni(P)를 포함하는 여타의 UBM (Under Bump Metallurgy) 처리를 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 칩온글라스 공정중에 비접촉식 온도계로 측정한 LCD 등에 의한 평판 디스플레이 패널(25)의 온도 변화는 감지되지 않았으며, 이로부터 LCD 등에 의한 평판 디스플레이 패널(25)의 손상이 발생하지 않음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 LCD 등에 의한 평판 디스플레이 패널(25)을 가열하지 않으면서 교류자기장 인가에 의한 유도가열체(22)를 이용하여 IC칩(21)을 선택적으로 가열하여 이루어지는 칩온글라스 공정을 나타내었다.
이와 더불어 평판 디스플레이 패널(25)과 IC칩(21)을 적외선 가열이나 대류가열 등 여타의 가열법을 사용하여 솔더범프의 리플로우 온도 이하이며 평판 디스플레이 패널(25)이 손상을 입지 않는 온도로 가열하고, 유도가열체(22)에 교류자기장을 인가하여 IC칩(21)을 솔더범프(24)의 리플로우 온도 이상으로 선택적으로 가열하는 칩온글라스 공정도 본 발명에서 가능하다.
이와 같은 경우 IC칩(21)의 선택적 가열을 위해 유도가열체(22)에 인가하는 교류자기장의 세기를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서는 교류자기장에 의한 유도가열체(22)를 이용하여 IC칩(21)만을 선택적으로 가열하여 IC칩(21)의 솔더범프(24)를 리플로우 시킴으로써 평판 디스플레이 패널(25)의 온도 상승을 방지하면서 IC칩(21)을 평판 디스플레이 패널(25)에 실장시키는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명에서는 유리기판 대신에 플라스틱 기판을 사용한 평판 디스플레이 패널(25)에 IC칩(21)을 실장하는 칩온플라스틱 실장도 가능하게 된다.
상기 플라스틱 기판을 사용한 평판 디스플레이 장치에는 플라스틱 LCD나 플라스틱 유기EL을 채용한 플렉시블 디스플레이 (Flexible Display)가 포함된다.
플라스틱 LCD나 플라스틱 유기EL과 같은 플라스틱 평판 디스플레이 패널(25)의 기판재료인 플라스틱은 전기부도체로 전기비저항이 1017Ω-cm 정도로 매우 크기 때문에, 10 MHz 이하의 교류자기장을 인가하여도 플라스틱 평판 디스플레이 패널(25)에는 와전류가 흐르지 않아 유도가열되지 않는다.
또한 플라스틱 평판 디스플레이 패널(25)의 기판재료인 플라스틱의 열전도도는 0.2 W/m-K로 IC칩(21) 재료인 Si의 열전도도인 148 W/m-K에 비해 매우 낮아 유도가열체(22)에서 발생한 열이 플라스틱 평판 디스플레이 패널(25)로 전도되기 어렵기 때문에 본 발명에 의해 IC칩(21)을 칩온플라스틱 실장시에 플라스틱 평판 디스플레이 패널(25)의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예의 하나로서 LCD 등에 의한 평판 디스플레이 패널(25)의 플라스틱 기판 위에 IC칩(21)을 올려놓고 상기 IC칩(21) 위에 다시 유도가열체(22)를 올려놓은 후에 14 kHz 또는 275 kHz의 교류자기장을 인가하여 솔더범프(24)를 리플로우 함으로써 IC칩(21)을 칩온 플라스틱 실장시키는 것이 가능하였다.
상기 실시예에서는 알루미나 기판(32)에 형성한 Cu 스퍼터 박막(31)을 유도가열체(22)로 사용하였다. 이와 같은 실장공정 중에 상기 평판 디스플레이 패널(25)의 플라스틱 기판의 온도변화는 감지할 수 없었으며, 따라서 플라스틱 평판 디스플레이 패널(25)의 손상이 없는 칩온플라스틱 실장도 가능하게 된다.
상기와 같이 교류자기장에 의한 유도가열체(22)를 이용하여 IC칩(21)을 칩온글라스 실장하거나 칩온플라스틱 실장할 수 있을 뿐 아니라, 유지보수 및 수리를위하여 이미 실장되어 있으나 오작동하는 IC칩(21)을 평판 디스플레이 패널(25)로부터 착탈 또는 떼어내는데도 본 발명의 적용이 가능하다.
즉, 유리기판 또는 플라스틱 기판의 평판 디스플레이 패널(25)에 실장되어 있으나 오작동하는 IC칩(21) 위에 유도가열체(22)를 설치하고 교류자기장을 인가하면 IC칩(21)과 평판 디스플레이 패널(25)의 패드(26) 사이에 융착되어 있는 솔더범프(24)가 용해되며, 이때 진공 지그나 기계적 지그 등을 이용하여 IC칩(21)을 평판 디스플레이 패널(25)의 패드(26)로부터 용이하게 착탈 또는 떼어낼 수 있다.
본 발명에서 교류자기장을 인가하는 유도코일(23)은 도 2에 도시한 것과 같이 유도가열체(22)를 구비한 IC칩(21)과 평판 디스플레이 패널(25)이 상기 유도코일(23) 내에 들어갈 수 있는 크기로 제작할 수 있다.
이와 더불어 평판 디스플레이 패널(25)의 크기가 큰 경우나, 연속작업 등을 위해 유도코일(23) 부위에서 평판 디스플레이 패널(25)의 수평이동이 필요한 경우에는 도 12에 도시한 바와 같이 유도가열체(22)에 균일한 자기장을 형성할 정도의 크기로 제작한 유도코일(23)을 평판 디스플레이 패널(25)의 밑과 유도가열체(22)를 구비한 IC칩(21) 위에 설치하는 것도 본 발명에서 가능하다.
또한 본 발명에서는 도 13에 도시한 것과 같이 유도가열체(22)에 균일한 자기장을 형성할 정도의 크기로 제작한 유도코일(23)을 평판 디스플레이 패널(25)의 밑에만 설치하거나, 도 14에 도시한 것과 같이 유도가열체(22)를 구비한 IC칩(21)의 위에만 설치하는 것도 가능하다.
종래의 적외선 가열이나 대류가열 등으로 IC칩(21)을 리플로우 하여 평판 디스플레이 패널(25)에 칩온글라스 실장하는 방법에서는 평판 디스플레이 패널(25) 전체를 솔더의 융점 이상의 온도로 가열하기 위해 평판 디스플레이 패널(25)을 리플로우 로(爐) 또는 리플로우 오븐 등의 장치 안에다 넣어야 한다.
따라서 종래의 방법에서는 평판 디스플레이 패널(25)의 크기가 어느 이상으로 커지는 경우에는 작은 평판 디스플레이 패널(25)의 접합공정에 사용하던 장치는 사용하지 못하게 되며, 또한 평판 디스플레이 패널(25)의 크기가 커질수록 상기 장치들의 크기가 커져야 한다는 문제점이 있었다.
이에 반하여 본 발명에서는 도 12, 도 13과 도 14에 도시한 것과 같이 유도코일(23)의 크기가 평판 디스플레이 패널(25)의 크기에 무관하게 유도가열체(22)에 균일한 자기장을 형성할 정도의 크기이면 되기 때문에 장치의 소형화가 가능하며 또한 평판 디스플레이 패널(25)의 크기에 무관하게 동일한 장치를 사용할 수 있는 경제적인 이점이 있다.
본 발명의 실시예에서 평판 디스플레이 패널(25)의 온도 변화는 감지되지 않았다. 그러나 평판 디스플레이 패널(25)의 온도 증가를 보다 더 엄격하게 억제할 필요가 있는 경우에는 도15에 도시한 바와 같이 평판 디스플레이 패널(25) 밑에 냉각블록(181)을 설치하는 것도 본 발명에서 가능하다.
이때 교류자기장 인가에 의해 냉각블록(181)이 유도가열되는 것을 방지하기 위해 냉각블록(181)으로는 세라믹이나 고분자 등과 같은 전기부도체를 사용하는 것이 바람직하다. 냉각블록(181)은 공냉할 수도 있으며, 필요에 따라서는 냉각블록(181)에 냉각수나 여타 냉각매체를 흘려주는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 IC칩(21)의 주변에 교류자기장에 의한 유도가열체(22)를 구비하여, 교류자기장 인가시 상기 유도가열체(22)에 발생한 열로서 IC칩(21)을 선택적 가열하고, 이에 형성된 솔더범프(24)를 리플로우 시켜 평판디스플레이 패널(25)에 실장시킴으로써 평판 디스플레이 패널(25)의 손상을 최소화하며 성능저하를 막는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의한 장치에서는 유도코일(23)의 크기가 평판 디스플레이 패널(25)의 크기에 무관하여 장치의 소형화가 가능하며, 또한 평판 디스플레이 패널(25)의 크기에 무관하게 동일한 장치의 사용이 가능하여 경제적인 이점이 있다.

Claims (13)

  1. 일정간격으로 배열된 다수개의 솔더범프(24)를 사이에 두고 유리재질 또는 플라스틱 재질의 평판 디스플레이 패널(25)과 IC칩(21)이 층설된 상태에서, 상기 솔더범프(24)가 가열수단에 의해 리플로우되도록 하여 IC칩(21)이 평판 디스플레이 패널(25)에 접합되어지도록 하는 칩온글라스 칩온플라스틱 장치에 있어서,
    IC칩(21)만이 선택적 가열되어지도록 유도가열체(22)가 상기 IC칩(21)의 인접위치에 배치되고, 상기 유도가열체(22)의 주변부에는 상기 유도가열체(22)에 교류자기장을 인가하기 위한 유도코일(23)이 구비되어져 있는 것을 특징으로 하는 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용하여 평판 디스플레이 패널에 IC칩을 실장하기 위한 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 평판 디스플레이 패널(25)은 유리기판에 형성한 LCD, PDP, 유기EL을 포함하며 또한 플라스틱 기판에 형성한 플라스틱 LCD, 플라스틱 유기EL의 플렉시블 디스플레이 (Flexible Display)를 포함한 것을 특징으로 하는 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용하여 평판 디스플레이 패널에 IC칩을 실장하기 위한 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 유도가열체(22)는 전기전도성의 금속판, 흑연판, 금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅을 포함하며 IC칩(21)과 면접촉하도록 설치된 것을 특징으로 하는 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용하여 평판 디스플레이 패널에 IC칩을 실장하기 위한 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3중의 어느 한항에 있어서, 유도가열체(22)는 세라믹이나 Si 재질의 기판(32) 상에 한 개 이상의 금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅(31)이 폐회로 형상으로 구성되고, 상기 유도가열체(22)는 IC칩(21)과 면접촉하도록 설치된 것을 특징으로 하는 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용하여 평판 디스플레이 패널에 IC칩을 실장하기 위한 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3중의 어느 한 항에 있어서, 유도가열체(22)는 IC칩(21)에 금속박막이나 후막 또는 전도성 세라믹 코팅을 사용하여 형성한 폐회로 형상의 유도가열체(22)로 구성된 것을 특징으로 하는 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용하여 평판 디스플레이 패널에 IC칩을 실장하기 위한 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3중의 어느 한 항에 있어서, IC칩(21)을 평판 디스플레이 패널(25)에 정렬하기 위한 칩 홀딩장치(91)를 구비하되, 상기 칩 홀딩장치(91)의 선단에는 유도가열체(22)를 구비하고 상기 IC칩(21)을 진공 흡입 등의 방법에 의해 접착 또는 분리하기 위한 부착수단과, 실장 작업 전후에 상하왕복 또는 회전하기 위한 이동수단을 구비함으로써, 먼저 실장하고자 할 경우에는 상기 부착수단에 의해 IC칩(21)을 칩 홀딩장치(91)의 선단에 부착한 다음 상기 이동수단에 의해 IC칩(21) 하부에 결합된 솔더범프(24)가 평판 디스플레이 패널(25)의 패드(26)에 정렬하도록 하고, 상기 부착수단에 의한 상기 IC칩(21) 부착상태의 해제와 상기 유도가열체(22)의 가열에 의한 실장작업이 선후에 관계없이 순차적으로 이뤄지고, 이와 같이 실장작업이 완료되면 상기 이동수단에 의해 칩 홀딩장치(91)가 복귀하도록 구성되어진 것을 특징으로 하는 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용하여 평판 디스플레이 패널에 IC칩을 실장하기 위한 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 유도코일(23)은 유도가열체(22)에 균일한 자기장을 형성할 정도의 크기로 제작되고, 상기 유도가열체(22)와 인접한 IC칩(21) 상부와 평판 디스플레이 패널(25) 하부중에서 어느 한 곳 이상에 설치됨으로써 평판 디스플레이 패널(25)의 수평이동이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용하여 평판 디스플레이 패널에 IC칩을 실장하기 위한 장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 7에 있어서, 상기 평판 디스플레이 패널(25)에 냉각블록(181)이 인접 설치되어진 것을 특징으로 하는 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용하여 평판 디스플레이 패널에 IC칩을 실장하기 위한 장치.
  9. 일정간격으로 배열된 다수개의 솔더범프(24)를 사이에 두고 유리재질 또는 플라스틱 재질의 평판 디스플레이 패널(25)과 IC칩(21)을 층설한 후에, 상기 솔더범프(24)를 가열수단에 의해 리플로우하여 IC칩(21)이 평판 디스플레이 패널(25)에 접합되어지도록 하는 칩온글라스 또는 칩온플라스틱 방법에 있어서,
    먼저 상기 IC칩(21)에 교류자기장에 의한 유도가열체(22)를 인접 설치하고, 상기 유도가열체(22)의 주변부에 배열된 유도코일(23)에 교류전류를 인가함으로써 상기 유도가열체(22)는 솔더범프(24)의 융점 이상으로 가열되도록 하고, 이에 따라 솔더범프(24)가 리플로우됨으로써 IC칩(21)이 평판 디스플레이 패널(25)에 실장되어지는 것을 특징으로 하는 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용하여 평판 디스플레이 패널에 IC칩을 실장하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, IC칩(21)에 놓인 솔더범프(24)를 가열수단에 의해 구형(球形)이 되도록 리플로우한 다음, 상기 IC칩(21)을 솔더범프(24)를 사이에 두고 평판 디스플레이 패널(25)과 층설한 후에, 상기 솔더범프(24)를 상기 유도가열체(22)와 유도코일(23)에 의해 리플로우함으로써 IC칩(21)이 평판 디스플레이 패널(25)에 실장되어지는 것을 특징으로 하는 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용하여 평판 디스플레이 패널에 IC칩을 실장하는 방법.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서, 상기 평판 디스플레이 패널(25)과 IC칩(21)을 가열수단에 의해 평판 디스플레이 패널(25)이 손상 입지 않을 정도의 온도로 가열하고, 교류자기장에 의한 유도가열체(22)를 이용하여 IC칩(21)을 선택적으로 솔더범프(24)의 리플로우 온도 이상으로 가열하여 솔더범프(24)를 리플로우 시켜 IC칩(21)을 평판 디스플레이 패널(25)에 실장시키는 것을 특징으로 하는 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용하여 평판 디스플레이 패널에 IC칩을 실장하는 방법.
  12. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서, 상기 솔더범프(24)를 구형(球形)으로 리플로우할 시에도, 상기 IC칩(21)의 주변에 구비된 유도가열체(22)에 교류자기장을 인가하여 유도가열체(22)에서 발생하는 열로 IC칩(21)을 가열하여 IC칩(21)의 솔더범프(24)를 구형(球形)으로 리플로우 하는 것을 특징으로 하는 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용하여 평판 디스플레이 패널에 IC칩을 실장하는 방법.
  13. 유리재질 또는 플라스틱 재질의 평판 디스플레이 패널(25)에 표면실장된 IC칩(21)을 상기 평판 디스플레이 패널로부터 분리하는 방법에 있어서,
    먼저 상기 IC칩(21)에 교류자기장에 의한 유도가열체(22)를 인접 설치하고, 상기 유도가열체(22)의 주변부에 배열된 유도코일(23)에 교류전류를 인가함으로써 상기 유도가열체(22)는 솔더범프(24)의 융점 이상으로 가열되도록 하여 솔더범프(24)을 용융시킴으로써 평판 디스플레이 패널(25)로부터 IC칩(21)을 분리함을 특징으로 하는 교류자기장에 의한 유도가열체를 이용하여 표면실장된 IC칩을 평판 디스플레이 패널로부터 분리하는 방법.
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