KR20090069825A - 솔더 범프 제작용 템플릿 - Google Patents

Abstract

본 발명은 템플릿의 캐비티 내에 고형화된 솔더 볼이 뒤집히는 순간 아래로 쏟아지는 것을 예방함으로써, 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 범핑하는 작업이 순조롭게 이루어지도록 하여 결국 공정의 안정화를 도모하도록 한 솔더 범프 제작용 템플릿을 제공한다.

이러한 솔더 범프 제작용 템플릿은, 캐비티 형성면에는 상기 템플릿을 두께 방향으로 관통하는 통공이 형성된 것을 특징으로 한다.

템플릿, 웨이퍼, 플립 칩, 솔더, 솔더 볼, 솔더 범프

Description

솔더 범프 제작용 템플릿{Template for forming solder bump}

본 발명은 솔더 범프 제작용 템플릿에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플립 칩 방법에 의하여 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 형성하는데 중간 단계로서 사용되는 템플릿에 관한 것이다.

일반적으로, 인쇄회로기판(Printed circuit board, PCB)과 같은 외부기판에 칩을 연결하는 방법에는 와이어 본딩 방법(Wire bonding method), 자동 테이프 본딩 방법(Taped automated bonding method), 플립 칩 방법(Flip chip method) 등이 있다.

이들 중 상기 플립 칩 방법은 전기접속의 경로(Electron pathway)가 짧아 속도와 파워를 향상시킬 수 있고 단위 면적당 전극 패드의 수를 증가시킬 수 있다는 장점이 있기 때문에, 우수한 전기적 특성을 필요로 하는 슈퍼컴퓨터에서 휴대용 전자 제품들까지 넓은 응용분야에 이용되고 있다.

상기 플립 칩 방법은 칩과 외부기판의 양호한 본딩을 위하여 웨이퍼(Wafer) 에 솔더 범프를 형성할 것이 요구되는데, 이러한 솔더 범프의 제작 기술은 양호한 전도성과 균일한 높이를 가지며 미세 피치(Fine pitch)를 갖는 솔더 범프를 형성하는 방향으로 발달해 왔다. 이와 같은 플립 칩의 대표적인 범프 형성 기술은 범핑되는 물질에 따라 솔더 범프의 특성 및 그 응용범위가 결정되는 특징이 있는데, 범핑 형성 기술로는 솔더 볼을 직접 웨이퍼 위에 올리는 솔더 볼 배치 방법과, 전기 도금법(Electroplating) 또는, 스텐실 프린팅(Stencil printing)법과 같이 중간 단계를 거친 후 리플로우(Reflow)에 의하여 솔더 범프를 형성하는 방법 등으로 구분될 수 있다.

도 1은 플립 칩 방법에 의하여 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 형성하기 위한 중간 단계에 적용되는 템플릿을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도로서, 도시된 바와 같이, 템플릿(Template)(10)의 일면에는 웨이퍼의 전극 패드와 대응되게 반구형상의 캐비티(cavity)(12)들이 형성되어 있다.

템플릿(10)의 캐비티(12)들은 습식 또는 건식 식각(Etching)에 의하여 형성될 수 있으며, 이외에도 레이저에 의해 형성될 수도 있다.

이와 같이 템플릿(10)에 형성된 캐비티(12)들에 금(Au), 은과 주석 합금(Ag/Sn) 등의 재질을 용융상태로 채워 고형화시킨 후, 전극 패드가 형성된 웨이퍼를 뒤집어 고형화 된 솔더 볼을 용융→전이→리플로어의 과정을 거쳐 솔더 범프를 형성할 수도 있고, 반대로 도 3에서와 같이, 템플릿(10)을 뒤집어서 캐비티(12)들과 웨이퍼(20)의 전극 패드(22)들을 얼라인 시킨 후, 고형화 된 솔더 볼(30)을 용융→전이→리플로어 과정을 거쳐 솔더 범프(40)를 형성할 수도 있다.

그런데, 템플릿에 형성되는 캐비티들은 그 직경이 매우 작고(대략 85㎛, 최근에는 50㎛ 정도로 더 작아지는 추세), 이러한 캐비티들에 채워지는 용융 솔더는 완전 액체상태가 아니라 어느 정도의 점성을 가지기 때문에, 상기 캐비티들에 공기층이 존재하게 되면, 완전하게 용융 솔더가 채워지지 않게 되는 문제점이 있었다.

즉, 템플릿의 캐비티들에 용융 솔더가 완전하게 채워지지 않고 고형화가 이루어지면, 도 3에서와 같이 고형화된 솔더 볼을 용융→전이→리플로어 과정을 거쳐 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 형성하는 것이 불가능해지게 되는 등, 공정이 원활하게 이루어지지 않게 되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 템플릿의 캐비티들에 용융 솔더를 주입하는 과정에서 템플릿 주변을 약한 진공상태로 형성하기도 하는데, 이와 같이 템플릿 주변을 약한 진공상태로 형성하기 위해서는 많은 고가의 장비가 필요로 하고 또한 공정이 추가됨으로써, 결국 공정시간이 오래 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점에 착안하여 안출된 것으로서, 템플릿의 캐비티가 형성된 일면의 타면으로부터 상기 캐비티까지 통공을 형성하여 상기 캐비티에 용융 솔더가 채워질 경우에는 캐비티 내의 공기가 통공을 통해 외부로 빠져나가도록 함으로써, 상기 캐비티에 용융 솔더가 완전히 채워지도록 한 솔더 범프 제작용 템플릿을 제공하는데 그 목적이 있다.

즉, 본 발명은 상기와 같이 템플릿의 캐비티에 용융 솔더가 완전히 채워진 상태로 고형화되도록 하여 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 범핑하는 작업이 순조롭게 이루어지도록 함으로써, 결국 공정의 안정화를 도모하도록 한 솔더 범프 제작용 템플릿을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 템플릿의 캐비티에 용융 솔더를 주입하여 채울 때, 캐비티 내의 공기가 자연스럽게 외부로 배출되도록 함으로써, 굳이 템플릿 주변을 약한 진공상태로 형성하지 않아도 되는 바, 진공장비의 배제로 설비비가 적게 들고 또한 공정시간을 단축시킬 수 있는 솔더 범프 제작용 템플릿을 제공하는데에도 목적이 있다.

또한, 본 발명은 템플릿의 캐비티에 고형화된 솔더 볼이 채워진 상태에서, 상기 템플릿을 뒤집어서 웨이퍼의 전극 패드에 상기 솔더 볼을 전이시키고자 용융시킬 때, 상기 통공을 통해 공기압이 가압되도록 함으로써, 용융된 솔더 볼이 웨이퍼의 전극 패드로 보다 용이하게 전이되도록 한 솔더 범프 제작용 템플릿을 제공하 는데에도 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 솔더 범프 제작용 템플릿은, 솔더 범프가 채워지도록 캐비티가 형성된 템플릿에 있어서, 상기 캐비티 형성면에는 상기 템플릿을 두께 방향으로 관통하는 통공이 형성된 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 통공은, 캐비티의 하부 중앙으로부터 템플릿의 타면까지 수직방향으로 형성되는 것이 바람직하며, 특히 레이저 가공에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 템플릿이 설치되는 스테이지와, 상기 스테이지에 공기를 공급하거나 흡입하기 위한 공기펌프가 구비될 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 솔더 범프 제작용 템플릿에 의하면, 템플릿의 캐비티가 형성된 일면의 타면으로부터 상기 캐비티까지 통공이 형성되어 상기 캐비티에 용융 솔더가 채워질 경우에는 캐비티 내의 공기가 통공을 통해 외부로 빠져나가게 됨으로써, 상기 캐비티에 용융 솔더가 완전히 채워지게 된다.

이와 같이, 템플릿의 캐비티에 용융 솔더가 완전히 채워진 상태로 고형화되는 바, 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 범핑하는 작업이 순조롭게 이루어짐으로 써, 결국 공정의 안정화가 도모되는 매우 유용한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 템플릿의 캐비티에 용융 솔더가 주입되어 채월질 때, 캐비티 내의 공기가 자연스럽게 외부로 배출됨으로써, 굳이 템플릿 주변을 약한 진공상태로 형성하지 않아도 되는 바, 진공장비의 배제로 설비비가 적게 들고 또한 공정시간이 단축되는 효과도 거둘 수 있다.

또한, 본 발명은 템플릿의 캐비티에 고형화된 솔더 볼이 채워진 상태에서, 상기 템플릿을 뒤집어서 웨이퍼의 전극 패드에 상기 솔더 볼을 전이시키고자 용융시킬 때, 상기 통공을 통해 공기압이 가압됨으로써 용융된 솔더 볼이 웨이퍼의 전극 패드로 보다 용이하게 전이되는 효과도 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

<제 1실시 예>

도 4는 본 발명에 따른 솔더 범프 제작용 템플릿의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 템플릿을 이용하여 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 형성하는 과정을 나타낸 공정도이다.

본 발명의 제 1실시 예를 설명함에 있어서, 종래에 있어서와 동일한 부분에 대하여는 동일부호를 부여하여 설명하고, 그 반복되는 설명은 생략하여 설명하기로 한다.

도시된 바와 같이, 템플릿(10a)의 일면에 웨이퍼(20)의 전극 패드(22)와 대응되게 복수의 캐비티(12)들이 형성되어 있고, 이 캐비티(12)들의 중앙으로부터 템플릿(10a)의 타면까지 두께방향으로 연통되는 통공(100)이 형성되어 있다.

상기 통공(100)은 캐비티(12)가 건식이나 습식 식각(Etching) 또는 레이저 가공에 의해 형성된 후, 레이저에 의한 후 가공으로 형성되는 것이 바람직하나, 그 형성방법에 한정은 두지 않는다.

또한, 상기 통공(100)은 캐비티(12)의 최하부 중앙으로부터 수직선상으로 템플릿(10a)의 타면까지 연통되게 형성되는 것이 가장 바람직하나, 템플릿(10a)의 타면까지 연통된다면 수직선상이 아닌 경사진 각도로 형성되어도 무방하며, 이러한 구성일 경우에도 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않음은 자명한 것이다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 솔더 범프 제작용 템플릿의 캐비티에 용융 솔더를 주입하여 채우고 고형화시킨 후, 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 형성하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 솔더 범프 제작용 템플릿(10a)의 캐비티(12)들에 용융 솔더 즉, 금(Au), 은과 주석 합금(Ag-Sn) 등의 용융 솔더를 주입한다.

이때, 용융 솔더가 저장되어 있는 용탕(50)으로부터 인젝터(60)에 의해 분사식으로 주입한다.

인젝터(60)에 의해 용탕(50)의 용융 솔더가 템플릿(10)의 캐비티(12)에 주입 되면, 용융 솔더의 중량에 의해 상기 캐비티(12)에 존재하는 공기층은 통공(100)을 통해 템플릿(10a)의 타면 즉, 캐비티(12)가 형성된 일면의 타면으로 배출이 이루어진다.

상기 통공(100)의 직경은 3~5㎛정도로 형성되는 것이 바람직하다. 그 이유는 용융 솔더는 점성을 가지기 때문에 서로 뭉치는 힘에 의해 미세한 구멍을 통과하지는 못하기 때문이다.

그러나, 상기 통공(100)의 직경이 미세하게 작더라도 기체는 통과할 수 있기 때문에, 점성이 있는 용융 솔더는 캐비티(12)에 채워진 상태에서 통공(100)을 통해 배출되지 않고, 공기만 배출이 이루어지게 되는 바, 템플릿(10a)의 캐비티(12)에는 용융 솔더가 완전하게 채워진 후 고형화가 이루어지게 된다.

솔더 범프용 재질의 고형화가 이루어지면, 소정 기구를 이용하여 템플릿(10a)을 웨이퍼(20)의 상부로 이송시킨 후 뒤집어서 고형화된 솔더 볼(30a)이 웨이퍼(20)의 전극 패드(22)와 동일 수직선상에 놓이도록 얼라인 시킨다.

이 상태에서, 상기 솔더 볼(30a)을 일정온도 예컨대 230~250℃로 가열하여 용융시키게 되면, 솔더 볼(30a)이 아래로 흘러 내리면서 웨이퍼(20)의 전극 패드(22)로 전이→리플로어 과정을 거치면서 도 5에 은선으로 표현된 바와 같이 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프(40)가 형성된다.

이때, 상기 템플릿(10a)이 뒤집어지면서 통공(100)은 캐비티(12)의 상부에 위치하게 됨으로써, 상기 통공(100)을 통해 공기압이 가압되는 효과가 생기게 되는 바, 용융된 솔더 볼(30a)이 보다 효과적으로 웨이퍼(20)의 전극 패드(22)로 흘러 내리게 된다.

<제 2실시 예>

도 6은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 솔더 범프 제작용 템플릿의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 템플릿을 이용하여 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 형성하는 과정을 나타낸 공정도이다.

본 발명의 제 2실시 예를 설명함에 있어서, 앞선 제 1실시 예와 동일한 부분에 대하여는 동일부호를 부여하여 설명하고, 그 반복되는 설명은 생략하여 설명하기로 한다.

도시된 바와 같이, 템플릿(10b)의 일면에 웨이퍼(20)의 전극 패드(22)와 대응되게 복수의 캐비티(12)들이 형성되어 있고, 이 캐비티(12)들의 중앙으로부터 템플릿(10b)의 타면까지 연통되는 통공(100)이 형성되어 있다.

상기 통공(100)은 캐비티(12)가 건식이나 습식 식각(Etching) 또는 레이저 가공에 의해 형성된 후, 레이저에 의한 후 가공으로 형성되는 것이 바람직하나, 그 형성방법에 한정은 두지 않는다.

또한, 상기 통공(100)은 캐비티(12)의 최하부 중앙으로부터 수직선상으로 템플릿(10b)의 타면까지 연통되게 형성되는 것이 가장 바람직하나, 템플릿(10b)의 타면까지 연통된다면 수직선상이 아닌 경사진 각도로 형성되어도 무방하며, 이러한 구성일 경우에도 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않음은 자명한 것이다.

그리고, 상기 템플릿(10b)에서 캐비티(12)들이 형성된 일면의 타면을 감싸도 록 스테이지(110)이 형성되어 있고, 이 스테이지(110)의 일측에는 공기를 공급하거나 흡입하는 공기펌프(120)가 설치되어 있다.

상기 스테이지(110)에 의해 형성되는 공간은 상기 통공(100)들과 연통이 이루어지게 된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 솔더 범프 제작용 템플릿의 캐비티에 용융 솔더를 주입하여 채우고 고형화시킨 후, 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 형성하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 솔더 범프 제작용 템플릿(10b)의 캐비티(12)들에 용융 솔더 즉, 금(Au), 은과 주석 합금(Ag-Sn) 등의 용융 솔더를 주입한다.

이때, 용융 솔더가 저장되어 있는 용탕(50)으로부터 인젝터(60)에 의해 분사식으로 주입한다.

인젝터(60)에 의해 용탕(50)의 용융 솔더가 템플릿(10b)의 캐비티(12)에 주입되면, 용융 솔더의 중량에 의해 상기 캐비티(12)에 존재하는 공기층은 통공(100)을 통해 템플릿(10b)의 타면 즉, 캐비티(12)가 형성된 일면의 타면으로 배출이 이루어진다.

이때, 상기 공기펌프(120)는 스테이지(110) 내부의 공기를 흡입하도록 가동된다. 따라서, 캐비티(12)들에 있는 공기는 보다 용이하게 스테이지(110) 내측 공간으로 빠져나오게 됨으로써, 더욱 확실하게 배출이 이루어져서 결국 캐비티(12)에 는 용융 솔더가 완벽하게 채워지게 된다.

여기서, 상기 통공(100)의 직경은 3~5㎛정도로 형성되는 것이 바람직하다. 그 이유는 용융 솔더는 점성을 가지기 때문에 서로 뭉치는 힘에 의해 미세한 구멍을 통과하지는 못하기 때문이다.

그러나, 상기 통공(100)의 직경이 미세하게 작더라도 기체는 통과할 수 있기 때문에, 점성이 있는 용융 솔더는 캐비티(12)에 채워진 상태에서 통공(100)을 통해 배출되지 않고, 공기만 배출이 이루어지게 되는 바, 템플릿(10b)의 캐비티(12)에는 용융 솔더가 완전하게 채워진 후 고형화가 이루어지게 된다.

솔더 범프용 재질의 고형화가 이루어지면, 소정 기구를 이용하여 템플릿(10b)을 웨이퍼(20)의 상부로 이송시킨 후 뒤집어서 고형화된 솔더 볼(30b)이 웨이퍼(20)의 전극 패드(22)와 동일 수직선상에 놓이도록 얼라인 시킨다.

이 상태에서, 상기 솔더 볼(30b)을 일정온도 예컨대 230~250℃로 가열하여 용융시키게 되면, 솔더 볼(30b)이 아래로 흘러 내리면서 웨이퍼(20)의 전극 패드(22)로 전이→리플로어 과정을 거치면서 도 7에 은선으로 표현된 바와 같이 웨이퍼(20)의 전극 패드(22)에 솔더 범프(40)가 형성된다.

이때, 공기펌프(120)는 스테이지(110) 내부에 공기를 공급하도록 가동된다. 따라서, 스테이지(110) 내부 공간으로 유입된 공기들은 통공(100)을 통해 각 캐비티(12)들에 압력을 가하게 됨으로써, 용융된 솔더 볼(30b)이 보다 효과적으로 웨이퍼(20)의 전극 패드(22)로 흘러 내리게 된다.

도 1은 종래에 플립 칩 방법에 의하여 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 형성하기 위하여 중간 단계에 적용되는 템플릿을 도시한 사시도.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도.

도 3은 종래의 템플릿을 이용하여 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 형성하는 과정을 나타낸 공정도.

도 4는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 솔더 범프 제작용 템플릿의 단면도.

도 5는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 템플릿을 이용하여 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 형성하는 과정을 나타낸 공정도.

도 6은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 솔더 범프 제작용 템플릿의 단면도.

도 7은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 템플릿을 이용하여 웨이퍼의 전극 패드에 솔더 범프를 형성하는 과정을 나타낸 공정도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10a,10b : 템플릿 12 : 캐비티

20 : 웨이퍼 22 : 전극 패드

30a,30b : 솔더 볼 40 : 솔더 범프

100 : 통공 110 : 스테이지

120 : 공기 펌프

Claims (4)

1. 솔더 범프가 채워지도록 캐비티가 형성된 템플릿에 있어서,

   상기 캐비티 형성면에는 상기 템플릿을 두께 방향으로 관통하는 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 솔더 범프 제작용 템플릿.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 통공은, 캐비티의 하부 중앙으로부터 템플릿의 타면까지 수직방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 솔더 범프 제작용 템플릿.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 통공은, 레이저 가공에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 솔더 범프 제작용 템플릿.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 템플릿이 설치되는 스테이지와, 상기 스테이지에 공기를 공급하거나 흡입하기 위한 공기펌프가 구비된 것을 특징으로 하는 솔더 범프 제작용 템플릿.

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