KR20090075991A - 솔더 범퍼 형성용 템플레이트 및 솔더 범퍼 형성 방법 - Google Patents

솔더 범퍼 형성용 템플레이트 및 솔더 범퍼 형성 방법 Download PDF

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Abstract

솔더 범퍼 제조용 템플레이트는 복수의 관통 개구부를 갖는 제1 플레이트 및 제1 플레이트와 면접하고, 제1 플레이트와 면접함에 의해 복수의 관통 개구부 각각을 캐비티로 형성하는 제2 플레이트를 포함한다. 솔더 범퍼 형성 방법에 있어서, 제1 플레이트에 복수개의 관통 개구부를 형성한 후, 복수개의 관통 개구부를 갖는 제1 플레이트의 일면에 제2 플레이트를 면접시켜 제1 플레이트와 제2 플레이트로 이루어지는 템플레이트를 형성하고, 템플레이트의 관통 개구부에 솔더 페이스트를 충전시키고, 솔더 페이스트를 가열하여, 솔더 페이스트를 솔더 볼로 형성한 후, 솔더 볼을 기판에 형성된 범프 패드에 이형시킨다.

Description

솔더 범퍼 형성용 템플레이트 및 솔더 범퍼 형성 방법{TEMPLATE FOR FORMING A SOLDER BUMP AND METHOD OF FORMIGN A SOLDER BUMP}
본 발명은 솔더 범퍼 형성용 템플레이트 및 솔더 범프의 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 솔더 범퍼 형성용 템플레이트 및템플레이트를 이용하여 기판의 범퍼 패드에 솔더 범퍼를 형성하는 솔더 범퍼 형성 방법에 관한 것이다.
최근 마이크로 전자 패키징 기술은 접속 방법에서 와이어 본딩으로부터 솔더 범프로 변화하고 있다. 솔더 범프를 이용하는 기술은 다양하게 알려져 있다. 예를 들면, 전기 도금, 솔더 페이스트 프린팅, 증발 탈수법, 솔더볼의 직접 부착 등이 알려져 있다.
특히, C4NP(controlled collapse chip connection new process) 기술은 낮은 비용으로 미세 피치를 구현할 수 있으며 반도체 장치의 신뢰도를 향상시킬 수 있다는 장점으로 인해 크게 주목받고 있다. 상기 C4NP 기술의 예는 미합중국 특허 제5,607,099호, 제5,775,569호, 제6,025,258호, 등에 개시되어 있다.
상기 C4NP 기술에 의하면, 구형의 솔더 범프들은 템플레이트의 캐비티들 내 에서 형성되며 상기 솔더 범프들은 웨이퍼 상에 형성된 범프 패드들 상에 열압착된다. 상기 범프 패드들은 웨이퍼 상에 형성된 반도체 칩의 금속 배선들과 연결되어 있으며, 상기 범프 패드들 상에는 UBM(under bump metallurgy) 패드들이 구비될 수 있다. 상기 UBM 패드들은 상기 솔더 범프들과 범프 패드들 사이에서 접착력을 향상시키기 위하여 제공될 수 있다.
상기와 같이 솔더 범프들이 전달된 웨이퍼의 반도체 칩들은 다이싱 공정에 의해 개별화될 수 있다. 상기 개별화된 반도체 칩은 열압착 공정과 언더필(under fill) 공정을 통해 기판 상에 접합될 수 있으며, 이에 의해 플립칩이 제조될 수 있다.
상기 솔더 범프들을 형성하기 위하여 상기 템플레이트의 캐비티들 내에는 용융된 솔더가 주입될 수 있다. 상기 용융된 솔더의 주입을 위한 장치의 일 예는 미합중국 특허 제6,231,333호에 개시되어 있다. 상기 템플레이트의 캐비티들 내에서 응고된 솔더들은 상기 템플레이트를 가열함으로써 구형의 솔더 범프들로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 솔더 범프들을 형성하기 위한 템플레이트를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 템플레이트(10)의 표면 부위에는 솔더 범프들을 형성하기 위한 다수의 캐비티들(14)이 형성되어 있다. 상기 캐비티들(14)은 습식 식각에 의해 형성될 수 있다. 구체적으로, 기판(12) 상에 다수의 개구들을 갖는 마스크를 형성하고, 상기 마스크를 이용하는 습식 식각에 의해 상기 캐비티들(14)이 형성될 수 있다. 상기 캐비티들(14)을 형성하는 방법의 일 예는 미합중국 특허 제6,332,569호에 개시되어 있다.
상기 캐비티들(14)은 구형의 솔더 범프들이 상기 캐비티들(14)의 중앙 부위에서 형성되도록 반구형을 갖는 것이 바람직하다. 그러나 상기 마스크를 이용하는 습식 식각에 의해 각각의 캐비티들(14)의 저면이 측면보다 곡률 반경이 크게 형성되거나 평탄하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 캐비티들(14)은 반원형보다는 반타원 형태의 단면 형상을 가질 수 있다. 따라서 캐비티를 반원형의 단면 형상을 가지도록 하기 위하여 복잡한 식각 공정이 요구된다. 상술한 바와 같이 탬플릿에 반구형 단면 형상을 갖는 캐비티를 형성하는 데 어려움이 있다.
본 발명의 일 목적은 상대적으로 용이하게 솔더 범퍼를 형성할 수 있는 솔더 범퍼 형성용 템플레이트를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상대적으로 용이하게 기판에 솔더 범퍼를 형성하는 솔더 범퍼 형성 방법을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 솔더 범퍼 제조용 템플레이트는 복수의 관통 개구부를 갖는 제1 플레이트 및 상기 제1 플레이트와 면접하고, 상기 제1 플레이트와 면접함에 의해 상기 복수의 관통 개구부 각각을 캐비티로 형성하는 제2 플레이트를 포함한다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 솔더 범퍼 형성 방법에 따르면, 제1 플레이트에 복수개의 관통 개구부를 형성한다. 이어서, 상기 복수개의 관통 개구부를 갖는 제1 플레이트의 일면에 제2 플레이트를 면접시켜 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트로 이루어지는 템플레이트를 형성한다. 이후, 상기 템플레이트의 관통 개구부에 솔더 페이스트를 충전시킨다. 상기 솔더 페이스트를 가열하여, 상기 솔더 페이스트를 솔더 볼로 형성한 후, 상기 솔더 볼을 기판에 형성된 범프 패드에 이형시킨다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 플레이트는 상기 제2 플레이트과 마주보는 제1 면 및 상기 기판과 마주보는 제2 면을 갖고, 상기 관통 개구부들은 상기 제1 면에서 상기 제2 면으로 갈수록 커지는 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 관통 개구부에 솔더 페이스트를 충전하는 단계는 상기 제2 플레이트의 내부에 형성된 배기홀들을 통하여 형성된 진공압을 이용하여 상기 솔더 페이스트를 흡입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 관통 개구부에 솔더 페이스트를 충전하는 단계는, 강자성을 갖는 상기 솔더 페이스트와 자성을 갖는 상기 제2 플레이트 간의 자력을 이용하여 상기 솔더 페이스트를 흡입할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 관통 개구부가 형성된 제1 플레이트 및 제2 플레이를 면접하여 형성된 캐비티를 용이하게 형성할 수 있다. 또한 관통 개구부를 갖는 제1 템플레이트 및 제2 플레이트를 이용하여 솔더 볼을 형성함으로써 기판의 범퍼 패드에 솔더 볼을 용이하게 이형시킬 수 있다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 템플레이트 및 이를 이용한 범퍼 형성 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더 범퍼의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 제1 플레이트(110)에 복수개의 관통 개구부(115)를 형성한다.
제1 플레이트(110)에는 복수의 관통 개구부(115)를 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 레이저를 제1 플레이트(110)에 조사하여 형성될 수 있다. 레이저의 파장은 제1 플레이트의 재질 및 두께에 따라 조절된다. 제1 플레이트(110)는 투명한 물 질로 이루어 질 수 있다. 예를 들면 제1 플레이트(110)는 유리를 이용하여 형성될 수 있다. 이와 다르게, 제1 플레이트(110)는 유리층 및 금속층을 포함하는 복층 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 플레이트(110)는 제2 플레이트(120)와 마주보는 제1 면 및 기판과 마주보는 제2 면을 갖고, 관통 개구부(115)는 제1 면에서 제2 면으로 갈수록 커지는 직경을 가질 수 있다. 따라서, 후속 공정을 통하여 관통 개구부(115)내에 형성되는 솔더볼이 반구형으로 형성될 수 있다
제2 플레이트(120)는 제1 플레이트(110)의 일면을 면접하여 캐비티를 형성하기 위하여 준비한다. 제2 플레이트(120)는, 예를 들면, 사각형 플레이트 형상을 가질 수 있다. 제2 플레이트(120)는 제1 플레이트(110)와 실질적으로 동일한 재질로 이루어 질 수 있다. 제2 플레이트(120)는 바닥부(121) 및 상기 바닥부(121)로부터 상방으로 돌출된 돌출부(123)를 갖도록 형성될 수 있다. 돌출부(123)는 제1 플레이트(110)의 양 단부와 접촉하여 제1 플레이트(110)가 제2 플레이트(120)로부터 이탈되는 것을 방지한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 플레이트(120)에는 관통 개구부(115)와 연통된 흡입 배기구(125)가 형성될 수 있다. 흡입 배기구(125)는 흡입 장치(미도시)와 기계적으로 연결되어 상기 흡입 장치가 흡입 배기구(125)를 통하여 관통 개구부(115)에 충전되는 솔더 페이스트를 흡입할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 제2 플레이트(120)는 강자성을 갖는 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 솔더 페이스트가 자성을 갖는 물질로 이루어질 경우, 강자성을 갖는 물질로 이루어진 제2 플레이트(120)와 솔더 페이스트 간에 자력이 발생하여 솔더 페이스트가 제2 플레이트(120) 및 제1 플레이트(110)의 관통 개구부(115) 내에 고정될 수 있다.
기판(140)은, 예를 들면 웨이퍼(미도시) 및 상기 웨이퍼 상에 형성된 전자 부품(미도시)을 포함할 수 있다. 기판(140)은 그 일면에 형성된 범퍼 패드(145)를 포함한다. 범퍼 패드(145)는, 예를 들면 UBM(under bump metallurgy) 패드를 포함할 수 있다. UBM 패드를 포함하는 범퍼 패드(145)는 솔더 볼에 대한 상대적으로 우수한 젖음성을 가지므로 후속하는 전사 공정에서 개선된 전사 특성을 가질 수 있다.
이어서, 제1 플레이트(110)의 일면과 제2 플레이트(120)가 면접하여 제1 플레이트(110) 및 제2 플레이트(120)를 포함하는 템플레이트를 형성한다.
도 4를 참조하면, 제2 플레이트(120) 및 제1 플레이트(110)를 면접시킨 후, 복수의 관통 개구부(115)에 솔더 페이스트(131)를 충전시킨다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 인젝션 노즐(미도시)을 이용하여 솔더 페이스트(131)가 관통 개구부(115)에 충전될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 제1 플레이트(110) 상에 솔더 페이스트를 적하시킨 후 스퀴지(squeezee)를 이용하여 관통 개구부(115)를 따라 솔더 페이스트(131)를 관통 개구부(115)에 충전시킬 수 있다. 솔더 페이스트(131)는 도전성 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 플레이트(120)에 형성되고 관통 개구부(115)와 연통된 흡입 배기구(125)를 통하여 솔더 페이스트(131)를 관통 개구 부(115) 내에 고정시킬 수 있다. 즉, 흡입 배기구(125)는 흡입 장치(미도시)와 기계적으로 연결되어 상기 흡입 장치가 흡입 배기구(125)를 통하여 관통 개구부(115)에 충전되는 솔더 페이스트를 흡입할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 강자성을 갖는 물질을 이용하여 형성된 제2 플레이트(120)와 자성을 갖는 물질로 이루어진 솔더 페이스트(131)를 이용하여 제2 플레이트(120)와 솔더 페이스트간에 자력이 발생하여 솔더 페이스트가 제2 플레이트(120) 및 제1 플레이트(110)의 관통 개구부(115) 내에 고정될 수 있다.
도 5를 참조하면, 관통 개구부(115)에 충전된 솔더 페이스트(131)를 가열하여 관통 개구부(115)들에 솔더볼(133)을 각각 형성한다. 솔더볼(133)에 대한 가열 온도는 솔더 페이스트 물질에 따라 조절된다.
도 6을 참조하면, 제1 플레이트(110)를 범퍼 패드들(145)이 형성된 기판(140)에 얼라인하여 솔더 볼(133)들을 대응되는 범퍼 패드(145)들에 각각 접촉시킨다. 따라서, 솔더볼(133)들이 솔드 패드(145)들에 이형시킨다. 범퍼 패드(145)는, 예를 들면 UBM(under bump metallurgy) 패드를 포함할 수 있다. UBM 패드를 포함하는 범퍼 패드(145)는 솔더 볼에 대한 상대적으로 우수한 젖음성을 가지므로 후속하는 전사 공정에서 개선된 전사 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 솔더 볼(133)들을 범퍼 패드(145)들에 이형시킨 후, 솔더 볼(135)을 냉각시킬 수 있다. 솔더 볼(135)을 냉각함으로써 법퍼 패드(145)에 솔더 볼(135)을 견고하게 고정시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 솔더 범프들을 형성하기 위한 다수의 관통 개구부를 갖는 템플레이트를 레이저를 이용하여 용이하게 형성될 수 있다. 또한, 관통 개구부가 형성된 제1 플레이트를 지지하는 제2 플레이트를 이용하여 솔더 볼을 용이하게 기판에 전사시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 종래의 템플레이트를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 범퍼 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 템플레이트 120 : 플레이트
131 : 솔더 페이스트 133 : 솔더 볼
135 : 솔더 범퍼 140 : 기판
145 : 범퍼 패드

Claims (5)

  1. 복수의 관통 개구부를 갖는 제1 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트와 면접하고, 상기 제1 플레이트와 면접함에 의해 상기 복수의 관통 개구부 각각을 캐비티로 형성하는 제2 플레이트를 포함하는 솔더 범퍼 형성용 템플레이트.
  2. 제1 플레이트에 복수개의 관통 개구부를 형성하는 단계;
    상기 복수개의 관통 개구부를 갖는 제1 플레이트의 일면에 제2 플레이트를 면접시켜 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트로 이루어지는 템플레이트를 형성하는 단계;
    상기 템플레이트의 관통 개구부에 솔더 페이스트를 충전시키는 단계;
    상기 솔더 페이스트를 가열하여, 상기 솔더 페이스트를 솔더 볼로 형성하는 단계; 및
    상기 솔더 볼을 기판에 형성된 범프 패드에 이형시키는 단계를 포함하는 솔더 범퍼 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 플레이트는 상기 제2 플레이트와 마주보는 제1 면 및 상기 기판과 마주보는 제2 면을 갖고, 상기 관통 개구부들은 상기 제1 면에서 상기 제2 면으로 갈수록 커지는 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 솔더 범퍼 형성 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 복수의 관통 개구부에 솔더 페이스트를 충전하는 단계는 상기 제2 플레이트의 내부에 형성된 배기홀들을 통하여 형성된 진공압을 이용하여 상기 솔더 페이스트를 흡입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 범퍼 형성 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 복수의 관통 개구부에 솔더 페이스트를 충전하는 단계는, 강자성을 갖는 상기 솔더 페이스트와 자성을 갖는 상기 제2 플레이트 간의 자력을 이용하여 상기 솔더 페이스트를 흡입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 범퍼 형성 방법.
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