KR20100130427A - 소수성 코팅층을 갖는 마스크 및 이를 이용한 기판의 제조방법 - Google Patents

소수성 코팅층을 갖는 마스크 및 이를 이용한 기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 솔더 페이스트를 인쇄할 때 이용하는 마스크에 관한 것으로, 특히 소수성 코팅층을 갖는 마스크 및 이러한 마스크를 이용한 기판의 제조방법에 관한 것이다. 소수성 코팅층을 갖는 마스크를 기판의 제조에 이용하여 마스크에 대한 솔더 페이스트의 습윤성을 감소시켜 잔류 솔더 페이스트가 마스크에 묻지않게 함으로써 범프 브리드의 발생을 방지하고 균일한 부피의 솔더 범프 형성을 가능하게 한다.
소수성 코팅층, 솔더 페이스트, 솔더 범프, 잔류 솔더 페이스트

Description

소수성 코팅층을 갖는 마스크 및 이를 이용한 기판의 제조방법{Mask comprising hydrophobic coating layer And Method of manufacturing substrate using thereof}
본 발명은 기판 제조용 마스크 및 이를 이용한 기판의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)이나 웨이퍼 레벨 패키지(Wafer Level Package; WLP) 등에서 기판에 칩을 연결하는 방법에는 와이어 본딩 방법, 자동테이프 본딩 방법, 플립 칩 방법 등이 사용된다.
이 중에서 플립 칩 방법은 전기 접속의 경로가 짧아 속도와 파워를 향상시킬 수 있고 단위 면적당 패드의 수를 증가시킬 수 있는 장점 때문에 우수한 전기적 특성을 필요로 하는 슈퍼컴퓨터에서 휴대용 전자 제품들까지 넓은 응용분야에서 이용되고 있다.
한편, 플립 칩 방법은 칩과 외부 기판의 양호한 본딩을 위해 기판에 솔더 범프를 형성하는데, 이러한 솔더 범프의 제작 기술은 양호한 전도성과 균일한 높이를 가지며 미세 피치(Fine Pitch)를 갖는 솔더 범프를 형성하는 방향으로 발달해 왔 다.
이와 같은 플립 칩의 솔더 범프 형성 기술은 범핑 되는 물질에 따라 솔더 범프의 특성 및 그 응용 범위가 결정되는 특징이 있는데 대표적인 솔더 범프 형성 기술로는 용융 땝납에 패드 전극을 접촉시키는 용융 땝납 방법, 패드 전극 상에 솔더 페이스트(Solder Paste)를 스크린 인쇄한 후 리플로우(Reflow)하는 스크린 인쇄법, 패드 전극 상에 솔더 볼(Solder Ball)을 탑재해 리플로우하는 솔더 볼 법, 패드 전극에 땝납 도금을 실시하는 도금법 등이 있다.
이 중 스크린 인쇄법은 솔더 범프를 형성하기 쉽고, 제조 비용이 저렴하여 솔더 범프 형성 방법 중 가장 많이 사용되고 있다.
도 1은 종래 마스크(110)를 이용하여 솔더 페이스트(120)를 인쇄한 후 마스크(110)를 분리하는 단계를 나타낸 단면도이다. 도 1은 습윤성(친수성)을 갖는 솔더 페이스트(120)가 마스크(110)의 개구부 내벽(111) 및 마스크의 기판 접촉면(112)에 묻어난 형상을 도시하고 있다.
종래 마스크(110)를 이용하여 솔더 범프를 형성할 경우 마스크(110)에 대한 솔더 페이스트(120)의 습윤성으로 인하여 마스크(110)의 개구부 내벽(111) 및 기판 접촉면(112)에 솔더 페이스트(120)가 묻어 잔류 솔더 페이스트(121)가 마스크(110)에 존재하는 문제점을 갖는다.
이로 인해 잔류 솔더 페이스트(121)는 기판에 범프 브리드(bump bride)를 유발하고 추후 마스크의 재사용시 다음 기판을 오염시키며, 잔류 솔더 페이스트(121)가 발생하여 솔더 범프 부피의 불균형을 초래한다. 솔더 범프 부피의 불균형은 플 립 칩을 실장함에 있어서 평탄성의 문제를 발생시킨다.
본 발명은 솔더 범프 형성시 발생하는 범프 브리드를 방지하고 균일한 솔더 범프를 형성할 수 있는 마스크의 구조 및 이를 이용한 기판 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 소수성 코팅층을 갖는 마스크는 솔더 페이스트를 인쇄하여 솔더 범프를 형성할 때 이용되는 마스크로써, 마스크의 개구부 내벽 및 기판 접촉면 또는 마스크의 개구부 내벽, 기판 접촉면 및 마스크 윗면에 소수성 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 소수성 코팅층을 갖는 마스크를 이용한 기판의 제조방법은 회로 패턴이 형성된 기판을 제공하는 단계; 상기 회로 패턴에 대응하는 위치에 형성된 솔더 페이스트 인쇄용 개구부 및 소수성 코팅제로 이루어진 코팅층을 포함하는 솔더 페이스트 인쇄용 마스크를 상기 기판에 올리는 단계; 상기 솔더 페이스트 인쇄용 마스크를 이용하여 솔더 페이스트를 인쇄하는 단계; 상기 솔더 페이스트 인쇄용 마스크를 제거하는 단계; 및 인쇄된 상기 솔더 페이스트를 리플로우 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전 적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 소수성 코팅층을 갖는 마스크를 이용하여 기판을 제조하게 되면, 솔더 페이스트를 인쇄할 때 마스크에 잔류 솔더 페이스트가 남지 않아 솔더 브리드의 발생을 방지하고 추후에 마스크를 재사용하여도 다음 기판을 오염시키지 않는 장점이 있다.
또한 마스크에 존재하는 잔류 솔더 페이스트가 없으므로 인쇄된 솔더 페이스트의 부피가 균일하고, 이에 따라 솔더 범프의 높이가 일정해져서 플립 칩을 평탄하게 실장할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 소수성 코팅층을 갖는 마스크의 바람직한 실시예 및 이를 이용한 기판 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부된 도면의 전체에 걸쳐, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면부호로 지칭되며, 중복되는 설명은 생략한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소수성 코팅층(240)을 갖는 마스크(210)를 이용한 기판 제조방법의 공정 단면도이다.
먼저, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 제조방법의 실시에 있 어서, 회로 패턴(203)이 형성된 기판(200)을 준비하고, 그 기판 위에 회로 패턴(203)에 대응하는 위치에 형성된 솔더 페이스트 인쇄용 개구부(214) 및 소수성 코팅제로 이루어진 코팅층(240)을 포함하는 솔더 페이스트 인쇄용 마스크(210)를 올리고, 솔더 페이스트 인쇄용 마스크(210)를 이용하여 솔더 페이스트(220)를 인쇄한 단계를 나타내는 도면이다.
먼저 회로 패턴(203)이 형성된 기판을 준비한다. 제공되는 기판(200)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board) 또는 웨이퍼 레벨 패키지(Wafer Level Package; WLP) 등이 될 수 있으며, 본 기판은 절연층(201), 솔더 레지스트(202), 회로층을 포함한다. 본 회로층은 플립 칩을 실장하기 위한 범프가 형성될 회로 패턴(203)을 포함한다.
기판(200)이 제공된 후, 솔더 페이스트 인쇄용 마스크(210)를 기판(200) 위에 올린다. 이때 마스크(210)의 개구부(214)가 회로 패턴(203)에 대응하도록 마스크를 배치한다. 본 실시예에서 사용하는 마스크(210)는 기판(200)에 형성된 회로 패턴(203)과 대응하며, 마스크(210)의 두께 방향으로 관통하는 개구부(214)를 갖으며, 개구부의 내벽(211) 및 기판 접촉면(212)에 소수성 코팅층(240)을 포함하는 구성이다.
다음, 기판(200) 위에 올려진 마스크(210)에 솔더 페이스트(220)를 올려놓은 후, 스퀴지와 같은 인쇄기구를 통해 개구부(214)에 솔더 페이스트(220)를 인쇄한다. 이러한 솔더 페이스트(220)의 인쇄는 어떠한 공지의 기술에 의해 인쇄되어도 무방하기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 솔더 페이스트(220)가 인쇄되면, 솔더 페이스트 인쇄용 마스크(210)를 분리한다.
상술한 바와 같이, 본 실시예의 기판 제조방법에 이용되는 마스크(210)는 개구부 내벽(211)과 기판 접촉면(212)에 형성된 소수성 코팅제로 이루어진 코팅층(240)을 갖는다. 이러한 소수성 코팅층(240)의 존재로 마스크(210)에 대한 솔더 페이스트(220)의 습윤성이 감소하기 때문에 마스크를 기판으로부터 분리할 때, 마스크(210)에 잔류 솔더 페이스트(121; 도 1 참조)가 묻어나지 않게 된다.
마스크 분리가 일어나기 이전의 상태는 인쇄된 솔더 페이스트(220)가 마스크(210)의 소수성 코팅층(240)과 범프가 형성되는 회로 패턴(203) 사이에 동시에 접촉한 상태인데, 이때 마스크(210)의 개구부 내벽(211)과 기판 접촉면(212)에는 소수성 코팅제가 코팅된 코팅층(240)이 존재하여 솔더 페이스트(220)의 마스크(210)에 대한 습윤성이 감소하기 때문에, 회로 패턴(203)에 대한 솔더 페이스트(220)의 습윤성은 상대적으로 증가한다. 따라서 마스크(210)를 분리하는 단계에서 마스크(210)에 솔더 페이스트(220)가 묻어나지 않고, 솔더 페이스트(220)가 범프가 형성될 회로 패턴에 일정한 형상으로 인쇄될 수 있다.
이와 같이, 잔류 솔더 페이스트가 발생하지 않으므로 기판에 솔더 페이스트(220)가 전사되어 발생하는 범프 브리드를 방지할 수 있다. 또한 추후에 마스크(210)를 반복 사용함에 따른 다음 기판의 오염을 방지할 수 있다. 또한 인쇄된 솔더 페이스트(220)의 양이 일정하므로 솔더 범프 부피의 불균형 문제를 해결할 수 있다. 결과적으로 균일한 솔더 범프의 형성이 가능하여 플랩 칩을 평탄하게 실장할 수 있다.
마지막으로, 도 4에 도시된 바와 같이 리플로우 단계를 거쳐 솔더 범프가 형성된다.
마스크가 분리된 후, 리플로우 단계를 거침으로써 인쇄된 솔더 페이스트(220)가 솔더 범프(250)의 형상으로 완성된다. 이러한 솔더 범프(250)가 완성되면 플립 칩을 실장한다. 다만 리플로우 단계가 반드시 마스크 분리 단계 이후에 진행될 필요는 없으며, 인쇄된 솔더 페이스트(220)에 리플로우 단계를 진행하고 마스크(210)의 분리단계를 실행함으로써 목적하는 솔더 범프(250)를 형성하는 것도 가능하다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소수성 코팅층(240)을 갖는 마스크(210)를 나타내는 도면이다. 이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마스크의 구조를 서술한다.
이러한 마스크(210)는 두께 방향으로 관통하는 솔더 페이스트 인쇄용 개구부 및 개구부의 내벽(211) 및 마스크의 기판 접촉면(212)에 형성된 소수성 코팅제로 이루어진 코팅층(240)을 포함한다.
마스크의 개구부(214)는 범프가 형성될 회로 패턴(203)에 대응하는 위치에 형성된다.
코팅층(240)은 솔더 페이스트(220)와 접촉하는 개구부의 내벽(211) 및 기판 접촉면(212)에 형성된다. 코팅층(240)은 소수성을 가지며, 예를 들면 플로오로알킬실란(fluoroalkylsilane)이 이용될 수 있다. 플로오로알킬실란은 비-수성(non-aqueous) 유기 용매에 플루오로오르가노실란(fluoroorganosilane)을 첨가한 용액을 가함으로써 얻어진다. 비-수성 유기 용매로서는 n-헥사데칸, 톨루엔, 클실렌 등이 있다. 그 밖의 공지된 소수성 물질이 코팅제로 적용 가능하며 상술한 소수성 물질로 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
본 발명에 이용되는 마스크(210)는 메탈 마스크가 바람직하다. 다만, 마스크의 재료가 이에 한정되는 것은 아니며 솔더 페이스트(220)를 인쇄하는데 이용될 수 있는 다른 재료의 마스크 역시 이용될 수 있다.
마스크(210)에 소수성 코팅제를 코팅하는 방법은 스프레이법, 전자빔 증착법, 화학기상 증착법, 스퍼터링법이 이용될 수 있다. 다만 이러한 코팅 방법으로 한정하는 것은 아니며 마스크(210)에 코팅제를 코팅할 수 있는 어떠한 코팅 방법도 이용될 수 있다.
목적하는 범프 높이에 따라 마스크(210)의 두께를 조절함으로써 바람직한 높이를 갖는 범프의 형성이 가능하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예로, 마스크(210)는 마스크(210)의 개구부 내벽(211), 기판 접촉면(212) 및 마스크(210)의 윗면(213)에도 소수성 코팅층(240)을 포함하는 형태가 될 수 있다.
기판의 제조에 이용되는 종래의 솔더 페이스트 인쇄용 마스크는 솔더 페이스 트(220)의 인쇄 단계에서 솔더 페이스트(220)를 충진한 후 마스크 윗면(213)에 솔더 페이스트(220)가 잔류하는 문제점이 있었다. 그러나 마스크(210)의 개구부 내벽(211), 기판 접촉면(212) 및 마스크(210)의 윗면(213)에 소수성 코팅층을 포함하는 마스크를 이용하여 솔더 페이스트(220)를 인쇄하는 경우, 마스크 윗면(213)에 대한 솔더 페이스트(220)의 습윤성이 감소하여 범프가 형성될 회로 패턴(203) 부분을 제외하고는 마스크의 윗면(213)에 솔더 페이스트(220)가 남지않게 된다. 또한 마스크의 윗면(213)에 소량의 솔더 페이스트(220)가 남는다 하더라도 솔더 페이스트의 제거가 용이하다. 이로써 솔더 페이스트(220)의 낭비를 방지할 수 있고, 마스크(210)의 윗면에 솔더 페이스트(220)가 축적됨으로써 발생하는 마스크(210)의 수명 단축을 방지할 수 있다.
한편 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 기판의 제조방법을 나타내는 공정 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소수성 코팅층을 갖는 마스크를 이용한 기판의 제조방법을 나타내는 공정 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 개구부 내벽 및 기판 접촉면에 소수성 코팅층을 갖는 마스크의 형상을 나타내는 도면이다.
< 주요 부호에 대한 설명 >
100, 200 기판 101, 201 절연층
102, 202 솔더 레지스트 103, 203 회로 패턴
110, 210 마스크 111, 211 개구부 내벽
112, 212 기판 접촉면 113, 213 마스크 윗면
114, 214 개구부 121 잔류 솔더 페이스트
120, 220 솔더 페이스트 230 스퀴지
240 소수성 코팅층 250 솔더 범프

Claims (3)

  1. 기판에 솔더 페이스트를 인쇄하기 위한 마스크에 있어서,
    두께 방향으로 관통하는 솔더 페이스트 인쇄용 개구부; 및
    상기 개구부의 내벽 및 상기 마스크의 기판 접촉면에 형성된 소수성 코팅제로 이루어진 코팅층;
    을 포함하는 소수성 코팅층을 갖는 마스크.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 소수성 코팅층이 상기 개구부의 내벽, 상기 마스크의 상기 기판 접촉면 및 상기 마스크의 윗면에 형성된 소수성 코팅층을 갖는 마스크.
  3. a. 회로 패턴이 형성된 기판을 제공하는 단계;
    b. 상기 회로 패턴에 대응하는 위치에 형성된 솔더 페이스트 인쇄용 개구부 및 소수성 코팅제로 이루어진 코팅층을 포함하는 솔더 페이스트 인쇄용 마스크를 상기 기판에 올리는 단계;
    c. 상기 솔더 페이스트 인쇄용 마스크를 이용하여 솔더 페이스트를 인쇄하는 단계;
    d. 상기 솔더 페이스트 인쇄용 마스크를 제거하는 단계; 및
    e. 인쇄된 상기 솔더 페이스트를 리플로우 하는 단계
    를 포함하는 기판의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160062280A (ko) * 2014-11-24 2016-06-02 삼성디스플레이 주식회사 증착용 마스크와, 이를 제조하는 방법

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