KR20110035176A - 파인 피치 구조를 갖는 인쇄회로기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 절연기판; 상기 절연기판상에 상면이 노출되도록 서로 이격되어 형성된 복수의 금속패드; 상기 복수의 금속패드간 이격부분을 절연시키도록 형성된 절연층; 상기 일부 노출된 금속패드 상면에 형성되며, 상부폭이 하부폭보다 좁은 범프를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 이에 의해 기존의 메탈마스크를 필름 마스크로 대체함으로써, 범프 브리지가 없는 파인 피치를 구현하며, 저비용으로 공정을 수행할 수 있다. 또한, 기판과 다이 사이의 긴 스탠드 오프 높이 (stand-off hight)를 확보하여, 어셈블리 공정에서의 언더필 (Underfill)을 용이하게 하고 디플럭스 클리닝 공정에서의 불량률을 줄일 수 있다.

인쇄회로기판, 범프 피치, 범프 브리지

Description

파인 피치 구조를 갖는 인쇄회로기판 및 이의 제조 방법{PRINTED CIRCUIT BOARD HAVING STRUCTURE FOR FINE PITCH AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 파인 피치 구조를 갖는 인쇄회로기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

인쇄회로 기판 (PCB; Printed Circuit Board)은 전기 절연성 기판에 구리와 같은 전도성 재료로 회로 라인 인쇄회로 기판 (line pattern)을 인쇄 형성시킨 것으로, 전자 부품을 탑재하기 직전의 기판을 말한다. 즉 여러 종류의 많은 전자 부품을 평판 위에 밀집 탑재시키기 위해, 각 부품의 장착 위치를 확정하고, 부품을 연결하는 회로 라인을 평판 표면에 인쇄하여 고정시킨 회로 기판을 뜻한다.

최근 반도체 칩의 고밀도화 및 신호전달속도의 고속화에 대응하기 위한 기술로서 CSP(Chip-Sized Package) 실장 또는 와이어 본딩 (wire bonding) 실장을 대신하여 반도체 칩을 인쇄회로기판에 직접 실장하는 기술에 대한 요구가 커지고 있다. 인쇄회로기판에 반도체 칩을 직접 실장하기 위하여, 반도체의 고밀도화에 대응할 수 있는 고밀도 및 높은 신뢰도의 인쇄회로기판 개발이 필요하다.

칩소자의 패드와 기판 패드가 전기적으로 접합되기 위해서, 보통 BGA 솔더볼 이 사용되는데, 기판 패드 상에 솔더볼이 올려지고 리플로우 처리된 후 칩소자가 마운팅되는 공정 순서로 진행된다. 이러한 솔더볼은 개별 부품으로 제작된 사태로 이용되며, 약 300㎛의 직경을 갖는 원형을 이룬다.

따라서, 리플로우 공정이 처리되는 과정에서 고온의 열을 받으면, 솔더볼은 바액체 상태의 점성을 갖으며, 기판과의 표면장력, 중력 등의 힘을 받으므로 인하여 타원형을 이룬다.

또한, 칩소자가 상측으로부터 실장되면 칩소자가 압박됨에 따라, 솔더볼이 더욱 옆으로 퍼진 형상을 이루게 된다. 따라서, 패드 사이의 간격이 충분하지 못한 경우, 인접된 솔더볼이 서로 통전되는 현상이 발생될 수 있으며, 회로의 오동작을 유발한다.

이러한 이유로, 솔더볼 사이의 간격, 즉 패드 사이의 간격은 약 800㎛ 이상 충분히 확보되어야 하며, 이렇게 패드 사이의 간격에 제한이 가해짐에 따라 칩소자의 크기, 칩소자가 장착되는 전자기기의 크기를 축소하는데 한계가 생긴다.

도 1은 종래의 SOP (Solder On Panel) 기술에 따라, 금속 마스크를 이용하여 솔더 범프를 기판에 장착하는 방법을 나타내는 순서도이다.

우선, 절연기판 (110)상에 범프 패드 (120) 및 절연층 (130) (예를 들어, 솔더 마스크)이 형성된 인쇄회로기판을 준비한다. 그 후, 절연층 (130)상에 금속 마스크를 부착하고, 솔더 페이스트의 개구부에 솔더 페이스트를 채운다. 여기서, 솔더 페이스트를 채우는 방법은, 스텐실 프린팅 (stencil printing) 기법이 사용될 수 있다. 스텐실 프린팅시, 도면에 도시된 바와 같이, 좌측에서 우측으로 스퀴지 (squeege; 140)를 밀면서 솔더 페이스트를 채운다.

그리고 금속 마스크를 제거한 후, 솔더 페이스트를 리플로우시켜 범프를 형성한다. 그 다음 디플럭스 후, 코닝 (coining) 공정을 거쳐 범프층의 상면을 평탄화한다.

이러한 종래 기술에서는, 범프 피치가 좁아질수록 금속 마스크의 질 (벽의 품질, 두께) 및 파인 솔더 페이스트가 중요 요소가 된다. 또한, 금속 마스크를 분리하는 경우, 분리의 속도, 압력에 영향을 받는다. 예를 들어, 정확하지 못한 솔더 페이스트의 프린팅의 경우, 금속 마스크의 분리로 인하 압력에 의해 솔더 페이스트가 무너져서 범프 사이를 통전시키는 리플로우 범프 브리지를 형성할 수 있다.

특히, 이러한 리플로우 범프 브리지 문제로 인하여 140㎛ 이하의 범프 피치의 구현이 불가능하다. 또한, 금속 마스크는 고가이며, 금속 마스크의 개구부의 모양으로 인해 직선 모양의 범프만을 형성함으로써 높은 스탠드 오프 (stand-off hight)를 확보할 수가 없다.

따라서, 저 비용으로 파인 피치를 구현하며, 높은 스탠드 오프를 확보할 수 있는 인쇄회로기판에 대한 기술이 필요하다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 필름 마스크를 이용하여 제조원가를 절감하고, 파인 피치에서도 리플로우 범프 브리지 문제를 발생시키지 않으며, 높은 스탠드 오프를 확보하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 파인 피치 구조를 갖는 인쇄회로기판의 구조는, 절연기판; 상기 절연기판상에 상면이 노출되도록 서로 이격되어 형성된 복수의 금속패드; 상기 복수의 금속패드간 이격부분을 절연시키도록 형성된 절연층; 및 상기 노출된 금속패드 상면에 형성되며, 상부폭이 하부폭보다 좁은 범프를 포함하여, 파인 피치와 함께 높은 스탠드 오프를 구현할 수 있다.

또한, 상기 범프의 상면은 평탄화된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 파인 피치 구조를 갖는 인쇄회로기판의 제조 방법은, (a) 절연기판상에 복수의 금속 패드를 상면이 노출되도록 서로 이격시켜 형성하는 단계; (b) 상기 복수의 금속패드간 이격부분을 절연시키도록 절연층을 형성하는 단계; (c) 상기 절연층상에 상부폭이 하부폭보다 좁은 개구부를 갖는 필름 마스크를 부착하는 단계; (d) 상기 필름 마스크의 개구부에 솔더 페이스트를 채우는 단계; (e) 상기 솔더 페이스트를 리플로우시켜 범프를 형성하는 단계; 및 (f) 상기 필름 마스크를 제거하는 단계를 포함한다.

특히, 상기 인쇄회로기판 제조 방법은, 상기 (e) 단계와 상기 (f) 단계 사이 에, 상기 범프의 상면을 평탄화하는 단계를 더 포함하 수 있으며, 상기 (e) 단계와 상기 평탄화하는 단계 사이에, 상기 범프를 디플럭스하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 기존의 메탈마스크를 필름 마스크로 대체함으로써, 범프 브리지가 없는 파인 피치를 구현하며, 저비용으로 공정을 수행할 수 있다. 또한, 기판과 다이 사이의 높은 스탠드 오프를 확보하여, 어셈블리 공정에서의 언더필 (Underfill)을 용이하게 하고 디플럭스 클리닝 공정에서의 불량율을 줄일 수 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 일 실시형태에 따른 파인 피치 구조를 갖는 인쇄회로기판 및 그 제조 방법에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

실시형태의 설명에 있어서, "상 (on)"과 "아래(under)"는 직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한, 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 파인 피치 구조를 갖는 인쇄회로기판 을 제조하는 흐름도이다.

도 3은 도 2의 흐름도의 각 단계에 대응하는 파인 피치 구조를 갖는 인쇄회로기판의 제조 단면도이다.

도 2를 참조하면, 필름 마스크를 라미네이팅하는 단계 (S1), 솔더 페이스트를 프린팅하는 단계 (S2), 리플로우 단계 (S3), 디플럭스 및 코닝 단계 (S4), 필름 마스크 제거 단계 (S5) 를 포함한다.

더욱 상세하게는, 도 3을 참조하여 설명한다, 도 3을 참조하면, S1 에서, 절연기판 (210) 상에 복수의 금속 패드 (220)를 상면이 노출되도록 서로 이격시켜 형성한 후, 복수의 금속패드 (220)간 이격부분을 절연시키도록 절연층 (230)을 형성한 인쇄회로기판을 준비한다.

그 후, 필름 마스크 (240)를 절연층 (230)상에 부착한다. 여기서, 필름 마스크 (240)의 개구부 형상은 상부폭이 하부폭보다 좁은 형태이다. 예를 들어, 사다리꼴 형상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 형상에 특징으로 갖는 필름 마스크 (249)의 개구부는, 추후 필름 마스크 (240) 를 분리하는 경우, 응력 (stress)를 최소화한다. 이는, 응력이 최소화하지 못하고 가중되는 경우에는, 기존의 금속 마스크와 같이, 주위의 리플로우 범프가 무너져 브리지가 형성될 위험이 크기 때문이다.

또한, 필름 마스크 (240)의 부착시, 개구부의 위치는 금속 패드 (220) 의 노출된 상면 부분에 대응한다.

또한, 필름 마스크 (240)의 상부폭이 하부폭보다 좁은 개구부 모양은 레이저 또는 기계적 드릴로 가공하거나 감광성 폴리이미드 필름에 빛을 조사하여 형성할 수 있다.

그 다음, S2에서, 필름 마스크 (240)의 이러한 개구부에 솔더 페이스트 (250)를 채운다. 여기서 솔더 페이스트 (250)를 채우는 방법은, 종래 기술과 같이, 스텐실 프린팅 (stencil printing) 기법이 사용될 수 있다. 스텐실 프린팅시, 도면에 도시된 바와 같이, 좌측에서 우측으로 스퀴지 (squeege; 260)를 밀면서 솔더 페이스트 (250)를 채운다.

그 후, S3 에서, 솔더 페이스트 (250)를 리플로우시켜 상부폭이 하부폭보다 좁음 범프를 형성한다. 여기서 본 발명은, 금속 마스크를 사용하는 종래의 기술과 달리, 필름 마스크 (240)를 분리하지 않고 리플로우 공정을 실시한다.

이 경우, 필름 마스크 (240)가 댐 (dam) 역할을 하기 때문에, 주위의 범프가 무너지지 않아, 파인 피치를 구현시 문제가 되는 범프 브리지의 발생을 방지할 수 있다.

그 후, S4 에서, 리플럭스 공정을 실시하여 플럭스를 제거하고, 코닝 공정을 실시하여 범프의 상면을 평탄화시킨다. 따라서, 복수의 범프의 높이가 균일해진다.

최종적으로 S5 에서, 필픔 마스크를 제거하면, 리플로우 범프 브리지가 없이 파인피치가 형성된 인쇄회로기판을 제조할 수 있다.

이러한 공정은, 프린팅, 리플로우, 디플럭스와 같은 기존 공정을 활용하여 100㎛ 이하의 파인 범프 피치를 갖는 인쇄회로기판을 제작 가능하게 한다.

또한, 공정이 끝난 후, 저렴한 필름 마스크는 재사용이 가능하여 공정 비용 을 크게 절감할 수 있다. 또한, 이와 같이 제조된 인쇄회로 기판은 높은 스탠드 오프를 확보하여 다이를 부착하는 경우, 어셈블리 공정에서의 언더필을 용이하게 하고 디플럭스 클리닝 공정에서의 불량율을 줄일 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 종래의 SOP (Solder On Panel) 기술에 따라, 금속 마스크를 이용하여 솔더 범프를 기판에 장착하는 방법을 나타내는 순서도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 파인 피치 구조를 갖는 인쇄회로기판을 제조하는 흐름도이다.

도 3은 도 2의 흐름도의 각 단계에 대응하는 파인 피치 구조를 갖는 인쇄회로기판의 제조 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

110, 210: 절연기판 120, 220: 범프 패드

130, 230: 절연층 140, 260: 스퀴지

240: 필름 마스크 250: 솔더 페이스트

Claims (5)

1. 절연기판;

   상기 절연기판상에 상면이 노출되도록 서로 이격되어 형성된 복수의 금속패드;

   상기 복수의 금속패드간 이격부분을 절연시키도록 형성된 절연층;

   상기 노출된 금속패드 상면에 형성되며, 상부폭이 하부폭보다 좁은 범프를 포함하는 것을 특징으로 하는 파인 피치 구조를 갖는 인쇄회로기판.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 범프의 상면은 평탄화된 것을 특징으로 하는 파인 피치 구조를 갖는 인쇄회로기판.
3. (a) 절연기판상에 복수의 금속 패드를 상면이 노출되도록 서로 이격시켜 형성하는 단계;

   (b) 상기 복수의 금속패드간 이격부분을 절연시키도록 절연층을 형성하는 단계;

   (c) 상기 절연층상에 상부폭이 하부폭보다 좁은 개구부를 갖는 필름 마스크 를 부착하는 단계;

   (d) 상기 필름 마스크의 개구부에 솔더 페이스트를 채우는 단계;

   (e) 상기 솔더 페이스트를 리플로우시켜 범프를 형성하는 단계;

   (f) 상기 필름 마스크를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파인 피치 구조를 갖는 인쇄회로기판 제조 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 인쇄회로기판 제조 방법은,

   상기 (e) 단계와 상기 (f) 단계 사이에,

   상기 범프의 상면을 평탄화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파인 피치 구조를 갖는 인쇄회로기판 제조 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 인쇄회로기판 제조 방법은,

   상기 (e) 단계와 상기 평탄화하는 단계 사이에,

   상기 범프를 디플럭스하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파인 피치 구조를 갖는 인쇄회로기판 제조 방법.

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