KR20140019688A - 플랫 댐 및 이를 이용한 칩 패키징 방법 - Google Patents

플랫 댐 및 이를 이용한 칩 패키징 방법 Download PDF

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류창섭
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최철호
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Abstract

본 발명에 따른 플랫 댐은 기판 상에 구비된 절연층의 패키지 영역에 형성되어 언더 필의 이동을 제한하고, PFAC(Perfluorooctyl acrylate), 폴리프로필렌(Polypropylene), PTFE(Polytetrafluoroethylene), 및 불소화합물 중 어느 하나 또는 적어도 두 개를 포함하는 소수성(hydrophobic) 재질로 이루어진다.

Description

플랫 댐 및 이를 이용한 칩 패키징 방법{Flat dam and method for manufacturing chip package using the same}
본 발명은 플랫 댐 및 이를 이용한 칩 패키징 방법에 관한 것이다.
종래에 전자 산업 분야는 지속적인 미세 패턴화가 진행되고 있으며, 이를 위해 다양한 기술들이 개발되고 있다.
그러나, 패키징 분야는 실리콘 칩과 기판 사이의 연결에 따르는 다양한 어려움에 의해 미세 패턴화가 가장 더딘 분야이다. 과거의 와이어 본딩을 대체한 플립칩 기술의 적용에 의해 상당한 성과를 보았으나, 범프 패턴의 미세화가 여전히 어려운 난제이다.
이에 대한 해결 방안으로 많은 연구가 진행되고 있으며, 최근의 연구 경향 중의 하나는 국내등록특허공보 제 10-0850763호(2008년 7월 31일 등록)에 기재된 바와 같이 범프에 상응하는 영역을 포위하는 SR 댐(Solder Resist dam)을 형성하는 방법이다.
종래의 SR 댐은 종래에 언더필(underfill)의 흐름을 방지하여 몰딩(Molding)시 원하는 영역에 칩이 몰딩될 수 있도록 하는 역할을 위해 칩이 올라가는 부위에 2차 SR을 입혀 높이를 가지도록 형성시킨다.
하지만, 종래의 15㎛ 이내의 얇은 두께를 갖는 인쇄회로기판의 사양에서 70㎛로 두꺼워지는 SR 댐의 필요성에 의해, 종래의 SR 댐을 형성하는 공정은 여러 가지 문제들, 예를 들어 제품 파손과 말림 등의 공정 결함, 휨(Warpage), 과도한 SR 현상량에 의한 액 오염, SR 잔사 등과 같은 문제점을 발생시킨다.
구체적으로, 종래에 댐이 형성될 인쇄회로기판의 한쪽 면에 SR을 라미네이션하고 노광과　현상을 거쳐 이루어진다. 이때, SR 댐의 두께가 높으면, 초박막 인쇄회로기판에 대해 SR을 라미네이션하는 과정에서, 초박막 인쇄회로기판 자체가 휘거나 찢어지면서 공정 결함을 야기하고 초박막 인쇄회로기판의 휨의 원인이 된다.
또한, SR 댐이 홈의 형태로 구비되는 경우, 인쇄회로기판의 디자인에 따라 회로의 일부 영역이 노출되고, 이에 따라 갈바닉 부식(Galvanic corrosion) 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 관점은 상기의 문제점을 해소하기 위해 칩이 실장되는 패키지 영역의 SR 층에 형성된 플랫댐을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기의 문제점을 해소하기 위해 칩이 실장되는 패키지 영역의 SR 층에 형성된 플랫댐을 이용하여 칩을 실장하는 칩 패키징 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 플랫 댐은 기판 상에 구비된 절연층의 패키지 영역에 형성되어 언더 필의 이동을 제한한다.
본 발명의 일실시예에 따른 플랫 댐은 상기 절연층의 패키지 영역 가장자리를 따라 상기 절연층의 표면에 형성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 플랫 댐은 상기 절연층의 패키지 영역 가장자리를 따라 상부면으로부터 내부까지 트렌치 영역으로 구비된다.
본 발명의 일실시예에 따른 플랫 댐은 상기 패키지 영역에 구비된 솔더 범프 사이에서 상기 절연층의 표면에 더 형성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 플랫 댐은 PFAC(Perfluorooctyl acrylate), 폴리프로필렌(Polypropylene), PTFE(Polytetrafluoroethylene), 및 불소화합물 중 어느 하나 또는 적어도 두 개를 포함하는 소수성(hydrophobic) 재질로 이루어진다.
본 발명의 일실시예에 따른 플랫 댐은 상기 절연층의 열팽창률과 상기 언더 필의 열팽창률의 중간값을 갖는다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 패키징 방법은 (A) 기판 상에 다수의 회로 패턴을 형성하는 단계; (B) 상기 회로 패턴을 매립하는 절연층을 형성하는 단계; (C) 상기 절연층의 패키지 영역에 플랫 댐을 형성하는 단계; (D) 상기 패키지 영역에 솔더 범프를 형성하는 단계; 및 (E) 상기 패키지 영역에 언더 필 공정으로 칩을 실장하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 패키징 방법에서 상기 (A) 단계는 (A-1) 기판의 상부면에 드라이 필름을 라미네이션하는 단계; (A-2) 상기 드라이 필름에 대해 패터닝 공정으로 다수의 개구부를 갖는 드라이 필름 패턴을 형성하는 단계; (A-3) 상기 드라이 필름 패턴의 개구부에 구리를 충진하는 단계; 및 (A-4) 상기 드라이 필름 패턴을 박리하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 패키징 방법에서 상기 (A-3) 단계는 CVD(chemical vapor deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), 서브트랙티브(Subtractive)법, 무전해 동도금 또는 전해 동도금을 이용하는 애디티브(Additive)법, SAP(Semi-Additive Process) 및 MSAP(Modified Semi-Additive Process) 중 어느 하나의 방법으로 수행된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 패키징 방법에서 상기 (C) 단계는 소수성 재질을 이용하여 상기 패키지 영역의 가장자리를 따라 상기 절연층의 표면에 대한 표면 개질을 거쳐 상기 플랫 댐을 형성한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 패키징 방법에서 상기 (C) 단계는 CVD, PVD, 및 플라즈마 중합법 중 어느 하나의 방법으로 상기 플랫 댐을 형성한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 패키징 방법에서 상기 (C) 단계는 소수성 재질을 이용하여 상기 패키지 영역의 가장자리를 따라 상기 절연층의 상부면으로부터 내부까지 트렌치 형태로 상기 플랫 댐을 형성한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 패키징 방법에서 상기 (C) 단계는 상기 소수성 재질을 이온화하여 이온 주입법(ion implantation)으로 상기 절연층의 상부면으로부터 내부까지 주입한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 패키징 방법은 상기 패키지 영역에 구비될 솔더 범프 사이에서 상기 절연층의 표면에 플랫 댐을 더 형성한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 패키징 방법에서 상기 플랫 댐은 상기 절연층의 열팽창률과 상기 언더 필의 열팽창률의 중간값을 갖도록 형성된다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 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 칩 패키지는 종래에 SR 댐을 대신하여 패키지 영역의 상부면에 형성된 플랫 댐에 의해 전체 두께를 줄일 수 있고, 언더 필의 오버 플로우(over flow)를 용이하게 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 칩 패키지는 SR 패턴층의 열팽창률과 언더 필의 열팽창률의 중간값을 갖는 플랫 댐을 구비하므로, 칩 패키지에서의 휨 저항성(warpage resistance)을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 칩 패키지의 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 패키징 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프랫 댐의 형성방법을 설명하기 위한 단면 예시도.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 프랫 댐의 형성방법을 설명하기 위한 단면 예시도.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 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. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 칩 패키지의 단면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 칩 패키지는 기판(100), 기판(100) 상에 구비된 다수의 회로 패턴(110), 회로 패턴(110) 중 패드 각각에 접하여 형성되고 칩(200)에 접착 연결된 솔더 범프(130), 솔더 범프(130)를 둘러싸고 회로 패턴(110)을 매립하는 SR(Solder Resist) 패턴층(120), SR 패턴층(120)의 상부면과 칩(200)의 하부면 사이에서 솔더 범프(130)를 둘러싸는 언더 필(Under fill: 210), 및 솔더 범프(130) 영역을 둘러싸는 SR 패턴층(120)의 패키지 영역에 형성되어 언더 필(210)의 이동을 제한하는 플랫 댐(Flat dam: 140)을 포함한다.
플랫 댐(140)은 SR 패턴층(120)의 상부 또는 일부 영역을 따라 솔더 범프(130) 영역을 둘러싸는 패키지 영역에 형성되고, 이에 따라 칩(200)을 실장하기 위한 언더필 공정에서 언더 필(210)이 패키지 영역을 벗어나 흘러넘치는 것을 방지한다.
구체적으로, 플랫 댐(140)은 예를 들어, PFAC(Perfluorooctyl acrylate), 폴리프로필렌(Polypropylene), PTFE(Polytetrafluoroethylene), 및 C3F6와 같은 불소화합물 등의 소수성(hydrophobic) 재질을 이용하여, SR 패턴층(120)의 상부면을 따라 형성되거나 또는 SR 패턴층(120)의 내부에 소정 깊이를 갖는 트렌치(trench) 형태로 영역을 형성할 수 있다.
이러한 플랫 댐(140)은 CVD(chemical vapor deposition), 스퍼터링(sputtering) 등과 같은 PVD, 이온 주입법(ion implantation), 플라즈마 중합법(Plasma Polymerization) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
이와 같은 플랫 댐(140)은 소수성 재질의 특성에 따라 극성을 갖지 않아 언더 필(210)과 닿으면 언더 필(210) 재질과의 친화력이 없고, 이에 따라 도 1에 도시된 바와 같이 언더 필(210)이 흘러넘치지 않고 플랫 댐(140)에 닿아 뭉치게 된다.
또한, 플랫 댐(140)은 SR 패턴층(120)의 열팽창률값 및 언더 필(210) 재질의 열팽창률값의 중간 정도로 구비하여, 칩 패키지에서의 휨 저항성(warpage resistance)을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 칩 패키지는 종래에 SR 댐을 대신하여, SR 패턴층(120)의 패키지 영역의 상부면에 형성된 플랫 댐(140)에 의해 전체 두께를 줄일 수 있고, 언더 필(210)의 오버 플로우(over flow)를 용이하게 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 칩 패키징 방법에 대해 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 패키징 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프랫 댐의 형성방법을 설명하기 위한 단면 예시도이며, 도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 프랫 댐의 형성방법을 설명하기 위한 단면 예시도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 패키징 방법은 먼저 기판(100) 상에 다수의 회로 패턴(110)을 형성하고, 회로 패턴(110)을 매립하는 SR 층을 형성한다(S210).
구체적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 패키징 방법은 먼저, 기판(100)의 상부면에 드라이 필름을 라미네이션하고, 드라이 필름을 노광(lithography), 에칭(etching) 과정 등을 포함한 패터닝(patterning) 공정으로 처리하여, 개구부를 갖는 드라이 필름 패턴을 형성할 수 있다.
이러한 드라이 필름 패턴에 대해 CVD(chemical vapor deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), 서브트랙티브(Subtractive)법, 무전해 동도금 또는 전해 동도금을 이용하는 애디티브(Additive)법, SAP(Semi-Additive Process) 및 MSAP(Modified Semi-Additive Process) 등의 방법으로 구리를 충진하고, 드라이 필름 패턴을 박리할 수 있다.
이에 따라, 다수의 패드를 포함한 회로 패턴(110)이 형성될 수 있다.
이후, SR(Solder Resist)을 이용하여 회로 패턴(110)을 매립하는 SR 층을 형성한다.
SR 층을 형성한 후, 칩(200)이 실장되는 패키지 영역에 대해 플랫 댐(140)을 형성한다(S220).
구체적으로, 플랫 댐(140)은 예를 들어, PFAC, 폴리프로필렌, PTFE, 및 불소화합물 등의 소수성(hydrophobic) 재질을 이용하여, CVD, 스퍼터링 등과 같은 PVD, 이온 주입법, 플라즈마 중합법 등의 방법으로 SR 층의 패키지 영역 가장자리를 따라 표면에 형성할 수 있다.
이에 따라, 플랫 댐(140)은 SR 층의 상부면에 대한 표면 개질(Surface modification)을 통해 SR 층의 패키지 영역 가장자리를 따라 구비될 수 있다.
이때, 도 3에 도시된 제 2 실시예에 따른 프랫 댐(340)과 같이, 프랫 댐(340)이 SR 층의 패키지 영역 가장자리와 함께, 이후 형성되는 솔더 범프(330) 사이의 SR 층의 표면에 형성될 수 있다.
또는, 선택적으로 도 4에 도시된 제 3 실시예에 따른 프랫 댐(540)과 같이, 프랫 댐(540)이 SR 층의 상부면으로부터 SR 층 내부로 소정 깊이를 갖는 트렌치 형태로 영역을 형성할 수 있다.
구체적으로, 도 4에 도시된 제 3 실시예에 따른 프랫 댐(540)을 형성하기 위해, SR 층의 프랫 댐(540) 영역을 에칭하여 트렌치 형태로 제거한다.
이렇게 형성된 트렌치에 대해 CVD, PVD, 플라즈마 중합법 등의 방법으로 소수성 재질을 충진한다.
소수성 재질을 충진한 후, 소수성 재질이 충진된 트렌치를 포함하여 SR 층에 대한 평탄화 공정을 수행한다.
이에 따라, 상부면이 평탄한 프랫 댐(540)이 SR 층에 구비될 수 있다.
반면에, 트렌치를 형성하는 방법 이외에, SR 층의 프랫 댐(540) 영역에 대해 소수성 이온을 주입하는 이온 주입법으로 프랫 댐(540)을 더욱 용이하게 형성할 수도 있다.
특히, 프랫 댐(140,340,540)은 SR 층의 열팽창률과 이후 구비될 언더 필 재질의 열팽창률의 중간 정도의 열팽창률값을 갖도록 형성하여, 칩 패키지에서의 휨 저항성(warpage resistance)을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 다양한 형태의 프랫 댐(140,340,540)을 형성한 후, SR 층의 패키지 영역에 대해 솔더 범프를 다수 형성한다(S230).
먼저, 솔더 범프를 구비하기 위해 SR 층에 매립된 패드(110,310,510)를 노출시키는 SR 층에 대한 패터닝 공정을 수행한다.
SR 층에 대한 패터닝 공정은 노광, 에칭 과정 등을 포함하고, SR 층을 패드(110,310,510)에 대응하는 개구부를 갖는 SR 패턴층(120,320,520)으로 형성한다.
이후, 솔더 범프(130,330,530)가 SR 패턴층(120,320,520)의 개구부에 각각 구비한다.
솔더 범프(130,330,530)를 구비한 후, 칩(200)이 언더 필 공정으로 언더필과 솔더 범프(130,330,530)를 통해 기판 상에 실장된다(S240).
이때, 칩(200)의 하부면과 SR 패턴층(120)의 상부면 사이에 구비된 수지 재질의 언더 필은 프랫 댐(140,340,540)에 의해 이동이 제한되어, 패키지 영역을 벗어나지 않고 경화된다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 패키징 방법은 종래에 SR 댐을 대신하여 소수성 특징을 갖는 플랫 댐을 용이하게 형성하여, 패키지의 전체 두께를 줄일 수 있고, 언더 필의 오버 플로우(over flow)를 용이하게 방지할 수 있는 패키지를 제공할 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 기판 110: 회로 패턴
120: SR 패턴층 130: 솔더 범프
140: 플랫 댐 200: 칩
210: 언더 필

Claims (16)

  1. 기판 상에 구비된 절연층의 패키지 영역에 형성되어 언더 필의 이동을 제한하는 플랫 댐.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 플랫 댐은 상기 절연층의 패키지 영역 가장자리를 따라 상기 절연층의 표면에 형성되는 플랫 댐.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 플랫 댐은 상기 절연층의 패키지 영역 가장자리를 따라 상부면으로부터 내부까지 트렌치 영역으로 구비되는 플랫 댐.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 플랫 댐은 상기 패키지 영역에 구비된 솔더 범프 사이에서 상기 절연층의 표면에 더 형성되는 플랫 댐.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 플랫 댐은 소수성(hydrophobic) 재질로 이루어지는 플랫 댐.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 소수성 재질은 PFAC(Perfluorooctyl acrylate), 폴리프로필렌(Polypropylene), PTFE(Polytetrafluoroethylene), 및 불소화합물 중 어느 하나 또는 적어도 두 개를 포함하는 플랫 댐.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 플랫 댐은 상기 절연층의 열팽창률과 상기 언더 필의 열팽창률의 중간값을 갖는 플랫 댐.
  8. (A) 기판 상에 다수의 회로 패턴을 형성하는 단계;
    (B) 상기 회로 패턴을 매립하는 절연층을 형성하는 단계;
    (C) 상기 절연층의 패키지 영역에 플랫 댐을 형성하는 단계;
    (D) 상기 패키지 영역에 솔더 범프를 형성하는 단계; 및
    (E) 상기 패키지 영역에 언더 필 공정으로 칩을 실장하는 단계;
    를 포함하는 칩 패키징 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 (A) 단계는
    (A-1) 기판의 상부면에 드라이 필름을 라미네이션하는 단계;
    (A-2) 상기 드라이 필름에 대해 패터닝 공정으로 다수의 개구부를 갖는 드라이 필름 패턴을 형성하는 단계;
    (A-3) 상기 드라이 필름 패턴의 개구부에 구리를 충진하는 단계; 및
    (A-4) 상기 드라이 필름 패턴을 박리하는 단계;
    를 포함하는 칩 패키징 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 (A-3) 단계는
    CVD(chemical vapor deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), 서브트랙티브(Subtractive)법, 무전해 동도금 또는 전해 동도금을 이용하는 애디티브(Additive)법, SAP(Semi-Additive Process) 및 MSAP(Modified Semi-Additive Process) 중 어느 하나의 방법으로 수행되는 칩 패키징 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 (C) 단계는 소수성 재질을 이용하여 상기 패키지 영역의 가장자리를 따라 상기 절연층의 표면에 대한 표면 개질을 거쳐 상기 플랫 댐을 형성하는 칩 패키징 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 (C) 단계는 CVD, PVD, 및 플라즈마 중합법 중 어느 하나의 방법으로 상기 플랫 댐을 형성하는 칩 패키징 방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 (C) 단계는 소수성 재질을 이용하여 상기 패키지 영역의 가장자리를 따라 상기 절연층의 상부면으로부터 내부까지 트렌치 형태로 상기 플랫 댐을 형성하는 칩 패키징 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 (C) 단계는 상기 소수성 재질을 이온화하여 이온 주입법(ion implantation)으로 상기 절연층의 상부면으로부터 내부까지 주입하는 칩 패키징 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 패키지 영역에 구비될 솔더 범프 사이에서 상기 절연층의 표면에 플랫 댐을 더 형성하는 칩 패키징 방법.
  16. 청구항 8에 있어서,
    상기 플랫 댐은 상기 절연층의 열팽창률과 상기 언더 필의 열팽창률의 중간값을 갖도록 형성되는 칩 패키징 방법.
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