KR950008696B1

KR950008696B1 - 테이프 자동 본딩(tab)의 범프 전사방법

Info

Publication number: KR950008696B1
Application number: KR1019920011705A
Authority: KR
Inventors: 안승호; 김구성
Original assignee: 삼성전자주식회사; 김광호
Priority date: 1992-07-01
Filing date: 1992-07-01
Publication date: 1995-08-04
Also published as: JPH0685008A; KR940002978A

Abstract

내용 없음.

Description

테이프 자동 본딩(TAB)의 범프 전사방법

제1도 (a)∼(e)는 종래기술에 의한 TAB 공정의 범프 형성 및 전사방법을 나타낸 공정도.

제2도 (a)∼(f)는 본 발명에 따른 TAB 공정의 범프 전사방법을 나타낸 공정도.

제3도는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.

본 발명은 반도체 장치의 패키징에 관한 것으로서, 특히 TAB(Tape Automated Bonding)에 의한 리드 단자와 칩 패드 단자와의 상호 연결방법에 관한 것이다.

최근 전자기기는 고기능화, 대용량화, 소형화 및 박형화의 추세에 있으며 ㄸㅎ한 반도체 소자는 다기능화, 다핀화, 고속화, 고신뢰성 확보 및 표면 실장형으로 나아가고 있다. 이에 따라 반도체 소자의 박형화 기판, 면적 감소 및 실장 밀도 향상 등 종합적인 실장기술 변화에 우수한 기능을 발휘하고 있는 TAB 기술이 주목되고 있다.

TAB은 초기에 시계, 계산기, 전탁 등의 적은 수의 핀, 소형 칩 적용분야에서 액정 디스플레이 구동기, 전용 커스텀 칩(ASIC), 퍼스컴, 메모리 소자 등의 다핀, 대형칩 적용분야에 이르기까지 응용범위가 확대되고 있다.

현재기술의 관점이라면 TAB은 금속패턴이 형성된 테이프에 금속 범프(metal bump)를 사용하여 칩패드와 본딩시키는 표면 실장형 패키지 기술의 일종으로 볼 수 있는 것으로, 칩과 리드 프레임(lead frame)을 직접 본딩할 수 있도록 한 진보된 상호 연결 기술이다.

범프란 기존의 와이어 본딩과는 달리 칩의 피드와 TAB의 리드 프레임과 와이어 없이 접속할 수 있도록한 일종의 금속돌기로서 와이어 본딩에서의 와이어 역할을 담당한다.

그리고 리드프레임 골격이 포함된 테이프는 이를테면 125μm 두께의 폴리이미드 필름에 20μm 두께의 접착제를 도포하고 35μm 두께의 도전층을 결합시킨 3층구조의 폭이 70mm인 것으로 이 테이프의 리드 단자에는 칩의 패드가 연결되어야 하는데 와이어 접속이 아닌 상기 범프로 호칭된 금속 돌기를 매개로 하여 접착된다. 테이프에 범프를 전사(transfer)시키는 일반적인 공정에 대해서 제1도를 참조하여 이하 설명한다.

칩과 테이프 및 범프는 각기 별개 공정에 의해 만들어져 먼저 테이프와 범프과 상호 본딩에 의해 결합되고 범프가 부착된 테이프는 다시 칩과 제2차 본딩되어 패키지화 된다.

제1도(a)는 예를 들면 유리재질의 기판(1)위에 도전층(2)이 형성된 것을 단면으로 나타낸 것이다.

도전층(2)에는 제1도(b)와 같이 포토레지스트층(3)이 코팅되어 패턴 형성된다. 포토 레지스트층이 갖는 홀(4)은 테이프의 리드 위치에 대응하고 이 자리에 범프들이 형성된다. 범프는 제1도(c)와 같이 형성되는데 이를 위해서 도금조내에 제1도(b)의 형성체를 담그어 두고 전기 도금법으로 상기 홀(4)으로부터 금(Au) 재질의 범프가 형성되도록 한다. 이때 도전층(2)은 전기 도금을 실시하기 위해 필요한 층이다. 도금조는 Au는 포함하고 있고 도전층에 전극을 연결하면 홀에서 Au로 된 범프(5)가 제1도(c)와 같이 형성되는 것이다. 도금조에서 꺼내어진 범프가 형성된 기판은 먼저 포토레지스트층을 제거한 후에, 제1도(d)와 같이 테이프(6)와 정렬시키게 된다.

테이프는 이미 앞에서 언급하였듯이, 인너리드(inner lead)(6A)와 폴리이미드층(6B)를 갖으며 도면에서 폴리이미드층과 리드간 접착층은 도시생략되었다. 테이프의 인너리드 위치와 형성된 범프는 상호 마주보도록 위치된다.

다음은 범프 전사 단계로서, 제1도(e)와 같이 본딩 툴(tool)(7)을 사용하여 압착에 의해서 범프(5)가 리드(6A)에 부착되도록 하여 전사시키게 된다.

다음의 단계는 범프를 갖는 테이프와 칩을 본딩하여 리드 단자와 칩패드를 연결시키는 것인데 이와같은 종래의 범프 전사 방법에서의 문제점은 다음과 같다.

먼저, 제1도(b)와 (c)에서 명백한 바와 같이, 범프를 형성시키기 위해서 사진 식각공정과 전기 도금 공정이 필요하여 작업시간이 길고, 공정이 복잡하며, 설비투자가 커서 비용-효율 측면에서 불리하며 설비된 장치의 이용 융통성이 결여되어 있기 때문에 일괄 공정이 어렵다. 또한 반복 생산에 의한 대량생산, 즉 생산수율면에서, 제1도(b)와 (c)의 사진 식각 공정이 매번 이루어져야 하는 등의 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 지적된 문제점을 해결하는 것으로, 일반적인 TAB 공정의 단점인 저생산서율을 근본적으로 해결하고, 기판 사용의 융통성을 갖게 하여 공정의 효율을 증대시키고 TAB 공정을 단순화시킨 개선된 TAB의 공정의 범프 전사방법을 제공하는 것이다.

더우기 범프재질로서 고가의 금 외에도 여타 금속 재료를 사용할 수 있도록 하는 공정을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 일련의 공정수순은 준비된 금속 기판 표면의 소정위치에 홈을 형성하는 단계; 상기 홈내에 사전에 준비된 하나의 금속 코아(범프:bump)를 각각 위치시키는 단계; 상기 홈내에 위치한 금속 코아와, 테이프에 포함되어 있고, 적어도 하측 표면을 갖는 연결할 리드 단자의 하측 표면을 서로 마주보도록 정렬시켜 두고, 상기 금속코아를 상기 리드 단자의 하측 표면에 부착, 본딩시키는 단계로 이루어져 범프가 테이프에 전사되는 수순을 갖는다.

그루브(groove;홈)와 메탈 코어(metal core)의 매칭에 의한 수법을 기초로 하므로 작업이 간단하고 극소의 투자로 일괄 공정화가 가능하여 비용면에서 유리하고 또한 반복 재생산 측면에서 매우 유리하다.

본 발명에서 제공된 공정에서 볼 수 있듯이 범프 형성을 위한 기판상에 홈을 형성하고, 홈내에 금속코아를 위치시키고 이를 인너 리드에 전사시켜서 범프 효과를 갖게 함과 동시에 리드 전체를 플레이팅 물질로 도금하여 결합자체를 더욱 견고하게 하고 또한 칩 패드와의 본딩 결합을 양호하게 한다.

본 발명의 바람직한 실시예는 다음에 제2도의 공정도를 참조하여 상세히 설명된다.

제2도(a)는 본 발명에 따른 범프(bump)를 형성하기 위한 기판(8)을 준비하는 단계를 나타낸 것으로 종래와는 달리 금속 재질의 기판으로서 그 재질은 예를 들면 SUS304, 스테인리스 스틸 등이 사용될 수 있다.

준비된 기판은 소정 위치에 홈을 갖도록 한다. 제2도(b)는 상기 금속 기판에 홈(10)을 형성하는 것을 보여주고 있는데 이는 펀칭툴(9)과 같은 장비로 소정위치에서 V자형의 홈(10)을 형성함을 나타내고 있다. 홈의 위치는 테이프의 리드단자 위치에 대응하고, 형성된 홈위치와 금속 기판은 반복 재생산시 계속적으로 사용되므로 펀칭작업은 한번에 그친다.

본 실시예는 V자형 홈을 형성하고 있지만 여타 모양이 가능할 수 있다. 홈의 길이는 이 홈내에 위치하는 별개의 물체가 이탈되지 않는 길이이다.

제2도(c)는 상기 홈내에 대체로 구형의 금속 코아(11)를 위치시키는 단계를 나타낸다.

금속코아(metal core)는 그 크기가 종래의 범프 크기와 유사하게 대략 직경이 30μm 정도인 구형의 금속 범프이며 기판 표면(8A)에서 보아 홈내에 위치한 범프들은 약간 돌출된다. 홈은 구형의 금속 범프 직경이, 대략 30μm 정도이므로 이의 절반 정도 길이로 제2도(b)의 단계에서 형성될 수 있다.

현재 금속기판의 재질은 SUS304이며, 구형의 금속범프는 예를 들면, 바람직하기로 니켈 또는 이의 합금이거나 또는 팔라듐(Pd), 은(Ag)인 것이므로 이후 공정에서 금속기판과 구형 범프간 압착에 의해 이탈이 용이하지 않을 것을 대비하여 제2도(b)의 단계에서 전처리 과정이 필요할 수 있으나 범프 전사에 무리가 없다면 생략하여도 좋다.

전처리 과정은 이를테면 금속기판상에 Si₃N₄나 SiC 혹은 단단한 세라믹 물질을 CVD(Chemical Vapor Deposition)나 아크(arc) 방전법 등으로 코팅하여 실시할 수 있다. 또는 V자형 외의 또다른 모양의 펀칭툴, 즉 끝은 대략 둥근 것이나, 평탄한 펀칭툴을 연속으로 작업하여 금속코아의 이탈이 용이하도록 하게 하는 전처리 과정이 포함될 수 있다.

금속기판에 대한 정면도는 없으나 기판 표면 전체는 다수의 정렬된 홈들이 다수 형성되어 있고, 별도로 준비된 금속 펌프(11)들은 그 홈마다에 각각 위치해야 하므로 이를 위해서, 스퀴지(12)를 이용한 스크리닝 방법으로 가능하다.

더욱 상세하게는 금속기판상에 금속코아를 부은 후 스퀴지(12)를 사용하여 제3도(c)와 같이 기판표면에 대하여 좌 또는 우의 일정방향으로 밀어서 금속코아가 홈내에 위치토록 하여 잔유한 금속코아는 스퀴지(12)에 밀려서 잔유코아통과 같은 박스에 수집되고, 이는 재사용하도록 한다.

본 실시예에서 30μm 직경의 균일한 금속코아는 사전에 준비되는데 이것은 이를테면 에어 블로잉(air blowing)법에 의하여 만들어진 코아들을 스크리닝하여 얻을 수 있다.

연이은 단계는 제1도(d) 이후의 단계와 유사하다. 제2도(d)는 기판 표면(8A)위로 돌출된 금속코아(11)들과 인너 리드를 정렬시키는 단계를 나타낸다.

인너리드는 적어도 하측면을 갖고 있는 것으로서, 마련된 하측면(13A)과 돌출된 금속코아가 서로 접하게 된다. 리드는 테이프에 포함되어 있는 것으로 칩 패드나 패키지 형태에 따라 사전에 설계 제작된 것이다.

본 발명에서 리드는 구리재질로써 종래와 같이 Tin이거나 금(Au)이 도금된 구리일 필요가 없다.

이어서 제2도(e)와 같이 본딩 툴(15)을 사용하여 구리로 된 리드와 니케로된 금속코아를 접착시키기 위해서 압착에 의해 전사시킨다.

압착시 홈으로부터 금속코아의 이탈을 용이하게 할 필요가 있으므로 앞에서의 전처리 단계를 경우에 따라서 사용될 수 있다. 펀칭 작업시 기판에 가해지는 힘과 압착시 요구되는 힘은 서로 다르므로 홈의 변형은 전사단계시 변형되지 않는다.

본 발명 목적에 관련하여 전사 단계 이후 금속코아(11)가 이탈된 기판(8)은 여전히 홈(10)이 형성되어 있는 상태이며 제2도(c)의 단계로 다시 복귀되므로 홈 형성을 위한 펀칭 작업은 요구되지 않는다. 그러나 테이프의 금속 패턴이 다른것이면 홈은 다시 형성될 것이다.

또 본 발명의 목적에 따라서 종래와 같이 사진식각 공정이나 전기도금이 필요없이 공정이 진행되어 공정이 간단하게 된다.

제2도(f)의 단계는 리드(13)와 이에 부착된 금속코아(11)를 갖는 범프 전사된 리드를 도금물질, 예를들면 Au, Pt, Pd, Sn, Pb, 솔더 중 어느 하나를 전기도금 또는 무전해(eletroless) 도금 방법으로 도금하여 결합된 상태를 견고히 하고 칩과의 본딩을 용이하게 한다.

상기 설명된 실시예에서는 V자형 홈과 이에 매칭될 수 있는 구형의 메탈코아를 사용하고 있는데 제3도의 경우와 같이 다른 실시예로서 금속코아는 일면이 대략 평탄한 범프를 사용할 수도 있다.

금속코아는 제2도(b)와 같은 홈에 두어져야 하는데 모양이 구형이 아니므로 제2도(b)의 단계에서 'V'자 홈을 먼저 형성하고 이어서 이 홈에 기초하여 바닥면이 평탄한 다른 펀칭툴을 사용하여 재차 홈형성 작업을 하여 다음 홈을 만든다. 홈의 깊이는 전사를 위해서 V자 홈과 같이 대략 이에 일치한다. 그러나 홈의 형태가 바닥면이 평탄한 것이라도 이에 위치하는 금속코아는 여전히 구형의 것이다. 본 발명의 실시예에 따라서 구형의 금속코아를 제2도(c)와 같이 용이하게 위치시켜둔 후에 제2도(e)와 같이 본딩툴로 눌러서 구형의 금속코아가 제3도에 보인 바와 같이 찌그러지게 함과 동시에 리드에 전사된다.

또다른 방법으로는, 제2도(e)의 범프 전사된 리드를 위해서 설명한 바닥면이 평탄한 홈을 갖는 기판에 위치시키고, 본딩툴로서 리드상부를 눌러 압력을 가하므로써, 전사된 금속코아의 하부가 평탄하게 된다.

상기의 어느 경우라도 공히 제2도(f)의 도금단계를 거쳐 안정화시킨다.

이와 같이 본 발명에 따라서, 범프가 전사된 리드의 제작이 간단해지고, 공정이 단순화되어 투자가 감소될 수 있고 일괄 공정이 가능하며, 사용 재료상의 코스트 절감 효과를 가져온다.

Claims

준비된 금속 기판 표면의 소정위치에 홈을 형성하는 단계; 상기 홈내에 사전에 준비된 하나의 금속코아(범프:bump)를 각각 위치시키는 단계; 상기 홈내에 위치한 금속 코아와, 테이프에 포함되어 있고 적어도 하측 표면을 갖는 연결할 리드 단자의 하측 표면을 서로 마주보도록 정렬시켜두고, 상기 금속코아를 상기 리드 단자의 하측 표면에 부착, 본딩시키는 단계로 이루어져 상기 테이프의 리드에 금속코아를 부착시키는 것을 특징으로 하는 테이프 자동본딩(TAB)의 범프 전사방법.
제1항에 있어서, 상기 공정을 홈내에 금속코아를 위치시키는 단계로 복귀되어 반복 진행됨을 특징으로 하는 테이프 자동본딩(TAB)의 범프 전사방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속코아가 부착된 리드 단자를 도금물질로 코팅하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 테이프 자동본딩(TAB)의 범프 전사방법.
제3항에 있어서, 상기 금속기판의 재질은 SUS304, 스테인리스 스틸 중에서 선택됨을 특징으로 하는 테이프 자동본딩(TAB)의 범프 전사방법.
제3항에 있어서, 상기 홈은 V자 형인 것을 특징으로 하는 테이프 자동본딩(TAB)의 범프 전사방법.
제5항에 있어서, 상기 V자형 홈의 깊이는 금속코아의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 테이프 자동본딩(TAB)의 범프 전사방법.
제3항에 있어서, 상기 홈은 바닥면이 평탄한 홈이며 이에 매칭되는 금속 코아는 대응하는 평탄면을 갖는 것을 특징으로 하는 테이프 자동본딩(TAB)의 범프 전사방법.
제7항에 있어서, 상기 평탄한 홈의 형성은 'V'자 홈 형성에 이어 이 위에 바닥면이 평탕한 펀칭툴로 재차 작업에 의해 형성되며, 상기 금속코아는 구형의 것을 상기 바닥면이 평탄한 홈에 위치시켜 본딩툴에 의해 대응하는 평탄면을 갖는 범프인 것을 특징으로 하는 테이프 자동본딩(TAB)의 범프 전사방법.
제7항에 있어서, 상기 바닥면이 평탄한 홈의 깊이는 상기 금속코아의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 테이프 자동본딩(TAB)의 범프 전사방법.
제1항 또는 제7항에 있어서, 상기 금속코아의 재질은 니켈, 팔라듐 또는 은(Ag) 중에서 선택됨을 특징으로 하는 테이프 자동본딩(TAB)의 범프 전사방법.
제3항에 있어서, 상기 금속기판의 홈은 펀칭툴에 의해서 충격을 가하여 소정깊이로 형성됨을 특징으로 하는 테이프 자동본딩(TAB)의 범프 전사방법.
제3항에 있어서, 상기 홈이 형성된 금속기판 표면에는 세라믹물질등을 코팅함으로써 전처리를 행하는 단계를 더욱 포함하여 홈으로부터 금속코아가 용이하게 이탈되거나 또는 홈내에 부착됨을 억제하도록 함을 특징으로 하는 테이프 자동본딩(TAB)의 범프 전사방법.
제3항에 있어서, 상기 도금 방법은 전기도금 또는 무전해 도금 중 어느 하나의 방법으로 행하여 짐을 특징으로 하는 테이프 자동본딩(TAB)의 범프 전사방법.
제12항에 있어서, 상기 도금되는 물질은 Au, Pt, Pd, Sn, Pb, 솔더 중 어느 하나로부터 선택된 것을 특징으로 하는 테이프 자동본딩(TAB)의 범프 전사방법.