WO2013009064A2 - 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치 및 이를 이용한 웨이퍼 비아 솔더 필링방법 - Google Patents

가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치 및 이를 이용한 웨이퍼 비아 솔더 필링방법 Download PDF

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    • Y10T29/51Plural diverse manufacturing apparatus including means for metal shaping or assembling
    • Y10T29/5193Electrical connector or terminal

Definitions

  • the present invention relates to a wafer via solder peeling device for filling solder in vias formed in a wafer, and more particularly, to a wafer via solder peeling device having a pressurizing unit for pressing and moving a molten solder from the bottom to the top.
  • the wafer may be provided in a state in which vias are formed only on one side of the upper and lower surfaces, or alternatively, may be provided in the form of upper and lower perforations.
  • the wafer since the same peeling operation was performed regardless of the via type of the wafer, there was a problem that the variation in product quality was very large.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and a wafer via solder peeling device having a pressurizing unit for preventing voids or cracks from occurring while the molten solder is not completely filled in the vias of the wafer, and using the same.
  • the present invention provides a method for wafer via solder filling.
  • a molten solder is accommodated therein, and an accommodating space having an open upper portion is formed, and one side discharges air from the accommodating space.
  • Solder bath having a discharge portion, a fixing unit for fixing the wafer having a via formed on one surface on the receiving space to seal the receiving space and the molten solder contained in the solder bath by pressing from the bottom to the upper
  • a pressurizing unit configured to fill the via with the molten solder.
  • the pressurizing unit is formed in an area corresponding to the receiving space and is provided in the solder bath, and passes through a pressurizing board for transferring the molten solder contained in the solder bath and a lower portion of the solder bath to the pressurizing board. Connected, it may include a pressure cylinder for driving the pressure board up and down.
  • At least one of the solder bath or the pressurizing unit may be provided with a heating unit for providing heat to the molten solder contained in the solder bath to prevent the molten solder is cured.
  • the solder bath is accommodated therein, the solder bath is formed with an upper receiving space, the upper and lower penetrated
  • the suction force is provided to the upper surface of the wafer on which the via is formed, and the fixing unit for fixing the wafer on the receiving space and the molten solder contained in the solder bath are pushed from the lower side to the upper side, and together with the suction force of the fixing unit.
  • a pressurizing unit configured to fill the via with the molten solder.
  • a porous plate may be further provided between the upper surface of the wafer and the fixing unit, having a plurality of through holes formed in the vertical direction and preventing the wafer from being bent by the suction force provided by the fixing unit.
  • the pressurization unit is also provided in the solder bath and has a surface corresponding to the receiving space and pressurizes the pressure board through the lower portion of the pressurized board and the solder bath to transfer the molten solder contained in the solder bath.
  • the board may include a pressure cylinder for driving the pressure board up and down.
  • At least one of the solder bath or the pressurizing unit may be provided with a heating unit for providing heat to the molten solder contained in the solder bath to prevent the molten solder from curing.
  • the molten solder is accommodated therein, an upper receiving opening space is formed, one side of the solder bath having a discharge portion for discharging the air of the receiving space And a fixing unit configured to fix the wafer having vias formed on one surface of the receiving space to seal the receiving space, and press the molten solder contained in the solder bath from below to move upward.
  • a wafer via solder peeling method using a wafer via solder peeling device including a pressurizing unit for filling a solder, the fixing step of fixing the wafer on the receiving space with the fixing unit and sealing the receiving space; Ejection step and the pressurizing unit for discharging the air of the receiving space sealed through the discharge unit
  • Sikkim moves upward by pressurizing the molten solder from the bottom and a filling step of so that the molten solder is filled in the via.
  • another form of the wafer via solder peeling method for solving the above-described process includes a solder bath in which a molten solder is received and an upper receiving space is formed, and a top surface of the wafer on which top and bottom vias are formed.
  • the suction unit provides a suction force, and fixes the wafer on the receiving space, and presses the molten solder contained in the solder bath from the bottom to the upper portion, thereby moving the molten solder to the via with the suction force of the fixing unit.
  • the wafer via solder peeling apparatus and the wafer via solder peeling method using the pressure unit of the present invention for solving the above problems have the following effects.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall view of a wafer via solder peeling apparatus equipped with a pressing unit according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which a wafer is fixed to a solder bath in a wafer via solder peeling device having a pressurizing unit according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a wafer via solder peeling device having a pressing unit according to a first embodiment of the present invention, in which a melting solder is filled in vias of a wafer as a melting unit is moved upward with the pressing unit;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state of a wafer manufactured using a wafer via solder peeling device equipped with a pressurizing unit according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a porous plate provided between a top surface of a wafer and a fixing unit in a wafer via solder peeling device having a pressing unit according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a wafer via solder peeling device having a pressurizing unit according to a third embodiment of the present invention, in which a wafer and a porous plate having upper and lower through-vias are fixed to a fixing unit;
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which a wafer is fixed to a solder bath in a wafer via solder peeling device equipped with a pressing unit according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a wafer manufactured by using a wafer via solder peeling apparatus equipped with a pressing unit according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • the wafer via solder peeling apparatus of the present invention includes a solder bath in which a molten solder is accommodated, a fixing unit for fixing a wafer, and a pressurizing unit for moving the molten solder from the bottom to the top.
  • the solder bath may have an accommodation space with an upper opening therein, and accommodate the molten solder in the accommodation space.
  • one side of the solder bath may be further provided with a discharge portion for discharging the air of the receiving space. This will be described in detail later.
  • the fixing unit fixes the wafer on which the via is formed on the receiving space, and the fixing method may be variously formed. In general, a method of adsorbing the wafer by providing suction to the upper surface side of the wafer is most widely used. In addition, of course, the fixing unit can perform the transfer as well as the fixing of the wafer.
  • the fixing unit needs to fix the wafer so that the receiving space is sealed. This will also be described later.
  • the pressurizing unit is a component that pressurizes the molten solder contained in the solder bath from below to move the upper portion to fill the via with the molten solder.
  • the molten solder may be pressurized to fill the via without gaps.
  • the pressing unit may have a variety of forms.
  • solder peeling methods may be used depending on which type of wafer a via is formed on only one surface, or a wafer having a via-through shape.
  • the via when the via is formed on only one surface without penetrating the wafer, the via is exposed on both sides of the wafer through a separate wafer etching process after the peeling process. In this case, there is no need to perform an etching process of the wafer. That is, both will be made of the same type of wafer with the vias exposed up and down as a result. However, since the shapes are different from each other when the peeling process is performed, it is necessary to perform the appropriate solder peeling method.
  • FIG. 1 an overall view of a wafer via solder peeling apparatus equipped with a pressing unit according to a first embodiment of the present invention is illustrated.
  • a solder bath 10 including a side wall 12 and a bottom 14 is provided at a lower portion thereof, and a receiving space S having an upper opening is formed in the solder bath 10.
  • the molten solder m is filled.
  • the fixing unit 20 is positioned on the solder bath 10. Specifically, the fixing unit 20 is formed with a fixing portion 22 to which the wafer 40 is in contact, and the suction path 24 is provided in the center portion is provided with a suction force for adsorbing the wafer 40. That is, the fixing unit 20 may fix the wafer 40 to the fixing unit 22 by providing suction to the upper surface of the wafer 40.
  • the wafer 40 has a form in which the via 42 is formed only on one surface, and when the wafer 40 is fixed to the fixing unit 20, the via 42 has a state facing downward. This is for the via 42 to be exposed to the molten solder m accommodated in the accommodation space S of the solder bath 10.
  • the pressurizing unit 30 has a form penetrating through the solder bath 10 to effectively push up the molten solder m.
  • the pressure unit 30 is formed in the area corresponding to the receiving space (S) is provided in the solder bath 10, the pressure board 32 for transferring the molten solder (m) accommodated in the solder bath 10 And a pressure cylinder 34 connected to the pressure board 32 through a lower portion of the solder bath 10 and for driving the pressure board 34 up and down.
  • the pressure cylinder 34 is manually or automatically driven up and down to allow the pressure board 32 to move the molten solder (m) up and down.
  • the circumferential portion may be provided with a sealing member having a sealing effect, such as rubber.
  • the entirety of the pressure board 32 may be formed of a material having a sealing effect.
  • At least one of the solder bath 10 and the pressurizing unit 30 may include a heating unit for providing heat to the molten solder m accommodated in the solder bath 10 to prevent the molten solder m from curing. It may be further provided. That is, the molten solder (m) is continuously heated to maintain the liquid state.
  • a heating unit is provided on at least one of the side wall 12 of the solder bath 10 or the pressure board 32 of the pressure unit 30 in direct contact with the molten solder (m). desirable.
  • one side of the solder bath 10 is provided with a discharge portion 15 for discharging the air in the accommodation space (S).
  • the discharge part 15 is an essential component when the wafer 40 used in the present peeling process is the wafer 40 having the via 42 formed on only one surface thereof, and may be generally formed in the form of a valve or the like. have. This will be described together in the following description of the solder filling method.
  • a fixing step of first fixing the wafer 40 on the receiving space S with the fixing unit 20 and then sealing the receiving space S is performed.
  • the fixing step is illustrated in FIGS. 1 and 2, and referring to each of the drawings, the fixing unit 20 moves downward to absorb the wafer 40 to move the wafer 40 to the solder bath 10. It can be confirmed that the seated on the receiving space (S). In particular, at this time, the receiving space (S) must be closed after the effective filling can be made.
  • a discharge step of discharging the air of the receiving space (S) sealed through the discharge unit 15 is performed.
  • This discharge step is performed, as the receiving space (S) is sealed by the fixing step, it is difficult to move the pressurizing unit 30 due to the air located in the receiving space (S), within the via 42 This is because the air does not completely fill the molten solder m. That is, when the via 42 is formed only on one surface of the wafer 40 as in this embodiment, it is necessary to remove the air in the sealed receiving space S.
  • the peeling step is performed to fill the via 42 with the molten solder m.
  • This step is shown in Figure 3, referring to this, the pressure cylinder 34 is raised to the pressure board 32 to move the molten solder (m) to the upper, according to the pressure of the molten solder (m) vias ( 42) It can be seen that it is completely filled into.
  • the space inside the via 42 also maintains a vacuum state by the discharge step, the melting solder m is filled in the via 42 with the pressurization of the pressurizing unit 30. You can get it.
  • the wafer 40 filled with the molten solder m in each of the vias 42 is illustrated. As shown, the via 42 is filled with a molten solder m tight, which can then be cured to carry out the subsequent process.
  • the second embodiment of the present invention is generally the same as the first embodiment described above, but a porous plate 50 is further provided between the upper surface of the wafer 40 and the fixing unit 20.
  • the porous plate 50 has a plurality of through holes 52 penetrated in the vertical direction, and the wafer 40 may be prevented from bending by the suction force provided from the fixing unit 20. It is provided in contact with the upper surface. At this time, the remaining portion except the through hole 52 is formed of a support portion 54 capable of supporting the wafer 40.
  • Such a porous plate 50 is preferably formed such that the area of the through hole 52 occupies a high ratio with respect to the entire area in order to sufficiently transfer the suction force provided from the fixing unit 20 to the wafer 40. .
  • the support portion 54 needs to secure a certain level or more of strength. Therefore, the area ratio of the through hole 52 and the support portion 54 should be properly considered.
  • the porous plate 50 is formed in a kind of honeycomb (Honeycomb) form has the advantage that it is possible to secure the supporting force while sufficiently transferring the suction force to the wafer (40).
  • honeycomb honeycomb
  • the third embodiment of the present invention is generally the same as the second embodiment described above, but the via 142 of the wafer 140 has a vertically penetrated shape, and also the solder bath 10 ), The discharge part 15 is not formed.
  • the vias 142 are formed through the wafer 140, so that even if the wafer 140 is fixed on the receiving space S of the solder bath 10, the receiving space S is not sealed. Therefore, the solder peeling method using the solder peeling apparatus according to the present embodiment, unlike the first embodiment or the second embodiment, the discharge step after the fixing step is omitted.
  • the suction force provided from the fixed unit 20 in addition to the pressure by the pressure unit 30 is a molten solder ( m), because the via 142 penetrates the top and bottom of the wafer 140.
  • the suction force provided from the fixing unit 20 may work together to perform an effective peeling process.
  • the width of the via 140 of the wafer 140 is about 20 ⁇ m, and the size of the via 140 is very fine. Therefore, it is difficult to effectively fill the molten solder (m) in the via 142 having a fine pitch as described above by any one of the pressing of the pressing unit 30 or the suction of the fixing unit 20.
  • the present embodiment is also provided with a porous plate 52, wherein the width of the support portion 54 is about 300 ⁇ 400 ⁇ m, has a very large width than the via 142 of the wafer 140. Accordingly, a part of the via 142 may be located at the support 54 rather than the through hole 52, so that the suction force of the fixing unit 20 may not be reached.
  • the width of the via 142 is about 20 ⁇ m, and the width of the support portion 54 is about 300 to 400 ⁇ m, and they have an extremely fine size. Therefore, as shown in the lower part of FIG. 6, since the contact surfaces thereof are irregularly formed when they are enlarged in a fine unit, there are substantially minute gaps. As a result, the suction force of the fixing unit 20 also affects the vias 142 contacting the support part 54 such that the molten solder m may be filled in the entire vias 142 of the wafer 140.
  • FIG. 8 shows the wafer 140 filled with the molten solder m in the vias 142 through the respective steps. As shown, the molten solder m is filled in the top and bottom vias 42 without gaps, which can also be cured to carry out subsequent processes.
  • the present invention has the advantage that the melted solder can be filled in the via of the wafer by the pressurization of the pressurization unit without gaps, and also the solder filling suitable according to the shape of the wafer. It can be seen that a method can be provided.

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Abstract

본 발명의 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치는, 내부에 용융솔더가 수용되며, 상부가 개구된 수용공간이 형성되고, 일측에는 상기 수용공간의 공기를 배출시키는 배출부가 구비된 솔더배스, 일면에 비아가 형성된 웨이퍼를 상기 수용공간 상에 고정시켜 상기 수용공간을 밀폐시키는 고정유닛 및 상기 솔더배스에 수용된 상기 용융솔더를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시킴에 따라 상기 비아에 상기 용융솔더가 채워지도록 하는 가압유닛을 포함한다. 또한, 상하 관통된 비아가 형성된 웨이퍼의 솔더 필링장치의 경우, 상기 고정유닛은 상기 웨이퍼의 상면에 흡입력을 제공하며, 상기 웨이퍼를 상기 수용공간 상에 고정시키며, 상기 가압유닛은 상기 솔더배스에 수용된 상기 용융솔더를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시켜, 상기 고정유닛의 흡입력과 함께 상기 비아에 상기 용융솔더가 채워지도록 한다.

Description

가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치 및 이를 이용한 웨이퍼 비아 솔더 필링방법
본 발명은 웨이퍼에 형성된 비아에 솔더를 필링시키는 웨이퍼 비아 솔더 필링장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 용융솔더를 하부에서 상부로 가압하여 이동시키는 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치에 관한 것이다.
최근 전자기기들이 소형화됨에 따라, 전자기기에 사용되는 반도체 패키지 역시 초소형화되는 추세이다. 특히, 최근에는 이를 위한 웨이퍼(Wafer) 적층 시 그 부피를 최소화하기 위해서 웨이퍼에 복수 개의 비아(Via)를 형성하고, 상기 비아에 구리를 전해도금으로 필링(Filling)시켜 3차원으로 웨이퍼를 적층하여 전기적으로 연결하는 방법이 사용되고 있으며, 최근에는 구리 대신 용융 솔더를 비아에 필링하는 방식이 도입되고 있다.
보다 구체적으로, 종래에는 용융된 솔더를 웨이퍼의 비아에 필링시키는 작업을 수행 시, 단순히 웨이퍼의 비아를 용융솔더에 노출시키는 방법이 사용되거나, 솔더를 비아의 내부 벽면에 전해 도금한 뒤 이를 용융시키는 방법이 주로 사용되고 있다.
다만, 이와 같은 방법들을 사용할 경우, 용융솔더가 상기 비아 내에 완전히 충진되지 않고 보이드(Void) 또는 크랙(Crack)이 발생하는 경우가 많았으며, 이는 제품의 불량률을 크게 증가시키는 원인이 된다.
또한, 이때 상기 웨이퍼는 작업 상황에 따라 비아가 상, 하면 중 어느 일측에만 형성된 상태로 제공되거나, 이와 달리 상, 하 관통된 형태로 형성된 상태로 제공되는 경우도 있었다. 하지만, 종래에는 이와 같은 웨이퍼의 비아 형태에 관계 없이 동일한 필링 작업을 수행하였기 때문에 제품 품질의 편차가 매우 크다는 문제가 있었다.
따라서, 이와 같은 문제를 해결하기 위한 방법이 요구되는 상황이다.
본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용융솔더가 웨이퍼의 비아 내에 완전히 충진되지 않고 보이드 또는 크랙이 발생하는 것을 방지하기 위한 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치 및 이를 이용한 웨이퍼 비아 솔더 필링방법을 제공함에 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과정을 해결하기 위한 본 발명의 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치는, 내부에 용융솔더가 수용되며, 상부가 개구된 수용공간이 형성되고, 일측에는 상기 수용공간의 공기를 배출시키는 배출부가 구비된 솔더배스, 일면에 비아가 형성된 웨이퍼를 상기 수용공간 상에 고정시켜 상기 수용공간을 밀폐시키는 고정유닛 및 상기 솔더배스에 수용된 상기 용융솔더를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시킴에 따라 상기 비아에 상기 용융솔더가 채워지도록 하는 가압유닛을 포함한다.
그리고, 상기 가압유닛은, 상기 수용공간에 대응되는 면적으로 형성되어 상기 솔더배스 내에 구비되며, 상기 솔더배스에 수용된 상기 용융솔더를 이송시키는 가압보드 및 상기 솔더배스의 하부를 관통하여 상기 가압보드에 연결되고, 상기 가압보드를 상하 구동시키는 가압실린더를 포함할 수 있다.
또한, 상기 솔더배스 또는 상기 가압유닛 중 적어도 어느 하나에는 상기 솔더배스에 수용된 용융솔더에 열을 제공하여 상기 용융솔더가 경화되는 것을 방지하는 가열부가 구비될 수 있다.
그리고, 상기한 과정을 해결하기 위한 본 발명의 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치의 또 다른 형태는, 내부에 용융솔더가 수용되며, 상부가 개구된 수용공간이 형성된 솔더배스, 상하 관통된 비아가 형성된 웨이퍼의 상면에 흡입력을 제공하며, 상기 웨이퍼를 상기 수용공간 상에 고정시키는 고정유닛 및 상기 솔더배스에 수용된 상기 용융솔더를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시켜, 상기 고정유닛의 흡입력과 함께 상기 비아에 상기 용융솔더가 채워지도록 하는 가압유닛을 포함한다.
또한, 상기 웨이퍼의 상면 및 상기 고정유닛 사이에는, 상하 방향으로 관통 형성된 복수 개의 관통홀을 가지며, 상기 웨이퍼가 상기 고정유닛에서 제공되는 흡입력에 의해 휘어지는 것을 방지하는 다공질판이 더 구비될 수 있다.
그리고, 이 경우 역시 상기 가압유닛은, 상기 솔더배스 내에 구비되며, 상기 수용공간에 대응되는 면적을 가지고 상기 솔더배스에 수용된 상기 용융솔더를 이송시키는 가압보드 및 상기 솔더배스의 하부를 관통하여 상기 가압보드에 연결되고, 상기 가압보드를 상하 구동시키는 가압실린더를 포함할 수 있다.
마찬가지로, 이 경우 상기 솔더배스 또는 상기 가압유닛 중 적어도 어느 하나에는 상기 솔더배스에 수용된 용융솔더에 열을 제공하여 상기 용융솔더가 경화되는 것을 방지하는 가열부가 구비될 수 있다.
또한, 상기한 과정을 해결하기 위한 웨이퍼 비아 솔더 필링방법은, 내부에 용융솔더가 수용되며, 상부가 개구된 수용공간이 형성되고, 일측에는 상기 수용공간의 공기를 배출시키는 배출부가 구비된 솔더배스와, 일면에 비아가 형성된 웨이퍼를 상기 수용공간 상에 고정시켜 상기 수용공간을 밀폐시키는 고정유닛과, 상기 솔더배스에 수용된 상기 용융솔더를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시킴에 따라 상기 비아에 상기 용융솔더가 채워지도록 하는 가압유닛을 포함하는 웨이퍼 비아 솔더 필링장치를 사용하는 웨이퍼 비아 솔더 필링방법에 있어서, 상기 고정유닛으로 상기 웨이퍼를 상기 수용공간 상에 고정시키고, 상기 수용공간을 밀폐시키는 고정단계, 상기 배출부를 통해 밀폐된 상기 수용공간의 공기를 배출시키는 배출단계 및 상기 가압유닛으로 상기 용융솔더를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시킴에 따라 상기 용융솔더가 상기 비아에 채워지도록 하는 필링단계를 포함한다.
그리고, 상기한 과정을 해결하기 위한 웨이퍼 비아 솔더 필링방법의 또 다른 형태는, 내부에 용융솔더가 수용되며, 상부가 개구된 수용공간이 형성된 솔더배스와, 상하 관통된 비아가 형성된 웨이퍼의 상면에 흡입력을 제공하며, 상기 웨이퍼를 상기 수용공간 상에 고정시키는 고정유닛과, 상기 솔더배스에 수용된 상기 용융솔더를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시켜, 상기 고정유닛의 흡입력과 함께 상기 비아에 상기 용융솔더가 채워지도록 하는 가압유닛을 포함하는 웨이퍼 비아 솔더 필링장치를 사용하는 웨이퍼 비아 솔더 필링방법에 있어서, 상기 고정유닛으로 상기 웨이퍼를 상기 수용공간 상에 고정시키는 고정단계 및 상기 가압유닛으로 상기 용융솔더를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시킴과 동시에, 상기 웨이퍼의 상면에 흡입력을 제공하여 상기 용융솔더가 상기 비아에 채워지도록 하는 필링단계를 포함한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치 및 이를 이용한 웨이퍼 비아 솔더 필링방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 가압유닛의 가압에 의해 웨이퍼의 비아 내에 용융솔더가 빈틈 없이 충진될 수 있다는 장점이 있다.
둘째, 웨이퍼의 비아 형상에 따라 적합한 형태의 솔더 필링장치 및 이를 이용한 솔더 필링방법을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
셋째, 특히 웨이퍼의 비아가 상하 관통된 형태일 경우, 가압유닛의 가압과 함께 웨이퍼에 제공되는 흡입력에 의해 용융솔더가 웨이퍼의 비아 내에 완전히 충진될 수 있다는 장점이 있다.
넷째, 다공질판이 더 구비될 경우, 웨이퍼의 형태가 변형되는 것을 미연에 방지할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치의 전체 모습을 나타낸 단면도;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치에 있어서, 웨이퍼를 솔더배스에 고정시킨 모습을 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치에 있어서, 가압유닛으로 용융솔더를 상부로 이동시킴에 따라 웨이퍼의 비아에 용융솔더가 채워진 모습을 나타낸 단면도;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치를 사용하여 제조된 웨이퍼의 모습을 나타낸 단면도;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치에 있어서, 웨이퍼의 상면 및 고정유닛 사이에 다공질판이 구비된 모습을 나타낸 단면도;
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치에 있어서, 상하 관통된 형태의 비아를 가지는 웨이퍼와 다공질판을 고정유닛에 고정시킨 모습을 나타낸 단면도;
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치에 있어서, 웨이퍼를 솔더배스에 고정시킨 모습을 나타낸 단면도; 및
도 8는 본 발명의 제3실시예에 따른 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치를 사용하여 제조된 웨이퍼의 모습을 나타낸 단면도이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 웨이퍼 비아 솔더 필링장치는, 용융솔더가 수용되는 솔더배스, 웨이퍼를 고정시키는 고정유닛 및 상기 용융솔더를 하부에서 상부로 이동시키는 가압유닛을 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 솔더배스는 내부에 상부가 개구된 수용공간이 형성되며, 상기 수용공간에 용융솔더를 수용할 수 있다. 이때, 상기 웨이퍼에 형성된 비아가 상기 웨이퍼의 상하를 관통하도록 형성될 경우, 상기 솔더배스의 일측에는 상기 수용공간의 공기를 배출시키는 배출부가 더 구비될 수 있다. 이에 대해서는 이후 자세히 설명하도록 한다.
상기 고정유닛은, 비아가 형성된 웨이퍼를 상기 수용공간 상에 고정시키며, 이때 그 고정 방법은 다양하게 형성될 수 있다. 일반적으로, 웨이퍼의 상면 측에 흡입력을 제공하여 상기 웨이퍼를 흡착시키는 방법이 가장 널리 사용되고 있다. 또한, 상기 고정유닛은 웨이퍼의 고정뿐 아니라 이송을 함께 수행할 수 있음은 물론이다.
이때, 상기 웨이퍼에 형성된 비아가 상기 웨이퍼의 일면에만 형성된 형태일 경우, 상기 고정유닛은 상기 수용공간이 밀폐되도록 상기 웨이퍼를 고정시킬 필요가 있다. 이에 대해서도 역시 후술하도록 한다.
상기 가압유닛은, 상기 솔더배스에 수용된 상기 용융솔더를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시킴에 따라 상기 비아에 상기 용융솔더가 채워지도록 하는 구성요소이다.
종래의 경우, 배경기술 부분에서 서술한 바와 같이, 이와 같은 필링 공정 수행 시 단순히 웨이퍼의 비아를 용융솔더에 노출시키는 방법이 사용되거나, 솔더를 비아의 내부 벽면에 전해 도금한 뒤 이를 용융시키는 방법이 주로 사용되었다. 따라서, 용융솔더가 상기 비아 내에 완전히 충진되지 않고 보이드(Void) 또는 크랙(Crack)이 발생하는 경우가 빈번히 발생하였다.
반면, 본 발명의 경우 상기 가압유닛이 구비됨에 따라 용융솔더를 가압하여 비아 내에 빈틈 없이 충진시킬 수 있다. 그리고, 상기 가압유닛은 다양한 형태를 가질 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명의 경우 비아가 일면에만 형성된 웨이퍼, 또는 비아가 상하 관통된 형태를 가지는 웨이퍼 중 어떤 형태의 웨이퍼를 사용하는가에 따라 서로 다른 솔더 필링방법이 사용될 수 있다.
이에 대해 자세히 설명하면, 비아가 웨이퍼를 관통하지 않고 일면에만 형성된 경우, 필링 공정 이후 별도의 웨이퍼 식각 공정을 통해 비아가 웨이퍼의 양면에 노출되도록 하며, 이와 달리 비아가 상하 관통된 형태를 가지는 웨이퍼의 경우에는, 이후 웨이퍼의 식각 공정을 수행할 필요가 없다. 즉, 양자는 결과적으로 비아가 상하 노출된 동일한 형태의 웨이퍼로 제조될 것이나, 다만 필링 공정 수행 시에는 그 형태가 서로 다르므로 각각에 적합한 솔더 필링방법을 수행할 필요가 있는 것이다.
종래의 경우, 이와 같은 웨이퍼의 비아 형태에 관계 없이 동일한 필링 작업을 수행하였기 때문에 제품 품질의 편차가 매우 크다는 문제가 있었다.
이상으로, 본 발명의 웨이퍼 비아 솔더 필링장치의 각 구성요소 및 관련 기술에 대해 개략적으로 설명하였으며, 이하에서는 각 실시예를 통해 이를 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 가압유닛이 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치의 전체 모습이 도시된다. 도시된 바와 같이, 하부에는 측벽(12)과 바닥(14)을 포함하는 솔더배스(10)가 구비되며, 상기 솔더배스(10)의 내부에는 상부가 개구된 수용공간(S)이 형성된다. 그리고, 상기 수용공간(S) 내에는 용융솔더(m)가 채워진 상태이다.
다음으로, 솔더배스(10)의 상부에는 고정유닛(20)이 위치된다. 구체적으로, 상기 고정유닛(20)에는 웨이퍼(40)가 접촉되는 고정부(22)가 형성되며, 중앙부에는 상기 웨이퍼(40)를 흡착시키기 위한 흡입력이 제공되는 흡입경로(24)가 형성된다. 즉, 고정유닛(20)은 웨이퍼(40)의 상면에 흡입력을 제공하여 상기 웨이퍼(40)를 고정부(22)에 고정시킬 수 있다.
이때, 본 실시예에서 상기 웨이퍼(40)는 일면에만 비아(42)가 형성된 형태를 가지며, 웨이퍼(40)가 고정유닛(20)에 고정될 경우 비아(42)는 아래쪽을 바라본 상태를 갖는다. 이는 비아(42)가 솔더배스(10)의 수용공간(S)에 수용된 용융솔더(m)에 노출되도록 하기 위해서이다.
다음으로, 가압유닛(30)은 용융솔더(m)를 효과적으로 밀어올리기 위해 솔더배스(10)를 관통한 형태를 가진다. 구체적으로, 가압유닛(30)은 상기 수용공간(S)에 대응되는 면적으로 형성되어 솔더배스(10) 내에 구비되며, 솔더배스(10)에 수용된 용융솔더(m)를 이송시키는 가압보드(32)와, 솔더배스(10)의 하부를 관통하여 상기 가압보드(32)에 연결되고, 가압보드(34)를 상하 구동시키는 가압실린더(34)를 포함한다.
즉, 가압실린더(34)는 수동 또는 자동으로 상하 구동됨에 따라 가압보드(32)가 용융솔더(m)를 상하로 이동시킬 수 있도록 한다. 또한, 가압보드(32)는 용융솔더(m)가 아래쪽으로 새지 않도록 하여야 하므로, 둘레 부분에는 고무 등과 같이 실링 효과를 가지는 실링부재가 구비될 수 있다. 또는, 가압보드(32) 전체가 실링 효과를 가지는 재질로 형성되는 것도 가능할 것이다.
추가적으로, 솔더배스(10) 또는 가압유닛(30) 중 적어도 어느 하나에는, 솔더배스(10)에 수용된 용융솔더(m)에 열을 제공하여 상기 용융솔더(m)가 경화되는 것을 방지하는 가열부가 더 구비될 수 있다. 즉, 지속적으로 용융솔더(m)를 가열시켜 액체 상태를 유지할 수 있도록 하는 것이다. 특히 본 실시예에서, 이와 같은 가열부는 용융솔더(m)와 직접 접촉되어 있는 솔더배스(10)의 측벽(12) 또는 가압유닛(30)의 가압보드(32) 중 적어도 어느 하나에 구비되는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예의 경우, 솔더배스(10)의 일측에는 수용공간(S)의 공기를 배출시키는 배출부(15)가 구비된다. 배출부(15)는 본 필링 공정 시 사용되는 웨이퍼(40)가 일면에만 비아(42)가 형성된 웨이퍼(40)일 경우, 필수적으로 요구되는 구성요소이며, 일반적으로 밸브 등의 형태로 형성될 수 있다. 이에 대해서는 이하 계속되는 솔더 필링방법의 설명 부분에서 함께 서술하도록 한다.
본 실시예에 따른 솔더 필링장치를 이용한 솔더 필링방법은, 먼저 고정유닛(20)으로 웨이퍼(40)를 수용공간(S) 상에 고정시키고, 수용공간(S)을 밀폐시키는 고정단계가 수행된다. 상기 고정단계는 도 1 및 도 2에 걸쳐 도시되며, 각 도면을 참조하면, 고정유닛(20)은 웨이퍼(40)를 흡착시킨 상태로 하부로 이동하여 웨이퍼(40)를 솔더배스(10)의 수용공간(S) 상에 안착시킨 것을 확인할 수 있다. 특히, 이때 수용공간(S)은 밀폐되어야 이후 효과적인 필링이 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 배출부(15)를 통해 밀폐된 상기 수용공간(S)의 공기를 배출시키는 배출단계가 수행된다. 이와 같은 배출단계가 수행되는 것은, 상기 고정단계에 의해 수용공간(S)이 밀폐됨에 따라, 수용공간(S) 내에 위치된 공기로 인해 가압유닛(30)을 이동시키기 어렵고, 비아(42) 내의 공기로 인해 용융솔더(m)가 완전히 채워지지 않기 때문이다. 즉, 본 실시예와 같이 웨이퍼(40)의 일면에만 비아(42)가 형성된 경우, 밀폐된 수용공간(S) 내의 공기를 제거할 필요가 있는 것이다.
다음으로, 상기 가압유닛(30)으로 상기 용융솔더(m)를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시킴에 따라, 용융솔더(m)가 비아(42)에 채워지도록 하는 필링단계가 수행된다. 본 단계는 도 3에 도시되며, 이를 참조하면 가압실린더(34)가 상승하여 가압보드(32)는 용융솔더(m)를 상부로 이동시키고, 이에 따른 압력에 의해 용융솔더(m)가 비아(42) 내로 완전히 충진된 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 실시예의 경우 비아(42) 내측의 공간 역시 상기 배출단계에 의해 진공 상태을 유지하므로, 가압유닛(30)의 가압과 함께 용융솔더(m)가 비아(42) 내에 빈틈 없이 충진되는 결과를 얻을 수 있는 것이다.
그리고, 도 4를 참조하면, 상기 각 단계를 걸쳐 비아(42)에 용융솔더(m)가 충진된 웨이퍼(40)의 모습이 도시된다. 도시된 바와 같이, 비아(42)에는 용융솔더(m)가 빈틈 없이 충진되며, 이는 이후 경화되어 후속 공정을 실시할 수 있다.
다음으로는, 본 발명의 제2실시예에 대해 설명하도록 한다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예는 전술한 제1실시예와 전체적으로 동일하나, 다만 웨이퍼(40)의 상면 및 고정유닛(20) 사이에는 다공질판(50)이 더 구비된다.
상기 다공질판(50)은 상하 방향으로 관통 형성된 복수 개의 관통홀(52)을 가지며, 웨이퍼(40)가 상기 고정유닛(20)에서 제공되는 흡입력에 의해 휘어지는 것을 방지할 수 있도록 웨이퍼(40)의 상면에 접촉된 상태로 구비된다. 이때, 관통홀(52)을 제외한 나머지 부분은 웨이퍼(40)를 지지할 수 있는 지지부(54)로 형성된다.
이와 같은 다공질판(50)은 고정유닛(20)에서 제공되는 흡입력이 웨이퍼(40)에 충분히 전달되도록 하기 위해 관통홀(52)의 면적이 전체 면적에 비해 높은 비율을 차지하도록 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 다공질판(50)은 웨이퍼(40)의 휘어짐을 방지할 수 있어야 하므로 지지부(54)는 일정 수준 이상의 강도를 확보하여야 할 필요가 있다. 따라서, 관통홀(52)과 지지부(54)의 면적 비율은 적절하게 고려되어야 할 것이다.
본 실시예의 경우, 다공질판(50)은 일종의 허니콤(Honeycomb)형태로 형성되어 흡입력을 웨이퍼(40)에 충분히 전달하면서도 지지력을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
다음으로는, 본 발명의 제3실시예에 대해 설명하도록 한다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제3실시예는 전술한 제2실시예와 전체적으로 동일하나, 웨이퍼(140)의 비아(142)는 상하 관통된 형태를 가지며, 또한 솔더배스(10)에는 배출부(15)가 형성되지 않는다는 점이 다르다.
이는 비아(142)가 웨이퍼(140)를 관통하여 형성되므로, 웨이퍼(140)를 솔더배스(10)의 수용공간(S) 상에 고정시킨다고 하더라도 상기 수용공간(S)은 밀폐되지 않기 때문이다. 따라서, 본 실시예에 따른 솔더 필링장치를 이용한 솔더 필링방법은, 제1실시예 또는 제2실시예와 달리 고정단계 이후 배출단계가 생략된다.
다만, 본 실시예의 경우, 배출단계 이후 수행되는 필링단계에 있어서, 제1실시예 또는 제2실시예와 달리 가압유닛(30)에 의한 가압 외에 고정유닛(20)으로부터 제공되는 흡입력이 용융솔더(m)에 미치게 되며, 이는 비아(142)가 웨이퍼(140)의 상하를 관통하기 때문이다.
즉, 웨이퍼(140)의 비아(142)가 관통 형성된 경우, 솔더배스(10)의 수용공간(S)이 밀폐된 상태에 비해 가압유닛(30)의 가압 효과가 다소 감소될 수 있다는 문제가 있으며, 이와 같은 경우에는 고정유닛(20)으로부터 제공되는 흡입력이 함께 작용하여 효과적인 필링 공정을 수행할 수 있게 된다.
일반적으로, 웨이퍼(140) 비아(142)의 폭은 20㎛ 정도로서, 그 크기가 매우 미세하다. 따라서, 가압유닛(30)의 가압 또는 고정유닛(20)의 흡입 중 어느 하나만으로는 상기와 같이 미세 피치를 가지는 비아(142)에 용융솔더(m)를 효과적으로 충진시키기가 어려운 것이다.
따라서 본 실시예에서는, 가압유닛(30)의 가압 및 고정유닛(20)의 흡입을 동시에 제공하여 용융솔더(m)가 비아(142)에 빈틈 없이 충진되도록 할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 본 실시예 역시 다공질판(52)이 구비되며, 이때 지지부(54)의 폭은 약 300~400㎛ 정도로서, 웨이퍼(140)의 비아(142)에 비해 매우 큰 폭을 가진다. 이에 따라 비아(142)의 일부는 관통홀(52) 부분이 아닌 지지부(54) 부분에 위치될 수 있어 고정유닛(20)의 흡입력이 미치지 않을 수 있다는 문제가 있다.
하지만, 전술한 바와 같이 비아(142)의 폭은 20㎛ 정도이며, 지지부(54)의 폭은 약 300~400㎛ 정도로, 이들은 극히 미세한 크기를 가진다. 따라서, 도 6의 하단에 도시된 바와 같이, 미세 단위로 확대할 경우 이들의 접촉면은 불규칙하게 형성되므로, 실질적으로는 미세한 틈이 존재한다. 결과적으로, 고정유닛(20)의 흡입력은 지지부(54)와 접촉되는 비아(142)에도 영향을 주어 웨이퍼(140)의 전체 비아(142)에 용융솔더(m)가 충진될 수 있는 것이다.
도 8에는, 상기 각 단계를 걸쳐 비아(142)에 용융솔더(m)가 충진된 웨이퍼(140)의 모습이 도시된다. 도시된 바와 같이, 상하 관통된 비아(42)에 용융솔더(m)가 빈틈 없이 충진되며, 이는 역시 경화되어 후속 공정을 실시할 수 있다.
이상으로 각 실시예들에 대해 설명하였으며, 이를 정리하면, 본 발명은 가압유닛의 가압에 의해 웨이퍼의 비아 내에 용융솔더가 빈틈 없이 충진될 수 있다는 장점이 있으며, 또한 웨이퍼의 형태에 따라 적합한 솔더 필링방법을 제공할 수 있다는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (9)

  1. 내부에 용융솔더가 수용되며, 상부가 개구된 수용공간이 형성되고, 일측에는 상기 수용공간의 공기를 배출시키는 배출부가 구비된 솔더배스;
    일면에 비아가 형성된 웨이퍼를 상기 수용공간 상에 고정시켜 상기 수용공간을 밀폐시키는 고정유닛; 및
    상기 솔더배스에 수용된 상기 용융솔더를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시킴에 따라 상기 비아에 상기 용융솔더가 채워지도록 하는 가압유닛;
    을 포함하는 웨이퍼 비아 솔더 필링장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가압유닛은,
    상기 수용공간에 대응되는 면적으로 형성되어 상기 솔더배스 내에 구비되며, 상기 솔더배스에 수용된 상기 용융솔더를 이송시키는 가압보드; 및
    상기 솔더배스의 하부를 관통하여 상기 가압보드에 연결되고, 상기 가압보드를 상하 구동시키는 가압실린더;
    를 포함하는 웨이퍼 비아 솔더 필링장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 솔더배스 또는 상기 가압유닛 중 적어도 어느 하나에는 상기 솔더배스에 수용된 용융솔더에 열을 제공하여 상기 용융솔더가 경화되는 것을 방지하는 가열부가 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치.
  4. 내부에 용융솔더가 수용되며, 상부가 개구된 수용공간이 형성된 솔더배스;
    상하 관통된 비아가 형성된 웨이퍼의 상면에 흡입력을 제공하며, 상기 웨이퍼를 상기 수용공간 상에 고정시키는 고정유닛; 및
    상기 솔더배스에 수용된 상기 용융솔더를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시켜, 상기 고정유닛의 흡입력과 함께 상기 비아에 상기 용융솔더가 채워지도록 하는 가압유닛;
    을 포함하는 웨이퍼 비아 솔더 필링장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 상면 및 상기 고정유닛 사이에는,
    상하 방향으로 관통 형성된 복수 개의 관통홀을 가지며, 상기 웨이퍼가 상기 고정유닛에서 제공되는 흡입력에 의해 휘어지는 것을 방지하는 다공질판이 더 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 가압유닛은,
    상기 솔더배스 내에 구비되며, 상기 수용공간에 대응되는 면적을 가지고 상기 솔더배스에 수용된 상기 용융솔더를 이송시키는 가압보드; 및
    상기 솔더배스의 하부를 관통하여 상기 가압보드에 연결되고, 상기 가압보드를 상하 구동시키는 가압실린더;
    를 포함하는 웨이퍼 비아 솔더 필링장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 솔더배스 또는 상기 가압유닛 중 적어도 어느 하나에는 상기 솔더배스에 수용된 용융솔더에 열을 제공하여 상기 용융솔더가 경화되는 것을 방지하는 가열부가 구비된 웨이퍼 비아 솔더 필링장치.
  8. 내부에 용융솔더가 수용되며, 상부가 개구된 수용공간이 형성되고, 일측에는 상기 수용공간의 공기를 배출시키는 배출부가 구비된 솔더배스와, 일면에 비아가 형성된 웨이퍼를 상기 수용공간 상에 고정시켜 상기 수용공간을 밀폐시키는 고정유닛과, 상기 솔더배스에 수용된 상기 용융솔더를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시킴에 따라 상기 비아에 상기 용융솔더가 채워지도록 하는 가압유닛을 포함하는 웨이퍼 비아 솔더 필링장치를 사용하는 웨이퍼 비아 솔더 필링방법에 있어서,
    상기 고정유닛으로 상기 웨이퍼를 상기 수용공간 상에 고정시키고, 상기 수용공간을 밀폐시키는 고정단계;
    상기 배출부를 통해 밀폐된 상기 수용공간의 공기를 배출시키는 배출단계; 및
    상기 가압유닛으로 상기 용융솔더를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시킴에 따라 상기 용융솔더가 상기 비아에 채워지도록 하는 필링단계;
    를 포함하는 웨이퍼 비아 솔더 필링방법.
  9. 내부에 용융솔더가 수용되며, 상부가 개구된 수용공간이 형성된 솔더배스와, 상하 관통된 비아가 형성된 웨이퍼의 상면에 흡입력을 제공하며, 상기 웨이퍼를 상기 수용공간 상에 고정시키는 고정유닛과, 상기 솔더배스에 수용된 상기 용융솔더를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시켜, 상기 고정유닛의 흡입력과 함께 상기 비아에 상기 용융솔더가 채워지도록 하는 가압유닛을 포함하는 웨이퍼 비아 솔더 필링장치를 사용하는 웨이퍼 비아 솔더 필링방법에 있어서,
    상기 고정유닛으로 상기 웨이퍼를 상기 수용공간 상에 고정시키는 고정단계; 및
    상기 가압유닛으로 상기 용융솔더를 하부로부터 가압하여 상부로 이동시킴과 동시에, 상기 웨이퍼의 상면에 흡입력을 제공하여 상기 용융솔더가 상기 비아에 채워지도록 하는 필링단계;
    를 포함하는 웨이퍼 비아 솔더 필링방법.
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