WO2022010235A1 - 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법 - Google Patents

가압식 구리 필러 기판 본딩 방법 Download PDF

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고윤성
안근식
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    • H01L2224/742—Apparatus for manufacturing bump connectors

Definitions

  • the present invention relates to a pressurized copper filler substrate bonding method, and more particularly, to a pressurized copper filler substrate bonding method in which a cylindrical copper filler is effectively disposed on a substrate to bond with high precision.
  • conductive balls such as solder balls are often used for electrical connection.
  • electrodes can be arranged at a narrower interval compared to a case where solder balls are used, so that it is possible to realize miniaturization and high integration of a semiconductor chip or a semiconductor package.
  • copper pillars are formed in a cylindrical shape, and thus, in order to precisely arrange and bond such a copper pillar on an electrode pad of a substrate, a process different from the conventional solder ball mounting method is required.
  • the structural characteristics of the copper pillar which is smaller than a solder ball and formed in a cylindrical shape, it is difficult to place the fine copper pillar at an accurate position on the substrate and bond it to the electrode pad.
  • Due to the structural shape or weight of the copper filler there is often a problem in that the position and direction of the copper filler are changed in the process of melting the solder paste. When such a phenomenon occurs, even when a semiconductor chip or a package is bonded to a substrate using a copper filler, electrical connection is incomplete, resulting in a defect.
  • the present invention has been devised to solve the above difficulties, and an object of the present invention is to provide a pressurized copper filler substrate bonding method capable of effectively bonding a small-sized copper filler to an accurate position on a substrate.
  • the pressurized copper filler substrate bonding method of the present invention is a pressurized copper filler substrate bonding method in which copper pillars formed in a cylindrical shape are bonded to an electrode pad of a substrate, (a) solder to the electrode pad mounting the copper fillers on each electrode pad of the substrate on which the paste is printed; (b) arranging a plate-shaped pressing member on the copper pillars disposed on the substrate to press the copper pillars; and (c) bonding the copper fillers to the substrate by heating the solder paste printed on the substrate.
  • the pressurized copper filler substrate bonding method of the present invention has the effect of accurately and effectively performing a process of mounting a copper filler having a very small size on a substrate.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a part of the mask of the copper pillar mounting apparatus shown in FIG. 1 .
  • 3 and 4 are diagrams for explaining a process of carrying out an example of the pressurized copper filler substrate bonding method according to the present invention using the copper filler mounting apparatus shown in FIG. 1 .
  • 5 to 8 are partially enlarged cross-sectional views illustrating another embodiment of the mask shown in FIG. 2 .
  • FIG. 9 is a view for explaining another embodiment of the pressure-type copper filler substrate bonding method according to the present invention.
  • a copper filler mounting apparatus for performing the pressurized copper filler substrate bonding method of this embodiment includes a mask 200 , a substrate support module 500 , and a mounting module 300 .
  • the mask 200 is formed in the form of a thin metal plate. Referring to FIG. 2 , a plurality of mounting holes 210 are formed in the mask body 201 in the form of a metal flat plate to penetrate the upper and lower portions of the mask body 201 .
  • the mask 200 is used to prepare a cylindrical copper pillar (P) to be mounted on the substrate 100 at a predetermined position to prepare it for bonding to the substrate 100 .
  • a mounting hole 210 is formed in the mask body 201 at a position corresponding to a position at which the copper pillar P is to be mounted on the substrate 100 .
  • the depth of the mounting hole 210 is formed to be substantially similar to the height of the copper pillar P.
  • the depth of the mounting hole 210 that is, the thickness of the mask body 201 may be slightly larger or smaller than the height of the copper pillar P.
  • the mounting hole 210 includes an upper inner diameter portion 212 and a lower inner diameter portion 211 .
  • the upper inner diameter portion 212 corresponds to an upper portion of the mounting hole 210
  • the lower inner diameter portion 211 corresponds to a lower portion of the mounting hole 210 . That is, the upper inner diameter portion 212 is formed to pass through the upper surface of the mask body 201 , and the lower inner diameter portion 211 is formed to pass through the lower surface of the mask body 201 .
  • the inner diameter D1 of the lower inner diameter portion 211 is larger than the outer diameter of the copper pillar P and smaller than the inner diameter D2 of the upper inner diameter portion 212 .
  • the inner diameter of the upper inner diameter part 212 and the lower inner diameter part 211 may be formed to be constant in the vertical direction, respectively, or may be formed to gradually change the inner diameter. It is preferable that the upper inner diameter D2 of the upper inner diameter portion 212 is larger than the inner diameter D1 of the lower end portion of the lower inner diameter portion 211 . Due to the structure of the mounting hole 210 as described above, it is possible to easily perform a process of mounting the copper pillar P in the mounting hole 210 . In addition, the height H1 of the lower inner diameter portion 211 of the mask 200 is preferably formed to be greater than the height H2 of the upper inner diameter portion 212 . With this configuration, the copper filler P is effectively guided toward the lower inner diameter portion 211 by the upper inner diameter portion 212 , and once the copper filler P is inserted into the lower inner diameter portion 211 , it is not separated therefrom. do.
  • the difference between the inner diameter D2 of the upper inner diameter portion 212 and the inner diameter D1 of the lower inner diameter portion 211 is the difference between the outer diameter of the copper pillar P and the inner diameter D1 of the lower inner diameter portion 211 . It is better to form larger. With such a structure, it is possible to effectively guide the copper filler P to the lower inner diameter portion 211 . In addition, the positional accuracy of the copper filler P inserted into the lower inner diameter portion 211 may be improved.
  • a substrate 100 on which a solder paste is printed on each electrode pad 110 is prepared ((a-1 step).
  • the substrate 100 is printed on the substrate 100 using a screen printing method. Solder paste will be printed.
  • step (a-2) the mask 200 configured as described above is prepared and horizontally disposed as shown in FIG. 1 (step (a-2)).
  • the substrate 100 on which the previously prepared solder paste is printed is disposed below the disposed mask 200 (step (a-3)).
  • the substrate 100 is disposed and fixed to the substrate support module 500 as shown in FIG. 1 .
  • the substrate support module 500 is configured to adjust the position and orientation of the substrate 100 .
  • the copper pillars P are moved with respect to the upper surface of the mask 200 to mount the copper pillars P on the lower inner diameter portion 211 of the mounting hole 210 of the mask 200 ((a-) 4) step).
  • the copper pillars P are respectively brought into contact with the solder paste printed on the electrode pad 110 of the substrate 100 .
  • the copper filler (P) is formed in a cylindrical shape made of copper or a copper alloy material. In some cases, it is also possible to use a copper filler (P) formed in various shapes such as an octagonal column or a hexagonal column instead of a cylindrical column.
  • the height of the copper filler (P) is formed larger than the outer diameter of the copper filler (P).
  • the copper pillars P are moved in random directions with respect to the upper surface of the mask 200 , the copper pillars P are mounted in the mounting hole 210 .
  • the inner diameter of the upper inner diameter portion 212 of the mounting hole 210 is larger than the inner diameter of the lower inner diameter portion 211 , the copper pillar P may be more easily inserted into the mounting hole 210 . Due to the structure of the upper inner diameter portion 212 formed to be larger than the lower inner diameter portion 211 , the probability that a portion of the copper filler P is fitted into the upper inner diameter portion 212 increases.
  • the probability that the copper filler P is guided to move toward the lower inner diameter portion 211 increases due to the structure of the upper inner diameter portion 212 .
  • the probability that the copper filler P is mounted in the mounting hole 210 increases.
  • the time and yield of the process of mounting the copper filler P in the mounting hole 210 is improved, and the probability that the copper filler P is not mounted in the mounting hole 210 and is omitted is reduced.
  • FIG. 1 The mounting module 300 shown in FIG. 1 is a mounting module 300 in the form of a cyclone head.
  • the mounting module 300 includes a receiving member 310 and an injection hole 311 .
  • the accommodating member 310 is formed in a cylindrical container shape to accommodate a plurality of copper pillars (P).
  • the injection hole 311 is formed to be connected to the lower end of the accommodating member 310 through the inner wall of the accommodating member 310 , and is formed to inject compressed air into the accommodating member 310 .
  • compressed air is injected through the injection hole 311 , the copper fillers P inside the receiving member 310 move rapidly while being bounced in an arbitrary direction by the pressure of the air.
  • a plurality of copper pillars P inside the receiving member 310 move in an arbitrary direction in a state accommodated at a high density, and when a part is caught on the upper inner diameter part 212 of the mounting hole 210, the lower inner The probability of moving to the neck 211 increases.
  • the copper pillars P are sequentially mounted in the mounting holes 210 of the path through which the accommodating member 310 passes.
  • the copper fillers P are mounted in the mounting hole 210 of the mask 200 , the copper fillers P are temporarily attached to the substrate 100 by the viscosity of the solder paste printed on the electrode pad 110 . becomes stuck. As long as a relatively large impact is not applied to the substrate 100 , the copper pillars P remain attached to the substrate 100 .
  • step (a-4) is completed in this way, as shown in FIG. 3 , the mask 200 is lifted with respect to the substrate 100 to perform the process of leaving only the copper pillars P on the substrate 100 ( (a-5) steps).
  • a plate-shaped pressing member 401 is disposed on the copper pillars P disposed on the substrate 100 to press the copper pillars P (step (b)).
  • the copper pillars P are pressed against the substrate 100 by the weight or pressing force of the pressing member 401 and bonded to the substrate 100 while maintaining the positions of the copper pillars P, bonding to the substrate 100 is It is possible.
  • the copper pillars P are pressed using the pressing member 401 formed of a transparent material.
  • solder paste printed on the substrate 100 is heated to bond the copper fillers P to the electrode pad 110 of the substrate 100 (step (c)).
  • Step (c) may be carried out in a variety of ways. It is also possible to bond the copper pillars P by heating the substrate 100 in an oven.
  • the position and direction of the copper filler (P) may be changed as the solder paste flows while the solder paste is melted. prevent. As shown in FIG. 4 , the copper pillars P are pressed by using the pressure member 401 to prevent the copper pillars P from moving, and in this state, the copper pillars P are applied to the substrate 100 ) is bonded to
  • the solder paste is heated by irradiating laser light through the pressing member 401 .
  • the laser light passes through the pressure member 401 made of a transparent material and is transmitted to the copper pillars P, the solder paste, the electrode pad 110 , and the substrate 100 to transmit energy.
  • the energy transferred by the laser light heats and melts the solder paste, thereby bonding the copper pillars P to the substrate 100 .
  • the quality of the copper pillar P bonding process may be improved.
  • the bonding process may be performed while simultaneously transmitting the laser light and fixing or maintaining the position of the copper pillar P by the pressing member 401 .
  • step (a) is performed using the mounting module 300 and the mask 200 shown in FIG. 1
  • various other methods other than the above method may be used. It is possible to carry out the step (a) of mounting the copper pillars on the substrate using various other devices and configurations without using the mask 200 and the mounting module 300 as described above.
  • the mask 200 in the front includes a mounting hole 210 in which inner diameters D2 and D1 of the upper inner diameter portion 212 and the lower inner diameter portion 211 are uniformly formed as an example.
  • a mounting hole 210 in which inner diameters D2 and D1 of the upper inner diameter portion 212 and the lower inner diameter portion 211 are uniformly formed as an example.
  • the mask shown in FIG. 5 has a structure formed in a tapered shape so that the inner diameter of the upper inner diameter portion 222 of the mounting hole 220 formed in the mask body 201 increases toward the upper side.
  • the inner diameter of the lower inner diameter part 221 is kept constant, and is smaller than the inner diameter of the upper end of the upper inner diameter part 222 and is formed to be the same as the inner diameter of the lower end.
  • the mask 230 shown in FIG. 6 has a structure formed in multiple stages so that the inner diameter of the upper inner diameter portion 232 of the mounting hole 230 formed in the mask body 201 increases toward the upper side.
  • the inner diameter of the lower inner diameter portion 231 is maintained constant, and is formed smaller than the inner diameter of the upper end portion of the upper inner diameter portion 232 .
  • the cross section of the upper inner diameter portion 242 of the mounting hole 240 formed in the mask body 201 is formed in a curved shape and is formed to increase upward.
  • the inner diameter of the lower inner diameter portion 241 is kept constant.
  • the mask shown in FIG. 8 is formed in a tapered shape so that the inner diameter of the lower inner diameter portion 251 decreases toward the lower side.
  • the inner diameter of the upper inner diameter portion 252 is formed to be larger than the inner diameter of the upper end portion of the lower inner diameter portion 251 is formed uniformly.
  • the copper pillar P is guided to the lower inner diameter and it is easy to be inserted and the position of the copper filler P is fixed. There is this.
  • steps (b) and (c) using a light emitting module 410 in which a light source for generating and irradiating laser light and a transparent material pressing member 402 are integrally formed as shown in FIG. 9 . . Installing the transparent material pressing member 402 on the light emitting module 410, lowering the light emitting module 410 to press the copper pillars (P) to perform step (b), and irradiating laser light in this state Thus, the step (c) of bonding the copper pillars P to the substrate 100 is performed.
  • VICSEL VCSEL; Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, vertical-cavity surface light-emitting laser
  • step (a-3) of disposing the substrate 100 under the mask 200 in a state in which the mask 200 is first disposed by step (a-2) is performed (a-3) The order of steps -2) and (a-3) may be changed. That is, in a state in which the substrate 100 is disposed, it is also possible to arrange the mask 200 on the upper side of the substrate 100 and perform step (a-4).

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Abstract

본 발명은 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원기둥 형태의 구리 필러를 효과적으로 기판에 배치하여 고정밀도로 본딩하는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법에 관한 것이다. 본 발명의 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법은 매우 작은 크기의 구리 필러를 기판에 탑재하는 공정을 정확하고 효과적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

가압식 구리 필러 기판 본딩 방법
본 발명은 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원기둥 형태의 구리 필러를 효과적으로 기판에 배치하여 고정밀도로 본딩하는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법에 관한 것이다.
LSI(Large Scale Integration), LCD(Liquid Crystal Display)를 비롯한 반도체 장치 등을 실장할 때 전기적인 접속을 위해서 솔더 볼(solder ball)과 같은 도전성 볼을 이용하는 경우가 많다.
최근에는 이와 같은 도전성 볼을 대체하여 원기둥 형태의 구리 필러(copper pillar)를 사용하는 경우가 증가하고 있다. 반도체 칩과 기판 사이에 구리 필러를 배치하여 서로 본딩함으로써, 기판과 반도체 칩의 전기적 연결을 구현하는 방법이다.
구리 필러를 사용하면 솔더 볼을 사용하는 경우에 비해 더욱 좁은 간격으로 전극을 배치할 수 있어서, 반도체 칩 또는 반도체 패키지의 소형화 및 고집적화를 구현하는 것이 가능하다.
구 형태로 형성되는 솔더 볼과 달리 구리 필러는 원기둥 형태로 형성되므로, 이와 같은 구리 필러를 기판의 전극 패드 위에 정확하게 배치하고 본딩하기 위해서는 종래의 솔더 볼 탑재 방법과는 다른 별도의 공정이 필요하다.
특히, 솔더 볼보다 더 작은 크기이면서 원기둥 형태로 형성되는 구리 필러의 구조적 특징으로 인해 미세한 구리 필러는 기판의 정확한 위치에 세워서 배치하고 전극 패드에 본딩하는 데에 어려움이 있다. 구리 필러의 구조적 형상이나 중량으로 인해 솔더 페이스트가 용융되는 과정에서 구리 필러의 위치와 방향이 변경되는 문제점이 발생하는 경우가 종종 있다. 이와 같은 현상이 발생하면 구리 필러를 이용하여 반도체 칩 또는 패키지를 기판에 본딩하여도 전기적 연결이 불완전하여 불량이 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 바와 어려움을 해결하기 위해 안출된 것으로, 작은 크기의 구리 필러를 기판의 정확한 위치에 효과적으로 본딩할 수 있는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명의 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법은, 원기둥 형태로 형성된 구리 필러들을 기판의 전극 패드에 본딩하는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법에 있어서, (a) 전극 패드에 솔더 페이스트가 인쇄된 상기 기판의 각 전극 패드에 상기 구리 필러들을 탑재하는 단계; (b) 상기 기판 위에 배치된 구리 필러들 위에 평판 형태의 가압 부재를 배치하여 상기 구리 필러들을 가압하는 단계; 및 (c) 상기 기판에 인쇄된 솔더 페이스트를 가열하여 상기 구리 필러들을 상기 기판에 본딩하는 단계;를 포함하는 점에 특징이 있다.
본 발명의 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법은 매우 작은 크기의 구리 필러를 기판에 탑재하는 공정을 정확하고 효과적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법의 일례를 실시하기 위한 구리 필러 탑재 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 구리 필러 탑재 장치의 마스크의 일부분을 확대한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 구리 필러 탑재 장치를 이용하여 본 발명에 따른 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법의 일례를 실시하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 도 2에 도시된 마스크의 다른 실시예를 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법을 실시하기 위한 구리 필러 탑재 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법의 일례를 실시하기 위한 구리 필러 탑재 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법을 실시하기 위한 구리 필러 탑재 장치는 마스크(200)와 기판 지지 모듈(500)과 마운팅 모듈(300)을 포함하여 이루어진다.
마스크(200)는 얇은 금속 평판 형태로 형성된다. 도 2를 참조하면, 금속 평판 형태의 마스크 본체(201)에는 마스크 본체(201)의 상하를 관통하도록 다수의 마운팅 홀(210)이 형성된다. 기판(100)에 실장할 원기둥 형태의 구리 필러(P; copper pillar)를 정해진 위치에 배치하여 기판(100)에 본딩할 준비를 하기 위해 마스크(200)를 사용한다.
기판(100)에 구리 필러(P)를 실장하고자 하는 위치와 대응하는 위치의 마스크 본체(201)에 마운팅 홀(210)이 형성된다. 마스크(200)의 마운팅 홀(210)에 두 개 이상의 구리 필러(P)가 탑재되는 것을 방지하기 위하여 마운팅 홀(210)의 깊이는 대략적으로 구리 필러(P)의 높이와 유사하게 형성된다. 마운팅 홀(210)의 깊이 즉, 마스크 본체(201)의 두께는 구리 필러(P)의 높이보다 조금 클 수도 있고 조금 작을 수도 있다.
도 2를 참조하면, 마운팅 홀(210)은 상측 내경부(212)와 하측 내경부(211)를 구비한다. 상측 내경부(212)는 마운팅 홀(210)의 상부에 해당하고 하측 내경부(211)는 마운팅 홀(210)의 하부에 해당한다. 즉, 상측 내경부(212)는 마스크 본체(201)의 상면으로 통하도록 형성되고, 하측 내경부(211)는 마스크 본체(201)의 하면을 통하도록 형성된다. 하측 내경부(211)의 내경(D1)은 구리 필러(P)의 외경보다 크고 상측 내경부(212)의 내경(D2)보다는 작게 형성된다. 상측 내경부(212) 및 하측 내경부(211)는 각각 상하 방향을 따라 내경이 일정하게 형성될 수도 있고 내경이 점차적으로 변하도록 형성될 수도 있다. 상측 내경부(212)의 상단부 내경(D2)은 하측 내경부(211)의 하단부 내경(D1)보다 크게 형성되는 것이 좋다. 이와 같은 마운팅 홀(210)의 구조로 인해 구리 필러(P)는 마운팅 홀(210)에 탑재하는 공정을 용이하게 실시하는 것이 가능하다. 또한, 마스크(200)의 하측 내경부(211)의 높이(H1)는 상측 내경부(212)의 높이(H2)보다 크게 형성되는 것이 좋다. 이와 같은 구성에 의해 구리 필러(P)가 상측 내경부(212)에 의해 하측 내경부(211) 쪽으로 효과적으로 가이드되고, 일단 구리 필러(P)가 하측 내경부(211)에 삽입되면 그로부터 이탈되지 않게 된다.
한편, 상측 내경부(212)의 내경(D2)과 하측 내경부(211)의 내경(D1)의 차이는, 구리 필러(P)의 외경과 하측 내경부(211)의 내경(D1)의 차이보다 크게 형성되는 것이 좋다. 이와 같은 구조에 의해 구리 필러(P)를 하측 내경부(211)로 효과적으로 가이드할 수 있다. 또한, 하측 내경부(211)에 삽입된 구리 필러(P)의 위치 정확도를 향상시킬 수 있다.
이하, 상술한 바와 같이 구성된 마스크(200)를 사용하여 본 발명에 따른 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법의 일례를 실시하는 과정을 설명한다.
먼저, 도 1에 도시한 것과 같이 각각의 전극 패드(110)에 솔더 페이스트가 인쇄된 기판(100)을 마련한다((a-1 단계). 일반적으로 스크린 프린팅 방식을 사용하여 기판(100)에 솔더 페이스트를 인쇄하게 된다.
다음으로, 앞에서 설명한 바와 같이 구성된 마스크(200)를 마련하여 도 1에 도시한 것과 같이 수평으로 배치한다((a-2) 단계).
이와 같이 배치된 마스크(200)의 하측에 앞에서 마련한 솔더 페이스트가 인쇄된 기판(100)을 배치한다((a-3) 단계). 기판(100)은 도 1에 도시한 것과 같이 기판 지지 모듈(500)에 배치되어 고정된다. 기판 지지 모듈(500)은 기판(100)의 위치와 방향을 조정할 수 있도록 구성된다.
이와 같은 상태에서 마스크(200)의 상면에 대해 구리 필러들(P)을 움직여서 마스크(200)의 마운팅 홀(210)의 하측 내경부(211)에 구리 필러(P)를 탑재시킨다((a-4) 단계). 이와 같이 구리 필리(P)를 마운팅 홀(210)의 하측 내경부(211)에 탑재시킴으로써 구리 필러들(P)을 각각 기판(100)의 전극 패드(110)에 인쇄된 솔더 페이스트에 접촉시킨다.
구리 필러(P)는 구리 또는 구리 합금 재질의 원기둥 형태로 형성된다. 경우에 따라서는 원기둥이 아니라 팔각 기둥이나 육각 기둥 등 다양한 형태로 형성된 구리 필러(P)를 사용하는 것도 가능하다.
일반적으로 구리 필러(P)의 높이는 구리 필러(P)의 외경보다 크게 형성된다. 마스크(200)의 상면에 대해 구리 필러들(P)을 무작위 방향으로 움직이면 구리 필러(P)가 마운팅 홀(210)에 탑재된다. 앞에서 설명한 바와 같이 마운팅 홀(210)의 상측 내경부(212)의 내경이 하측 내경부(211)의 내경보다 크기 때문에 구리 필러(P)는 더욱 용이하게 마운팅 홀(210)에 삽입될 수 있다. 하측 내경부(211)보다 더 크게 형성된 상측 내경부(212)의 구조로 인해 구리 필러(P)의 일부분이 상측 내경부(212)에 끼워지는 확률이 높아지게 된다. 구리 필러(P)의 일부분이 상측 내경부(212)에 끼워지면 상측 내경부(212)의 구조로 인해 구리 필러(P)는 하측 내경부(211)로 움직이도록 가이드될 확률이 높아진다. 이와 같이 상측 내경부(212)와 하측 내경부(211)로 구성된 마운팅 홀(210)의 구조로 인해 구리 필러(P)가 마운팅 홀(210)에 탑재될 확률이 높아진다. 결과적으로 마운팅 홀(210)에 구리 필러(P)를 탑재하는 공정의 시간과 수율이 향상되고, 마운팅 홀(210)에 구리 필러(P)가 탑재되지 않고 누락될 확률이 감소하게 된다.
구리 필러들(P)을 마스크(200)의 상면에 대해 움직이는 수단으로 다양한 구성이 사용될 수 있다. 본 실시예에는 도 1에 도시된 형태의 마운팅 모듈(300)을 사용하여 구리 필러들(P)을 마스크(200)의 마운팅 홀(210)에 탑재한다. 도 1에 도시된 마운팅 모듈(300)은 싸이클론 헤드라고 불리는 형태의 마운팅 모듈(300)이다.
마운팅 모듈(300)은 수용 부재(310)와 분사구(311)를 구비한다. 수용 부재(310)는 다수의 구리 필러들(P)을 수용할 수 있도록 원통형 용기 형태로 형성된다. 분사구(311)는 수용 부재(310)의 내벽을 통해 수용 부재(310)의 하단부로 연결되도록 형성되고, 수용 부재(310)의 내측으로 압축 공기를 분사할 수 있도록 형성된다. 분사구(311)를 통해 압축 공기가 분사되면 수용 부재(310) 내측의 구리 필러들(P)이 공기의 압력에 의해 임의의 방향으로 튀면서 빠르게 움직이게 된다. 이와 같이 수용 부재(310)의 내부에서 다수의 구리 필러들(P)이 높은 밀도로 수용된 상태에서 임의의 방향으로 움직이다가 일부분이 마운팅 홀(210)의 상측 내경부(212)에 걸리면 하측 내경부(211)까지 이동할 확률이 높아진다. 이와 같은 상태로 수용 부재(310)를 마스크(200)의 상면을 따라 수평 이송하면 수용 부재(310)가 경유한 경로의 마운팅 홀(210)들에 구리 필러들(P)이 순차적으로 탑재된다.
이와 같이 구리 필러들(P)이 마스크(200)의 마운팅 홀(210)에 탑재되면, 전극 패드(110)에 인쇄된 솔더 페이스트의 점성에 의해 구리 필러들(P)은 기판(100)에 임시 점착된 상태가 된다. 기판(100)에 비교적 큰 충격이 가해지지 않는 한, 구리 필러들(P)이 기판(100)에 붙어 있는 상태로 유지된다.
이와 같이 (a-4) 단계를 완료하면, 도 3에 도시한 것과 같이 기판(100)에 대해 마스크(200)를 들어올려 기판(100) 위에 구리 필러들(P)만 남기는 과정을 실시한다((a-5) 단계).
다음으로, 기판(100) 위에 배치된 구리 필러들(P) 위에 평판 형태의 가압 부재(401)를 배치하여 구리 필러들(P)을 가압한다((b) 단계). 이와 같이 가압 부재(401)의 무게 또는 가압력에 의해 구리 필러들(P)을 기판(100)에 대해 누른 상태로 본딩하면 구리 필러들(P)의 위치를 유지하면서 기판(100)에 본딩하는 것이 가능하다. 본 실시예의 경우 투명 재질로 형성된 가압 부재(401)를 사용하여 구리 필러들(P)을 가압한다.
다음으로, 기판(100)에 인쇄된 솔더 페이스트를 가열하여 구리 필러들(P)을 기판(100)의 전극 패드(110)에 본딩한다((c) 단계).
(c) 단계는 다양한 방법으로 실시될 수 있다. 기판(100)을 오븐에 넣어 가열하는 방법으로 구리 필러들(P)을 본딩하는 것도 가능하다.
구리 필러(P)의 특성상 솔더 페이스트가 용융되는 과정에서 솔더 페이스트가 흐르면서 구리 필러(P)의 위치와 방향이 변경될 수 있으나, 본 실시예에서는 (b) 단계를 실시함으로써 이와 같은 현상의 발생을 방지한다. 도 4에 도시한 것과 같이 가압 부재(401)를 사용하여 구리 필러들(P)을 가압하여 구리 필러들(P)이 움직이지 않도록 하고, 이와 같은 상태에서 구리 필러들(P)을 기판(100)에 본딩한다.
본 실시예의 경우 가압 부재(401)를 통해 레이저 광을 조사하여 솔더 페이스트를 가열한다. 레이저 광이 투명 재질의 가압 부재(401)를 투과하여 구리 필러들(P), 솔더 페이스트, 전극 패드(110), 기판(100)에 전달되어 에너지를 전달한다. 레이저 광에 의해 전달된 에너지가 솔더 페이스트를 가열하여 용융시킴으로써, 구리 필러들(P)을 기판(100)에 본딩한다.
상술한 바와 같이 투명 재질의 가압 부재(401)를 사용하여 구리 필러들(P)을 가압한 상태로 본딩 공정을 수행함으로써 구리 필러(P) 본딩 공정의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 레이저 광을 조사하는 방법으로 솔더 페이스트 및 그 주변 구성을 가열함으로써 빠르게 솔더 페이스트를 용융시킬 수 있고 본딩된 솔더 페이스트의 냉각도 빠르게 처리할 수 있는 장점이 있다. 동시에 레이저 광을 투과시키면서 가압 부재(401)에 의해 구리 필러(P)의 위치를 고정 또는 유지하면서 본딩 공정을 수행할 수 있다. 이와 같은 방법을 사용함으로써 기판(100)의 열변형을 방지하고 구리 필러(P)의 위치도 정확하게 유지하여 구리 필러(P) 본딩 공정의 생산성과 품질을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명하고 도시한 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 앞에서 도 1에 도시한 마운팅 모듈(300)과 마스크(200)를 사용하여 (a) 단계를 실시하는 것으로 설명하였으나, 이와 같은 방법 이외에 다른 다른 다양한 방법이 사용될 수 있다. 상술한 바와 같은 마스크(200)와 마운팅 모듈(300)을 사용하지 않고 다른 다양한 장치와 구성을 사용하여 기판 위에 구리 필러들을 탑재하는 (a) 단계를 실시하는 것이 가능하다.
또한, 앞에서 마스크(200)는 도 2에 도시한 바와 같이 상측 내경부(212)와 하측 내경부(211)의 내경(D2, D1)이 일정하게 형성된 마운팅 홀(210)을 구비하는 경우를 예로 들어 설명하였으나 도 5 내지 도 8에 도시한 형태의 마스크를 비롯한 다양한 구조의 마스크를 사용하는 것이 가능하다.
도 5에 도시한 마스크는 마스크 본체(201)에 형성되는 마운팅 홀(220)의 상측 내경부(222)의 내경이 상측으로 갈수록 증가하도록 테이퍼 형상으로 형성되는 구조이다. 하측 내경부(221)의 내경은 일정하게 유지되고, 상측 내경부(222)의 상단부의 내경보다는 작고 하단부의 내경과는 동일하게 형성된다.
도 6에 도시한 마스크(230)는 마스크 본체(201)에 형성되는 마운팅 홀(230)의 상측 내경부(232)의 내경이 상측으로 갈수록 증가하도록 다단으로 형성되는 구조이다. 하측 내경부(231)의 내경은 일정하게 유지되고, 상측 내경부(232)의 상단부의 내경보다는 작게 형성된다.
도 7에 도시된 마스크는 마스크 본체(201)에 형성되는 마운팅 홀(240)의 상측 내경부(242)의 단면이 곡면 형태로 형성되어 상측으로 갈수록 증가하도록 형성된다. 하측 내경부(241)의 내경은 일정하게 유지된다.
도 8에 도시된 마스크는 하측 내경부(251)의 내경이 하측으로 갈수록 감소하도록 테이퍼 형태로 형성된다. 상측 내경부(252)의 내경은 하측 내경부(251)의 상단부의 내경보다 크게 형성되고 일정하게 형성된다.
마운팅 홀의 세부 형상을 다양하게 변형하더라도 마운팅 홀의 상부의 내경을 하부의 내경보다 크게 함으로써 구리 필러(P)가 하측 내경부로 가이드되어 삽입되는 것이 용이하면서 구리 필러(P)의 위치가 고정되도록 하는 장점이 있다.
또한, 앞에서 도 4에 도시한 것과 같이 투명 재질의 가압 부재(401)로 구리 필러들(P)을 기판(100)에 대해 가압한 상태에서 가압 부재(401)를 통해 레이저 광을 조사하는 방법으로 (b) 단계와 (c) 단계를 수행하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, (b) 단계 및 (c) 단계를 실시하는 다른 다양한 방법이 가능하다.
도 9에 도시한 것과 같이 레이저 광을 발생시켜 조사하는 광원과 투명재질 가압 부재(402)가 일체로 형성된 발광 모듈(410)을 이용하여 (b) 단계 및 (c) 단계를 실시하는 것도 가능하다. 발광 모듈(410)에 투명 재질 가압 부재(402)를 설치하고, 발광 모듈(410)을 하강시켜 구리 필러들(P)을 가압하여 (b) 단계를 실시하고, 이와 같은 상태에서 레이저 광을 조사하여 구리 필러들(P)을 기판(100)에 본딩하는 (c) 단계를 실시하게 된다. 이때, 레이저 광을 발생시키는 광원으로 빅셀(403; VCSEL; Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, 수직 캐비티 표면 광방출 레이저)을 사용하는 것도 가능하다.
또한, 앞에서 (a-2) 단계에 의해 마스크(200)를 먼저 배치한 상태에서 마스크(200)의 하측에 기판(100)을 배치하는 (a-3) 단계를 수행하는 것으로 설명하였으나, (a-2) 단계와 (a-3) 단계의 순서는 변경될 수 있다. 즉, 기판(100)을 배치한 상태에서 기판(100)의 상측에 마스크(200)를 배치하고 (a-4) 단계를 실시하는 것도 가능하다.

Claims (13)

  1. 원기둥 형태로 형성된 구리 필러들을 기판의 전극 패드에 본딩하는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법에 있어서,
    (a) 전극 패드에 솔더 페이스트가 인쇄된 상기 기판의 각 전극 패드에 상기 구리 필러들을 탑재하는 단계;
    (b) 상기 기판 위에 배치된 구리 필러들 위에 평판 형태의 가압 부재를 배치하여 상기 구리 필러들을 가압하는 단계; 및
    (c) 상기 기판에 인쇄된 솔더 페이스트를 가열하여 상기 구리 필러들을 상기 기판에 본딩하는 단계;를 포함하는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 투명한 가압 부재를 사용하여 수행하고,
    상기 (c) 단계는 상기 가압 부재를 통해 레이저 광을 조사하여 상기 기판에 인쇄된 솔더 페이스트를 가열하는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (b) 단계는, 레이저 광을 발생시켜 조사하는 광원과 상기 가압 부재가 일체로 형성된 발광 모듈을 이용하여 수행하는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발광 모듈의 광원은 빅셀(VCSEL)을 이용하여 레이저 광을 발광하는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a-1) 전극 패드에 솔더 페이스트가 인쇄된 상기 기판을 마련하는 단계,
    (a-2) 평판 형상의 마스크 본체와, 상기 마스크 본체의 상하를 관통하도록 형성되는 다수의 마운팅 홀을 구비하고, 상기 마운팅 홀은 상기 마스크 본체의 상면으로 통하도록 형성되는 상측 내경부와 상기 마스크 본체의 하면으로 통하도록 형성되고 상기 상측 내경부보다 더 작은 내경을 가지는 하측 내경부를 구비하도록 형성되는 마스크를 마련하여 수평으로 배치하는 단계,
    (a-3) 상기 마스크의 하측에 상기 기판을 배치하는 단계,
    (a-4) 상기 마스크의 상면에 대해 상기 구리 필러들을 움직여서 상기 마스크의 각각의 마운팅 홀의 하측 내경부에 구리 필러를 탑재시켜서 구리 필러들을 상기 기판에 인쇄된 솔더 페이스트에 접촉시키는 단계 및
    (a-5) 상기 (a-4) 단계를 완료한 후, 상기 마스크를 들어올려 상기 기판 위에 상기 구리 필러들을 남기는 단계를 포함하는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (a-4) 단계는, 상기 마스크 위에 배치된 상기 구리 필러들을 움직이게 하는 마운팅 모듈을 사용하여 수행하는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (a-4) 단계를 수행하는 상기 마운팅 모듈은 상기 마스크 위의 상기 구리 필러들에 압축 공기를 분사하여 상기 구리 필러들을 임의의 방향으로 움직이게 하는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (a-4) 단계는, 상기 마운팅 모듈을 상기 마스크의 상면에 대해 수평 이송하면서 수행하고,
    상기 마운팅 모듈은, 상기 구리 필러들이 수용되는 용기 형태의 수용 부재와, 상기 수용 부재의 내측으로 압축 공기를 분사하도록 상기 수용 부재에 형성되는 분사구를 구비하는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 마스크의 마운팅 홀의 상측 내경부의 내경은 상측으로 갈수록 증가하도록 테이퍼 형상으로 형성되는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 마스크의 마운팅 홀의 상측 내경부와 하측 내경부의 내경은 각각 상하로 일정하게 유지되고 상기 상측 내경부의 내경이 상기 하측 내경부의 내경보다 크게 형성되는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 상측 내경부의 내경과 하측 내경부의 내경의 차이는, 상기 구리 필러의 외경과 상기 하측 내경부의 내경의 차이보다 크게 형성되는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 마스크의 하측 내경부의 높이는 상기 상측 내경부의 높이보다 크게 형성되는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 마스크의 마운팅 홀의 상측 내경부의 내경은 상측으로 갈수록 증가하도록 다단으로 형성되는 가압식 구리 필러 기판 본딩 방법.
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