KR100394415B1 - 미세 볼 배열 기판 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체의 패키징 시 미세볼을 집어 원하는 위치에 배열시켜 집적회로와 기판 또는 인쇄회로기판을 접속시키기 위한 볼 배열용 기판에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 감광성유리에 형성된 미세 구멍상에 전기도금이나 감광성수지를 이용하여 이 보다 작은 미세구멍 구조물이 형성되어 이 구멍으로 금속구를 흡입한 다음, 원하는 위치로 이송, 재배열시켜 공정시간을 단축하고 고밀도패키징에 대응할 수 있도록 하는 것이다.

Description

미세 볼 배열 기판 및 이의 제조방법{Micro ball array substrate and its fabrication}

본 발명은 고밀도집적회로를 패키징하기 위한 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 미세 홀을 형성하여 이 홀로부터 볼을 흡입한 다음 이것을 원하는 위치에 이송시켜 집적회로와 기판 또는 기판과 인쇄회로기판을 전기적으로 도통시키기 위한 장치에 관한 것이다.

오늘날 집적회로 기술이 발달함에 따라 보다 작은 사이즈의 반도체 패키징과 보다 많은 입출력단자를 필요로 하게 된다. 특히 플립칩(flip chip)공정이나 CSP(chip scale packaging) 공정에서는 미세범프(bump)를 형성하여 반도체칩과 기판을 연결시키는 데 이용되고 있다. 대표적인 것중의 하나가 전기도금에 의한 금(gold) 범프 형성공정인데, 이것은 도금을 하기 위해 필요한 금속층을 미리 형성시켜둔 다음에 이 위에 포토리소그라피공정에 의해 감광성수지몰드를 형성한 다음 전기도금을 실시하여 도금층을 형성하고 이어서 감광성수지와 그 하부의 금속층을 제거하여 범프를 형성하는 방식이다.

이와 같은 방식은 공정수가 많으며 또 공정비용도 많이 드는 단점을 지니고 있다.

이와 같은 문제점을 제거하기 위하여 Nippon steel corporation의 Kenji Shimokawa 등은 1998년 Electronic Components and Technology Conference에서 미세 홀을 흡입한 다음 이것을 chip상의 원하는 위치에 배열시키는 논문을 발표한 바 있으며 이에 관련된 특허의 하나로는 일본특허공개 평성11-317451호의 '미세 볼 배열용 기판 및 그 제조방법'이 있다. 이것은 도면 1에서와 같이 감광성유리(1-1)에 미세 홀(1-2)를 형성한 다음 여기에 밀착력향상을 위한 금속박막(1-3)을 형성한 다음 금속박막상에 니켈 등의 물질을 무전해도금의 방식에 의해 형성(1-4)한다. 그리고 여기에 경사가공(1-5)을 한 다음 볼을 이 부분에 흡착되도록 하였다.

이와 같은 경우 도 2와 같이 감광성유리에 형성된 구멍(1-2)에 의한 흡입(2-1)을 통해 금속(1-4)에 형성된 경사가공 부위로 부터 미세 볼(2-2)을 흡착시키는 것이 가능하다.

즉 도 3과 같이 이와 같이 제조된 볼 배열기판(3-1)에 의해 많은 볼(3-2)들로부터 원하는 위치에만 볼을 흡착시키는 것이 가능하며 흡착된 볼 주위에 형성가능한 불필요한 볼은 진동 등의 적절한 방식에 의해 제거(3-3)한 다음 반도체칩(3-4)상의 원하는 전극부(3-5)에 이송시킨 다음 초음파나 가열 등의 방식에 의해 접합(3-6)시키는 것이 가능하다.

이와 같은 방식은 종래의 기계가공이나 레이져가공방식에 비해 한 단계 진전한 구멍 가공방식이라 볼 수 있으나 기존의 감광성유리 가공으로는 직경 30마이크로미터 이하의 미세 홀 형성은 어려운 단점이 있으며 또 무전해박막층의 성장이 수평방향과 수직방향으로 함께 발생되므로 구멍사이즈의 불균일성을 야기하는 문제점을 지니고 있다.

본 발명에서는 이와 같은 문제점을 해결하고 보다 정밀한 형상을 지니면서도 수 십 마이크로미터급의 미세한 볼에도 대응 가능한 볼 배열기판을 제공하여, 점점 경박단소화 되어 가고 있는 반도체 패키징 공정에서 보다 쉽고 간단하게 볼을 반도체칩이나 인쇄회로기판 등에 전사시킬 수 있는 미세 볼 배열기판을 제공하고자 하였다.

도 1은 기존의 볼 배열용 기판 및 이의 제조공정을 나타내는 도면의 일례

도 2는 기존의 볼 배열용 기판으로부터 볼을 흡입한 형상을 나타내는 도면

도 3은 여러 개의 볼을 흡입하여 칩상에 이송시켜 재배치시키는 도면

도 4는 본 발명에서의 볼 배열용 기판의 구조를 나타내는 도면

도 5는 감광성유리와 전기도금을 이용한 볼 배열용 기판의 제조공정 도면

도 6은 감광성유리와 감광성수지를 이용한 볼 배열용 기판의 제조공정 도면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1-1, 4-1, 5-1, 6-1 : 감광성유리

1-2, 4-2, 5-6, 6-5 : 감광성유리에 가공된 미세구멍

1-3 : 금속박막

1-4 : 표면처리층

1-5 : 표면처리층의 경사가공부

2-1, 4-5 : 진공흡입

2-2 : 볼을 흡입한 형상

3-1 : 볼 배열기판

3-2 : 배열용 볼

3-3 : 불필요한 볼 탈착

3-4 : 반도체 칩

3-5 : 반도체 칩상의 전극

3-6 : 반도체칩상에 미세볼 접합

4-3 : 금속이나 폴리머

4-4 : 금속이나 폴리머상에 형성된 미세구멍

5-2, 6-2 : 감광성유리의 결정화 부위

5-3, 6-3 : 금속박막

5-4 : 포토리소그라피 공정에 의해 형성된 감광성수지 구조물

5-5 : 전기도금막

5-7 : 전기도금막에 형성된 미세구멍

6-4 : 네거티브형 감광성수지의 비노광부

6-6 : 네거티브형 감광성수지에 형성된 미세구멍

본 발명은 반도체의 패키징 시 미세볼을 집어 원하는 위치에 배열시켜 집적회로와 기판 또는 인쇄회로기판을 접속시키기 위한 볼 배열용 기판에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 감광성유리에 형성된 미세 구멍상에 전기도금이나 감광성수지를 이용하여 이 보다 작은 미세구멍 구조물이 형성되어 이 구멍으로 금속구를 흡입한 다음, 원하는 위치로 이송, 재배열시켜 공정시간을 단축하고 고밀도패키징에 대응할 수 있도록 하는 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 도면에 의해 상세히 설명한다. 본 발명은 감광성유리에 형성된 미세 구멍과 이 위에 형성된 금속구멍에 의해 볼 흡입용 기판을 구성한다. 즉 도 4에서와 같이 감광성유리(4-1)에 미세구멍(4-2)이 형성되어 있고 그 하부에 금속이나 폴리머 등의 재료(4-3)로 미세구멍(4-4)을 형성한다. 금속이나 폴리머 등의 재료에 형성된 미세구멍은 감광성유리에 형성된 구멍직경에 비해 작은 직경을 지닌다. 이 구멍들을 통하여 공기를 흡입(4-5)하면 미세구멍들에 볼들이 물리적으로 흡입(4-6)된다.

이와 같은 볼 배열기판의 제조공정을 도 5에 나타내었다. 감광성유리(5-1)를 포토마스크를 통하여 노광시킨 후 열처리시킴에 따라 유리(17)내에 부분적으로 결정화된 부분(5-2)을 형성하는 것이 가능하다. 이 위에 추후의 전기도금을 하기 위한 금속박막층(5-3)을 형성한다. 금속박막이 형성될 감광성유리부위는 미리 폴리싱을 하여 면을 평탄화시켜두는 것이 바람직하다. 금속박막은 크로뮴과 구리, 크로뮴과 금 등의 다층막 또는 합금을 사용할 수 있으며 기타 다른 재료를 이용하는 것도 가능하다. 여기에 감광성수지를 코팅한 다음 포토리소그라피공정에 의해 구멍이 형성될 부분(5-4)만 남기고 모두 제거시킨다. 다음에는 전기도금을 실시하여금속막(5-5)을 성장시킨다. 금속막은 니켈이나 니켈합금, 구리나 구리합금 등으로 형성하는 것이 가능하다. 금속막을 원하는 두께까지 성장시킨 다음에는 감광성유리의 결정화부위, 감광성수지, 감광성수지 하부의 금속막 순으로 제거해낸다. 제거 순서는 감광성수지, 감광성유리의 결정화부위, 금속막의 순으로 할 수도 있다. 감광성유리는 불산수용액에 식각해내고 감광성수지는 아세톤 등의 적절한 용제에 의해 녹여내며 이 두 공정에 의해 드러나는 감광성수지하부의 금속층은 적절한 에칭용액에 의해 제거해낸다. 즉 감광성유리의 미세구멍(5-6)에 비해 볼과 접하는 부분의 미세구멍(5-7)의 직경이 작은 구조물을 형성하는 것이 가능하다. 도금두께의 편차가 심한 경우는 폴리싱을 하여 평탄한 표면을 형성하며 추후의 공정에서 가열공정 등으로 산화의 문제가 발생될 수 있는 경우는 전기도금이나 무전해도금의 방식에 의해 금이나, 크롬, 코발트 등의 박막을 상기 금속의 표면에 형성시킬 수 있다.

또 다른 제조방법의 일례로는 도 6과 같은 제조공정에 의해 볼 흡입용 기판을 제작하는 것도 가능하다. 도 5에서와 같이 동일한 노광 열처리 공정에 의해 감광성유리(6-1)에 결정부위(6-2)를 부분적으로 형성시킨 다음 표면부를 평탄화시킨 다음 이 위에 감광성수지(6-3)을 원하는 두께로 코팅한다. 감광성수지는 수 십 마이크로미터 두께의 것은 상용 제품이 여러 가지가 있으며 IBM에서 개발된 SU-8가 같은 것은 100 마이크로미터 이상의 두께에서도 안정적인 미세구멍 형성이 가능하다. 감광성수지는 빛을 받을 때 빛을 받은 부분이 제거되는 포지티브형과 빛을 받은 부분이 남는 네거티브형이 있으며, 포지티브형과 네거티브형 모두 미세 구멍을 형성하는 것이 가능하나 여기서는 네거티브형인 SU-8을 이용한 경우를 설명한다.네거티브형 감광성수지인 SU-8을 부분적으로 결정화시킨 감광성유리상에 코팅한 다음 가열하여 경화시킨 다음 포토마스크를 통하여 추후 구멍이 형성될 부분(6-4)만 제외하고 빛을 조사시킨다. 이것을 현상하면 감광성수지에 미세구멍이 형성된다. 다음에는 감광성유리의 결정화부위를 식각해내어 볼 흡입기판의 미세구멍을 형성한다. 즉 감광성유리의 미세구멍(6-5)에 비해 작은 직경을 지니는 감광성수지로 형성된 미세구멍(6-6)을 순차적으로 형성하는 것이 가능하다.

상기의 도금에 의한 구멍이나 감광성수지에 의한 구멍의 경우는 수십마이크로미터 이하까지 정밀한 구멍을 형성하는 것이 가능하여 이 구멍을 통하여 수십마이크로미터 사이즈의 미세 볼을 흡입하여 원하는 위치에 이송시키는 것이 가능하여 점차 입출력단자 수가 증대되고 있는 전자소자의 패키징에 대응하는 것이 가능할 뿐만 아니라 현재 전기도금이나 무전해도금에 의해 형성되는 회로접속용 범프공정을 대체하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 볼 흡입기판은 기존에 비해 보다 정밀하고 미세한 볼 흡입구멍을 형성하는 것이 가능하여, 현재 도금이나 무전해도금에 의해 제조되는 반도체칩상의 범프 형성 공정을 대체할 수 있을 뿐만 아니라 점점 경박단소화되어 가고 있고 또 입출력단자가 많아지고 있는 반도체 패키징 기술에 보다 잘 대응할 수 있다. 또한 현재 볼 흡입기판 제조방식의 주류를 이루고 있는 미세드릴에 의한 기계가공 방식을 대체할 수 있는 효과를 지니고 있다.

나아가 이 외에 잉크젯헤드 등과 같이 미세 노즐을 필요로 하는 다양한 전자소자에도 적용이 가능하다.

Claims (5)

1 개 또는 복수개의 흡입구멍을 통하여 미세 볼을 흡입할 수 있는 볼 배열 기판에 있어서, 상기 볼 배열 기판은 감광성유리기판과 감광성유리기판 위에 형성된 금속 또는 폴리머 박판으로 구성되며, 상기 각 흡입구멍은 감광성유리기판에 노광과 열처리에 의해 관통 가공된 구멍과 이 구멍에 연결되어 상기 금속 또는 폴리머 박판상에 이보다 작은 직경으로 형성된 미세구멍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼 배열용 기판

제 1항에 있어서, 상기 미세구멍이 형성되는 금속 박판의 형성방식은 전기도금인 것을 특징으로 하는 볼 배열용 기판

제 1항에 있어서, 상기 미세구멍이 형성되는 폴리머 박판의 형성방식은 감광성수지를 포토리소그라피공정에 의해 형성하는 것임을 특징으로 하는 볼 배열용 기판

볼 흡입용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 제조방법은 감광성유리를 포토마스크를 통하여 노광하고 열처리하여 구멍이 형성될 부위를 결정화시키는 공정, 상기 감광성유리의 표면을 평탄화하는 공정, 평탄화된 상기 감광성유리의 표면상에 금속박막을 형성하는 공정, 감광성유리에서 홀이 형성될 부위상의 금속박막에만 포토리소그라피 공정에 의해 감광성유리의 구멍보다 작은 직경의 감광성수지 구조물을 형성하는 공정, 상기 감광성수지 구조물 이외의 부분에 전기도금을 하는 공정, 감광성유리를 식각해내고 상기 감광성수지를 용제로 제거하고 감광성수지 하부의 금속박막층은 식각에 의해 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 흡입용 기판의 제조방식.

볼 흡입용 기판의 제조방법에 있어서, 상기 제조 방법은 감광성유리를 포토마스크를 통하여 노광하고 열처리하여 구멍이 형성될 부위를 결정화시키는 공정, 상기 감광성유리의 표면을 평탄화하는 공정, 평탄화된 상기 감광성유리의 표면상에 감광성수지를 형성한 후 포토리소그라피공정에 의해 감광성수지에 구멍을 형성하는 공정, 결정화된 상기 감광성유리부위를 식각하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼 흡입기판의 제조방법