KR100301356B1 - 돌기전극의형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 돌기 전극의 형성 위치 근방에 수지를 배설하는 공정을 포함하는 돌기 전극의 형성 방법에 관한 것으로, 신뢰성의 향상을 도모하는 것을 과제로 한다.
돌기 전극(52)이 형성되는 패드부(40)를 가진 패키지(32)상에, 돌기 전극(52)의 형성 위치에 위치 결정 개구부(46)가 형성된 수지 마스크(44)를 장착하는 마스크 장착 공정과, 이 수지 마스크(44)를 개재해서 패드부(40)에 페이스트(48)를 배설하는 페이스트 배설 공정과, 상기 수지 마스크(44)를 위치 결정의 기준으로 해서 땜납 볼(50)을 페이스트(48) 상에 배설하는 돌기 전극 배설 공정과, 수지 마스크(44)를 장착한 상태를 유지하면서 가열 처리함으로써 돌기 전극(52)을 패드부(40)에 접합하는 가열 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

돌기 전극의 형성 방법
본 발명은 돌기 전극의 형성 방법에 관한 것으로, 특히 돌기 전극의 형성 위치 근방에 수지를 배설하는 공정을 포함하는 돌기 전극의 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치 및 회로 기판에 돌기 전극을 형성하는 돌기 전극의 형성 방법으로서 도금을 이용하는 방법, 땜납 페이스트를 이용하는 방법 및 땜납 볼을 이용하는 방법 등이 알려져 있다. 또 수백㎛ 두께의 돌기 전극의 형성에서는 땜납 볼을 이용한 방법이 알려져 있다.
한편 근년의 회로 소자의 소형화에 따라 돌기 전극은 미소화하고, 또 형성 피치도 협(狹)피치화하는 경향이 있다. 또 저코스트화를 위해서는 돌기 전극 형성 방법도 단순화할 필요가 있다.
따라서 미소화한 돌기 전극을 용이하면서 신뢰성을 가지고 형성하는 방법이 요망되고 있다.
돌기 전극으로서 땜납을 이용하는 종래의 돌기 전극의 형성 방법에 대해서 도 17 내지 도22를 사용해서 이하에 설명한다.
도 17은 돌기 전극의 형성 방법을 실시하기 전의, 초기 상태의 반도체 장치를 나타내고 있다. 이 상태에서의 반도체 장치는 소위 LGA(Land Grid Array) 구조로 되어 있고, 패키지(2)의 실장 측면에 복수 패드부(10)의 배설만으로 된 구조로 되어 있다.
동 도면에서 패키지(2)는 세라믹 혹은 수지의 재질로 된 다층 구조로 되어 있고, 그 내부에 공동부(cavity)(12)가 형성되어 있다. 이 공동부(12)에는 반도체 칩(4)이 탑재됨과 동시에 내부 배선 패턴(6)의 일부가 노출하도록 구성되어 있다.
이 내부 배선 패턴(6)은 패키지(2) 내에 형성되어 있는 도시되지 않은 내부 배선에 의해 패드부(10)와 전기적으로 접속되어 있다. 또 반도체 칩(4)과 내부 배선 패턴(6)은 와이어(8)로 접속되어 있다. 따라서 반도체 칩(4)은 와이어(8), 내부 배선 패턴(6) 및 내부 배선을 개재해서 패드부(10)와 전기적으로 접속된 구성으로 되어 있다.
상기 구성으로 된 반도체 장치에 돌기 전극(22)을 형성하려면, 도 18에 나타낸 바와 같이 먼저 패키지(2)의 패드부(10)가 형성된 면 상에 금속 마스크(14)를 장착한다(마스크 장착 공정). 이 금속 마스크(14)는 패드부(10)의 형성 위치(즉 후에 돌기 전극(22)이 형성되는 위치)에 위치 결정 개구부(16)가 형성되어 있다.
이와 같이 패키지(2)에 금속 마스크(14)를 장착하면, 이어서 도 19에 나타낸 바와 같이 금속 마스크(14)에 형성되어 있는 위치 결정 개구부(16) 내에 페이스트(18)(플럭스 등)를 배설한다(페이스트 배설 공정). 이 페이스트(18)를 위치 결정 개구부(16) 내에 배설하는 방법으로서는, 예를 들어 스크린 인쇄법을 적용할 수 있다. 또 위치 결정 개구부(16) 내에 페이스트(18)를 장전함으로써 패드부(10)의 상부에 페이스트(18)가 배설된 구성이 된다.
이어서 도 20에 나타낸 바와 같이 패드부(10)의 상부에 땜납 볼(20)이 장착된다(돌기 전극 배설 공정). 이 때 땜납 볼(20)은 금속 마스크(14)에 형성된 위치 결정 개구부(16)에 의해 위치 결정된 상태로 장착되기 때문에, 땜납 볼(20)을 패드부(10) 상에 정밀도 좋게 위치 결정된 상태로 장착할 수 있다. 또 이 장착 상태에서 페이스트(18)는 소정의 점성을 갖고 있기 때문에 접착제로서도 기능하며, 따라서 땜납 볼(20)은 페이스트(18)에 의해 패드부(10) 상에 가고정된 상태로 된다.
상기와 같이 땜납 볼(20)이 패드부(10) 상에 장착되면, 이어서 도 21에 나타낸 바와 같이 금속 마스크(14)를 패키지(2)로부터 떼어낸다. 다음에, 예를 들어 패키지(2)를 리플로 노에 통과시켜 가열 처리함으로써 땜납 볼(20)을 용융해서 패드부(10)에 접합하고, 이에 따라 도 22에 나타낸 바와 같이 돌기 전극(22)을 형성한다. 종래에는 이상 설명한 처리를 실시함으로써 돌기 전극(22)을 갖는 반도체 장치(24)를 제조하고 있었다.
또 도 23 내지 도 26은 BGA(Ball Grid Array) 타입의 반도체 장치에서의 돌기 전극의 형성 방법을 나타내고 있다. 도 23 및 도 24는 돌기 전극 형성 전의 반도체 장치를 나타내고 있다. 이 상태에서의 반도체 장치는 소위 LGA 구조로 되어 있고, 기판(26A, 26B)의 실장 측면에 복수 패드부(10)의 배설만으로 된 구조로 되어 있다. 또한 도 23에서 27은 절연막이고, 기판(26A)의 패드부(10)의 배설 위치를 제외하고, 기판(26A)을 절연 보호하기 위해 배설된다.
도 23에서는 패드부(10)가 배설된 기판(26A)은 소위 프린트 배선판을 사용한 구조이고, 도 24에서는 기판(26B)에 편면 동장(銅張) 테이프를 사용한 구조이다. 또 기판(26A, 26B)의 실장 측면의 반대면에는 수지 패키지(3), 반도체 칩(4), 와이어(8) 및 본딩 패드(29)가 배설되어 있다.
반도체 칩(4)은 다이패드(5)에 의해 기판(26A, 26B)에 접합되고, 또 와이어(8)에 의해 본딩 패드(29)와 접속되어 있다. 본딩 패드(29)는 도 23에 나타내는 구성에서는 스루홀 전극(28) 등을 사용해서, 또 24에 나타내는 구성에서는 직접적으로 패드부(10)와 접속된 구성으로 되어 있다. 수지 패키지(3)는 반도체 칩(4), 와이어(8) 및 본딩 패드(29) 등을 봉지함으로써 보호하는 기능을 발휘한다.
도 25는 도 23에 나타낸 반도체 장치에 돌기 전극 형성용 땜납 볼(20)을 배치한 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서 땜납 볼(20)은 솔더 페이스트(18)(또는 플럭스)에 의해 패드부(10)에 가고정된다(돌기 전극 배설 공정).
땜납 볼(20)이 패드부(10)에 가고정되면, 이어서 가열 공정이 실시된다. 도 26은 가열 공정이 종료한 상태를 나타내고 있다. 가열 공정을 실시함으로써 솔더 페이스트(18)는 기화하고, 또 땜납 볼(20)은 용융해서 돌기 전극(22)을 형성한다.
그러나 상기한 종래의 돌기 전극의 형성 방법에서는 도 21에 나타낸 금속 마스크(14)를 떼어낸 후 및 도 25에 나타내는 땜납 볼(20)을 솔더 페이스트(18)에 의해 패드부(10)에 배설한 후는 땜납 볼(20)은 페이스트(18)만에 고정된 상태로 되고, 땜납 볼(20)의 지지를 충분하게 행할 수가 없었다.
또 도 22 및 도 26에 나타내는 가열 처리한 후도 돌기 전극(22)의 지지는 돌기 전극(22)과 패드부(10)와의 접합력에 의해서만 행하여지는 구성이었기 때문에, 돌기 전극(22)의 형성 후에 있어서도 돌기 전극(22)의 지지를 충분하게 행할 수가 없었다.
이 때문에 돌기 전극(22)을 형성하는 공정 도중이나 반도체 장치(24)를 출하한 후의 수송 도중에서 땜납 볼(20) 혹은 돌기 전극(22)이 패키지(2)로부터 이탈해버릴 우려가 있고, 땜납 볼(20) 혹은 돌기 전극(22)의 배설에서 충분한 신뢰성을 얻을 수가 없다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기의 점에 비추어서 이루어진 것으로서 돌기 전극을 높은 신뢰성을 갖고 형성할 수 있는 돌기 전극의 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 설명하는 도면으로, 초기 상태를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 설명하는 도면으로, 마스크 장착 공정을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 설명하는 도면으로, 페이스트 배설 공정을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 설명하는 도면으로, 돌기 전극 배설 공정을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 설명하는 도면으로, 가열 공정을 나타내는 도면.
도 6은 도 5에 나타내는 반도체 장치가 실장된 상태를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 설명하는 도면으로, 수지 배설 공정을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 사용해서 제조된 반도체 장치를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 설명하는 도면으로, 수지판 배설 공정을 나타내는 도면(그중 1).
도 10은 본 발명의 제 3 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 설명하는 도면으로, 수지 배설 공정을 나타내는 도면(그중 1).
도 11은 본 발명의 제 3 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 사용해서 제조된 반도체 장치를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 제 4 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 설명하는 도면으로, 마스크 장착 공정이 종료된 상태를 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 제 4 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 설명하는 도면으로, 돌기 전극 배설 공정을 나타내는 도면.
도 14는 본 발명의 제 4 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 설명하는 도면으로, 돌기 전극 배설 공정이 종료된 땜납 볼 근방을 확대해서 나타낸 도면.
도 15는 본 발명의 제 1 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 설명하는 도면으로, 가열 공정이 종료하여 반도체 장치가 완성된 상태를 나타내는 도면.
도 16은 제 4 실시예에서의 돌기 전극 배설 공정을 상세하게 설명하는 도면.
도 17은 종래의 돌기 전극의 형성 방법의 일례를 나타내는 도면으로, 초기 상태를 나타내는 도면.
도 18은 종래의 돌기 전극의 형성 방법의 일례를 나타내는 도면으로, 마스크 장착 공정을 나타내는 도면.
도 19는 종래의 돌기 전극의 형성 방법의 일례를 나타내는 도면으로, 페이스트 배설 공정을 나타내는 도면.
도 20은 종래의 돌기 전극의 형성 방법의 일례를 나타내는 도면으로, 돌기 전극 배설 공정을 나타내는 도면.
도 21은 종래의 돌기 전극의 형성 방법의 일례를 나타내는 도면으로, 금속 마스크를 떼어낸 상태를 나타내는 도면.
도 22는 종래의 돌기 전극의 형성 방법을 사용해서 제조된 반도체 장치를 나타내는 도면.
도 23은 종래의 돌기 전극의 형성 방법의 일례를 나타내는 도면으로, 초기 상태를 나타내는 도면.
도 24는 종래의 돌기 전극의 형성 방법의 일례를 나타내는 도면으로, 초기 상태를 나타내는 도면.
도 25는 종래의 돌기 전극의 형성 방법의 일례를 나타내는 도면으로, 땜납 볼을 배설한 상태를 나타내는 도면.
도 26은 종래의 돌기 전극의 형성 방법의 일례를 나타내는 도면으로, 가열 처리가 종료한 상태를 나타내는 도면.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
2, 32 패키지
3 수지 패키지
4, 34 반도체 칩
8, 38 와이어
10, 40 패드부
18, 48 페이스트
20, 50 땜납 볼
22, 52 돌기 전극
23, 64 개구부
26A, 26B 기판
27 절연막
28 스루홀 전극
29 본딩 패드
30, 60, 70, 80 반도체 장치
44 수지 마스크
46 위치 결정 개구부
37, 65 페이스트
54A, 54B, 54C, 54D 언더필(underfill) 수지
55 액상 수지
56 실장 기판
58 배선 패턴
59 노즐
62 수지판
66 마운터
67 치구
69 흡인 개구부
71 페이스트 조(槽)
상기 과제는 하기 수단을 강구함으로써 해결할 수 있다.
청구항 1 기재의 돌기 전극의 형성 방법에서는,
돌기 전극이 형성되는 패드부를 가진 기판에 상기 돌기 전극의 형성 위치에 위치 결정 개구부가 형성된 수지 마스크를 장착하는 마스크 장착 공정과,
상기 수지 마스크를 개재하고, 상기 패드부에 페이스트를 배설하는 페이스트 배설 공정과,
상기 수지 마스크를 위치 결정의 기준으로 해서 돌기 전극을 상기 페이스트 상에 배설하는 돌기 전극 배설 공정과,
상기 수지 마스크를 장착한 상태를 유지하면서 가열 처리함으로써 상기 돌기 전극을 상기 패드부에 접합하는 가열 공정
을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 2 기재의 발명에서는
상기 청구항 1 기재의 돌기 전극의 형성 방법에 있어서,
상기 수지 마스크는 열가소성 수지로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 3 기재의 발명에서는
상기 청구항 1항 또는 상기 청구항 2 기재의 돌기 전극의 형성 방법에 있어서,
상기 돌기 전극은 땜납인 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 4 기재의 발명에서는
상기 청구항 3 기재의 돌기 전극의 형성 방법에 있어서,
상기 수지 마스크의 융점(Tm)은 상기 땜납의 융점(Tb)에 대하여 높은(Tm≥Tb) 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 5 기재의 발명에서는
돌기 전극이 형성되는 패드부를 가진 기판에 상기 돌기 전극의 형성 위치에 위치 결정 개구부가 형성된 금속 마스크를 장착하는 마스크 장착 공정과,
상기 금속 마스크를 개재하고, 상기 패드부에 페이스트를 배설하는 페이스트 배설 공정과,
상기 금속 마스크를 위치 결정의 기준으로 해서 돌기 전극을 상기 페이스트 상에 배설하는 돌기 전극 배설 공정과,
상기 금속 마스크를 떼어낸 후, 가열 처리함으로써 상기 돌기 전극을 상기 패드부에 접합하는 가열 공정과,
상기 가열 공정 종료 후에 실시되고, 상기 돌기 전극의 형성 위치에 개구부를 가진 수지판을 상기 기판 상에 배설하는 수지판 배설 공정
을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 6 기재의 발명에서는
상기 청구항 5 기재의 돌기 전극의 형성 방법에 있어서,
상기 수지판은 열가소성 수지로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 7 기재의 발명에서는
상기 청구항 5항 또는 상기 청구항 6 기재의 돌기 전극의 형성 방법에 있어서,
상기 돌기 전극은 땜납인 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 8 기재의 발명에서는
상기 청구항 7 기재의 돌기 전극의 형성 방법에 있어서,
상기 수지판의 융점(Tm)은 상기 땜납의 융점(Tb)에 대하여 높은(Tm≥Tb) 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 9 기재의 발명에서는
돌기 전극이 형성되는 패드부를 가진 기판에 상기 돌기 전극의 형성 위치에 위치 결정 개구부가 형성된 금속 마스크를 장착하는 마스크 장착 공정과,
상기 금속 마스크를 개재하고, 상기 패드부에 페이스트를 배설하는 페이스트 배설 공정과,
상기 금속 마스크를 위치 결정의 기준으로 해서 돌기 전극을 상기 페이스트 상에 배설하는 돌기 전극 배설 공정과,
상기 금속 마스크를 떼어낸 후, 가열 처리함으로써 상기 돌기 전극을 상기 패드부에 접합하는 가열 공정과,
상기 가열 공정 종료 후에 실시되고, 상기 돌기 전극의 형성 위치를 제외하고서 유동성을 가진 수지를 상기 기판 상에 배설하는 수지 배설 공정
을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 10 기재의 발명에서는
상기 청구항 9 기재의 돌기 전극의 형성 방법에 있어서,
상기 수지는 열가소성 수지로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 11 기재의 발명에서는
상기 청구항 9항 또는 상기 청구항 10 기재의 돌기 전극의 형성 방법에 있어서,
상기 돌기 전극은 땜납인 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 12 기재의 발명에서는
상기 청구항 11 기재의 돌기 전극의 형성 방법에 있어서,
상기 수지의 융점(Tm)은 상기 땜납의 융점(Tb)에 대하여 높은(Tm≥Tb) 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 13 기재의 발명에서는
미리 돌기 전극의 배설 위치에 개구부를 갖는 돌기 전극 보호용 수지 마스크가 적어도 돌기 전극 형성 영역에 배설되어 있는 기판에 상기 개구부를 개재해서 상기 돌기 전극 배설 위치에 돌기 전극을 배설하는 돌기 전극 배설 공정과,
가열 처리함으로써 상기 돌기 전극을 돌기 전극 배설 위치에 설치된 패드부에 접합하는 가열 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 14 기재의 발명에서는
상기 청구항 13 기재의 돌기 전극의 형성 방법에 있어서,
상기 돌기 전극 보호용 마스크는 상기 돌기 전극 배설 공정 이전에 마스크 장착 공정을 실시함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 15 기재의 발명에서는
상기 청구항 13 또는 상기 청구항 14 기재의 돌기 전극의 형성 방법에 있어서,
배설되는 상기 돌기 전극에는 페이스트가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 16 기재의 발명에서는
상기 청구항 13 또는 상기 청구항 14 기재의 돌기 전극의 형성 방법에 있어서,
상기 돌기 전극 배설 공정 전에 상기 돌기 전극 배설 위치에 페이스트를 도포하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
또 청구항 17 기재의 발명에서는
상기 청구항 13 내지 상기 청구항 16중 어느 한 기재의 돌기 전극의 형성 방법에 있어서,
상기 돌기 전극 보호용 수지 마스크는 상기 가열 공정에서 연화하는 연화점을 갖는 수지로 된 것을 특징으로 하는 것이다.
상기한 각 수단은 다음과 같이 작용한다.
청구항 1 기재의 발명에 의하면,
마스크 장착 공정에서 돌기 전극이 형성되는 패드부를 가진 기판 상에, 돌기 전극의 형성 위치에 위치 결정 개구부가 형성된 수지 마스크가 장착된다. 따라서 수지 마스크를 장착한 상태에서 기판 상의 패드부 이외의 부분은 수지 마스크에 덮여진(마스크된) 상태가 된다.
이어서 페이스트 배설 공정에서 수지 마스크를 개재해서 패드부에 페이스트를 배설함으로써 이 페이스트 상에 돌기 전극을 가고정 가능한 상태로 된다. 이어서 돌기 전극 배설 공정을 실시함으로써 돌기 전극을 페이스트 상에 배설한다. 이 때 수지 마스크를 위치 결정의 기준으로 해서 사용할 수 있기 때문에, 돌기 전극을 패드부에 정밀도 좋게 위치 결정한 상태로 장착할 수 있다.
이어지는 가공 공정에서는 수지 마스크를 장착한 상태를 유지하면서 가열 처리함으로써 돌기 전극을 패드부에 접합한다. 따라서 돌기 전극을 페이스트 상에 배설한 후에도, 수지 마스크는 기판 상에 장착된 상태를 유지하기 때문에, 이 수지 마스크로 돌기 전극을 지지할 수 있다. 이 수지 마스크는 기판으로부터 떼어내는 일이 없이 반도체 장치가 제조되어 출하된 후에도 기판 상에 장착된 상태를 유지한다.
이에 따라 수지 마스크를 장착한 이후에 돌기 전극의 형성 공정 및 출하 후의 수송시 등에서 돌기 전극이 기판으로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있으며, 따라서 반도체 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또 상기 구성으로 된 반도체 장치를 실장할 때, 수지 마스크는 소위 언더필 레진으로서 기능하기 때문에, 실장시에 반도체 장치와 실장 기판과의 열팽창차에 기인해서 발생하는 응력이 돌기 전극에 인가되어도 돌기 전극이 손상되거나 박리되는 일을 확실하게 방지할 수 있다.
또 청구항 2, 청구항 6 및 청구항 10 기재의 발명에 의하면,
수지 마스크, 수지판 및 유동성을 가진 수지를 열가소성 수지로 형성함으로써 열가소성 수지는 가열 공정에서 가열 성형한 후에도, 다시 가열 처리함으로써 용융한다. 이 때문에 실장시에 인가되는 열에 의해서 수지 마스크, 수지판 및 유동성을 가진 수지는 용융하여, 반도체 장치와 실장 기판과의 사이에 틈새 없게 충전된다. 이에 따라 언더필 레진으로서의 기능을 확실하게 발휘할 수 있다.
또 청구항 3, 청구항 7 및 청구항 11 기재의 발명에 의하면,
돌기 전극을 땜납으로 함으로써 땜납은 비교적 낮은 온도에서 용융하기 때문에, 땜납 용융에 의한 열로 수지 마스크가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또 청구항 4, 청구항 8 및 청구항 12 기재의 발명에 의하면,
수지 마스크, 수지판 및 유동성을 가진 수지의 융점(Tm)을 땜납의 융점(Tb)에 대하여 설정(Tm≥Tb)함으로써, 땜납이 용융하기 전에 수지 마스크가 용융하는 것을 방지할 수 있고, 땜납과 패드부와의 접속을 확실하게 행할 수 있다.
또 청구항 5 기재의 발명에 의하면,
종래의 돌기 전극의 형성 방법과 마찬가지로 금속 마스크를 사용해서 돌기 전극을 형성하고, 그 후에 금속 마스크를 떼어내고, 가열 공정을 실시한 후에, 수지판 배설 공정을 실시해서 돌기 전극의 형성 위치에 개구부를 가진 수지판을 기판 상에 배설할 수 있다.
또 돌기 전극은 수지판에 지지된 상태로 되기 때문에, 반도체 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또 상기 구성으로 된 반도체 장치를 실장할 때 수지판은 소위 언더필 레진으로서 기능하기 때문에, 실장시에 반도체 장치와 실장 기판과의 열팽창차에 기인해서 발생하는 응력이 돌기 전극에 인가되어도 돌기 전극이 손상되거나 박리되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또 청구항 9 기재의 발명에 의하면,
종래의 돌기 전극의 형성 방법과 마찬가지로 금속 마스크를 사용해서 돌기 전극을 형성하고, 그 후에 금속 마스크를 떼어낸 후에, 수지 배설 공정을 실시해서 돌기 전극의 형성 위치를 제외하고 유동성을 갖는 수지를 기판 상에 배설함으로써 돌기 전극을 형성할 수 있다.
또 돌기 전극은 수지판에 지지된 상태로 되기 때문에, 반도체 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또 상기 구성으로 된 반도체 장치를 실장할 때, 수지는 소위 언더필 레진으로서 기능하기 때문에, 실장시에 반도체 장치와 실장 기판과의 열팽창차에 기인해서 발생하는 응력이 돌기 전극에 인가되어도 돌기 전극이 손상되거나 박리되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또 수지로서 유동성을 가진 것을 사용함으로써, 청구항 1 혹은 청구항 2 기재의 발명과 같이 미리 수지 마스크, 수지판에 개구부 등을 형성하여 둘 필요가 없기 때문에 이에 의해서도 코스트 저감 및 공수의 저감을 도모할 수 있다.
또 청구항 13 기재의 발명에 의하면,
돌기 전극 배설 공정에서 기판에 대하여 돌기 전극이 배설된다. 이 기판은 돌기 전극이 형성되는 위치에 패드부를 갖고 있고, 또 그 적어도 돌기 전극 배설 영역에 돌기 전극의 배설 위치에 개구부를 가진 돌기 전극 보호용 수지 마스크가 배설되어 있다.
그리고 돌기 전극 배설 공정에서는 이 개구부를 개재하여 돌기 전극이 패드부 상에 배설된다. 이 때 돌기 전극 보호용 수지 마스크는 돌기 전극의 위치 결정으로서 사용할 수 있다.
이어지는 가열 공정에서는 돌기 전극을 패드부에 접합한다. 이에 따라 돌기 전극은 그 접합부가 돌기 전극 보호용 수지 마스크로 보호된 상태로 되고, 그 후의 사용 환경에서 돌기 전극에 어떠한 응력(기계적 또는 열 응력)이 인가되어도 종래 구조에 비교해서 보강할 수 있다.
또 청구항 14 기재의 발명에 의하면,
돌기 전극 배설 공정 전에 수지 마스크 배설 공정을 실시함으로써 돌기 전극 배설 공정 전에 기판 상에는 돌기 전극 배설 위치에 개구부를 갖는 돌기 전극 보호용 수지 마스크가 배설된 구성으로 된다. 이 때문에 돌기 전극 보호용 수지 마스크에 의해 패드부의 보호를 도모할 수 있다.
또 청구항 15 및 청구항 16 기재의 발명에 의하면,
가열 공정 실시 전에 있어서는 페이스트에 의해 돌기 전극은 패드부에 가고정된 구성으로 되어 돌기 전극이 패드부로부터 탈락하는 것을 방지할 수 있다. 또 가열 공정시에는 돌기 전극과 패드부와의 접촉부에 페이스트(플럭스)가 존재함으로써 패드부와 돌기 전극과의 접합을 원활하면서 확실하게 행할 수 있다.
또 청구항 17 기재의 발명에 의하면,
돌기 전극 보호용 수지 마스크는 가열 공정에서 연화하는 연화점을 갖는 수지로 되기 때문에, 가열 공정에서 돌기 전극과 패드부를 접합할 때, 돌기 전극 보호용 수지 마스크는 연화 유동한다. 이에 따라 돌기 전극 보호용 수지 마스크는 개구부를 매몰하여 돌기 전극과 밀착한 상태로 되고, 재형성된 돌기 전극 보호용 수지 마스크(수지)는 소위 언더필 레진으로서 기능한다. 이 때문에 실장시에 반도체 장치와 실장 기판과의 열팽창차에 기인해서 발생하는 응력이 돌기 전극에 인가되어도 돌기 전극이 손상되거나 박리되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또 돌기 전극 보호용 수지 마스크는 가열 공정에서 연화한 후 재형성되기 때문에, 가열 공정 전의 상태에서의 돌기 전극 보호용 수지 마스크의 개구부의 크기는 돌기 전극의 크기에 대하여 크게 설정할 수 있고, 돌기 전극의 배설 처리를 용이하게 행할 수 있다.
(실시예)
다음에 본 발명의 실시예에 대해서 도면과 함께 설명한다.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 1 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 나타내고 있다. 도 1은 돌기 전극을 형성하기 전의 반도체 장치를 나타내고 있고, 도 2는 돌기 전극의 형성 방법에서의 마스크 장착 공정을 나타내고 있고, 도 3은 페이스트 배설 공정을 나타내고 있고, 도 4는 돌기 전극 배설 공정을 나타내고 있고, 도 5는 가열 공정을 나타내고 있다. 또한 도 6은 완성한 반도체 장치(30)를 실장한 상태를 나타내고 있다. 이하 돌기 전극의 형성 방법에 대해서 형성 공정 순으로 설명한다.
도 1은 돌기 전극의 형성 방법을 실시하기 전, 초기 상태의 반도체 장치를 나타내고 있다. 이 상태에서의 반도체 장치는 소위 LGA(Land Grid Array) 구조로 되어 있고, 패키지(32)(기판)의 실장 측면에 복수 패드부(40)의 배설만으로 된 구조로 되어 있다.
동 도면에서 패키지(32)는 세라믹 혹은 수지의 재질로 된 다층 구조로 되어 있고, 그 내부에 공동(cavity)부(42)가 형성되어 있다. 이 공동부(42)에는 반도체 칩(34)이 탑재됨과 동시에 내부 배선 패턴(36)의 일부가 노출하도록 구성되어 있다.
이 내부 배선 패턴(36)은 패키지(32) 내에 형성되어 있는 도시되지 않은 내부 배선에 의해 패드부(40)와 전기적으로 접속되어 있다. 또 반도체 칩(34)과 내부 배선 패턴(36)은 와이어(38)로 접속되어 있다. 따라서 반도체 칩(34)은 와이어(38), 내부 배선 패턴(36) 및 내부 배선을 개재해서 패드부(40)와 전기적으로 접속된 구성으로 되어 있다. 또한 상기한 구성은 종래의 초기 상태에서의 반도체 장치와 등가의 것이다.
상기 구성으로 된 반도체 장치에 돌기 전극(52)을 형성하려면, 도 2에 나타낸 바와 같이 먼저 패키지(32)의 패드부(40)가 형성된 면 상에 수지 마스크(44)를 장착한다(마스크 장착 공정).
이 수지 마스크(44)는 열가소성 수지(예를 들어 폴리이미드계 수지)로 되고, 패드부(40)의 형성 위치(즉 후에 돌기 전극(52)이 형성되는 위치)에는 미리 정해진 위치 결정 개구부(46)가 형성되어 있다. 또 수지 마스크(44)를 장착한 상태에서 패키지(32) 상의 패드부(40)의 형성 위치 이외의 부분은 수지 마스크(44)에 덮여진(마스크된) 상태로 된다.
이 수지 마스크(44)는 상온에서 경화된 상태로 되어 있고, 따라서 개구부(46)의 형성 정밀도는 높게 유지되어 있다. 또한 수지 마스크(44)의 두께(t)는 후술하는 땜납 볼(50)(도 4 참조)의 직경 치수(R)에 대해서 약 절반 정도의 두께가 되도록 설정된다(t=R/2).
상기와 같이 패키지(32)에 수지 마스크(44)를 장착하면, 이어서 도 3에 나타낸 바와 같이 수지 마스크(44)에 형성되어 있는 위치 결정 개구부(46) 내에 페이스트(48)(플럭스 등)를 배설한다(페이스트 배설 공정). 이 페이스트(48)는 후술한 바와 같이 뒤에 실시되는 돌기 전극 배설 공정에서 땜납 볼(50)을 패키지(32)에 가고정하기 위해서, 또 가열 공정에서 땜납 볼(50)과 패드부(40)와의 접합성을 향상시키기 위해서 배설된 것이다.
또한 페이스트(48)를 위치 결정 개구부(46) 내에 배설하는 방법으로서는 예를 들어 디스펜서를 사용해서 충전하는 방법, 혹은 스크린 인쇄법 등을 적용할 수 있다. 또 위치 결정 개구부(46) 내에 페이스트(48)를 장전함으로서 패드부(40)의 상부에 페이스트(48)가 배설된 구성으로 된다.
이어서 도 4에 나타낸 바와 같이 패드부(40)의 상부에 땜납 볼(50)이 장착된다(돌기 전극 배설 공정). 이 때 땜납 볼(50)은 수지 마스크(44)에 형성된 위치 결정 개구부(46)에 의해 위치 결정된 상태로 장착된다. 즉 수지 마스크(44)는 종래에서 금속 마스크(14)(도 20 참조)와 같은 기능을 발휘한다.
상기와 같이 땜납 볼(50)이 수지 마스크(44)에 형성된 위치 결정 개구부(46)에 의해 위치 결정됨으로써 땜납 볼(50)을 패드부(40) 상에 정밀도 좋게 위치 결정된 상태로 장착할 수 있다. 또 페이스트(48)는 소정의 점성을 갖고 접착제로서도 기능하기 때문에, 도 4에 나타내는 장착 상태에서 땜납 볼(50)은 페이스트(48)에 의해 패드부(40) 상에 가고정된 상태로 되어 있다.
땜납 볼(50)은 수지 마스크(44)에 의해서도 지지되어 있고, 확실히 패키지(32)에 장착된 상태로 되어 있다.
땜납 볼(50)이 패드부(40) 상에 장착되면, 이어서 수지 마스크(44)를 장착한 상태를 계속 유지하면서 패키지(32)에 대해서 가열 처리한다(가열 공정). 이 가열 공정에서는 수지 마스크(44)를 장착한 패키지(32)를, 예를 들어 리플로(reflow) 노를 통과시켜 가열 처리한다. 이 가열 처리시에 상기와 같이 땜납 볼(50)은 수지 마스크(44)에 의해 지지되어 있기 때문에, 땜납 볼(50)이 패키지(32)로부터 이탈하는 일은 없다.
상기 가열 공정을 실시함으로써 땜납 볼(50)은 용융해서 패드부(40)에 접합하고, 이에 따라 도 5에 나타낸 바와 같이 돌기 전극(52)을 형성한다. 또 열가소성 수지로 된 수지 마스크(44)도 용융하여, 위치 결정 개구부(46)는 용융한 수지에 의해 묻힌 상태가 된다(이하 이 상태의 수지 마스크(44)를 언더필 레진(under fill resin)(54A)라고 함). 상기 일련의 처리를 함으로써 도 5에 나타내는 돌기 전극(52) 및 언더필 레진(54A)을 갖는 반도체 장치(30)가 형성된다.
이 때 본 실시예에서는 수지 마스크(44)의 융점(Tm)을 돌기 전극(52)이 되는 땜납의 융점(Tb)에 대하여 높게 되도록 설정(Tm≥Tb)하고 있다. 이에 따라 땜납이 용융하기 전에 수지 마스크(44)가 용융하는 것을 방지할 수 있고, 돌기 전극(52)과 패드부(40)와의 접속을 확실하게 행할 수 있다. 또 상기와 같이 땜납은 비교적 낮은 온도에서 용융하기 때문에, 땜납 용융에 의한 열로서 수지 마스크(44)(언더필 레진(54A))가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 본 실시예에 의한 돌기 전극(52)의 형성 방법에서는 마스크 장착 공정 후에 수지 마스크(44)가 패키지(32)로부터 떨어져 나가는 일이 없고, 따라서 반도체 장치(30)가 제조되어 출하된 후에도 패키지(32) 상에 장착된 상태를 유지한다.
이 때문에 수지 마스크(44)를 장착한 이후에 돌기 전극(52)의 형성 공정 및 출하 후의 수송시 등에서 땜납 볼(50) 및 돌기 전극(52)이 패키지(32)로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있고, 따라서 반도체 장치(30)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 구성으로 된 반도체 장치(30)를 실장 기판(56)에 실장할 때. 패키지(32)의 실장 기판(56)과 대향하는 위치에는 언더필 레진(54A)(수지 마스크(44))이 존재하기 때문에, 실장시에 반도체 장치(30)와 실장 기판(56)과의 열팽창차에 기인해서 발생하는 응력이 돌기 전극(52)에 인가되어도 돌기 전극(52)이 손상된다든지, 또 돌기 전극(52)과 패드부 사이 및 돌기 전극(52) 과 접지 패턴(58)(실장 기판(56)에 형성되어 있음) 사이에 박리가 발생하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
이어서 본 발명의 제 2 실시예에 대해서 설명한다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제 2 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 설명하는 도면이다.
본 실시예에 의한 형성 방법에서는 먼저 도 17 내지 도 21을 사용해서 설명한 종래의 돌기 전극의 형성 방법과 마찬가지로, 금속 마스크(14)를 사용해서 땜납 볼(20)을 배설하고, 그 후에 금속 마스크(14)를 떼어낸 후에 가열 공정을 실시하고, 그 후에 수지 배설 공정 및 가열 공정을 실시해서 돌기 전극(22)을 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 7은 본 실시예에서 수지 배설 공정을 나타내는 도면으로, 돌기 전극(22)이 형성된 패키지(2)의 상면(패드부(10)가 형성되어 있는 면)에 돌기 전극(22)의 형성 위치를 제외하고 유동성을 갖는 수지(55)(이하 액상 수지(55)라 함)를 배설하고 있는 상태를 나타내고 있다.
본 실시예에서는 노즐(59)을 사용해서 액상 수지(55)를 패키지(2)에 배설하고 있다. 이 때 액상 수지(55)는 열가소성 수지를 사용하고 있고, 또 패키지(2) 상에서 액상 수지(55)의 두께는 땜납 볼(20)의 직경 치수의 약 절반 정도의 두께가 되도록 설정되어 있다.
상기의 수지 배설 공정을 실시함으로써, 패키지(2)의 상면에 돌기 전극(22)의 형성 위치를 제외하고 액상 수지(55)가 배설되면, 이어서 가열 공정이 실시된다. 이 가열 공정에서는 액상 수지(55)가 배설된 패키지(2)를 예를 들어 리플로 노에 통과시킴으로써 액상 수지(55)를 용융해서 돌기 전극(22)과의 사이의 틈새를 제거하고, 이에 따라 액상 수지(55)는 반고화(半固化)해서 언더필 레진(54B)을 형성한다. 또한 도 8은 본 실시예에 의한 형성 방법을 사용해서 제조된 반도체 장치(60)를 나타내는 도면이다.
본 실시예에 의한 형성 방법에 의하면, 종래의 돌기 전극(22)의 형성 공정 및 설비를 변경하는 일이 없이 그대로 이용해서 돌기 전극(22)을 형성할 수 있다. 또 금속 마스크(14)를 떼어낸 후에도 수지 배설 공정의 실시 후에는 돌기 전극(22)이 액상 수지(55) 혹은 언더필 레진(54B)에 의해 패키지(2)에 지지된 상태로 되기 때문에, 반도체 장치(60)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또 제 1 실시예와 마찬가지로 언더필 레진(54B)에 의해 실장시에 반도체 장치(60)와 실장 기판과의 열팽창차에 기인해서 발생하는 응력이 돌기 전극에 인가되어도 돌기 전극(22) 등에 손상이나 박리가 발생하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또한 수지로서 유동성을 가진 액상 수지(55)를 사용함으로써 제 1 실시예와 같이 미리 수지 마스크(44)에 위치 결정 개구부(46)를 정밀도 좋게 형성하여둘 필요가 없다.
이어서 본 발명의 제 3 실시예에 대해서 설명한다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제 3 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 설명하는 도면이다.
본 실시예에 의한 형성 방법도 제 2 실시예와 마찬가지로 종래의 돌기 전극의 형성 방법을 적용해서 금속 마스크(14)를 사용해서 땜납 볼(20)을 배설하고, 그 후에 금속 마스크(14)를 떼어낸 후에 수지를 배설하는 공정 및 가열 공정을 실시해서 돌기 전극(22)을 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 9는 본 실시예에서 수지판 배설 공정을 나타내는 도면으로, 돌기 전극(22)이 형성된 패키지(2) 상면(패드부(10)가 형성되어 있는 면)에 돌기 전극(22)의 형성 위치에 대응하는 위치에 개구부(64)가 형성된 수지판(62)을 배설하고 있는 상태를 나타내고 있고, 또 도 10은 수지판(62)이 패키지(2)에 배설된 상태를 나타내고 있다.
본 실시예에서는 상기와 같이 수지판(62)을 사용하고 있기 때문에, 제 2 실시예와 같이 패키지(2) 상에 노즐(59)을 사용해서 액상 수지(55)를 배설하는 구성에 비해서 단시간으로 효율 좋게 패키지(2) 상에 수지판(62)을 배설할 수 있다. 이 수지판(62)은 열가소성 수지를 사용하고 있고, 또 수지판(62)의 두께는 땜납 볼(20)의 지름 치수의 대략 절반 정도의 두께가 되도록 설정되어 있다.
상기한 수지판 배설 공정을 실시함으로써 패키지(2)의 상면에 수지판(62)이 배설되면, 이어서 가열 공정이 실시된다. 이 가열 공정에서는 수지판(62)이 배설된 패키지(2)를 예를 들어 리플로 노에 통과시킴으로써 수지판(62)을 용융해서 돌기 전극(22)과의 사이의 틈새를 제거하고, 이에 따라 언더필 레진(54B)을 형성한다. 또한 도 11은 본 실시예에 의한 형성 방법을 사용해서 제조된 반도체 장치(70)를 나타내는 도면이다.
본 실시예에 의한 형성 방법에 의하여도 종래의 돌기 전극(22)의 형성 공정 및 설비를 변경하는 일이 없이 그대로 이용해서 돌기 전극(22)을 형성할 수 있기 때문에 저코스트로 돌기 전극(22)을 형성할 수 있다. 또 수지판 배설 공정의 실시 후에는 돌기 전극(22)은 수지판(62) 혹은 언더필 레진(54C)에 의해 패키지(2)에 지지된 상태로 되기 때문에, 반도체 장치(70)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또 제 1 실시예와 마찬가지로 언더필 레진(54C)에 의해 실장시에 반도체 장치(70)와 실장 기판과의 열팽창차에 기인해서 발생하는 응력이 돌기 전극에 인가되어도 돌기 전극(22) 등에 손상이나 박리가 발생하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
이어서 본 발명의 제 4 실시예에 대해서 설명한다.
도 12 내지 도 16은 본 발명의 제 4 실시예인 돌기 전극의 형성 방법을 설명하는 도면이다. 본 실시예에 의한 돌기 전극의 형성 방법의 설명은 BGA(Ball Grid Array) 타입의 반도체 장치를 예로 들어서 설명한다.
따라서 도 12 내지 도 16에서, 먼저 도 23 내지 도 26에 나타낸 구성과 동일 구성에 대해서는 동일 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다. 또 도 1 내지 도 11을 사용해서 설명한 제 1 내지 제 3 실시예의 구성과 동일 구성에 대해서도 동일 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.
도 12는 돌기 전극(22)의 배설 전의 초기 상태의 반도체 장치를 나타내고 있다. 먼저 도 23에 나타낸 종래 구조와의 차이는 돌기 전극(22)이 배설된 배설 위치에 위치 결정 개구부(46)를 갖는 돌기 전극 보호용 수지 마스크(44)(이하 수지 마스크(44)라 함)를 설치하고 있는 점이다. 이 수지 마스크(44)는 열가소성 수지(예를 들어 폴리이미드계 수지)로 되고, 상온에서는 경화 상태이고, 또 후술하는 가열 공정에서는 연화하는 연화점을 갖는 것으로 선정되어 있다. 또 수지 마스크(44)의 두께는 후술하는 땜납 볼(20)의 지름에 대해서 약 절반의 두께로 되어 있다.
상기 구성으로 된 수지 마스크(44)는 돌기 전극 배설 공정 전에 수지 마스크 배설 공정을 실시함으로써 형성된다. 이와 같이 돌기 전극 배설 공정 전에 수지 마스크(44)를 형성하고, 기판(26A)의 패드부(10)의 형성 위치 이외를 수지 마스크(44)로 피복함으로써 패드부(10)는 위치 결정 개구부(46)의 저부에 위치하게 된다. 이 때문에 패드부(10)는 수지 마스크(44)에 의해 보호되게 되고, 패드부(10)가 노출한 구성에 비해서 패드부(10)에 흠 등이 나는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 먼저 초기 상태의 반도체 장치에 대해서 돌기 전극 배설 공정이 실시된다. 도 13은 돌기 전극 배설 공정을 설명하는 도면이다. 돌기 전극 배설 공정에서는 수지 마스크(44)에 형성되어 있는 위치 결정 개구부(46)를 개재하고, 패드부(10) 상에 땜납 볼(20)이 배설된다.
땜납 볼(20)은 도 13에 나타낸 바와 같이 마운터(66)에 흡착 지지된 상태로 반도체 장치 상으로 반송된다. 또 후에 상술하는 바와 같이 반도체 장치 상으로 반송된 상태에서 각 땜납 볼(20)의 하단 부분에는 베이스(65)가 배설되어 있다.
그리고 땜납 볼(20)과 패드부(10)의 위치 결정 처리가 행하여진 위에 마운터(66)는 반도체 장치를 향해 하동(下動)하고, 이에 따라 땜납 볼(20)은 위치 결정 개구부(46)를 개재하여 패드부(10) 상에 배설된다. 이 때 수지 마스크(44)에 형성된 위치 결정 개구부(46)는 땜납 볼(20)의 위치 결정으로서 사용할 수 있기 때문에, 땜납 볼(20)을 높은 위치 정밀도를 갖고서 패드부(10)에 접합시킬 수 있다.
여기서 도 16을 사용해서 땜납 볼(20)을 반도체 장치 상에 반송하기까지의 처리(이하, 땜납 볼 반송 공정이라 함)를 상세하게 설명한다.
땜납 볼 반송 공정에서는 먼저 도 16a에 나타낸 바와 같이 치구(67)에 땜납 볼(20)을 정렬 배치한다. 치구(67)에는 패드부(10)의 형성 위치에 대응한 오목부(68)가 형성되어 있고, 구상의 땜납 볼(20)은 이 오목부(68)와 계합함으로써 패드부(10)의 형성 위치에 대응한 정렬 상태가 된다.
이어서 도 16b에 나타낸 바와 같이 상기의 정렬 상태를 유지하면서, 땜납 볼(20)을 마운터(66)로 흡인한다. 이 마운터(66)는 도시하지 않은 이동 기구에 의해 이동 가능한 구성으로 되어 있다. 또 마운터(66)에는 내부 흡인 배관(72)이 형성되어 있고, 이 내부 흡인 배관(72)이 분기한 각 분기 배관의 하단부에는 흡인 개구부(69)가 형성되어 있다.
이 흡인 개구부(69)의 개구 위치는 패드부(10)의 형성 위치에 대응하도록 구성되어 있다. 또 내부 흡인 배관(72)의 타단부는 도시하지 않은 진공 펌프에 접속되어 있다. 따라서 마운터(66)로 흡인 처리함으로써 땜납 볼(20)은 상기의 정렬 상태를 유지하면서 마운터(66)에 지지(전사)된다.
상기와 같이 땜납 볼(20)을 지지한 마운터(66)는 페이스트(65)가 충전된 페이스트 조(槽)(71) 상으로 이동함과 동시에 계속 하동하고, 도 16c에 나타낸 바와 같이 땜납 볼(20)의 소정 영역을 페이스트(65) 내에 침지시킨다. 이어서 마운터(66)는 상동(上動)하고, 이에 따라 도 16d에 나타낸 바와 같이 땜납 볼(20)의 하단 소정 영역에 페이스트(65)가 배설된다. 그 후 마운터(66)는 반도체 장치의 상부까지 이동하고, 이에 따라 도 13에 나타내는 상태가 된다.
또한 본 실시예에서는 마운터(66)에 의한 땜납 볼(20)의 반송 과정에서 땜납 볼(20)에 페이스트(65)를 배설하는 구성으로 하였지만, 상기한 제1 실시예와 마찬가지로, 스크린 인쇄법 등을 사용해서 수지 마스크(44)의 위치 결정 개구부(46) 내에 페이스트를 인쇄하고, 그 후에 땜납 볼(20)을 패드부(10) 상에 탑재하는 방법을 적용하는 것도 가능하다.
도 14는 이 초기 상태의 반도체 장치에 땜납 볼(20)을 배설한 상태를 확대해서 나타내고 있다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, 땜납 볼(20)은 수지 마스크(44)의 위치 결정 개구부(46)를 개재하여 페이스트(65)에 의해 가고정된 상태로 되어 있다.
따라서 가열 공정 실시 전에는 땜납 볼(20)이 패드부(10)로부터 탈락하는 것을 방지할 수 있다. 또 후술하는 가열 공정시에서는 땜납 볼(20)과 패드부(10)의 접촉부에 페이스트(플럭스)가 존재함으로써, 패드부(10)와 땜납 볼(20)의 접합을 원활하게 또한 확실하게 행할 수 있게 된다.
상기한 돌기 전극 배설 공정이 종료하면, 이어서 가열 공정이 실시된다. 이 가열 공정에서는 땜납 볼(20)이 패드부(10) 상에 탑재된 반도체 장치를 리플로 노 등으로 가열 처리한다. 이 가열 공정을 실시함으로써 땜납 볼(20)은 용융하여 패드부(10)를 접합하고, 돌기 전극(22)을 형성한다.
상기한 바와 같이 수지 마스크(44)는 가열 공정에서 연화하는 연화점을 갖는 수지로 되어 있기 때문에, 가열 공정에서 땜납 볼(20)과 패드부(10)가 접합할 때, 수지 마스크(44)는 연화 유동한다. 이에 따라 도 15에 나타낸 바와 같이 수지 마스크(44)는 위치 결정 개구부(46)를 매몰하여 돌기 전극(22)과 밀착한 상태로 된다.
이와 같이 용융하고 그 후에 재형성된 수지 마스크(44)는 소위 언더필 레진으로서 기능한다(이하 재형성된 수지 마스크(44)를 언더필 레진(54D)라 함). 이 때문에 실장시에 반도체 장치와 실장 기판과의 열팽창차에 기인해서 발생하는 응력이 돌기 전극에 인가되어도 이 응력은 언더필 레진(54D)에 의해 저지 혹은 흡수되고, 돌기 전극(22)이 손상되거나 박리하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또 수지 마스크(44)는 상기와 같이 가열 공정에서 연화한 후에 재형성되기 때문에, 가열 공정 전의 상태에서의 위치 결정 개구부(46)의 크기는 땜납 볼(20)의 크기에 대하여 크게 설정할 수 있다(위치 결정을 행할 수 있는 범위에서 크게 할 수 있다). 따라서 상기한 돌기 전극 배설 공정에서 땜납 볼(20)을 패드부(10)에 배설하는 처리를 용이하게 행할 수 있다.
또한 상기한 제 2 및 제 3 실시예에서는 도 22에 나타내는 돌기 전극(22)을 형성한 후에, 수지 배설 공정 혹은 수지판 배설 공정을 실시하는 구성으로 하였지만, 도 21에 나타내는 금속 마스크(14)를 제거한 후에, 수지 배설 공정 혹은 수지판 배설 공정을 실시하는 구성으로 하여도 좋다.
이 형성 방법에서는 가열 공정에서도 땜납 볼(20)을 패키지(2)에 지지할 수 있기 때문에, 형성되는 반도체 장치의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또가열 공정에서 땜납 볼(20)의 용융 처리와 언더필 레진(54B, 54C)의 형성을 일괄적으로 할 수 있기 때문에, 공정의 간략화를 꾀할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 다음과 같은 다양한 효과를 실현할 수 있다.
청구항 1 기재의 발명에 의하면, 돌기 전극을 페이스트 상에 배설한 후에도 수지 마스크는 기판 상에 장착된 상태를 유지하기 때문에, 이 수지 마스크에 의해 돌기 전극을 지지할 수 있다. 따라서 수지 마스크를 장착한 이후에 있어서 돌기 전극의 형성 공정 및 출하 후의 수송시 등에서 돌기 전극이 기판으로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있고, 따라서 반도체 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또 실장시에 수지 마스크는 언더필 레진으로서 기능하기 때문에, 실장시에 반도체 장치와 실장 기판과의 열팽창차에 기인해서 발생하는 응력이 돌기 전극에 인가되어도 돌기 전극이 손상되거나 박리되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또 청구항 2, 청구항 4 및 청구항 10 기재의 발명에 의하면, 열가소성 수지는 가열 공정에서 가열 성형한 후에도 다시 가열 처리함으로써 용융하기 때문에, 실장시에 인가되는 열에 의해서 수지 마스크, 수지판 및 유동성을 가진 수지는 용융하여 반도체 장치와 실장 기판과의 사이에 틈새 없이 충전되어, 언더필 레진으로서의 기능을 확실하게 발휘할 수 있다.
또 청구항 3, 청구항 7 및 청구항 11 기재의 발명에 의하면, 돌기 전극을 땜납으로 하므로, 땜납은 비교적 낮은 온도에서 용융하기 때문에, 땜납 용융에 의한 열로 수지 마스크가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또 청구항 4, 청구항 8 및 청구항 12 기재의 발명에 의하면, 돌기 전극이 용융하기 전에 수지 마스크가 용융하는 것을 방지할 수 있고, 돌기 전극과 패드부의 접속을 확실하게 행할 수 있다.
또 청구항 5 기재의 발명에 의하면, 돌기 전극은 수지판에 지지된 상태로 되기 때문에, 반도체 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또 실장시에서 수지판은 소위 언더필 레진으로서 기능하기 때문에, 돌기 전극이 손상되거나 박리되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또 청구항 9 기재의 발명에 의하면, 종래의 형성 공정 및 설비를 변경하는 일이 없이 돌기 전극을 형성할 수 있다. 또 돌기 전극은 수지판에 지지된 상태로 되기 때문에, 반도체 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또 실장시에 수지는 소위 언더필 레진으로서 기능하기 때문에, 실장시에 반도체 장치와 실장 기판과의 열팽창차에 기인해서 발생하는 응력이 돌기 전극에 인가되어도 돌기 전극이 손상되거나 박리되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또 청구항 13 기재의 발명에 의하면, 돌기 전극 배설 공정에서 돌기 전극 보호용 수지 마스크를 돌기 전극의 위치 결정으로서 사용할 수 있기 때문에, 돌기 전극의 배설 위치의 정밀도 향상을 도모할 수 있다.
또 가열 공정 후 돌기 전극은 그 접합부가 돌기 전극 보호용 수지 마스크에 의해 보호되기 때문에, 그 후의 사용 환경에서 돌기 전극에 어떠한 응력(기계적 또는 열 응력)이 인가되어도 종래 구조에 비해서 보강할 수 있다.
또 청구항 14 기재의 발명에 의하면, 돌기 전극 배설 공정 전에는 돌기 전극 보호용 수지 마스크로 패드부의 보호를 도모할 수 있다.
또 청구항 15 및 청구항 16 기재의 발명에 의하면, 가열 공정 실시 전에는 돌기 전극은 페이스트로 패드부에 가고정되고, 또 가열 공정시에는 돌기 전극과 패드부와의 접촉부에 페이스트(플럭스)가 존재함으로써 패드부와 돌기 전극과의 접합을 원활하면서 확실하게 행할 수 있다.
또 청구항 17 기재의 발명에 의하면, 가열 공정에서 돌기 전극 보호용 수지 마스크는 개구부를 매몰하여 돌기 전극과 밀착시킨 상태로 되기 때문에, 재형성된 돌기 전극 보호용 수지 마스크(수지)는 소위 언더필 레진으로서 기능한다. 따라서 실장시에 반도체 장치와 실장 기판과의 열팽창차에 기인해서 발생하는 응력이 돌기 전극에 인가되어도 돌기 전극이 손상되거나 박리되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또 돌기 전극 보호용 수지 마스크는 가열 공정에서 연화한 후 재형성되기 때문에, 가열 공정 전의 상태에서의 돌기 전극 보호용 수지 마스크의 개구부의 크기는 돌기 전극의 크기에 대하여 크게 설정할 수 있고, 돌기 전극의 배설 처리를 용이하게 행할 수 있다.

Claims (14)

  1. 돌기 전극이 형성되는 패드부를 가진 기판에 상기 돌기 전극의 형성 위치에 위치 결정 개구부가 형성된 수지 마스크를 장착하는 마스크 장착 공정;
    상기 수지 마스크를 통하여 상기 패드부에 페이스트를 형성하는 페이스트 형성 공정과,
    상기 수지 마스크를 위치 결정의 기준으로 해서 돌기 전극을 상기 페이스트 상에 형성하는 돌기 전극 형성 공정; 및
    상기 수지 마스크를 장착한 상태를 유지하면서 가열 처리함으로써 상기 돌기 전극을 상기 패드부에 접합하는 가열 공정을 구비하며,
    상기 수지 마스크는 열가소성수지로 형성된 것을 특징으로 하는 돌기 전극의 형성방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 돌기 전극은 땜납인 것을 특징으로 하는 돌기 전극의 형성 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수지 마스크의 융점(Tm)은 상기 땜납의 융점(Tb)에 대하여 높은(Tm≥Tb) 것을 특징으로 하는 돌기 전극의 형성 방법.
  4. 돌기 전극이 형성되는 패드부를 가진 기판에 상기 돌기 전극의 형성 위치에 위치 결정 개구부가 형성된 금속 마스크를 장착하는 마스크 장착 공정;
    상기 금속 마스크를 개동하여, 상기 패드부에 페이스트를 형성하는 페이스트 형성 공정과,
    상기 금속 마스크를 위치 결정의 기준으로 해서 돌기 전극을 상기 페이스트 상에 형성하는 돌기 전극 형성 공정과,
    상기 금속 마스크를 떼어낸 후, 가열 처리함으로써 상기 돌기 전극을 상기 패드부에 접합하는 가열 공정; 및
    상기 가열 공정 종료 후에 실시되며, 상기 돌기 전극의 형성 위치에 개구부를 가진 수지판을 상기 기판 상에 설치하는 수지판 설치 공정을 구비하며,
    상기 수지판은 열가소성수지로 형성된 것을 특징으로 하는 돌기전극의 형성방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 돌기 전극은 땜납인 것을 특징으로 하는 돌기 전극의 형성 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 수지판의 융점(Tm)은 상기 땜납의 융점(Tb)에 대하여 높은(Tm≥Tb) 것을 특징으로 하는 돌기 전극의 형성 방법.
  7. 돌기 전극이 형성되는 패드부를 갖는 기판에 상기 돌기 전극의 형성 위치에 위치 결정 개구부가 형성된 금속 마스크를 장착하는 마스크 장착 공정;
    상기 금속 마스크를 통하여, 상기 패드부에 페이스트를 형성하는 페이스트 형성 공정과,
    상기 금속 마스크를 위치 결정의 기준으로 하여 돌기 전극을 상기 페이스트 상에 형성하는 돌기 전극 형성 공정;
    상기 금속 마스크를 떼어낸 후, 가열 처리함으로써 상기 돌기 전극을 상기 패드부에 접합하는 가열 공정; 및
    상기 가열 공정 종료 후에 실시되며, 상기 돌기 전극의 형성 위치를 제외하고서 유동성을 가진 수지를 상기 기판 상에 형성하는 수지 형성 공정을 구비하며,
    상기 수지는 열가소성수지로 형성된 것을 특징으로 하는 돌기전극의 형성방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 돌기 전극은 땜납인 것을 특징으로 하는 돌기 전극의 형성 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 수지의 융점(Tm)은 상기 땜납의 융점(Tb)에 대하여 높은(Tm≥Tb) 것을 특징으로 하는 돌기 전극의 형성 방법.
  10. 돌기 전극의 형성위치에 개구부를 갖는 돌기 전극 보호용 수지 마스크가 적어도 돌기 전극 형성 영역에 형성되어 있는 기판에 상기 개구부를 개재해서 상기 돌기 전극 형성 위치에 돌기 전극을 형성하는 돌기 전극 형성 공정; 및
    가열 처리에 의해 상기 돌기전극을 형성 위치에 형성된 패드부에 접합하는 가열공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 돌기 전극의 형성방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 돌기 전극 보호용 수지마스크는 상기 돌기 전극 형성 공정 전에 마스크 장착 공정을 실시함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 돌기 전극의 형성 방법.
  12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    형성되는 상기 돌기 전극에는 페이스트가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 돌기 전극의 형성 방법.
  13. 제 10항 또는 제 11항에 있어서,
    상기 돌기 전극 형성 공정 전에 상기 돌기 전극 형성 위치에 페이스트를 도포하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 돌기 전극의 형성 방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 돌기 전극 보호용 수지 마스크는 상기 가열 공정에서 연화하는 연화점을 갖는 수지로 된 것을 특징으로 하는 돌기 전극의 형성 방법.
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