KR101797992B1 - 기판의 워피지 제거 장치 - Google Patents

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Abstract

기판의 워피지 제거 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 워피지 제거 장치는, 기판의 워피지(Warpage)를 제거하기 위한 기판의 워피지 제거 장치에 있어서, 기판을 지지하는 기판 지지부; 및 상기 기판 지지부에 의해 지지되는 기판의 사이드(side)를 가압하기 위한 누름 가이드를 구비한 사이드 플레이트를 포함한다.

Description

기판의 워피지 제거 장치{Apparatus for removing warpage of substrate}
본 발명은 기판의 워피지 제거 장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 기판의 워피지(warpage)를 제거하기 위해 기판의 사이드(side) 부분을 가압하여 기판의 평탄도를 확보하는 기판의 워피지 제거 장치에 대한 것이다.
반도체 솔더볼 어태치(Solder Ball Attach) 공정에서 기판의 미세 볼(Ball)들을 미세 피치(Pitch)로 탑재하기 위해, 일반적으로 마스크(Mask)를 이용한다. 마스크를 이용한 솔더볼 어태치 공정은 기판의 패드에 플럭스(Flux)를 도포하는 과정과, 플럭스가 도포된 기판의 패드에 볼을 탑재하는 과정으로 진행된다.
그런데, 마스크를 이용하여 솔더볼을 기판에 탑재하기 위해서는 마스크와 기판을 밀착하여야 하는데, 밀착 후 마스크의 표면 평탄도 유지가 중요하다. 그러나, 마스크 재질의 특성상 표면 경도가 약하여 기판과 밀착 시 기판의 워피지(Warpage) 특성이 마스크의 표면 평탄도에 영향을 주어 솔더볼 장착 불량이 발생할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 마스크를 통해 기판에 솔더볼을 장착하는 장치를 도시한 도면이다.
도 1a에서 마스크(14)의 홀(Hole)을 통해 솔더볼(5)을 공급하면, 지그(11)에 의해 지지되는 기판(12)의 패드(130)에 솔더볼(5)이 장착되며, 도 1b에서 마스크(24)의 상부에 위치한 코일용수철(25) 내의 솔더볼(5)이 마스크(24)의 홀을 통해 기판(22)으로 공급되어 플럭스(23)가 도포된 기판(22)의 패드에 장착된다. 이러한 여러 방식을 통해 기판 상에 솔더볼을 장착하게 된다.
도 2a는 종래의 기판에 솔더볼을 탑재하는 마스크의 하부면의 구조를 도시한 도면이며, 도 2b는 도 2a의 구조에 의해 발생하는 플럭스 오염을 설명하기 위한 도면이고, 도 2c는 도 2a의 구조에 의해 발생하는 솔더볼 불량을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 솔더볼(5)을 장착하기 위한 마스크(35)는 기판(31)의 패드면(32)에 도포된 플럭스(33)가 하부면을 오염시키지 않도록 마스크(35)의 하부에 리브(36)라는 구조물이 형성된다. 이러한 리브(36)는, 플럭스(33)가 접착성이 있어서 마스크(35)의 하부 면이 플럭스(33)로 오염될 경우, 마스크(35)와 밀착되었던 기판(31)이 분리된 후, 마스크(35)의 하부 면에 기판(31)에 장착되었던 볼(5)이 달라 붙을 수 있어 플럭스(33)에 의한 마스크(35) 하부 면의 오염을 피하기 위해 필요하다. 그리하여, 플럭스(33) 오염을 피하기 위해 적정 길이의 리브(36)를 마스크(35)에 설치하여야 한다.
또한, 마스크(35)의 두께는 장착하고자 하는 볼(5)의 사이즈(Size)에 의해 결정되는데, 마스크(35)의 두께가 너무 크게 되면 마스크(35)의 홀(hole) 하나에 두 개 이상의 볼(5)이 들어갈 수 있어, 기판(31)의 하나의 패드(32)에 두 개의 솔더볼(5)이 장착되는 불량이 발생할 수 있다. 그러므로, 리브(36)의 길이와 마스크(35)의 두께는 탑재하고자 하는 볼(5)의 사이즈(Size)에 따라 적절히 설계되어야 한다.
도 3a는 마스크와 기판의 이상적인 밀착 상태를 도시한 상면도이며, 도 3b는 마스크와 기판의 이상적인 밀착 상태를 도시한 단면도이다.
전술한 리브(36)의 길이와 마스크(35)의 두께가 탑재하고자 하는 볼(5)의 사이즈(Size)에 따라 적절히 설계되어야 하는 점 외에, 마스크(35)가 볼(5)을 기판(31)에 장착하기 위해 기판(31)과 접촉한 후, 마스크(35) 면의 평탄도가 중요한 설계 고려 요소가 된다. 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 마스크(35)와 기판(31)의 밀착 후에 마스크(35)와 기판(31) 둘 다 우그러짐 없이 평탄한 것이 가장 이상적이다.
그러나, 마스크(35)는 일반적으로 재질의 특성과 얇은 두께로 인해 외부 압력이 가해질 경우 쉽게 평탄도를 잃게 된다. 그리고, 솔더볼 어태치(Solder Ball Attach) 공정에서 사용되는 기판(31)은 전 공정에서 이루어지는 여러 작업들의 영향으로 워피지(Warpage, 기판의 휨)를 가지게 된다. 따라서, 마스크(35)와 기판(31)의 밀착 시에 상기 도 3a 및 도 3b와 같은 평탄도 유지는 매우 어려운 일이다.
도 4는 기판의 워피지에 의한 기판의 품질 불량 상태를 도시한 도면이다.
일반적으로, 기판의 워피지(Warpage) 특성은 마스크(35)에 영향을 주게 되고, 심할 경우 아래 도 4에 도시한 것과 같이 볼(5)의 장착 품질에도 영향을 줄 수 있으므로, 마스크(35)와 기판(31)의 밀착 전에 진공 지그(Vacuum Jig)와 같은 장치로 기판을 흡착하여 기판의 평탄도를 향상시킨다.
도 5는 기판의 사이드 부분의 들뜸에 따른 솔더볼 불량을 설명하기 위한 도시한 도면이다.
일부 종류의 기판들은 솔더볼 어태치 공정에 이르기 전 몰딩(molding) 공정으로 인해 기판(31)의 워피지(Warpage) 정도가 더욱 심하게 발생할 수 있다. 더욱이, LSI(Large Scale Integration) 제품을 위한 기판처럼 재질이 두꺼운 경우, 형성된 워피지를 유지하고자 하는 힘도 매우 강하다. 특히, 기판(31)의 사이드(Side) 부분에 형성된 워피지는 위치의 특성 상 진공 지그(Vacuum JIG)로 기판을 흡착한 후에도 강한 워피지로 인해 들뜸 현상이 발생하게 된다.
이러한, 기판(31)의 사이드(Side) 부분의 들뜸 현상은 마스크(35)의 접촉 후 기판(31)의 볼(5)이 장착되는 기판(31)의 패턴부에 기대치 이상의 공간을 만들어 도 5에 도시된 더블 볼(Double Ball)과 같은 볼(5)의 장착 불량을 발생시킬 수 있다.
그리하여, 안정적인 볼(5)의 장착을 위해서는 기판(31)과 마스크(35)의 접합 후 평탄도를 최대한 확보하는 것이 중요하다. 이를 위해, 기판(31) 사이드 부분을 가압하여 기판(31)과 마스크(35)의 접합 후 평탄도를 확보할 수 있다. 또한, 최근 들어 기판(31)의 칩 집적화로 인해 기판(31) 사이드 부분의 비패턴부(패턴이 형성되지 않은 부분)가 좁아지는 추세에 있으므로, 기판(31) 사이드 부분을 가압하는 기구물의 넓이를 최소화하고, 마스크(35)의 두께를 최소화하는 것이 중요하다.
한국등록특허 10-0720371호
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 강한 워피지(Warpage)가 형성된 기판의 사이드(side) 부분의 비패턴 영역을 물리적으로 가압하여 기판의 평탄도를 확보함으로써 기판의 워피지를 제거하는 기판의 워피지 제거 장치를 제공하는 것이다.
또한, 기판의 칩 집적화로 인해 기판 사이드 부분의 비패턴부가 좁아지는 추세를 반영하여 물리적으로 기판의 사이드 부분을 가압하는 구성요소가 차지하는 영역을 최소화한 기판의 워피지 제거 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 워피지 제거 장치는, 기판의 워피지(Warpage)를 제거하기 위한 기판의 워피지 제거 장치에 있어서, 기판을 지지하는 기판 지지부; 및 상기 기판 지지부에 의해 지지되는 기판의 사이드(side)를 가압하기 위한 누름 가이드를 구비한 사이드 플레이트를 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 기판의 사이드(side) 부분의 비패턴 영역을 물리적으로 가압하여 기판의 평탄도를 확보함으로써 기판의 워피지를 제거할 수 있다.
또한, 기판의 사이드 부분을 가압하는 구성요소가 차지하는 영역을 최소화하여 공간의 최적화가 가능하다.
그리고, 기판 사이드 부분에 형성되는 워피지를 제거함으로써, 솔더볼 장착 불량을 방지할 수 있고, 이를 통해 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 마스크를 통해 기판에 솔더볼을 장착하는 장치를 도시한 도면이다.
도 2a는 종래의 기판에 솔더볼을 탑재하는 마스크의 하부면의 구조를 도시한 도면이다.
도 2b는 도 2a의 구조에 의해 발생하는 플럭스 오염을 설명하기 위한 도면이다.
도 2c는 도 2a의 구조에 의해 발생하는 솔더볼 불량을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 마스크와 기판의 이상적인 밀착 상태를 도시한 상면도이며, 도 3b는 마스크와 기판의 이상적인 밀착 상태를 도시한 단면도이다.
도 4는 기판의 워피지에 의한 기판의 품질 불량 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 기판의 사이드 부분의 들뜸에 따른 솔더볼 불량을 설명하기 위한 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시에에 따른 기판의 워피지 제거 장치를 도시한 단면도이다.
도 7a는 기판 지지부의 상승으로 인한 기판의 워피지 발생을 도시한 도면이며, 도 7b는 도 7a에서 발생한 기판의 워피지를 제거하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 워피지 제거 장치에 포함되는 마스크의 하면의 단차 구조를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시에에 따른 기판의 워피지 제거 장치를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시에에 따른 기판의 워피지 제거 장치를 도시한 단면도이다.
본 발명의 일 실시에에 따른 기판의 워피지 제거 장치(100)는, 기판 지지부(110) 및 사이드 플레이트(120)를 포함한다. 또한, 상기 기판의 워피지 제거 장치(100)는 마스크(130)를 더 포함할 수 있다.
기판 지지부(110)는 기판(105)을 지지하며, 기판 지지부(110)의 상면에 기판(105)이 안착됨으로써, 기판(50) 하부에서 기판(105)을 지지하게 된다. 특히, 기판 지지부(110)는 기판(105)을 흡착하여 지지할 수 있다. 기판(105)을 흡착함으로써, 기판(105)의 사이드(side) 부분에 발생할 수 있는 기판(105)의 워피지(warpage)를 미연에 방지할 수 있다.
사이드 플레이트(120)는 기판 지지부(110)에 의해 지지되는 기판(105)의 사이드(side)를 가압하기 위한 구조물을 가지며, 이를 위해 기판(105)의 사이드(side)를 가압하기 위한 누름 가이드(122)를 구비한다. 사이드 플레이트(120)는 기판 지지부(110)의 양 측단에 위치하여 솔더볼(101)을 공급하는 마스크에 연결되는 구조물이다. 이러한 사이드 플레이트(120)의 일단에 누름 가이드(122)가 위치하여 기판 지지부(110)에 의해 지지되는 기판(105)의 사이드 부분을 가압하는 역할을 수행한다.
여기에서, 사이드 플레이트(120)는 기판 지지부(110)의 양측에 대칭으로 한 쌍이 배치되는 것이 바람직하다. 그리고, 누름 가이드(122)는 기판 지지부(110)가 상승함에 따라 기판(105)의 사이드 부분을 가압하기 위해 적정 길이로 돌출되는 것이 바람직하다. 즉, 누름 가이드(122)는 상기 사이드 플레이트(110)로부터 돌출된 돌출부를 가지는 것이 바람직하다. 다만, 기판(105)의 두께와 워피지(Warpage) 특성에 따라 누름 가이드(122)의 형태를 달리 하여 적용할 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
또한, 누름 가이드(122)를 사이드 플레이트(120)에 탈부착 할 수 있도록 제작하는 것이 공정 설계 상 유리할 것이다. 전술한 배경기술에서 살펴본 바와 같이, 기판(105)의 사이드에 위치하는 비패턴부는 점점 좁아지는 추세에 있으므로 누름 가이드(122)의 폭(W) 이 작은 것이 바람직하다.
그리고, 누름 가이드(122)의 설치로 사이드 플레이트(120)의 상면과 기판(105) 상면과의 높이 단차가 발생하므로, 마스크(130)의 하부에 이러한 높이 단차를 반영해야 한다. 그러나, 마스크(130)의 두께는 솔더볼(101)의 사이즈(Size) 등의 요소에 의해 제한을 받으므로 누름 Guide 의 두께(t) 역시 최소화하는 것이 바람직하다.
이러한 점을 반영하여 누름 가이드(122)의 최소 폭(W)과 최소 두께(t)는 적용하고자 하는 솔더볼(101)의 사이즈(Size)나 기판(105)의 두께에 따라 적정한 값으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 누름 가이드(122)의 돌출부는, 0.5~1.5mm의 폭 및 0.05~0.15mm의 두께로 형성될 수 있다. 이러한 경우, 누름 가이드(122)를 폭(W) 1mm, 두께(t) 0.1mm 로 제작하여 기판(105)을 생산하면, 누름 가이드(122)의 변형이 발생하지 않으면서도 기판(105)의 사이드 부분을 가압하는 역할을 할 수 있다. 누름 가이드(122)의 두께(t)가 0.1mm인 경우, 0.1mm 이상의 볼(101) 사이즈를 장착하는 기판(105)에 적용이 가능함은 물론이다.
도 7a는 기판 지지부의 상승으로 인한 기판의 워피지 발생을 도시한 도면이며, 도 7b는 도 7a에서 발생한 기판의 워피지를 제거하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 워피지 제거 장치에 포함되는 마스크의 하면의 단차 구조를 도시한 도면이다.
전술한 바와 같이, 기판의 워피지 제거 장치(100)는 마스크(130)를 더 포함할 수 있다. 마스크(130)는 기판(105)의 상면에 솔더볼(101)을 장착시키기 위해 솔더볼(105)을 공급하는 역할을 한다. 여기에서, 마스크(130)는 하면에 소정 간격으로 상기 하면으로부터 연장되어 형성되는 복수의 리브(132)를 구비할 수 있다. 또한, 마스크(130)는 하면의 양단이 누름 가이드(122)의 두께에 맞추어 단차를 가지도록 설계되는 것이 바람직하다. 이는 누름 가이드(122)에 의해 종래의 마스크의 리브가 기판에 접촉하지 않아 볼 장착 품질에 문제가 생기는 것을 방지하기 위함이다. 이에 대한 구체적 내용은 후술하여 살펴 보도록 한다. 그리고, 마스크(130)는 리브와 양단 사이의 두께가 리브와 리브 사이의 두께보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
누름 가이드(122)의 사이드 플레이트(120)의 상면과 기판(105) 상면 간에 높이 단차가 발생한다. 그리하여, 도 7a에 도시한 바와 같이, 종래의 마스크를 적용하게 되면 마스크의 리브가 기판에 접촉하지 않아 볼 장착 품질에 문제가 생길 수 있다. 따라서, 종래의 마스크를 누름 가이드(122)를 포함하는 사이드 플레이트(120)와 동시에 적용하기 위해서는 사이드 플레이트(120)와 기판(105)의 상면 높이가 동일해질 때까지 기판 지지부(110)를 더 상승시킬 필요가 있다.
그러나, 이러한 경우에는 기판(105)의 사이드 부분에 가해지는 과한 압력으로 기판(105)이 손상될 가능성이 있으며, 기판(105)의 중심 부분이 사이드 부분에 가해지는 압력으로 인해 기판 지지부(110)의 흡착력을 이겨내고 들리는 부작용이 발생할 수 있다. 그러므로, 마스크(130)에 있어서, 사이드 플레이트(120)에 접촉하는 마스크(130)의 부분과 기판(105)에 접촉하는 마스크(130) 부분의 높이를 달리 함으로서 누름 가이드(122) 설치에 의한 높이 단차 문제를 해결할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 리브(132)가 있는 부분의 마스크(130)의 두께는 t1, 리브가 없는 부분의 마스크(130)의 두께는 t3이나, 마스크(130)의 양 끝단 부분은 누름 가이드(122)에 의한 두께를 반영하여야 하므로, 누름 가이드(122)가 접촉하는 부분의 마스크(130)의 두께는 t5가 되도록 설계된다. 즉, 리브(132)와 양 끝단 사이의 두께인 t5가 리브(132)와 리브(132) 사이의 두께인 t3보다 작게 형성된다. 그리하여, 누름 가이드(122)에 의해 사이드 플레이트(120)와 기판(105)의 높이 단차가 t4가 됨을 알 수 있다.
이러한 마스크(130)의 단차 설계의 일례로, 도 7b에서, 증착 방식을 이용하여 t1 0.15mm, t2 0.06mm, t3 0.09mm, t4 0.1mm, t5 0.05mm 가 되도록 마스크(130)를 제작할 수 있다. 이를 통해, 기판(105)의 사이드에 형성되는 워피지에 의한 볼 장착 불량을 방지하게 된다. 특히, LSI 종류의 기판처럼 두께가 두꺼워 형성된 워피지를 유지하려는 힘이 강한 경우 종래의 진공 지그(Vacuum Jig)로는 해결할 수 없는 워피지를 제거할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시에에 따른 기판의 워피지 제거 장치를 도시한 도면이다.
도 6a 내지 도 7b에서 설명한 볼 장착 공정뿐만 아니라, 상기 기판의 워피지 제거 장치(100)는 플럭스 프린팅(Flux Printing)이나 솔더 페이스트(Solder Paste)와 같이 기판과 마스크의 접합이 필요한 어떠한 공정에도 활용할 수 있다.
도 8을 참조하면, 플럭스 프린팅 공정에서, 마스크(230)는 플럭스를 기판에 도포하는 역할을 수행한다. 이때, 기판(105)의 사이드 부분의 워피지를 제거하기 위해, 기판 지지부(110)의 상하 이동에 따라 기판(105)의 사이드 부분을 가압할 수 있는 누름 가이드(222)를 구비한 사이드 플레이트(220)가 기판 지지부(110)의 측단에 위치한다. 그리하여, 기판 지지부(110)의 상하 이동에 따라 누름 가이드(222)가 기판(105)의 사이드 부분의 워피지를 제거하게 된다. 이러한 기판의 워피지 제거 장치는 이와 유사한 다른 공정에도 적용될 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 기판의 워피지 제거 장치
110: 기판 지지부
120: 사이드 플레이트
130: 마스크

Claims (6)

  1. 기판의 워피지(Warpage)를 제거하기 위한 기판의 워피지 제거 장치에 있어서,
    기판을 지지하는 기판 지지부; 및
    상기 기판 지지부에 의해 지지되는 기판의 사이드(side)를 가압하기 위한 누름 가이드를 구비한 사이드 플레이트를 포함하고,
    상기 기판의 상면에 솔더볼을 장착시키는 마스크를 더 포함하며,
    상기 마스크는, 하면에 소정 간격으로 상기 하면으로부터 연장되어 형성되는 복수의 리브를 구비하고,
    상기 마스크는, 상기 하면의 양단이 상기 누름 가이드의 두께에 맞추어 단차를 가지며,
    상기 마스크는, 리브와 양단 사이의 두께가 리브와 리브 사이의 두께보다 작게 형성되는, 기판의 워피지 제거 장치.
  2. [청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.]
    제 1항에 있어서,
    상기 누름 가이드는, 상기 사이드 플레이트로부터 돌출된 돌출부를 포함하고,
    상기 누름 가이드의 돌출부는, 0.5~1.5mm의 폭 및 0.05~0.15mm의 두께로 형성되는, 기판의 워피지 제거 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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