KR102652106B1 - Method for joining using laser - Google Patents
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Abstract
레이저를 이용한 접합 방법이 제공된다. 상기 방법은, 기판 상에 접합하고자 하는 접합 부품을 위치시키는 단계; 상기 접합 부품 위에 레이저 흡수 물체를 위치시키는 단계; 및 상기 접합 부품에 레이저를 조사하는 단계를 포함하고, 상기 레이저 흡수 물체는 상기 접합 부품의 일부와 접촉되는 형태로 구성된다. A bonding method using a laser is provided. The method includes: positioning bonding components to be bonded on a substrate; positioning a laser absorbing object over the bonded component; and irradiating a laser to the bonded component, wherein the laser absorbing object is configured to contact a portion of the bonded component.
Description
본 발명은 접합 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 레이저를 이용한 접합 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a bonding method, and more specifically, to a bonding method using a laser.
개인용 스마트 폰 기기뿐만 아니라 서버, 게임용 콘솔, 네트워크용 서버 등 하이 엔드(high-end)용 제품 및 광 통신용 모듈, 레이더용 모듈, 디스플레이, 태양전지에 이르기까지 다양한 산업에 대해, 작고 가볍고 얇고 고성능 다기능 모듈에 대한 요구가 증가되는 경향이다. 이에 따라 칩이 점점 얇아지고 있고 칩과 기판을 연결하는 인터커넥션(interconnection)의 크기와 피치(pitch)도 미세화되고 있다.Small, light, thin, high-performance and multi-functional for various industries ranging from personal smartphone devices to high-end products such as servers, game consoles, and network servers, as well as optical communication modules, radar modules, displays, and solar cells. There is a tendency for the demand for modules to increase. Accordingly, chips are becoming thinner, and the size and pitch of the interconnection connecting the chip and the substrate are also becoming finer.
이러한 산업계의 기술 동향에 발맞추어 개발되고 있는 공정은, 기판상에 NCP(non-conductive paste) 혹은 NCF(non-conductive film)를 도포하고, 접합하고자 하는 칩이나 기판을 기판상에 위치시킨 후 레이저를 가하여 접합부에 접합에 필요한 열을 가하여 접합 공정을 완성한다. 경우에 따라, 접합하고자 하는 칩이나 기판을 하부에 위치시킬 수도 있다. 이때, 칩 혹은 기판이 평평하지 않고 휨(warpage) 현상을 보일 경우, 석영(quartz)과 같이 레이저를 거의 흡수하지 않는 물체를 통해 칩 혹은 기판에 압력을 가하여 접합이 안정적으로 수행될 수 있도록 한다. 이때, 스테이지(stage) 상에 있는 기판에 적절한 온도를 가할 수 있다. 이러한 칩 혹은 기판의 휨 현상은, 칩이나 기판의 두께가 200μm 이하 정도로 얇고, 여러 가지 소재 예를 들어 금속, 유전체로 이루어질 경우 이들 소재의 열팽창계수 차이로 인해 발생하게 된다.The process being developed in line with these industry technology trends involves applying NCP (non-conductive paste) or NCF (non-conductive film) on a substrate, placing the chip or substrate to be bonded on the substrate, and then laser Complete the joining process by applying the heat necessary for joining to the joint. In some cases, the chip or substrate to be bonded may be placed at the bottom. At this time, if the chip or substrate is not flat and shows warpage, pressure is applied to the chip or substrate through an object that hardly absorbs laser, such as quartz, to ensure stable bonding. At this time, an appropriate temperature can be applied to the substrate on the stage. This bending phenomenon of the chip or substrate occurs when the chip or substrate is thin, about 200 μm or less, and is made of various materials, such as metal or dielectric, due to differences in thermal expansion coefficients of these materials.
그런데 이러한 공정에서, 접합부의 온도가 레이저에 의해 상승된다. 이는 레이저가 칩 혹은 기판에 열에너지의 형태로 흡수되고 이 흡수된 열에너지가 전도(conduction) 현상에 의해 접합부로 전달되기 때문이다. However, in this process, the temperature of the junction is raised by the laser. This is because the laser is absorbed in the form of heat energy by the chip or substrate, and this absorbed heat energy is transmitted to the joint through a conduction phenomenon.
폴리머 기반의 센서인 경우 열 전도율이 매우 떨어지는데, 열이 제대로 접합부로 빠지지 않아서 폴리머 기반 센서의 국부적인 영역에서 온도가 지나치게 상승하여 열 변형이 일어나거나 심지어 센서가 열에 의한 손상을 받을 수 있다. 이러한 문제로 인해 센서가 오작동하거나 불량이 발생할 수 있다.In the case of polymer-based sensors, the thermal conductivity is very low, and heat does not properly escape to the joint, causing the temperature to rise excessively in the local area of the polymer-based sensor, causing thermal deformation or even thermal damage to the sensor. These problems may cause the sensor to malfunction or fail.
또한, 서로 다른 크기의 센서 또는 칩, 또는 패키지 또는 기판과 같은 여러 종류의 부품들을 동일한 기판에 집적하는 경우, 소자 혹은 아래 기판에 손상이 발생할 가능성이 있으며, 작은 부품 또는 접합부 또는 그 아래 기판에 레이저 또는 열로 인한 손상이 발생할 수 있다. In addition, when various types of components, such as sensors or chips of different sizes, or packages or substrates, are integrated on the same substrate, there is a possibility that damage may occur to the device or the substrate below, and the laser may damage small components or joints or the substrate below. Alternatively, damage may occur due to heat.
관련 선행문헌으로는 대한민국 특허출원 등록 번호 제1187112호에 기재된 "레이저를 이용한 염료감응 태양전지의 제조 방법 및 염료감응 태양 전지"가 있다. Related prior literature includes “Manufacturing method of dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell using a laser” described in Korean Patent Application Registration No. 1187112.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 폴리머 기반의 부품을 레이저를 이용하여 기판에 접합할 때 폴리머 기판의 부품의 열 손상을 방지할 수 있는 접합 방법을 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a bonding method that can prevent thermal damage to polymer substrate components when bonding polymer-based components to a substrate using a laser.
본 발명의 특징에 따른 접합 방법은, 기판 상에 접합하고자 하는 접합 부품을 위치시키는 단계; 상기 접합 부품 위에 레이저 흡수 물체를 위치시키는 단계; 및 상기 접합 부품에 레이저를 조사하는 단계를 포함하고, 상기 레이저 흡수 물체는 상기 접합 부품의 일부와 접촉되는 형태로 구성된다. A bonding method according to a feature of the present invention includes the steps of positioning bonding components to be bonded on a substrate; positioning a laser absorbing object over the bonded component; and irradiating a laser to the bonded component, wherein the laser absorbing object is configured to contact a portion of the bonded component.
본 발명의 실시 예에 따르면, 폴리머 기반 부품을 레이저를 이용하여, 열 변형 혹은 열 손상 없이 기판에 접합할 수 있다. 또한, 다양한 크기 혹은 부피의 다양한 부품들을 하나의 기판에 접합할 때, 부품들이나 기판 혹은 접합 소재의 손상 혹은 변형 없이 접합할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a polymer-based component can be bonded to a substrate without thermal deformation or thermal damage using a laser. Additionally, when joining various parts of various sizes or volumes to one board, they can be joined without damage or deformation of the parts, board, or bonding material.
도 1은 레이저를 이용한 접합 공정을 나타낸 도이다.
도 2는 폴리머 기반의 센서를 레이저를 이용하여 접합하는 공정을 나타낸 도이다.
도 3은 다양한 크기의 센서 또는 칩 또는 패키지 또는 기판을 레이저를 이용하여 접합하는 공정을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저를 이용한 접합 방법을 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저를 이용한 접합 방법을 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 레이저를 이용한 접합 방법을 나타낸 도이다. Figure 1 is a diagram showing a bonding process using a laser.
Figure 2 is a diagram showing a process for bonding a polymer-based sensor using a laser.
Figure 3 is a diagram showing a process for bonding sensors, chips, packages, or substrates of various sizes using a laser.
Figure 4 is a diagram showing a bonding method using a laser according to the first embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing a bonding method using a laser according to a second embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing a bonding method using a laser according to a third embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected," but also the case where it is "electrically connected" with another element in between. . Additionally, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.In this specification, expressions described as singular may be interpreted as singular or plural, unless explicit expressions such as “one” or “single” are used.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 레이저를 이용한 접합 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a bonding method using a laser according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 레이저를 이용한 접합 공정을 나타낸 도이다.Figure 1 is a diagram showing a bonding process using a laser.
첨부한 도 1의 (a)에서와 같이, 기판상에 NCP(non-conductive paste) 혹은 NCF (non-conductive film)을 도포한다. 경우에 따라서는 NCP나 NCF를 접합하고자 하는 칩이나 기판의 하부에 형성시킬 수도 있다. 이후, 도 1의 (b)에서와 같이, 접합하고자 하는 칩이나 기판을 픽 앤 플레이스(pick & place) 공정을 통해 기판상에 위치시킨다. 다음, 도 1의 (c)에서와 같이, 기판상에 위치된 칩이나 기판으로 레이저를 가하여 접합부에 접합에 필요한 열을 가하여 접합 공정을 완성한다. 이때 칩 또는 기판이 평평하지 않고 휨(warpage) 현상을 보일 경우, 석영(quartz)과 같이 레이저를 거의 흡수하지 않는 물체를 통해 칩 혹은 기판에 압력을 가하여 접합이 안정적으로 수행될 수 있도록 한다. As shown in (a) of the attached FIG. 1, NCP (non-conductive paste) or NCF (non-conductive film) is applied on the substrate. In some cases, NCP or NCF may be formed on the lower part of the chip or substrate to be bonded. Thereafter, as shown in (b) of FIG. 1, the chip or substrate to be bonded is placed on the substrate through a pick and place process. Next, as shown in (c) of FIG. 1, a laser is applied to the chip or substrate positioned on the substrate and the heat necessary for bonding is applied to the joint to complete the bonding process. At this time, if the chip or substrate is not flat and shows warpage, pressure is applied to the chip or substrate through an object that hardly absorbs laser, such as quartz, to ensure stable bonding.
이때, 스테이지(stage) 상에 있는 기판에 적절한 온도를 가할 수 있다. 그런데 칩 혹은 기판의 휨 현상이 발생한다. 이러한 칩 혹은 기판의 휨 현상은 칩이나 기판의 두께가 200μm 이하 정도로 얇으며, 여러 가지 소재 예를 들어 금속, 유전체로 이루어질 경우, 이들 소재의 열팽창계수 차이로 인해 발생하게 된다.At this time, an appropriate temperature can be applied to the substrate on the stage. However, warping of the chip or substrate occurs. This bending phenomenon of the chip or substrate occurs when the thickness of the chip or substrate is less than 200 μm and is made of various materials, such as metal or dielectric, due to differences in thermal expansion coefficients of these materials.
이러한 접합 공정에서, 접합부의 온도가 레이저에 의해 상승되는 원인은 레이저가 칩 혹은 기판에 열에너지의 형태로 흡수되고 이 흡수된 열에너지가 전도 (conduction) 현상에 의해 접합부로 전달되기 때문이다. 레이저가 흡수되는 것을 식으로 표현하면 다음과 같다. In this joining process, the reason why the temperature of the junction increases due to the laser is because the laser is absorbed in the form of heat energy by the chip or substrate, and this absorbed heat energy is transferred to the junction by a conduction phenomenon. The absorption of a laser can be expressed in an equation as follows.
여기서 x는 레이저가 흡수되는 깊이이고 Io는 표면의 레이저 세기(intensity)이다. α는 소재의 흡수 계수이며, 파장과 온도 및 물질의 함수이다. Here, x is the depth at which the laser is absorbed and I o is the laser intensity of the surface. α is the absorption coefficient of the material and is a function of wavelength, temperature, and material.
도 2는 폴리머 기반의 센서를 레이저를 이용하여 접합하는 공정을 나타낸 도이다.Figure 2 is a diagram showing a process for bonding a polymer-based sensor using a laser.
첨부한 도 2에서와 같이, 기판상에 NCP 혹은 NCF를 도포하고, 접합하고자 하는 폴리머 기반 센서를 기판상에 위치시킨다. 이 경우, 석영(quartz)과 같이 레이저를 거의 흡수하지 않는 물체를 폴리머 기반 센서 위에 위치시킬 수 있다. 그리고 기판 상에 위치된 폴리머 기반 센서로 레이저를 가하여 접합부에 접합에 필요한 열을 가하여 접합 공정을 완성한다. As shown in the attached FIG. 2, NCP or NCF is applied on the substrate, and the polymer-based sensor to be bonded is placed on the substrate. In this case, an object that barely absorbs the laser, such as quartz, can be placed over the polymer-based sensor. Then, a laser is applied to the polymer-based sensor located on the substrate to apply the heat necessary for bonding to the joint to complete the bonding process.
그런데 폴리머 기반의 센서인 경우 열 전도율이 매우 떨어진다. 이로 인해 레이저가 기판 전면을 비추고, 기판과 연결되는 전극이 센서 아래 면에 불균일하게 배치되는 경우, 열이 제대로 접합부로 빠지지 않아 폴리머 기반 센서의 국부적인 영역에서 온도가 지나치게 상승하여, 열 변형이 일어나거나 심지어 센서가 열에 의한 손상을 받을 수 있다. 이에 따라 폴리머 기반 센서가 오작동하거나 불량이 발생할 수 있다.However, in the case of polymer-based sensors, the thermal conductivity is very low. As a result, when the laser illuminates the entire surface of the substrate and the electrodes connected to the substrate are placed unevenly on the bottom of the sensor, heat does not properly escape to the joint, causing the temperature to rise excessively in the local area of the polymer-based sensor, resulting in thermal deformation. Or even the sensor may be damaged by heat. As a result, polymer-based sensors may malfunction or fail.
도 3은 다양한 크기의 센서 또는 칩 또는 패키지 또는 기판을 레이저를 이용하여 접합하는 공정을 나타낸 도이다.Figure 3 is a diagram showing a process for bonding sensors, chips, packages, or substrates of various sizes using a laser.
첨부한 도 3에서와 같이, 서로 다른 크기의 센서 또는 칩 또는 패키지 또는 기판과 같은 여러 종류의 부품들을(예를 들어 마이크로 LED와 구동 IC 접합 또는 센서의 접합) 동일한 기판에 집적할 수 있다. 이 경우, 각 부품들의 높이가 상이해서, 석영과 같이 레이저를 거의 흡수하지 않는 물체를 부품들 위에 위치시키기 어렵다. 또한, 레이저를 사용하여 상이한 크기의 부품들을 동시에 접합할 경우, 부피가 작은 부품의 경우 지나치게 높은 세기의 레이저를 받아서, 부품 또는 부품 아래의 기판에 손상이 발생할 가능성이 있다. 또한, 크기가 작은 부품을 먼저 레이저로 접합하고 그 이후에 부피가 큰 부품을 레이저로 접합할 경우, 먼저 접합된 부품에 레이저가 추가적으로 가해질 수 있으며, 이에 따라 작은 부품 또는 접합부 또는 그 아래 기판에 레이저 혹은 열로 인한 손상이 발생할 수 있다.As shown in Figure 3, various types of components such as sensors or chips or packages or substrates of different sizes (for example, bonding of a micro LED and a driver IC or a sensor) can be integrated on the same substrate. In this case, the height of each part is different, so it is difficult to place an object that hardly absorbs laser, such as quartz, on top of the parts. Additionally, when using a laser to join components of different sizes at the same time, there is a possibility that small-volume components may receive excessively high intensity laser, causing damage to the component or the substrate beneath the component. In addition, when small-sized parts are first joined with a laser and then bulky parts are joined with a laser, additional laser energy may be applied to the first-joined parts, and as a result, the laser may be applied to the small parts, joints, or the substrate below them. Alternatively, damage may occur due to heat.
전술한 설명에서, 기판은 PCB, 실리콘, backplane, 유연 및 stretching 기판, 유기 기판, 세라믹 기판 등 응용에 따라 다양한 소재와 공정이 적용된 기판이 될 수 있다.In the above description, the substrate may be a substrate to which various materials and processes are applied depending on the application, such as a PCB, silicon, backplane, flexible and stretching substrate, organic substrate, and ceramic substrate.
본 발명의 실시 예에서는, 폴리머 기반의 부품을 기판에 접합하는 경우, 레이저를 기반으로 국부적인 열을 전달하여 접합을 수행하는 접합 방법을 제공한다. In an embodiment of the present invention, when bonding a polymer-based component to a substrate, a bonding method is provided in which bonding is performed by transferring local heat based on a laser.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저를 이용한 접합 방법을 나타낸 도이다. Figure 4 is a diagram showing a bonding method using a laser according to the first embodiment of the present invention.
첨부한 도 4에서와 같이, 기판(1)상에 비도전성층(2)을 위치시킨다. 기판(1)의 상부에 패드(11)가 복수개 형성되어 있다. 기판(1)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board), 실리콘 기판 또는 인터포저 기판일 수 있다. 패드(11)는 구리 또는 금과 같은 UBM(Underbump metallization)을 포함할 수 있다. 여기서 비도전성층(2)은 NCP(non-conductive paste) 혹은 NCF(non-conductive film)로 이루어질 수 있다. NCP/NCF는 수지(base resin), 경화제, 환원제를 포함할 수 있으며, 실리카와 같은 필러(filler)를 포함할 수도 있다. 경우에 따라서는 비도전성층(2)을 위한 NCP나 NCF를 접합하고자 하는 폴리머 기반 부품의 하부에 형성시킬 수도 있다. As shown in the attached FIG. 4, the
그리고, 접합하고자 하는 폴리머 기판 부품(3)을 기판(1) 상에 위치시킨다. 기판(1) 상에 위치되는 접합하고자 하는 폴리머 기판 부품은 설명의 편의상, "접합 부품"이라고 명명한다. Then, the
접합 부품(3)을 기판(1) 상에 위치시키는 것은, 접합 부품(3)의 하부면상에 배치된 솔더 범프(solder bump)(31)를 패드(11) 상에 배치하는 것을 포함할 수 있다. 솔더 범프(31)는 접합 부품(3)의 하부면 상에 배치된 하부 패드(32)에 부착된 것일 수 있다. 접합 부품(3)의 하부에 형성된 솔더 범프(31)는 패드(11)에 접촉될 수 있다. 하부 패드(32)는 구리 또는 금과 같은 UBM을 포함할 수 있다. 솔더 범프(31)는 예를 들어, Sn, In, SnBi, SnAgCu, SnAg, AuSn, InSn, BiInSn 또는 InSn을 포함할 수 있으며, 기타 Sn이나 In 합금으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 솔더 범프(31)의 크기는 0.1um에서 300um일 수 있다. Positioning the bonded
비도전성층(2)은 기판(1)과 접합 부품(3) 사이의 빈 공간을 채울 수 있으며, 비도전성층(2)은 패드(11), 하부 패드(32) 및 솔더 범프(31)의 표면과 접촉할 수 있다. 비도전성 층(2)은 빈 공간을 채우기 위하여 소정의 점도를 가질 수 있다. The non-conductive layer (2) can fill the empty space between the substrate (1) and the bonded component (3), and the non-conductive layer (2) can fill the pad (11), the lower pad (32), and the solder bump (31). May come into contact with the surface. The
다음, 본 발명의 실시 예에서는 접합 부품(3) 위에, 레이저를 흡수하는 물질로 이루어지는 레이저 흡수 물체(4)를 위치시킨다. 레이저 흡수 물체(4)는 레이저 흡수층이라고도 명명될 수 있으며, 예를 들어 레이저를 흡수할 수 있는 금속, 실리콘, 세라믹, 유전체 등으로 이루어질 수 있다. 레이저 흡수 물체(4)는 레이저를 흡수할 수 있는 하나의 물질로 구성되거나 여러 개의 층 또는 부분으로 구성될 수 있다. 또한, 레이저 흡수 물체(4)는 80W/m·K이상의 열전도도를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 레이저 흡수 물체(4)는 3mm에서 10μm이내의 두께를 가질 수 있다. Next, in an embodiment of the present invention, a
특히, 본 발명의 실시 예에서, 레이저 흡수 물체(4)가 폴리머 기반 센서와 같은 접합 부품(3)에서 접합부에 가까운 부분에만 접촉되도록, 레이저 흡수 물체(4)가 설계된다. 예를 들어, 도 4에서와 같이, 접합 부품(3)에서 접합부에 가까운 부분을 제1 부분(P1)과 제2 부분(P2)이라고 하면, 레이저 흡수 물체(4)가 접합 부품(3)의 제1 부분(P1)과 제2 부분(P2)에만 닿도록, 레이저 흡수 물체(4)가 접합 부품(3)의 상부 전체를 덮는 형태로 구성되면서 일측 및 타측에 제1 돌출부(41)와 제2 돌출부(42)를 포함하는 형태로 구성된다. 즉, 접합 부품(3)의 제1 부분(P1)과 제2 부분(P2)에 대응하는 레이저 흡수 물체(4)의 해당 위치에 제1 돌출부(41)와 제2 돌출부(42)가 형성되어, 레이저 흡수 물체(4) 전체가 접합 부품(3)의 상측에 접촉되지 않고, 레이저 흡수 물체(4)의 제1 돌출부(41)와 제2 돌출부(42)만이 접합 부품(3)에 접촉된다. 여기서, 접합부는 기판(1)과 접합 부품(3)이 접합되는 부분으로, 솔더 범프(31) 및 패드(11)를 포함할 수 있다. In particular, in an embodiment of the invention, the
이후, 레이저가 가해진다. 레이저는 예를 들어, helium-neon 레이저, Argon 레이저, UV 레이저, IR 레이저 또는 Excimer 레이저일 수 있으며, 예를 들어, 500nm 내지 2μm의 파장을 가질 수 있다.Afterwards, the laser is applied. The laser may be, for example, a helium-neon laser, Argon laser, UV laser, IR laser, or Excimer laser, and may have a wavelength of, for example, 500 nm to 2 μm.
레이저는 접합 부품(3)의 상부 및/또는 하부로 조사될 수 있다. 레이저의 일부는 접합 부품(3), 솔더 범프(31) 및 패드(11)에 흡수되어 열로 바뀔 수 있다. 열은 솔더 범프(31)와 패드(11) 쪽으로 전달되어, 솔더 범프(31)와 패드(11)를 부착시킬 수 있다. 아울러, 열로 인해 비도전성층(2)이 경화될 수 있다. The laser may be directed to the top and/or bottom of the bonded
위에 기술된 바와 같이 레이저 흡수 물체(4)이 접합 부품(3) 위에 위치되면서 레이저 흡수 물체(4)의 일부 즉, 제1 돌출부(41)와 제2 돌출부(42)만이 접합 부품(3)의 제1 부분(P1)과 제2 부분(P2)에 접촉되는 구조로 이루어짐으로써, 레이저가 조사될 때, 레이저가 폴리머 기반 부품인 접합 부품(3)의 대부분에 전달되지 않고, 혹은 전달된다고 하더라도 레이저의 강도를 매우 줄일 수 있으며, 특히, 접합 부품(3)의 접합부에 대응하는 위치인 제1 부분(P1)과 제2 부분(P2)에만 전달된다. As described above, the
접합 부품(3)의 접합부에 대응하는 위치의 상부에만 접촉된 레이저 흡수 물체(4)의 제1 및 제2 돌출부(41, 42)를 통해서만 접합에 필요한 열 에너지가 공급된다. 그러므로 레이저 기반 접합 공정 동안 발생할 수 있는 폴리머 기판 부품의 열 변형 혹은 열 손상을 방지할 수 있다.The heat energy necessary for joining is supplied only through the first and
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 레이저를 이용한 접합 방법을 나타낸 도이다. Figure 5 is a diagram showing a bonding method using a laser according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2 실시 예에서는 접합하고자 하는 서로 다른 크기의 센서 또는 칩 또는 패키지 또는 기판과 같은 여러 종류의 부품(접합 부품이라고 명명됨)들이 배열 형태를 가지는 경우의 레이저 접합 공정을 나타낸다. 즉, 접합해야 할 서로 다른 크기의 접합 부품들이 복수개 있으면서 배열 형태를 이루는 경우의 접합 공정을 나타낸다. The second embodiment of the present invention shows a laser bonding process when various types of parts (named bonded parts) such as sensors or chips or packages or substrates of different sizes to be bonded have an array form. In other words, it represents a joining process when there are a plurality of joining parts of different sizes to be joined and they are arranged in an array.
여기서는 접합해야 할 서로 다른 크기나 부피를 가지는 접합 부품들이 제1 크기(또는 제1 부피)를 가지는 접합 부품들과 제2 크기(또는 제2 부피)를 가지는 제2 접합 부품들이 복수개 있으면서 배열 형태를 이루는 것을 예로 들어 설명하며, 여기서 제1 크기(또는 제1 부피)는 제2 크기(또는 제2 부피)보다 작다. 이는 하나의 예를 뿐이며, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 여기서, 제1 실시 예와 유사하게 수행되는 공정에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다. Here, the joining parts having different sizes or volumes to be joined are arranged in an array form, with a plurality of joining parts having a first size (or first volume) and a plurality of second joining parts having a second size (or second volume). This will be described as an example, where the first size (or first volume) is smaller than the second size (or second volume). This is only one example, and the present invention is not limited to this. Here, detailed description of processes performed similarly to the first embodiment will be omitted.
먼저, 첨부한 도 5의 (a)에서와 같이, 제1 크기의 접합 부품들(3a)을 기판(1) 상에 위치시킨다. 이때, 제1 크기의 접합 부품들(3a)의 하부면상에 배치된 솔더 범프가 기판(1)의 패드 상에 배치될 수 있다. 비도전성층이 기판(1)과 제1 크기의 접합 부품들(3a) 사이의 빈 공간을 채울 수 있다. First, as shown in (a) of FIG. 5,
다음, 제1 크기의 접합 부품들(3a) 위에 레이저를 흡수하는 물질로 이루어지는 레이저 흡수 물체(4)를 위치시킨다. 특히, 본 발명의 실시 예에서, 레이저 흡수 물체(4)는 제1 크기의 접합 부품들(3a)의 상부 전체에 닿거나 또는 제1 크기의 접합 부품들(3a)의 상부 일부에 닿는 형태(예를 들어, 제1 실시 예와 같이, 레이저 흡수 물체가 제1 크기의 접합 부품들(3a)의 접합부에 가까운 부분에만 접촉되도록 구성될 수 있음)로 이루어진다. 이때, 레이저 흡수 물체(4)가 제1 크기의 접합 부품들(3a)을 제외한 기판(1) 상에는 닿지 않는 형태로 이루어진다. 즉, 레이저 흡수 물체(4)가 기판(1)을 덮는 형태로 이루어지나 제1 크기의 접합 부품들(3a)을 제외한 부분에는 닿지 않는 형태로 이루어진다. Next, a
이후, 레이저가 가해진다. 이때, 레이저 흡수 물체가 물리적으로 닿아 있는 접합하고자 하는 접합 부품의 온도만 올라가서 접합 공정이 이루어진다. 기판상 모든 패드에 접합에 필요한 플럭스, NCP, NCF와 같은 접합 소재가 기판 상에 도포되어 있더라고 접합하고자 하는 접합 부품 아래에 있는 접합 소재에만 열 에너지가 공급됨으로써, 열로 인한 접합 소재의 특성 변화가 발생하지 않는다. 따라서 기판의 손상 혹은 변형도 최소화할 수 있다.Afterwards, the laser is applied. At this time, the joining process is carried out by only increasing the temperature of the parts to be joined that are physically in contact with the laser absorbing object. Even if bonding materials such as flux, NCP, and NCF required for bonding to all pads on the board are applied on the board, heat energy is supplied only to the bonding material under the bonding components to be bonded, causing a change in the properties of the bonding material due to heat. I never do that. Therefore, damage or deformation of the substrate can be minimized.
다음에, 도 5의 (b)에서와 같이, 제2 크기의 접합 부품들(3b)을 기판(1)에 위치시킨다. 이때에도, 비도전성층이 기판(1)과 제2 크기의 접합 부품들(3b) 사이의 빈 공간을 채울 수 있다. Next, as shown in (b) of FIG. 5,
다음, 제2 크기의 접합 부품들(3b) 위에 레이저를 흡수하는 물질로 이루어지는 레이저 흡수 물체(4)를 위치시킨다. 특히, 본 발명의 실시 예에서, 레이저 흡수 물체(4)는 제2 크기의 접합 부품들(3b)의 상부 전체에 닿거나 또는 제2 크기의 접합 부품들(3b)의 상부 일부에 닿는 형태(예를 들어, 제1 실시 예와 같이, 레이저 흡수 물체가 제2 크기의 접합 부품들(3b)의 접합부에 가까운 부분에만 접촉되도록 구성될 수 있음)로 이루어진다. 이때, 레이저 흡수 물체(4)가 제2 크기의 접합 부품들(3b)을 제외한 기판(1) 상에는 닿지 않는 형태로 이루어진다. 즉, 레이저 흡수 물체(4)가 기판(1)을 덮는 형태로 이루어지나 제2 크기의 접합 부품들(3b)을 제외한 부분에는 닿지 않는 형태로 이루어진다. Next, a
이후, 레이저가 가해진다. 이때, 레이저 흡수 물체가 물리적으로 닿아 있는 접합하고자 하는 접합 부품의 온도만 올라가서 접합 공정이 이루어지며, 특히, 이미 기판에 접합되어 있는 제1 크기의 접합 부품에 레이저가 전달되지 않아 접합된 부품 혹은 접합부 혹은 기판을 보호할 수 있다.Afterwards, the laser is applied. At this time, the joining process is carried out by increasing the temperature of only the parts to be joined that are physically in contact with the laser absorbing object. In particular, the laser is not delivered to the first size joined parts that are already bonded to the substrate, so the joined parts or joints Or, the substrate can be protected.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 레이저를 이용한 접합 방법을 나타낸 도이다. Figure 6 is a diagram showing a bonding method using a laser according to a third embodiment of the present invention.
본 발명의 제3 실시 예에서 제1 실시 예와 유사하게 수행되는 공정에 대해서는 상세한 설명을 생략한다. In the third embodiment of the present invention, detailed description of processes performed similarly to the first embodiment will be omitted.
본 발명의 제3 실시 예에서는 접합해야 할 서로 다른 크기의 접합 부품들이 복수개 있으면서 배열 형태를 이루는 경우에, 서로 다른 크기의 접합 부품들을 동시에 기판에 접합하는 공정을 나타낸다. The third embodiment of the present invention shows a process of simultaneously joining bonding parts of different sizes to a substrate when there are a plurality of bonding parts of different sizes to be bonded and forming an array.
구체적으로, 첨부한 도 6에서와 같이, 제1 크기의 접합 부품들(3a)과 제2 크기의 접합 부품들(3b)을 기판(1) 상에 위치시킨다. 이때, 제1 크기의 접합 부품들(3a)과 제2 크기의 접합 부품들(3b)의 하부면상에 배치된 솔더 범프가 기판(1)의 패드 상에 배치될 수 있다. 비도전성층이 기판(1)과 제1 및 제2 크기의 접합 부품들(3a, 3b) 사이의 빈 공간을 채울 수 있다. Specifically, as shown in the attached FIG. 6,
다음, 제1 크기의 접합 부품들(3a)과 제2 크기의 접합 부품들(3b) 위에 레이저를 흡수하는 물질로 이루어지는 레이저 흡수 물체(4)를 위치시킨다. 특히, 본 발명의 실시 예에서, 레이저 흡수 물체(4)는 제1 크기의 접합 부품들(3a)과 제2 크기의 접합 부품들(3b) 각각의 상부 전체에 닿거나 또는 제1 크기의 접합 부품들(3a)과 제2 크기의 접합 부품들(3b)의 각각의 상부 일부에 닿는 형태(예를 들어, 제1 실시 예와 같이, 레이저 흡수 물체가 제1 및 제2 크기의 접합 부품들(3a, 3b)의 접합부에 가까운 부분에만 접촉되도록 구성될 수 있음)로 이루어진다. 이때, 레이저 흡수 물체(4)가 제1 크기의 접합 부품들(3a)과 제2 크기의 접합 부품들(3b)을 제외한 기판(1) 상에는 닿지 않는 형태로 이루어진다. 즉, 레이저 흡수 물체(4)가 기판(1)을 덮는 형태로 이루어지나 제1 및 제2 크기의 접합 부품들(3a, 3b)을 제외한 부분에는 닿지 않는 형태로 이루어진다. Next, a
이후, 레이저가 가해진다. 이때, 레이저 흡수 물체가 물리적으로 닿아 있는 접합하고자 하는 접합 부품의 온도만 올라가서 접합 공정이 이루어진다. 본 발명의 제3 실시 예에서는 제2 실시 예와는 달리 상이한 크기를 가지는 접합 부품들이 동시에 기판상에 집적될 수 있으며, 접합 부품 아래에 있는 접합 소재에만 열 에너지가 공급됨으로써, 열로 인한 접합 소재의 특성 변화가 발생하지 않는다. 따라서 기판의 손상 혹은 변형도 최소화할 수 있다.Afterwards, the laser is applied. At this time, the joining process is carried out by only increasing the temperature of the parts to be joined that are physically in contact with the laser absorbing object. In the third embodiment of the present invention, unlike the second embodiment, bonding components having different sizes can be integrated on the substrate at the same time, and heat energy is supplied only to the bonding material under the bonding parts, thereby reducing the heat-induced damage to the bonding material. No change in characteristics occurs. Therefore, damage or deformation of the substrate can be minimized.
이러한 본 발명의 실시 예에 따른 접합 방법은, RF/아날로그 혹은 디지털 디바이스 혹은 통신용 광 디바이스, 혹은 마이크로 LED 등과 같은 디스플레이용 디바이스, 혹은 전력 반도체, 혹은 바이오 디바이스, 혹은 태양전지 혹은 센서/MEMS(Micro-Electro Mechanical Systems)를 포함하고 있는 전자 기기 혹은 모듈에 적용될 수 있으며, 또한 동종 혹은 이종의 디바이스들을 기판상에 집적할 때도, 적용될 수 있다. The bonding method according to an embodiment of the present invention is a RF/analog or digital device, an optical device for communication, a display device such as a micro LED, a power semiconductor, a bio device, a solar cell, or a sensor/MEMS (Micro- It can be applied to electronic devices or modules containing Electro Mechanical Systems), and can also be applied when integrating devices of the same or different types on a substrate.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements can be made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims. It falls within the scope of rights.
Claims (10)
상기 접합 부품 위에 레이저 흡수 물체를 위치시키는 단계; 및
상기 접합 부품에 레이저를 조사하는 단계
를 포함하고,
상기 레이저 흡수 물체는 상기 접합 부품의 일부와 접촉되는 형태로 구성되며,
상기 기판 상에, 서로 다른 크기나 부피를 가지는 복수의 접합 부품이 위치되는 경우,
서로 다른 크기의 접합 부품들을 상기 기판 상에 위치시키고, 상기 서로 다른 크기의 접합 부품들 위에 상기 레이저 흡수 물체를 위치시키며, 상기 서로 다른 크기의 접합 부품들 위에 위치된 상기 레이저 흡수 물체로 레이저를 조사하는, 접합 방법.
Positioning the bonding components to be bonded on the substrate;
positioning a laser absorbing object over the bonded component; and
Irradiating a laser to the bonded parts
Including,
The laser absorbing object is configured to be in contact with a portion of the bonded part,
When a plurality of bonded components having different sizes or volumes are located on the substrate,
Positioning bonded components of different sizes on the substrate, positioning the laser absorbing object on the bonded components of different sizes, and irradiating a laser with the laser absorbing object positioned on the bonded components of different sizes. A joining method.
상기 접합 부품에 레이저를 조사하는 단계에서, 상기 레이저 흡수 물체를 통해 상기 레이저가 상기 접합 부품 전체가 아닌 일부에만 전달되는, 접합 방법.In paragraph 1
In the step of irradiating a laser to the bonded component, the laser is transmitted to only a portion of the bonded component rather than the entire bonded component through the laser absorbing object.
상기 레이저 흡수 물체는 상기 접합 부품 위에 위치되면서 상기 접합 부품의 일부와 접촉되도록, 상기 접합 부품의 제1 부분과 제2 부분에 각각 접촉되는 제1 돌출부 및 제2 돌출부를 포함하는, 접합 방법.In paragraph 1
The laser absorbing object is positioned over the bonding component and includes a first protrusion and a second protrusion respectively in contact with a first portion and a second portion of the bonding component so as to contact a portion of the bonding component.
상기 접합 부품에 레이저를 조사하는 단계에서, 상기 레이저가 상기 제1 돌출부 및 제2 돌출부를 통하여 상기 접합 부품의 제1 부분과 제2 부분에 각각 전달되는, 접합 방법.In paragraph 3
In the step of irradiating the laser to the bonded component, the laser is transmitted to the first portion and the second portion of the bonded component through the first protrusion and the second protrusion, respectively.
상기 기판 상에, 서로 다른 크기나 부피를 가지는 복수의 접합 부품이 위치되는 경우,
상기 레이저가 상기 복수의 접합 부품 중 설정 크기나 부피를 가지는 접합 부품에만 전달되도록, 상기 레이저 흡수 물체가 상기 복수의 접합 부품 중 설정 크기나 부피를 가지는 접합 부품에만 접촉되도록 위치되는, 접합 방법.In paragraph 1
When a plurality of bonded components having different sizes or volumes are located on the substrate,
A bonding method wherein the laser absorbing object is positioned to contact only bonding parts having a set size or volume among the plurality of bonding parts, so that the laser is transmitted only to bonding parts having a set size or volume among the plurality of bonding parts.
상기 접합 부품을 위치시키는 단계는 제1 설정 크기의 접합 부품을 상기 기판 상에 위치시키고,
상기 레이저 흡수 물체를 위치시키는 단계는 상기 제1 설정 크기의 접합 부품 위에 상기 레이저 흡수 물체를 위치시키며,
상기 레이저를 조사하는 단계는 상기 제1 설정 크기의 접합 부품 위에 위치된 상기 레이저 흡수 물체로 레이저를 조사하며,
이후에,
상기 접합 부품을 위치시키는 단계는 제2 설정 크기의 접합 부품을 상기 기판 상에 위치시키고,
상기 레이저 흡수 물체를 위치시키는 단계는 상기 제2 설정 크기의 접합 부품 위에 상기 레이저 흡수 물체를 위치시키며,
상기 레이저를 조사하는 단계는 상기 제2 설정 크기의 접합 부품 위에 위치된 상기 레이저 흡수 물체로 레이저를 조사하는, 접합 방법.In paragraph 5
The step of positioning the bonding component includes placing a bonding component of a first set size on the substrate,
The step of positioning the laser absorbing object positions the laser absorbing object over the first set size of the bonded part,
The step of irradiating the laser irradiates the laser to the laser absorbing object positioned on the bonded part of the first set size,
Since the,
The step of positioning the bonding component includes placing a bonding component of a second set size on the substrate,
The step of positioning the laser absorbing object positions the laser absorbing object over the second set size of the bonded part,
The step of irradiating the laser irradiates the laser to the laser absorbing object positioned on the bonded part of the second set size.
상기 레이저 흡수 물체는 상기 기판 상에서 상기 접합 부품이 위치된 부분을 제외한 부분에는 닿지 않는 형태로 이루어지는, 접합 방법.In paragraph 1
A bonding method in which the laser absorbing object is formed in such a way that it does not touch any portion of the substrate other than the portion where the bonding component is located.
상기 접합 부품을 위치시키는 단계는,
상기 기판 상에 형성된 패드에 상기 접합 부품의 하부면에 배치된 솔더 범프를 위치시키는 단계
를 포함하며,
비도전성층이 상기 기판과 상기 접합 부품 사이의 빈 공간을 채우도록 상기 기판 상에 위치되는, 접합 방법.In paragraph 1
The step of positioning the joint parts is,
Positioning a solder bump disposed on the lower surface of the bonded component on a pad formed on the substrate.
Includes,
A method of bonding, wherein a non-conductive layer is positioned on the substrate to fill the empty space between the substrate and the bonding component.
상기 레이저 흡수 물체는 80W/m·K이상의 열전도도를 가지는 물질을 포함하거나 상기 레이저 흡수 물체는 3mm에서 10μm 이내의 두께를 가지는, 접합 방법.
In paragraph 1
The laser absorbing object includes a material having a thermal conductivity of 80 W/m·K or more, or the laser absorbing object has a thickness of 3 mm to 10 μm.
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|---|---|---|---|
| KR1020190023298A KR102652106B1 (en) | 2019-02-27 | 2019-02-27 | Method for joining using laser |
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2019
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |