KR20070063119A - Method for manufacturing substrate used to mount flip chip - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플립칩 실장용 기판의 제조방법을 나타내는 순서도;1 is a flow chart showing a manufacturing method of a flip chip mounting substrate according to an embodiment of the present invention;
도 2은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플립칩 실장용 기판의 제조방법을 도시한 도면;2 illustrates a method of manufacturing a flip chip mounting substrate according to an exemplary embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 솔더 볼이 기판에 공급되는 것을 나타내는 도면; 및3 is a view showing a solder ball is supplied to a substrate according to an embodiment of the present invention; And
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 솔더 볼을 나타내는 사진이다.Figure 4 is a photograph showing a solder ball according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 도전층 20 : 솔더 레지스트층10
25 : 개구부 30 : 플럭스(flux)25: opening 30: flux
40 : 마스크 45 : 관통홀40: mask 45: through hole
50 : 솔더 볼 50: solder ball
본 발명은 기판의 제조방법에 관한 것으로, 특히 플립칩 실장용 기판의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a substrate, and more particularly, to a method for manufacturing a substrate for flip chip mounting.
반도체 실장용 기판으로서 볼 그리드 어레이(ball grid array, BGA)는 유닛의 크기에 따라 일반 BGA와 CSP(chip scale package)로 크게 구분이 되며, 일반적으로 CSP는 패키지의 크기가 다이(die) 크기의 110%를 초과하지 않는 크기가 되는 패키지를 말한다. 또한 기판의 재료에 따라 경성형과 강성형으로 구분 할 수 있으며, 패키지 조립 시 다이(die)와 기판의 연결 방식에 따라 와이어 본딩과 플립칩 본딩으로 구분할 수 있다. As a semiconductor mounting substrate, a ball grid array (BGA) is classified into a general BGA and a chip scale package (CSP) according to the size of a unit. In general, a CSP has a die size of a package. A package that is sized not to exceed 110%. In addition, it can be divided into rigid and rigid according to the material of the substrate, and can be divided into wire bonding and flip chip bonding according to the connection method of the die (die) and the substrate when assembling the package.
여기서 플립칩 본딩은 다이의 크기가 점점 축소되어 결국, 더 조밀한 기판에 결합(interconnection)되어야 하는데, 기존의 와이어 본딩으로 그것을 구현하기 힘들며, 솔더 펌프 방식이 필요하게 되었다. 솔더 펌프 방식이란 다이와 기판 간에 솔더 펌프를 형성시킨 후 칩을 뒤집어서 회로 배선과 직접 붙이는 방법으로, 칩이 뒤집혀진 상태로 본딩되기 때문에 일반적으로 플립 칩 본딩이라 하는 것이다.The flip chip bonding has to be reduced in size and eventually connected to a denser substrate, which is difficult to implement with conventional wire bonding, and requires a solder pump method. The solder pump method is a method of flip chip bonding since a solder pump is formed between a die and a substrate and then the chip is inverted and directly attached to the circuit wiring, since the chip is bonded in an inverted state.
플립칩 BGA의 경우 다이와 결합되는 상부에 솔더 펌프(solder bump)를 형성하여 다이를 실장하고, 하부는 주기판(mother board)와 같은 하층 기판과 연결되기 위하여 솔더 볼이 결합되어 있는 것이 일반적이다.In the case of flip chip BGA, a solder pump is formed on the upper side of the die chip and solder balls are coupled to the lower side to be connected to a lower substrate such as a mother board.
종래의 플립칩 BGA의 상부에 솔더 펌프를 형성하는 방법은 관통홀이 형성된 마스크에 솔더 페이스트를 인쇄(squeeze)한 후 마스크를 제거하는 방법을 사용하였다.In the conventional method of forming a solder pump on the flip chip BGA, a method of removing a mask after printing a solder paste on a mask on which a through hole is formed is performed.
그러나 마스크를 통과하는 솔더 페이스트의 양이 일정하지 않아 LVSB(low volume small bump)나 형성된 펌프의 크기 불균형이 발생할 수 있다. 또한 스퀴즈(squeeze)의 솔더 페이스트의 빠짐성이 문제가 되어 범프가 형성되지 않는 미싱 범프(missing bump)나, 범프의 상부가 손상되는 결점을 일으키기도 한다. 이는 플립칩 실장용 기판과 다이 간의 통전성이나 전기 신뢰도에 영향을 미치게 된다. 또한 솔더 브리지와 같이 형성된 펌프가 서로 결합되어 버리는 문제로 종래의 방식에 의해서는 약 150㎛보다 좁은 간격을 가지는 펌프를 형성하기 어렵다.However, the amount of solder paste that passes through the mask is not constant, which may result in low volume small bumps (LVSBs) or size imbalances in the formed pumps. In addition, the squeeze (squeeze) of the solder paste is a problem, causing a missing bump (bumping) is not formed, or the defect that the upper portion of the bump is damaged. This affects the electrical conductivity or electrical reliability between the flip chip mounting substrate and the die. In addition, it is difficult to form a pump having a gap smaller than about 150 μm by the conventional method due to the problem that the pumps formed as solder bridges are coupled to each other.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자, 미리 형성된 솔더 볼을 마스크의 관통홀에 공급하는 플립칩 실장용 기판의 제조방법 및 플립칩 실장용 기판을 제공한다. The present invention provides a method for manufacturing a flip chip mounting substrate and a flip chip mounting substrate for supplying a preformed solder ball to a through hole of a mask.
또한, 본 발명은 스퀴즈의 솔더 페이스트 빠짐성 우려가 없고, 솔더 페이스트를 사용하지 않아, LVSB, 미싱 펌프의 펌프 불량의 발생이 적은 플립칩 실장용 기판의 제조방법 및 플립칩 실장용 기판을 제공한다.In addition, the present invention provides a method of manufacturing a flip chip mounting substrate and a flip chip mounting substrate, which have no fear of squeeze solder paste detachment and do not use solder paste, so that pump defects of LVSBs and sewing pumps are less likely to occur. .
또한, 동일한 크기의 솔더 볼이 공급되어 동일한 체적을 가지는 솔더 펌프를 형성할 수 있어, 보다 조밀한 간격을 가지는 솔더 펌프를 형성할 수 있는 플립칩 실장용 기판의 제조방법 및 플립칩 실장용 기판을 제공한다.In addition, a solder pump having the same size can be supplied to form a solder pump having the same volume, and thus a method for manufacturing a flip chip mounting substrate and a flip chip mounting substrate capable of forming a solder pump having a tighter spacing. to provide.
본 발명의 일 측면에 따르면, 플립칩 실장용 기판의 제조방법 중 플립칩 제조함에 있어서, (a) 솔더 레지스트층의 개구부에 플럭스(flux)를 도포하는 단계, (b) 상기 솔더 레지스트층의 개구부와 상응하는 위치에 관통홀을 가지는 마스크를 상기 솔더 레지스트층의 상부에 적층하는 단계, (c) 상기 관통홀에 각각 하나의 솔더 볼을 공급하여 상기 개구부와 솔더 볼을 결합시키는 단계, (d) 상기 마스크를 제거하는 단계, (e) 상기 단계 (d)의 솔더 볼이 결합된 기판을 리플로우(reflow)하는 단계; 및 (f) 상기 플럭스를 제거하는 단계를 포함하는 플립칩 실장용 기판의 제조방법을 제시할 수 있다.According to an aspect of the present invention, in manufacturing a flip chip in a method of manufacturing a flip chip mounting substrate, (a) applying flux to an opening of a solder resist layer, (b) an opening of the solder resist layer Stacking a mask having a through hole at a position corresponding to the upper portion of the solder resist layer, (c) supplying one solder ball to each of the through holes to join the opening and the solder ball, (d) Removing the mask; (e) reflowing the substrate to which the solder balls of step (d) are bonded; And (f) it can be presented a method of manufacturing a flip chip mounting substrate comprising the step of removing the flux.
여기서, 상기 단계 (f)의 기판을 코이닝(coinning)하는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, the method may further include the step of coining the substrate of step (f).
또한 여기서 상기 관통홀은 상기 개구부의 크기보다 크거나 동일할 수 있다.In addition, the through hole may be greater than or equal to the size of the opening.
또한 여기서 상기 솔더 볼은 상기 관통홀의 크기보다 작거나 동일하고, 상기 개구부의 크기보다 크거나 동일할 수 있으며, 바람직한 실시예에 따르면 상기 솔더 볼의 직경은 80 내지 110㎛이다.In addition, the solder ball is smaller than or equal to the size of the through-hole, it may be larger than or equal to the size of the opening, according to a preferred embodiment the diameter of the solder ball is 80 to 110㎛.
또한 여기서 상기 리플로우는 200 내지 300℃에서 수행될 수 있다.In addition, the reflow may be performed at 200 to 300 ° C.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 제조방법에 의하여 제조되는 플립칩 실장용 기판을 제시할 수 있다.According to another aspect of the present invention, it is possible to provide a flip chip mounting substrate manufactured by the above-described manufacturing method.
이하, 본 발명에 따른 플립칩 실장용 기판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 기판의 바람직한 실시예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 일반적으로 플립칩 BGA 패키지 제조공정에 대해서 먼저 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a flip chip mounting substrate according to the present invention and preferred embodiments of the substrate manufactured thereby will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, prior to describing in detail the preferred embodiments of the present invention will be described in general for the flip chip BGA package manufacturing process.
플립칩 BGA 패키지는 플립칩 BGA 기판의 상면에 형성된 솔더 펌프가 플립칩(다이) 패드와 결합시켜 하나의 패키지를 구성한다. 순서대로 살펴보면, (a) 플립칩에 알루미늄 패드를 형성하고 보호층으로 덮는다. (b) 예를 들면 스퍼터링 공정과 같은 공정으로 금속층을 형성하고 알루미늄 패드와 접속시킨다. (c) 패드 부위만 열리도록 포토레지스트로 도포하고, (d) 포토레지스트의 개구부에 납 도금한다. (e) 포토레지스트를 제거하고, (f) 납 도금된 이외의 영역의 금속박을 에칭으로 제거한다. (g) 열을 가하여 납 도금을 둥글게 가공하고, (h) 이와 같은 방법에 의하여 제작된 펌프 칩을 플립칩 BGA 기판에 접합한다. 여기서 접합하는 방법은 리플로우 장치에 넣은 후 기판을 고온으로 가열하여 납 도금을 녹여서 플립칩 BGA 기판의 접촉 패드와 칩의 패드를 접속한다. 그리고 언더필(underfill) 공정에 의하여 수지를 상기 플립칩 BGA 기판과 상기 칩 사이에 충전한다. In a flip chip BGA package, a solder pump formed on an upper surface of a flip chip BGA substrate is combined with a flip chip (die) pad to form a package. Looking at the order, (a) to form an aluminum pad on the flip chip and covered with a protective layer. (b) For example, a metal layer is formed by a process such as a sputtering process and connected to the aluminum pad. (c) It is coated with photoresist so that only the pad part is opened, and (d) lead-plated in the opening of the photoresist. (e) Photoresist is removed, and (f) metal foil of regions other than lead plating is removed by etching. (g) Rounding the lead plating by applying heat, and (h) bonding the pump chip produced by this method to the flip chip BGA substrate. In the bonding method, the contact pad of the flip chip BGA substrate and the pad of the chip are connected by heating the substrate to a high temperature, melting the lead plating after placing it in the reflow apparatus. The resin is filled between the flip chip BGA substrate and the chip by an underfill process.
일반적으로 반도체 실장용 기판에서 주기판과 연결되는 기판의 하면에 솔더 볼을 형성하는 것이 일반적인데, 본 발명에서는 반도체 실장용 기판의 상면에 솔더 볼로 솔더 펌프를 형성하는 것을 특징으로 한다.In general, the solder ball is formed on the lower surface of the substrate connected to the main board in the semiconductor mounting substrate. In the present invention, a solder pump is formed on the upper surface of the semiconductor mounting substrate by solder balls.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플립칩 실장용 기판의 제조방법을 나타내는 순서도이다. 도 1을 참조하면 플립칩 실장용 기판의 제조방법 중 플립칩 결합부를 제조함에 있어서, 단계 100에서 솔더 레지스트층의 개구부에 플럭스(flux)를 도포한다. 그리고 단계 105에서와 같이 솔더 레지스트층의 개구부와 상응하는 위치에 관통홀을 가지는 마스크를 솔더 레지스트층의 상부에 적층하고, 단계 110에서 상기 관통홀에 각각 하나의 솔더 볼을 공급하여 상기 개구부와 솔더 볼을 결합시킨다. 단계 115에서는 이 마스크를 제거하고, 단계 120에서 솔더 볼이 결합된 기판을 리플로우(reflow)한 후, 단계 125에서 상술한 플럭스를 제거한다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a flip chip mounting substrate according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, in manufacturing a flip chip joint in a method of manufacturing a flip chip mounting substrate, flux is applied to an opening of a solder resist layer in
여기서 단계 130과 같이 플럭스를 제거하는 단계를 거친 기판을 코이닝(coinning)하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이는 금속 박막층과 기판의 도전층과의 안정적인 결합을 형성하기 위한 것으로 당해 기술분야의 통상적인 방법에 따라 수행될 수 있다. The method may further include coining the substrate which has undergone the flux removal as in
이러한 방법으로 사전에 미리 제조된 솔더 볼로 플립칩 실장용 기판의 상부에 솔더 펌프를 형성하면 균일한 솔더 펌프를 형성할 수 있다.In this way, if a solder pump is formed on the flip chip mounting substrate with solder balls prepared in advance, a uniform solder pump can be formed.
도 2은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플립칩 실장용 기판의 제조방법을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하여 본 발명의 플립칩 실장용 기판의 제조방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다. 바람직한 일 실시예에 따른 본 발명의 제조방법은 (a) 솔더 레지스트층(20)의 개구부(25)에 플럭스(flux)(30)를 도포하는 단계, (b) 상기 솔더 레지스트층의 개구부(25)와 상응하는 위치에 관통홀(45)을 가지 는 마스크(40)를 상기 솔더 레지스트층(20)의 상부에 적층하는 단계, (c) 상기 관통홀(45)에 각각 하나의 솔더 볼(50)을 공급하여 상기 개구부(25)와 솔더 볼(50)을 결합시키는 단계, (d) 상기 마스크(40)를 제거하는 단계, (e) 상기 단계 (d)의 솔더 볼(50)이 결합된 기판을 리플로우(reflow)하는 단계 및 (f) 상기 플럭스(30)를 제거하는 단계 를 포함한다. 2 is a view showing a method of manufacturing a flip chip mounting substrate according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 2 will be described in more detail the manufacturing method of the flip chip mounting substrate of the present invention. According to a preferred embodiment of the present invention, (a) applying a
여기서 솔더 레지스트층을 형성하는 방법은 당해 기술분야에서 수행되는 통상적인 방법에 의할 수 있고, 예를 들면 전처리가 완료된 가판 표면을 솔더 레지스트 잉크로 완전히 덮어 코팅할 수 있다. 이 같은 솔더 레지스트층은 기판 표면 회로를 보호하고, 기판 표면 회로의 산화를 방지하며, 표면 회로간의 전기적인 절연 안정성을 유지하기 위하여 형성한다. 또한 솔더 레지스트층은 부품 실장 시 부품 실장 제외 부분의 솔더 부착을 방지하고, 부품 실장 시 회로 간의 쇼트(short) 불량 발생을 방지하기 위하여 형성한다. Here, the method of forming the solder resist layer may be by a conventional method performed in the art, for example, the surface of the pre-processed substrate can be completely covered with solder resist ink and coated. This solder resist layer is formed to protect the substrate surface circuitry, prevent oxidation of the substrate surface circuitry, and maintain electrical insulation stability between the surface circuitry. In addition, the solder resist layer is formed in order to prevent solder adhesion of parts other than the component mounting during component mounting and to prevent short defects between circuits during component mounting.
본 발명에서 솔더 레지스트층 개구부(120)는 솔더 레지스트 잉크가 코팅되지 않은 부분을 말한다. 이 솔더 레지스트층 개구부에 플럭스를 도포하게 되는데, 이 플럭스는 금속 박막층과 기판 내부의 전도층과의 결합력이 좋도록 하기 위하여 사용되는 것이다. 이와 같은 플럭스는 통상적인 범위에서 제한 없이 사용될 수 있다.In the present invention, the solder resist layer opening 120 refers to a portion where the solder resist ink is not coated. Flux is applied to the solder resist layer openings, which are used for good bonding between the metal thin film layer and the conductive layer inside the substrate. Such flux can be used without limitation in the conventional range.
마스크는 솔더 페이스트를 스퀴지로 인쇄하는 경우에 사용하는 통상의 마스크를 사용할 수 있다. 예를 들면 금속 마스크를 사용할 수 있다. 본 발명의 제조방법에 사용되는 플럭스의 종류나 플럭스 제거방법, 리플로우 조건은 당해 기술의 통 상적인 범위에서 선택될 수 있으며, 특별한 제한은 없다.As a mask, the normal mask used when printing a solder paste with a squeegee can be used. For example, a metal mask can be used. The type of flux used for the production method of the present invention, the flux removal method, and the reflow condition may be selected within a conventional range of the art, and there is no particular limitation.
통상적으로 리플로우는 200 내지 300℃에서 수행되는 것이 바람직하고, 솔더 볼에 납이 함유되어 있는 경우는 약 240℃로, 납이 함유되지 않은 경우는 약 260℃로 리플로우하는 것이 바람직하다.Typically, the reflow is preferably performed at 200 to 300 ° C., and if the solder ball contains lead, it is preferable to reflow to about 240 ° C. and to lead to about 260 ° C. if no lead is contained.
솔더 볼(50)의 구성은 통상적인 솔더 페이스트와 동일한 조성을 가지며, 예를 들면 주석 96.5중량부, 은 3중량부 및 구리 0.3중량부를 포함하는 솔더 볼을 제조할 수 있다. The
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 솔더 볼이 기판에 공급되는 것을 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 마스크(40)의 관통홀(45)은 솔더 레지스트층(20)의 개구부(25)의 크기보다 크거나 동일하다. 이는 개구부의 직경보다 큰 직경을 가지는 솔더 볼이 공급될 수 있도록 하기위해서 이다. 3 is a view showing that a solder ball is supplied to a substrate according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the through
여기서 솔더 볼의 직경은 플립칩 실장용 기판의 하면에 형성되는 솔더 볼 보다 작은 직경을 가진다. 이는 본 발명의 솔더 볼에 의하여 형성되는 솔더 펌프가 연결되는 것은 주기판보다 고밀도의 좁은 배선을 가지는 플립칩과 연결되기 때문이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔더 볼의 직경은 80 내지 110㎛이다. Here, the solder ball has a diameter smaller than that of the solder ball formed on the bottom surface of the flip chip mounting substrate. This is because the solder pump formed by the solder ball of the present invention is connected to a flip chip having a narrower wiring with a higher density than the main board. The diameter of the solder ball according to the preferred embodiment of the present invention is 80 to 110㎛.
또한 동일한 체적을 가지는 솔더 볼로 솔더 펌프를 형성하므로, 솔더 브리지와 같은 불량발생의 우려가 적다. 따라서 종래와 비교하여 보다 좁은 가격의 고밀도 솔더 펌프를 형성할 수 있다. In addition, since the solder pump is formed of solder balls having the same volume, there is less possibility of defects such as solder bridges. Therefore, it is possible to form a higher density solder pump with a narrower price than the conventional one.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 솔더 볼을 나타내는 사진이다. 도 4의 (a)는 솔더 볼(50)을 리플로우시키는 단계를 나타내는 사진이고, 도 4 의 (b)는 플럭스가 제거되어 도전층과 결합된 솔더 펌프를 나타내는 사진이다. Figure 4 is a photograph showing a solder ball according to an embodiment of the present invention. Figure 4 (a) is a photograph showing a step of reflowing the
이와 같이 형성된 플립칩 실장용 기판은 스퀴즈의 솔더 페이스트 빠짐성 우려가 없고, 솔더 페이스트를 사용하지 않아, LVSB, 미싱 펌프의 펌프 불량의 발생이 적어 플립칩과 기판 간의 통전성이 우수하고 전기 신뢰도도 우수한 기판을 얻을 수 있다.The flip chip mounting substrate thus formed has no fear of squeeze solder paste omission and does not use solder paste, resulting in less pump defects in LVSB and sewing pumps, resulting in excellent electrical conductivity between the flip chip and the substrate and excellent electrical reliability. A substrate can be obtained.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.The present invention is not limited to the above embodiments, and many variations are possible by those skilled in the art within the spirit of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자, 미리 형성된 솔더 볼을 마스크의 관통홀에 공급하는 플립칩 실장용 기판의 제조방법 및 플립칩 실장용 기판을 제공한다. As described above, the present invention according to the present invention provides a method for manufacturing a flip chip mounting substrate and a flip chip mounting substrate for supplying a preformed solder ball to a through hole of a mask.
또한, 본 발명은 스퀴즈의 솔더 페이스트 빠짐성 우려가 없고, 솔더 페이스트를 사용하지 않아, LVSB, 미싱 펌프의 펌프 불량의 발생이 적은 플립칩 실장용 기판의 제조방법 및 플립칩 실장용 기판을 제공한다.In addition, the present invention provides a method of manufacturing a flip chip mounting substrate and a flip chip mounting substrate, which have no fear of squeeze solder paste detachment and do not use solder paste, so that pump defects of LVSBs and sewing pumps are less likely to occur. .
또한, 동일한 크기의 솔더 볼이 공급되어 동일한 체적을 가지는 솔더 펌프를 형성할 수 있어, 보다 조밀한 간격을 가지는 솔더 펌프를 형성할 수 있는 플립칩 실장용 기판의 제조방법 및 플립칩 실장용 기판을 제공한다.In addition, a solder pump having the same size can be supplied to form a solder pump having the same volume, and thus a method for manufacturing a flip chip mounting substrate and a flip chip mounting substrate capable of forming a solder pump having a tighter spacing. to provide.
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