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[국내논문] 패키지 기판 디스미어 공정의 대기압 플라즈마 처리 특성
Process Characteristics of Atmospheric Pressure Plasma for Package Substrate Desmear Process 원문보기

韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society, v.18 no.5, 2009년, pp.337 - 345  

유선중 (삼성전기 기판선행개발팀)

초록
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패키지 기판의 지름 $100{\mu}m$ 이하 미세 드릴 구멍의 경우 습식 디스미어 공정만으로는 구멍 내부의 스미어를 효과적으로 제거할 수 없다. 본 연구에서는 습식 디스미어 공정의 이전 단계에서 대기압 플라즈마를 처리하여 소수성의 기판 표면을 친수성으로 개질하고자 하였다. 대기압 플라즈마 공정은 리모트 DBD 방식의 전극을 이용하여 패키지 제조 공정에 적합한 인라인 형태의 장비로 구성되었다. 대기압 플라즈마를 처리한 결과 접촉각 기준으로 $71^{\circ}$의 소수성 절연 필름 표면이 $30^{\circ}$ 정도의 친수성 표면으로 개질되었다. 대기압 플라즈마 처리 유무에 따른 습식 디스미어 공정의 특성을 평가하기 위하여 절연 필름의 두께, 드릴 구멍 지름, 표면 조도의 변화를 측정하였는데, 대기압 플라즈마 처리 시 기판 전면에서 공정 특성의 균일도가 향상되는 것을 확인하였다. 또한 대기압 플라즈마 처리 유무에 따른 드릴 구멍의 SEM 사진 분석 결과 대기압 플라즈마 처리 시 구멍 내부의 스미어가 효과적으로 제거됨을 실험적으로 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

When the drill hole diameter for the package substrate is under $100{\mu}m$, the smear in the drill hole cannot be eliminated by wet desmear process only. We intended to change the substrate's hydrophobic characteristics to hydrophilic characteristics by adapting the atmospheric pressure ...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 진공 플라즈마 공정의 장비 형태는 진공 용기(vacuum chamber)를 사용하는 배치 처리(batch process)방식이므로 대부분 공정이 인라인 처리(inline process) 방식의 장비로 구성되어 있는 패키지 제조 공정에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 절연 필름의 소수성 성질을 친수성(hydrophilic)으로 개질하기 위하여 리모트 DBD (dielectric barrier discharge) 방식의 대기압 플라즈마 처리를 적용하고자 하였다 [3-8]. 대기압 플라즈마 공정은 상압에서 별도의 진공 용기를 사용하지 않고 인라인 장비로 구성될 수 있으므로 패키지 기판 제조 공정에 적합하다 [9,10].
  • 또한 대기압 플라즈마 처리가 습식 디스미어 공정 특성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 패키지 기판의 절연 필름 두께, 드릴 가공 구멍 지름 및 표면 조도의 변화를 측정하였다. 최종적으로 대기압 플라즈마 처리 유무에 따른 드릴 구멍의 스미어 제거 상태를 SEM 사진 촬영으로 확인하여 대기압 플라즈마를 적용함으로써 습식 디스미어 공정의 특성을 향상시킬 수 있음을 실험적으로 검증하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 미세 드릴 구멍에 대한 디스미어 약품액의 침투성을 증가시킬 목적으로 절연 필름 표면을 소수성에서 친수성으로 개질시키고자 하였다. 기존에 패키지 기판의 표면 개질에 사용되는 장비로는 O2, CF4 등을 사용하는 CCP(charge coupled plasma) 방식의 진공 플라즈마 장비 또는 UV 장비가 사용되었다.
  • 기존에 패키지 기판의 표면 개질에 사용되는 장비로는 O2, CF4 등을 사용하는 CCP(charge coupled plasma) 방식의 진공 플라즈마 장비 또는 UV 장비가 사용되었다. 본 연구에서는 동일한 목적에 대기압 플라즈마 장비를 적용하고자 한다. 대기압 플라즈마 장비는 진공 플라즈마 장비에 비해 생산성이 우수하며 인라인 구성이 가능하다는 장점이 있고 UV 장비에 비해서는 운용비용(running cost)이 저렴하다는 장점을 가지고 있다.
  • 본 연구에서는 대기압 플라즈마 처리된 패키지 기판 표면의 친수성 정도를 측정하기 위하여 순수(deionized water)를 이용한 접촉각 측정 실험을 수행하였다. 대기압 플라즈마 처리된 패키지 기판의 접촉각은 기판-전극 간격, 전원공급장치 전압, 가스 혼합 비율, 기판 이송 속도에 따라 다른 값을 가지게 된다.
  • 본 연구에서는 패키지 기판용 습식 디스미어 공정의 디스미어 제거 능력을 향상시키기 위해서 대기압 플라즈마 처리를 적용하고자 하였다. 드릴 구멍의 크기가 미세해짐에 따라 습식 디스미어 공정만으로는 스미어가 완전히 제거되지 못하는 문제가 발생하고 있는데 이는 디스미어 약품액이 미세한 드릴 구멍 내부로 침투하지 못하기 때문으로 추정된다.
  • 이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 패키지 기판에 도포되어 있는 절연 필름의 표면 에너지 수준을 대기압 플라즈마 처리를 통하여 높이고자 하였다. 본 연구에서 사용한 대기압 플라즈마 장비는 리모트 DBD 방식의 전극을 장착하여 패널을 인라인 형태로 수평 이송시키면서 패널 상하면에 설치된 2개의 전극이 플라즈마 처리를 하는 것으로 구성되어 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스미어는 무엇을 방해하는가? 이때 녹은 절연 필름의 수지 성분이 드릴 구멍 내벽 및 바닥면에 눌러 붙게 되는데 이를 스미어(smear)라고 한다. 스미어는 후속 공정인 Cu 도금 공정에서 정상적인 Cu 층이 형성되는 것을 방해하며 따라서 패키지 기판제조에서는 드릴 공정 이후 반드시 과망간상 에칭 방법의 습식 디스미어(wet desmear) 공정을 진행함으로서 Cu 도금 전에 스미어가 제거되도록 하고 있다.
패키지 기판은 어떤 부품인가? 패키지 기판(package substrate)은 반도체칩과 전자제품의 주기판을 전기적으로 연결해주는 부품으로 PCB(printed circuit board)의 한 가지 종류이다. 패키지 기판의 층수는 종류에 따라 2~10층까지 다양하며, 각 층간의 전기적 연결은 기계식 드릴(mechanical drill) 또는 레이저 드릴(laser drill)에 의해 가공된 미세 구멍에 Cu 도금을 함으로써 이루어진다.
습식 디스미어 공정만으로 스미어가 완전히 제거되지 못하는 현상이 발생하는 원인은 무엇으로 추정되는가? 최근 들어 반도체칩의 집적도 증가에 따라 패키지 기판 드릴 구멍의 지름이 100μm 이하로 미세해지고 있는데, 이러한 경우 습식 디스미어 공정만으로는 스미어가 완전히 제거되지 못하는 현상이 발생한다. 이러한 현상의 원인은 디스미어 약품액이 미세한 드릴 구멍 내부로 침투하지 못하기 때문으로 추정되는데, 실제로 패키지 기판 절연 필름(dielectric film)의 표면 성질은 접촉각 기준 71° 정도로서 소수성(hydrophobic)을 띄는 것으로 측정되었다.
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참고문헌 (10)

  1. L. Yang, J. B. Bernstein, and K. C. Leong, IEEE Transactions on Electronics Packing Manufacturing 25, 91 (2002) 

  2. S. Luo and C. P. Wong, IEEE Transactions on Electronics Packing Manufacturing 26, 345 (2003) 

  3. H. S. Uhm, Journal of the Korean Vacuum Society 15, 117 (2006) 

  4. T. Yamamoto, J. R. Newsome, and D. S. Ensor, IEEE Transanctions on Industry Applications 31, 494 (1995) 

  5. M. C. Kima, S. H. Yanga, J. -H. Boob, and J.G. Hanb, Surface & Coating Technology 174, 839 (2003) 

  6. C. Lee, S. Lee, and B. Kim, Transactions of the KSME A 32, 354 (2008) 

  7. S. J. Lee, H. S. Shin, J. W. Suk, G. W, Jang, and Y. H. Baek, Journal of the Korean Vacuum Society 18, 1 (2009) 

  8. K. S. Lee and S. J. Ryu, Journal of the Semiconductor & Display Equipment Technology 8, 15 (2009) 

  9. D. Linaschke, M. Leistner, P. Grabau, and G. Mader, IEEE Transactions on Plasma Science 37, 979 (2009) 

  10. G.-K. Kim, Journal of the Electronics Engineers of Korea 45, 333 (2008) 

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