JP2005197649A - フリップチップバンプパッド形成方法及びその構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】絶縁層310表面に無電解銅鍍金をして無電解銅鍍金層を形成して感光材320を塗布する第1段階と、上記感光材320を露光/現像してレジストパターン330を形成して、パルス鍍金でパルス鍍金層340を形成する第2段階と、上記第2段階で形成されたパルス鍍金層上に電解銅直流鍍金を実施して直流鍍金層を形成する第3段階、及び上記第2段階で形成されたレジストパターン330を除去して、上記第1段階で形成された無電解銅鍍金層を除去する第4段階を含んで構成される。
【選択図】図3c
Description
電子パッケージングは半導体チップ(chip)を構成してシステムで作る技術としてパッケージングの機能は次のようになる。
電子パッケージングの(1)チップ(chip)内部の接続(interconnection)段階、(2)半導体チップを単一チップモジュール(single chip module:SCM)にパッケージングする段階、(3)SCMをPCBなどのカード(card)に接合する段階、(4)多数枚のカードをコネクター(connector)などを利用してボードに結合させる段階、(5)システムを構成するなどの5段階で構成される。
電子パッケージングの段階から0段階はチップ内部のメタライゼーション(metalization)工程で、マイクロ接合は主に1、2の段階で使われる。
このような接合工程は半導体回路に損傷を起こさないように低い温度で接合が行わなければならない。
ここでは1段階であるチップレベル(chip level)の接合方法であるワイヤボンディング、TAB、フリップチップ (またはC4:Controlled Collapse Chip Connection)工程中フリップチップ(またはC4:Controlled Collapse Chip Connection)工程を説明する。
この方法はベアチップ(bare chip)のA1パッドの上に形成されたメタライゼーション(metalization)部位にソルダバンプ(solder bump)を蒸着させて、リフロー(reflow)ソルダリング工程でソルダの形状を球形に作る。
パッシベーション層は絶縁だけではなく回路やシリコーン(silicon)表面を不純物や水気などから保護する役目をする。
ソルダの成分はセラミックス(ceramic)基板の場合には95%Pb−5%Sn(Tm=315℃)を使って、PCBなどの基板では37%Pb−63%Sn(Tm=183℃)の工程(eutectic)造成を使う。
フリップチップ方法は集積密度を高めて電力の消耗を減らすことができるので通信装備などに幅広く使われており、COBとMCMの基本要素となる。
集積密度が増加するによって単位面積当たりの発熱量も増加するので冷却が非常に重要である。フリップチップと基板の回路線を連結するために多層基板(multi−layer substrate)がたくさん使われており、基板間の連結はビア(VIA)を通じて行われる。
伝導性接着剤を利用したフリップチップ技術はパッドに均一な高さのバンプ(Bump)を形成する工程、伝導性粒子が含まれた接着剤を塗布する工程、チップと基板との接合工程で構成される。
このようなフリップチップ技術を構成する多くの工程中、バンプ形成技術は微細なパッドごとに選択的に望む高さのバンプを形成させなければならない困難がある。
韓国特許出願2001−0022996 号では、フォトリソグラフィを用いたバンプ形成方法が開示されている。
既存の高密度フリップチップ実装パッドの製造方法は次のような2種類の方法がある。
その一つの方法はサブトラクティブ(Subtractive)法として銅箔または直流電気銅鍍金上に感光性レジストを付けて露光/現像フォトリソグラフィ法でレジストパターンを形成した後エッチングで不必要な銅を除去して、最後に残る回路の上にレジストを除去する方法である。
図1aを参照すれば、絶縁材(110)上に銅箔または直流電気銅鍍金によって銅パッド(120)を形成した後、図1bに示したように感光材(130)を加える、ここでは感光材としてドライフィルムを使う。
そして、図1cを参照すればドライフィルム(130)を露光/現像して銅パッド(120)の上部にあるドライフィルム(130)を除去してレジストパターンを形成する。
以後に、図1eを参照すればレジストパターン(130)を除去して、表面処理をしてバンプパッドの最終製品を形成する。
しかし、上記のような従来方法ではフリップチップパッドが台形状に形成されてパッド表面を規定サイズに設定しようとすればパッド下部が規定サイズより大きくなって横のパッドと十分な空間を確保することができなくなる問題点がある。
図2aを参照すれば、絶縁材(210)上に薄膜無電解銅鍍金をして、図2bを参照すればその上にドライフィルム(230)を加えて、ドライフィルム(230)を露光現像してレジストパターン(230)を形成する。
そして、図2cを参照すれば、電解銅パルス鍍金で回路を形成して、図2dを参照すれば不必要なレジスト及び無電解銅を除去して回路を形成して、図2eを参照すれば表面処理をして最終製品であるバンプパッドを形成する。
また、本発明は絶縁層上に積層された無電解銅鍍金の薄膜パターン層、上記無電解銅鍍金の薄膜パターン層上に積層されたパルス鍍金層、及び上記パルス鍍金層上に積層された直流鍍金層を含んでなることを特徴とする。
また、本発明では、上記パルス鍍金層と上記直流鍍金層が総20umであることを特徴として、上記直流鍍金層は5〜10umであることを特徴とする。
また、本発明によれば、パッド表面が平坦であるためワイヤボンディング対応の微細パッドを形成させることが可能になる效果がある。
無電解銅鍍金は鍍金液に基板をつける方法で鍍金を行うので基板のすべての部分が鍍金される。
このような無電解銅鍍金は1)脱脂、2)ソフト腐食、3)予備触媒処理、4)触媒処理、5)活性化、6)無電解銅鍍金、7)酸化防止処理で成り立っている。
ソフト腐食過程は銅箔の表面に微細な粗を作って鍍金段階で銅粒子を均一に密着させる。また脱脂でも処理されない汚染物を除去する效果もある。
予備触媒処理過程は触媒処理に先立って、低濃度の触媒薬品に基板をつけて初期処理段階で使われる薬品が汚染するとか濃度が変化するとかということを防止するための処理である。
この時、離れたSn成分を除去するための濾過システムが必ず必要である。無電解銅鍍金の化学反応は銅の析出、液分解反応、安定化反応で成り立っている。
反応の結果で発生する副産物のための濾過装置が必要であり、これを活用することで鍍金液の使用時間が延長される。一方、銅鍍金は厚さによってヘビー銅鍍金、ミディアム銅鍍金、ライト銅鍍金で区分することができる。
酸化防止過程は無電解銅鍍金後に残存するアルカリ成分によって鍍金膜が酸化されることを防止するために酸化防止膜を全面にコーティングする。
以後に、図3bを参照すれば、感光剤(ドライフィルム)を加えた後、画像形成工程を遂行して鍍金レジストパターン(330)を形成する。
この時、カバーフィルムをむいてマイラー(mylar)フィルムを残しておいて感光材であるフォトレジストフィルムを保護する。
D/Fラミネーションを遂行する時には、特にほこりのような異物から汚染されることを徹底的に防止しなければならない。ラミネーション工程の品質に影響を及ぼす要素としては圧搾用ローラーの温度、圧搾の速度、基板の温度などがある。
一方、液状感光材法は感光される液体状態の感光材を基板にコーティングして乾燥する方法で、D/Fを加える時と等しい效果を得る。 液状感光材はD/Fより薄く塗布することができてより微細な回路パターンを形成するのに有利である。
しかし、にほこりのような汚染に弱くて、作業が難しくて、均一な厚さでコーティングしにくい短所がある。現在使われているコーティング方式としてはスクリーンコーティング方式、ディープコーティング方式、ロールコーティング方式、ED方式などがある。
露光と言うのは言葉とおり光に露出させる工程である。D/Fや液状感光材をコーティングした基板にアートワークフィルムを密着させた後に紫外線をあてて感光材を光に反応させる工程である。
露光に影響を及ぼす要素には露光量、アートワークフィルムの密着のための真空補助道具の性能、露光量の均一度、真空度、露光時間、紫外線ランプの性能などがある。
現像は紫外線に露出して硬化された部分を残して、その以外の部分は溶解させて除去する過程である。現像を通じてアートワークフィルム上の配線パターンがようやく基板に現われる。現像液としては炭酸ナトリウムや炭酸カリウムが使われる。
露光を行った状態でも配線パターンが観察されるが鮮明ではない。しかし現像を行われとフォトレジストが選択的に除去されて配線パターンが鮮明に現われる。現像工程に影響を及ぼす要素には現像液の濃度と温度、現像圧力、消泡剤の種類、水洗圧力と温度、現像時間と水洗時間の比率、乾燥温度と時間等がある。
スクリーン印刷法を適用するためにはスクリーンを作る製版作業が先に行なうのがよい。ここではまず製版作業の原理と作業過程を説明して、引き続き、スクリーンを利用して配線パターンを印刷する方法を説明する。
製版と言うのは配線パターンを初めとする各種パターンを印刷するためのスクリーンを作る過程を言う。製版の過程は次のようである。まず、製版用フレームの上にスクリーンを広げる。スクリーンを広げる時は手動工具や自動機械を使って、バイアスをかけるようにフレームに対して均一にスクリーンを広げておく。
尚、スクリーン上で引張力が均一であるかどうかを確認するために引張力測定機を広がったスクリーンの上において引張力を測定する。引張力が均一ではないスクリーンに配線パターンを印刷すればパターンに歪みが発生して断線や短絡のような不良が発生する。
以上のような過程を経って製版用フレームにスクリーンが固定されて、配線パターンをスクリーン上に形成する。
脱脂過程はスクリーンに付いている油脂分を中性洗剤または弱アルカリ水溶液で除去及び洗滌することで次の段階で感光乳剤の接着性が高くなる。
感光乳剤のコーティング過程はスクリーンの両面を同時にコーティングして、用途によってコーティングの厚さを異にする。感光乳剤ではゼラチン、PVAの重クロム酸塩、ゼラチン鉄塩、ジアゾなどが使われる。
感光乳剤のコーティング後には乾燥させて露光作業に備える。アートワークフィルム準備過程はスクリーンに伝写する配線パターンが出力されたアートワークフィルムを準備する。露光及び現像過程はアートワークフィルムをスクリーンと密着させた後に水銀などのような光源で光を照射して露光させる。
乾燥過程は現像のために使われた水を乾燥する。検査過程は製版状態を肉眼で確認して再現性、乳剤の密着及び固定状態、パターンの鮮明度などを確認する。
スクリーン印刷を他の言葉で「シルクスクリーン」と言うのが、これは初期にスクリーンの材料としてシルクを使ったからである。スクリーン印刷の最大の特徴は量産性である。
スキージはスキージと基板が成す角度、印刷速度、刃の形を考慮して適切に選択しなければならない。スキージは耐磨耗性と溶剤に対する耐性が要求される。傾斜度は50〜80°で、ウレタンゴムが主に使われる。
乾燥方法には常温乾燥、温風乾燥、伝熱乾燥、遠赤外線乾燥及び紫外線乾燥がある。遠赤外線乾燥方法が主に使われてきたが、最近では紫外線乾燥方法も多く使われている。
乾燥が不十分であると腐食工程で腐食液をまくスプレー圧力によってレジストインクが損傷されて保護しなければならない銅箔が腐食される場合もあるので気を付けなければならない。
図3cでは電解銅パルス鍍金で回路を形成する。この時、パルス鍍金による鍍金層(340)の深さは5〜10umが適切である。
パルス鍍金の主要目的は次のようである。
―蒸着物の物性すなわち、気孔度、軟性、硬度、電気伝導度、耐磨耗性、表面の粗いなどの向上。
―DC鍍金で得られる構造と造成の合金蒸着。
―周期的に反転される極性による鍍金層厚さの分布の向上。
―より良い制限項目によってパルス鍍金が成り立つと言っても平均蒸着速度の増加。
直流鍍金と言うのは直流(DC)の使用でパルス鍍金層の表面に金属をコーティングする過程である。
整流器の陰極ターミナルに鍍金する部品を連結する。鍍金される部品は陰極に荷電されて、それは陰極(cathode)と呼ばれる。タンク内の溶液は銅をイオン形態で含む。
整流器の両極ターミナルには金属などが連結される。銅、または両極に荷電された電極である銅を陽極(anode)と呼ぶ。工程が進行されれば金属銅陽極は溶解されて溶液は深い緑色を形成する。
析出された銅の量は電流量(アンペアとして)と鍍金「槽」で部品に電流が流れる時間の長さによって調節される。鍍金時間は普通10〜30分である。
ASFは表面積1平方フィート当たり流れる電流(アンペアとして)を意味して電流密度(current density)と呼ぶ。各鍍金浴ごとに適切な電流密度の範囲を持っている。とても低い電流が適用されれば、表面が鮮明ではなくて鈍くコーティングされる。
次に、図3eを参照すれば、不必要になったレジストパターン(330)を剥離して、図3fを参照すれば無電解銅鍍金層(320)を除去する。
図4a及び図4bを参照すれば、表面と側面 から見た時、銅鍍金の析出構造が大きさのため結晶と結晶の間が後工程の酸で粒界エッチングされてその表面が大きい凹凸状態になって、その凹凸に対するソルダレジスト残渣や表面平坦性の足によってフリップチップの接合不良の原因となる。
以上で説明したことは本発明によるフリップチップバンプパッド形成方法及びその構造を実施するための一つの実施例に過ぎない。本発明は上のような実施例に限定されなく、以下の特許請求範囲で請求する本発明の要旨を外さず当該発明の属する分野において通常の知識を持つ者なら誰でも多様な変更実施が可能である。
320:感光材
330:レジストパターン
340:パルス鍍金層
350:直流鍍金層
Claims (9)
- 絶縁層表面に無電解の銅鍍金をして無電解銅鍍金層を形成して感光材を塗布する第1段階と、
上記感光材を露光/現像してレジストパターンを形成して、パルス鍍金でパルス鍍金層を形成する第2段階と、
上記第2段階で形成されたパルス鍍金層上に電解銅の直流鍍金を施して直流鍍金層を形成する第3段階と、及び
上記第2段階で形成されたレジストパターンを除去して、上記第1段階で形成された無電解銅鍍金層を除去する第4段階を含んでなるフリップチップバンプパッドの形成方法。 - 上記第1段階は、絶縁層表面に無電解の銅鍍金をして無電解銅鍍金層を形成する第1−1段階と、及び
上記第1−1段階で形成された無電解銅鍍金層上に感光材を塗布する第1−2段階を含んでなることを特徴とする請求項1記載のフリップチップバンプパッドの形成方法。 - 上記1−2段階で上記無電解銅鍍金層上に塗布された感光材が25um以下であることを特徴とする請求項2記載のフリップチップバンプパッドの形成方法。
- 上記1−2段階で上記無電解銅鍍金層上に塗布された感光材がドライフィルムであることを特徴とする請求項2記載のフリップチップバンプパッドの形成方法。
- 上記第2段階は、上記感光材を露光/現像してレジストパターンを形成する第2−1段階と、及び
上記感光材が露光/現像されて形成されたレジストパターンに電解パルス鍍金でパルス鍍金層を形成する第2−2段階を含んでなることを特徴とする請求項1記載のフリップチップバンプパッドの形成方法。 - 上記第2−2段階で形成されたパルス鍍金層が5〜10umであることを特徴とする請求項5記載のフリップチップバンプパッドの形成方法。
- 絶縁層上にパターン化されて所定の高さで積層された無電解銅鍍金の薄膜パターン層と、
上記無電解銅鍍金の薄膜パターン層上に所定の高さで積層されたパルス鍍金層と、及び
上記パルス鍍金層上に所定の高さで積層された直流鍍金層を含んでなるフリップチップバンプパッド構造。 - 上記パルス鍍金層と上記直流鍍金層が総20um以下であることを特徴とする請求項7記載のフリップチップバンプパッド構造。
- 上記直流鍍金層が5〜10umであることを特徴とする請求項7記載のフリップチップバンプパッド構造。
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