JP5624077B2 - パッケージ基板 - Google Patents

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Description

本発明は、パッケージ基板及びその製造方法に関し、より詳細には、合金でメタルポストを構成し、その上部に熱拡散防止膜を形成したパッケージ基板及びその製造方法に関する。
一般的に、フリップチップパッケージは、チップと基板に形成されたはんだバンプを用いて接続する構造を有している。このような構造のフリップチップパッケージは、高速大容量データを処理することを目的としているため、半導体のデータ処理容量の増加と軽薄短小の傾向に伴って、バンプピッチが次第に減少している。
このような傾向に伴うパッケージの変化は、バンプ信頼性の悪化という問題点を発生させるため、これに対する迅速な改善が必要である。
従来は、基板とチップのバンプ接続信頼性を向上させるために、チップ側のバンプ材料をはんだから機械的強度に優れ安定的な銅に代替し、基板側のバンプにも銅ポストで形成した構造が提案されている。
この場合、チップと基板に形成された銅を接合するための媒介体としてはんだを用いているが、通常、基板に形成された銅ポストの上にはんだを印刷またはめっきして使用している。
しかし、前記のような銅ポスト上に形成されたはんだバンプはいくつかの問題点を有している。銅ポストは、銅の性質上酸化しやすく硬度が高いため、基板とチップとの間に反り（ｗａｒｐａｇｅ）現象が発生することで銅ポストに亀裂が生じ、反りがひどい場合には銅ポストに短絡現象が発生する問題がある。
このような問題点を解決するために、様々な合金材料で銅ポストを代替しようとする試みがあった。しかし、合金材料を用いてポストを形成すると、金属シード層とドライフィルムとの間でドライフィルムの剥離現象が発生して、めっきされてはならない絶縁層がめっきされたり、逆にめっきされるべきパッドには全くめっきされない問題点が発生した。
また、合金材料で構成された銅ポスト上に、はんだのめっきや印刷後にリフローを行うと、銅ポストとはんだとの間の界面がなくなり、はんだが銅ポストの上面や側面に流れたり、リフロー工程が行われる際にはんだから高温の熱が伝達され、銅ポスト自体が溶融される深刻な問題が発生する恐れがある。
韓国公開特許第１０−２００８−００２０３６５号公報 韓国公開特許第１０−２０１０−００６０９６８号公報
従って、本発明は、従来のパッケージ基板において提起されている前記様々な短所と問題点を解決するために導き出されたものであって、本発明の目的は、メタルポストを合金で構成し、その上部に熱拡散防止膜を形成することにより、ドライフィルムの剥離現象を防止し、リフロー工程時にメタルポストの溶融を防止するようにしたパッケージ基板及びその製造方法を提供することにある。
前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態は、少なくとも一つの導電性パッドを具備した基板と、前記基板上に形成され、前記導電性パッドを露出させる開口部を有する絶縁層と、前記開口部を介して露出された導電性パッドの上面及び前記絶縁層の側壁に沿って形成される剥離防止層と、少なくとも一つ以上の合金材料からなって前記剥離防止層上に形成されるメタルポストと、前記メタルポスト上に形成される熱拡散防止膜と、を含むパッケージ基板を提供する。
前記パッケージ基板は、前記熱拡散防止膜上に形成されたはんだバンプをさらに含むことができる。
前記剥離防止層は、前記開口部が形成された前記絶縁層の上面より高く形成され、銅（Ｃｕ）を用いた電解銅めっきにより形成されることができる。
前記剥離防止層は、銅（Ｃｕ）とスズ（Ｓｎ）の合金により構成され、その銅含量が０．８ｗｔ％〜５ｗｔ％であることができる。
前記熱拡散防止膜は、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｎｉ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｐｄ−Ｎｉ、Ｐｄ−Ｎｉ合金、Ａｕ−Ｐｄ−Ｎｉ及びＡｕ−Ｐｄ−Ｎｉ合金のうち何れか一つの金属材料からなることができる。
前記の目的を達成するために、本発明の他の実施形態は、少なくとも一つの導電性パッドを具備した基板を準備する段階と、前記基板上に前記導電性パッドが露出される開口部を有する絶縁層を形成する段階と、前記開口部を介して露出された導電性パッドの上面及び前記絶縁層の側壁に沿って剥離防止層を形成する段階と、前記剥離防止層上に電解めっきによりメタルポストを形成する段階と、前記メタルポスト上に電解又は無電解めっきにより熱拡散防止膜を形成する段階と、を含むパッケージ基板の製造方法を提供する。
前記熱拡散防止膜を形成する段階の以降には、前記熱拡散防止膜上にはんだバンプを形成する段階をさらに含むことができる。
前記剥離防止層を形成する段階の以前には、前記絶縁層上にめっきシード層を形成する段階と、前記めっきシード層上にドライフィルムパターンを形成する段階と、をさらに含むことができる。
前記剥離防止層は、前記絶縁層の上面より高く形成され、前記ドライフィルムパターンと前記めっきシード層との間の界面を塞ぐことができるように形成されることができる。
前記剥離防止層は、前記めっきシード層を電極とし、電解めっき法により形成され、スズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）の合金材料で構成され、銅含量は０．８ｗｔ％〜５ｗｔ％であることができる。
前記熱拡散防止膜は、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｎｉ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｐｄ−Ｎｉ、Ｐｄ−Ｎｉ合金、Ａｕ−Ｐｄ−Ｎｉ及びＡｕ−Ｐｄ−Ｎｉ合金のうち何れか一つの金属材料で構成されることができる。
前記熱拡散防止膜上にはんだバンプを形成する段階の以後には、前記メタルポストと熱拡散防止膜及びはんだバンプを取り囲んでいる前記ドライフィルムパターンを除去する段階と、前記ドライフィルムパターンの下面に形成された前記めっきシード層を除去する段階と、をさらに含むことができる。
前記のように、本発明によるパッケージ基板及びその製造方法は、メタルポストの上面に熱拡散防止膜が形成されることにより、その上部にはんだバンプが形成され、リフロー工程時にはんだバンプが側面に溶融され、メタルポストを介して流れることを防止し、はんだバンプから伝達される熱によりメタルポストが溶融されることを防止することができる長所がある。
また、本発明によるパッケージ基板は、熱拡散防止膜がメタルポストの酸化を防止し、その上部に形成されたはんだバンプの湿潤性を向上させることができる作用効果を発揮することができる。
本発明の一実施形態によるパッケージ基板の断面図である。 本発明による他の実施形態によるパッケージ基板の断面図である。 本発明の各実施形態によるチップ取り付け構造が図示された構成図である。 本発明の各実施形態によるチップ取り付け構造が図示された構成図である。 本発明の一実施形態によるパッケージ基板の製造工程が順に図示された断面図である。 本発明の一実施形態によるパッケージ基板の製造工程が順に図示された断面図である。 本発明の一実施形態によるパッケージ基板の製造工程が順に図示された断面図である。 本発明の一実施形態によるパッケージ基板の製造工程が順に図示された断面図である。 本発明の一実施形態によるパッケージ基板の製造工程が順に図示された断面図である。 本発明の一実施形態によるパッケージ基板の製造工程が順に図示された断面図である。 本発明の一実施形態によるパッケージ基板の製造工程が順に図示された断面図である。 本発明の一実施形態によるパッケージ基板の製造工程が順に図示された断面図である。 本発明の一実施形態によるパッケージ基板の製造工程が順に図示された断面図である。 本発明の一実施形態によるパッケージ基板の製造工程が順に図示された断面図である。 本発明の一実施形態によるパッケージ基板の製造工程が順に図示された断面図である。
本発明によるパッケージ基板及びその製造方法の前記目的に対する技術的構成及び作用効果に関する事項は、本発明の好ましい実施形態が図示された図面に基づく以下の詳細な説明により明確に理解されるであろう。
先ず、図１は、本発明の一実施形態によるパッケージ基板の断面図であって、図示されたように、本発明のパッケージ基板１００は導電性パッド１１１が形成された基板１１０と、基板１１０上に形成された絶縁層１２０と、前記導電性パッド１１１と絶縁層１２０に形成された剥離防止層１３０と、剥離防止層１３０上に形成されたメタルポスト１４０と、メタルポスト１４０の上面に形成された熱拡散防止膜１５０及び熱拡散防止膜１５０上に形成されたはんだバンプ１６０により構成されることができる。
前記絶縁層１２０には、導電性パッド１１１を露出させる開口部１２１が形成されることができ、絶縁層１２０の開口部１２１を介して露出された導電性パッド１１１の上面と導電性パッド１１１の周りの絶縁層１２０の側壁に沿って剥離防止層１３０が形成されることができる。
この際、前記剥離防止層１３０は、絶縁層１２０の側壁に沿って形成される際に、開口部１２１が形成された絶縁層１２０の上面より高く形成されることが好ましく、前記開口部１２１の形象に対応してカップ状に形成されることができ、その材料として銅（Ｃｕ）を用いた電解銅めっきにより構成されることができる。
前記剥離防止層１３０は、絶縁層１２０の上面より高く形成されることにより、その上部にメタルポスト１４０が形成される際、メタルポスト１４０形成用めっき液がドライフィルム（不図示、下記の図２ｅ〜図２ｈ参照）と絶縁層１２０との間の界面に浸透することを防止し、ドライフィルムが剥離する現象を防止することができる。この際、剥離防止層１３０は５〜１０μｍの厚さで形成されることが好ましい。
前記剥離防止層１３０の下部には、剥離防止層１３０を形成する前にめっきシード層１２５をさらに形成することができる。めっきシード層１２５は、無電解めっきによる化学銅めっきまたはスパッタリングなどにより形成されることができ、剥離防止層１３０とメタルポスト１４０を電解めっきにより形成するための電極の機能を行い、約０．５〜１．０μｍの厚さで形成されることが好ましい。
ここで、剥離防止層１３０とメタルポスト１４０は、主に電解めっきにより形成されることができるが、剥離防止層１３０とメタルポスト１４０を形成する方法は、これに限定されるものではなく、めっきシード層１２５を形成せず無電解めっきにより形成されることもできる。
また、剥離防止層１３０の上部には、メタルポスト１４０が電解めっきにより形成されることができ、この際メタルポスト１４０は銅（Ｃｕ）とスズ（Ｓｎ）の合金で構成されることが好ましい。
ここで、メタルポスト１４０の銅含量は、０．８ｗｔ％〜５ｗｔ％であることができ、銅とスズの合金によりメタルポスト１４０を形成すると、銅のみからなる従来のメタルポストに比べて銅−スズ合金のメタルポストが柔軟性を有するため、基板の反り変形によるメタルポストの変形や破断を最小化することができるパッケージ基板を製作することができる。
また、前記メタルポスト１４０の上面には、電解または無電解めっきによりバリア層である熱拡散防止膜１５０が形成されることができる。熱拡散防止膜１５０はその上部にはんだバンプ１６０が形成され、リフロー工程時にはんだバンプ１６０が側面に溶融されてメタルポスト１４０を介して流れることを防止し、はんだバンプ１６０から伝達される熱によってメタルポスト１４０が溶融されることを防止することができる。
前記熱拡散防止膜１５０の上部には、はんだに印刷またはめっきを行った後、リフロー工程を経て上部がラウンド状に構成されたはんだバンプ１６０が形成されることができる。
また、熱拡散防止膜１５０は、メタルポスト１４０の酸化を防止し、その上部に形成されたはんだバンプ１６０の湿潤性を向上させることができる作用効果を発揮することができる。
この際、熱拡散防止膜１５０は、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｎｉ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｐｄ−Ｎｉ、Ｐｄ−Ｎｉ合金、Ａｕ−Ｐｄ−Ｎｉ及びＡｕ−Ｐｄ−Ｎｉ合金のうち何れか一つの金属材料で構成されることができ、前記金属材料から選択された熱拡散防止膜１５０の材料は、はんだバンプ１６０を構成するＳｎ系物質と結合して、ＮｉｘＳｎｘ系の防止膜に形成されることができるため、１μｍ以下の安定的で均一な熱拡散防止膜１５０が形成され、はんだバンプ１６０との界面結合力を増大させることができる。
前記熱拡散防止膜１５０上に形成されるはんだバンプ１６０は、メタルポスト１４０より溶融点が低い材料、すなわちスズ（Ｓｎ）とビスマス（Ｂｉ）の合金からなることが好ましい。これはリフロー工程時の工程温度をメタルポスト１４０より低い溶融点を有するはんだバンプ１６０の溶融点以下に低くすることにより、メタルポスト１４０がリフロー工程時に溶けることを防止するためである。
しかし、リフロー工程温度が安定せず、通常コンデンサやチップなどの基板実装に応じて３回以上リフロー工程を経てはんだバンプ１６０がメタルポスト１４０の側面に流れたりはんだバンプ１６０から繰り返して高温の熱を伝達されるメタルポスト１４０が溶融される恐れがあるため、熱拡散防止膜１５０が必ず必要となる。
次に、図２は、本発明による他の実施形態のパッケージ基板の断面図であって、図示されたように他の実施形態によるパッケージ基板は、前記の一実施形態と同一の構成を有すると共に、基板１１０上に形成されたメタルポスト１４０上に熱拡散防止膜１５０のみが形成された構造である。
他の実施形態によるパッケージ基板は、熱拡散防止膜１５０上にはんだバンプ１６０を形成するためのリフロー工程を必要としないため、工程の単純化を図ることができ、メタルポスト１４０を形成するためにドライフィルム（以下で再度説明する）を使用する際、高耐熱性のドライフィルムを用いる必要がないため、コスト減少を図ることができる。
また、図３ａ及び図３ｂは、本発明の各実施形態によるチップ取り付け構造が図示された構成図であって、図示されたように、本発明のパッケージ基板を構成する各実施形態に応じてチップ取り付け構造が異なり得る。すなわち、図１のように熱拡散防止膜１５０上にはんだバンプ１６０が形成されたパッケージ基板にチップ２００を取り付ける場合には、チップ２００に形成されたパッド２１０が直接はんだバンプ１６０に接触され、リフロー工程を経るようにし、また、図２のように熱拡散防止膜１５０のみが形成されたパッケージ基板にチップ２００を取り付ける場合には、チップ２００に形成されたパッド２１０上にはんだ２２０を形成してはんだ２２０と熱拡散防止膜１５０が接触した状態でリフローを経るようにすることにより、パッケージ基板にチップ２００が実装されるようにすることができる。
このように構成された本発明の一実施形態によるパッケージ基板の製造方法を、以下のとおり、添付の図４ａ乃至図４ｋの工程図を通じてより詳細に説明する。
図４ａ乃至図４ｋは、本発明の一実施形態によるパッケージ基板の製造工程を順に図示した断面図である。
図４ａ乃至図４ｋに図示されたように、本発明の一実施形態によるパッケージ基板の製造方法は、少なくとも一つの導電性パッド１１１を具備した基板１１０を準備する段階と、前記基板１１０上に前記導電性パッド１１１が露出される開口部１２１を有する絶縁層１２０を形成する段階と、前記開口部１２１を介して露出された導電性パッド１１１の上面と前記絶縁層１２０の側壁に沿って剥離防止層１３０を形成する段階と、前記剥離防止層１３０上に、電解めっきによりメタルポスト１４０を形成する段階と、前記メタルポスト１４０上に電解または無電解めっきにより熱拡散防止膜１５０を形成する段階と、前記熱拡散防止膜１５０上にはんだバンプ１６０を形成する段階と、を含むことができる。
先ず、図４ａを参照すると、少なくとも一つの導電性パッド１１１を具備した基板１１０上に導電性パッド１１１を露出させる開口部１２１を有する絶縁層１２０を形成する。この際、絶縁層１２０は感光性ソルダーレジストで形成されることができ、ソルダーレジストを塗布して露光及び現像して絶縁層１２０を形成することができる。
前記開口部１２１を有する絶縁層１２０上にはめっきシード層１２５を形成（図４ｂ参照）することができる。めっきシード層１２５は無電解めっきからなる化学銅めっきにより形成されることができ、約０．５〜１．０μｍの厚さで形成されることが好ましい。この際、前記シードめっき層１２５は電解めっきからなることができる剥離防止層１３０とメタルポスト１４０の形成のための電極の機能を行う。
次に、前記めっきシード層１２５上にドライフィルムレジスト１２６’を形成（図４ｃ参照）し、前記ドライフィルムレジスト１２６’を露光及び現像して図４ｄのようなドライフィルムパターン１２６を形成することができる。
また、前記開口部１２１内の導電性パッド１１１の上面とその外側の絶縁層１２０の側壁に沿って剥離防止層１３０が形成（図４ｅ参照）されることができ、剥離防止層１３０は、絶縁層１２０の側壁に沿って形成される際、絶縁層１２０の上面より高く形成されてドライフィルムパターン１２６とめっきシード層１２５との間の界面を塞ぐことができるように形成されることができる。
従って、以降に形成されることができるメタルポスト１４０形成用めっき液が絶縁層１２０とドライフィルムパターン１２６との間の界面に侵透することを防止してドライフィルムパターン１２６が剥離する問題を防止し、その間界面でめっきが行われないようにする。
この際、剥離防止層１３０は、開口部１２１の形に対応してカップ状に形成されることができ、その材料としては銅（Ｃｕ）で構成されることが好ましく、約５〜１０μｍの厚さで形成されることが好ましい。
また、剥離防止層１３０は、めっきシード層１２５を電極にして電解めっき法により形成されることができる。
次に、図４ｆを参照すると、前記剥離防止層１３０上にメタルポスト１４０を形成するが、メタルポスト１４０も電解めっき法により形成されることができ、スズ（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）の合金材料で構成されることが好ましい。この際、メタルポスト１４０の銅含量は０．８ｗｔ％〜５ｗｔ％であることができる。
前記メタルポスト１４０は、電解めっきの際、０．５ＡＳＤ（Ａ／ｄｍ２）〜３ＡＳＤ（Ａ／ｄｍ２）に電流密度（ＡＳＤ）を減少させて電解めっきが行われるようにすることで、メタルポスト１４０を構成する粒子（ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ）の大きさを小さく形成することが好ましい。これは、メタルポスト１４０を構成する銅−スズの粒子大きさが大きくなると、体積膨張が発生し、ドライフィルムパターン１２６の剥離現象が増加するため、これを防止するためである。
また、電解めっきにより前記メタルポスト１４０が形成されると、その上面に１μｍ以下の熱拡散防止膜１５０が形成（図４ｇ参照）されることができる。熱拡散防止膜１５０は、その上部にはんだバンプ１６０が形成され、リフロー工程時にはんだバンプ１６０が側面に溶融されてメタルポスト１４０を介して流れることを防止するために形成されるものであって、はんだバンプ１６０から伝達される熱を遮断してメタルポスト１４０が溶融されることを防止することができる。
この際、熱拡散防止膜１５０は、Ａｕ−Ｎｉ、Ａｕ−Ｎｉ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｐｄ−Ｎｉ、Ｐｄ−Ｎｉ合金、Ａｕ−Ｐｄ−Ｎｉ及びＡｕ−Ｐｄ−Ｎｉ合金のうち何れか一つの金属材料で構成することができ、１μｍ以下の安定的で均一な熱拡散防止膜１５０が形成され、はんだバンプ１６０との界面結合力を増大させることができる。
次に、メタルポスト１４０の上部に形成された熱拡散防止膜１５０上にはソルダーペースト１６０’を印刷（図４ｈ参照）し、ソルダーペースト１６０’をリフロー工程を通じてはんだバンプ１６０に形成（図４ｉ参照）することができる。
最後に、メタルポスト１４０と熱拡散防止膜１５０及びはんだバンプ１６０を取り囲んでいるドライフィルムパターン１２６を除去（図４ｊ参照）し、ドライフィルムパターン１２６の下面に形成されためっきシード層１２５を除去（図４ｋ参照）することにより、熱拡散防止膜１５０によりはんだバンプ１６０の溶融されたはんだが流れず、メタルポスト１４０の溶融が防止されることができるパッケージ基板の製作が完了する。
以上で説明した本発明の好ましい実施形態は、例示のために開示されたものであって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者であれば、本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な置換、変形及び変更を行うことができるが、このような置換、変更などは、添付の特許請求の範囲に属するものとして理解しなければならない。
１００ 基板
１１１ 導電性パッド
１２０ 絶縁層
１２１ 開口部
１２５ めっきシード層
１２６ ドライフィルムパターン
１３０ 剥離防止層
１４０ メタルポスト
１５０ 熱拡散防止膜
１６０ はんだバンプ

Claims (1)

  1. 少なくとも一つの導電性パッドを具備した基板と、
    前記基板上に形成され、前記導電性パッドを露出させる開口部を有する絶縁層と、
    前記開口部を介して露出された導電性パッドの上面及び前記絶縁層の側壁に沿って５〜１０μｍの厚さの 銅（Ｃｕ）で形成され、前記開口部が形成された前記絶縁層の上面より高く形成される剥離防止層と、
    銅（Ｃｕ）とスズ（Ｓｎ）の合金からなり、その銅含量が０．８ｗｔ％〜５ｗｔ％である、前記剥離防止層上に形成されるメタルポストと、
    前記メタルポスト上に形成される熱拡散防止膜と、
    前記熱拡散防止膜上に形成されるはんだバンプと、
    を含むパッケージ基板。
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