KR0167470B1 - 챕 캐리어에 집적 회로 칩의 플립 칩 본딩 방법 - Google Patents

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윌리엄 티.엘리스
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Abstract

집적 회로 칩을 칩 캐리어에 플립 칩 본딩하는 방법을 개시한다. 개시된 방법에 따르면, 2원 Pb/Sn 합금과 같은 고 용융 온도 조성물이 예를 들면, 칩 상의 접촉부들 상에 증착되며, Bi 및 Sn과 같은 저 용융 조성물을 이루는 성분들은 예를 들면, 칩 캐리어 상의 접촉부들 상에 동시 증착(codeposition)된다. 칩 및 칩 캐리어는 이 때 가열된다. 이 가열에 의해서 예를 들면, Bi 및 Sn의 저 용융 온도 조성물이 용융되어, Bi/Sn 합금과 같은 저 용융 온도 합금이 형성된다. 저 용융 합금은 Pb/Sn과 같은 고 용융 조성물을 용해시킨다. 이에 따라서, 이를 테면 Bi/Pb/Sn의 3원 합금과 같은 저 용융점의 제3 조성물로 된 솔더 본드가 형성되는 결과를 얻는다.

Description

칩 캐리어에 집적 회로 칩의 플립 칩 본딩 방법
본 발명은 칩 캐리어(chip carrier)들에 집적 회로 칩들을 플립 칩 솔더 본딩(flip chip solder bonding)하는 것에 관한 것이다. 더 구체적으로 본 발명은 집적 회로 칩 및 칩 캐리어 상에서 하나의 조성물(composition)을 용융(melting)시키고 그 내부에 다른 조성물을 용해(solubilization)시켜 낮은 용융 솔더 본드(a lower melting solder bond)를 형성하도록 서로 다른 용융 온도들을 갖는 두개의 조성물들을 사용하는 것에 관한 것이다.
제어형 콜랩스 칩 접속(C4; Controlled Collapse Chip Connection) 또는 플립-칩 기술은 실리콘 칩들 상의 높은 I/O(입력/출력) 카운트(count) 및 영역 배열 솔더 범프(area array solder bumps)들을, 예를 들면 알루미나 캐리어들과 같은 베이스 세라믹 칩 캐리어들에 상호 접속하기 위한 기술로서 근 20여년동안 성공적으로 사용되어 왔다. 통상, 95 Pb/5 Sn 합금과 같은 납/주석 합금, 혹은 50 Pb/50 In과 같은 납/인듐 합금으로 된 솔더 범프는 후속 사용 및 검사를 위해서 세라믹 칩 캐리어에 칩을 접착시키는 수단을 제공한다. 반도체 칩들을 거꾸로 하여 캐리어에 본딩하는 제어형 콜랩스 칩 접속(C4) 기술에 대해 더 상세한 것을 예를 들면, 본 출원의 양수인에게 양도된 밀러(Miller)의 미합중국 특허 제3,401,126호와 제3,429,040호를 참조한다. 일반적으로, 금속 솔더로 만들어진 가단성(可鍛性) 패드(malleable pad)는 반도체 장치의 접촉 위치(contact site)에 형성되며, 솔더 접합 가능 위치들은 칩 캐리어 상에 있는 도전체들 상에 형성된다. 집적 회로 칩과 칩 캐리어를 서로 접촉시켜 두고, 이들을 이를 테면 복사 가열, 가열된 질소, 또는 가열된 불활성 가스로 가열시켜, 솔더 범프가 리플로(reflow)되게 함으로써 솔더 컬럼(solder column)을 형성한다. 이러한 가열은 통상 Pb/Sn 솔더들에 대해서는 약 3분 동안 약 370℃까지 행해지며, Pb/In 솔더들에 대해서는 약 3분 동안 약 265℃까지 행해진다.
최근에 유기 기판(organic substrates)들이 개발되었다. 이들 유기 기판들은 세라믹 칩 캐리어들에서보다 낮은 온도로 다루어져야 한다. 세라믹 칩 캐리어들을 사용함에 있어 지금까지 이용된 온도들은 심각한 열적 스트레스(thermal stresses)들을 일으키거나, 심지어는 유기 기판들 내에 있는 수지를 열화시킨다. 따라서, Pb/Sn 솔더 합금들 및 세라믹 캐리어들에 관련하여 지금까지 사용된 온도들을 회피하는 기술 및 솔더 조성물들이 필요한 것이다.
본 발명의 주요 목적은 Pb/Sn 솔더 합금들 및 세라믹 칩 캐리어들에 관련하여 지금까지 사용된 높은 온도들을 회피하는 솔더 본딩 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 Pb/Sn 솔더 합금들 및 세라믹 칩 캐리어들에 관련하여 지금까지 사용된 높은 온도보다 낮은 온도에서 솔더 컬럼이 형성되도록 하는 솔더 합금 조성물을 제공하는 것이다.
이들 목적들은 본 발명의 방법에 의해서 달성된다. 여기에서 개시된 본 발명에 따르면, 집적 회로 칩 캐리어에 플립 칩 본딩하는 방법이 제공된다. 본 발명에 따르면 두개의 솔더링 조성물들이 사용된다. 그 중 하나는 저 용융 조성물이며, 다른 하나는 고 용융 조성물이다. 이러한 조성물들은 고 용융 솔더 조성물을 구성하는 성분들이 저 용융 조성물 내에 용해될 수 있는 조성물들로서, 여전히 낮은 용융 온도를 갖는 제3조성물을 형성하게 된다. 두개 중에서 한 조성물은 집적 회로 칩 상의 패드들에 가해지고 다른 하나는 칩 캐리어 상의 패드들에 가해진다. 집적 회로 칩과 칩 캐리어를 서로 접촉시키고, 칩 및 캐리어 온도를 저 용융 솔더 조성물의 용융점으로 상승시킨다. 이렇게 하여 고 용융 조성물이 용해되어 제3조성물로서 여전히 낮은 용융 온도의 솔더 조성물을 형성하게 된다. 이것은 집적 회로 칩을 기판에 본딩시킨다.
일 실시예에서 저 용융 솔더 조성물은 2원(binary) Bi/Sn이며, 고 용융 솔더 조성물은 2원 Pb/Sn이고, 이들에 의해서 형성된 제3 솔더 조성물은 3원(ternary) Bi/Pb/Sn이다. 본 실시예에 따른 방법은 칩 상에 있는 접촉부들 상에 2원 Pb/Sn 합금을 먼저 증착하는 단계와, 칩 캐리어 상에 Bi와 Sn을 동시 증착하는(codepositing) 단계를 포함한다. 다음에, 칩 및 칩 캐리어를 가열함으로써 Bi 및 Sn이 용융되도록 하여 저 용융 온도의 Bi/Sn 합금을 형성하도록 하며, 그 내부에 고 용융 Pb/Sn를 용해시킨다. 이것은 여전히 낮은 저 용융점의 3원 합금인 Bi/Pb/Sn을 형성하게 한다.
저 용융점 Bi/Pb/Sn 3원 합금은 적어도 50중량% Bi, 20중량% 내지 32중량% Pb, 및 밸런스(balance) Sn을 포함한다. 일반적으로, 3원 합금은 적어도 약 15.5중량% Sn을 포함한다.
2원 비스무트/주석은 칩 캐리어상에 직접 증착될 수 있다. 다른 선택으로는, 하나 이상의 개재된 Bi 층들 및 하나 이상의 개재된 Sn 층들이 칩 캐리어 상에 증착될 수 있다.
사용될 수 있는 솔더 시스템들로서 그 외 다른 것은 3원 Sn/Pb/Sb를 형성하기 위한 Sn/Pb-Sn/Sb이며, 3원 Sn/Pb/Ag를 형성하기 위한 Sn/Pb-Sn/Ag이며, 3원 Sn/Pb/In을 형성하기 위한 Sn/Pb-Sn/In이다.
본 발명에 따른 C4 접속은 저 용융 온도 제1 솔더 조성물 성분들을 집적 회로 칩 - 칩 캐리어 쌍 중 한 요소 상에 증착하고, 상기 집적 회로 칩 - 칩 캐리어 쌍 중 상기와 다른 요소의 서로 면하는 표면 상에 고 용융 온도 제2 솔더 조성물 성분들을 제공함으로써 형성된다. 칩을 캐리어 상에 배치시켜 두고, 이들에 열을 가하여 저 용융 제1 조성물을 용융시켜 저 용융 온도 제1 솔더 합금을 형성하도록 한다. 용융도니 제1 솔더 합금은 고 용융 온도 성분들을 용해시켜 매우 낮은 저 용융 온도 제3 조성물을 형성시킨다. 제3 조성물은 집적 회로 칩을 기판에 본딩한다. 이것은 초기 솔더 리플로 후에, 전체 솔더 컬럼이 사용 중이 원래의 고 용융점 솔더 조성물보다 훨씬 낮은 용융점을 갖도록 하는 방법을 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명에 따라 Bi/Sn과 같은 저 용융점 2원 합금이 Pb/Sn과 같은 고 용융점 합금을 용해시켜, Bi/Pb/Sn과 같은 저 용융점 3원 합금을 형성하게 된다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따라, C4 접속은 집적 회로 칩 상에 2원 Pb/Sn 합금을 증착하고, 칩 캐리어 상에 2원 Bi/Sn 합금을 증착하거나 층을 이룬 Bi/Sn 증착물을 동시 증착함으로써 형성된다. 칩은 캐리어 상에 배치되고 열이 가해져 Bi/Sn이 용융됨으로써 저 용융 온도 합금이 형성된다. 이것은 적어도 약 1분동안 약 200℃의 온도에서 행하여진다. 용융된 Bi/Sn 솔더는 고 용융 Pb/Sn을 용해시킴으로써 매우 낮은 저 용융점 3원 합금 Bi/Pb/Sn을 형성하게 된다.
저 용융점 3원 합금 Bi/Pb/Sn은 적어도 50중량% Bi, 20중량% 내지 32중량% Pb, 및 밸런스 Sn을 포함한다. 일반적으로, 3원 합금은 적어도 약 15.5중량% Sn을 포함한다.
2원 비스무트/주석은 칩 캐리어 상에 직접 증착될 수 있다. 바람직하기로는, 하나 이상의 개재된 Bi 층들과 하나 이상의 개재된 Sn 층들이 칩 캐리어 상에 증착될 수 있다. 이것은 칩 캐리어 제조 과정을 단순화시킨다. 증착은 스퍼터링, 전기도금, 진공 증착(evaporation)에 의해서, 또는 솔더 페이스트(solder paste)에 의해 수행될 수 있다. 또한 개별층들의 증착에 의해서 제1 솔더 합금의 증착시 Bi/Sn 비를 정밀하게 제어함으로써, 결과적인 솔더 컬럼의 리플로 온도를 제어할 수가 있다. 각 층의 두께는 일반적으로 약 1 내지 4mil이다.
사용될 수 있는 솔더 시스템들로서 그 외 다른 것은 3원 Sn/Pb/Sb를 형성하기 위한 Sn/Pb-Sn/Sb이고, 3원 Sn/Pb/Ag를 형성하기 위한 Sn/Pb-Sn/Ag이며, 3원 Sn/Pb/In을 형성하기 위한 Sn/Pb-Sn/In이다.
[실시예]
다음의 실시예들을 참조하여 본 발명을 이해할 수 있다. Pb/Sn 솔더 볼(solder ball)들이 집적 회로 칩 접촉부들 상에 증착되며, Sn 및 Bi 층들은 유기 칩 캐리어들 상에 증착된다. 집적 회로 칩들 및 칩 캐리어들은 솔더 증착물들이 있는 곳에서 압착되어 접촉되고, 열이 가해저 Sn/Bi 증착물들이 리플로되어, Pb/Sn 솔더 볼들을 용해시킴으로써 Pb/Sn/Bi 솔더 컬럼들이 형성된다.
각각의 예에서 97중량% Pb - 3중량% Sn 솔더 볼들이 집적 회로 칩들 상의 접촉부들 상에 증착되며, Sn 및 Bi 층들은 유기 칩 캐리어 상에 전기 증착(electrodeposition)된다.
Sn 층들은 주석이 함유된 플루오로보레이트(stannous fluoroborate) 용액들로부터 전착된다.
Bi 층들은 비스무트 퍼클로레이트(bismuth perchlorate) 용액들로부터 전기 증착된다.
Bi 및 Sn 층들은 아래 표 1의 Sn/Bi 증착 파라메터에서와 같은 두께 및 중량비들로 증착된다.
이제, 집적 회로 칩들 및 기판들은 압착 접촉된 다음 적외선 또는 대류(convection) 또는 이 모두를 사용하여 플럭스(flux)를 갖는 질소 분위기에서 약 4분동안 약 230℃로 칩 및 기판을 가열한다. 이렇게 함으로써, Sn/Bi 증착물의 리플로가 발생되고, 그 내부에 Pb/Sn 솔더 볼들이 용해되어, 솔더 컬럼들이 형성된다.
결과로 나타난 솔더 컬럼들은 아래 표 2의 3원 솔더 조성물들과 용융 온도에서와 같은 조성물들과 용융 온도들을 갖는다.
본 발명의 방법에 따르면, Pb/Sn 솔더 합금들 및 세라믹 칩 캐리어들에 관련하여 이전까지 사용된 높은 온도들을 회피하는 솔더 본딩 방법이 제공된다.
더욱이, 본 발명에 따르면, Pb/Sn 솔더 합금들 및 세라믹 칩 캐리어들에 관련하여 이전까지 사용된 높은 온도들 이하의 온도에서 솔더 컬럼을 형성하는 솔더 합금 조성물이 제공된다.
본 발명에 대해서 바람직한 실시예들 및 예시된 것들을 사용하여 설명하였으나, 이들에 의해서 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니라 본 발명은 여기 첨부된 청구 범위에 의해 정해진다.

Claims (6)

  1. 칩 캐리어(chip carrier)에 집적 회로 칩을 플립 칩 본딩(flip chip bonding)하는 방법에 있어서, 상기 칩 및 상기 칩 캐리어 중 어느 하나의 접촉부들 상에 제1의 고 용융 온도의 조성물(a first, high melting temparature composition)을 증착하고, 상기 칩 및 상기 칩 캐리어 중 다른 하나의 상호 마주보고 면하는 접촉부들 상에 상기 제1의 고 용융 온도보다 낮은 제2의 저 용융 온도의 조성물을 증착하는 단계; 및 상기 칩 및 상기 칩 캐리어를 가열하므로, 상기 제2의 저 용융 온도의 조성물을 용융시키고 그 속에 상기 제1의 고 용융 온도의 조성물을 용해시켜, 제3의 여전히 낮은 저 용융 온도의 조성물 및 저 용융점 합금의 솔더 본드(solder bond)를 형성하는 단계를 포함하는 플립 칩 본딩 방법.
  2. 칩 캐리어에 집적 회로 칩을 플립 칩 본딩하는 방법에 있어서, 상기 칩 상의 접촉부들 상에 2원(binary) Pb/Sn 합금을 증착하고, 상기 칩 캐리어 상에 Bi 및 Sn을 동시 증착(codepositing)하는 단계; 및 상기 칩 및 상기 칩 캐리어를 가열하므로, 상기 Bi 및 Sn을 용융시키고 저 용융 온도 Bi/Sn 합금을 형성하며 그 속에 고 용융 온도 Pb/Sn을 용해시켜, 저 용융점 3원 합금 Bi/Pb/Sn의 솔더 본드를 형성하는 단계를 포함하는 플립 칩 본딩 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 저 용융점 3원 합금 Bi/Pb/Sn은 적어도 50% Bi, 20% 내지 32% Pb, 및 밸런스(balance) Sn을 포함하는 플립 칩 본딩 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 저 용융점 3원 합금 Bi/Pb/Sn은 50 내지 52.5중량% Bi, 20 내지 32중량% Pb, 및 적어도 15.5중량%의 밸런스 Sn를 포함하는 플립 칩 본딩 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 칩 캐리어 상에 2원 Bi/Sn 합금을 증착하는 단계를 포함하는 플립 칩 본딩 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 칩 캐리어 상에 Bi 층과 Sn 층을 증착하는 단계를 포함하는 플립 칩 본딩 방법.
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Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5859470A (en) * 1992-11-12 1999-01-12 International Business Machines Corporation Interconnection of a carrier substrate and a semiconductor device
JP3348528B2 (ja) * 1994-07-20 2002-11-20 富士通株式会社 半導体装置の製造方法と半導体装置及び電子回路装置の製造方法と電子回路装置
US5672545A (en) * 1994-08-08 1997-09-30 Santa Barbara Research Center Thermally matched flip-chip detector assembly and method
FI98899C (fi) * 1994-10-28 1997-09-10 Jorma Kalevi Kivilahti Menetelmä elektroniikan komponenttien liittämiseksi juottamalla
US5985692A (en) * 1995-06-07 1999-11-16 Microunit Systems Engineering, Inc. Process for flip-chip bonding a semiconductor die having gold bump electrodes
US5808853A (en) * 1996-10-31 1998-09-15 International Business Machines Corporation Capacitor with multi-level interconnection technology
US6336262B1 (en) 1996-10-31 2002-01-08 International Business Machines Corporation Process of forming a capacitor with multi-level interconnection technology
US5891754A (en) * 1997-02-11 1999-04-06 Delco Electronics Corp. Method of inspecting integrated circuit solder joints with x-ray detectable encapsulant
US6025649A (en) * 1997-07-22 2000-02-15 International Business Machines Corporation Pb-In-Sn tall C-4 for fatigue enhancement
US5937320A (en) * 1998-04-08 1999-08-10 International Business Machines Corporation Barrier layers for electroplated SnPb eutectic solder joints
US6127731A (en) * 1999-03-11 2000-10-03 International Business Machines Corporation Capped solder bumps which form an interconnection with a tailored reflow melting point
US6303400B1 (en) 1999-09-23 2001-10-16 International Business Machines Corporation Temporary attach article and method for temporary attach of devices to a substrate
KR100319813B1 (ko) * 2000-01-03 2002-01-09 윤종용 유비엠 언더컷을 개선한 솔더 범프의 형성 방법
EP1176639B1 (de) * 2000-07-28 2007-06-20 Infineon Technologies AG Verfahren zur Kontaktierung eines Halbleiterbauelementes
DE60108413T2 (de) * 2000-11-10 2005-06-02 Unitive Electronics, Inc. Verfahren zum positionieren von komponenten mit hilfe flüssiger antriebsmittel und strukturen hierfür
US6863209B2 (en) 2000-12-15 2005-03-08 Unitivie International Limited Low temperature methods of bonding components
US7531898B2 (en) * 2002-06-25 2009-05-12 Unitive International Limited Non-Circular via holes for bumping pads and related structures
US7547623B2 (en) 2002-06-25 2009-06-16 Unitive International Limited Methods of forming lead free solder bumps
WO2004001837A2 (en) * 2002-06-25 2003-12-31 Unitive International Limited Methods of forming electronic structures including conductive shunt layers and related structures
US20040084206A1 (en) * 2002-11-06 2004-05-06 I-Chung Tung Fine pad pitch organic circuit board for flip chip joints and board to board solder joints and method
TWI225899B (en) * 2003-02-18 2005-01-01 Unitive Semiconductor Taiwan C Etching solution and method for manufacturing conductive bump using the etching solution to selectively remove barrier layer
WO2004108345A1 (ja) * 2003-06-09 2004-12-16 Senju Metal Industry Co., Ltd. ソルダペースト
US7049170B2 (en) * 2003-12-17 2006-05-23 Tru-Si Technologies, Inc. Integrated circuits and packaging substrates with cavities, and attachment methods including insertion of protruding contact pads into cavities
US7060601B2 (en) * 2003-12-17 2006-06-13 Tru-Si Technologies, Inc. Packaging substrates for integrated circuits and soldering methods
US7427557B2 (en) * 2004-03-10 2008-09-23 Unitive International Limited Methods of forming bumps using barrier layers as etch masks
WO2005101499A2 (en) 2004-04-13 2005-10-27 Unitive International Limited Methods of forming solder bumps on exposed metal pads and related structures
US20060205170A1 (en) * 2005-03-09 2006-09-14 Rinne Glenn A Methods of forming self-healing metal-insulator-metal (MIM) structures and related devices
US7674701B2 (en) 2006-02-08 2010-03-09 Amkor Technology, Inc. Methods of forming metal layers using multi-layer lift-off patterns
US7932615B2 (en) * 2006-02-08 2011-04-26 Amkor Technology, Inc. Electronic devices including solder bumps on compliant dielectric layers
KR100969441B1 (ko) * 2008-06-05 2010-07-14 삼성전기주식회사 반도체칩이 실장된 인쇄회로기판 및 그 제조방법
EP2244285A1 (en) 2009-04-24 2010-10-27 ATOTECH Deutschland GmbH Method to form solder deposits on substrates
EP2180770A1 (en) 2008-10-21 2010-04-28 Atotech Deutschland Gmbh Method to form solder deposits on substrates
EP2405469B1 (en) 2010-07-05 2016-09-21 ATOTECH Deutschland GmbH Method to form solder alloy deposits on substrates
EP2405468A1 (en) 2010-07-05 2012-01-11 ATOTECH Deutschland GmbH Method to form solder deposits on substrates
EP2416634A1 (en) 2010-08-02 2012-02-08 ATOTECH Deutschland GmbH Method to form solder deposits on substrates
EP2506690A1 (en) 2011-03-28 2012-10-03 Atotech Deutschland GmbH Method to form solder deposits and non-melting bump structures on substrates
JP2013534367A (ja) 2010-08-02 2013-09-02 アトテツク・ドイチユラント・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング 基板上にはんだ堆積物および非溶融バンプを形成する方法
US9746583B2 (en) * 2014-08-27 2017-08-29 General Electric Company Gas well integrity inspection system

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3678569A (en) * 1970-07-15 1972-07-25 Globe Union Inc Method for forming ohmic contacts
DE3785720T2 (de) * 1986-09-25 1993-08-12 Toshiba Kawasaki Kk Verfahren zum herstellen eines filmtraegers.
US4912545A (en) * 1987-09-16 1990-03-27 Irvine Sensors Corporation Bonding of aligned conductive bumps on adjacent surfaces
US4806309A (en) * 1988-01-05 1989-02-21 Willard Industries, Inc. Tin base lead-free solder composition containing bismuth, silver and antimony
JPH0432234A (ja) * 1990-05-28 1992-02-04 Mitsubishi Electric Corp フリップチップボンディング用バンプ構造
JPH05235388A (ja) * 1992-02-24 1993-09-10 Mitsubishi Electric Corp 低抵抗線状パターンの形成方法及び形成装置並びに太陽電池
US5316205A (en) * 1993-04-05 1994-05-31 Motorola, Inc. Method for forming gold bump connection using tin-bismuth solder

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Publication number Publication date
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