KR100834804B1 - 금속 스터드 스택 또는 칼럼을 이용한 플립칩 접속방법 및전자회로기판 - Google Patents

금속 스터드 스택 또는 칼럼을 이용한 플립칩 접속방법 및전자회로기판 Download PDF

Info

Publication number
KR100834804B1
KR100834804B1 KR1020060132118A KR20060132118A KR100834804B1 KR 100834804 B1 KR100834804 B1 KR 100834804B1 KR 1020060132118 A KR1020060132118 A KR 1020060132118A KR 20060132118 A KR20060132118 A KR 20060132118A KR 100834804 B1 KR100834804 B1 KR 100834804B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bump
solder
flip chip
particles
adhesive
Prior art date
Application number
KR1020060132118A
Other languages
English (en)
Inventor
백경욱
손호영
임명진
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020060132118A priority Critical patent/KR100834804B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100834804B1 publication Critical patent/KR100834804B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • H01L2224/818—Bonding techniques
    • H01L2224/81801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01006—Carbon [C]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0102—Calcium [Ca]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01032—Germanium [Ge]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01047—Silver [Ag]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0105—Tin [Sn]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01051—Antimony [Sb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01082—Lead [Pb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/0132—Binary Alloys
    • H01L2924/01322—Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/014—Solder alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/06—Polymers
    • H01L2924/078—Adhesive characteristics other than chemical
    • H01L2924/07802—Adhesive characteristics other than chemical not being an ohmic electrical conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/06—Polymers
    • H01L2924/078—Adhesive characteristics other than chemical
    • H01L2924/0781—Adhesive characteristics other than chemical being an ohmic electrical conductor
    • H01L2924/07811—Extrinsic, i.e. with electrical conductive fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/10251—Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10253—Silicon [Si]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/35—Mechanical effects
    • H01L2924/351—Thermal stress

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

본 발명은 칩패드에 형성된 스터드 스택범프 또는 스터드 컬럼범프를 기판상의 전극패드에 전기적으로 플립칩 접속시키는 플립칩 접속방법을 제공한다. 상기 구성에 의하면, 낮은 열응력 및 높은 열주기 신뢰성을 갖는 플립칩 접속공정이 가능하다.

Description

금속 스터드 스택 또는 칼럼을 이용한 플립칩 접속방법 및 전자회로기판{Flip-Chip Interconnecting method using metal stud stack or column, and Electric circuit board}
도 1은 실리콘 칩의 금속 패드 위에 솔더 볼을 형성한 뒤 기판 전극과 솔더 볼 리플로우를 통해 전기적 접속을 이루고 언더필 공정으로 실리콘 칩과 기판 사이에 공간을 충진하는 공정을 나타내는 모식도이다.
도 2는 비솔더 범프가 형성된 실리콘 칩과 기판 전극 간의 전기적 접속을 위해 칩 범프와 기판 전극간 정렬한 후 이방성 전도성 접착제를 이용하여 플립칩 접속하는 공정을 나타내는 모식도이다.
도 3은 비솔더 범프가 형성된 실리콘 칩과 기판 전극 간의 전기적 접속을 위해 칩 범프와 기판 전극간 정렬한 후 비전도성 접착제를 이용하여 플립칩 접속하는 공정을 나타내는 모식도이다.
도 4는 칩의 금속 패드 위에 길이가 증가된 범프를 형성하기 위해 시드층을 형성하고 감광성 폴리머인 포토레지스트를 도포한 뒤 범프를 형성하기 위한 공간을 만들기 위해 포토리토그라피 공정을 통해 노광시킨 후, 노광된 포토레지스트 부분을 제거하고 전기도금법을 이용해 구리와 솔더를 도금한 뒤 노광되지 않은 포토레 지스트를 제거하고 구리/솔더 범프 이외에 형성되어 있는 시드층을 에칭하는 공정을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따라, 실리콘 칩의 금속 패드 위에 두 개 이상의 금속 적층 스터드 범프를 형성하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명에 따라, 실리콘 칩의 금속 패드 위에 한 개의 금속 스터드 컬럼을 형성한 칩을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명에 따라, 하나의 금속 패드 위에 두 개 이상의 스터드 범프를 적층하거나 한 개의 금속 스터드 컬럼을 형성한 칩과 이방성 전도 접착제 혹은 비전도성 접착제를 이용해 접속된 플립 칩을 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명에 따라, 하나의 금속 패드 위에 두 개 이상의 스터드 범프를 적층하거나 한 개의 금속 스터드 컬럼을 형성한 칩과 솔더볼 또는 등방성 전도성 접착제를 이용해 플립 칩 공정으로 접속한 뒤 언더필 공정을 나타내는 모식도이다.
본 발명은 플립칩 접속공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낮은 열응력 및 높은 열주기 신뢰성을 갖는 플립칩 접속공정 및 이에 의해 제조되어지는 전자회로기판에 관한 것이다.
전자 패키징 기술에서의 플립칩 접속 기술은 솔더 범프를 사용한 솔더 플립 칩과 비솔더 범프와 이방성 전도 접착제 등을 사용한 비솔더 플립칩으로 나눌 수 있다. 솔더 플립칩의 경우, 실리콘 칩의 금속 전극 표면에 솔더 볼을 형성하기 위해 언더범프메탈러지(Under Bump Metallurgy (UBM))의 다층 박막을 형성하는 것이 필수적이며, 이후에 솔더 스크린 프린팅법, 전해 도금법, 솔더볼 어태치법, 솔더 젯팅법 등에 의해 솔더 범프를 형성하고 이를 리플로우 공정을 거쳐 UBM과의 금속간 화합물을 이루게 하여 최종적으로 솔더 범프를 형성하게 된다. 이때 리플로우 공정을 거치면서 솔더 범프가 구형을 이루게 되므로 솔더 범프의 높이는 솔더볼의 직경보다 약간 작게 형성된다. 이렇게 솔더 범프가 형성된 칩을 기판 전극과 플립 칩 접속 공정을 수행할 때도 역시 리플로우 공정을 거치게 되는데 결국 솔더 범프에 의한 플립칩 접속 공정 결과, 실리콘 칩과 기판 표면 간의 간격은 통상 솔더 범프의 직경보다 작아지게 된다. 극미세피치 접속으로 갈수록 솔더 범프의 크기가 작아지므로, 칩과 기판 표면 간의 간격 역시 작아지게 된다. 이로 인해 플립 칩 패키지에서의 솔더 조인트에 가해지는 기계적 응력의 양이 커지게 되고 이것이 플립칩 패키지에서의 신뢰성에 영향을 주게 된다. 이를 향상시키기 위해 언더필 공정을 추가하는 것이 일반적이다 (도 1).
최근에는 이러한 플립칩 패키지 구조에서 신뢰성을 증가시키기 위해 칩과 기판 간의 접속 길이를 증가시키는 플립칩 접속 구조를 도입하는데 대표적인 방법이 플립칩 전극에 금속 칼럼을 형성하고 이후 솔더를 금속 칼럼의 끝에 형성한 후 기판 전극에 솔더 리플로우 공정을 이용하여 접속하는 것이다.
비솔더 플립칩 공정의 경우, 이방성 전도 접착제 혹은 비전도성 접착제를 사 용한 비솔더 플립칩이 대표적인데 (도 2, 3), 이는 솔더 플립칩에 비해 단순한 공정, 저온 공정, 환경친화적인 무연 및 무플럭스 공정, 극미세피치 적용성 등으로 인해 갈수록 그 중요성이 크게 인식되고 있다. 이러한 비솔더 플립칩의 접속 재료로는 전해 도금법에 의한 전해 금 범프 (Au plating bump), 무전해 도금법에 의한 무전해 니켈/금 범프 (Electroless Ni/Au), 와이어 본딩 공정을 이용한 스터드 범프 (Stud bump) 등으로 나눌 수 있다. 이 가운데 전해 금 범프는 대표적인 비솔더 범프의 하나로서, 이방성 전도 접착제 혹은 비전도성 접착제를 이용한 플립칩 접속에 이용되고 있는데, 이는 금 범프가 가지는 우수한 전기전도도, 고주파 특성, 내부식성, 내산화성 및 높은 열전도도를 통한 열방출 특성 등에 기인한다. 또한 전해 도금 방법의 경우, 균일한 높이로 극미세피치 범프 형성이 가능하고 대량 생산에 적합한 장점을 가지고 있다. 그러나 이러한 전해 금 범프의 장점에도 불구하고, 전해 도금을 위해서 필요한 후막 코팅 공정, 노광 공정, 전해 도금 공정 등의 복잡한 공정을 거쳐야 하므로 원가 상승의 단점을 가지고 있다. 이러한 비솔더 범프를 가지고 있는 칩을 이방성 전도성 접착제 및 비전도성 접착제를 사용하여 유기 기판 위에 뒤집어 접속하는 플립칩 접속의 경우, 실리콘과 유기 기판의 큰 열팽창 계수 차이로 인해 열주기 환경에서 겪는 큰 전단 변형으로 인한 범프/접착제 계면, 범프/금속 패드 등의 계면에서 크랙, 박리 현상이 빈번하게 발생한다. 이를 방지하기 위해서는 비교적 낮은 열팽창계수를 가지는 전도성접착제를 사용하거나, 유기 기판의 휨을 보상하기 위해 범프의 높이를 크게 하는 것이 좋은데, 비솔더 범프의 대표적인 예인 전해 금 범프나 무전해 니켈/금 범프의 경우 공정 시간의 증가 및 원가 상승의 우려가 있으며, 무전해 니켈/금 범프의 경우 이론상 20um 이상의 높이를 기대하기 어렵다. 이를 극복하기 위해 최근 플립칩용 범프로 구리 칼럼을 이용한 범프 형성과 이를 토대로 한 기판과의 솔더 접속 공정을 이용하여 칩과 기판 간의 열팽창계수 차이에서 오는 열응력을 최소화하고 기계적 및 열사이클 신뢰성을 높이고자 하는 연구가 진행되고 있다.
저널 및 학회발표에서의 대표적인 선행연구로서, 히로시 야마다 등(Hiroshi Yamada et al)의 경우, 대표적으로 플립 칩 접속의 열주기 신뢰성을 증가시키기 위해 전해 도금법을 이용하여 구리 칼럼을 형성하고 구리 칼럼 끝에 솔더 범프를 형성하여 플립칩 접속 길이를 길게 하여 범프의 응력 발생을 최소화하였다. (Int. J. of Microcircuit and Elec. Packag., 21(1), pp.15-21, 1998 & Proc. ECTC, pp.94~99, 2005). E.B.Liao et al.의 경우 하나의 플립칩 접속 구조에서 전해도금법에 의해 하나의 구리 칼럼 대신 여러 개의 구리 칼럼을 형성한 뒤, 솔더 범프를 여러 개의 구리 칼럼을 덮는 형태의 길이가 향상된 다중 구리 칼럼 플립칩 범프를 제조하여 열주기 환경에서 범프의 응력감소를 추구하였다 (Proc. ECTC, pp.1251~1255, 2004). 또 J.J.D.Lan et al의 경우 크기가 20 mm 가 넘는 플립칩에서 응력이 더욱 크게 발생하는 것을 막기 위해 사용하는 칩의 각 I/O 위에 구리 칼럼과 함께 솔더 볼을 형성하거나 솔더 칼럼을 형성하는 방법이 공정성이나 비용, 또는 수리의 어려움을 들어 기판 전극에 금속 칼럼을 형성하는 방법을 제안하여 문제점을 해결하였다.(Proc. ECTC, pp.95~99, 2002).
특허에서의 대표적인 선행연구로서, Tung의 경우 플립 칩 접속에서 솔더에서 나오는 알파 입자의 효과를 막기 위해 칩의 I/O로부터 55 um 이상의 구리 칼럼을 형성하여서 열응력 감소 효과도 함께 얻었고 (US patent 6,578,754, 2003), Hsieh의 경우 플립 칩 패키지를 구현하는데 있어서 기판 전극에 금속 범프를 금속 도금법에 의해 형성하였다. (US patent 6,790,758, 2004) 마찬가지로 Agraharam Sairam et al의 경우 기판과 전극 접속에서 응력을 최소화하기 위해 기판 전극에서 구리와 같은 금속의 칼럼을 형성하는 방법을 제안하고 있다.(US patent 6,989,586, 2006) 이상 선행연구에서의 금속칼럼 형성 방법은 구리 물질이 주를 이루었으며 모두 금속 도금법에 의해 칼럼을 형성하는 것이 큰 특징이라 할 수 있다. 즉, 플립 칩 패키지 구조에서 신뢰성을 증가시키기 위해 칩과 기판 간의 접속 길이를 증가시키는 플립칩 접속 구조를 가지게 하기 위해 플립칩 전극에 금속 칼럼 및 솔더 전극을 전기도금법을 이용하여 형성하고 이를 기판 전극에 솔더 리플로우 공정을 이용하여 접속한 뒤 언더필 공정을 수행하여 플립칩 공정을 마무리하는 것이다 (도 4).
이러한 구리 칼럼의 모양, 길이 그리고 표면처리에 따라 솔더 접속 신뢰성에 영향을 주게 되는데 구리 칼럼의 형성을 위해 웨이퍼의 각 금속 전극에 직접 구리 도금을 수행하게 된다. 이때 역시 일반적인 전해 도금을 위한 시드층 형성공정, 후막코팅, 노광공정, 전해 도금 공정 및 에칭 공정 등을 거치게 된다.
따라서 비교적 저렴한 공정 및 재료 비용으로 높은 신뢰성을 갖는 플립칩 접속을 구현하기 위한 비솔더 범프의 디자인으로서 일정한 높이를 갖는 금속 범프가 필수적이며, 이를 위해서는 가능한 범프의 높이를 높게 하는 것이 바람직한데 이를 전해 도금 공정이 아닌 저가형이면서 안정적인 금속 칼럼 범프를 형성하는 기술이 절실히 요구된다.
본 발명은 상기 종래기술이 가지는 문제를 극복하기 위해 제안된 것으로 본 발명의 목적은 종래의 전해 금 범프를 이용한 플립칩 접속공정에 비해 낮은 열응력 및 높은 열주기 신뢰성을 갖는 플립칩 접속공정을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 전해 금 범프를 이용한 플립칩 접속공정에 비해 낮은 열응력 및 높은 열주기 신뢰성을 갖는 플립칩이 접속된 전자회로기판을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 제1측면에 따른 본 발명의 플립 칩 접속방법은 칩패드에 형성된 스터드 스택범프를 기판상의 전극패드에 전기적으로 플립칩 접속시키는 과정을 포함한다.
또한 제2측면에 따른 본 발명의 플립 칩 접속방법은 칩패드에 형성된 스터드 컬럼범프를 기판상의 전극패드에 전기적으로 플립칩 접속시키는 플립 칩 접속방법을 제공한다.
또한 본 발명은 칩패드에 형성된 스터드 스택범프와 기판상의 전극패드가 전기적으로 플립칩 접속되어진 전자회로기판을 제공한다.
또한 본 발명은 칩패드에 형성된 스터드 컬럼범프와 기판상의 전극패드가 전 기적으로 플립칩 접속되어진 전자회로기판을 제공한다.
이하, 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 플립 칩 접속방법은 크게 웨이퍼의 금속 패드 위에 길이가 향상된 금속 범프를 형성하는 단계와, 이러한 범프가 형성된 칩을 PCB 등의 유기 기판, 글라스, 플렉서블 기판 등에 접속하는 플립 칩 접속 단계로 나누어질 수 있다.
이때 길이가 증가된 금속 범프를 형성하는 방법으로서, 두 개 이상의 금속 스터드 범프를 금속 패뒤 위에 적층하여 형성하는 방법과, 금속 스터드 칼럼을 형성하는 방법이 있다.
그리고 길이가 증가된 금속 범프가 형성된 칩을 기판에 접속하는 단계에서는 접착제, 예를 들어, 등방성 접착제, 이방성 전도성 접착제 및 비전도성 접착제를 이용하여 플립 칩 접속하는 방법과, 솔더를 이용하여 플립 칩 접속하는 방법으로 나뉠 수 있다.
먼저 길이가 증가된 금속 범프를 형성하는 방법으로서 적층 스터드 범프를 형성하기 위해서는 스터드 범퍼를 이용해 웨이퍼의 금속 패드 위에 적층 스터드 범프를 형성한다 (도 5). 이때 맨 위의 범프를 제외한 아래의 스터드 범프의 경우는 그 위에 두 번째 이후의 스터드 범프가 용이하게 형성되도록 스터드 범프의 상부 꼬리 (Tail)가 생기지 않는 편평한 스터드 범프를 형성해야 한다. 이는 온도와 시간, 캐필러리(Capillary)의 압력 등의 변수를 조절함으로써 스터드 범핑 시에 꼬리가 발생하지 않도록 미리 조절하거나, 범핑 후 코이닝 (Coining) 작업을 통해 해결 할 수 있다. 맨 위의 마지막 스터드 범프의 경우는 접속되는 유기 기판의 패드의 크기와 접착제, 플립칩 접속 압력 등에 따라 끝이 뾰족한 형태나 꼬리(Tail)가 없는 형태, 터렛 형태, 편평한 형태 등 다양한 형태의 스터드 범프로서 형성이 가능하다.
또 다른 본 발명의 길이가 증가된 금속 범프를 형성하는 방법으로서, 금속 스터드 칼럼을 형성하기 위해 스터드 범퍼를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 개별 칩의 금속 패드 위에 스터드 범프를 형성할 때 금속 와이어가 일정 길이가 되도록 인장(pull-out) 단계에서 금속 와이어를 절단해 주는 방법으로 금속 스터드 칼럼을 형성할 수 있다 (도 6). 즉, 본딩 와이어 장비를 이용하여 스터드 범프를 형성하는 것이 가능하고 이때 스터드 형성 후 인장(pull-out) 공정을 추가로 수행한 뒤 일정한 길이의 금속 칼럼이 형성되었을 때 칼럼을 절단하는 공정을 하나의 본딩 와이어 장비에서 해결할 수 있다. 이때 금속 스터드 칼럼의 직경과 높이는 금속 와이어의 직경과, 인장(pull-out) 단계에서의 절단 순간을 결정함으로써 조절할 수 있다.
상기 본 발명에 의해 얻어질 수 있는 범프의 길이는 외부로 노출된 칩 패드의 직경대비 1.5배 이상인 것으로 하는 것이 좋으며, 바람직하게는 상기 범프의 길이는 50~200㎛ 정도로 할 수 있다. 본 발명에 사용가능한 금속 범프의 예로는 금 또는 구리 등을 들 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다.
상기 과정을 거쳐 얻어지는 금속 범프가 개별 금속 패드에 형성된 실리콘 웨이퍼를 개별 칩 단위로 다이싱한 후, 기판에 플립칩 형태로 접속을 수행한다. 이때 이방성 전도성 접착제 또는 비전도성 접착제를 사용하는 방법과, 솔더 및 등방성 전도성 접착제를 사용한 뒤 언더필하는 방법이 있다. 접착제의 경우 필름 또는 페이스트 형태가 이용될 수 있다.
전자의 경우 접속재료로서 이방성 전도성 접착제 혹은 비전도성 접착제를 사용하며(도 7), 접착제의 두께는 적층 스터드 범프의 총 높이에 비해 약 5 ~ 30 um 두꺼운 것이 바람직하다. 기판에 접착제를 가접착한 후에, 적층 스터드 범프가 형성된 칩을 뒤집어 기판 위에 열과 압력을 가해 플립 칩 접속하며, 이방성 전도 접착제의 경우는 접착제 내의 도전볼에 의해 스터드 범프와 기판의 금속 패드가 전기적으로 연결되며, 비전도성 접착제의 경우는 스터드 범프와 기판의 금속 패드가 직접 전기적으로 연결된다. 따라서 비전도성 접착제의 경우 접속 압력은 이방성 전도 접착제에 비해 1.5~2배 정도 큰 압력으로 플립 칩 접속한다.
이방성 전도성 필름 또는 이방성 전도성 페이스트는 금 코팅된 폴리머 입자, 금 코팅된 니켈입자, 금 코팅된 구리입자, 저융점 솔더층이 코팅된 니켈입자, 저융점 솔더층이 코팅된 구리입자, 및 저융점 솔더입자로부터 구성되는 군에서 선택되는 1종 또는 이들의 조합을 도전입자로 포함할 수 있다. 또한, 도전입자보다 크기가 작은 비도전입자를 더 포함할 수도 있다. 또한 비전도성 접착제를 사용하는 경우에도 비도전입자를 포함할 수 있다.
또 후자의 경우 솔더 및 등방성 전도성 접착제를 이용하여 접속한 뒤 언더필 공정으로 마무리하는 방법이다 (도 8). 이때에는 일반적인 솔더(공정 솔더 및 무연 솔더 포함)를 사용하여 기판 전극에 솔더 페이스트를 도포하고 얻어진 금속 범프들과 이들을 정렬한 뒤 접속시킨다. 그 후 솔더 리플로우 오븐을 통과시켜 상기 금속 범프와 기판 전극 간에 솔더를 통해 기계적, 전기적인 접속을 완성시킨다. 이후 칩과 기판 사이의 간극은 언더필 소재를 사용하여 충진시킨 후 언더필을 경화시킴으로서 언더필 공정을 마무리한다.
상기 공정에 사용될 수 있는 솔더의 구체적인 예로는 SnPb, Sn, SnAg, SnCu, SnAgCu, 및 SnAgCuX (X= Ca, Pd, Sb, In, Bi, Ge 및 Ni으로 구성되는 군에서 선택되어지는 1종)에서 선택되어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기에서 SnPb로는 Pb/63Sn, Pb/5Sn, Pb/3Sn, Pb/10Sn 일 수 있고, SnAg로는 Sn3.5Ag의 공정 조성을 포함하는 Ag의 함량이 0 ~ 5.0wt%인 것을 들 수 있으며, SnAgCu로는 Ag의 함량이 0 ~5.0 wt%, Cu의 함량이 0 ~ 1.0wt%인 것을 들 수 있으며, SnCu로는 Cu의 함량이 0 ~ 1.0wt%인 것을 들 수 있으며, SnAgCuX의 미량 첨가 원소 X의 함량은 0 ~ 1.0wt%일 수 있다.
또 상기 길이가 증가된 금속 범프와 기판 상의 금속 전극간의 전기적, 기계적 접속을 위해 솔더 도포 및 리플로우를 수행하는 대신, 등방성 전도성 접착제를 이용하여 접속시키는 방법은 금속이 함유된 등방성 전도성 접착제를 기판 전극에 도포하거나 길이가 향상된 금속 범프 끝에 등방성 전도성 접착제를 도포하고 이를 기판 전극과 정렬한 뒤 접속시킨다. 이후 등방성 전도성 접착제를 경화시킴으로서 상기 길이가 증가된 금속 범프와 기판 전극 간의 전기적, 기계적 접속을 이루게 된다. 이후 마찬가지로 언더필 공정을 수행할 수 있다.
상기 등방성 전도성 접착제는 은, 구리, 금, 탄소, 니켈, 팔라듐, 저융점 솔더분말의 군에서 선택되는 1종 또는 이들의 조합을 도전성 입자로 포함할 수 있다. 또 등방성 접착제를 구성하는 수지로는 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지 및 폴리술폰 수지로 구성되는 군에서 선택되어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 본 발명의 플립칩 접속공정에 사용되어지는 모든 종류의 접착제는 범프와 기판의 금속패드의 두께의 합보다 0~30㎛ 두껍게 도포되는 것이 바람직하다.
이와 같은 방법으로 형성된 플립칩 패키지는 적층 스터드 범프의 경우, 스터드 범프의 높이와 모양, 형태 등을 스터드 범핑 조건을 바꾸는 것만으로 비교적 용이하게 조절할 수 있고, 스터드 칼럼의 경우 직경과 길이 조절이 가능하므로, 다양한 형태의 플립칩 접속에 이용할 수 있으며, 범프의 형태와 높이에 따라 고신뢰성 플립칩 패키지를 구현할 수 있다. 이는 길이가 향상된 금속 범프를 형성하기 위해 비싼 공정인 도금 공정을 배제할 수 있어 매우 저렴하며, 또한 약 200um 이하의 미세피치에서도 스터드 범프를 이용한 플립칩 접속에 이용할 수 있다.
상기의 방식으로 제조되는 본 발명의 적층 스터드 범프 또는 스터드 칼럼을 이용한 플립칩 제조 방법에 의하면, 종래의 전해 금 범프를 이용한 플립 칩 접속에 비해 고신뢰성 및 저가공정을 갖는 플립칩 패키지를 제조할 수 있다. 이는 종래의 전해 범프를 이용한 플립칩 제조 방법에 비해 공정 단계의 감소, 원가 절감 등의 장점 뿐만 아니라 패키지 소자의 신뢰성 및 특성 향상에도 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (17)

  1. 칩패드에 형성된 스터드 스택범프를 기판상의 전극패드에 등방성 전도성 접착제, 이방성 전도성 접착제 또는 비전도성 접착제 중 선택되는 하나의 접착제 또는 솔더를 이용하여 전기적으로 접속시키는 플립칩 접속방법.
  2. 칩패드에 형성된 스터드 컬럼범프를 기판상의 전극패드에 등방성 전도성 접착제, 이방성 전도성 접착제 또는 비전도성 접착제 중 선택되는 하나의 접착제 또는 솔더를 이용하여 전기적으로 플립칩 접속시키는 플립칩 접속방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 범프의 길이는 외부로 노출된 금속전극의 직경대비 1.5배 이상인 것을 특징으로 하는 플립칩 접속방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 범프의 길이는 50~200㎛인 것을 특징으로 하는 플립칩 접속방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 범프는 금 또는 구리를 함유하는 것을 특징으로 하는 플립칩 접속방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 등방성 전도성 접착제는 은, 구리, 금, 탄소, 니켈, 팔라듐, 저융점 솔더분말의 군에서 선택되는 1종 또는 이들의 조합을 도전성 입자로 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 접속방법.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 등방성 전도성 접착제는 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지 및 폴리술폰 수지로 구성되는 군에서 선택되는 1종의 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 접속방법.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 솔더는 SnPb, Sn, SnAg, SnCu, SnAgCu, 및 SnAgCuX (X= Ca, Pd, Sb, In, Bi, Ge 및 Ni으로 구성되는 군에서 선택되어지는 1종)의 군에서 선택되어지는 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는 플립칩 접속방법.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 접착제는 필름 또는 페이스트인 것을 특징으로 하는 플립칩 접속방법.
  12. 제 11항에 있어서, 접착제는 이방성 전도성 필름 또는 이방성 전도성 페이스 트로서, 금 코팅된 폴리머 입자, 금 코팅된 니켈입자, 금 코팅된 구리입자, 저융점 솔더층이 코팅된 니켈입자, 저융점 솔더층이 코팅된 구리입자, 및 저융점 솔더입자로부터 구성되는 군에서 선택되는 1종 또는 이들의 조합을 도전입자로 포함함을 특징으로 하는 플립칩 접속방법.
  13. 제 12항에 있어서, 이방성 전도성 필름 또는 이방성 전도성 페이스트는 도전입자보다 크기가 작은 비도전입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 접속방법.
  14. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 비전도성 접착제는 비전도성 필름 또는 비전도성 페이스트이며, 비도전입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플립칩 접속방법.
  15. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 접착제는 범프와 기판의 금속패드의 두께의 합보다 0~30㎛ 두껍게 도포되는 것을 특징으로 하는 플립칩 접속방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
KR1020060132118A 2006-12-21 2006-12-21 금속 스터드 스택 또는 칼럼을 이용한 플립칩 접속방법 및전자회로기판 KR100834804B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060132118A KR100834804B1 (ko) 2006-12-21 2006-12-21 금속 스터드 스택 또는 칼럼을 이용한 플립칩 접속방법 및전자회로기판

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060132118A KR100834804B1 (ko) 2006-12-21 2006-12-21 금속 스터드 스택 또는 칼럼을 이용한 플립칩 접속방법 및전자회로기판

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100834804B1 true KR100834804B1 (ko) 2008-06-05

Family

ID=39769900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060132118A KR100834804B1 (ko) 2006-12-21 2006-12-21 금속 스터드 스택 또는 칼럼을 이용한 플립칩 접속방법 및전자회로기판

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100834804B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102123578A (zh) * 2009-12-21 2011-07-13 英特尔公司 表面安装集成电路组件
CN111799241A (zh) * 2020-06-24 2020-10-20 霸州市云谷电子科技有限公司 邦定结构及其制作方法和显示面板
CN112466765A (zh) * 2020-11-26 2021-03-09 安徽光智科技有限公司 焦平面阵列倒装互连工艺方法及焦平面阵列探测器
US20220001475A1 (en) * 2018-11-06 2022-01-06 Mbda France Method for connection by brazing enabling improved fatigue resistance of brazed joints

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050001159A (ko) * 2003-06-27 2005-01-06 삼성전자주식회사 복수개의 플립 칩들을 갖는 멀티칩 패키지 및 그 제조방법
KR20050058722A (ko) * 2003-12-12 2005-06-17 삼성전자주식회사 플립 칩 패키지의 오목형 솔더 범프 구조 및 그 제조 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050001159A (ko) * 2003-06-27 2005-01-06 삼성전자주식회사 복수개의 플립 칩들을 갖는 멀티칩 패키지 및 그 제조방법
KR20050058722A (ko) * 2003-12-12 2005-06-17 삼성전자주식회사 플립 칩 패키지의 오목형 솔더 범프 구조 및 그 제조 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102123578A (zh) * 2009-12-21 2011-07-13 英特尔公司 表面安装集成电路组件
CN102123578B (zh) * 2009-12-21 2015-12-16 英特尔公司 表面安装集成电路组件
US20220001475A1 (en) * 2018-11-06 2022-01-06 Mbda France Method for connection by brazing enabling improved fatigue resistance of brazed joints
CN111799241A (zh) * 2020-06-24 2020-10-20 霸州市云谷电子科技有限公司 邦定结构及其制作方法和显示面板
CN112466765A (zh) * 2020-11-26 2021-03-09 安徽光智科技有限公司 焦平面阵列倒装互连工艺方法及焦平面阵列探测器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8592995B2 (en) Method and structure for adhesion of intermetallic compound (IMC) on Cu pillar bump
KR100545008B1 (ko) 반도체소자와 그 제조방법 및 반도체장치와 그 제조방법
US6586843B2 (en) Integrated circuit device with covalently bonded connection structure
KR101010241B1 (ko) 회로 기판, 반도체 장치, 및 반도체 장치의 제조 방법
JP4401411B2 (ja) 半導体チップを備えた実装体およびその製造方法
US20060201997A1 (en) Fine pad pitch organic circuit board with plating solder and method for fabricating the same
JP4729963B2 (ja) 電子部品接続用突起電極とそれを用いた電子部品実装体およびそれらの製造方法
US8671564B2 (en) Substrate for flip chip bonding and method of fabricating the same
US20040080055A1 (en) No flow underfill material and method for underfilling semiconductor components
CN1957470A (zh) 组装方法和由该方法制成的组件
JP2008243853A (ja) インターポーザ基板、それを利用したｌｓｉチップ及び情報端末装置、インターポーザ基板製造方法、並びにｌｓｉチップ製造方法
JP2009004454A (ja) 電極構造体及びその形成方法と電子部品及び実装基板
TWI242866B (en) Process of forming lead-free bumps on electronic component
KR100834804B1 (ko) 금속 스터드 스택 또는 칼럼을 이용한 플립칩 접속방법 및전자회로기판
JP2003347352A (ja) 不導体接着材によって基板にｉｃチップをボンディングする方法、および、この方法により形成されたアセンブリ
KR100843632B1 (ko) 플립칩 실장형 범프, 그 제조방법, 및 비전도성 접착제를이용한 플립칩 접합방법
TWI336516B (en) Surface structure of package substrate and method for manufacturing the same
KR101211724B1 (ko) 반도체 패키지 및 그 제조방법
KR20180114558A (ko) 솔더 코팅된 금속 도전 입자를 사용한 이방성 전도 필름
KR100744149B1 (ko) 은 범프를 이용한 반도체 패키지 구조 및 형성 방법
KR100705757B1 (ko) 극미세피치를 가지는 플립칩 및 이의 제조방법
TWI220304B (en) Flip-chip package substrate and flip-chip bonding process thereof
US9034750B2 (en) Method of fabricating a solder-on-pad structure and flip-chip bonding method using the same
KR20090108744A (ko) 접착제로 국부적으로 둘러싸인 범프/패드 접속부를 갖는플립칩 패키지와 그 제조방법
JP2009224615A (ja) 半導体装置及び半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130429

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140422

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee