KR100873040B1 - 반도체 팩키지 및, 반도체 팩키지의 범프 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 전극 패드가 형성된 반도체 칩과; 상기 반도체 칩의 단자 패드상에 형성된 아연의 핵, 상기 아연의 핵을 감싸는 니켈의 범프부 및, 상기 니켈 범프의 표면에 형성된 금 도금층으로 이루어진 범프;를 구비하는 반도체 팩키지가 제공된다. 또한 반도체 팩키지의 범프 제조 방법이 제공된다.

Description

반도체 팩키지 및, 반도체 팩키지의 범프 제조 방법{Semiconductor Package and Manufacturing Method For Bump of Semiconductor Package}

도 1은 이방성 도전성 페이스트를 이용하여 반도체 팩키지를 기판에 접합하는 것을 개략적으로 나타내는 설명도.

도 2는 비도전성 페이스트를 이용하여 반도체 팩키지를 기판에 접합하는 것을 개략적으로 나타내는 설명도.

도 3은 와이어 본더를 이용한 범프의 제조 방법을 나타내는 설명도.

도 4는 무전해 도금을 통한 범프의 제조 방법을 나타내는 설명도.

도 5a 내지 도 5d 는 본 발명에 따른 반도체 팩키지의 범프 제조 방법을 나타내는 설명도.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

11. 반도체 팩키지 12. 범프

13. 기판 14. 이방성 전도성 페이스트

15. 도전성 입자 16,26. 회로 패턴

21. 반도체 팩키지 22. 범프

23. 기판 24. 비전도성 페이스트

52. 아연의 핵 53. 니켈 범프부

본 발명은 반도체 팩키지 및, 그것의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 페이스트를 이용하여 반도체 팩키지를 기판에 접속할 경우에 반도체 팩키지의 범프와 기판의 패드 단자의 안정적인 접촉이 보장될 수 있도록 범프의 형상이 개선된 반도체 팩키지 및, 그것의 제조 방법에 관한 것이다.

통상적으로 반도체 팩키지 제조 분야에서, 폴리이미드 테이프와 같은 필름상에 형성된 구리 재료의 회로 패턴과, 범프를 이용한 반도체 칩간의 연결 방법 등이 공지되어 있다. 특히 플립칩 패키지는 웨이퍼 상에 형상된 전극 패드와 상기 전극 패드상에 범프를 형성하여 외부 회로와 전기적인 연결을 한다. 이러한 칩 스케일 반도체 팩키지는 제조가 용이하고 취급이 편리하며, 전기적 특성이 향상되고 팩키지의 크기가 경박단소화질 수 있다는 장점을 가지고 있다.

상기와 같이 형성된 반도체 팩키지는 반도체 팩키지가 실장되는 기판에 대해서 이방성 도전성 페이스트 또는 비도전성 페이스트를 통해서 접합될 수 있다. 공지된 바와 같이, 이방성 도전성 페이스트는 접착제 성분과 도전 입자가 혼합된 것으로서, 반도체 팩키지 범프와 기판의 단자 패드 사이의 전기적 연결이 도전 입자를 통해서 이루어진다.

도 1 에 도시된 것은 이방성 도전성 페이스트를 이용한 마이크로 BGA 반도체 팩키지의 접합을 나타내는 개략적인 설명도이다.

도면을 참조하면, 반도체 팩키지(11)의 저면에는 다수의 범프(12)들이 구비되어 있다. 상기 반도체 팩키지(11)는 공지된 바와 같이 반도체 칩과, 상기 반도체 칩의 전극 단자에 전기적으로 연결된 구리 회로 패턴을 가지는 동박 테이프와, 상기 반도체 칩 및, 구리 회로 패턴을 감싸는 엔캡슐레이션과, 상기 동박 테이프의 단자 패드상에 형성된 범프를 구비한다. 도 1 에서는 반도체 팩키지(11)의 저면에 범프(12)가 구비된 것만이 도시되어 있다.

상기 반도체 팩키지(11)는 기판(13)에 대하여 이방성 도전성 페이스트(14)를 통해서 접합된다. 이때, 상기 범프(12)들은 기판(13)의 패드(16)에 대해서 이방성 도전성 페이스트(14)에 포함된 도전성 입자(15)를 통해서 접촉한다.

도 1 을 참조하여 설명된 예와는 달리, 비도전성 페이스트를 이용하여 반도체 팩키지를 기판에 접합시킬 수 있다. 이러한 경우에는 비도전성 페이스트가 단지 접착제의 기능만을 수행하며, 반도체 팩키지의 범프와 기판의 회로 패턴이 직접적으로 접촉하여야만 전기적인 연결이 이루어질 수 있다. 따라서, 반도체 팩키지에 형성되는 범프의 표면 형상에 따라서 전기적인 접속의 품질이 달라질 수 있다.

도 2 에 도시된 것은 비도전성 페이스트를 이용하여 반도체 팩키지를 기판에 접합시킨 예에 대한 개략적인 설명도이다.

도면을 참조하면, 반도체 팩키지(21)는 비도전성 페이스트(24)를 통해서 기판(23)에 대하여 접합된다. 이때, 반도체 팩키지(21)에 형성된 범프(22)는 기판(23)의 회로 패턴(26)에 직접적으로 접촉하게 되는 것이다.

도 3 에 도시된 것은 반도체 팩키지의 범프를 제작하는 하나의 방법에 대한 설명도이다.

도면을 참조하면, 반도체 칩(31)의 표면에는 보호막(32)과 상기 보호막(32)이 노출된 곳에 구비된 단자 패드(33)를 가진다. 상기 단자 패드(33)상에 골드 와이어의 범프(34)를 형성한 것이 도시되어 있다.

도 3 에 도시된 예에서는 와이어 본딩 수행 장비를 이용하여 본딩 와이어를 단자 패드(33)에 소정의 양으로 올려놓는 방식으로 범프(34)를 형성하는 것이다. 그러나 이러한 방식은 와이어 본딩용 장치를 이용하여 모든 개별적인 단자 패드(33)상에 골드 와이어를 올려놔야하기 때문에, 다수의 핀을 구비한 반도체 팩키지에 적용하는 것이 용이하지 않다. 특히 핀이 700 개 이상되는 반도체 팩키지에서는 작업성이 나빠진다. 더욱이, 와이어 본딩 장비에서는 본딩 피치가 한계에 도달하여 있기 때문에 30 마이크로미터 이하의 범프를 제조하기가 어렵다. 따라서 범프의 피치가 미세한 경우에는 범프 형성용으로 와이어 본딩 장비를 이용할 수 없다는 문제점이 있다.

도 4 에 도시된 것은 반도체 팩키지의 범프를 제작하는 하나의 방법에 대한 설명도이다.

도면을 참조하면, 반도체 칩(41)의 표면에는 회로 패턴 테이프가 부착되고, 회로 패턴 테이프에는 보호막(42)과, 상기 보호막(42)이 노출된 곳에 위치하는 단자 패드(43)상에 골드 범프(44)가 형성되어 있다. 상기 골드 범프(44)는 무전해 도금으로 형성된다. 이때, 무전해 도금을 통해서 골드 범프(44)를 소정의 높이까지 형성하기 위해서는 비용이 많이 소요된다는 문제점이 있다. 더욱이, 완성된 골드 범프(44)는 도금 특성상 상부 표면이 도면에 도시된 바와 같이 오목하게 되기 쉬우므로, 기판상의 패드와 접촉할때 전기적인 연결이 잘 이루어지지 않거나, 또는 오목한 패드부분에 접착제 성분의 수지가 진입하여 전기적인 연결을 방해하며, 열저항 및, 전기 저항이 높아지는 경향이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제공되는 것으로서, 본 발명의 목적은 개선된 범프를 구비한 반도체 팩키지를 제공하는 것이다

본 발명의 반도체 팩키지의 단자 패드와 기판의 패드 사이의 전기적인 연결이 보장될 수 있는 반도체 팩키지의 범프 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 전극 패드가 형성된 반도체 칩과; 상기 반도체 칩의 전극 패드상에 형성된 아연의 핵, 상기 아연의 핵을 감싸는 니켈의 범프부 및, 상기 니켈 범프의 표면에 형성된 금 도금층으로 이루어진 범프;를 구비하는 반도체 팩키지가 제공된다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 범프는 기판의 패드에 대하여 직접적으로 접촉한 상태에서 비도전성 페이스트를 이용하여 접합이 이루어진다.

또한 본 발명에 따르면, 반도체 팩키지의 전극 패드부를 세척, 탈지 및, 수세하여 전저리하는 단계; 상기 전극 패드상에 스퍼터링으로 아연의 핵을 형성하는 단계; 상기 전극 패드상에 무전해 도금으로써 니켈의 범프부를 형성하는 단계; 상기 니켈의 범프부상에 치환 도금으로써 금 도금층을 형성하는 단계;를 구비하는 반 도체 팩키지의 범프 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 스퍼터링으로 아연의 핵을 형성하는 단계는, 통공의 크기가 상이한 마스크를 이용하여 2 회로 이루어짐으로써, 중앙부가 주변부에 비해서 돌출한 아연의 핵이 형성된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 니켈의 범프부는 중앙부가 주변부에 비하여 상대적으로 볼록하게 형성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 팩키지를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 5a 내지 도 5d 에 도시된 것은 본 발명에 따른 반도체 팩키지의 범프 제조 방법을 단계별로 나타낸 단면도이다.

도 5a 를 참조하면, 반도체 칩(51)의 일 표면에는 알루미늄 단자 패드(57) 및, 상기 단자 패드(57)의 표면을 선택적으로 노출시키고 있는 보호막(58)이 형성되어 있다. 상기 전극 패드는 소정의 전처리를 받게 되는데, 당해 기술 분야에서 공지된 바와 같이 플라스마 세척, 탈지 및, 수세등을 포함한다.

다음에 도 5b 에 도시된 바와 같이 아연 스퍼터링 처리를 하게 된다. 아연 스퍼터링 처리를 수행한 결과로서, 상기 알루미늄 단자 패드(57)상에는 아연의 핵(52)이 성장하게 된다. 아연의 스퍼터링은 마스크를 이용하여 알루미늄 단자 패드(57)의 부위만을 노출시키고, 통상의 스퍼터링 작업을 통해서 아연의 핵(52)을 성장시키는 것이다. 아연의 핵(52)은 최종적으로 형성된 범프의 형상이 중앙부가 돌출되도록 하기 위한 것이다. 즉, 범프의 형상은 중앙부가 주변부보다 돌출하도록 형성함으로서, 범프가 기판의 패드와 실질적으로 접촉할 수 있게 한다.

아연의 스퍼터링 작업은 2 회로 나뉘어져서 이루어질 수 있다. 예를 들면, 2 가지의 마스크를 준비하는데, 마스크에는 상기 단자 패드(75)에 대응하는 통공이 형성되어 있으며, 그러한 통공의 크기는 2 가지 마스크가 서로 다르게 형성된다. 첫번째 스퍼터링은 통공의 크기가 상대적으로 큰 마스크를 통해서 이루어진다. 첫번째 스퍼터링을 통해서 상기 단자 패드(57)상에는 상대적으로 낮은 높이의 핵이 형성될 것이다. 다음에 두번째 스퍼터링은 통공의 크기가 상대적으로 작은 마스크를 이용하여 이루어진다. 두번째 스퍼터링에 사용되는 마스크의 통공은 이미 형성된 아연의 핵의 중심부에 일치하도록 위치된다. 두번째 스퍼터링이 이루어지면, 이미 이루어진 핵의 중앙부에 상대적으로 높이가 높은 볼록한 부분이 형성될 것이다. 이렇게 함으로써 아연의 핵의 주변부에 비하여 중앙부의 높이가 5 마이크로미터 정도 볼록하게 할 수 있다.

도 5c 를 참조하면, 아연이 핵(52)이 형성된 단자 패드(57)의 상부에서 무전해 니켈 도금을 한 것이 도시되어 있다. 무전해 니켈 도금을 함으로써 형성된 니켈 범프부(53)는 단자 패드(57)의 중앙부에 형성된 아연의 핵(52)의 존재 때문에 전체적으로 중앙부가 볼록한 형상을 가진다. 무전해 니켈 도금은 90 내지 95 % 의 니켈과, 5 내지 10 % 의 인(phosphorous)을 구비한 재료를 이용하여 이루어지며, 1 내지 50 마이크로 미터의 두께로 전착된 이후에 수세 및, 건조 단계를 거치게 된다.

도 5d 에는 치환 도금에 의해서 니켈의 범프부(53)상에 금 도금층(55)이 형성된 것이 도시되어 있다.

도 5d 의 최종적인 범프의 형상에서 알 수 있는 바와 같이, 범프는 중앙부가 주변부보다 볼록하게 형성되며, 이는 상기 언급된 바와 같이 단자 패드(57)상에 아연의 핵(52)이 존재하기 때문이다. 아연의 핵(52)을 2 차에 걸친 스퍼터링으로 형성할 경우, 범프가 볼록해지는 정도는 더욱 심화될 것이다.

한편, 범프는 전체적으로 니켈 재료의 무전해 도금으로 이루어지므로 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한 니켈 재료의 범프부상에 금으로 도금층을 형성하므로 도전성을 보장할 수 있다.

도 5a 내지 도 5d 를 참조하여 설명된 방법을 통해서 제조된 범프를 구비하는 반도체 팩키지는 도 2 를 참조하여 설명된 바와 같이 비도전성 페이스트를 이용하여 기판에 접합될 수 있다. 이때, 범프의 중앙부가 볼록하게 형성되어 있으므로, 기판의 단자에 대한 접촉성이 보장되며, 따라서 안정된 반도체 팩키지 접합이 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 반도체 팩키지는 기판의 패드에 대한 안정적인 접촉이 가능한 범프를 구비하므로 페이스트를 이용한 반도체 팩키지의 실장 작업이 안정적으로 이루어질 수 있다. 또한 본 발명에 따른 반도체 팩키지의 범프 제조 방법은 반도체 팩키지의 범프를 저렴한 비용으로 효율적으로 제조할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예지적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라 서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

1. 다수의 전극 패드를 가지는 반도체 칩과;

   상기 반도체 칩의 전극 패드상에 스퍼터링으로 형성된 아연의 핵, 상기 아연의 핵을 감싸는 니켈의 범프부 및, 상기 니켈 범프부의 표면에 형성된 제1 도금층으로 이루어져 범프의 중앙부가 주변부에 비하여 상대적으로 돌출된 형태를 가진, 범프;를 구비하고,

   상기 범프는 기판의 회로 패턴에 대하여 직접적으로 접촉한 상태에서 비도전성 페이스트를 이용하여 접합이 이루어지고,

   상기 제 1 도금층은 금 또는 그 합금 또는 주석 또는 그 합금 중 하나로 되어진 것을 특징으로 하는 반도체 팩키지.
2. 삭제
3. 삭제
4. 반도체 팩키지 상의 전극 패드를 세척, 탈지 및, 수세하여 전저리하는 단계;

   상기 패드상에 스퍼터링으로 아연의 핵을 형성하는 단계;

   상기 패드와 상기 아연의 핵 상에 무전해 도금으로써 니켈의 범프부의 중앙부가 주변부에 비하여 상대적으로 돌출되게 범프를 형성하는 단계;

   상기 니켈의 범프부상에 치환 도금으로써 제 1 도금층을 형성하는 단계;를 구비하고,

   상기 스퍼터링으로 아연의 핵을 형성하는 단계는, 통공의 크기가 상이한 마스크를 이용하여 2 회로 이루어짐으로써, 중앙부가 주변부에 비해서 볼록하게 돌출한 아연의 핵이 형성되고,

   상기 제 1 도금층은 금 또는 그 합금 또는 주석 또는 그 합금 중 하나로 되어진 것을 특징으로하는 반도체 팩키지의 범프 제조 방법.
5. 삭제
6. 삭제

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