KR100878947B1 - 솔더 범프 및 그의 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구리 포스트를 4개의 라운딩 형상을 갖는 클로버 모양으로 형성하여 솔더와의 접합 면적을 넓혀 균열 전파 구간의 면적을 넓힘으로써 전단 응력에 의한 크랙 전파 경로를 길게 하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 솔더 범프 및 그의 형성 방법에 관한 것이다.
솔더 범프, 전단 응력, 리플로우, 클로버 모양

Description

솔더 범프 및 그의 형성 방법{Solder Bump and Formation Method of the same}
본 발명은 솔더 범프 및 그의 형성 방법에 관한 것으로, 특히 구리 포스트를 4개의 라운딩 형상을 갖는 클로버 모양으로 형성하여 솔더와의 접합 면적을 넓혀 균열 전파 구간의 면적을 넓힘으로써 전단 응력에 의한 크랙 전파 경로를 길게 하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 솔더 범프 및 그의 형성 방법에 관한 것이다.
최근 들어 전자제품의 소형화와 전기적 고성능화를 위하여 접속 길이를 짧게 할 수 있는 플립칩 기술이 크게 대두되고 있다.
이때, 플립칩의 전기적인 접속을 위해 납(Pb)/63주석(Sn), 주석(Sn)-은(Ag), 주석(Sn)-구리(Cu), 주석(Sn)-은(Ag)-구리(Cu)(-비스무스(Bi)) 등의 솔더 범프를 이용한 방법이 많이 이용되고 있다.
이러한, 솔더 범프는 주로 납/63주석 솔더가 많이 사용되었으나 환경적인 문제에 따른 납의 규제 방침에 따라 현재 거의 사용되지 않는다.
이에 따라, 현재 솔더 범프는 주석을 기반으로 한 무연 솔더의 추세로 바뀌고 있다.
이러한, 무연 솔더는 크게 볼 접착(Ball Attachment), 스크린 프린팅(Screen/Stencil Printing), 전해 도금(Electroplating) 등의 방법에 의해 형성된다.
이 중, 볼 접착 방법 및 스크린 프린팅 방법은 미세한 크기의 솔더 볼을 만들기가 어렵거나 페이스트(Paste)의 빠짐성이 좋지 않아 미세 피치 대응에 어려운 문제가 있다.
이에 반해, 전해 도금 방법은 위의 두 가지 방법에 비해 첨가 원소의 표준 화원 전위의 차이로 인해 이원계 이상의 도금에서는 각 도금 용액의 농도와 도금조(Bath)의 크기 및 상태, 시편의 위치 및 형태, 전극의 크기 및 형태 등에 따라 도금 조성 및 상태에 큰 영향을 받지만, 위의 두 가지 방법에 비해 미세 피치를 갖는 솔더 범프를 형성할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 솔더 범프를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 솔더 범프는 전자부품을 구성하는 금속층(106) 위에 형성된 구리 포스트(Cu Post)(102), 구리 포스트(102) 위에 주석(Sn)-은(Ag) 합금으로 형성된 솔더 볼(104)을 포함한다.
구리 포스트(102)는 구리(Cu)로 형성되고, 전해 도금 공정을 통해 전자부품을 구성하는 금속층(106) 위에 형성된다.
여기서, 금속층(106)은 인쇄회로기판이나 웨이퍼 레벨 패키지(Wafer Level Package; WLP)에 형성되는 회로패턴을 의미한다.
이때, 금속층(106)이 인쇄회로기판에 형성될 경우 금속층(106)은 절연 층(108) 위에 형성되고, 금속층(106)의 일부를 제외한 나머지 부분의 절연층(108) 위에 솔더 레지스터층(110)이 형성된다.
또한, 금속층(106) 위에는 금속층(106)을 외부로부터 보호하기 위해 금도금층(112)이 형성된다.
솔더 볼(104)은 마스크를 이용하여 주석(Sn)-은(Ag) 합금 페이스트를 구리 포스트(102) 위에 인쇄한 후 리플로우 공정을 통해 구리 포스트(102)를 전부 감싸는 원형의 볼 형태로 형성된다.
그러나, 이와 같은 종래 기술에 따른 솔더 범프는 도 2a에 도시된 바와 같이 구리(Cu)로 형성된 구리 포스트(102)와 주석(Sn)-은(Ag) 합금 페이스트(103)로 형성된 솔더(104)에 대해 외부 요인에 의한 균열(Crack)이 발생 될 경우 이종 금속 간의 계면에서 생성된 금속간 화합물을 따라 균열(Crack)이 전파될 수 있다.
또한, 리플로우 공정 시 도 2b에 도시된 바와 같이 주석(Sn)-은(Ag) 합금 페이스트(103)가 구리 포스트(102) 주위에 잘 흘러내리지 못해 균일한 형태의 솔더 범프가 형성되지 못하는 불량을 야기할 수 있다.
따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 솔더 범프는 전자부품을 구성하는 금속층 위에 4개의 라운딩 형상을 갖는 클로버 모양으로 형성된 금속 포스트; 및 상기 금속 포스트의 상부 면과 측면 일부를 감싸도록 원형의 볼 형태로 형성된 솔더 볼을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 솔더 범프는 상기 금속층과 상기 금속 포스트 사이에 형성된 금도금층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 솔더 범프에서 상기 금속 포스트와 상기 솔더 볼은 다른 금속으로 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 솔더 범프에서 상기 금속 포스트는 구리로 이루어진다.
본 발명의 실시 예에 따른 솔더 범프에서 상기 솔더 볼은 주석-은 합금으로 이루어진다.
본 발명의 실시 예에 따른 솔더 범프 형성 방법은 a) 전자부품을 구성하는 금속층 위에 4개의 라운딩 형상을 갖는 클로버 모양으로 금속 포스트를 형성하는 단계; b) 상기 금속 포스트와 동일한 형상을 갖도록 상기 금속 포스트 위에 금속 페이스트를 인쇄하는 단계; 및 c) 상기 금속 페이스트를 리플로우하여 상기 금속 포스트를 전부 감싸는 원형의 볼 형태의 솔더 볼을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 솔더 범프 형성 방법에서 상기 금속 포스트는 전해 도금법에 의해 상기 금속층 위에 4개의 라운딩 형상을 갖는 클로버 모양으로 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 솔더 범프 형성 방법에서 상기 금속 포스트와 상기 솔더 볼은 다른 금속으로 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 솔더 범프 형성 방법에서 상기 금속 포스트는 구리로 이루어진다.
본 발명의 실시 예에 따른 솔더 범프 형성 방법에서 상기 솔더 볼은 주석-은 합금으로 이루어진다.
본 발명은 4개의 라운딩 형상을 갖는 클로버 모양으로 금속 포스트를 형성한 후 금속 포스트 위에 금속 포스트와 동일한 형태의 홀이 형성된 마스크를 이용하여 주석(Sn)-은(Ag) 합금 페이스트를 인쇄한 후 리플로우 공정을 통해 솔더 볼을 형성하기 때문에 리플로우 공정을 통한 솔더 범프 형성 시 주석(Sn)-은(Ag) 합금 페이스트가 금속 포스트의 홈 사이로 3방향에서 솔더 레지스터층까지 흘러내리므로 솔더볼과 금속 포스트 간의 접촉 면적이 증가하게 되어 솔더 범프의 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 금속 포스트를 클로버 모양으로 형성하기 때문에 전단 응력 인가 시 크랙 전파가 길어지고 크랙이 굴절되기 때문에 전단 응력에 대한 저항을 크게 할 수 있어 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 솔더 범프를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 솔더 범프는 전자부품의 금속층(12) 위에 4개의 라운딩 형상을 갖는 클로버 모양으로 형성된 금속 포스트(2), 금속 포스트(2)를 전부 감싸도록 원형의 볼 형태로 금속 포스트(2) 위에 형성된 솔더 볼(4)을 포함한다.
금속 포스트(2)는 전해 도금 공정을 통해 전자부품의 금속층(6) 위에 4개의 라운딩 형상을 갖는 클로버 모양으로 형성된다.
이러한, 금속 포스트(2)는 솔더 볼(4)과 다른 금속(예를 들면, 구리(Cu))으로 이루어진다.
이때, 금속 포스트(2)는 4개의 라운딩 형상을 갖는 클로버 모양뿐만 아니라 2개 또는 3개의 라운딩 형상을 갖는 형태로 형성될 수 있고, 그 이상의 라운딩 형상을 갖도록 형성될 수도 있다.
여기서, 금속층(6)은 인쇄회로기판이나 웨이퍼 레벨 패키지에 형성되는 회로패턴을 의미한다.
이때, 금속층(6)이 인쇄회로기판에 형성될 경우 금속층(6)은 절연층(8) 위에 형성되고, 금속층(6)의 일부를 제외한 나머지 부분의 절연층(8) 위에 솔더 레지스터층(10)이 형성된다.
또한, 금속층(6) 위에는 금속층(6)을 외부로부터 보호하기 위해 금도금층(12)이 형성된다.
즉, 금속층(6)이 인쇄회로기판에 형성되어 있을 경우 금도금층(12)은 금속층(6)과 금속 포스트(2) 사이에 형성된다.
그러나, 금속층(6)이 웨이퍼 레벨 패키지에 형성될 경우에는 솔더 레지스터층(10) 및 금도금층(12)은 형성되지 않는다.
솔더 볼(4)은 마스크를 이용하여 금속 페이스트를 금속 포스트(2) 위에 인쇄한 후 금속 페이스트를 리플로우하여 금속 포스트(2)를 전부 감싸도록 원형의 볼 형태로 형성된다.
이때, 금속 페이스트는 주석(Sn)-은(Ag) 합금 페이스트가 사용되고, 솔더 볼(4) 형성 시 마스크는 금속 포스트(2)와 동일한 형상의 홀이 형성된 마스크를 이용한다.
이에 따라, 금속 페이스트는 금속 포스트(2)와 동일한 형상 즉, 4개의 라운딩 형상을 갖는 클로버 모양으로 금속 포스트(2) 위에 인쇄된다.
이러한, 솔더 볼(4)은 주석(Sn)-은(Ag) 합금 이외의 금속으로 형성될 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 솔더 범프는 4개의 라운딩 형상을 갖는 클로버 모양으로 금속 포스트(2)를 형성한 후 금속 포스트(2) 위에 금속 포스트(2)와 동일한 형태의 홀이 형성된 마스크를 이용하여 주석(Sn)-은(Ag) 합금 페이스트를 인쇄하여 솔더 볼(4)을 형성하기 때문에 리플로우 공정을 통한 솔더 범프 형성 시 도 4a에 도시된 바와 같이 주석(Sn)-은(Ag) 합금 페이스트(3)가 금속 포스트(2)의 홈 사이로 3방향에서 솔더 레지스터층(16)까지 흘러내리므로 주석(Sn)-은(Ag) 합금 페이스트(3)와 금속 포스트(2) 간의 접촉 면적이 증가하게 되어 솔더 범프의 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 솔더 범프는 금속 포스트(2)를 클로버 모양으로 형성하기 때문에 도 4b에 도시된 바와 같이 전단 응력(Shear Stress) 인가 시 크랙 전파가 길어지고 크랙이 굴절되기 때문에 전단 응력에 대한 저항을 크게 할 수 있어 기계적 강도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 솔더 범프를 나타내는 도면이다.
도 2a는 도 1에 도시된 솔더 범프 형성 시 균열 전파 경로를 나타내는 도면이다.
도 2b는 도 1에 도시된 솔더 범프를 형성하기 위한 리플로우 공정 시 솔더의 젖음성을 나타내는 도면이다.
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 솔더 범프를 나타내는 도면이다.
도 4a는 도 3에 도시된 솔더 범프를 형성하기 위한 리플로우 공정 시 솔더의 젖음성을 나타내는 도면이다.
도 4b는 도 3에 도시된 솔더 범프 형성 시 균열 전파 경로를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2, 102 : 구리 포스트 3, 103 : 주석-은 합금 페이스트
4, 104 : 솔더 볼 6, 106 : 금속층
8, 108 : 절연층 10, 110 : 솔더 레지스터층
12, 112 : 금도금층

Claims (10)

  1. 전자부품을 구성하는 금속층 위에 4개의 라운딩 형상을 갖는 클로버 모양으로 돌출 형성된 금속 포스트; 및
    상기 금속 포스트를 전부 감싸도록 원형의 볼 형태로 형성된 솔더 볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 범프.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속층과 상기 금속 포스트 사이에 형성된 금도금층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 범프.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 포스트와 상기 솔더 볼은 다른 금속으로 구성된 것을 특징으로 하는 솔더 범프.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 금속 포스트는 구리로 이루어진 것을 특징으로 하는 솔더 범프.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 솔더 볼은 주석-은 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 솔더 범프.
  6. a) 전자부품을 구성하는 금속층 위에 4개의 라운딩 형상을 갖는 클로버 모양으로 금속 포스트를 형성하는 단계;
    b) 상기 금속 포스트와 동일한 형상을 갖도록 상기 금속 포스트 위에 금속 페이스트를 인쇄하는 단계; 및
    c) 상기 금속 페이스트를 리플로우하여 상기 금속 포스트를 전부 감싸는 원형의 볼 형태의 솔더 볼을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔더 범프 형성 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 금속 포스트는 전해 도금법에 의해 상기 금속층 위에 4개의 라운딩 형상을 갖는 클로버 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 솔더 범프 형성 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 금속 포스트와 상기 솔더 볼은 다른 금속으로 구성된 것을 특징으로 하는 솔더 범프 형성 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 금속 포스트는 구리로 이루어진 것을 특징으로 하는 솔더 범프 형성 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 솔더 볼은 주석-은 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 솔더 범프 형성 방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005286087A (ja) 2004-03-30 2005-10-13 Nec Infrontia Corp 半導体装置

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