KR101049520B1 - 코어 솔더볼, 코어 솔더볼의 제조방법 및 이를 이용한 전자부품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코어 솔더볼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 볼 그리드 어레이, 칩 스케일 패키지와 같은 표면실장부품의 범프 형성에 이용되는 코어 솔더볼, 코어 솔더볼의 제조방법 및 이를 이용한 전자부품에 관한 것이다.
본 발명에 의한 코어 솔더볼은 코어, 상기 코어의 표면에 형성된 2층 이상의 금속층, 및 상기 금속층의 표면에 형성된 솔더층을 포함하고, 상기 솔더층은 금속층의 표면에 형성된 제1솔더층 및 상기 제1솔더층의 표면에 형성된 제2솔더층을 가지고, 상기 제1솔더층은 순수 주석, 무연 합금솔더 중에서 어느 하나의 재질로 이루어지며, 상기 무연 합금솔더는 은을 포함하지 않고, 상기 제2솔더층은 Sn-Ag계의 합금솔더로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

코어 솔더볼, 코어 솔더볼의 제조방법 및 이를 이용한 전자부품{CORE SOLDER BALLS, METHOD OF MANUFACTURING CORE SOLDER BALLS AND ELECTRONIC PARTS USING THE SAME}

본 발명은 코어 솔더볼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 볼 그리드 어레이, 칩 스케일 패키지와 같은 표면실장부품의 범프 형성에 이용되는 코어 솔더볼, 코어 솔더볼의 제조방법 및 이를 이용한 전자부품에 관한 것이다.

과거 전자 부품의 패키지 형태는 싱글라인 패키지(Single Line Package; SIP), 듀얼라인 패키지(Dual Line Package; DIP), 쿼드플랫 패키지(Quad Flat Package; QFP)가 주류를 이루어 왔으나, 최근 전자기의 경박단소화에 의해 전자부품의 패키지는 볼 그리드 어레이(Ball Grid Array; BGA), 칩 스케일 패키지(Chip Scale Package; CSP) 등으로 바뀌고 있다.

상술한 패키지 중에서 SIP, DIP, QFP 등은 신호의 전달(I/O ; input/output)을 위한 전극이 패키지 제품의 좁은 면적을 가진 측면에 위치하는데 비해 볼 그리드 어레이의 경우는 넓을 면적을 가진 제품의 바닥에 위치하기 때문에 훨씬 많은 I/O 전극을 설치할 수 있다. 따라서 최근의 전자제품의 다기능화와 속도의 향상을 위해 적합한 전자부품 패키지 방법이라 하겠다.

볼 그리드 어레이는 일반적으로 작은 PCB 기판 위에 IC(Integrated Circuit) 반도체를 부착하고 반대 면에 전극을 배열한다. 그리고 배열된 전극에 솔더 범프라는 솔더 덩어리를 접합한다. 그런 다음 보다 큰 PCB 기판의 연결전극과 일치하게 위치시키고, 리플로우 공정을 통해 납땜한다. 각각의 솔더 범프는 미소한 접합부를 형성하고 이것이 PCB기판과 접속한다. 여기에서 CSP는 BGA Package와 IC칩과의 크기가 거의 비슷한 것을 말하며, Multi Chip Module(MCM)은 BGA Package에 많은 IC칩이 있는 것을 말한다.

I/O 전극을 전기적 그리고 물리적으로 연결하는 솔더 범프의 형성에는 솔더 페이스트를 이용하는 방법과 솔더볼을 이용하는 방법이 있다. 솔더페이스트의 경우는 미세한 솔더 분말을 플럭스와 함께 혼합하여 원하는 면에 프린팅하거나 부분적으로 도포하고 온도를 솔더의 융점 이상으로 올려 표면장력을 이용한 솔더 범프를 형성한다. 그러나 이 방법은 PCB 전체에 솔더를 도포하거나 일정지역에 솔더를 도포하고 표면장력을 이용하는 것이기 때문에 솔더 범프의 크기를 제어하기 힘들고 원하지 않는 부위에 솔더 범프가 형성되는 등의 문제점이 있다. 반면 솔더볼을 이용할 경우는 원하는 위치에 솔더볼을 놓아 범프를 형성하기 때문에 균일하고 원하는 곳에 범프를 형성할 수 있는 장점이 있다.

솔더볼은 메탈 솔더볼과 플라스틱 코어 솔더볼로 분류될 수 있다. 메탈 솔더볼은 구 형태의 단일 솔더로 이루어진 것을 말하며, 플라스틱 코어 솔더볼은 구형의 플라스틱 코어 외측에 금속층이 형성되고, 금속층의 바깥측에 솔더층이 형성되어 구성된다. 그리고, 메탈 솔더볼은 전체가 금속이기 때문에 충격을 흡수할 수 있는 물질이 없어 충격에 약하다는 단점이 있다. 이에 비해, 플라스틱 코어 솔더볼의 경우는 충격을 흡수할 수 있는 플라스틱이 코어가 존재하므로 충격에 대한 저항력이 메탈 솔더볼 보다 높다.

솔더볼에 적용되는 솔더 조성 중에서 가장 많이 사용해 왔던 것이 Sn-Pb계 솔더이다. 그러나 최근 납 공해에 대한 문제점이 대두되면서 전자기기에 납을 사용하는 것을 규제하고 있어 무연솔더를 사용하는 추세이다. 무연솔더의 가장 대표적인 것은 Sn을 주성분으로 한 Sn-Ag계, Sn-Bi계, Sn-Cu계, Sn-Zn계 및 여기에 다시 Ag, Cu, Zn, In, Ni, P, Ga, Cr등을 적절히 첨가하여 사용하고 있으며, 용도와 공정에 맞게 적합한 것이 선택된다.

플라스틱코어 솔더볼의 경우 솔더를 형성하기 위해서는 전기도금 방법이 사용된다. 전기도금 방법을 이용할 경우 일본공개특허 제2004-349487호에 개시된 바와 같이 두 가지의 합금도금은 가능하나 세 가지 이상의 합금조성을 원하는 농도로 조절하며 도금을 하는 것은 매우 어렵다. 따라서 플라스틱 코어 솔더볼의 경우 솔더의 조성은 Sn-Ag와 같이 두 가지 금속을 이용하여 사용하고 있는 실정이다.

무연 솔더 중에서 Sn-Ag계 솔더는 가장 우수한 물리적, 화학적 특성을 갖기 때문에 가장 많이 사용하는 솔더 조성중의 하나이다. 그러나 솔더링되는 부분이 Cu 금속층일 경우 리플로우 공정에서 솔더의 성분 중 하나인 Sn이 Cu와 결합하여 금속간화합물이 형성된다. 여기에서 형성된 금속간 화합물은 초기에는 문제가 없지만 시간이 지남에 따라 열에 의한 반복적인 스트레스에 의해 Cu 금속층과의 솔더링 부분에서 금속간 화합물에 응력이 집중되어 크랙이 발생되고 결국 단락을 일으킨다. 이 단락은 제품의 수명을 단축시키는 결과를 초래한다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 피로특성이 우수한 Sn-Ag-Cu 솔더가 제시되었다. 그러나 상기에 언급한 바와 같이 삼원계 합금의 전기도금은 많은 문제점이 있어 현실적으로 플라스틱코어 솔더볼에 적용하기에 한계가 있다.

또한 메탈 솔더볼의 경우는 합금화된 솔더를 녹여 원하는 크기의 구형태로 응고시켜 제조하기 때문에 원하는 합금의 조성을 쉽게 만들 수 있다.

코어 솔더볼의 경우 솔더를 형성시키는 방법은, 경제성과 시간을 고려할 때 가장 적합한 것이 전기도금 방법이다. 전기도금에 있어 솔더층이 형성되는 기구는 도금액 속의 금속 이온이 음극에서 전자를 받아 금속으로 환원되어 성장하는 방식이다. 여기에서 도금액 속의 금속이온마다 환원되려는 힘이 각각 다르다 이를 환원 전위라 하는데, Sn-Ag 무연솔더의 금속 Sn은 -0.14eV이고 Ag는 +0.799eV이다.(참고로 유연 솔더의 금속 재료인 Pb의 경우 환원전위가 -0.126eV이다.)

상기에 설명한 바와 같이 Sn과 Ag의 환원전위차가 너무 크기 때문에 동시에 같은 전기력을 받아도 한쪽 금속만 환원되려는 경향이 강하다. 따라서 원하는 조성의 합금솔더를 도금하지 못한다. 이런 문제를 해결하기 위해 환원 전위차를 낮추어 주는 첨가제를 사용한다. 특히 Sn-Ag 합금 도금의 경우는 일반 합금 도금보다 강력한 첨가제를 사용해야만 원하는 합금조성을 갖는 합금솔더를 얻을 수 있다.

이런 첨가제는 전기도금시 솔더의 조성을 유지하는 데는 좋으나, 도금시 첨가제의 일부가 합금솔더층에 잔류하고 리플로우시 기화되어 보이드(void)를 형성하게 된다. 이때 생성된 보이드는 제품에 열적 또는 물리적 충격이 작용되면 크랙(crack)의 시작점으로 작용하기 때문에 신뢰성에 많은 악영향을 끼친다.

일반적인 플라스틱 코어 솔더볼의 경우 다음과 같은 구조를 갖고 있다. 우선 가장 안쪽에 구의 형태를 유지할 수 있는 플라스틱 재질의 코어가 있고, 코어의 외면측에 무전해 Ni 또는 Cu 도금층이 존재한다. 여기에 전도성을 어느 정도 부여하기 위해 그 외측에 전기 Cu층을 형성하고, 최종적으로 그 외측에 솔더를 전기도금하여 솔더볼을 완성한다. 앞에서 언급하였듯이 Sn-Ag 무연 솔더 특성이 뛰어나기 때문에 전도층 이후에 Sn-Ag 합금솔더층을 전기도금 방법으로 형성하여 사용하고 있다. 그러나 코어 솔더볼의 경우 Sn-Ag 합금솔더층의 유기물 잔류에 따른 보이드의 발생으로 신뢰성이 낮아 사용에 많은 제약을 받고 있다. 특히 진공 리플로우의 경우 리플로우 과정에서 심하게 보이드가 생성되어 일부의 솔더가 튀는 현상이 발생되며, 이는 제품 표면을 오염시켜 많은 불량을 초래하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 리플로우 이후에 보이드가 생성되지 않아 열적 또는 물리적 피로특성이 우수한 코어 솔더볼, 코어 솔더볼의 제조방법 및 이를 이용한 전자부품을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1측면은 코어, 상기 코어의 표면에 형성된 2층 이상의 금속층, 및 상기 금속층의 표면에 형성된 솔더층을 포함하는 코어 솔더볼로서, 상기 솔더층은 금속층의 표면에 형성된 제1솔더층 및 상기 제1솔더층의 표면에 형성된 제2솔더층을 가지고, 상기 제1솔더층은 순수 주석, 무연 합금솔더 중에서 어느 하나의 재질로 이루어지며, 상기 무연 합금솔더는 은을 포함하지 않고, 상기 제2솔더층은 Sn-Ag계의 합금솔더로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 무연 합금솔더는 Sn-Cu, Sn-Bi, Sn-In, Sn-Zn계 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 Sn-Ag계의 합금솔더는 0.5 내지 10.0중량%의 은(Ag)을 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 솔더층의 전체 두께에서 제1솔더층은 10~90%을 차지하고, 제2솔더층은 90~10%를 차지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면은 코어; 상기 코어의 표면에 제1금속층; 상기 제1금속층의 표면에 형성된 제2금속층; 상기 제2금속층의 표면에 형성된 제3금속층; 및 상기 제3금속층의 표면에 형성된 솔더층;을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 금속층은 서로 다른 성분의 금속으로 구성되며, 상기 솔더층은 상기 제3금속층의 표면에 형성된 제1솔더층 및 상기 제1솔더층의 표면에 형성된 제2솔더층을 가지고, 상기 제1솔더층은 순수 주석, 무연 합금솔더 중에서 어느 하나의 재질로 이루어지며, 상기 무연 합금솔더는 은을 포함하지 않고, 상기 제2솔더층은 Sn-Ag계의 합금솔더로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제3금속층은 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 인듐(In) 중에서 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.

상기 무연 합금솔더는 Sn-Cu, Sn-Bi, Sn-In, Sn-Zn계 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 Sn-Ag계의 합금솔더는 0.5 내지 10.0중량%의 은(Ag)을 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 솔더층의 전체 두께에서 제1솔더층은 10~90%을 차지하고, 제2솔더층은 90~10%를 차지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3측면은 코어, 상기 코어의 표면에 형성된 2층 이상의 금속층, 및 상기 금속층의 표면에 형성된 솔더층을 가진 코어 솔더볼의 제조방법으로,

코어의 표면에 2층 이상의 금속층을 무전해 또는 전해 도금을 통해 형성하는 단계; 상기 금속층의 표면에 무전해 또는 전해 도금을 통해 제1솔더층을 형성하는 단계; 및 상기 제2솔더층의 표면에 무전해 또는 전해 도금을 통해 제2솔더층을 형성하는 단계;로 이루어지고, 상기 제1솔더층은 순수 주석, 무연 합금솔더 중에서 어느 하나의 재질로 이루어지며, 상기 무연 합금솔더는 은을 포함하지 않고, 상기 제2솔더층은 Sn-Ag계의 합금솔더로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4측면은 상술한 코어 솔더볼에 의해 형성된 전극을 가진 전자부품인 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 리플로우 이후에 보이드가 생성되지 않아 열적 및 물리적 충격에 대하여 안전한 특성을 가지고, 이에 따라 전자부품, 반도체 패키지 및 전자제품의 제조에 적용되어 접합 불량이 발생되는 것을 최대한으로 방지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코어 솔더볼을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 코어 솔더볼을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 코어 솔더볼이 적용된 전자부품을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 리플로우 이후 X-ray 사진을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 리플로우 이후 X-ray 사진을 나타낸다.
도 6은 비교예 1에 따른 리플로우 이후 X-ray 사진을 나타낸다.
도 7은 비교예 2에 따른 리플로우 이후 X-ray 사진을 나타낸다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 코어 솔더볼, 코어 솔더볼 제조방법 및 이를 포함하는 전자부품에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 특히, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

[코어 솔더볼]

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코어 솔더볼을 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 코어 솔더볼(10)은 코어(11), 2층 이상의 금속층(12, 13), 솔더층(15)을 포함한다.

코어(11)는 일반적인 메탈 또는 유기재료로 이루어질 수도 있고, 유기/유기 복합재 또는 유/무기 복합재로 이루어질 수 있다.

일 예로서, 플라스틱 재질의 코어는 에폭시계 , 멜라민-포름알데히드계, 벤조구아나민-포름알데히드계, 디비닐벤젠, 디비닐에테르, 올리고 또는 폴리디아크릴레이트, 알킬렌비스아크릴아미드 수지와 같은 열경화성 수지를 포함하는 플라스틱 코어와, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 나일론, 폴리아세탈 수지와 같은 열가소성 수지를 포함하는 플라스틱 코어, 천연고무와 합성고무와 같은 탄성체 코어 등을 포함할 수 있다. 또한 열경화성 수지와 열가소성 수지를 혼용한 수지로 형성된 플라스틱 코어를 포함할 수 있다. 한편, 플라스틱 코어(11)는 물질을 이용하여 중합체 합성방법 사용하여 형성될 수 있다. 일 예로서, 현탁, 유화, seed, 분산중합법 등의 합성방법을 통해 약 0.04 내지 1.0mm의 지름을 갖도록 형성될 수 있다.

그리고, 메탈재질의 코어(11)는 순수 Cu 또는 Cu의 합금 등으로 구성될 수 있다.

도 1의 실시예에 따르면, 금속층은 제1금속층(12) 및 제2금속층(13)으로 이루어질 수 있고, 제1금속층(12)은 코어(11)의 표면에 직접적으로 형성되는 하지 도금층으로서 이후 형성되는 제2금속층(13)을 보다 용이하게 형성하기 위해 적용된다. 제1금속층(12)은 그 성분은 특별히 한정하지 않으나 금, 은, 니켈, 아연, 주석, 알루미늄, 크롬, 안티몬 등의 금속 등이 사용될 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수도 있다. 일 예로서, 제1금속층(12)은 일반적으로 널리 알려진 도금방법으로 형성될 수 있다. 본 실시예의 제1금속층(12)은 니켈을 이용한 무전해 도금 방법을 수행하여 형성될 수 있다.

제2금속층(13)은 코어에 형성된 제1금속층(12)의 표면에 직접적으로 형성되는 도전막으로 메탈 또는 플라스틱 코어 솔더볼에 전도성을 부여할 목적으로 형성된다. 제2금속층(13)은 그 성분은 특별히 한정하지 않으나 금, 은, 구리, 아연, 주석, 알루미늄, 크롬, 안티몬 등의 금속 등이 사용될 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수도 있다. 특히 제2금속층(13)은 제1금속층(12)과 다른 성분으로 구성됨이 바람직하다. 일 예로서, 제2금속층(13)은 일반적으로 널리 알려진 도금방법으로 형성될 수 있다. 본 실시예의 제2금속층(13)은 구리를 이용한 무전해도금 방법 또는 전해도금 방법을 수행하여 형성될 수 있다.

도 2의 다른 실시예에 따르면, 제2금속층(13)의 표면에 제3금속층(14)이 더 형성되고, 이에 제3금속층(14)은 제2금속층(13)과 솔더층(15) 사이에 제3금속층(14)이 개재될 수 있다.

제3금속층(14)은 코어에 형성된 제2 금속층(13)의 표면에 직접적으로 형성되는 금속층으로, 제2금속층(13)이 구리를 포함할 경우 이후 형성되는 솔더층에 포함된 금속의 주석이 구리와 반응하여 금속간화합물이 생성되는 것을 억제하기 위해 적용된다. 제3금속층(14)은 금, 백금, 은, 아연, 크롬, 안티몬, 인듐 등의 금속이 사용될 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 특히, 제3금속층(14)은 제1금속층(12) 및/또는 제2금속층(13)과 다른 성분으로 구성됨이 바람직할 것이다. 일 예로서, 상기 제3금속층(14)은 일반적으로 널리 알려진 도금방법으로 형성될 수 있다. 본 실시예의 제3금속층(14)은 금, 은을 이용한 무전해 도금 방법 또는 전해도금 방법을 수행하여 약 1 내지 1000nm의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.

한편, 제3금속층(14)은 금속간화합물 생성을 억제해 주는 역할을 하는 층으로 본 발명에서는 제3금속층(14)의 존재 여부에 상관없이 리플로우 이후에 보이드가 생성되지 않는다.

본 발명에 의한 솔더층(15)은 코어에 형성된 제2금속층(13, 도 1의 실시예 참조) 또는 제3금속층(14, 도 2의 실시예 참조)의 표면에 형성되는 솔더 범프로서 무연솔더 합금을 포함한다.

보다 구체적으로, 본 발명의 솔더층(15)은 제1솔더층(15a) 및 제1솔더층(15a)의 외측에 배치된 제2솔더층(15b)을 가진 2층 솔더구조로 이루어지고, 이에 의해 리플로우 이후에 보이드(void)가 생성되지 않는 장점이 있다.

제1솔더층(15a)은 순수 주석(Sn) 및 무연 합금 솔더 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있고, 무연 합금 솔더는 Sn-Cu, Sn-Bi, Sn-In, Sn-Zn 등과 같이 납(Pb) 및 은(Ag)을 포함하지 않는 재질로 이루어진다.

제2솔더층(15b)은 Sn-Ag계의 무연 합금솔더로 구성되고, 제2솔더층(15b)은 Sn-Ag 합금 전체에서 약 0.5 내지 10.0중량%의 은(Ag)을 함유한다. 특히 제2솔더층(15b)에 포함된 은의 함량이 너무 적거나(예컨대, 0.5중량% 미만), 너무 많은(예컨대, 10중량%을 초과) 경우 용융점이 상승하여 땜납 소재로서 사용이 불가할 수 있고, 또한 솔더의 연성이 저하되어 외부로부터의 충격에 의한 솔더접합부의 취약이 발생될 수 있다. 따라서 제2솔더층(15b)은 0.5 내지 10.0중량%의 은을 포함하는 Sn-Ag계 무연솔더 합금을 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 솔더층(15)의 전체 두께에서 제1솔더층(15a)은 10~90%을 차지하고, 제2솔더층은 90~10%를 차지하도록 구성된다.

한편, 솔더층(15)은 전해도금의 방법 또는 일반적으로 널리 알려진 솔더 형성방법을 통해 형성될 수 있다.

상술한 구성 및 방법으로 형성된 코어 솔더볼(10)은 솔더층(15)이 제1 및 제2 솔더층(15a, 15b)의 2중 솔더구조로 구성됨에 따라 리플로우 이후에 보이드가 생성되지 않아 열적 스트레스 또는 물리적 충격에 의한 균열 또는 단락의 발생을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

[전자 부품]

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코어 솔더볼이 적용되는 전자부품을 나타내는 개략도이다.

도 3(a) 및 도 3(b)을 참조하면, 본 발명에 의한 코어 솔더볼이 적용된 전자부품(60)은 전극이 형성되는 랜딩 패드(54)를 갖는 전자부품(58) 및 랜딩 패드(54) 상에 본 발명의 솔더볼에 의해 형성되는 전극(52)을 포함한다.

전자부품(58)은 인쇄회로 기판, IC 칩 및 반도체 칩을 포함할 수 있다. 랜딩 패드 상에는 플럭스(flux)가 적용될 수 있다. 한편, 도 3(a)의 전극(52)은 도 1의 코어 솔더볼이 적용된 것으로, 전극(52)은 코어(11), 코어(11)의 표면에 형성된 제1금속층(12), 제1금속층(12)의 표면에 형성되며 제1금속층(12)과 다른 종류의 금속을 포함하는 제2금속층(12) 및 제2금속층(12)의 표면에 형성된 솔더층(15)을 포함하고, 솔더층(15)은 도 1의 제1 및 제2 솔더층(15a, 15b)이 리플로우 과정에서 혼합됨에 따라 그 경계가 사라져 형성된 것이다.

도 3(b)의 전극(52)은 도 2의 코어 솔더볼이 적용된 것으로, 전극(52)은 코어(11), 코어(11)의 표면에 형성된 제1금속층(12), 제1금속층(12)의 표면에 형성된 제2금속층(13), 제2금속층(13)의 표면에 형성되며 제2금속층(13)과 다른 종류의 금속을 포함하는 제3금속층(14) 및 제3금속층(14)의 표면에 형성된 솔더층(15)을 포함하고, 솔더층(15)은 도 1의 제1 및 제2 솔더층(15a, 15b)이 리플로우 과정에서 혼합됨에 따라 리플로우 이후에 그 경계가 사라져 형성된 것이다.

본 실시예에서는 코어 솔더볼은 플라스틱 코어 솔더볼을 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통해 본 발명의 효율성을 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서는 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 물론이다.

[실시예 1]

스타이렌과 디비닐벤젠을 중합시켜 형성된 플라스틱 코어에 전처리 공정 후 일반적인 무전해 도금 공정을 수행하여 약 1㎛의 두께를 갖는 니켈 도금층(제1금속층(12))을 형성하였다. 이어서, 바렐 전해도금 공정을 수행하여 니켈 도금층이 형성된 플라스틱 코어에 약 20㎛두께를 갖는 구리 도금층(제2금속층(13))을 형성하였다. 이어서, 바렐 전해도금 공정을 수행하여 구리 도금층이 형성된 플라스틱 코어에 전해도금을 실시하여 약 15㎛두께의 Sn(제1솔더층(15a))을 형성하였다. 이후 바렐 전해도금 공정을 수행하여 Sn이 형성된 플라스틱 코어에 약 10 ㎛의 두께를 갖고 Sn-4.5Ag 조성을 갖는 제2솔더층(15b)을 형성함으로써 도 4의 플라스틱 코어 솔더볼을 제조하였다. 도 4는 본 발명의 제1실시예에 의해 리플로우 후의 X-ray 사진으로서, 본 실시예는 도 4에 나타난 바와 같이 보이드가 생성되지 않음을 알 수 있었다.

[실시예 2]

상기 실시예와 동일한 공정으로 제조하였으며, 제2금속층(13) 이후에 무전해 도금방법으로 은(제3금속층(14))을 100nm 두께로 형성시키고, 전해도금을 실시하여 약 15㎛두께의 Sn(제1솔더층(15a))을 형성하였다. 이후 바렐 전해도금 공정을 수행하여 Sn이 형성된 플라스틱 코어에 약 10 ㎛의 두께를 갖고 Sn-4.5Ag 조성을 갖는 제2솔더층(15b)을 형성함으로서 도 5의 플라스틱 코어 솔더볼을 제조하였다. 도 5는 본 발명의 제2실시예에 의해 리플로우 후의 X-ray 사진으로서, 본 실시예는 도 5에 나타난 바와 같이 보이드가 생성되지 않음을 알 수 있었다.

[비교예 1]

실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 플라스틱 코어 솔더볼을 제조하되, Cu 도금층 다음에 Sn-3.5Ag 합금솔더를 25㎛ 두께로 도금하여 도 6의 플라스틱 코어 솔더볼을 제조하였다. 도 6은 비교예 1에 따른 리플로우 후의 X-ray 사진으로서, 비교예 1은 도 6에 나타난 바와 같이 보이드가 생성됨을 알 수 있었다.

[비교예 2]

비교에 1과 동일한 방법을 수행하여 플라스틱 코어 솔더볼을 제조하되, Cu 도금층 다음에 은을 100nm 두께로 도금하였고, 은 도금층 위에 Sn-3.5Ag 합금 솔더를 25㎛ 두께로 도금하여 플라스틱 코어 솔더볼을 제조하였다. 도 7은 비교예 2에 따른 리플로우 후의 X-ray 사진으로서, 비교예 2는 도 7에 나타난 바와 같이 보이드가 생성됨을 알 수 있었다.

이와 같이, 본 발명에 따른 구성 및 방법으로 제조된 코어 솔더볼은 리플로우 이후에 보이드가 생성되지 않아 열적 및 물리적 충격에 대하여 안전한 특성을 갖는다. 따라서 상술한 방법을 통해 형성된 플라스틱 코어 솔더볼은 전자부품, 반도체 패키지 및 전자제품의 제조에 적용되어 접합 불량이 발생되는 것을 최대한으로 방지할 수 있다.

10: 코어 솔더볼 11: 코어
12: 제1금속층 13: 제2금속층
14: 제3금속층 15: 솔더층

Claims (11)

1. 코어, 상기 코어의 표면에 형성된 2층 이상의 금속층, 및 상기 금속층의 표면에 형성된 솔더층을 포함하는 코어 솔더볼에 있어서,
   상기 솔더층은 금속층의 표면에 형성된 제1솔더층 및 상기 제1솔더층의 표면에 형성된 제2솔더층을 가지고,
   상기 제1솔더층은 순수 주석으로 구성되며, 상기 제2솔더층은 Sn-Ag계의 합금솔더로 구성되고,
   상기 솔더층의 전체 두께에서 제1솔더층은 10~90%을 차지하며, 제2솔더층은 90~10%를 차지하는 것을 특징으로 하는 코어 솔더볼.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 코어;
   상기 코어의 표면에 제1금속층;
   상기 제1금속층의 표면에 형성된 제2금속층;
   상기 제2금속층의 표면에 형성된 제3금속층;
   상기 제3금속층의 표면에 형성된 솔더층;을 포함하고,
   상기 제3금속층은 상기 제2금속층과 다른 성분의 금속으로 구성되며,
   상기 솔더층은 상기 제3금속층의 표면에 형성된 제1솔더층 및 상기 제1솔더층의 표면에 형성된 제2솔더층을 가지고,
   상기 제1솔더층은 순수주석으로 구성되며, 상기 제2솔더층은 Sn-Ag계의 합금솔더로 구성되고,
   상기 솔더층의 전체 두께에서 제1솔더층은 10~90%을 차지하며, 제2솔더층은 90~10%를 차지하는 것을 특징으로 하는 코어 솔더볼.
   상기 제3금속층은 Au, Pt, Ag, In 중에서 어느 하나 또는 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 코어 솔더볼.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 코어, 상기 코어의 표면에 형성된 2층 이상의 금속층, 및 상기 금속층의 표면에 형성된 솔더층을 가진 코어 솔더볼의 제조방법으로,
    코어의 표면에 2층 이상의 금속층을 무전해 또는 전해 도금을 통해 형성하는 단계;
    상기 금속층의 표면에 무전해 또는 전해 도금을 통해 제1솔더층을 형성하는 단계;
    상기 제2솔더층의 표면에 무전해 또는 전해 도금을 통해 제2솔더층을 형성하는 단계;로 이루어지고,
    상기 제1솔더층은 순수 주석으로 구성되며, 상기 제2솔더층은 Sn-Ag계의 합금솔더로 구성되고,
    상기 솔더층의 전체 두께에서 제1솔더층은 10~90%을 차지하며, 제2솔더층은 90~10%를 차지하는 것을 특징으로 하는 코어 솔더볼의 제조방법.
11. 제1항, 제5항, 제10항 중 어느 한 항에 의한 코어 솔더볼을 이용하여 형성된 전극을 가지고, 상기 솔더층은 리플로우 과정에서 혼합되는 것을 특징으로 하는 전자부품.

Images