KR101175682B1 - 조성물, 및 이를 이용한 솔더 범프 형성방법 및 플립칩 형성방법 - Google Patents

조성물, 및 이를 이용한 솔더 범프 형성방법 및 플립칩 형성방법 Download PDF

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Abstract

이방성 도전 접착제용 조성물, 및 이를 이용한 솔더 범프 형성방법 및 플립칩 형성방법이 제공된다. 상기 조성물은 저융점 솔더 입자 및 열경화성 고분자 수지를 포함한다. 상기 이방성 도전 접착제는 고분자 수지 및 경화제를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계와 상기 혼합물에 변형제, 촉매 또는 환원제를 혼합하는 단계를 포함한다.
저융점 솔더, 이방성 도전 접착제, 고분자 수지, 플립칩 본딩

Description

조성물, 및 이를 이용한 솔더 범프 형성방법 및 플립칩 형성방법{COMPOSITION, AND METHODS OF FORMING SOLDER BUMP AND FLIP CHIP USING THE SAME}
본 발명은 저융점 솔더를 포함하는 이방성 도전 접착제(anisotropic conductive adhesive) 용 조성물 및 이를 이용한 솔더 범프 형성방법 및 플립칩 형성방법에 관한 것이다. 본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT부품용 이방성 도전 접속제개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-056-03, 과제명: IT부품용 이방성 도전 접속제].
전자 장치를 제조하기 위해서 다양한 공정이 수행된다. 예를 들면, 회로 기판(Printed Circuit Board:PCB)과 같은 전자 회로 기판 상에 반도체 소자를 전기적으로 접촉시키는 실장 공정이 수행될 수 있다. 전자 산업의 발달과 함께, 고용량 및 고속의 전자 장치를 제조하기 위해, 초소형의 패키지를 회로 기판 상에 실장하는 플립칩(Flip Chip) 기술이 제안되었다.
플립칩 기술과 같은 패키지 기술로써, 도전성 입자를 절연성 접착제 중에 분산시켜 제조된 이방성 도전 필름을 사용하는 방법이 제안되었다. 상기 방법은 접속 시키려는 대상들 간에 이방성 도전 필름을 삽입한 후, 가열 가압하는 단계를 포함한다. 그러나, 상기 방법은 도전 패턴이 미세할수록 쇼트발생확률이 증가한다. 또한, 가압 공정에 있어서, 높은 압력이 사용되어 패키지의 손상이 초래될 수 있다. 특히, 유리 기판이 사용되는 경우, 유리의 파손이 우려될 수 있다.
본 발명의 기술적 과제는 우수한 전기적 특성을 갖는 이방성 도전 접착제용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 상기 조성물을 이용한 솔더 범프 형성방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 상기 조성물을 이용한 플립칩 형성방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 조성물은 저융점 솔더, 열경화성 고분자 수지 및 안하이드라이드 계열 물질의 경화제(curing agent)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 열경화성 고분자 수지는 수산화기를 포함하되, 상기 저융점 솔더는 경화 촉매로써 작용할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 조성물은 상기 열경화성 고분자 수지의 표면 장력을 감소시키는 변형제(deforming agent)를 포함하고, 상기 변형제는(deforming agent)는 아크릴레이트 올리고머(acrylate oligomer), 폴리글리콜(polyglycols), 글리세라이드(glycerides), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 디메틸실리콘(dimethylsilicone), 시메티콘(simethicone), 트리부틸 포스페이트(tributyl phosphate), 또는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 조성물은 CNT-Cu(Carbon Nano Tube-Copper)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 조성물은 저융점 솔더, 열경화성 고분자 수지, 아민 계열 물질의 경화제 및 상기 열경화성 고분자 수지의 표면 장력을 감소시키는 변형제를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 솔더 범프 형성방법은 저융점 솔더, 열경화성 고분자 수지, 및 안하이드라이드 계열 물질의 경화제(curing agent)를 포함하는 제1 조성물을 도전패턴을 포함하는 기판 상에 제공하는 단계, 및 상기 저융점 솔더를 응집시켜 상기 도전패턴 상에 솔더 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 솔더 패턴을 형성하는 단계는 상기 제1 조성물에 상기 저융점 솔더의 용융점보다 높고 상기 열경화성 고분자 수지의 경화 온도보다 낮은 온도의 열 에너지를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 도전패턴 상에 응집되지 않은 상기 저융점 솔더를 포함하여 상기 제1 조성물을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 기판 상에 열경화성 고분자 수지를 포함하는 제2 조성물을 제공하는 단계, 상기 제2 조성물을 경화시켜 필름을 형성하는 단계, 및 상기 솔더 패턴을 노출하도록 상기 필름을 평탄화하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 기판 상에 광경화 물질을 포함하는 제2 조성물을 제공하는 단계, 상기 제2 조성물을 경화시켜 필름을 형성하는 단계, 및 상기 솔더 패턴을 노출하도록 상기 필름을 평탄화하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 조성물은 광경화 물질을 더 포함하되, 상기 방법은 상기 솔더 패턴을 형성하는 단계 전에, 상기 제1 조성물로 이루어진 필름에 제거 영역 및 잔류 영역이 나누어지도록 노광 공정을 수행하는 단계, 및 상기 제거 영역을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 플립칩 형성방법은 저융점 솔더, 열경화성 고분자 수지, 및 안하이드라이드 계열 물질의 경화제(curing agent)를 포함하는 제1 조성물을 제1 도전패턴들을 포함하는 제1 기판 및 제2 도전패턴들을 포함하는 제2 기판 사이에 제공하는 단계, 및 상기 제1 도전패턴들과 상기 제2 도전패턴들을 연결하고 상기 저융점 솔더로 이루어진 접촉부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 열경화성 고분자 수지는 수산화기를 포함하고, 상기 수산화기를 포함하는 열경화성 고분자 수지와 상기 안하이드라이드 계열의 경화제의 반응에 의해 카르복시기를 포함하는 물질이 생성되고, 상기 물질은 상기 저융점 솔더 또는 상기 제1 및 제2 도전 패턴들 상의 산화물을 제거하는 환원제로 사용될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 저융점 솔더는 경화촉매로 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 접촉부를 형성하는 단계는 상기 저융점 솔더를 용융시키는 단계, 및 상기 열경화성 고분자 수지를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 공정은 CNT-Cu(Carbon Nano Tube-Copper)를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 플립칩 형성방법은 제1 도전패턴들이 형성된 제1 기판 및 제2 도전패턴들이 형성된 제2 기판을 준비하는 단계, 저융점 솔더, 열경화성 고분자 수지, 및 안하이드라이드 계열 물질의 경화제(curing agent)를 포함하는 제1 조성물을 상기 제1 도전패턴들을 덮도록 상기 제1 기판 상에 제공하는 단계, 상기 저융점 솔더를 응집시켜 상기 제1 도전패턴들 상에 제1 솔더 패턴들을 형성하는 단계, 및 상기 제1 솔더 패턴들을 통해 상기 제1 도전패턴들과 상기 제2 도전패턴들이 전기적으로 연결되도록 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 조립하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 솔더 패턴들을 형성하는 단계는 상기 제1 도전패턴들 상에 응집되지 않은 상기 저융점 솔더를 포함하여 상기 제1 조성물을 제거하는 단계, 및 상기 제1 기판 상에 경화성 고분자 수지를 포함하는 제2 조성물을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 조립하는 단계는 상기 제1 도전패턴들 및 상기 제2 도전패턴들을 정렬시키는 단계, 및 상기 제2 조성물을 리플로우시키는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 공정은 상기 제2 조성물을 경화시켜 상기 제1 기판 상에 제1 필름을 형성하는 단계, 상기 제1 솔더 패턴들을 노출하도록 상기 제1 필름을 평탄화하는 단계, 및 상기 제2 도전 패턴들 상에 제2 솔더 패턴들을 형성하고, 상기 제2 기판 상에 상기 제2 솔더 패턴들을 노출하는 제2 필름을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이방성 도전 접착제용 조성물은 변형제(deforming agent) 및/또는 경화제를 포함한다. 상기 변형제에 의해 상기 이방성 도전 접착제의 열경화성 고분자 수지의 표면장력이 감소될 수 있다. 따라서, 상기 이방성 도전 접착제 내에서 저융점 솔더가 용이하게 유동하여 도전패턴들 사이를 연결시킬 수 있다. 상기 경화제는 안하이드라이드 계열의 경화제를 포함한다. 상기 안하이드라이드 계열의 경화제는 수산화기를 포함하는 열경화성 고분자 수지와 반응하여 자체적으로 저융점 솔더 또는 도전패턴 표면의 산화물을 제거할 수 있다. 따라서, 이방성 도전 접착제는 환원제를 포함하지 않거나, 적은 양의 환원제를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이방성 도전 접착제 내에서 저융점 솔더가 원활하게 유동하고 도전패턴 표면의 젖음 특성이 향상될 수 있다. 따라서, 상기 이방성 도전 접착제를 이용하여 제조된 전자 장치는 우수한 전기적 특성을 가질 수 있다.
뿐만 아니라, 도전패턴들을 연결하는 저융점 솔더로 이루어진 접촉부가 손상되더라도 저융점 솔더를 용융시켜 용이하게 회복될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 설명한다. 본 발명의 목적(들), 특징(들) 및 장점(들)은 첨부된 도면과 관련된 이하의 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에서 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기하였다.
본 명세서에서, 도전성막, 반도체막, 또는 절연성막 등의 어떤 물질막이 다른 물질막 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에, 그 어떤 물질막은 다른 물질막 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 또 다른 물질막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 부분, 물질 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 부분이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 또한 이들 용어들은 단지 어느 소정 부분을 다른 부분과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제 1 부분으로 언급된 것이 다른 실시예에서는 제 2 부분으로 언급될 수도 있다.
본 명세서에서 '및/또는'이라는 용어는 이 용어 앞뒤에 열거된 구성들 중 어느 하나 또는 모두를 가리키는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 이방성 도전 접착제(anisotropic conductive adhesive)용 조성물이 설명된다.
상기 조성물은 열경화 혼합물(thermo-curable mixture) 및 저융점 솔더(low melting point solder)를 포함할 수 있다. 상기 열경화 혼합물은 상기 저융점 솔더의 녹는점(melting point)보다 높은 온도에서 경화될 수 있다.
상기 열경화 혼합물은 열경화성 고분자 수지(polymer resin)(이하, 고분자 수지) 및 경화제(curing agent)를 포함할 수 있다. 부가적으로, 상기 열경화 혼합물은 변형제(deforming agent)를 포함할 수 있고, 촉매(catalyst) 및/또는 환원제(reductant)를 포함할 수 있다.
상기 고분자 수지(Polymer resin)는, 예를 들면, 이관능성 에폭시 수지(DGEBA:DiGlycidylEther of Bisphenol of A), 4관능성 에폭시(TGDDM:TetraGlycidyl Diamine Diphenyl Methane), 3관능성 에폭시(TGAP:Tri-Glycidyl p-Aminophenol), 이소시아네이트(isocyanate), 및/또는 비스말레이미드(bismaleimide)를 포함할 수 있다.
상기 변형제(deforming agent)는 아크릴레이트 올리고머(acrylate oligomer), 폴리글리콜(polyglycols), 글리세라이드(glycerides), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 디메틸실리콘(dimethylsilicone), 시메티콘(simethicone), 트리부틸 포스페이트(tributyl phosphate), 및/또는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)을 포함할 수 있다. 상기 변형제는 상기 열경화 혼합물의 표면 장력을 감소시킬 수 있고, 이로써, 상기 저융점 솔더의 입자들 간의 융합 및 젖음 특성이 향상될 수 있다. 상기 변형제는 상기 고분자 수지를 기준으로 약 50 중량부 이하일 수 있다. 상기 변형제는 약 50 중량부를 초과하면, 상기 저융점 솔더 입자들의 융합 및 젖음 특성에 더 이상 영향을 주지 않을 수 있다.
상기 경화제(curing agent)는 아민 계열(amine family) 물질 또는 안하이드라이드 계열(anhydride family) 물질을 포함할 수 있다. 상기 아민 계열 물질은 메타-페닐렌디아민(MPDA:Meta-PhenyleneDiAmine), 디아미노 디페닐 메탄(DDM:Diamino Diphenyl Methane), 및/또는 디아미노디페닐 설폰(DDS:DiaminoDiphenyl Sulfone)을 포함할 수 있다. 상기 안하이드라이드 계열 물질은 2-메틸-4-니트로아닐린(MNA:2-Methyl-4-NitroAniline), 도데세닐 숙신 안하이드라이드(DDSA:DoDecenly Succinic Anhydride), 말레익 안하이드라이드(MA:Maleic Anhydride), 숙신 안하이드라이드(SA:Succinic Anhydride), 메틸테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드(MTHPA:MethylTetraHydroPhthalic Anhydride), 헥사하이드로 프탈릭 안하이드라이드(HHPA:HexaHydro Phthalic Anhydride), 테트라하이드로프탈릭 안하이드라이드(THPA:Tetrahydrophthalic Anhydride), 및/또는 피로멜리틱 안하이드라이드(PMDA:PyroMellitic DiAnhydride)를 포함할 수 있다. 상기 고분자 수지에 대한 상기 경화제의 당량비는 약 0.1 내지 1.5일 수 있다. 상기 당량비가 약 0.1 미만이면, 상기 고분자 수지의 경화가 원활하지 않을 수 있고, 상기 당량비가 약 1.5 초과이면, 상기 고분자 수지가 경화된 후, 고온고습에 견딜 수 있는 특성이 저하될 수 있다.
상기 촉매(catalyst)는 벤질 디메틸 아민(BDMA:Benzyl DiMethly Amine), BF3-모노 에틸 아민(BF3-MEA:BF3-Mono Ethyl Amine), 트리스(디메틸아미노메틸)페놀(DMP-30:tris(dimethylaminomethyl)phenol), 디메틸벤즈안트라센(DMBA:DiMethylBenzAnthracene), 및/또는 메틸이미다졸(MI:MethylImidazole)을 포함할 수 있다. 상기 촉매는 상기 고분자 수지의 경화시간을 고려하여 상기 고분자 수지를 기준으로 약 10 중량부 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 경화제가 안하이드라이드 계열의 물질인 경우, 상기 저융점 솔더가 경화 촉매로서 작용할 수 있으며, 상기 열경화 혼합물은 부가적인 촉매를 포함하지 않을 수 있다.
상기 환원제(reductant)는 카르복시기(COOH-)를 포함하는 물질일 수 있다. 예를 들면, 상기 환원제는 글루타르산(glutaric acid), 말레산(malic acid), 아젤라인산(azelaic acid), 아비에트산(abietic acid), 아디프산(adipic acid), 아스코르빈산(ascorbic acid), 아크릴산(acrylic acid), 및/또는 시트르산(citric acid)을 포함할 수 있다. 상기 저융점 솔더의 환원특성 및 상기 고분자 수지와의 반응 특성을 고려하여, 상기 환원제는 상기 고분자 수지를 기준으로 약 50 중량부 이하일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 경화제가 안하이드라이드 계열의 물질이고, 상기 고분자 수지가 수산화기(OH-)를 포함하는 경우, 상기 경화제와 상기 고분자 수지가 반응하여 카르복시기(COOH-)를 포함하는 물질이 생성될 수 있다. 상기 카르복시기를 포함하는 물질은 환원제로서 역할하므로, 상기 열경화 혼합물은 부가적으로 환원제를 포함하지 않을 수 있다. 또는, 상기 열경화 혼합물에 첨가되는 환원제 의 양이 감소될 수 있다. 예를 들면, 상기 환원제는 상기 고분자 수지를 기준으로 약 20 중량부 이하일 수 있다.
상기 저융점 솔더는 Sn, Bi, In, Ag, Pb 및/또는 Cu를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 저융점 솔더는 60Sn/40Bi, 52In/48Sn, 97In/3Ag, 57Bi/42Sn/1Ag, 58Bi/42Sn, 52Bi/32Pb/16Sn, 96.5Sn/3Ag/0.5Cu, 96.5Sn/3.5Ag, 및/또는 Sn 과 같은 조성비로 이루어질 수 있다. 상기 저융점 솔더의 입자 크기는 적용되는 도전 패턴의 크기(e.g. pitch)에 따라 선택될 수 있으며, 상기 도전 패턴의 크기가 증가할수록 큰 입자 크기의 저융점 솔더가 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 저융점 솔더의 입자 크기는 약 5nm 내지 100um 의 범위에서 선택될 수 있다. 상기 저융점 솔더는 상기 열경화 혼합물 내에서의 유동성 및 젖음 특성을 고려하여, 상기 열경화 혼합물에 대해 약 1 내지 60부피% 범위 내일 수 있다.
부가적으로, 상기 저융점 솔더를 이용한 도전 패턴들 간의 전기전도성 및 열전도성을 증가시키기 위해, 상기 열경화 혼합물은 CNT-Cu(Carbon Nano Tube-Copper)를 더 포함할 수 있다. 상기 CNT-Cu는 상기 열경화 혼합물에 대해 약 0.1 내지 50 부피% 범위일 수 있다.
도 1 내지 4를 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 조성물을 이용한 플립칩 형성방법이 설명된다.
도 1을 참조하면, 제1 기판(110) 상에 제1 도전 패턴들(112)이 형성될 수 있다. 제2 기판(120) 상에 제2 도전 패턴들(122)이 형성될 수 있다. 상기 제1 도전 패턴들(112) 및 상기 제2 도전 패턴들(122)은 금속물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 도전 패턴들(112)과 상기 제2 도전 패턴들(122)이 마주하도록, 상기 제1 기판(110)과 상기 제2 기판(120)은 서로 마주할 수 있다. 상기 제1 기판(110)과 상기 제2 기판(120) 사이에 이방성 도전 접착제(130)가 제공될 수 있다. 상기 이방성 도전 접착제(130)는 상온에서 제공될 수 있다. 상기 이방성 도전 접착제(130)는 열경화 혼합물(136) 및 저융점 솔더(135)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 열경화 혼합물(136)은 필름(film) 또는 페이스트(paste) 형태일 수 있으며, 상기 열경화 혼합물(136) 내에 상기 저융점 솔더(135)가 분포할 수 있다.
상기 제1 기판(110)과 상기 제2 기판(120) 사이의 간격은 상기 이방성 도전 접착제(130)에 의해 결정될 수 있다. 상온에서 상기 제1 기판(110)과 상기 제2 기판(120) 사이의 간격은 제1 간격(D1)일 수 있다. 이때, 상기 저융점 솔더의 입자들(135)은 상기 열경화 혼합물(136) 내에 분산된 상태일 수 있다.
도 2 및 4를 참조하면, 상기 이방성 도전 접착제(130)에 점진적으로 증가하는 열 에너지가 제공될 수 있다. 상기 이방성 도전 접착제(130)의 온도가 제1 온도(T1)에 도달하면, 상기 저융점 솔더의 입자들(135)은 녹기 시작할 수 있다. 상기 제1 온도(T1)는 상기 저융점 솔더(135)의 녹는점일 수 있다.
열 에너지를 계속 제공하여 상기 이방성 도전 접착제(130)의 온도는 제2 온도(T2)에 도달할 수 있다. 상기 제2 온도(T2)가 제1 유지 시간(△t1) 동안 유지될 수 있다. 상기 제1 유지 시간(△t1) 동안 상기 열경화 혼합물(136)은 낮은 점도를 가질 수 있다. 상기 제1 유지 시간(△t1) 동안, 상기 열경화 혼합물(136)은 최소의 점도, 또는 적어도 상온에서의 점도보다 낮은 점도를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 열경화 혼합물(136)의 점도는 약 10 내지 1000cps의 범위 내일 수 있다. 더욱 바람직하게는 약 10 내지 100cps의 범위 내일 수 있다. 상기 열경화 혼합물(136)의 점도가 낮으므로, 상기 열경화 혼합물(136) 내에서 용융된 상기 저융점 솔더(135)는 보다 용이하게 유동하여 응집할 수 있다. 이때, 상기 제1 도전 패턴들(112)과 상기 제2 도전 패턴들(122) 표면은 상기 용융된 저융점 솔더에 의해 젖은(wetting) 상태일 수 있다. 상기 도전 패턴들(112, 122)의 표면이 젖은(wetting) 상태에 놓이도록, 상기 제1 유지 시간(△t1)은 약 5 내지 20초일 수 있다. 이때, 상기 열경화 혼합물(136)의 점도는 약 10 내지 100cps 일 수 있다.
계속해서, 젖은 상태의 상기 제1 도전 패턴들(112)과 상기 제2 도전 패턴들(122) 표면에 상기 저융점 솔더(135)가 응집할 수 있다. 이로써, 각각의 상기 제1 도전 패턴들(112)과 상기 제2 도전 패턴들(122) 사이를 전기적으로 연결하는 접촉부(138)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1 기판(110)과 상기 제2 기판(120) 사이의 간격은 제2 간격(D2)일 수 있다. 상기 제2 간격(D2)은 젖음(wetting) 특성을 향상시키도록 상기 제1 간격(D1)보다 좁을 수 있다. 상기 제2 간격(D2) 및 응집 시간에 따라, 상기 열경화 혼합물(136)과 접하는 상기 접촉부(138)의 표면은 오목(concave)한 형태를 가질 수 있다.
도 3 및 4를 참조하면, 열 에너지가 제공되어 상기 열경화 혼합물(136)의 온도가 제3 온도(T3)로 상승될 수 있다. 이때, 상기 제1 기판(110)과 상기 제2 기판(120) 사이의 간격은 제3 간격(D3)이 될 수 있다. 상기 저융점 솔더와 상기 도 전 패턴들(112, 122) 사이의 접촉면적을 증가시키도록 상기 제3 간격(D3)은 상기 제2 간격(D2)보다 좁을 수 있다. 또한, 소자의 밀집도를 증가시키기 위해, 상기 기판들(110, 120) 사이의 간격은 좁아질 수 있다. 이로써, 상기 제1 기판(110)과 상기 제2 기판(120)이 보다 밀착되어, 상기 열경화 혼합물(136)과 접하는 상기 접촉부(138)의 면은 볼록(convex)할 수 있다. 상기 기판들(110, 120) 사이의 간격을 조절하는 동안, 상기 고분자 수지는 최소의 점도를 유지할 수 있다.
상기 열경화 혼합물(136) 내의 환원제, 또는 고분자 수지와 경화제의 반응에 의해 형성된 물질에 의해, 상기 저융점 솔더 입자(135)의 표면에 형성되는 산화막이 제거될 수 있다. 이로써, 상기 저융점 솔더가 용융되어 용이하게 응집될 수 있다.
열 에너지가 제공되어, 상기 열경화 혼합물(136)의 온도가 상기 제3 온도(T3)에 도달하면, 상기 열경화 혼합물(136)은 경화반응을 시작할 수 있다. 계속하여 열 에너지를 제공하여 상기 열경화 혼합물(136)의 온도는 제4 온도(T4)로 증가할 수 있다. 상기 제4 온도(T4)는 제2 유지 시간(△t2) 동안 유지될 수 있다. 상기 제2 유지 시간(△t2) 미만으로 상기 제4 온도(T4)가 유지되면, 상기 열경화 혼합물(136)의 경화가 불완전할 수 있다. 상기 제2 유지 시간(△t2)동안, 상기 열경화 혼합물(136)은 충분히 경화될 수 있다. 따라서, 상기 제2 유지 시간(△t2)을 초과하여 상기 제4 온도(T4)가 유지되면, 공정시간만이 소요될 수 있다.
상기 고분자 수지의 경화온도는 상기 저융점 솔더의 녹는점보다 높으므로, 도전패턴들 간을 전기적으로 연결하는 접촉부가 형성된 후, 상기 고분자 수지가 경 화될 수 있다.
본 발명의 비교예 및 실시예들에 따른 이방성 도전 접착제 용 조성물 및 이의 제조방법이 설명된다. 상기 이방성 도전 접착제는 열경화 혼합물 및 저융점 솔더를 포함할 수 있다.
비교예
경화제인 디아미노디페닐 설폰(DDS:DiaminoDiphenyl Sulfone)과 고분자 수지인 이관능성 에폭시 수지(DGEBA:DiGlycidylEther of Bisphenol of A)가 혼합되었다. 고분자 수지에 대해 경화제는 약 0.3의 당량비로 제공되었다. 경화제인 상기 디아미노페닐 설폰을 용해시키기 위해 고온(예를 들면, 약 130℃)의 열이 가해지면, 고분자 수지인 상기 이관능성 에폭시 수지가 경화되어 점도가 증가될 수 있다. 따라서, 경화제인 상기 디아미노디페닐 설폰은 희석제인 브롬화 디페닐 에테르(BDE:Brominated Diphenyl Ethers)에 용해된 후 상기 이관능성 에폭시 수지와 혼합되었다.
예를 들면, 약 100 중량부의 상기 디아미노디페닐 설폰과 약 33 중량부의 상기 브롬화 디페닐 에테르가 혼합되었다. 상기 디아미노디페닐 설폰과 상기 브롬화 디페닐 에테르는 상기 디아미노디페닐 설폰을 모두 용해하도록 약 130℃에서 약 20분간 혼합되었다. 상기 디아미노디페닐 설폰과 상기 브롬화 디페닐 에테르의 용액은 상온에서 약 1000cps의 점도를 가졌다.
상기 용액과 상기 이관능성 에폭시 수지는 균일하게 혼합되도록 상온에서 약 20분간 혼합되었다. 이후, 상기 이관능성 에폭시 수지를 포함하는 혼합물에 촉매를 상온에서 제공하고, 촉매를 포함하는 혼합물은 약 5분간 혼합되었다. 상기 촉매는 BF3-모노 에틸 아민(BF3-MEA:BF3-Mono Ethyl Amine)로써, 약 4 중량부가 제공되었다. 이후, 상기 촉매를 포함하는 혼합물에 환원제로써 약 10 중량부의 말레산을 제공하고, 상기 환원제를 포함하는 혼합물은 상온에서 약 5분간 혼합되어 열경화 혼합물이 준비되었다.
상기 열경화 혼합물에 대해 약 40 부피%의 58Sn/42Bi의 조성비를 갖는 저융점 솔더 및 상기 열경화 혼합물이 상온에서 혼합되어 이방성 도전 접착제가 제조되었다.
실시예 1
경화제인 디아미노디페닐 설폰(DDS:DiaminoDiphenyl Sulfone)과 고분자 수지인 이관능성 에폭시 수지(DGEBA:DiGlycidylEther of Bisphenol of A)가 혼합되었다. 고분자 수지에 대해 경화제는 약 0.3의 당량비로 제공되었다. 경화제인 상기 디아미노디페닐 설폰 약 100 중량부가 희석제인 브롬화 디페닐 에테르(BDE:Brominated Diphenyl Ethers) 약 33 중량부에 용해된 후 상기 이관능성 에폭시 수지와 혼합되었다.
상기 디아미노디페닐 설폰과 상기 브롬화 디페닐 에테르는 상기 디아미노디페닐 설폰을 모두 용해하도록 약 130℃에서 약 20분간 혼합되었다.
상기 용액과 상기 이관능성 에폭시 수지는 균일하게 혼합되도록 상온에서 약 20분간 혼합되었다. 이후, 상기 이관능성 에폭시 수지를 포함하는 혼합물에 촉매를 상온에서 제공하고, 촉매를 포함하는 혼합물은 약 5분간 혼합되었다. 상기 촉매는 BF3-모노 에틸 아민(BF3-MEA:BF3-Mono Ethyl Amine)로써, 약 4 중량부가 제공되었다. 이후, 상기 촉매를 포함하는 혼합물에 환원제로써 약 10 중량부의 말레산을 제공하고, 변형제로써 약 20 중량부의 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)을 상온에서 혼합하여 열경화 혼합물이 준비되었다. 상기 열경화 혼합물은 약 5분간 혼합되었다.
상기 열경화 혼합물에 대해 약 40 부피%의 58Sn/42Bi의 조성비를 갖는 저융점 솔더 및 상기 열경화 혼합물이 상온에서 혼합되어 이방성 도전 접착제가 제조되었다.
실시예 2
경화제인 말레익 안하이드라이드와 고분자 수지인 이관능성 에폭시 수지(DGEBA:DiGlycidylEther of Bisphenol of A)가 혼합되었다. 고분자 수지인 이관능성 에폭시 수지에 대해 경화제인 말레익 안하이드라이드는 약 0.3 당량비로 제공되었다. 상기 말레익 안하이드라이드는 상기 고분자 수지의 경화 온도보다 낮은 온도에서 용해될 수 있으므로, 부가적으로 희석제가 사용되지 않았다. 경화제인 상기 말레익 안하이드라이드와 상기 고분자 수지는 약 100℃에서 혼합되어 열경화 혼합물이 준비되었다.
상기 열경화 혼합물에 대해 약 40 부피%의 58Sn/42Bi의 조성비를 갖는 저융 점 솔더 및 상기 열경화 혼합물이 상온에서 혼합되어 이방성 도전 접착제가 제조되었다.
안하이드라이드 계열의 경화제가 사용되어, 상기 저융점 솔더가 경화 촉매의 역할을 수행할 수 있었다. 또한, 상기 경화제와 상기 고분자 수지 내의 OH기 간의 반응에 의해 생성된 카르복시기가 환원제 역할을 수행하였다.
실시예 3
경화제인 말레익 안하이드라이드와 고분자 수지인 이관능성 에폭시 수지(DGEBA:DiGlycidylEther of Bisphenol of A)가 혼합되었다. 고분자 수지인 이관능성 에폭시 수지에 대해 경화제인 말레익 안하이드라이드는 약 0.3 당량비로 제공되었다. 경화제인 상기 말레익 안하이드라이드와 상기 고분자 수지는 약 100℃에서 혼합되었다. 이후, 상기 결과물에 변형제로써 약 20 중량부의 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)을 상온에서 혼합하여 열경화 혼합물이 준비되었다.
상기 열경화 혼합물에 대해 약 40 부피%의 58Sn/42Bi의 조성비를 갖는 저융점 솔더 및 상기 열경화 혼합물이 상온에서 혼합되어 이방성 도전 접착제가 제조되었다.
앞서 설명된, 실시예 2 및 3의 열경화 혼합물은 촉매, 환원제 및/또는 CNT-Cu(Carbon Nano Tube-Copper)를 더 포함할 수 있다.
도 5를 참조하여, 상기 실시예들 및 비교예에 따라 준비된 이방성 도전 접착제용 조성물에 포함된 고분자 수지의 경화 특성 및 저융점 솔더의 용융 특성이 설명된다. 도 5에 있어서, x축은 온도, 오른쪽 y축은 점도(complex viscosity), 왼쪽 y축은 열류(heat flow) 및 전환(conversion)을 나타낸다. 경화 및 용융 특성은 열분석기(DSC:Differential Scanning Calorimetry)를 사용하여 시험되었다. 이와 함께, 동적 점탄성 시험기(RDA:Rheometrics Dynamic Analyzer)를 사용하여 온도증가에 따른 고분자 수지의 점도 변화가 측정되었다. 상기 이방성 도전 접착제는 서로 마주하는 도전 패턴들을 포함하는 기판 사이에 내재되었다.
상기 열분석기에서, 온도는 약 10 ℃/min로 증가되었다. 저융점 솔더(A)는 약 140℃에서 녹는 것으로 나타났고, 약 140℃에서 고분자 수지의 경화 전환비(C)는 약 0.2 였다. 즉, 약 140℃에서 상기 고분자 수지(B)는 약 100cps의 낮은 점도를 가질 수 있었다. 고분자 수지는 약 170℃에서 점도가 급격하게 증가하기 시작했다. 이때, 상기 고분자 수지의 경화 전환비(C)는 약 0.6 이었고, 이는 상기 고분자 수지의 급격한 경화를 나타내었다.
상기 비교예 및 실시예들에 있어서, 고분자 수지 및 저융점 솔더는 본래의 경화 온도 및 용융점을 유지할 수 있었다. 다만, 실시예들에 있어서, 안하이드라이드 계열의 경화제를 포함하는 열경화 혼합물은 비교예와 달리 추가적인 촉매 및 환원제들을 필요로 하지 않으면서도 이방성 도전 접착제로써의 기능을 할 수 있었다. 변형제를 사용하는 실시예들은 그렇지 않은 실시예 및 비교예보다 우수한 젖음 특성을 나타내었다.
이하, 상기 실시예들에 따른 조성물을 이용한 솔더 범프 형성방법 및 플립 칩 형성방법이 설명된다.
도 6 내지 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더 범프 형성방법이 설명된다.
도 6을 참조하면, 제1 기판(620) 상에 제1 도전 패턴들(622)이 형성될 수 있다. 상기 제1 기판(620)은 실리콘 웨이퍼 또는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board:PCB)일 수 있다. 상기 제1 도전 패턴들(622)은 금속물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 금속물질은 알루미늄, 구리 및/또는 금을 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 제1 기판(620) 상에 저융점 솔더를 포함하는 제1 조성물(630)이 제공될 수 있다. 상기 제1 조성물(630)은 상온에서 제공될 수 있다. 상기 제1 조성물(630)는 경화성 혼합물(curable mixture)(636) 및 저융점 솔더(635)를 포함할 수 있다. 상기 경화성 혼합물(636)은 앞서 설명된 열경화 혼합물로써, 앞서 설명된 것보다 적은 양의 경화제를 포함할 수 있다. 이때, 상기 경화성 혼합물(636)은 필름(film) 또는 페이스트(paste) 형태일 수 있으며, 상기 경화성 혼합물(636) 내에 상기 저융점 솔더(635)가 분포할 수 있다. 상기 제1 조성물(630)은 스크린 프린터를 이용하여 제공될 수 있고, 상기 제1 기판(620)은 상기 제1 조성물(630)의 막으로 도포될 수 있다. 이때, 상기 제1 조성물(630)의 막 두께는 상기 제1 도전 패턴들(622)의 크기 및 피치, 및 솔더 범프의 크기를 고려하여 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 조성물(630) 막의 두께는 상기 제1 도전 패턴들(622)의 높이보다 높고, 형성하고자 하는 솔더 범프의 높이 이상의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 제1 조성물(630)에 열 에너지가 제공될 수 있다. 상기 열 에너지에 의해, 상기 제1 조성물(630)의 온도는 상기 저융점 솔더의 입자들(635)의 녹는점보다 높고 상기 경화성 혼합물(636)(열경화 혼합물)의 경화반응 온도보다 낮게 유지될 수 있다(도 4). 이때, 앞서 도 4에서 설명한 바와 같이, 상기 경화성 혼합물(636)은 낮은 점도를 유지하고, 상기 저융점 솔더 입자들(635)은 용융되어 상기 제1 도전 패턴들(622) 상에 응집될 수 있다. 이로써, 상기 제1 도전 패턴들(622) 상에 솔더 범프(637)가 형성될 수 있다. 상기 저융점 솔더 입자들(635)이 용융되어 상기 제1 도전 패턴들(622)이 상기 저융점 솔더에 의해 젖은(wetting) 상태에 놓이면, 상기 제1 조성물(630)의 온도는 급격히 감소될 수 있다.
도 9를 참조하면, 이후, 상기 솔더 범프(637)의 형성에 사용되지 않는 상기 저융점 솔더 입자들(635)을 포함하여 상기 제1 조성물(630)이 상기 제1 기판(620) 상에서 제거될 수 있다. 상기 제1 조성물(630)은 유기 용매에 의해 제거될 수 있다. 상기 유기 용매는, 예를 들면, 이소프로필알코올(Isopropyl Alcohol:IPA), 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone:MEK), MEK/톨루엔(Toluene), 메탄올(45%)/디클로로메탄(40%)/증류수(15%)(Methanol(45%)/Dicholromethane(40%)/Distilled water(15%)), 아세톤(acetone), 클로로포름(chloroform), 디메틸 설폭사이드(Dimethyl sulfoxide:DMSO), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran:THF), 디메틸 포름 아미드(Dimethyl formamide:DMF), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 카본 테트라클로라이드(Carbon tetrachloride), 톨루엔(Toluene), 벤젠(Benzene), 아세틱 엑시드(Acetic acid), 및 1-클로로벤젠(1-chlorobenzene) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 10 및 11을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔더 범프 형성방법이 설명된다.
도 10을 참조하면, 도 9의 결과물 상에 제2 조성물(631)이 제공될 수 있다. 상기 제2 조성물(631)은 상기 솔더 범프(637)를 모두 덮도록 상기 제1 기판(620) 상에 제공될 수 있다. 상기 제2 조성물(631)은 스핀 코팅 또는 스크린 프린터 방식에 의해 제공될 수 있다. 상기 제2 조성물(631)은 열경화 혼합물을 포함하되, 저융점 솔더를 포함하지 않을 수 있다. 또는, 상기 제2 조성물(631)은 광경화 물질로 이루어질 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 제2 조성물(631)을 경화시킴으로써, 제1 기판(620) 상에 제2 조성물막(631a)이 형성될 수 있다. 상기 제2 조성물막(631a)은 상기 솔더 범프(637)의 높이보다 높은 두께로 형성될 수 있다. 상기 솔더 범프(637)를 노출하도록, 상기 제2 조성물막(631a)이 평탄화될 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 조성물막(631a)은 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing:CMP) 공정에 의해 평탄화될 수 있다.
도 12 내지 19를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 솔더 범프 형성방법이 설명된다.
도 12를 참조하면, 제1 기판(620) 상에 제1 도전 패턴들(622)이 형성될 수 있다. 상기 제1 기판(620)은 실리콘 웨이퍼 또는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board:PCB)일 수 있다. 상기 제1 도전 패턴들(622)은 금속물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 금속물질은 알루미늄, 구리 및/또는 금을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전 패턴들(622)은 상기 제1 기판(620)의 일부 영역 상에 규칙적으로 배열될 수 있는 반면, 상기 제1 기판(620)의 일부 영역 상에 형성되지 않을 수 있다.
도 13을 참조하면, 상기 제1 기판(620) 상에 저융점 솔더(635)를 포함하는 제1 조성물(630)이 제공될 수 있다. 상기 제1 조성물(630)은 상온에서 제공될 수 있다. 상기 제1 조성물(630)은 경화성 혼합물(636) 및 저융점 솔더(635)를 포함할 수 있다. 상기 경화성 혼합물(636)은 앞서 설명된 열경화 혼합물을 포함하되, 앞서 설명된 것보다 적은 양의 경화제를 포함할 수 있다. 상기 경화성 혼합물(636)은 광경화 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 광경화 물질은 양이온 광개시제(cationic photoinitiator)로써, 디아릴이오도니움 염(diaryliodonium salts)(Ar2I+X-), 트리아릴설포니움 염(triarylsulfonium salts), 아릴디아조니움 염(aryldiazonium salts), 및 오니움 염(onium salts) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 이때, 상기 경화성 혼합물(636)은 필름(film) 또는 페이스트(paste) 형태일 수 있으며, 상기 경화성 혼합물(636) 내에 상기 저융점 솔더(635)가 분포될 수 있다. 상기 제1 조성물(630)은 스크린 프린터를 이용하여 제공될 수 있고, 상기 제1 기판(620)은 상기 제1 조성물(630)의 막으로 도포될 수 있다. 이때, 상기 제1 조성물(630)의 막 두께는 상기 제1 도전 패턴들(622)의 크기 및 피치, 및 솔더 범프의 크기를 고려하여 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 조성물(630) 막의 두께는 상기 제1 도전 패 턴들(622)의 높이보다 높고, 형성하고자 하는 솔더 범프의 높이 이상의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
도 14를 참조하면, 광 조사에 의해, 상기 제1 조성물(630) 막은 제거 영역(630b) 및 잔류 영역(630a)으로 나눠어질 수 있다. 상기 제1 도전 패턴들(622)이 위치하지 않은 상기 제1 기판(620) 상에 상기 제거 영역(630b)이 배치될 수 있다.
상기 제1 조성물(630) 막의 일부 영역에 선택적으로 광(UV)이 조사될 수 있다. 이로써, 상기 제1 조성물(630) 내에서 선택적으로 가교 결합이 일어나, 광 조사 영역과 비 조사 영역 별로 상기 제1 조성물(630)의 경화 차이가 발생할 수 있다. 예를 들면, 상기 제거 영역(630b)이 마스크(640)에 의해 마스킹되어, 상기 잔류 영역(630a)이 선택적으로 광에 노출될 수 있다. 이때, 상기 잔류 영역(630a)의 상기 제1 조성물(630) 내에서 가교 결합이 일어날 수 있다. 즉, 상기 제거 영역(630b)의 상기 제1 조성물(630)은 경화되지 않을 수 있다. 상기 잔류 영역(630a)은 패터닝할 수 있을 정도로 최소한만 경화될 수 있다.
도 15를 참조하면, 상기 제거 영역(630b)이 선택적으로 제거될 수 있다. 상기 잔류 영역(630a)은 상기 제1 기판(620)의 상부면을 노출하는 개구부(630c)를 가질 수 있다.
도 16을 참조하면, 상기 잔류 영역(630a)에 열 에너지가 제공될 수 있다. 상기 열 에너지에 의해, 상기 잔류 영역(630a)의 온도는 상기 저융점 솔더의 입자들(635)의 녹는점보다 높고 상기 경화성 혼합물(636)의 열경화 물질의 경화반 응 온도보다 낮게 유지될 수 있다. 이때, 앞서 도 4에서 설명한 바와 같이, 상기 경화성 혼합물(636)은 낮은 점도를 유지하고, 상기 저융점 솔더 입자들(635)은 용융되어 상기 제1 도전 패턴들(622) 상에 응집될 수 있다. 이로써, 상기 제1 도전 패턴들(622) 상에 솔더 범프(637)가 형성될 수 있다. 상기 저융점 솔더 입자들(635)이 용융되어 상기 제1 도전 패턴들(622)이 상기 저융점 솔더에 의해 젖은(wetting) 상태에 놓이면, 상기 잔류 영역(630a)의 온도는 급격히 감소될 수 있다.
도 17을 참조하면, 이후, 상기 솔더 범프(637)의 형성에 사용되지 않는 상기 저융점 솔더 입자들(635)을 포함하여 상기 잔류 영역(630a)이 상기 제1 기판(620) 상에서 제거될 수 있다. 상기 잔류 영역(630a)은 유기 용매에 의해 제거될 수 있다.
도 18을 참조하면, 상기 결과물 상에 제2 조성물(631)이 제공될 수 있다. 상기 제2 조성물(631)은 스핀 코팅 또는 스크린 프린터 방식에 의해 제공될 수 있다. 상기 제2 조성물(631)은 열경화 혼합물을 포함하되, 저융점 솔더를 포함하지 않을 수 있다. 또는, 상기 제2 조성물(631)은 광경화 물질로 이루어질 수 있다.
도 19를 참조하면, 상기 제2 조성물(631)을 경화시킴으로써, 제1 기판(620) 상에 제2 조성물막(631a)이 형성될 수 있다. 상기 제2 조성물막(631a)은 상기 솔더 범프(637)의 높이보다 높은 두께로 형성될 수 있다. 상기 솔더 범프(637)를 노출하도록, 상기 제2 조성물막(631a)이 평탄화될 수 있다. 노출된 솔더 범프(637a)는 상기 제2 조성물막(631a)과 동일한 높이를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 조성 물막(631a)은 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing:CMP) 공정에 의해 평탄화될 수 있다.
도 20을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플립칩 형성방법이 설명된다.
도 19에 따라 형성된, 노출된 솔더 범프들(637a)를 포함하는 제1 기판들(620)이 상기 제1 도전패턴들(622)이 대응되도록 서로 본딩될 수 있다.
도 21 및 22를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플립칩 형성방법이 설명된다.
도 21 및 22를 참조하면, 도 15의 결과물에 열 에너지가 제공될 수 있다. 상기 열 에너지에 의해, 저융점 솔더 입자들은 용융되어 제1 도전 패턴들(622) 상에 응집될 수 있다. 이로써, 상기 제1 도전 패턴들(622) 상에 솔더 범프(637)가 형성될 수 있다. 이때, 저융점 솔더의 양이 적은 경우, 상기 제1 조성물(630) 내에 저융점 솔더 입자들이 잔류하지 않을 수 있다. 상기 솔더 범프(637)가 형성되면, 상기 제1 조성물(630)의 온도를 상승시켜 상기 제1 조성물(630)이 경화될 수 있다. 상기 제1 조성물(630)이 경화되어 제1 조성물막(633)이 형성될 수 있다.
상기 솔더 범프(637)를 노출하도록, 상기 제1 조성물막(633)이 평탄화될 수 있다. 노출된 솔더 범프(637a)는 상기 제1 조성물막(633)과 동일한 높이를 가질 수 있다. 노출된 솔더 범프들(637a)를 포함하는 제1 기판들(620)이 상기 제1 도전패턴들(622)이 대응되도록 서로 본딩될 수 있다. 이로써, 도전 패턴이 형성되지 않는 영역은 빈 공간으로 남을 수 있다.
도 23 및 24를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플립칩 형성방법이 설명된다.
도 10의 결과물이 준비될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 도 10의 결과물은 제1 기판(620), 상기 제1 기판(620) 상에 배열된 제1 도전 패턴들(622), 상기 제1 도전 패턴들(622) 상에 각각 형성된 솔더 범프들(637), 및 상기 솔더 범프들(637)을 덮도록 상기 제1 기판(620) 상에 도포된 제2 조성물(631)을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전 패턴들(622)에 대응되는 제2 도전 패턴들(652)이 배열된 제2 기판(650)이 준비될 수 있다. 상기 제2 도전 패턴들(652)과 상기 제1 도전패턴들(622)이 대응되도록 상기 제1 기판(620) 및 상기 제2 기판(650)이 정렬될 수 있다.
리플로우 공정을 수행하여, 상기 솔더 범프들(637)에 의해 상기 제1 도전패턴들(622) 및 상기 제2 도전패턴들(652)이 각각 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1 기판(620)과 상기 제2 기판(650) 사이가 상기 제2 조성물(631)에 의해 채워질 수 있다. 따라서, 상기 제2 조성물(631)은 상기 솔더 범프들(637) 상의 산화막을 제거하면서, 상기 솔더 범프들(637)의 언더 필 물질로 사용될 수 있다. 상기 제2 조성물(631)은 경화될 수 있다.
또는, 상기 제1 기판(620) 상에 상기 제2 조성물(631)이 도포된 후, 상기 제1 기판(620) 및 상기 제2 기판(650)이 정렬될 수 있다. 이후, 상기 리플로우 공정이 수행될 수 있다.
또는, 상기 솔더 범프들(637)이 형성된 상기 제1 기판(620)을 상기 제2 조성물(631)로 도포된 다른 기판에 접촉시켜, 상기 제2 조성물(631)이 상기 솔더 범프들(637)의 주위를 커버할 수 있다.
도 25를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플립칩 형성방법이 설명된다.
제3 도전 패턴들(662)이 배열된 제3 기판(660)이 준비될 수 있다. 상기 제3 도전 패턴들(662) 상에 각각 솔더 볼(670)이 형성될 수 있다. 상기 솔더 볼(670)은 솔더 패이스트(paste)를 사용하여 상기 제3 도전 패턴들(662) 상에 인쇄하는 단계 및 리플로우(Reflow) 단계를 통해 형성될 수 있다. 또는, 상기 솔더 볼(670)은 상기 제3 도전 패턴들(662) 상에 플럭스(Flux)를 전사하는 단계, 상기 제3 도전 패턴들(662) 상에 솔더를 디스펜싱하는 단계, 및 리플로우하는 단계를 통해 형성될 수 있다. 상기 솔더 볼(670)을 덮도록 상기 제3 기판(660) 상에 제2 조성물(631)이 도포될 수 있다.
상기 제3 도전 패턴들(662)에 대응되는 제4 도전 패턴들(682)이 배열된 제4 기판(680)이 준비될 수 있다. 상기 제4 도전 패턴들(682)과 상기 제3 도전 패턴들(662)이 대응되도록 상기 제4 기판(680) 및 상기 제3 기판(660)이 정렬될 수 있다.
리플로우 공정을 수행하여, 상기 솔더 볼들(370)에 의해 상기 제4 도전 패턴들(682)과 상기 제3 도전 패턴들(662)이 각각 연결될 수 있다. 또한, 상기 제4 기판(680) 및 상기 제3 기판(660) 사이가 상기 제2 조성물(631)에 의해 채워질 수 있다. 따라서, 상기 제2 조성물(631)은 상기 솔더 볼들(670)의 언더 필 물질로 사용될 수 있다. 상기 제2 조성물(631)은 경화될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하고 설명하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 전술한 바와 같이 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1 내지 3은 본 발명의 실시예에 따른 이방성 도전 접착제를 이용한 접착 공정을 나타내는 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이방성 도전 접착제에 제공되는 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이방성 도전 접착제에 포함된 열경화성 고분자 수지 및 저융점 솔더의 열분석기(DSC:Differential Scanning Calorimetry) 시험 및 동적 점탄성 시험기(RDA:Rheometrics Dynamic Analyzer) 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6 내지 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔더 범프 형성방법을 나타낸 개략적인 단면도들이다.
도 10 및 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔더 범프 형성방법을 나타낸 개략적인 단면도들이다.
도 12 내지 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 솔더 범프 형성방법을 나타낸 개략적인 단면도들이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 플립칩 형성방법을 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 21 및 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플립칩 형성방법을 나타낸 개략적인 단면도들이다.
도 23 및 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플립칩 형성방법을 나타낸 개략적인 단면도들이다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플립칩 형성방법을 나타낸 개략적인 단면도이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
110 : 제1 기판
112: 제1 도전패턴
120 : 제2 기판
122 : 제2 도전패턴
130 : 이방성 도전 접착제
135 : 열경화 혼합물
136 : 저융점 솔더
138 : 접촉부

Claims (20)

  1. 저융점 솔더;
    열경화성 고분자 수지; 및
    안하이드라이드 계열 물질의 경화제(curing agent)를 포함하되,
    상기 저융점 솔더는 Sn-In 계열 물질, Sn-Bi 계열 물질, Sn-Ag 계열 물질, In-Ag 계열 물질, Sn-Bi-Ag 계열 물질, Sn-Bi-Pb 계열 물질 또는 Sn-Ag-Cu 계열 물질을 포함하는 이방성 도전 접착제용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열경화성 고분자 수지는 수산화기를 포함하되,
    상기 저융점 솔더는 경화 촉매로써 작용하는 이방성 도전 접착제용 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열경화성 고분자 수지의 표면 장력을 감소시키는 변형제(deforming agent)를 더 포함하고,
    상기 변형제는(deforming agent)는 아크릴레이트 올리고머(acrylate oligomer), 폴리글리콜(polyglycols), 글리세라이드(glycerides), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 디메틸실리콘(dimethylsilicone), 시메티콘(simethicone), 트리부틸 포스페이트(tributyl phosphate), 또는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)을 포함하는 이방성 도전 접착제용 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    CNT-Cu(Carbon Nano Tube-Copper)를 더 포함하는 이방성 도전 접착제용 조성물.
  5. 저융점 솔더;
    열경화성 고분자 수지;
    아민 계열의 경화제; 및
    상기 열경화성 고분자 수지의 표면 장력을 감소시키는 변형제(deforming agent)를 포함하되,
    상기 저융점 솔더는 Sn-In 계열 물질, Sn-Bi 계열 물질, Sn-Ag 계열 물질, In-Ag 계열 물질, Sn-Bi-Ag 계열 물질, Sn-Bi-Pb 계열 물질 또는 Sn-Ag-Cu 계열 물질을 포함하는 이방성 도전 접착제용 조성물.
  6. 도전패턴을 포함하는 기판 상에, 저융점 솔더, 열경화성 고분자 수지, 및 안하이드라이드 계열 물질의 경화제(curing agent)를 포함하는 이방성 도전 접착제용 제1 조성물을 제공하는 단계; 및
    상기 저융점 솔더를 응집시켜 상기 도전패턴 상에 솔더 패턴을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 저융점 솔더는 Sn-In 계열 물질, Sn-Bi 계열 물질, Sn-Ag 계열 물질, In-Ag 계열 물질, Sn-Bi-Ag 계열 물질, Sn-Bi-Pb 계열 물질 또는 Sn-Ag-Cu 계열 물질을 포함하는 솔더 범프 형성방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 솔더 패턴을 형성하는 단계는:
    상기 제1 조성물에 상기 저융점 솔더의 용융점보다 높고 상기 열경화성 고분자 수지의 경화 온도보다 낮은 온도의 열 에너지를 제공하는 단계를 포함하는 솔더 범프 형성방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 도전패턴 상에 응집되지 않은 상기 저융점 솔더를 포함하여 상기 제1 조성물을 제거하는 단계를 더 포함하는 솔더 범프 형성방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판 상에 열경화성 고분자 수지를 포함하는 제2 조성물을 제공하는 단계;
    상기 제2 조성물을 경화시켜 필름을 형성하는 단계; 및
    상기 솔더 패턴을 노출하도록 상기 필름을 평탄화하는 단계를 포함하는 솔더 범프 형성방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판 상에 광경화 물질을 포함하는 제2 조성물을 제공하는 단계;
    상기 제2 조성물을 경화시켜 필름을 형성하는 단계; 및
    상기 솔더 패턴을 노출하도록 상기 필름을 평탄화하는 단계를 포함하는 솔더 범프 형성방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 조성물은 광경화 물질을 더 포함하되,
    상기 솔더 패턴을 형성하는 단계 전에,
    상기 제1 조성물로 이루어진 필름에 제거 영역 및 잔류 영역이 나누어지도록 노광 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 제거 영역을 제거하는 단계를 포함하는 솔더 범프 형성방법.
  12. 제1 도전패턴들을 포함하는 제1 기판 및 제2 도전패턴들을 포함하는 제2 기판 사이에, 저융점 솔더, 열경화성 고분자 수지, 및 안하이드라이드 계열 물질의 경화제(curing agent)를 포함하는 이방성 도전 접착제용 제1 조성물을 제공하는 단계; 및
    상기 제1 도전패턴들과 상기 제2 도전패턴들을 연결하고 상기 저융점 솔더로 이루어진 접촉부를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 저융점 솔더는 Sn-In 계열 물질, Sn-Bi 계열 물질, Sn-Ag 계열 물질, In-Ag 계열 물질, Sn-Bi-Ag 계열 물질, Sn-Bi-Pb 계열 물질 또는 Sn-Ag-Cu 계열 물질을 포함하는 플립칩 형성방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 열경화성 고분자 수지는 수산화기를 포함하고,
    상기 수산화기를 포함하는 열경화성 고분자 수지와 상기 안하이드라이드 계열 물질의 경화제의 반응에 의해 카르복시기를 포함하는 물질이 생성되고, 상기 물질은 상기 저융점 솔더 또는 상기 제1 및 제2 도전 패턴들 상의 산화물을 제거하는 환원제로 사용되는 플립칩 형성방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 저융점 솔더는 경화촉매로 사용되는 플립칩 형성방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 접촉부를 형성하는 단계는:
    상기 저융점 솔더를 용융시키는 단계; 및
    상기 열경화성 고분자 수지를 경화시키는 단계를 포함하는 플립칩 형성방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    CNT-Cu(Carbon Nano Tube-Copper)를 제공하는 단계를 더 포함하는 플립칩 형성방법.
  17. 제1 도전패턴들이 형성된 제1 기판 및 제2 도전패턴들이 형성된 제2 기판을 준비하는 단계;
    저융점 솔더, 열경화성 고분자 수지, 및 안하이드라이드 계열 물질의 경화제(curing agent)를 포함하는 이방성 도전 접착제용 제1 조성물을 상기 제1 도전패턴들을 덮도록 상기 제1 기판 상에 제공하는 단계;
    상기 저융점 솔더를 응집시켜 상기 제1 도전패턴들 상에 제1 솔더 패턴들을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 솔더 패턴들을 통해 상기 제1 도전패턴들과 상기 제2 도전패턴들이 전기적으로 연결되도록 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 조립하는 단계를 포함하되,
    상기 저융점 솔더는 Sn-In 계열 물질, Sn-Bi 계열 물질, Sn-Ag 계열 물질, In-Ag 계열 물질, Sn-Bi-Ag 계열 물질, Sn-Bi-Pb 계열 물질 또는 Sn-Ag-Cu 계열 물질을 포함하는 플립칩 형성방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1 솔더 패턴들을 형성하는 단계는:
    상기 제1 도전패턴들 상에 응집되지 않은 상기 저융점 솔더를 포함하여 상기 제1 조성물을 제거하는 단계; 및
    상기 제1 기판 상에 경화성 고분자 수지를 포함하는 제2 조성물을 제공하는 단계를 더 포함하는 플립칩 형성방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 조립하는 단계는:
    상기 제1 도전패턴들 및 상기 제2 도전패턴들을 정렬시키는 단계; 및
    상기 제2 조성물을 리플로우시키는 단계를 포함하는 플립칩 형성방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제2 조성물을 경화시켜 상기 제1 기판 상에 제1 필름을 형성하는 단계;
    상기 제1 솔더 패턴들을 노출하도록 상기 제1 필름을 평탄화하는 단계; 및
    상기 제2 도전 패턴들 상에 제2 솔더 패턴들을 형성하고, 상기 제2 기판 상에 상기 제2 솔더 패턴들을 노출하는 제2 필름을 형성하는 단계를 더 포함하는 플립칩 형성방법.
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