KR101904891B1

KR101904891B1 - 솔더볼 및 이를 이용한 임베디드 칩 패키지

Info

Publication number: KR101904891B1
Application number: KR1020160151334A
Authority: KR
Inventors: 이현규; 천명호; 박은광; 은동진; 김성택; 배성문
Original assignee: 덕산하이메탈(주)
Priority date: 2016-11-14
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2018-10-10
Also published as: KR20180054036A

Abstract

본 발명은 본 발명은 임베디드 칩 패키지에 사용되는 솔더볼로서, 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 비스무스(Bi) 및 인듐(In)을 포함하는 솔더볼에 관한 것으로, 특정 함량의 SAC 솔더 합금에 Ni, Pd, Bi, In을 특정 함량으로 첨가시켜 솔더볼을 제조함으로써, 솔더볼의 낙하충격 및 열충격과 같은 특성이 향상되어 특히 임베디드 칩 패키지에 사용되기 적합한 효과를 제공한다.

Description

솔더볼 및 이를 이용한 임베디드 칩 패키지{Solder ball and embedded chip package of semiconductor using the same}

본 발명은 솔더볼 및 이를 이용한 반도체 패키지에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 임베디드 기술이 적용된 반도체 패키지에 사용되기 적합한 솔더볼 및 이를 이용하여 반도체 칩이 실장된 임베디드 칩 패키지에 관한 것이다.

전자 산업의 비약적인 발전으로 컴퓨터, 전자기기, 통신기기, 멀티미디어 시스템의 발달을 통하여 일상생활에 많은 편리함을 제공하게 되었다. 이와 같은 급진적인 발전은 가볍고, 작으며, 얇고, 짧고, 더 빠른, 그리고 인간 친화적이고, 기능적이며, 신뢰성 있으며, 견고하고 혁신적이며 창의적인 값싼 제품에 대한 소비자의 욕구를 충족시키기 위하여 이루어질 수 있었다. 이러한 전자 산업 발전의 핵심은 집적회로(IC) 산업의 성장이라고 할 수 있다. IC 소자의 급격한 성장은 IC 산업의 효율성, 기능성, 가격을 향상시키기 위한 기업들의 추진력과 잘 맞물려서 이루어졌다고 할 수 있다. 따라서 현재 시스템내의 IC의 집적화, 미소화를 통한 효율성 및 기능 향상을 위한 연구 및 개발에 대해 집중적으로 투자한 결과, GHz 단위의 작동속도를 갖는 시스템이 개발될 수 있었다. 하지만, 더 이상의 발전된 기능을 실험하기 위해서는 회로 설계 단계에서 공정상의 한계를 극복하여야 하며, 이러한 당면 과제를 해결하기 위하여 전자 패키징에서 부품간 접속단계에서의 기술 발전이 필요하다. 칩 접속단계에서 패키징 기술의 개발은 전기적, 기계적, 재료적인 접근을 통해 가능해질 수 있다. 즉, 집적화 및 미소화된 패키지의 접속부위에서의 인덕턴스(inductance) 등이 전기적 특성을 만족시키고, 열 전달 및 기계적 신뢰성을 보장하도록 하는 패키지를 설계하여야 한다.

패키징 기술이 발전함에 따라 전자 기기가 경박화, 소형화되면서 더욱 발전된 고집적, 고신뢰성의 패키징 체제에 대한 요구가 급증하였다. 그런데 기존의 칩 접속 방법인 와이어 본딩(Wire Bonding) 이나 TAB(Tape Automated Bonding) 기술로는 이와 같은 요구를 충족시키는데 한계가 있다.

이에 따라 칩의 가장자리만을 통해서 접속시키던 기존의 방법과는 달리 칩의 전면적을 활용하는 격자 배열 방식을 활용하여 접속 간격을 늘린 BGA (Ball Grid Array) 와 플립칩 기술이야말로 미세 피치 패키징과 고집적 접합을 가능케 하는 것으로 이러한 요구에 부합하는 기술이라 할 수 있다.

최근 경박단소로 인해 칩(Chip)을 PCB 속에 집적시키는 임베디드(Embeded) 기술이 대두되고 있으나 아직 낙하충격 및 열충격과 같은 신뢰성에 많은 문제점이 있다. 따라서, 임베디드 PCB의 신뢰성을 극복해야하며 이에 맞는 조성개발이 필요하다.

1. 한국등록특허 제 10-1205664호 (2012.11.21) 2. 한국공개특허 제10-2013-0140321호 (2013.12.24.) 3. 한국공개특허 제10-2011-0124562호 (2011.11.17)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 낙하충격 및 열충격 등의 신뢰성이 개선되어 임베디드 칩 패키지에 적합하게 사용될 수 있는 솔더볼 및 이를 이용하여 제조된 반도체 패키지를 제공하는 것이다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 임베디드 칩 패키지에 사용되는 솔더볼로서, 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 비스무스(Bi) 및 인듐(In)을 포함하며, 상기 은(Ag)은 1.0 내지 4.0 중량%, 구리(Cu)는 0.5 내지 1.5 중량%, 니켈(Ni)은 0.01 내지 0.1 중량%, 팔라듐(Pd)은 0.01 내지 0.1 중량%, 비스무스(Bi)는 0.1 내지 3.0 중량%, 인듐(In)은 0.1 내지 3.0 중량%로 포함되며, 잔부는 주석(Sn) 및 각 10ppm이하의 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 표면에 형성되는 산화층은 깊이에 따라 산소원자의 함량이 점진적으로 감소하며, 상기 산화층의 두께는 2.0 내지 3.5nm 인 솔더볼을 제공한다.

또한 상기 솔더볼에서 납(Pb)의 함량이 5ppm이하이고, 알파 파티클(Alpha particle) 수치(count)가 0.002cph/cm² 이하를 가지는 솔더볼을 제공한다.

또한 상기 비스무스(Bi)는 질량수가 209인 비스무스(Bi)인 솔더볼을 제공한다.

또한 상기 솔더볼은 평균직경이 100 내지 250μm인 솔더볼을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 솔더볼의 제조방법으로서, 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 비스무스(Bi) 및 인듐(In)을 포함하는 솔더 합금을 용탕에 장입한 후 230 내지 250℃로 용융시키는 용융단계; 상기 용융된 합금에 마스터 합금을 투입 후 온도를 250 내지 280℃로 유지하는 투입단계; 상기 마스터 합금이 투입된 합금을 유도가열하는 가열단계; 및 상기 유도가열된 합금을 흑연노즐 홀로 통과시켜 솔더볼을 형성하는 볼형성단계;를 포함하는 솔더볼 제조방법을 제공한다.

또한 상기 용융단계에서 용융되는 주석(Sn)은 필터링된 주석이며, 상기 필터링된 주석은 순도 99.9% 내지 99.99%의 주석(Sn)을 250 내지 350℃에서 용융시킨 후 2 내지 7μm 구멍의 필터를 가지는 필터 장치에 3 내지 4bar의 압력 하에서 통과시켜, 납(Pb)의 함량을 5ppm 이하로 포함하는 주석인 솔더볼 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 반도체칩; 반도체칩의 일면에 부착되며 상기 반도체칩의 길이보다 긴 적어도 하나 이상의 절연막; 상기 절연막 내에 형성되며, 상기 반도체칩의 소자패드와 연결되는 적어도 하나 이상의 재배선; 및 상기 절연막의 다른 일면에 부착되며, 상기 재배선과 연결되는 적어도 하나 이상의 본 발명에 따른 솔더볼;을 포함하여 구성되어, 상기 반도체칩이 임베디드된 임베디드 칩 패키지를 제공한다.

또한 상기 절연막의 두께는 10㎛ 이하인 임베디드 칩 패키지를 제공한다.

또한 상기 재배선(RDL)의 재료는 구리(Cu)이며, 상기 절연막의 재료는 FR4로 이루어지는 임베디드 칩 패키지를 제공한다.

본 발명은 특정 함량의 SAC 솔더 합금에 Ni, Pd, Bi, In을 특정 함량으로 첨가시켜 솔더볼을 제조함으로써, 솔더볼의 접합 강도, 젖음성, 금속간 화합물 형성 특성뿐만 아니라 낙하충격 및 열충격과 같은 특성이 향상되어 특히 임베디드 칩 패키지에 사용되기 적합한 효과가 있다.

또한 Pb의 농도가 제어된 필터링된 Sn을 포함하여 알파선에 의한 기기오작동을 방지함으로써 임베디드 기술을 이용한 반도체 패키지 장치의 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 주석을 필터링하는데 사용되는 필터장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 필터장치에 사용된 필터의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 도 2의 필터의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도 2의 길이방향을 따라 절단한 단면의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 솔더볼을 포함한 임베디드 칩 패키지의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 솔더볼의 Ag, Cu 함량에 따른 낙하충격 특성 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 솔더볼의 Ag, Cu 함량에 따른 낙하충격 특성에 대한 주효과도 및 교호작용도 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 솔더볼의 Ag, Cu 함량에 따른 열사이클 특성 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 솔더볼의 Ag, Cu 함량에 따른 열사이클 특성에 대한 주효과도 및 교호작용도 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 솔더볼의 In, Sb, Bi 성분에 따른 열사이클 특성 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 솔더볼의 In, Sb, Bi 성분에 따른 열사이클 특성에 대한 주효과도 및 교호작용도 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 솔더볼의 In, Bi 함량에 따른 낙하충격 특성 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 솔더볼의 In, Bi 함량에 따른 낙하충격 특성에 대한 주효과도 및 교호작용도 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 솔더볼의 In, Bi 함량에 따른 열사이클 특성 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 솔더볼의 In, Bi 함량에 따른 열사이클 특성에 대한 주효과도 및 교호작용도 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 솔더볼의 열사이클 특성을 평가하기 위한 열사이클 조건을 나타내었다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.

솔더볼

본 발명의 일실시예에 따른 솔더볼은 그 성분으로 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 비스무스(Bi) 및 인듐(In)을 포함한다.

솔더볼 전체의 중량에 대하여 은(Ag) 1.0 내지 4.0 중량%, 구리(Cu) 0.5 내지 1.5 중량%, 니켈(Ni) 0.01 내지 0.1 중량%, 팔라듐(Pd) 0.01 내지 0.1 중량%, 비스무스(Bi) 0.1 내지 3.0 중량%, 인듐(In) 0.1 내지 3.0 중량% 을 포함할 수 있다.

바람직하게는 솔더볼 전체의 중량에 대하여 은(Ag) 2.0 내지 3.0 중량%, 구리(Cu) 0.5 내지 1.0 중량%, 니켈(Ni) 0.02 내지 0.08 중량%, 팔라듐(Pd) 0.01 내지 0.05 중량%, 비스무스(Bi) 0.5 내지 2.0 중량%, 인듐(In) 0.5 내지 2.0 중량% 을 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게는 솔더볼 전체의 중량에 대하여 은(Ag) 2.5 중량%, 구리(Cu) 0.8 중량%, 니켈(Ni) 0.05 중량%, 팔라듐(Pd) 0.03 중량%, 비스무스(Bi) 1.0 중량%, 인듐(In) 1.0 중량% 을 포함할 수 있다.

은(Ag)은 Ag의 함유량이 1.0 질량% 미만에서는 솔더의 접착 강도가 저하되고, 낙하 등에 의한 충격 응력을 부하시킨 경우 솔더 파괴가 일어나기 쉬운 문제점이 있고, 4.0 질량%를 초과하면 솔더의 경도가 높아져 충격 흡수가 저하되므로, 계면에서의 박리가 야기되는 문제점이 있다. 바람직하게는 2.0 내지 3.0 중량%, 더욱 바람직하게는 2.5 중량% 포함한다.

구리(Cu)는 Cu의 함유량이 0.5 질량% 미만이거나 1.5 질량%를 초과하면 Cu 전극에 사용하였을 때에 Cu 전극으로부터 솔더볼 성분 중에 Cu가 확산됨으로써 Cu 전극 계면에 Cu₆Sn₅의 금속간 화합물층이 두꺼워져, 내낙하 충격성이 나빠진다. 바람직하게는 0.5 내지 1.0 중량%, 더욱 바람직하게는 0.8 중량% 포함한다.

니켈(Ni)은 융해 시의 유동성, 열 사이클 성능과 낙하충격을 향상시킬 수 있다. 니켈(Ni)이 0.01 중량% 미만 포함되는 경우 상기와 같은 효과를 낼 수 없으며, 0.1 중량%를 초과하여 포함되는 경우 석출경화에 의해 솔더의 강도가 강해져서 휨(warpage)에 의한 균열(crack)을 방지할 수 없게 된다. 또한 녹는점이 상승하고, 융해 시 유동성이 저하되며 젖음성(wetting)이 저하된다.

팔라듐(Pd)은 재료 구조적으로 열 피로에 의한 크랙 전파가 쉬운 흑연구조의 Cu₃Sn 화합물의 형성과 성장을 방해한다. 또한 팔라듐(Pd)은 -40 내지 125℃의 온도 범위의 실험 조건하에서 생성된 저온상인 α-Sn 상과 기지 내 기 생성된 β-Sn 상과 결합하여 PdSn₄ 화합물을 생성한다. PdSn₄는 봉상의 구조를 가지며 상 평형을 위해 상 경계면(특히 Ag₃Sn 계면)에 존재하므로 열 피로에 의해 생성된 크랙이 상 경계면을 이동하여 전파되는 것을 매우 어렵게 하여 우수한 열충격 성능을 가지게 한다.

팔라듐(Pd)이 0.01 중량% 미만 포함되는 경우, 상기와 같은 효과를 낼 수 없으며, 0.1 중량% 초과하여 포함되는 경우, 팔라듐(Pd) 입자들 간에 서로 뭉치는 현상(Ostwald ripening)이 발생되어 입자들 간에 성장하여 결정 입도(grain size)가 30μm²를 초과하는 조대한 결정을 형성하게 되고, PdSn₄가 과대하게 생성되어 파괴되는 문제점이 있으며 비용 상승 또한 초래한다.

비스무스(Bi)는 열처리 시 Cu₆Sn₅, Ag₃Sn과 같은 Bulky IMC의 성장을 억제하며, Sn에 고용되어 열처리동안 Sn의 결정성장을 방해함으로써, 열사이클(TC)에 효과가 있게 된다.

또한 비스무스(Bi)는 질량수가 209인 Bi가 사용되는 것이 바람직하다. 이는 질량수 209인 Bi의 반감기는 1.9X10¹⁹년을 초과하기 때문에 안정 동위 원소로 취급되어 알파선을 방출할 가능성이 낮기 때문이다.

비스무스(Bi)가 0.1 중량% 미만 포함되는 경우, TC 특성에 대한 기대효과는 미비하며, 3 중량% 초과하여 포함되는 경우, Solder bulk 내 Bi의 정출로 인해 재료의 경도 상승으로 취성파의 경향이 커지므로 낙하충격과 같은 신뢰성에 악영향을 미치는 문제점이 있다.

인듐(In)은 합금을 무르고 연하게 해서 Drop 특성을 강화하는 효과를 가지며, 0.1 중량% 미만 포함되는 경우, Drop 특성을 강화하는 효과가 없는 문제점이 있으며, 3 중량% 초과하여 포함되는 경우, 비용상승 및 커켄달 보이드(Kirkendall void)를 야기시키는 문제점이 있다.

한편, 주석(Sn)은 납(Pb), 철(Fe), 알루미늄(Al), 비스무스(Bi), 아연(Zn) 등의 불순물 각각의 함량이 10ppm 이하인 필터링된 주석을 포함하고, 특히 납(Pb)의 함량은 5ppm이하인 것이 바람직하다. 납(Pb)의 함량을 5ppm이하로 관리함으로써 알파선(Alpha ray)에 의한 오작동(soft error)을 최소화 할 수 있다. 또한, 필터링된 주석은 솔더볼 내 산화를 발생시킬수 있는 불순물(Pb, Fe, Zn, Al 등)의 함량을 감소시켜 솔더볼의 표면에 형성되는 산화층의 두께를 감소시킨다.

한편 주석(Sn)의 함량은 본 기술분야의 당업자가 주지하듯이 포함되는 구성성분들의 함량을 제외한 나머지가 되며, 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼에는 전술한 성분 이외에도 제조상 불가피한 불순물이 더 포함될 수 있다.

솔더볼의 형태는 제한이 없으나 구, 원기둥 또는 다각 기둥의 형태일 수 있으며, 바람직하게는 구형의 형상을 갖는다.

본 실시예의 솔더볼은 평균 직경이 100 내지 250㎛인 것이 바람직하다. 이 때 직경은 비접촉식 측정으로 진행하였고, 3차원 자동측정 혹은 투영기를 이용하여 6개소 이상을 측정하여 구한 평균치를 말한다.

제조된 솔더볼의 표면에는 일정한 두께의 SnO₂의 산화층이 형성되며 비정질 구조를 가지고, 산화층은 깊이에 따라 점점 산소함량이 작아진다. 산화층은 솔더볼 안에서 밖으로 빠져나가는 알파레이(Alpha ray)의 이동을 방해하며, 또한 TC 평가를 할 경우, 외부에서 오는 크랙(Crack)은 솔더의 가장 취약한 결정으로 침투가 되는데, 표면에 비정질층인 산화막이 있음으로 인해 크랙(Crack)의 침투를 막아준다.

솔더볼의 산화층의 두께는 AES(Auger Electron Spectroscope)로 측정할 수 있으며, 이 때 산화층은 바람직하게 2.0 내지 3.5nm로 형성되는 것이 바람직하다. 2.0nm 미만으로 형성하는 경우 전술한 바와 같이 산화층이 알파레이 이동 및 크랙발생을 방지하지 못하고, 또한 볼의 뭉침현상 및 볼의 구형도가 떨어지는 문제가 발생하고, 3.5nm 초과하여 형성되는 경우 젖음성이 나빠져 미싱볼(missing ball)의 문제가 발생한다.

주석(Sn) 필터링 방법

본 발명의 일 측면에 따른 솔더볼에 포함되는 주석(Sn)의 필터링 방법의 일실시예는 다음과 같다.

순도 99.9% 내지 99.99%의 주석(Sn)을 250 내지 350℃에서 용융시킨 후 2 내지 7μm 구멍의 필터를 가지는 필터 장치에 3 내지 4bar의 압력 하에서 통과시킨다.

주석(Sn)의 용융 온도는 주석의 용융점이 232℃이므로 250℃ 이하에서는 용융작업이 원활하지 않으며, 350℃ 이상에서는 높은 온도에 의한 주석(Sn)의 산화 발생이 높기 때문에 필터링 효과가 미비하다. 바람직하게는 290 내지 310℃에서 주석(Sn)을 용융시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예에 따라 주석을 필터링하는데 사용되는 필터장치(20)의 사시도이다. 이에 따르면 필터장치는 용융된 주석이 주입되는 주입부(21)와 필터링된 주석이 유출되는 유출부(22) 및 필터(23), 스프링(24), 이를 감싸고 있는 본체로 구성된다. 용융된 주석은 3 내지 4bar의 압력 하에서 주입부(21)를 통해 주입되며, 원통형의 필터(23)를 통과하면 불순물이 제거된 용융 주석을 유출부(22)를 통해 얻는다.

필터(23)는 도 2의 사시도 및 도 3의 평면도에서 나타나는 것과 같이 높이 2cm, 두께 1 내지 2mm를 가지며, 도 4의 단면사시도에서 나타나는 것과 같이 하단부가 폐쇄된 원통형의 구조이다.

필터의 소재는 페라이트계 스테인리스강 또는 오스테나이트계 스테인리스강을 사용한다. 스테인리스강에는 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni) 및 크롬(Cr) 중 적어도 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 몰리브덴(Mo)이 6% 이하로 포함되면 균열 및 응력을 잘 견딜 수 있는 효과가 있으며, 크롬(Cr)이 13% 이상 포함되면 높은 산화저항성을 갖게 하는 효과가 있다. 니켈(Ni)이 10% 이하 포함되면 용융점부터 낮은 온도까지 오스테나이트 구조를 유지시키는 효과가 있다.

필터 구멍의 크기는 2 내지 7μm 이고, 2μm 미만일 경우 작업성이 저하되고 7μm 초과일 경우에는 효과가 미비하다. 또한 압력이 3bar 미만, 4bar 초과일 경우 필터링 효과가 없다.

주석(Sn) 필터링 후에는 납(Pb), 비스무스(Bi), 철(Fe), 알루미늄(Al), 아연(Zn) 등의 불순물들이 제거되어 불순물 각각의 농도가 10ppm 이하가 된다.

필터링 된 주석은 필터링 되지 않은 주석에 비해 산소의 농도가 적으며 상대적으로 Sn, Ag, Cu 등의 농도가 높아 머시 영역(Mushy region)을 최소화 시킬 수 있다. 머시영역은 액상에서 고상으로 바뀔 때 액상과 고상이 동시에 존재하는 영역으로서, 액상에서 고상으로 바뀔 때 Pb, Fe 등 불순물이 있을 경우, 각각의 원소들은 하나의 상으로 존재하며, 이런 불순물들이 핵생성 사이트를 만들어 응고되는 시간을 늘려 머시영역이 늘어나게 된다. 머시영역이 클 경우에는 반응시간이 길어져 접합반응을 느리게 하므로 머시영역을 최소화시켜야 솔더볼 접합 시 빠른 반응이 일어날 수 있다.

솔더 합금 제조방법

본 발명의 또 다른 일 측면인 솔더 합금 제조방법의 일실시예는 다음과 같다.

본 발명의 일 측면인 주석 필터링 방법에 따라 필터링된 주석(Sn)을 이용하여 고주파진공유도로(High frequency vacuum electric induction furnace)에서 합금을 제조할 수 있다.

더욱 상세하게는, 필터링된 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 비스무스(Bi) 및 인듐(In)을 고주파진공유도로에 장입 후 10분간 유지하는 장입단계, 고주파진공유도로를 10분간 700℃까지 승온 후 10분간 유지하고 다시 10분간 1100℃까지 승온 후 60분간 유지하는 승온단계를 포함한다.

이 때, 각 금속의 순도는 4N(99.99%)이상인 것이 바람직하다.

장입단계에서 장입되는 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 비스무스(Bi) 및 인듐(In)의 함량은 예를 들어, 장입되는 금속 전체 중량에 대하여 은(Ag) 1.0 내지 4.0 중량%, 구리(Cu) 0.5 내지 1.5 중량%, 니켈(Ni) 0.01 내지 0.1 중량%, 팔라듐(Pd) 0.01 내지 0.1 중량%, 비스무스(Bi) 0.1 내지 3.0 중량%, 인듐(In) 0.1 내지 3.0 중량%이 되도록 무게비로 칭량하여 장입될 수 있다.

바람직하게는 장입되는 금속 전체 중량에 대하여 은(Ag) 2.0 내지 3.0 중량%, 구리(Cu) 0.5 내지 1.0 중량%, 니켈(Ni) 0.02 내지 0.08 중량%, 팔라듐(Pd) 0.01 내지 0.05 중량%, 비스무스(Bi) 0.5 내지 2.0 중량%, 인듐(In) 0.5 내지 2.0 중량% 이 되도록 장입될 수 있다. 더욱 바람직하게는 장입되는 금속 전체 중량에 대하여 은(Ag) 2.5 중량%, 구리(Cu) 0.8 중량%, 니켈(Ni) 0.05 중량%, 팔라듐(Pd) 0.03 중량%, 비스무스(Bi) 1.0 중량%, 인듐(In) 1.0 중량%이 되도록 장입될 수 있다.

장입단계에서 고주파진공유도로의 진공도는 3.0×10^-2 torr 내지 6.0×10^-2 torr 이다. 진공도가 10^-1 torr으로 떨어지면 산소(O)가 주석(Sn)과 반응하여 주석산화물(SnO₂)이 다량 형성되게 된다. 고주파진공유도로에서 합금을 제조하는 경우에는 주석(Sn)이 산소(O)와 반응하여 주석산화물(SnO₂)을 형성하는 불필요한 반응이 억제되면서 상대적으로 다른 원소의 함량 변화가 적어 편석률을 감소시킬 수 있다.

또한 고주파진공유도로의 전기적 와류에 의한 교반력은 종래 전기로를 이용하는 방법의 기계적인 교반력보다 우수하며, 대기 중에서 작업하는 것이 아니라 불활성 분위기 하에서 작업이 이루어지게 됨으로써, 편석을 더욱 억제할 수 있다.

장입단계와 승온단계 사이에는 불활성 가스로 상기 고주파진공유도로를 퍼징(purging)한 후, 10분간 유지하는 퍼징단계를 포함할 수 있다. 퍼징(purging)은 고주파진공유도로 내부의 합금을 화학적 또는 물리적 반응을 일으키지 않는 불활성 기체로 중화 처리하는 것을 의미하고 퍼징 압력은 750 내지 760 torr 가 바람직하다.

승온단계에서 1100℃까지 10분간 승온 후 유지시간을 60분으로 하는 이유는 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 등 비중이 서로 다른 원소들을 균질하게 합금화시키기 위함이다.

솔더볼 제조방법

본 발명의 또 다른 일 측면인 솔더 합금을 이용하여 제조된 솔더볼 제조방법의 일실시예는 다음과 같다.

본 발명의 일 측면에 따른 솔더 합금을 용탕에 장입한 후 230℃ 내지 250℃로 용융시키는 장입단계, 용융된 합금에 Sn-Ge 마스터 합금을 투입한 후 용탕의 온도를 250℃ 내지 280℃로 유지하는 투입단계, Sn-Ge 마스터 합금(Master alloy)이 투입된 합금을 유도가열(Induction heating)하는 가열단계, 가열된 합금을 진동자를 이용하여 흑연노즐 홀로 통과시켜 볼을 형성하는 볼형성단계를 포함할 수 있다.

투입단계는 첨가원소(Sn)를 다량으로 함유한 합금(Sn-Ge 마스터 합금)을 별도로 용융제로 만들어 놓고 합금의 기초가 되는 금속(필터링된 주석)의 용융액에 가하여 희석하는 방법으로서, 목적하는 합금을 만들 때 첨가하려는 합금원소를 정량만큼 균일하게 첨가시키기 위함이다.

또한 Ge 단독으로는 용융점(938℃)이 높으므로 마스터 합금을 제조해서 융점을 낮추기 위함이다. 마스터 합금은 주석(Sn) 및 게르마늄(Ge)을 포함하며, 마스터 합금 전체 중량에 대하여 게르마늄 0.1 내지 5 중량%를 포함하는 것이 바람직하나 이로써 제한되는 것은 아니다.

가열단계의 유도가열은 전자기 유도에 의해 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 가열하는 방법으로서 전자기 유도에 의해 유도된 2차 전류가 피가열 재료로 흐르는 경우에 발생하는 줄열(Joule's heat)을 이용한다. 이 때 피가열 재료는 상기 투입단계를 거쳐 제조된 합금이다.

볼형성단계에서 형성되는 솔더볼의 크기는 주파수와 압력으로 조절이 가능하다. 흑연노즐(오리피스) 홀의 직경은 70 내지 120μm이며, 주파수는 7 내지 15Khz이고, 압력은 1000 내지 2000mbar인 것이 바람직하다. 이 때, 형성된 솔더볼은 평균직경 100~250μm을 갖는다. 흑연 노즐은 원기둥 모양의 형태를 가지며, 흑연 재질을 사용하여 안정적인 사이즈 구현이 가능하다.

반도체 패키지

본 발명의 기술적 사상에 따른 솔더볼은 반도체 패키지에 사용된다. 본 발명의 실시예에 따른 솔더볼은 반도체 패키지의 용도에 제한되지 않고 다양한 용도로 사용될 수 있다. 특히 본 발명의 여러 실시예들에 따른 솔더볼은 반도체 칩(Chip)을 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 속에 집적시키는 임베디드 칩 패키지(Embeded chip package), 패널 레벨 패키지(panel level package)에 바람직하게 적용된다.

도 5에는 본 발명에 따른 솔더볼이 적용되는 임베디드 칩 패키지의 일실시예가 도시되어 있다. 임베디드 칩 패키지는 반도체칩(50), 재배선(80), 절연막(90), 및 솔더볼(70)을 포함한다.

반도체칩(50)은 반도체기판, 소자보호막, 소자패드를 포함한다. 반도체칩(50)의 저면에는 적어도 하나 이상의 절연막(90)이 형성되어, 반도체칩(50)의 길이보다 긴 절연막(90)이 구비된다. 절연막(90)은 재배선(80)을 절연시키기 위한 막으로서, 재배선(80)은 절연막(90) 내에 형성되어, 전기적으로 절연막(90)의 하면에 부착되는 솔더볼(70)과 연결된다. 재배선(RDL)의 경우 통상 재료는 Cu이며, 절연막의 재료는 FR4를 포함하는 폴리머 소재를 사용할 수 있다.

이에 따르면 반도체칩은 상기 폴리머 소재의 절연막을 사이에 두고, 솔더볼과 접합되어 있다. 이 경우 종래 반도체 패키지에서처럼 기판이 열사이클 파괴를 감소시키는 역할을 기대할 수 없어서, 열사이클 파괴에 특히 강점을 보이는 가지는 솔더볼이 필요하다.

또한, 솔더볼과 반도체칩이 두께 10μm이하의 FR4 소재의 절연막만을 사이에 두고 위치하게 되므로 알파선에 의한 신호전달에 문제를 일으키는 것을 방지하기 위해 알파선의 발생을 최소화하는 솔더볼이 필요하게 된다.

실험예 1 - 합금 성분별 특성 평가

(1) 은(Ag) 및 구리(Cu)

주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu)가 이루는 조성은 은(Ag) 및 구리(Cu) 함량에 따른 낙하충격 강도 및 열사이클 강도에 의해 결정되었다. 더욱 구체적으로 하기 표 1에 나타내는 것과 같이 실험을 설계하고, Drop 특성 및 TC 특성을 측정하였다. 도 6 및 도 7에 각각 Drop Weibull distribution 및 TC Weibull distribution 분석 결과를 나타내었으며, 도 8 및 도 9에 각각 Drop 특성 및 TC 특성에 대한 주효과도 및 교호작용도 분석 결과를 나타내었다.

	Unit: wt%			Drop	TC
	Sn	Ag	Cu	10% failure	10% failure
Leg 1	Remain	2.0	1.5	100.6	377.8
Leg 2	Remain	2.0	0.75	74.1	500.8
Leg 3	Remain	-	0.75	109	372.8
Leg 4	Remain	4.0	-	8.7	483.8
Leg 5	Remain	4.0	1.5	51.9	368.1
Leg 6	Remain	2.0	-	47.1	410.3
Leg 7	Remain	4.0	0.75	26.7	387.5
Leg 8	Remain	-	-	70.4	320.1
Leg 9	Remain	-	1.5	105.1	398.7

상기 표 1 및 도 6, 7에 나타나는 것과 같이 Drop 특성에 대한 주효과도는 Ag 함량이 증가할수록 Drop 특성이 떨어지며, Cu의 경우 함량이 증가할수록 Drop 특성이 증가하며, Drop 특성에 대하여 Ag와 Cu 의 교호작용에 대한 효과는 없는 것을 알 수 있다.

또한 상기 표 1 및 도 8, 9에 나타나는 것과 같이 TC 특성에 대한 주효과도는 Ag 함량이 증가할수록 TC 특성은 증가하며, Cu 함량이 증가할수록 TC 특성이 떨어지며, TC 특성에 대하여 Ag와 Cu의 교호작용 효과가 있는 것을 알 수 있다.

Drop 특성과 TC 특성을 고려하여 은(Ag) 및 구리(Cu)의 함량은 은(Ag) 1.0 내지 4.0 중량%, 구리(Cu) 0.5 내지 1.5 중량%, 바람직하게는 은(Ag) 2.0 내지 3.0 중량%, 구리(Cu) 0.5 내지 1.0 중량%, 더욱 바람직하게는 은(Ag) 2.5 중량%, 구리(Cu) 0.8 중량%인 것이 좋다.

(2) 인듐(In) 및 비스무스(Bi)

본 발명은 TC 특성을 강화하기 위하여 인듐(In) 및 비스무스(Bi)를 도펀트(Dopant)로 첨가하였으며, 더욱 구체적으로 하기 표 2에 나타나는 것과 같이 실험을 설계하여 TC 특성을 측정하였다. 도 10에 TC Weibull distribution 분석 결과를 나타내었으며, 도 11에 TC 특성에 대한 주효과도 및 교호작용도 분석 결과를 나타내었다.

	Unit: wt%									TC
	Sn	Ag	Cu	Ni	Pd	Ge	In	Sb	Bi	10% failure
Leg 1	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	1	1	0.1	465.3
Leg 2	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	0.1	0.1	0.1	300.7
Leg 3	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	0.1	1	1	396.3
Leg 4	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	0.1	0.1	1	499.9
Leg 5	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	0.1	1	0.1	438.5
Leg 6	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	1	0.1	1	576
Leg 7	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	1	0.1	0.1	537.9
Leg 8	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	1	1	1	569.1
Leg 9	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	0.55	0.55	0.55	532

상기 표 2 및 도 10, 11에 나타나는 것과 같이 TC 특성에 대한 주효과도는 In 및 Bi 함량이 증가할수록 TC 특성이 증가하지만 Sb의 경우 함량에 상관없이 TC 특성에 영향을 주지 않으며, TC 특성에 대하여 In, Sb, Bi에 대한 교호작용 효과가 없는 것을 알 수 있다.

상기 TC 특성을 고려하여 안티몬(Sb)는 포함하지 않고, 인듐(In) 및 비스무스(Bi)를 포함하는 솔더볼을 제공한다. Drop 특성 및 TC 특성을 강화하기 위한 인듐(In) 및 비스무스(Bi)의 함량을 결정하기 위하여 하기 표 3에 나타나는 것과 같이 실험을 설계하여 Drop 특성 및 TC 특성을 측정하였다. 도 12에 TC Weibull distribution 분석 결과를 나타내었으며, 도 13에 TC 특성에 대한 주효과도 및 교호작용도 분석 결과를 나타내었다.

	Unit: wt%								Drop	TC
	Sn	Ag	Cu	Ni	Pd	Ge	In	Bi	10% failure	10% failure
Leg 1	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	1	1	29.1	545.7
Leg 2	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	7	7	4.7	481.4
Leg 3	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	1	7	6.4	463.4
Leg 4	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	7	1	16.8	314.4
Leg 5	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	4	4	8.8	499.5

상기 표 3 및 도 12, 13에 나타나는 것과 같이 Drop 특성에 대한 주효과도는 In, Bi 함량이 증가할수록 Drop 특성이 떨어지며, Drop 특성에 대하여 In과 Bi 의 교호작용에 대한 효과는 없는 것을 알 수 있다.

또한 상기 표 3 및 도 14, 15에 나타나는 것과 같이 TC 특성에 대한 주효과도는 In 함량이 증가할수록 TC 특성이 떨어지며, Bi 함량이 증가할수록 TC 특성이 증가하며, TC 특성에 대하여 In과 Bi의 교호작용 효과가 있는 것을 알 수 있다.

상기 Drop 특성 및 TC 특성을 고려하여 비스무스(Bi) 및 인듐(In)의 함량은 비스무스(Bi) 0.1 내지 3.0 중량%, 인듐(In) 0.1 내지 3.0 중량%, 바람직하게는 비스무스(Bi) 0.5 내지 2.0 중량%, 인듐(In) 0.5 내지 2.0 중량%, 더욱 바람직하게는 비스무스(Bi) 1.0 중량%, 인듐(In) 1.0 중량% 인 것이 좋다.

상기와 같이 Ag, Cu의 함량별, 도펀트의 성분 및 함량별 평가 결과 임베디드 칩 패키지에 최적화된 조성을 개발하였으며, 본 발명에 따른 조성의 솔더볼을 이용하여 임베디드 칩 패키지를 제조하는 경우 Drop 특성 및 TC 특성 등 신뢰성이 우수한 효과를 제공한다.

실시예 및 비교예

(1) 솔더 합금의 제조

필터링된 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 비스무스(Bi) 및 인듐(In)를을 주석(Sn) 중량에 대하여 하기 표 4에 나타나는 것과 같이 무게비로 칭량하여 고주파진공유도로에 장입하고 3.0×10^-2 torr의 압력을 10분간 유지하였다. 여기에 불활성 가스로 760 torr의 압력으로 퍼징한 후 10분간 유지하였다. 이를 10분간 700℃까지 승온 후 10분간 유지하고, 다시 10분간 1100℃까지 승온 후 60분간 유지하여 솔더 합금을 제조하였다.

(2) 솔더볼의 제조

상기 제조된 솔더 합금을 용탕에 장입하고 240℃로 용융시키고, Sn-Ge 마스터 합금을 투입하고 용탕의 온도를 260℃로 유지하였다. 이를 5분간 유도가열을 하고 진동자를 이용하여 오리피스로 통과시켜 각각의 솔더볼을 제조하였다. 이때 사용된 오리피스 홀의 직경은 100μm이며, 주파수는 10Khz이고, 압력은 1500mbar이며, 제조된 솔더볼의 평균 직경은 200μm 였다. 실시예 및 비교예의 조성을 가진 표 4와 같은 솔더볼을 제조하였다.

본 발명에 의해 제조된 솔더볼의 실시예 및 비교예의 성분 구성을 표 1에 나타내었다.

Unit	wt%
	Sn	Ag	Cu	Ni	Pd	Ge	In	Sb	Bi
실시예 1	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	1	-	1
실시예 2	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	0.1	-	0.1
실시예 3	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	0.1	-	1
실시예 4	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	1	-	0.1
실시예 5	Remain	1	0.8	0.05	0.03	0.008	1	-	1
실시예 6	Remain	4	0.8	0.05	0.03	0.008	1	-	1
실시예 7	Remain	2.5	1.5	0.05	0.03	0.008	1	-	1
실시예 8	Remain	2.0	0.5	0.05	0.03	0.008	1	-	1
비교예 1	Remain	3.0	2.0	-	-	0.008	-	-	-
비교예 2	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	1	0.55	1
비교예 3	Remain	2.5	-	0.05	0.03	0.008	1	-	1
비교예 4	Remain	2.5	1.5	0.05	0.03	0.008	1	-	1
비교예 5	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	1	-	7
비교예 6	Remain	2.5	0.8	0.05	0.03	0.008	7	-	1
비교예 7	Remain	2.5	0.75	0.05	0.03	0.008	4	-	4

실험예 2 - 솔더볼의 특성 평가

이하에서는 본 발명에 따른 솔더볼의 특성을 실험 데이터를 기초로 하여 검토하기로 한다. 솔더볼의 신뢰성을 검토하기 위하여 열적 사이클 신뢰성 및 알파선 신뢰성 등을 수행하였다.

먼저 제조된 솔더볼을 부착(Attach) 장비를 이용하여 OSP로 처리된 PCB 위에 솔더볼을 마운트 한 후, 솔더볼을 접합하기 위해 리플로우(reflow)를 진행하였다, 플럭스는 ws type을 사용하였고, 피크온도(peak temperature)는 240±5℃, 드웰 타임(dwell time)은 40±10s (over 220℃), 분위기는 3000 ppm O₂ contents에서 진행 하였다. 이후 솔더볼이 접합된 PCB를 OSP 처리된 Board에 붙이기 위해 동일한 조건으로 작업을 진행하였다.

(1) Drop 신뢰성

시편의 낙하충격 강도를 측정하기 위해 (JESD22-B111), 중력가속도를 1500G, 0.5msec로 실시간 data를 측정하였다. 시편의 파괴는 초기저항의 10%이상 증가할 시, fail로 인지하였고, 5번의 낙하 평가 중 3의 fail이 발생될 경우 시편 out으로 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

(2) TC 신뢰성

시편의 TC 강도를 측정하기 위해 (JEDS22-A104-B), -40℃ ~ 125℃ 조건으로 평가를 진행하였다. 1cycle의 측정은 도 16과 같이 진행하였다. 시편 fail의 기준은 50cycle 이 완료될 때마다 저항을 측정하였고, 단락될 경우를 시편 out으로 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

	Drop	TC
	10% failure	10% failure
실시예 1	29.1	545.7
실시예 2	8.2	251.4
실시예 3	21.8	419.6
실시예 4	37.6	271.5
실시예 5	27.4	320.7
실시예 6	17.2	491.5
실시예 7	24.8	458.6
실시예 8	17.4	396.5
비교예 1	13.2	140.7
비교예 2	24.8	506.9
비교예 3	13.6	388.2
비교예 4	19.1	448.6
비교예 5	6.4	463.4
비교예 6	16.8	314.4
비교예 7	8.8	499.5

(3) 알파선 신뢰성

알파선 입자(Alpha particle)란 방사선 동위원소에서 발생하는 방사선 중 알파레이(Alpha ray) 입자를 말하며, 솔더(Solder) 내부의 방사성 동위원소에 의한 알파레이입자(Alpha ray particle) 방출이 이뤄지는 Solder를 Alpha solder라 하며, 알파레이입자(Alpha ray particle) 방출량이 0.02cph/cm² 이하의 수준인 솔더를 로우알파(Low alpha solder)라 한다.

Alpha particle의 방출 수준에 따라서 Low Alpha, Ultra low alpha, Super ultra low alpha로 나누며, 각각의 수치는 다음과 같으며, Low alpha < 0.02cph/cm², Ultra low alpha < 0.002cph/cm², Super ultra low alpha < 0.001cph/cm², 임베디드 칩 패키지에 사용되는 솔더는 적어도 울트라 로우(Ultra low alpha)를 만족해야 한다.

알파레이(Alpha ray)에 의해 발생되는 문제점은 소프트 에러(Soft error)를 유발시키며, 소프트 에러(Soft error)란 기록된 정보와 읽혀진 정보 사이의 불일치로서 메모리 셀(Memory cell)의 정보의 유실에 의해 일어나는 현상이다. 알파파티클(Alpha particle) 측정은 Alpha Science社에서 제조한 1950-SE 모델을 사용해서 측정하였다.

알파파티클(Alpha particle) 측정은 10cm×14cm로 제조된 Cu plate위에 측정할 솔더를 도포해서 총 6장의 Sheets를 만들어서 P-10 가스가 흐르는 장비챔버에 107시간을 측정해서 Alpha particle 수치를 계산하였다.

실시예 1 및 실시예 1과 동일한 조성으로 제조하되 주석(Sn)의 필터링 정도에 따라 납(Pb) 함량이 다른 솔더 합금을 제조하여 솔더볼을 제조하였다. 제조된 솔더볼의 Alpha particle 수치를 하기 표 6에 나타내었다.

	Alpha particle	Pb 함량
	cph/cm²	ppm
실시예 1	0.002	5
실시예 1-1	0.0008	3
실시예 1-2	0.038	20
실시예 1-3	0.245	100

전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 필터 장치
50 : 반도체칩
70 : 솔더볼
80 : 재배선
90 : 절연막

Claims

두께가 10μm 이하인 절연막을 사이에 두고 재배선을 통하여 반도체 칩과 접합되는 임베디드 칩 패키지용 솔더볼로서,
주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 비스무스(Bi) 및 인듐(In)을 포함하고 표면에 산화층이 형성되는 솔더볼이며,
상기 은(Ag)은 1.0 내지 4.0 중량%, 구리(Cu)는 0.5 내지 1.5 중량%, 니켈(Ni)은 0.01 내지 0.1 중량%, 팔라듐(Pd)은 0.01 내지 0.1 중량%, 비스무스(Bi)는 0.1 내지 3.0 중량%, 인듐(In)은 0.1 내지 3.0 중량%로 포함되며,
잔부는 필터링된 주석(Sn) 및 각 10ppm이하의 불가피한 불순물로 이루어지고,
상기 표면에 형성되는 산화층은 깊이에 따라 산소원자의 함량이 점진적으로 감소하며, 상기 산화층의 두께는 2.0 내지 3.5nm 이고,
납(Pb)의 함량이 5ppm 이하이고, 알파 파티클(Alpha particle) 수치(count)가 0.002cph/cm² 이하를 가지는 솔더볼.
삭제
제1항에 있어서,
상기 비스무스(Bi)는 질량수가 209인 비스무스(Bi)인 솔더볼.
제1항에 있어서,
상기 솔더볼은 평균직경이 100 내지 250μm인 솔더볼.
필터링된 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 비스무스(Bi) 및 인듐(In)을 포함하는 솔더 합금을 용탕에 장입한 후 230 내지 250℃로 용융시키는 용융단계;
상기 용융된 합금에 마스터 합금을 투입 후 온도를 250 내지 280℃로 유지하는 투입단계;
상기 마스터 합금이 투입된 합금을 유도가열하는 가열단계; 및
상기 유도가열된 합금을 흑연노즐 홀로 통과시켜 솔더볼을 형성하는 볼형성단계;를 포함하며,
이 때 생성되는 솔더볼은 두께가 10μm 이하인 절연막을 사이에 두고 재배선을 통하여 반도체 칩과 접합되는 임베디드 칩 패키지용 솔더볼로서,
상기 은(Ag)은 1.0 내지 4.0 중량%, 구리(Cu)는 0.5 내지 1.5 중량%, 니켈(Ni)은 0.01 내지 0.1 중량%, 팔라듐(Pd)은 0.01 내지 0.1 중량%, 비스무스(Bi)는 0.1 내지 3.0 중량%, 인듐(In)은 0.1 내지 3.0 중량%로 포함되며, 잔부는 주석 및 각 10ppm이하의 불가피한 불순물로 이루지며,
상기 솔더볼의 표면에 형성되는 산화층은 깊이에 따라 산소원자의 함량이 점진적으로 감소하며, 상기 산화층의 두께는 2.0 내지 3.5nm이고,
납(Pb)의 함량이 5ppm 이하이고, 알파 파티클(Alpha particle) 수치(count)가 0.002cph/cm² 이하를 가지는 솔더볼인 솔더볼 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 필터링된 주석은 순도 99.9% 내지 99.99%의 주석(Sn)을 250 내지 350℃에서 용융시킨 후 2 내지 7μm 구멍의 필터를 가지는 필터 장치에 3 내지 4bar의 압력 하에서 통과시켜, 납(Pb)의 함량을 5ppm 이하로 포함하는 주석인 솔더볼 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 용융단계에서 용융되는 비스무스(Bi)는 질량수가 209인 비스무스(Bi)인 솔더볼 제조방법.
반도체칩;
상기 반도체칩의 일면에 부착되며, 두께가 10μm 이하이고 상기 반도체칩의 길이보다 긴 적어도 하나 이상의 절연막;
상기 절연막 내에 형성되며, 상기 반도체칩의 소자패드와 연결되는 적어도 하나 이상의 재배선; 및
상기 절연막의 다른 일면에 부착되며, 상기 재배선과 연결되는 적어도 하나 이상의 솔더볼;을 포함하여 구성되어, 상기 반도체칩이 임베디드된 임베디드 칩 패키지로서,
상기 솔더볼은 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 비스무스(Bi) 및 인듐(In)을 포함하며,
상기 은(Ag)은 1.0 내지 4.0 중량%, 구리(Cu)는 0.5 내지 1.5 중량%, 니켈(Ni)은 0.01 내지 0.1 중량%, 팔라듐(Pd)은 0.01 내지 0.1 중량%, 비스무스(Bi)는 0.1 내지 3.0 중량%, 인듐(In)은 0.1 내지 3.0 중량%로 포함되며,
잔부는 필터링된 주석(Sn) 및 각 10ppm이하의 불가피한 불순물로 이루어지며,
상기 솔더볼의 표면에 형성되는 산화층은 깊이에 따라 산소원자의 함량이 점진적으로 감소하며, 상기 산화층의 두께는 2.0 내지 3.5nm이고,
납(Pb)의 함량이 5ppm 이하이고, 알파 파티클(Alpha particle) 수치(count)가 0.002cph/cm² 이하를 가지는 솔더볼인 임베디드 칩 패키지.
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제8항에 있어서,
상기 재배선(RDL)의 재료는 구리(Cu)이며, 상기 절연막의 재료는 FR4로 이루어지는 임베디드 칩 패키지.
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