KR19980024945A - 범프 접점을 갖는 회로 기판의 제조 방법 및 그 방법에 사용되는 제트 분사형 도금 장치 - Google Patents

범프 접점을 갖는 회로 기판의 제조 방법 및 그 방법에 사용되는 제트 분사형 도금 장치 Download PDF

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도시키 나이토
요시나리 다카야마
가즈오 오우치
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야마모토 히데키
닛토 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

(a) 저장 탱크 내에 저장된 도금액 내에 양 전극을 배치하는 단계와, (b) 절연 기판상에 형성된 도전성 회로를 상기 도금액의 표면 위로 노출시키는 단계와, (c) 상기 도금액의 표면 아래에 제트 분사 개구를 배치하는 단계와, (d) 상기 도전성 회로를 음 전극으로 사용하여 전기도금용 음 전극을 향해 상기 제트 분사 개구로부터 상기 도금액을 분사하여, 상기 음 전극의 표면상에 범프 접점을 형성하는 단계를 포함하는 범프 접점을 갖는 회로 기판을 생성하기 위한 방법과, 이 방법에 사용되는 제트 분사형 도금 장치를 제공한다. 본 발명에 따라, 광택제를 함유하는 도금액을 이용한 제트 분사형 전기도금으로 도금액에 있는 공기 버블의 혼합을 성공적으로 방지할 수 있으며, 광택제 성분의 산화 분해물을 억제하게 된다. 결론적으로, 범프 접점은 버섯 모양을 가질 수 있으며, 범프 접점의 높이의 변동을 최소로 할 수 있다. 게다가, 범프 접점의 정점의 슬립과 범프 접점의 손실을 방지할 수 있다.

Description

범프 접점을 갖는 회로 기판의 제조 방법 및 그 방법에 사용되는 제트 분사형 도금 장치
본 발명은 범프 접점(bump contact point)을 갖는 회로 기판을 제조하는 방법과 이 방법에 사용되는 제트 분사형(jet stream type) 도금 장치에 관한 것이다.
최근에, 소형이며 경량이고 고속인 다기능 전자장치에 대한 수요를 만족시키기 위해, 칩 사이즈 패키지(Chip Size Package:CSP) 등에 반도체를 장착할 때 IC 칩 크기인 소자들이 이 패키지에 접속된다.
게다가, 번인 테스트와 같은 전기적 특성의 검사는 다이(die) 단계에서 실행될 필요가 있다. 이것을 만족시키기 위해, 테스트용의 접점과 미세 간격 IC 칩을 접속시키도록 신축성 있는 박막 캐리어(film carrier)가 개발되었다. 이 박막 캐리어는 접속점, 즉 범프 접점을 갖는데, 이 접점에서 테스트 대상과 장착된 소자가 절연 기판상에서 서로 접촉된다(일본 특허공개공보 제62-182672호).
범프 접점을 형성하기 위해, 종래에는 이머젼 기술 및 제트 분사 기술에 의한 전기도금 기술이 사용되어 왔다. 그러나 기술적 과점에서 보면, 균일한 높이를 갖는 범프 접점을 형성하고 범프 접점의 비정상적인 침전(precipitation)을 제거하는 목적은 주로 반도체 웨이퍼에 대해서만 개선되어 왔다. 예를 들어, 일본 특허공개공보 제 2-61089호에 있어서, 액체 제트 노즐과 도금될 표면은, 도금될 표면상에서 도금액의 흐름 방향에 기인하여 생기는 변형된 범프 접점을 방지하기 위해, 노즐의 부수적 변동에 대해서 서로 평행을 유지하게 된다. (일본 특허공개공보 제 4-315434호)제트 분사 컵(cup)을 이용하는 방법에 따라, 웨이퍼는 제어 부재에 의해 유지되고, 과잉의 도금액상에서 수평으로 부유(floating)되어 도금됨으로써, 균일한 높이를 갖는 범프 접점이 얻어진다.
그러나, 범프 접점의 높이를 단일화시키는 것은 광택제 없이 도금액을 이용한 도금 공정, 즉 광택제 없이 귀금속(예컨대 금, 은)을 도금하는 것과 관련하여 대단히 수고스럽기 때문에, 변형 및 미형성과 관련된 비정상적인 범프 접점을 조사하기 위해, 평활제(leveler) 및 광택제를 함유하는 광택 도금액과 제트 분사형 도금 장치의 사용을 포함하는 범프 접점은 수고스럽지 않게 보인다.
예컨대, 일본 특허공개공보 제 7-11489호에 개시된 바와 같이, 불용해성 양극(insoluble anode) 의 영역은 불용해성 양극내의 광택제의 분해를 방지 또는 억제하기 위해, 도금 영역의 적어도 0.5 배 이상 5 배 이하로 설정된다. 불용해성 양극은 도금액에 용해되지 않는 양극을 의미하며, 일반적으로 티타늄, 니오븀 등의 금속 코어와 이 코어의 표면상의 백금 코팅으로 구성된다. 이들 중 몇몇은 이리듐에 의해 싸인 표면을 갖는다.
구리 황산염 도금에 사용되는 광택제는 예컨대, 분자량이 높은 평활제(예컨대, 폴리에틸렌 클리콜)와 광택제(예컨대, 비스(3-설포프로필) 이황화물)를 포함한다. 광택제는 많은 공기를 함유한 제트 분사형 도금 공정에서 분해되어, 광택제의 성분이 불균일하게 될 수도 있다.
불균일한 도금액을 이용하여 구리 범프 접점이 형성되는 경우, 이 범프 접점은 정상적인 버섯-모양의 범프 접점과 비교될 만큼 평평하게 되는 경향이 있으며, 액체의 흐름에 쉽게 영향을 받음으로써, 범프 접점의 정점은 흐름 방향에 따라 슬립(slip)되고 높이가 크게 바뀌게 된다. 게다가, 이러한 불균일로 인해 광택이 없어지고 범프 접점의 표면이 거칠게 된다. 만일 불균일한 광택제를 함유한 도금액을 이용하여 형성된 구리 코어상에 금을 도금한다면, 전기적 검사에서의 접촉 실패와 반도체의 IC 칩에의 접속 결함이 발견될 것이다.
금 도금 등에 사용되는 것과 같은 양호한 균일 전해성(throwing power)을 나타내는 도금액과 비교하면, 광택제를 함유하는 도금액은 공기 버블이 쉽게 붙을 수 있으므로, 제트 분사 도금 장치를 사용하면 더욱 현저해지는 경향이 있으며, 도금될 대상은 아래로 향하게 되며 액체는 하부면으로부터 분사된다. 이러한 공기 버블로 인해, 범프 접점의 성장이 방해되어 높이가 줄어들거나 변형되기도 하며, 심지어 범프 접점이 성장할 수 있다 하더라도 상기 기술된 것과 같이 전기적 검사에서의 접촉 실패와 반도체를 장착하는 IC 칩의 접속 결함이 생기게 된다.
본 발명의 목적은 상기 기술된 문제점을 해결하는 것이며, 비정상적인 침전이 없으며 비균일 높이를 갖지 않는 범프 접점이 있는 회로 기판을 제조하는 방법과, 이 방법에 사용되는 제트 분사형 도금 장치를 제공하는데 있다.
범프 접점을 갖는 회로 기판을 제조하는 방법은 다음과 같은 특징을 포함한다.
(1) 범프 접점을 갖는 회로 기판을 생성하기 위한 방법은 (a) 저장 탱크 내에 저장된 도금액 내에 양(+) 전극을 배치하는 단계와; (b) 절연 기판상에 형성된 도전성 회로를 상기 도금액의 표면 위로 노출시키는 단계와; (c) 상기 도금액의 표면 아래에 제트 분사 개구를 배치하는 단계와; (d) 상기 도전성 회로를 음(-) 전극으로 사용하여 전기도금용 음 전극을 향해 상기 제트 분사 개구로부터 상기 도금액을 분사하여, 상기 음 전극의 표면상에 범프 접점을 형성하는 단계를 포함한다.
(2) 상기 (1)의 방법에 있어서, 상기 음 전극은 상기 범프 접점이 형성될 때 상기 절연 기판의 위치에 형성된 관통홀에 노출된 도전성 회로이다.
(3) 상기 (1)의 방법에 있어서, 상기 도금액은 구리 황산염 도금액이며, 상기 저장 탱크에 저장된 구리 황산염 도금액의 표면과 제트 분사 개구 사이의 거리는 5 mm 내지 40 mm 이다.
(4) 상기 (3)의 방법에 있어서, 상기 도금액은 30 L/hr 내지 200 L/hr 의 유량으로 하나의 제트 분사 개구로부터 분사되며, 20 ℃ 내지 30 ℃ 의 온도로 설정되고, 10 A/dm2내지 20 A/dm2의 밀도를 갖는 전류가 인가된다.
(5) 상기 (1)의 방법에 있어서, 상기 저장 탱크는 그 중심에 박스형 블록을 가지며, 이 박스형 블록 내에는 양(+) 전극이 형성된다.
(6) 상기 (1)의 방법에 있어서, 상기 제트 분사 개구는 플레이트에 관통홀을 제공함으로써 형성된다.
(7) 절연 기판상에 형성된 도전성 회로를 음(-) 전극으로 사용하여, 이 음 전극에 범프 접점을 형성하는 제트 분사형 도금 장치는 도금액을 저장하는 저장 탱크와; 상기 도금액의 표면 아래에 위치하여 상기 음 전극쪽으로 상기 도금액을 분사시키는 제트 분사 개구와; 상기 도금액에 위치한 양 전극을 구비한다.
(8) 상기 (7)의 장치에 있어서, 상기 제트 분사 개구는 상기 도금액의 표면 아래 5 mm 내지 40 mm 위치에 형성된다.
(9) 상기 (7)의 장치에 있어서, 상기 제트 분사 개구는 플레이트에 관통홀을 제공함으로써 형성된다.
(10) 상기 (7)의 장치에 있어서, 상기 음 전극은 범프 접점이 형성될 때 상기 절연 기판의 위치에 형성된 관통홀에 노출된 도전성 회로이다.
(11) 상기 (7)의 장치에 있어서, 상기 저장 탱크는 그 중심 부분에 위치한 박스형 블록을 갖는다.
(12) 상기 (7)의 장치에 있어서, 상기 음 전극의 노출을 허용하는 구멍과, 상기 음 전극과 저장 탱크 사이에 설치된 플레이트를 추가로 구비한다.
(13) 상기 (12)의 장치에 있어서, 상기 플레이트는 상기 구멍과 연결되는 슬릿과 홈을 구비하며, 상기 저장 탱크에 대응하는 표면으로부터 이 플레이트의 두께 방향으로 형성되어 상기 슬릿과 홈이 서로 교차 및 연결되고, 상기 슬릿과 홈중 하나 또는 모두는 분사된 도금액을 상기 저장 탱크의 외부로 전달할 수 있다.
(14) 상기 (12)의 장치에 있어서, 상기 플레이트는 상기 구멍과 연결되는 슬릿과 홈을 구비하며, 상기 저장 탱크에 대응하는 표면으로부터 이 플레이트의 두께 방향으로 형성되어 상기 슬릿과 홈이 서로 교차 및 연결되고, 상기 홈은 분사된 도금액을 상기 저장 탱크의 외부로 전달할 수 있다.
(15) 상기 (12)의 장치에 있어서, 상기 플레이트는 5 mm 내지 30 mm 의 두께를 갖는다.
(16) 상기 (7)의 장치에 있어서, 제트 분사 처리 탱크와 공급 탱크를 추가로 구비하며, 상기 도금액은 저장 탱크를 에워싸며, 전기도금 공정 후 도금액을 저장하고, 상기 공급 탱크를 도금액으로 채울 수 있는 제트 분사 처리 탱크내의 제트 분사 도금용으로 사용되며, 상기 저장 탱크는 상기 제트 분사 처리 탱크로부터 공급된 도금액을 저장하여, 이 도금액을 저장 탱크로 제공한다.
(17) 상기 (16)의 장치에 있어서, 상기 제트 분사 처리 탱크 및 공급 탱크중 하나 또는 모두는 도금액의 표면위에 질소 기체를 함유할 수 있다.
(18) 상기 (17)의 장치에 있어서, 상기 질소 기체는 99.9 % 이상의 순도를 갖는다.
(19) 상기 (16)의 장치에 있어서, 상기 저장 탱크에는 이 저장 탱크에 형성된 2개 내지 4개의 공급 입구로부터 공급된 도금액이 제공된다.
본 발명에 따라, 범프 접점을 갖는 회로 기판은 저장 탱크에 저장된 도금액의 표면 아래에 제트 분사 개구를 제공하고, 도금액의 표면 위에 도전성 회로(음 전극)를 노출시키며, 제트 분사 개구로부터 전기도금용 음 전극쪽으로 도금액을 분사시킴으로써 음 전극 표면상에 범프 접점이 형성된다. 그 결과, 도금액은 공기 버블에 붙지 않는다. 특히, 본 발명은 버블에 쉽게 달라붙는 광택제를 함유하는 도금액을 이용할 때 유용하며, 이 경우 광택제 성분의 산화적 분해도 억제된다. 게다가, 질소 기체 분위기에서 전기도금이 행해짐으로써, 광택제 성분의 산화적 분해를 성공적으로 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명인 범프 접점을 갖는 회로 기판의 제조 방법과 이 방법에 이용되는 제트 분사형 도금 장치의 일실시예를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명인 제트 분사형 도금 장치에 사용되는 플레이트를 나타낸 사시도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명인 제트 분사형 도금 장치에 사용되는 입방형 저장 탱크를 나타낸 상면도.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명인 제트 분사형 도금 장치에 사용되는 원주형 저장 탱크를 나타낸 상면도.
도 5a 및 도 5b는 처리될 절연 기판을 나타낸 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명인 제트 분사형 도금 장치에 사용되는 제트 분사 개구와 플레이트를 나타낸 단면도.
도 7은 처리될 절연 기판에 형성된 관통홀의 위치를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 제조 방법에 의해 절연 기판상에 형성된 범프 접점을 나타낸 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2 : 제트 분사 개구
3 : 절연 기판
4 : 도전성 회로
7 : 절연막
8 : 도금액
9 : 제트 분사 처리 탱크
10 : 공급 탱크
18 : 고무 시트
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 기술될 것이다.
도 1은 범프 접점을 갖는 회로 기판의 신규한 제조 방법의 일 실시예와, 이 회로 기판에 사용되는 제트 분사형 도금 장치의 일 실시예를 나타낸 횡단면도이며, 여기서 범프 접점은 전기도금으로 형성되어 있다. 제트 분사 개구(2)를 형성하도록 플레이트상에 형성된 도전성 회로(4)의 단면은 해칭되어 있다.
이 실시예에 도시된 바와 같이, 제트 분사형 도금 장치는 절연 기판(3)상에 형성된 도전성 회로(4)를 음 전극으로 사용한다. 이 제트 분사형 도금 장치는 도금액(8)을 저장하기 위한 저장 탱크(1)와, 도금액(8)의 표면 아래에 형성된 제트 분사 개구(2)를 구비한다. 양(+) 전극(12)은 도금액(8) 내에 배치되어 있다.
음(-) 전극인 도전성 회로(4)는 제트 분사 개구(2)에 대향하여 도금액(8)의 표면 위에 노출되어 있으며, 도금액은 제트 분사 개구(2)로부터 음 전극으로 분사되어, 제트 분사형 도금 장치에서의 전기도금이 가능하게 되며, 범프 접점은 회로 기판을 제공하기 위해 음 전극 표면상에 형성된다.
도 1에서의 실시예에 있어서, 도전성 회로(4)는 음 전극이며, 절연 기판(3)의 위치에 형성된 관통홀(5)에 노출되고 있으며, 여기에 범프 접점(6)이 형성될 것이다. 도전성 회로(4)는 절연막(7)으로 피복된다. 제트 분사 개구(2)는 플레이트에 관통홀을 제공함으로써 형성된다. 양 전극은 도금액(8)의 표면 아래에 위치한 상자모양의 블록(11) 내에 설정된다. 블록(11)의 최상단 표면상에는 도금액(8)과 도전하기 위한 구멍(도시 안됨)이 있다.
제트 분사형 도금 장치는 제트 분사 처리 탱크(9)와 공급 탱크(10)를 추가로 구비한다. 저장 탱크(1)는 제트 분사 처리 탱크(9) 내에 싸여 있으며, 공급 탱크(10)로부터 도금액이 공급된다. 음 전극과 저장 탱크(1) 사이에는 음 전극의 노출을 가능하게 하는 구멍(14)을 갖는 플레이트(13)를 설치한다. 절연 기판(3)은 플레이트(13)와 고무 시트(17)를 통해 제트 분사 처리 탱크(9)에 설치된다. 고무 시트(17)는 구멍(14)에 대응하는 구멍을 갖는다. 플레이트(13)는 구멍(14), 슬릿(도시 안됨) 및 홈(15)을 갖는다.
음 전극으로 분사된 도금액은 저장 탱크(1)의 외측으로 슬릿 및 홈(15)에 의해 안내되어, 제트 분사 처리 탱크(9) 내에 저장된다. 저장된 도금액은 연결관(25)에 의해 공급 탱크(10)로 전달된다. 공급 탱크(10)는 다시 저장 탱크(1)로 도금액을 보낸다. 질소 가스(20)가 입구(21) 및 입구(23)를 통해 제트 분사 처리 탱크(9)와 공급 탱크(10)의 안으로 공급되며, 방전 단부(22, 24)로부터 방전된다. 제트 분사 처리 탱크(9)와 공급 탱크(10)내의 압력은 대기압으로 유지된다. 공급 탱크(10)에는 가열기와 냉각기(도시 안됨)가 제공됨으로써, 도금액은 적당한 온도로 유지된다. 절연막(7)상에는 고무 시트(18)와 프레스 보드(19)가 제공되며, 프레스 보드(19)는 제트 분사 처리 탱크(9)로부터의 액체 누출을 방지하기 위해 가압된다.
공정 대상인 절연 기판의 재료는 도전성 회로와 범프 접점을 적절하게 지지하고 전기적으로 절연되는한 특별하게 제한되지는 않는다. 범프 접점을 IC 칩과 같은 접촉 대상과 신축성 있게 접촉하도록 하기 위해, 신축성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이것의 예를 들자면, 폴리에스터 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 공중합체 수지, 폴리카보나이트 수지, 실리콘 수지, 플루오레 수지 등과 같은 열경화성 수지와 열가소성 수지가 포함된다. 이들 중에서, 폴리이미드 수지가 사용하기에 가장 바람직한데, 가열시 내열성과 크기 안정성 및 역학적 강도에서 우수하기 때문이다.
절연 기판의 두께는 특별히 제한되어 있지는 않지만, 충분한 역학적 강도와 신축성을 얻기 위해서는 2 내지 500 μm , 바람직하게는 5 내지 150 μm 가 적당하다. 상이한 종류의 수지로 형성된 층이 절연 기판의 표면상에 적층될 수 있으며 절연 기판을 사용함에 따라 그 위에 범프 접점이 형성될 것이다. 범프 접점과 상기 수지 층을 갖는 회로 기판을 이용하여 반도체 기판이 장착될 때 범프 접점을 갖는 회로 기판과 반도체 칩 사이의 틈은 장착 후 별개의 공정을 필요치 않고 채워질 수 있다. 수지 층은 에폭시 수지와 실리콘 수지와 같은 공지된 재료로 형성될 수 있다.
도전성 회로는 절연 기판상에 형성되며, 본 발명의 음 전극으로서의 기능을 하며, 도금액의 표면 위로 노출된다. 본 발명의 도전성 회로는 배선 패턴과 전극 및 리드 등을 포함한다. 도전성 회로의 재료는 도전성(예컨대, 금속)이면 특별한 제한은 없다. 회로 기판의 회로 패턴에 대해 사용된 공지된 재료가 바람직하다. 특히, 배선 폭은 미세-간격화된 접촉 대상을 제공하기 위해 좁게 형성되고, 신호는 고속으로 전송될 필요가 있기 때문에, 작은 내성을 갖는 구리가 바람직하다. 도전성 회로의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 1 내지 200 μm, 특히 5 내지 80 μm가 바람직하다.
도전성 회로는 예컨대, 무전해 도금(electroless plating) 및 절연 기판의 스퍼터링과, 도전성 회로와 절연 기판의 광택을 위해 구리 호일을 코팅하고 이어서 컬 공정(curling), 도전성 회로 박막과 절연 기판을 접착제로 접착, 및 다른 방법에 의해 절연 기판상에 형성될 수 있다.
도전성 회로는 절연막으로 피복될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 도전성 회로(4)는 절연 기판(3)과 절연막(7) 사이에 삽입된다. 절연막은 전기적 절연성을 가지는한 어떤 재료로도 형성될 수 있다. 절연막을 갖는 회로 기판이 최종 생성물로 사용되는 경우, 절연막의 재료는 절연 기판의 재료와 동일한 것이 바람직하다. 이로써 절연 기판과 절연막은 동일한 선형 확장 계수를 가지며, 컬링 및 부피 축소와 같은 온도 변동에 의한 문제점이 발생하지 않게 된다.
절연막이 전기도금용의 가장 중요한 레지스트 막으로 사용되는 경우, 절연막의 재료는 레지스트 막에 사용된 공지된 재료가 될 수 있다. 이러한 재료들 중에서, 전기도금후 용이하게 제거되고 전기도금 도중 전류 누설과 관련되지 않는 것이 바람직하다. 특히, 전류 누설이 없고 가소제의 양을 조절함으로써 기계적으로 제거될 수 있다는 점에서 열 저항성 비닐 클로라이드 저항제가 바람직하다. 절연막은 절연 기판상에 도전성 회로를 형성하는 상기 기술된 방법에 의해 동일하게 형성될 수 있다. 절연막이 비닐 클로라이드 저항제인 경우, 이 절연막은 스크린 프린팅으로 제공될 수 있다.
관통홀은 펀칭, 포토리소그래피 공정, 플라스마 공정, 화학적 에칭, 레이저 공정 등과 같은 기계적 천공 작업에 의해 절연 기판에 형성될 수 있다. 이중에서 미세-간격화된 생성물에 대한 요구를 만족시키기 위해 정교한 공정을 가능하게 하는 레이저 공정이 바람직하며, 특히 천공 작업은 자외선 영역에서 진동 파장을 갖는 자외선 레이저를 이용하는 것이 바람직하다.
관통홀의 모양, 즉 관통홀의 세로 축에 수직인 횡단면의 모양은 특별히 제한되지 않지만, 관통 원형인 것이 바람직하다. 이 관통홀의 직경은 약 ψ5 내지 ψ200 μm 이며, 특히 약 ψ8 내지 ψ100 μm 인 것이 바람직하다.
버르(burr)와 분해된 부산물은 상기 기술된 바와 같이 절연 기판에 형성된 관통홀의 부근에 남아있게 되고, 이것은 도금의 개시전에, 플라즈마에 의한 건식 스미어제법(dry desmear treatment) 또는 과망간산을 이용한 습식 스미어제법(wet desmear treatment)을 사용하는 것이 바람직하다. 버르 및 분해된 부산물이 관통홀의 부근에 존재한다면, 도금은 핵으로서 부산물을 사용하여 증착되고 버석모양의 범프 접점은 형성되지 않는다. 스미어제법은 버르 및 분해된 부산물을 제거한다는 것을 말하며, 과망간산을 이용한 습식 스미어제법은 망간 산화 잔류물로서 부산물의 제거를 포함하며, 플라즈마를 이용한 건식 스미어제법은 이산화탄소로서 분산물의 제거를 포함한다.
관통홀이 미세하거나 절연 기판이 소수성(hydrophobic)인 경우, 도금액이 관통홀로 들어가지 못하기 때문에 범프 접점은 때때로 성장에 실패하게 된다. 그러므로, 산소 플라즈마 처리법 등에 의해 기판을 친수성(hydrophilic)으로 만드는 처리법을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 처리법은 물을 이용하여 습윤성(wettability)을 향상시키는 것이 목적이다.
도금의 개시전 수행될 소프트 에칭과 같은 처리 전에, 도금의 개시전에 결정된 절연 기판의 습윤성은 순수한 물을 이용하여 접촉 각이 20도를 넘지 않는 것이 바람직하다. 습윤성이 20도를 넘게 되면, 도금액은 종종 약 20 내지 200 μm의 직경과 5 내지 50 μm의 깊이를 갖는 관통홀로 유입되지 않게 되어 범프 접점을 형성할 수 없게 된다. 소프트 에칭이란 관통홀에 노출된 도전성 회로로부터 금속 산화막을 제거하고 도금된 금속에의 접착을 보장하는 처리법을 말한다.
관통홀을 채우고 범프 접점을 제공하기 위한 접점의 재료는 전기도금법에 의해 침전되는한 특별히 제한되지 않으며, 공지된 금속성 재료가 사용될 수 있다. 예컨대, 금, 은, 구리, 백금, 납, 주석, 니켈, 코발트, 인듐, 로듐, 크롬, 텅스텐, 루테늄 등과 같은 금속과 니켈-주석, 금-코발트 등과 같은 합금을 함유하는 여러 가지 합금이 사용될 수 있다.
예로든 금속성 재료중에서, 구리 황산염 도금액으로부터 침전된 구리, 와트 욕(Watts bath)로부터 침전된 니켈과 같은 광택제를 함유하는 도금액으로부터 침전된 접점 재료를 본 발명에 사용하는 것이 바람직하다. 특히 구리가 바람직하다.
도금액에 함유될 광택제는 제한되지 않지만, 전기도금용으로 사용되는 광택제인 것이 일반적으로 사용될 수 있다. 예컨대, 폴리에테르 화합물(예를 들어, 폴리에틸렌 클리콜, 폴리프로필렌 클리콜, 폴리비닐 알콜), 유기 황 화합물(예를 들어, 비스(3-설포프로필)이황화물 및 비스(p-설포페닐)이황화물), 유기 질소 화합물(예를 들어, 아조 염료 및 프탈로시아닌 염료), 티오 요소, 티오 탄산카바졸 산 유도체 등이 사용될 수 있다.
각 범프 접점은 범프 접점이 구리 및 니켈과 같은 경제적이고 양효한 도전성 재료로부터 만들어진 코어된 구조와, 이 구조를 이용함에 따라 사용된 금속막(표면 층)과, 고 강도 또는 적당한 재료를 갖는 금속으로부터 만들어진 금속막을 가질 수 있다. 이러한 재료의 예로서 여러 가지 귀금속을 포함한다. 예컨대, 반도체 소자가 접속되면, 금과 같은 화학적으로 안정되고 더 높은 접촉 신뢰성을 갖는 재료가 사용되며, 번인 테스트와 같은 전기적 검사에 대해서는 로듐, 루테늄과 같은 더 높은 경도를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
범프 접점의 높이는 특별히 제한되지 않지만, 약 1 내지 100 μm인 것이 바람직하다. 이 값은 정상적인 높이의 범프 접점이며, 단일 절연 기판상에 형성될 범프 접점의 높이는 어떠한 변동이 없는 것이 이상적이다. 실제로 높이의 어떠한 변동은 허용범위내로 선택적으로 설정되기는 하지만 약 ±2μm가 된다. 범프 접점의 높이는 절연 기판의 표면으로부터 범프 접점의 정점의 높이를 말한다.
범프 접점을 형성하기 위한 도금의 조건, 즉 도금액의 유량, 도금액의 온도, 전류 밀도 등의 조건들은 사용될 도금액의 종류와 도금될 대상에 따라 적절하게 결정된다. 미세 접속 및 접촉이 가능하도록 범프 접점을 형성하는 조건이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 제트 분사형 전기도금을 이용함으로써, 도금될 대상에 대해 도금액의 흐름을 빨리할 수 있으며, 전류 밀도가 커지게 된다. 그 결과, 범프 접점은 높은 비율로 형성될 수 있다.
예컨대, 도금액이 광택제를 함유한 구리 황산염 도금액인 경우, 하나의 제트 분사 개구로부터 분사된 도금액의 양은 30 내지 200 L/hr 로 설정되는 것이 바람직하다. 도금액의 양이 30 L/hr 이하가 되면, 범프 접점이 많이 형성되지 않을 것이며, 이 도금액의 양이 200 L/hr 를 초과하면, 광택제는 바람직하지 않게 너무 빨리 분해된다.
이와 유사한 경우에 있어서, 도금액의 온도는 20 내지 30 ℃ 로 설정되는 것이 바람직하다. 도금액의 온도가 20 ℃ 이하가 되면, 도금액은 고속 침전의 어려움이 있으며, 범프가 쉽게 변경되고, 도금액의 온도가 30 ℃ 이상이 되면, 광택제는 빨리 분해되어, 바람직하지 않게 된다.
유량이 100 L/hr 이고 온도가 25 ℃ 인 구리 황산염 도금액의 경우에 있어서, 전류 밀도는 10 내지 20 A/dm2으로 설정되는 것이 바람직하다. 전류 밀도가 10 A/dm2이하가 되면, 범프 접점의 형태는 평평하게 되어 바람직하지 않으며, 전류 밀도가 20 A/dm2이상이 되면 도금액은 쉽게 버블에 붙게 되어 몇몇의 범프 접점은 형성되지 않거나, 공기 버블은 범프 접점의 성장에 따라 제거되지 않을 수 있다. 이 결과, 범프 접점의 높이는 충분하지 않게 되거나, 공기 버블의 흔적이 범프 접점에 남게 된다. 범프 접점의 횡단면 형태는 관통홀이 타원이 아닌 원형인 경우 타원형으로 되어 바람직하지 않다.
본 발명에 있어서, 미세한 관통홀은 액체 내에서 전기도금될 때 공기 버블에 쉽게 붙기 때문에 몇몇의 범프 접점은 형성되지 않을 수 있으며, 이 공기 버블은 도금액이 관통홀로 침투하는 것을 방해하여 결국 범프의 성장을 방해하게 된다.
도금액이 와트 욕인 경우, 도금액의 유량은 하나의 제트 분사 개구에 대해 30 내지 200 L/hr 로 설정되고, 도금액의 온도는 30 내지 80 ℃ 로 설정되며, 전류 밀도는 3 내지 20 A/dm2으로 설정되는 것이 바람직하다.
제트 분사형 도금 장치의 각 부분은 다음에 상세히 기술된다. 각 부분의 크기와 모양은 광택제를 함유하는 구리 황산염 도금액이 도금액으로 사용되는 경우의 크기와 모양을 말하며, 하나의 제트 분사 개구에 대한 도금액의 유량은 30 내지 200 L/hr 가 되며, 도금액의 온도는 20 내지 30 ℃ 가 되고, 전류 밀도는 10 내지 20 A/dm2이 된다.
저장 탱크는 도금액을 저장할 수 있는한 필요하며, 도금액의 제트 분사를 방해하지 않기 위해 자신의 상부표면상에 구멍을 갖는다. 모양이나 부피 등도 대상에 따라 설정될 수 있다. 저장 탱크의 모양은 예컨대, 바닥을 갖는 공동 입방체, 사각 입체, 원주형 등이 될 수 있다.
도 3a 및 3b는 저장 탱크의 상면을 나타내며, 도 3a는 2개의 공급 입구(26)를 갖는 탱크를 나타내며, 도 3b는 4개의 공급 입구(26)를 갖는 탱크를 나타낸다. 도 4a, 4b 및 4c는 바닥면을 갖는 공동 원주형 저장 탱크의 상면을 나타낸다. 도 4a, 4b 및 4c는 2개에서 4개의 공급 입구(26)를 갖는 탱크를 각각 나타낸다. 각 도면에 있어서, 화살표는 공급될 도금액의 흐름 방향을 나타낸다.
도 3에 도시된 바와 같이, 도금액은 바닥면을 갖는 공동 입방체인 저장 탱크에서 동일한 간격으로 설정된 2개 또는 4개의 공급 입구(26)로부터 공급되는 것이 바람직하다. 도 4에 도시된 바와 같이, 도금액은 저장 탱크가 원주형일 경우, 2개 내지 4개의 공급 입구(26)로부터 공급되는 것이 바람직하다. 공급 입구(26)의 개수가 다르게 되면, 분사될 도금액의 액체 압력이 변화하여, 범프 접점의 높이가 상이하게 되어 바람직하지 않다. 공급 입구(26)의 위치는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 저장 탱크가 입방체이거나 원주형이고 정면에서 보아 정사각형으로 보이는 경우, 저장 탱크의 중앙에 대해 대칭적인 것이 바람직하다.
도 5a 및 5b는 처리 대상인 절연 기판의 평면도를 나타낸다. 이 도면에 있어서, 복수의 관통홀(도시 안됨)은 한면이 10 mm 인 정사각형에 배치됨으로써, 관통홀의 중앙은 정사각형의 임의의 면에 있게 된다. 하나의 정사각형의 4개의 면에 배치된 복수의 관통홀은 하나의 셋트로 간주된다. 도 5a에 있어서, 4 셋트의 관통홀이 형성되어 있으며 도금 공정의 1 사이클에서 처리된다. 셋트의 간격이 20 mm 이면, 인접한 2개의 정사각형의 가장 멀리 있는 2개의 면 사이의 가장 짧은 거리는 30 mm 이다. 도 5b에 있어서, 9 셋트의 관통홀이 도금 공정의 1 사이클에서 처리될 것이다. 이 경우에 있어서, 도금된 영역(도금 공정의 1 사이클에서 처리될 영역)은 더 넓어져서 9 셋트를 포함하는 상기 영역의 한 단부로부터 이와 대향하는 다른 단부까지 50 mm 가 된다.
도금 공정의 1 사이클에 의해 처리될 영역이 넓어짐에 따라, 액체 압력은 저장 탱크의 중앙부와 저장 탱크의 외주부 사이가 다르게 되어, 중앙부의 액체 압력이 더 높아지게 된다. 이 경우에 있어서, 블록(11)이 도 1에 도시된 바와 같이 저장 탱크의 중앙부에 형성되어 상기 문제점을 해결하게 된다. 게다가, 블록(11)을 형성함으로써 전류 분배가 제어되며, 공동 박스는 양(+) 전극을 구비하고, 도금액과 도전시키기 위한 블록의 최상면상에 구멍(도시 안됨)을 형성하며, 이 구멍의 크기와 위치는 변경가능하다.
도금액이 상향으로 분사되는 제트 분사 개구는 저장 탱크에 저장된 도금액의 표면 바로 아래에 배치되며, 음 전극 쪽으로 도금액을 분사하는데 필요하다. 특히, 도 1에 도시된 것과 같이 플레이트에 형성된 관통홀의 음(-) 전극측에 있는 개구는 제트 분사 개구(2)로서 사용된다. 도 6a 및 6b는 제트 분사 개구(2)와 플레이트(62)를 나타내는 횡단면도이다. 플레이트(62)에 형성된 관통홀(61)의 단면 모양은 도 6a에 도시된 것과 같이 볼록하거나, 도 6b에 도시된 것과 같이 점점 가늘어지는 형태이고, 도면에서 8a는 도금액의 흐름 방향을 나타낸다.
복수의 음 전극이 포함된 경우, 도금액은 각 음 전극을 향해 개별적으로 분사되거나, 복수의 양 전극을 향해 단일 제트 분사 개구로부터 분사될 수 있다. 제트 분사 개구의 모양은 특별히 제한되어 있지 않으며, 원형, 사각형 또는 다른 다각형 형태가 될 수 있으며, 용이한 공정을 위해 원형인 것이 바람직하다.
제트 분사 개구의 크기는 도금액의 유량, 절연 기판에 형성된 공정 대상인 관통홀의 크기 등과 같은 여러 가지 조건에 따라 결정된다.
도 7에 도시된 실시예에 있어서, 절연 기판에 형성된 공정 대상인 관통홀(5)의 위치가 도시되어 있다. 이 실시예에 있어서, 도금액은 배치된 모든 관통홀(5)을 향해 단일 제트 분사 개구로부터 분사되어, 관통홀(5)의 중앙은 정사각형의 한 면에 있게 된다. 예컨대, 관통홀들 사이의 최대 거리 L 이 20 mm 를 넘지 않는다면, 제트 분사 개구의 크기(예를 들어, 모양이 원형일 때의 직경, 모양이 정사각형과 같은 다각형일 때의 대각선의 최대 길이)는 관통홀들 사이의 최대 거리 L 의 0.2 내지 1 배인 것이 바람직하다. 만일 0.2 배 이하라면, 도금액의 분사 양은 작아지게 되어, 도전성 회로(음 전극이 된다)에 있는 관통홀에서의 공기 버블은 노출되어 제거되지 않게 됨으로써, 범프 접점을 성장시키는 것이 실패하게 된다. 최대 거리 이상이 되면, 도금액의 분사의 액체 압력은 관통홀에 있는 공기 버블이 제거될 수 없는 정도로 낮아지게 되어 범프 접점을 성장시키는데 실패하게 된다.
제트 분사 개구는 도금액의 표면의 5 내지 40 mm 이하의 위치에 설치된다. 거리가 5 mm 이하가 되면, 도금액은 광택제의 분해를 가속시키기 위해 공기 버블을 더 많이 붙잡게 된다. 거리가 40 mm 를 초과하게 되면, 도금될 부분, 즉 범프 접점을 성장시킬 부분은 액체 압력을 덜 받게 되어, 공기 버블을 제거하는데 실패하게 됨으로써 범프 접점을 성장시키지 못하게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 음 전극과 저장 탱크 사이에는 플레이트가 배치되는 것이 바람직하다. 이 플레이트는 도금액을 음 전극쪽으로 분사시키는 구멍을 갖는데 필요하다. 이 플레이트는 제트 분사 처리 탱크 등을 이용하여 설치될 수 있다. 도 1에 있어서, 플레이트는 제트 분사 처리 탱크(9) 위에, 절연 기판(3)과 저장 탱크(1) 사이에 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 고무 시트(17)는 플레이트(13)와 절연 기판(3) 사이에 배치될 수 있지만, 이러한 것들과 고무 시트(17) 사이에는 갭이 생성되지 않는 것이 바람직하다. 플레이트는 슬릿과 홈을 가지는 것이 바람직하다.
도 2는 플레이트의 부분을 나타내는 플레이트의 일 실시예를 나타내는 사시도이다. 도면에 도시된 플레이트는 이 플레이트의 표면이 저장 탱크와 대향하게 되면 위쪽을 향하게 된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 플레이트(13)는 음 전극을 노출시키기 위해 복수의 구멍(14)과, 저장 탱크와 마주보는 플레이트의 측면으로부터 두께 방향에 형성된 슬릿과 홈을 구비한다. 슬릿(16)은 두께 방향으로 플레이트(13)를 관통하며, 복수의 구멍(14)과 접촉된다. 홈(15)은 구멍의 중앙을 통과하여 슬릿(16)에 교차되어 접촉된다. 이 홈(15)은 좁고 길며 불연속적인 부분에서 슬릿(16)과 교차된다. 슬릿(16)과 홈(15)을 형성함으로써, 분사된 도금액은 슬릿(16)과 홈(15)을 통하여 저장 탱크의 외측으로 전달된다.
플레이트는 이 플레이트와 저장 탱크 사이에 틈이 형성될 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다. 상기 기술된 도금 조건하에서, 이 틈은 0.2 내지 2 mm 로 설정되는 것이 바람직하다. 이 틈이 0.2 mm 이하로 설정되면, 저장 탱크와 플레이트 사이의 통로를 통해 저장 탱크의 외측으로 흐르는 분사된 도금액의 양은 균일하지 않게 되어, 범프 접점의 높이가 변하게 된다. 이 틈이 2 mm 를 초과하게 되면, 음 전극에서의 분사된 도금액의 액체 압력이 감소함으로써 범프 접점이 생성되지 않는다.
플레이트의 두께는 5 내지 30 mm 인 것이 바람직하다. 두께가 5 mm 보다 작으면, 구멍은 얕아지게 되어 범프 접점의 높이가 크게 변하게 된다. 플레이트가 도 1에 도시된 것과 같이 압력을 받게 되면, 5 mm 이하의 두께를 갖는 플레이트는 그 재료에 따라 변형될 수 있다. 그러므로, 플레이트와 저장 탱크 사이의 틈은 동일하게 유지될 수 없다. 그 결과, 저장 탱크의 외측으로 흐르는 도금액의 양은 비균일하게 되어, 범프 접점의 높이가 변하게 된다. 두께가 30 mm 이상이 되면, 분사된 도금액의 액체 압력은 도금될 대상에서 감소하고, 도전성 회로가 노출된 관통홀에 있는 공기 버블이 제거되지 않아 범프 접점을 성장시킬 수 없게 된다.
구멍은 도금액의 흐름을 막지 않기 위해 형성될 필요가 있다. 도금액이 각각의 음 전극쪽으로 개별적으로 분사되면, 오직 하나의 구멍만이 하나의 음 전극에 대해 형성된다. 반면에, 도금액이 복수의 음 전극쪽으로 단일 제트 분사 개구로부터 분사되는 경우, 이러한 복수의 음 전극을 노출시키기 위해 하나의 구멍이 형성된다.
구멍의 크기는 도전성 회로가 노출되는 관통홀의 수와, 관통홀의 크기와 관통홀 어레이의 길이에 따라 결정되는 것이 적절하다. 예컨대 도 7에 도시된 실시예에서, 관통홀 사이의 최대 거리 L 이 20 mm를 넘지 않는다면, 구멍의 크기(예컨대, 모양이 원형일 때의 직경, 모양이 정사각형과 같은 다각형일 때의 대각선의 최대 길이, 이하 동일하다)는 관통홀들 사이의 최대 거리 L 의 1.1 내지 2 배인 것이 바람직하다. 2 배를 초과한다면, 범프 접점의 높이는 더 크게 변하게 될 것이다.
구멍과 슬릿 사이의 접속점은 2개 또는 4개인 것이 바람직하다. 이 접속점이 2개인 경우, 2개의 슬릿이 이들 사이의 최소 거리에서 서로 마주보는 것이 바람직하다. 접속점이 4개인 경우, 접속점은 구멍을 똑같이 분할하고 슬릿은 이들 사이의 최소 거리에서 서로 마주보는 것이 바람직하다. 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이, 구멍(14)이 사각형인 경우, 구멍(14)의 측면의 중간점이 접속점으로 되는 것이 바람직하다. 접속점이 슬릿(16) 사이의 거리를 최대로 하는 경우, 예컨대 슬릿(16)이 도 2의 사각형의 한 코너에 접속되고 이 코너는 동일하게 대향하는 경우, 구멍(14)의 4개 코너에서의 액체 압력이 감소되어 범프 접점의 높이가 감소하게 된다.
슬릿은 플레이트의 두께 방향으로 형성되고, 구멍과 연결되어 홈과 접속되며, 이로써 도금액을 홈으로 유도하게 된다. 또한, 저장 탱크의 외측으로 분사된 도금액을 전달하기도 한다. 절연 기판에 형성된 관통홀(5)의 부근에 있는 공기 버블은 도 2에 도시된 구조에 의해 제거되고, 슬릿(16)은 두께 방향으로 플레이트(13)를 관통하여 구멍(14)과 연결된다.
슬릿의 폭은 상기 언급된 도금 조건하에서 구멍 크기의 0.05 내지 0.3 배인 것이 바람직하다. 만일 슬릿의 폭이 구멍 크기의 0.05 배 이하가 되면, 도금액은 원활하게 흐르지 않고 구멍에 있는 공기 버블은 제거되지 않게 되어, 그 결과 범프 접점의 높이가 충분하지 않게 된다. 슬릿의 폭이 구멍 크기의 0.3 배를 초과하게 되면, 범프 접점의 높이는 균일하지 않게 된다.
홈은 슬릿과 교차하여 접속되고, 저장 탱크의 외측으로 분사된 도금액을 유도하게 된다. 홈은 다른 형태가 좋다 하더라도 구멍과 접속하는 것이 바람직하다. 홈의 폭은 상기 언급된 도금 조건하에서 슬릿의 폭과 동일하거나 작고, 구멍 사이의 거리의 0.8 배 이상이 되지 않는 것이 바람직하다. 홈의 폭이 슬릿의 폭보다 작게 되면, 범프 접점은 충분하게 성장하지 않게 된다. 홈의 폭이 구멍 사이의 거리의 0.8 배 이상이 되면, 플레이트는 그 강도를 유지하게 된다. 홈의 깊이는 2 mm 보다 크고 플레이트 두께의 8 배 보다 작은 것이 바람직하다. 홈의 깊이가 2 mm 이하가 되면, 도금액은 원활하게 흐르지 않아, 그 결과 범프 접점의 높이는 충분하지 않게 된다. 홈의 깊이가 플레이트 두께의 0.8 배 이상이 되면, 플래이트 강도는 유지되지 않는다. 홈의 위치는 저장 탱크의 외측으로 도금액을 유도하는 동안 필요하다.
본 발명의 제트 분사형 도금 장치는 제트 분사 처리 탱크와 공급 탱크를 포함하는 것이 바람직하다. 제트 분사 처리는 제트 분사 처리 탱크 내에서 행해진다. 제트 분사 처리 탱크는 저장 탱크를 포함할 수 있고 분사 및 전기도금 후 도금액을 저장하는 동안 필요하다. 제트 분사 처리 탱트와 공급 탱크는 종래의 관 또는 파이프에 의해 연결된다.
제트 분사 처리 탱크의 모양은 특별히 제한되지 않지만, 적절하게 결정될 수 있다. 예를 들어, 바닥을 갖는 공동 입방체, 사각 입체, 원주형 등을 포함한다. 제트 분사 처리 탱크의 부피는 특별히 제한되지 않고 적절히 결정될 수 있다. 제트 분사 처리 탱크를 형성하기 위한 재료는 도금액의 누설이 없으며 도금액에 의해 거의 영향을 받지 않는한 괜찮고 공지된 수지나 금속이 될 수 있다.
제트 분사 처리 탱크내의 압력은 거의 대기압인 것이 바람직하며, 변동이 없는 것이 좋다. 제트 분사 처리 탱크는 봉합되지 않고 자연적으로 통풍되는 것이 바람직하다.
예컨대, 도 1에 도시된 제트 분사 처리 탱크(9)가 봉합되면, 펌프에 의해 저장 탱크(1)로 보내져서 분사된 도금액은 공급 탱크(10)로 다시 되돌아갈 때 제트 분사 처리 탱크(9)내의 공기를 방출시키게 된다. 그 결과, 제트 분사 처리 탱크(9)는 감압(decompressurize)되어 신축성 있는 재료로 형성된 절연 기판(3)이 변형되고 플레이트(13)의 구멍(14) 주변에 주름이 생기게 된다. 수소 기체와 안개는 도금 공정 동안 제트 분사 처리 탱크 내에 발생되어 방출되어져야 한다. 이러한 것들이 강제적인 통풍에 의해 방출되면, 제트 분사 처리 탱크내의 산소 레벨은 동일 레벨에서 거의 유지되지 않는다.
공급 탱크는 제트 분사 처리 탱크로부터 보내진 도금액을 저장하여, 저장 탱크로 공급한다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 공급 탱크 내부나 외부에 공급 펌프가 장착된다. 공급 탱크는 자신의 내부나 외부에 유량계, 필터 등을 장착할 수 있다. 도금액은 종래의 관이나 파이프를 이용하여 저장 탱크로 전달된다.
공급 탱크의 모양은 특별히 제한되지 않으며, 적절하게 결정될 수 있다. 공급 탱크의 모양은 예를 들어, 바닥을 갖는 공동 입방체, 사각 입체, 원주형 등을 포함한다. 공급 탱크의 부피는 특별히 제한되지 않고 도금액의 누설이 없으며 도금액에 의해 거의 영향을 받지 않는한 괜찮으며 공지된 수지나 금속이 될 수 있다.
제트 분사 처리 탱크와 공급 탱크에는 질소 기체가 공급되는 것이 바람직하다. 질소 기체의 순도는 99.9% 이상이 된다. 질소 기체의 공급량은 제트 분사 처리 탱크와 공급 탱크내의 도금액에 의해 채워지지 않은 공간의 1 m3에 대해 0.2 m3/hr 이상이 되는 것이 바람직하다. 제트 분사 처리 탱크와 공급 탱크내의 도금액에 의해 채워지지 않은 공간의 부피는 제트 분사 처리 탱크에 대해서는 약 0.0001 m3내지 0.01 m3이고, 공급 탱크에 대해서는 약 0.01 m3내지 1 m3이다. 이 경우에 있어서, 질소 기체가 공급되어서 상기 공간내의 산소 레벨은 1 % 이하가 되는 것이 바람직하다.
질소 기체의 공급이 0.2 m3/hr 이하이면, 제트 분사 처리 탱크와 공급 탱크의 자연적인 통풍으로 인해 산소 레벨을 1 % 이하로 유지하기가 어렵게 된다. 산소 레벨이 1 % 를 초과하게 되면, 도금액에 함유된 광택제의 성분은 산화적으로 분해되고, 광택제의 성분 균형은 깨지게 된다. 광택제의 성분 균형이 깨지게 되면, 범프 접점의 모양은 버섯모양이 아닌 평평하게 되고, 접점의 정점은 도금액의 흐름에 의해 슬립되어 범프 접점의 높이가 변하게 된다. 게다가, 광택제의 균형이 깨진 성분에 의해 범프 접점의 표면은 광택을 잃게 되고 거친 표면이 된다.
절연 기판과 플레이트 사이에 삽입될 고무 시트는 제트 분사 처리 탱크로부터의 액체 누출을 방지하는 동안 필요하며, 음 전극쪽으로 분사시키고 상기 언급된 플레이트에 고착되는 구멍을 갖는다. 고무 시트의 재료는 예컨대, 실리콘 고무, 플루오르 고무 등이 적절하게 사용될 수 있다. 고무 시트와 절연 기판 사이의 봉합 특성과 화학적 저항성을 고려하여, 플루오르 고무가 바람직하다.
제트 분사형 도금 장치는 연속적인 처리에 사용되며, 고무 시트(17)의 표면은 샌드 페이퍼(sand paper)를 이용하여 거칠게 만들거나 신축성 있는 재료(예컨대, 스폰지)를 사용함으로써, 도 1에 도시된 바와 같이, 절연 기판은 고무 시트로부터 원활하게 분리될 수 있다. 절연 기판을 고무 시트로부터 원활하게 분리시키기 않게 되면, 절연 기판상에 주름이 생길 수 있다. 게다가, 연속적인 생성 공정의 경우에, 원활한 분리가 없으면, 음 전극의 위치는 대응하는 구멍의 위치로부터 이동하여, 범프 접점이 형성되지 않을 수 있다.
여기 기술된 바와 같이, 연속적인 처리 공정이란, 연속적인 형태에서의 기본 재료(예컨대, 폭은 125 mm, 길이는 5 mm 이상)가 연속적으로 사용하여, 범프 접점을 형성하기 위한 일련의 도금 공정(예컨대, 소프트 에칭, 물 세척, 구리 도금, 물 세척, 건식 또는 소프트 에칭, 물 세척, 금 스트라이킹(striking), 물 세척, 금 도금, 물 세척 및 건조)을 행한다는 것을 의미한다.
고무 시트상에 형성되는 구멍은 플레이트에 형성되는 구멍과 동일한 모양과 크기를 갖는 것이 바람직하다. 고무 시트상에 형성되는 구멍이 플레이트에 형성되는 구멍보다 작으면, 도전 회로가 노출되는 관통홀의 부분을 덮게 되어, 범프 접점의 완전한 성장을 방해하게 된다. 고무 시트상에 형성되는 구멍이 플레이트에 형성되는 구멍보다 크면, 플레이트와 절연 기판 사이의 틈에 있는 공기 버블이 제거되지 않아 범프 접점의 성장을 방해하게 된다. 고무 시트는 플레이트에 생성된 것과 같이 슬릿이 제공될 수 있다. 만일 슬릿이 고무 시트상에 형성되지 않는다면, 고무 시트의 두께는 3 mm 를 넘지 않는 것이 바람직하다. 고무 시트의 두께가 3 mm 를 넘게 되면, 관통홀 부근의 공기 버블이 거의 제거되지 않아, 범프 접점의 완전한 성장을 방해하게 된다.
프레스 보드 아래에 배치되는 고무 시트(도 1에 18로 표시, 이하 동일)는 플레이트에 형성된 구멍의 에지나 슬릿의 에지보다 에지에서 4 mm 더 큰 외측 치수를 갖는다. 그 차가 4 mm 이하가 되면, 도금액이 분사될 때 액체 누수가 발생하는 경향을 가진다. 고무 시트의 외측 치수는 이 고무 시트가 연속적인 처리 공정에서 절연 기판을 이송하기 위해 절연 기판상에 형성된 스프로켓(sprocket)과 같은 관통홀을 덮지 않는한 확장될 수 있다. 고무 시트가 상기 관통홀을 덮는다면, 관통홀로부터 액체가 누수될 것이다.
본 발명은 다음 실시예를 참조하여 더욱 상세히 기술될 것이다.
도 1에 도시된 제트 분사형 도금 장치를 이용하여, 범프 접점을 갖는 회로 기판이 제공된다.
실시예 1
건식(drying)후 구리 호일의 두께가 25 μm 가 되도록, 35 μm 두께의 구리 호일상에 폴리이미드 전구 용액(precursor solution)을 인가한다. 이것은 절연 기판인 폴리이미드 막과 구리 호일 막인 2개의 층을 제공하기 위해 건식 및 경화된다. 이어서, 회로 패턴을 형성하기 위해 구리 호일의 표면상에 레지스트 층이 형성되고, 바람직한 회로 패턴을 갖는 도전성 회로는 포토레지스트 공정에 의해 형성된다.
248 nm 의 진동 파장을 갖는 KeF 엑시머 레이저(exima laser) 빔은 범프 접점이 형성되며 상기 언급된 도전성 회로의 대향 면상에 있는 폴리이미드 막의 부분으로 마스크를 통해 방사됨으로써 208개의 관통홀이 건식 에칭에 의해 형성된다. 각각의 관통홀은 이 관통홀의 내부 바닥에 노출된 도전성 회로를 가지며, 음 전극으로 사용된다. 이 관통홀은 관통홀의 중앙이 정사각형의 측면(하나의 측면은 7 mm)에 오도록 형성된다. 208개의 관통홀을 하나의 셋트로 형성함으로써, 30 셋트(5 셋트는 세로방향, 6 셋트는 교차하게)의 관통홀이 절연 기판상에 형성된다. 각 관통홀의 내부 바닥의 직경은 50 μm 이며, 상단면의 직경은 60 μm 이다.
이어서, 관통홀에 산소 플라즈마가 인가되며, 관통홀에 노출된 구리 호일은 나트륨 과황산염의 소프트 에칭액으로 처리되어서, 순수한 물(2 μS/cm)로 세척되고, 다음 도금 조건하에서 다음 도금 장치를 이용하여 구리 황산염 도금된다.
도금 조건
1 ℓ의 도금액에는 구리 황산염 70 g, 황산 190 g, 첨가제(C. UYEMURA ＆ CO., LTD. 에서 제조한 THRU-CUP AC90) 20 mL, 60 ppm 농도의 염소를 포함한다. 제트 분사형 전기도금의 동작 조건은 다음과 같다. 하나의 제트 분사 개구에 대한 유량은 100 L/hr, 도금액의 온도는 25 ℃, 전류 밀도는 15 A/dm2, 도금 시간은 10 분이다. 한 셋트가 도금용으로 하나의 제트 분사를 수용한다.
도금 장치
제트 분사형 도금 장치의 조건은 다음과 같다. 도금액 양은 200 L, 제트 분사 처리 탱크의 내부 크기(깊이×폭×높이)는 0.1 m×0.5 m×0.5 m, 제트 분사 처리 탱크내부의 도금액에 의해 채워지지 않은 공간의 부피는 0.015 m3, 공급 탱크의 내부 크기(깊이×폭×높이)는 0.5 m×0.5 m×1.0 m, 공급 탱크내부의 도금액에 의해 채워지지 않은 공간의 부피는 0.07 m3이다.
플레이트는 도 2에 도시된 형태를 가지도록 형성되는데, 이 플레이트의 두께는 15 mm 이고, 구멍은 각 면이 14 mm 인 사각형이고, 슬릿의 폭은 2 mm 이며, 홈의 폭은 4 mm, 홈의 깊이는 10 mm 이다. 30개의 구멍이 형성되어, 1개의 구멍이 한 셋트의 관통홀에 대응한다. 슬릿은 2개의 대향하는 구멍의 2개의 측면 사이의 거리 중심을 통과하도록 형성된다. 홈은 2개의 인접한 구멍 사이의 거리 중심을 통과하고 슬릿과 수직으로 교차한다.
플레이트와 절연 기판 사이에 배치된 고무 시트는 1 mm 두께의 플루오르 고무 시트이며, 프레스 보드 아래에 배치되는 고무 시트는 5 mm 두께의 스폰지형 플루오르 고무 시트이다.
제트 분사 개구는 φ4 mm 의 직경을 가지며, 30 개의 개구가 도금용으로 형성되어 한 셋트가 하나의 제트 분사를 수용한다. 이 경우에 있어서, 한 셋트내의 관통홀의 중심을 접속시킴으로써 형성된 정사각형의 중심은 제트 분사 개구의 중심에 대응한다. 이 제트 분사 개구는 저장 탱크 내에 저장된 도금액의 표면과 개구 사이의 거리가 20 mm 가 되도록 설정된다.
저장 탱크는 외부가 사각형이며, 내부 크기는 110 mm×88 mm×150 mm이다. 저장 탱크는 이 저장 탱크와 플레이트 사이의 틈이 1 mm 가 되도록 설정된다. 2개의 공급 입구는 도금액을 저장 탱크 안으로 공급하기 위해 형성되며, 서로 대향하는 저장 탱크의 면들의 위치에 배치된다.
범프 접점을 갖는 회로 기판의 평가
형성된 범프 접점은 기판상에 광택이 나며, 그 모양은 버섯 모양이 된다. 범프 접점의 정점은 범프 접점의 직경 중심에 위치한다. 비정상적인 것은 발견되지 않았으며, 정점의 슬립(slip)의 양은 5 %를 넘지 않는다. 슬립의 양은 다음 수학식을 이용하여 계산된다.
여기서 R 은 범프 접점의 외주로부터 범프 접점의 정점까지의 최소 거리이다.
범프 접점의 높이는 절연 기판의 표면으로부터 측정된다. 이 결정은 각각의 셋트로부터 임의로 선택된 하나의 범프 접점에 대해 행해지며, 모두 30개의 범프 접점이 된다. 그 결과, 폴리이미드 표면으로부터 범프 접점의 평균 높이는 15 μm 이며, 최소 높이는 13 μm이고, 최대 높이는 17μm 이 된다. 범프 접점의 높이 변화를 나타내는 변동 계수는 3 % 이다. 이 변동 계수는 다음 수학식 2에 의해 계산된다.
이어서, 범프 접점을 갖는 회로 기판은 상기 언급된 조건하에서 연속적으로 생성된다. 그 결과, 범프 접점의 모양은 연속으로 600 시간동안 정상적인 버섯 형태가 된다. 이 예에서 범프 접점의 정상적인 버섯 모양은 도 8에 도시된 범프 접점(6)의 높이 h 와 직경 d 의 비(h/d)는 0.15 내지 0.3 이 된다. 도 8은 절연 기판상에 형성된 범프 접점의 횡단면도를 나타낸다.
실시예 2
실시예 2와 동일한 방식으로, 범프 접점의 평균 높이가 5 μm일 때까지 전기도금이 행해진다. 슬립의 양은 5 % 이하가 된다. 이어서, 범프 접점의 표면상에서 경도가 70 Hv, 두께가 10 μm 인 금을 침전시키기 위해 금 도금이 행해지며, 구리와 금의 2 층을 갖는 범프 접점이 제공된다. 금 도금의 조건은 실시예 1과 동일하지만, 금 도금액은 S-440(N.E. CHEMCAT CORPORATION), 도금액의 온도는 70 ℃, 전류 밀도는 3.5 A/dm2, 도금 시간은 6분, 하나의 제트 분사 개구에 대한 유량은 1.5 L/분, 제트 분사 개구의 수는 30 개, 제트 분사 개구의 직경은 φ4 mm, 제트 분사 개구와 도금액의 표면 사이의 거리는 0 mm, 양 전극이며 백금 메시(mesh)인 것은 다르다. 그러므로, 제공된 범프 접점은 알루미늄 전극에 접속되고, 접속 실패는 일어나지 않는다.
비교예 1
제트 분사 개구가 도금액의 표면에 대한 거리가 0 mm 인 위치에 설정된다는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로, 범프 접점을 갖는 회로 기판이 제공된다. 그 결과, 범프 접점의 평균 높이는 제1 도금 공정에서 15 μm 이며, 범프 접점의 모양은 정상적인 버섯 형태가 된다.
제1 도금 공정 후, 분사가 계속되는 1 시간 동안 전기도금 공정이 중단된다. 이어서, 전기도금 공정이 다시 행해지며, 범프 접점을 갖는 다른 기판이 제공된다. 범프 접점의 평균 높이는 10 μm, 최소 높이는 5 μm, 최대 높이는 15 μm 이다. 범프 접점의 모양은 평평하고, 범프 접점의 정점은 도금액의 흐름 방향쪽으로 슬립된다. 슬립 양은 10 내지 20 % 이며, 이 값은 정상적인 버섯 모양의 범프 접점의 슬립 양에 대해 2배 이상이 된다.
비교예 2
비교예 1과 동일한 방식으로, 범프 접점의 평균 높이가 5 μm 가 될 때까지 전기도금 공정이 행해진다. 슬립의 양은 15 % 이다. 이어서, 범프 접점의 표면상에서 경도가 70 Hv, 두께가 10 μm 인 금을 침전시키하기 위해 금 도금이 행해지며, 구리와 금의 2 층을 갖는 범프 접점이 제공된다. 금 도금 공정의 조건은 실시예 2의 조건과 동일하다. 그러므로, 형성된 범프 접점은 알루미늄 전극에 접속되고 접속 실패는 일어나지 않는다.
본 발명에 따라, 광택제를 함유하는 도금액을 이용한 제트 분사형 전기도금으로 도금액에 있는 공기 버블의 혼합을 성공적으로 방지할 수 있으며, 광택제 성분의 산화 분해물을 억제하게 된다.
결론적으로, 범프 접점은 버섯 모양을 가질 수 있으며, 범프 접점의 높이의 변동을 최소로 할 수 있다. 게다가, 범프 접점의 정점의 슬립과 범프 접점의 손실을 방지할 수 있다.

Claims (19)

  1. 범프 접점을 갖는 회로 기판을 생성하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 저장 탱크 내에 저장된 도금액 내에 양(+) 전극을 배치하는 단계와;
    (b) 절연 기판상에 형성된 도전성 회로를 상기 도금액의 표면 위로 노출시 키는 단계와;
    (c) 상기 도금액의 표면 아래에 제트 분사 개구를 배치하는 단계와;
    (d) 상기 도전성 회로를 음(-) 전극으로 사용하여 전기도금용 음 전극을 향 해 상기 제트 분사 개구로부터 상기 도금액을 분사하여, 상기 음 전극의 표면상에 범프 접점을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 음 전극은 상기 범프 접점이 형성될 때 상기 절연 기판의 위치에 형성된 관통홀에 노출된 도전성 회로인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도금액은 구리 황산염 도금액이며, 상기 저장 탱크에 저장된 구리 황산염 도금액의 표면과 제트 분사 개구 사이의 거리는 5 mm 내지 40 mm 인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 도금액은 30 L/hr 내지 200 L/hr 의 유량으로 하나의 제트 분사 개구로부터 분사되며, 20 ℃ 내지 30 ℃ 의 온도로 설정되고, 10 A/dm2내지 20 A/dm2의 밀도를 갖는 전류가 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 저장 탱크는 그 중심에 박스형 블록을 가지며, 이 박스형 블록 내에는 양 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제트 분사 개구는 플레이트에 관통홀을 제공함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 절연 기판상에 형성된 도전성 회로를 음 전극으로 사용하여, 이 음 전극에 범프 접점을 형성하는 제트 분사형 도금 장치에 있어서,
    도금액을 저장하는 저장 탱크와;
    상기 도금액의 표면 아래에 위치하여 상기 음 전극쪽으로 상기 도금액을 분사시키는 제트 분사 개구와;
    상기 도금액에 위치한 양 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제트 분사 개구는 상기 도금액의 표면 아래 5 mm 내지 40 mm 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제트 분사 개구는 플레이트에 관통홀을 제공함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 음 전극은 범프 접점이 형성될 때 상기 절연 기판의 위치에 형성된 관통홀에 노출된 도전성 회로인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 저장 탱크는 그 중심 부분에 위치한 박스형 블록을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제7항에 있어서, 상기 음 전극의 노출을 허용하는 구멍과, 상기 음 전극과 저장 탱크 사이에 설치된 플레이트를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 플레이트는 상기 구멍과 연결되는 슬릿과 홈을 구비하며, 상기 저장 탱크에 대응하는 표면으로부터 이 플레이트의 두께 방향으로 형성되어 상기 슬릿과 홈이 서로 교차 및 연결되고, 상기 슬릿과 홈중 하나 또는 모두는 분사된 도금액을 상기 저장 탱크의 외부로 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 플레이트는 상기 구멍과 연결되는 슬릿과 홈을 구비하며, 상기 저장 탱크에 대응하는 표면으로부터 이 플레이트의 두께 방향으로 형성되어 상기 슬릿과 홈이 서로 교차 및 연결되고, 상기 홈은 분사된 도금액을 상기 저장 탱크의 외부로 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 플레이트는 5 mm 내지 30 mm 의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제7항에 있어서, 제트 분사 처리 탱크와 공급 탱크를 추가로 구비하며, 상기 도금액은 저장 탱크를 에워싸고, 전기도금 공정 후 도금액을 저장하며, 상기 공급 탱크를 도금액으로 채울 수 있는 제트 분사 처리 탱크내의 제트 분사 도금용으로 사용되며, 상기 저장 탱크는 상기 제트 분사 처리 탱크로부터 공급된 도금액을 저장하여, 이 도금액을 저장 탱크로 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제트 분사 처리 탱크 및 공급 탱크중 하나 또는 모두는 도금액의 표면위에 질소 기체를 함유할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 질소 기체는 99.9 % 이상의 순도를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 저장 탱크에는 이 저장 탱크에 형성된 2개 내지 4개의 공급 입구로부터 공급된 도금액이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
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