KR20060037309A - Interlocking bumping structures and chip bonding processes using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 칩 실장용 범프 접속구조 및 이를 이용한 칩온글라스 실장방법과 플립칩 실장방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강도가 높은 철부용(凸部用) 범프와 상기 철부용(凸部用) 범프보다 강도가 낮은 요부용(凹部用) 범프를 형성하고 칩 실장공정시 철부용(凸部用) 범프가 요부용(凹部用) 범프를 소성변형시키며 요부용(凹部用) 범프내로 삽입되어 형성되는 것을 특징으로 하는 요철(凹凸)) 접속구조와 이를 이용한 칩온글라스 실장방법과 플립칩 실장방법에 관한 것이다. The present invention relates to a bump connection structure for chip mounting, a chip-on-glass mounting method and a flip chip mounting method using the same, and more particularly, high-strength steel bumps and the iron bumps. The lower strength bumps are formed, and during the chip mounting process, the iron bumps are plastically deformed and inserted into the recess bumps. It relates to an uneven connection structure, a chip-on-glass mounting method and a flip chip mounting method using the same.
본 발명에 의해 철부용(凸部用) 범프가 요부용(凹部用) 범프를 소성변형시키며 삽입되어 요철 접속구조를 형성함으로써 칩온글라스 실장 및 플립칩 실장한 접속부의 기계적 신뢰도와 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, the bumps for convex parts are plastically deformed and inserted into the bumps for concave parts to form concave-convex connection structures, thereby improving the mechanical reliability and electrical properties of the chip-on-glass and flip chip-mounted joints. It can be effective.
요철(凹凸) 접속구조, 요부용(凹部用) 범프, 철부용(凸部用) 범프, 칩온글라스, 플립칩. Uneven connection structure, bumps for recesses, bumps for recesses, chip-on-glass and flip chips.
Description
도 1은 본 발명에 따른 요철(凹凸) 접속구조를 이용하여 칩온글라스 실장한 모식도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic diagram of chip-on-glass mounting using a concave-convex connection structure according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 요부용(凹部用) 범프와 철부용(凸部用) 범프 및 이들을 접속시켜 형성한 요철 접속부를 나타내는 모식도.Fig. 2 is a schematic diagram showing bumps for recesses and bumps for recesses and concave-convex connecting portions formed by connecting these bumps for recesses according to the present invention.
도 3은 기존 기술에 따라 이방성 전도필름을 이용하여 칩온글라스 실장한 모식도.Figure 3 is a schematic diagram of the chip-on-glass mounting using an anisotropic conductive film according to the existing technology.
도 4는 기존 기술에 따라 비전도성 접착제를 이용하여 칩온글라스 실장한 모식도. Figure 4 is a schematic diagram mounting the chip on the glass using a non-conductive adhesive according to the existing technology.
도 5는 본 발명에 따른 요철 접속구조를 형성하기 위한 철부용(凸部用) 범프와 요부용(凹部用) 범프의 실시예를 보여주는 주사전자현미경 사진.Figure 5 is a scanning electron micrograph showing an embodiment of the bumps for convex and concave bumps for forming the concave-convex connection structure according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 요철 접속구조를 이용하여 칩온글라스 실장한 시편에서 요철 접속부를 보여주는 주사전자현미경 사진.Figure 6 is a scanning electron micrograph showing the uneven connection in the chip-on glass mounted specimen using the uneven connection structure according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 요철 접속구조를 갖는 칩온글라스 시편에서 측정한 접속(bonding) 응력에 따른 접속저항. 7 is a connection resistance according to the bonding (bonding) stress measured in the chip-on-glass specimen having the uneven connection structure according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 요철 접속구조를 갖는 칩온글라스 시편에서 측정한 접속응력에 따른 칩 전단하중. 8 is a chip shear load according to the connection stress measured in the chip-on-glass specimen having the uneven connection structure according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따라 칩에 형성한 철부용(凸部用) 범프와 기판에 형성한 요부용(凹部用) 패드 및 이들을 접속시켜 형성한 요철 접속부를 나타내는 모식도.Fig. 9 is a schematic diagram showing bumps for convex portions formed on a chip according to the present invention, pads for concave portions formed on a substrate, and concave-convex connection portions formed by connecting them.
도 10은 본 발명에 따른 요철 접속구조를 적용하여 이방성 전도필름으로 칩온글라스 실장한 모식도.Figure 10 is a schematic diagram of the chip-on glass mounted with an anisotropic conductive film by applying the concave-convex connection structure according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ** Explanation of Signs of Major Parts of Drawings *
11. 반도체 칩 12. 유리기판11.
13. 요부용(凹部用) 범프 14. 철부용(凸部用) 범프13. Bumps for
15. 요철(凹凸) 접속부15. Uneven connection
31. 칩 범프 32. 기판 패드 31.Bump bump 32.Board pad
33. 이방성 전도필름 34. 전도입자33. Anisotropic
41. 비전도성 접착제 41.Nonconductive Adhesive
91. 요부용(凹部用) 기판 패드 91. Substrate Pads
본 발명은 금속범프가 형성된 반도체 칩을 칩온글라스(chip on glass) 실장 하거나 또는 플립칩 실장시 접속부의 기계적 신뢰성과 전기적 특성을 향상시키기 위한 것으로, 도 1과 도 2에 도시한 것과 같은 요철(凹凸) 접속구조와 이를 이용한 칩온글라스 실장방법과 플립칩 실장방법에 관한 것이다. The present invention is to improve the mechanical reliability and electrical characteristics of the connecting portion when mounting the semiconductor chip formed with metal bumps (chip on glass) or flip chip mounting, as shown in Figures 1 and 2 The present invention relates to a connection structure, a chip on glass mounting method and a flip chip mounting method using the same.
기존의 텔레비전이나 컴퓨터의 모니터에 사용되고 있는 표시소자인 CRT(Cathode Ray Tube)는 화면이 커질수록 부피가 커지며 무게가 많이 나가기 때문에 대화면 디스플레이 소자로서 부적합하며, 소비전력이 높아서 휴대용 디스플레이로 사용이 불가능한 단점이 있다. CRT (Cathode Ray Tube), which is a display element used in conventional TV or computer monitor, is not suitable as a large-screen display device because it is bulky and weighty as the screen is enlarged, and it is impossible to use as a portable display due to high power consumption. There is this.
이와 같은 CRT의 단점을 극복하기 위해 액정표시소자(liquid crystal display; LCD), 유기발광소자(유기EL, organic light emitting diode; OLED), 플라즈마 디스플레이(plasma display panel; PDP)와 같은 평판 디스플레이 소자들이 개발되었으며, 이들은 CRT에 비해 두께가 얇고, 무게가 가벼우며, 소비전력이 낮은 장점이 있어 대화면 텔레비전, 노트북 컴퓨터와 더불어 휴대전화나 개인휴대단말기(PDA)와 같은 휴대용 정보통신기기 등의 평판 디스플레이 소자로 사용되고 있다. In order to overcome the drawbacks of the CRT, flat display devices such as liquid crystal display (LCD), organic light emitting diode (OLED), and plasma display panel (PDP) They are thinner, lighter in weight, and lower in power consumption than CRTs. They are large-screen display devices such as large screen televisions, notebook computers, and portable information and communication devices such as mobile phones and personal digital assistants (PDAs). Is being used.
액정표시소자, 유기발광소자, 플라즈마 디스플레이는 모두 화상을 구현하기 위한 디스플레이 패널의 기판으로서 유리기판을 사용하고 있다. 액정표시소자는 편광판이 부착된 두 장의 유리기판 사이에 액정을 주입하고, 액정에 가하는 전기장의 세기를 변화시켜 광 투과량을 조절하여 화상을 구현하는 구조로 되어 있다. 유기발광소자는 유리기판에 양극전극, 유기박막층, 음극전극이 순차적으로 형성되어 있으며 전기를 가하면 유기박막층이 자체발광하여 화상을 구현하는 구조로 되어 있다. 플라즈마 디스플레이 패널은 전극과 형광체를 형성한 두 장의 유리기판 사이에 페 닝가스를 채운 후 전극에 전압을 가하면 패닝가스가 플라즈마 가스로 변해 자외선을 발생시켜 형광체를 자극하여 화상을 구현하는 구조로 되어 있다. The liquid crystal display, the organic light emitting diode, and the plasma display all use a glass substrate as a substrate of a display panel for realizing an image. The liquid crystal display device has a structure in which a liquid crystal is injected between two glass substrates on which a polarizing plate is attached, and an image is realized by controlling an amount of light transmission by changing an intensity of an electric field applied to the liquid crystal. The organic light emitting device has a structure in which an anode electrode, an organic thin film layer, and a cathode electrode are sequentially formed on a glass substrate, and when the electric is applied, the organic thin film layer emits itself and realizes an image. Plasma display panel has a structure that fills the panning gas between the electrode and the two glass substrates on which the phosphor is formed, and then applies a voltage to the electrode to convert the panning gas into plasma gas to generate ultraviolet rays to stimulate the phosphor to produce an image. .
액정표시소자를 비롯한 상기 평판 디스플레이 소자들에 반도체 칩을 실장하는 방법으로서 반도체 칩에 금속범프를 형성하고 이를 이용하여 반도체 칩을 상기 평판 디스플레이 소자들의 유리기판에 직접 실장하는 칩온글라스 방법이 개발되었다. 칩온글라스 실장방법에서는 반도체 칩의 점유면적을 최소화시킬 수 있어 평판 디스플레이 소자를 사용한 시스템의 소형화와 박판화가 가능하고, 반도체 칩과 평판 디스플레이 소자 사이의 거리 감소에 따른 신호전달 속도의 증가로 해상도의 향상이 가능하다. As a method of mounting a semiconductor chip on the flat panel display devices including a liquid crystal display device, a chip-on-glass method has been developed in which a metal bump is formed on a semiconductor chip and the semiconductor chip is directly mounted on a glass substrate of the flat panel display devices. In the chip-on-glass mounting method, the footprint of the semiconductor chip can be minimized, thereby miniaturizing and thinning the system using the flat panel display device, and improving the resolution by increasing the signal transfer speed due to the decrease in the distance between the semiconductor chip and the flat panel display device. This is possible.
상기 칩온글라스 방법으로는 도 3에 도시한 것과 같은 이방성 전도필름 (anisotropic conductive film; ACF)을 이용한 방법이 주로 사용되어져 왔다. 이방성 전도필름을 이용한 칩온글라스 방법은 고분자 기지에 Au(금), Ag(은), Ni(니켈) 등의 금속입자 또는 Au/Ni을 코팅한 플라스틱 입자와 같은 전도입자(34)가 들어있는 이방성 전도필름(33)을 반도체 칩(11)의 금속범프(31)와 평판 디스플레이 소자의 유리기판(12)의 패드(32) 사이에 넣고 열압착시켜 반도체 칩(11)을 액정표시소자를 비롯한 평판 디스플레이 소자의 유리기판(12)에 접속(bonding) 시키는 방법이다. As the chip-on-glass method, a method using an anisotropic conductive film (ACF) as shown in FIG. 3 has been mainly used. The chip-on-glass method using an anisotropic conductive film is anisotropic in which polymer particles such as Au (gold), Ag (silver), Ni (nickel), or
그러나 상기 이방성 전도필름을 이용하는 칩온글라스 실장방법에서는 칩 범프(31)와 기판 패드(32) 사이에 압착된 전도입자(34)의 기계적 접촉에 의해 전기가 통하는 것이므로 접속저항이 크며, 칩 범프(31)의 크기가 감소할수록 오픈과 쇼트 의 발생 가능성이 증가하기 때문에 50 μm 이하의 미세 피치를 갖는 칩(11)의 접속에는 적용하기 어려운 단점이 있었다. However, in the chip-on-glass mounting method using the anisotropic conductive film, electrical connection is caused by the mechanical contact of the
상기 이방성 전도필름을 이용한 칩온글라스 실장방법이 지닌 문제점을 해결하기 위해 비전도성 접착제(non-conductive adhesive; NCA)를 이용한 칩온글라스 실장방법이 개발되었다. 비전도성 접착제를 이용한 칩온글라스 실장에서는 도 4에 도시한 바와 같이 칩 범프(31)와 기판 패드(32) 사이에 비전도성 접착제(41)를 주입한 후 적정 온도와 응력을 인가하여 칩 범프(31)를 기판 패드(32)에 직접 접속시키는 것이다. In order to solve the problem of the chip-on-glass mounting method using the anisotropic conductive film, a chip-on-glass mounting method using a non-conductive adhesive (NCA) has been developed. In the chip-on-glass mounting using the non-conductive adhesive, as shown in FIG. 4, after injecting the
이방성 전도필름을 사용한 칩온글라스 실장방법에서는 칩 범프(31)와 기판 패드(32) 사이에 압착된 전도입자(34)의 기계적 접촉에 의해 전기가 통하는 것과는 달리 상기 비전도성 접착제를 이용한 칩온글라스 실장에서는 칩 범프(31)와 기판 패드(32) 자체의 접촉면을 통해 전기적 연결이 이루어기 때문에 접속저항이 더욱 낮아질 수 있고 저비용 공정이며, 50 ㎛ 이하의 미세피치에서도 칩 접속이 가능한 장점이 있다. In the chip-on-glass mounting method using the anisotropic conductive film, in contrast to the electrical contact caused by the mechanical contact of the
상기 비전도성 접착제를 이용한 칩온글라스 접속방법에서는 칩 범프(31)와 기판 패드(32)간 접속면의 기계적 신뢰도와 전기적 특성이 칩 범프(31)와 기판 패드(32) 사이의 접속을 이루기 위해 가하는 접속응력에 의존하게 된다. 접속응력이 낮은 경우 칩 범프(31)와 기판 패드(32) 계면에서 기계적 접속이 제대로 이루어지지 않기 때문에 접속저항이 증가할 뿐만 아니라, 계면 분리가 쉽게 일어나 신뢰도를 크게 저하시키게 된다. 따라서 칩 범프(31)와 기판 패드(32) 계면의 저항특성과 기계적 특성을 향상시키기 위해서는 접속응력의 증가가 요구된다. 그러나 접속응력이 증가하면 칩 범프(31)의 소성변형에 의한 형상 변화가 심하게 발생하기 때문에 가할 수 있는 접속응력이 제한을 받아 칩온글라스 실장한 접속특성의 향상이 어려웠다. In the chip-on-glass connection method using the non-conductive adhesive, mechanical reliability and electrical characteristics of the connection surface between the
또한 상기 비전도성 접착제를 이용한 기존의 칩온글라스 실장기술에서는 칩 범프(31)와 기판 패드(32) 사이에 형성되는 계면이 전단응력에 취약한 구조이기 때문에, 반도체 칩(11)과 유리기판(12)의 열팽창계수에 기인한 전단응력에 의해 계면에서 균열 전파가 용이하게 진행되어 기계적 신뢰도가 저하하는 문제점이 있었다. In the conventional chip-on-glass mounting technique using the non-conductive adhesive, since the interface formed between the
따라서 상기한 비전도성 접착제를 이용한 칩온글라스 실장방법이나 이방성 전도필름을 이용한 칩온글라스 실장방법에서 범프 접속부의 기계적 신뢰도를 향상시키며 접속저항을 낮출 수 있는 새로운 접속구조와 이를 이용한 실장방법이 필요한 것이었다. Therefore, in the chip-on-glass mounting method using the non-conductive adhesive or the chip-on-glass mounting method using the anisotropic conductive film, a new connection structure capable of improving the mechanical reliability of the bump connection part and lowering the connection resistance was required.
본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 칩온글라스 공정이나 플립칩 공정과 같은 칩 접속공정시 철부용(凸部用) 범프(14)가 요부용(凹部用) 범프(13) 내로 삽입되며 요철(凹凸) 접속구조(15)를 형성함으로써 접속부의 기계적 신뢰도와 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 요철 접속구조와 이를 이용한 칩온글라스 실장방법과 플립칩 실장방법을 제공하는데 있다. DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the
본 발명에 의한 요철 접속구조에서는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이 철부 용(凸部用) 범프(14)가 요부용(凹部用) 범프(13)보다 크기가 작아 칩 접속공정시 이 철부용(凸部用) 범프(14)가 요부용(凹部用) 범프(13)를 소성변형 시키며 그 안으로 삽입됨으로써 요철 접속부를 형성하는 것이다. 이때 철부용(凸部用) 범프(14)가 형상을 유지하면서 요부용(凹部用) 범프(13) 내로 삽입되는 것이 가능하기 위해서는 요부용(凹部用) 범프(13)의 재료보다 항복강도가 더 높은 금속을 사용하여 철부용(凸部用) 범프(14)를 형성하여야 한다. In the concave-convex connection structure according to the present invention, as shown in Figs. 1 and 2, the
본 발명에 의한 요철 접속구조를 이용한 칩 접속공정에서는 철부용(凸部用) 범프(14)의 단면적이 요부용(凹部用) 범프(13)의 단면적보다 작기 때문에 기존의 칩온글라스 공정에서는 칩 범프(31)의 소성변형이 일어나지 않을 수 있는 낮은 접속응력에서도 요철 접속구조 형성에 의한 접속이 가능하게 된다. 이때 철부용(凸部用) 범프(14)와 접속되는 요부용(凹部用) 범프(13)에서는 국부적으로 철부용(凸部用) 범프(14)가 삽입될 정도로 심한 소성변형이 발생하기 때문에 철부용(凸部用) 범프(14)와 요부용(凹部用) 범프(13)간의 압접이 충분히 이루어져 접속부의 접속저항을 향상시키는 것이 가능하게 된다. In the chip connection process using the concave-convex connection structure according to the present invention, since the cross-sectional area of the bumps for
또한 요부용(凹部用) 범프(13) 내로 철부용(凸部用) 범프(14)가 삽입되면 요부용(凹部用) 범프(13)보다 항복강도가 높은 철부용(凸部用) 범프(14)가 지지대의 역할을 하기 때문에 접속공정시 요부용(凹部用) 범프(13)의 형상 변화를 최소화할 수 있으며, 접속부의 기계적 신뢰도를 크게 향상시키는 것이 가능하게 된다. In addition, when the
Si(실리콘)을 주 재료로 한 반도체 칩을 액정표시소자와 같은 평판 디스플레이 소자의 유리기판에 실장한 칩온글라스 패키지에서는 반도체 칩과 유리기판 사이 의 열팽창계수의 차이에 의해 칩 범프와 기판 패드 계면에 인가되는 전단응력에 의해 계면 파단이 발생하게 된다. 그러나 본 발명에 의해 철부용(凸部用) 범프(14)가 요부용(凹部用) 범프(13) 내에 삽입되어 있는 요철 접속구조에서는 칩 범프와 기판 패드 계면에서의 균열 전파가 철부용(凸部用) 범프(14)에 의해 정지되기 때문에 접속부의 기계적 신뢰도가 크게 향상될 수 있다. In a chip-on-glass package in which a semiconductor chip mainly composed of Si (silicon) is mounted on a glass substrate of a flat panel display device such as a liquid crystal display device, the chip bump and the substrate pad interface are formed at the interface between the chip bump and the substrate pad due to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor chip and the glass substrate. Interfacial fracture occurs due to the shear stress applied. However, in the concave-convex connection structure in which the
이와 같은 본 발명을 다음의 실시예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들이 본 발명의 권리를 한정하는 것은 아니다. This invention will be described by the following examples. However, these do not limit the rights of the present invention.
본 발명에 의한 요철 접속구조에 대한 실시예로서 유리기판(12)에 Cu(구리)를 사용하여 철부용(凸部用) 범프(14)를 형성하고 Si으로 이루어진 반도체 칩(11)에 Sn(주석)을 사용하여 요부용(凹部用) 범프(13)를 형성하였다. Cu(구리)의 항복강도는 68.9 MPa로 Sn(주석)의 항복강도인 13.8 MPa보다 5배 이상 높기 때문에, 칩 접속공정시 Cu 철부용(凸部用) 범프(14)가 그 형상을 유지하면서 Sn 요부용(凹部用) 범프(13)를 소성변형시키며 그 안으로 삽입되는 것이 가능하게 된다. As an example of the concave-convex connection structure according to the present invention, bumps 14 for convex parts are formed on the
도 5에 본 발명에 따른 요철 접속구조를 형성하기 위한 철부용(凸部用) 범프와 요부용(凹部用) 범프의 실시예를 보여주는 주사전자현미경 사진을 도시하였다. FIG. 5 is a scanning electron micrograph showing an example of bumps for convex and concave bumps for forming the concave-convex connection structure according to the present invention.
Cu(구리) 철부용(凸部用) 범프(14)가 형성되어 있는 기판(12)을 제작하기 위해 유리기판(12)에 접착층으로서 0.1 ㎛의 Ti을 DC 마그네트론 스퍼터링법으로 스퍼터 증착 후, 그 위에 범프 접속저항 측정을 위한 배선층으로 2 ㎛ 두께의 Cu를 스퍼터 증착하였다. Ti/Cu 층이 형성된 유리기판(12)에 각기 두께가 5 ㎛, 10 ㎛ 이며 지름이 5, 10, 15 ㎛인 포토레지스트(photoresist) 패턴을 형성하였다. 이와 같이 형성된 포토레지스트 패턴에 4 mA/cm2의 전류밀도에서 Cu를 5 ㎛과 10 ㎛ 두께로 전기도금 하여 Cu 철부용(凸部用) 범프(14)를 형성하였다. 이와 같은 Cu 철부용(凸部用) 범프(14)를 더 이상의 처리없이 칩 접속공정에 사용하는 것도 가능하며, 또한 Sn(주석) 요부용(凹部用) 범프(13)와의 접속특성을 향상시키기 위해 Cu 철부용(凸部用) 범프(14) 위에 5 mA/cm2의 전류밀도에서 0.5 ㎛ 두께의 Sn 층을 전기도금 하여 사용하는 것도 가능하다. In order to manufacture the board |
Sn(주석) 요부용(凹部用) 범프(13)가 형성되어 있는 칩(11) 시편을 제작하기 위해 Si 웨이퍼에 0.1 ㎛의 Ti와 2 ㎛ 두께의 Cu를 순차적으로 스퍼터 증착 후 25×25 ㎛ 크기의 포토레지스트 패턴을 20 ㎛ 두께로 형성하였다. 이와 같은 포토레지스트 패턴 내에 5 mA/cm2의 전류밀도에서 전기도금하여 15 ㎛ 두께의 Sn 요부용(凹部用) 범프(13)를 형성하였다. 이와 같은 Sn 요부용(凹部用) 범프(13)를 더 이상의 처리없이 칩 접속공정에 사용하는 것도 가능하며, 또한 Sn 요부용(凹部用) 범프(13) 위에 표면산화 방지막으로 0.1 ㎛ 두께의 Ag를 3 mA/cm2의 전류밀도로 전기도금 하여 사용하는 것도 가능하다. In order to fabricate the
Cu 철부용(凸部用) 범프(14)가 형성되어 있는 유리기판(12)에 비전도성 접착제(41)를 도포하고, Sn 요부용(凹部用) 범프(13)가 형성되어 있는 칩(11)을 유리기 판(12)에 정렬시킨 후 150℃에서 180초 동안 유지하여 칩온글라스 실장하였다. 이때 접속응력에 따른 요철 접속부의 접속저항을 측정하기 위해 접속응력을 19 MPa에서 107 MPa의 범위에서 변화시켰다. A
본 발명의 요철 접속구조를 사용하여 칩온글라스 실장된 시편을 연마한 후 주사전자현미경을 사용하여 요철 접속부(15)의 형상을 관찰하였으며, 이를 도 6에 나타내었다. 도 6에 도시한 바와 같이 유리기판(12)에 형성한 Cu(구리) 철부용(凸部用) 범프(14)들이 Si(실리콘) 반도체(11)에 형성한 Sn(주석) 요부용(凹部用) 범프(13)들을 국부적으로 소성변형 시키며 삽입되어 도 1과 도 2의 모식도에 도시한 바와 같은 요철 접속구조를 형성하고 있음을 관찰할 수 있다. After the chip-on-glass mounted specimen was polished using the concave-convex connection structure of the present invention, the shape of the concave-
본 실시예 중의 하나인 지름 10㎛, 높이 10㎛의 Cu 철부용(凸部用) 범프(14)를 크기 25×25㎛, 높이 15㎛인 Sn(주석) 요부용(凹部用) 범프에 접속시 접속응력에 따른 접속저항의 변화를 도 7에 도시하였다. 접속응력이 증가함에 따라 접속저항이 감소하여 44.4 MPa의 접속응력에서 16.5 mΩ을 나타내었다. 접속응력이 44.4 MPa 이상으로 증가시에는 접속저항의 감소 정도가 저하하였으나 접속응력의 증가에 따라 접속저항이 약간씩 감소하였다. 접속응력의 증가에 따른 접속저항의 감소는 Cu 철부용(凸部用) 범프(14)에 의해 압축응력을 받는 Sn 요부용(凹部用) 범프(13) 부위에서 소성변형이 증가함에 따라 유효 접속면적이 증가하는데 기인한다. Cu bumps 14 for diameter 10 占 퐉 and 10 占 퐉 height, which is one of the present embodiments, were connected to bumps for Sn (tin) recesses having a size of 25 x 25 占 퐉 and a height of 15 占 퐉. The change of the connection resistance according to the test connection stress is shown in FIG. 7. As the connection stress increased, the connection resistance decreased, indicating 16.5 mΩ at the connection stress of 44.4 MPa. When the connection stress increased to 44.4 MPa or more, the decrease in the connection resistance decreased, but the connection resistance decreased slightly as the connection stress increased. The decrease in the connection resistance with the increase of the connection stress is effective as the plastic deformation increases at the site of the
도 7에 도시한 본 발명에 의한 요철 접속부의 접속저항은 기존 기술의 이방성 전도필름(33)을 이용한 칩온글라스 공정이나 비전도성 접착제(41)를 이용한 칩온글라스 공정에서 보고된 수백 mΩ의 접속저항에 비해 매우 우수한 값으로, 본 발 명에 의한 요철 접속구조를 이용하여 접속공정을 함으로써 접속저항을 크게 저하시키는 것이 가능하게 된다. The connection resistance of the concave-convex connection part according to the present invention shown in FIG. 7 is based on the connection resistance of several hundred mΩ reported in the chip-on-glass process using the anisotropic
본 발명에 의한 요철 접속구조를 이용한 접속공정에서 얻을 수 있는 장점으로는 접속저항의 감소와 더불어 범프 접속부의 기계적 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다는 것이다. 본 발명에 의해 철부용(凸部用) 범프(14)가 요부용(凹部用) 범프(13) 내에 삽입되어 있는 구조에서는 칩 범프와 기판 패드 계면에서 발생한 균열이 철부용(凸部用) 범프(14)에 의해 정지되어 더 이상 전파되지 못하기 때문에 접속부의 기계적 신뢰도가 크게 향상될 수 있다. An advantage obtained in the connection process using the uneven connection structure according to the present invention is that the mechanical reliability can be greatly improved along with the reduction of the connection resistance. In the structure in which the bumps for
본 발명에 의한 요철 접속부의 기계적 신뢰성을 평가하기 위해 Sn 요부용(凹部用) 범프(13)가 형성되어 있는 Si(실리콘) 반도체 칩(11) 시편을 Cu 철부용(凸部用) 범프(14)가 형성되어 있는 유리기판(12)에 칩온글라스 본딩 후, 볼 전단시험기 (ball shear tester)를 사용하여 칩 전단시험을 행하여 칩(11)을 기판(12)에서 전단 분리하는데 요구되는 하중을 측정하였다. In order to evaluate the mechanical reliability of the concave-convex connection part according to the present invention, the Si (silicon)
도 8에 Cu(구리) 철부용(凸部用) 범프(14)를 Sn(주석) 요부용(凹部用) 범프(13)에 접속시 접속응력에 따른 칩 전단하중 값을 나타내었다. 이때 Sn 요부용(凹部用) 범프(13)의 크기는 25 ㎛, 높이는 15 ㎛이었으며, Cu 철부용(凸部用) 범프(14)의 높이는 10 ㎛으로 동일하며 지름이 각기 5 ㎛, 15 ㎛ 및 25 ㎛인 세 종류이다. 8 shows the chip shear load value according to the connection stress when the Cu bumps 14 are connected to the Sn bumps 13. At this time, the size of the Sn recessed bumps 13 was 25 μm and the height was 15 μm. The height of the Cu iron bumps 14 was 10 μm, and the diameters were 5 μm and 15 μm, respectively. And 25 μm.
도 8에서 Cu 범프의 지름이 25 ㎛인 경우에는 동일한 길이의 Sn 요부용(凹部用) 범프에 대해 철부용(凸部用) 범프(14)로 작용하지 못하고 평면 접합을 이루는 경우로서, 접속응력에 무관하게 평면 접속부의 계면 분리가 쉽게 발생하기 때문에 매우 낮은 칩 전단하중을 나타내었다. In the case where the diameter of the Cu bumps in Fig. 8 is 25 占 퐉, the connection stress is achieved when the bumps for the concave parts of the same length do not act as the bumps for the
반면에 Cu 범프들의 지름이 5 ㎛, 15 ㎛로 Sn 요부용(凹部用) 범프(13)보다 작아 철부용(凸部用) 범프(14)로 작용하여 요철 접속구조를 형성하는 경우에는 칩 전단하중이 크게 증가하여 접합부의 기계적 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 도 8에서 지름이 5 ㎛ 및 15 ㎛인 Cu 철부용(凸部用) 범프(14)를 사용한 경우에는 접속응력이 증가함에 따라 칩 전단하중이 증가하였으며, 이는 접속응력이 증가함에 따라 Cu 철부용(凸部用) 범프(14)가 Sn 요부용(凹部用) 범프(13) 내로 깊숙이 삽입되기 때문이다. On the other hand, the Cu bumps have a diameter of 5 µm and 15 µm, which are smaller than those of the Sn recess bumps 13 to act as
본 실시예에서는 철부용(凸部用) 범프(14)로서 Cu(구리) 범프를 사용하였으며, 요부용(凹部用) 범프(13)로는 Cu보다 항복강도가 낮은 Sn(주석) 범프를 사용하였다. 본 발명에서는 요부용(凹部用) 범프(13)의 재료보다 항복강도가 더 높은 금속을 사용하여 철부용(凸部用) 범프(14)를 형성하면 철부용(凸部用) 범프(14)가 형상을 유지하면서 요부용(凹部用) 범프(13) 내로 삽입되는 것이 가능하다. In the present embodiment, Cu (copper) bumps were used as the bumps for iron parts, and Sn (tin) bumps having a lower yield strength than Cu were used as the bumps for the recesses (13). . In the present invention, when the bumps for
따라서 본 발명에서는 철부용(凸部用) 범프(14)로서 Cu를 사용하고 요부용(凹部用) 범프(13)로서 Cu보다 항복강도가 낮은 Au(금) 범프 또는 Sn을 주성분으로 한 Sn 합금범프를 사용하는 것도 가능하다. Therefore, in the present invention, a Sn alloy mainly comprising Cu (used) bump or Sn having lower yield strength than Cu as Cu (13) for iron parts and Cu (13) for main parts. It is also possible to use bumps.
본 발명에서는 또한 Cu(구리), Au(금), Sn(주석)보다 항복강도가 높은 Ni(니켈)을 철부용(凸部用) 범프(14)로서 사용하고, Ni 범프보다 항복강도가 낮은 Cu 범프 또는 Au 범프 또는 Sn 범프 또는 Sn 합금 범프를 요부용(凹部用) 범프(13)로 사 용하는 것도 가능하다. In the present invention, Ni (nickel), which has higher yield strength than Cu (copper), Au (gold), and Sn (tin), is also used as the bump for
본 발명에서는 또한 Sn(주석)보다 항복강도가 높은 Au(금)를 철부용(凸部用) 범프(14)로서 사용하고, 이보다 항복강도가 낮은 Sn 또는 Sn 합금을 요부용(凹部用) 범프(13)로 사용하는 것도 가능하다. In the present invention, Au (gold), which has a higher yield strength than Sn (tin), is also used as the bump for
본 실시예에서는 Cu(구리) 철부용(凸部用) 범프(14)와 Sn 요부용(凹部用) 범프(13)를 전기도금법을 사용하여 형성하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 철부용(凸部用) 범프(14) 또는 요부용(凹部用) 범프(13)로 사용하기 위한 Ni(니켈), Cu(구리), Au(금), Sn(주석) 또는 Sn 합금범프를 스퍼터링법이나 진공증착법, 전자빔 증착법, 화학증착법, 무전해도금법 중의 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 공정방법을 사용하여 형성하는 것도 가능하다. In this embodiment, the copper bumps 14 for Cu and the
본 실시예에서는 철부용(凸部用) 범프(14)를 기판(12)에 형성하였으며, 요부용(凹部用) 범프(13)를 반도체 칩(11)에 형성하였다. 이와 더불어 본 발명에서는 항복강도가 높은 철부용(凸部用) 범프(14)를 반도체 칩(11)에 형성하고 항복강도가 낮은 요부용(凹部用) 범프(13)를 기판(12)에 형성하여 요철 접속부(15)를 형성하는 것도 가능하다. In this embodiment, bumps 14 for convex parts are formed on the
본 발명에서는 또한 도 9에 도시한 것과 같이 항복강도가 높은 철부용(凸部用) 범프(14)를 반도체 칩(11)에 형성하고 기판(12)에는 항복강도가 낮은 요부용(凹部用) 기판 패드(81)를 얇게 형성하여 실장공정시 요철 접속부(15)를 형성하는 것도 가능하다. In the present invention, as shown in FIG. 9, a
본 실시예에서는 철부용(凸部用) 범프(14)와 요부용(凹部用) 범프(13)를 형 성하기 위한 UBM(under bump metallurgy)으로서 Ti와 Cu를 순차적으로 스퍼터 증착한 Ti/Cu를 사용하였으나, 이외에도 Ni, Ni(P), Cu, Ti/Cu/Ni(V), Cr/Cu, Cr/Cu/Au, Ti/Cu/Au 등과 같이 다양한 UBM의 사용이 가능하며, 본 발명에 의한 요철 접속구조와 이를 이용한 칩 실장방법이 UBM의 종류와 구조에 의해 제한을 받는 것은 아니다. In this embodiment, Ti / Cu sequentially sputter-deposited Ti and Cu as an under bump metallurgy (UBM) for forming the
본 실시예에서는 Cu 철부용(凸部用) 범프(14)를 Sn 요부용(凹部用) 범프(13) 내에 삽입하여 요철 접속부(15)를 형성시, Cu 철부용(凸部用) 범프(14)를 그냥 사용하거나 또는 Sn 요부용(凹部用) 범프(13)와의 접속특성을 향상시키기 위해 Cu 철부용(凸部用) 범프(14) 위에 Sn 코팅층을 형성하여 사용하였다. 또한 Sn 요부용(凹部用) 범프(13)도 그냥 칩 접속공정에 사용하거나 또는 Sn 요부용() 범프(13) 위에 표면산화 방지막으로 Ag 층을 형성하여 사용하였다.In the present embodiment, when the bumps for Cu
이와 같이 본 발명에서는 철부용(凸部用) 범프(14) 또는 요부용(凹部用) 범프(13)로 사용하기 위한 Ni(니켈), Cu(구리), Au(금), Sn(주석) 또는 Sn 합금범프의 표면에 접속특성의 향상이나 계면반응의 활성화, 표면산화 방지 또는 확산 방지를 위해 Sn(주석), Sn 합금, Ag(은), Au(금), Ni(니켈), Cu(구리)를 사용하여 표면 코팅층을 형성하여 사용하는 것도 가능하다. 상기 철부용(凸部用) 범프(14) 또는 요부용(凹部用) 범프(13)의 표면 코팅층은 전기도금법, 스퍼터링법, 진공증착법, 전자빔 증착법, 화학증착법, 무전해도금법 중의 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 공정방법을 사용하여 형성하는 것이 가능하다. Thus, in the present invention, Ni (nickel), Cu (copper), Au (gold), Sn (tin) for use as bumps for
상기한 이방성 전도필름을 이용한 칩온글라스 접속공정에 본 발명에 의한 요 철 접속구조를 적용하면 도 10에 도시한 바와 같이 철부용(凸部用) 범프(14)가 요부용(凹部用) 범프(13) 또는 요부용(凹部用) 패드(91) 내에 삽입되며 계면 균열의 전파가 철부용(凸部用) 범프(14)에 의해 억제되기 때문에 접속부의 기계적 신뢰도가 크게 향상될 수 있다. 또한 철부용(凸部用) 범프(14)와 요부용(凹部用) 범프(13) 또는 요부용(凹部用) 패드(91) 사이에 가해지는 접속응력의 증가로 이방성 전도필름(33) 내의 전도입자(34)가 충분히 압착되어 접속면적의 증가가 가능하기 때문에 접속부의 전기적 특성의 향상이 가능하게 된다. When the concave-convex connection structure according to the present invention is applied to the chip-on-glass connection process using the anisotropic conductive film described above, as shown in FIG. 10, the bumps for
비전도성 필름 (non-conductive film; NCF)은 비전도성 접착제의 고분자 접착제를 필름 형태로 변형한 것이며 이방성 전도 접착제(anisotropic conductive adhesive; ACA)는 이방성 전도 필름의 고분자 필름을 접착제로 변형한 것이기 때문에, 본 발명에 의한 요철 접속구조는 비전도성 접착제를 이용한 칩온글라스 공정과 이방성 전도필름을 이용한 칩온글라스 공정뿐만 아니라 비전도성 필름을 이용한 칩온글라스 공정과 이방성 전도 접착제를 이용한 칩온글라스 공정에도 적용이 가능하다. A non-conductive film (NCF) is a film of a polymer adhesive of a non-conductive adhesive in the form of a film, and an anisotropic conductive adhesive (ACA) is a polymer film of an anisotropic conductive film. The concave-convex connection structure according to the present invention is applicable to the chip-on-glass process using the non-conductive adhesive and the chip-on-glass process using the anisotropic conductive film as well as the chip-on-glass process using the non-conductive film and the chip-on-glass process using the anisotropic conductive adhesive.
반도체 칩에 금속범프를 형성하고 이를 이방성 전도필름이나 비전도성 접착제를 이용하여 고분자 회로기판이나 플랙시블 기판의 패드에 접속하는 플립칩 공정은 이방성 전도필름을 이용한 칩온글라스 공정과 비교하여 기판이 유리기판에서 고분자 회로기판이나 플랙시블 기판으로 바뀌는 것일 뿐 반도체 칩의 금속범프를 이용한 칩온글라스 방법과 동일한 공정이다. 따라서 본 발명에 의한 요철 접속구조는 이방성 전도필름을 이용하여 반도체 칩을 회로기판이나 플랙시블 기판에 플립칩 본 딩하는 실장방법에도 적용이 가능하며, 비전도성 접착제를 이용하여 반도체 칩을 회로기판이나 플랙시블 기판에 플립칩 본딩하는 실장방법에도 적용이 가능하다. 또한 본 발명에 의한 요철 접속구조는 반도체 칩을 회로기판이나 플랙시블 기판에 플립칩 본딩한 후에 반도체 칩과 기판 사이에 언더필(underfill)을 주입하는 플립칩 실장방법에도 적용이 가능하다.The flip chip process of forming a metal bump on a semiconductor chip and connecting it to a pad of a polymer circuit board or a flexible substrate using an anisotropic conductive film or a non-conductive adhesive is performed in comparison with a chip-on-glass process using an anisotropic conductive film. This process is the same process as the chip-on-glass method using metal bumps of semiconductor chips. Therefore, the concave-convex connection structure according to the present invention can be applied to a mounting method of flip chip bonding a semiconductor chip to a circuit board or a flexible substrate using an anisotropic conductive film, and a semiconductor chip can be formed using a non-conductive adhesive. The present invention can also be applied to a mounting method of flip chip bonding to a flexible substrate. In addition, the concave-convex connection structure according to the present invention is applicable to a flip chip mounting method in which an underfill is injected between the semiconductor chip and the substrate after the flip chip bonding of the semiconductor chip to the circuit board or the flexible substrate.
본 실시예에서는 Cu 철부용(凸部用) 범프(14)의 형상으로 원기둥 형상을 사용하였으며, Sn 요부용(凹部用) 범프(13)의 형상으로 사각기둥 형상을 사용하였다. 그러나 본 발명의 철부용(凸部用) 범프(14)의 형상과 요부용(凹部用) 범프(13)의 형상이 이들에 국한된 것은 아니며, 원기둥, 사각기둥, 사다리 기둥, 돔 형상과 같이 다양한 형상의 사용이 가능하다. In this embodiment, a cylindrical shape was used as the shape of the bumps for Cu convex parts, and a square column shape was used as the shape of the
상술한 바와 같이, 칩온글라스 공정이나 플립칩 공정과 같은 칩 실장공정시 본 발명에 의해 철부용(凸部用) 범프(14)가 요부용(凹部用) 범프(13) 또는 요부용(凹部用) 패드(81) 내를 소성변형 시키며 삽입되어 요철(凹凸) 접속구조(15)를 형성하게 함으로써 접속부의 기계적 신뢰도와 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, in the chip mounting process such as the chip-on-glass process or the flip chip process, the
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
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