KR20140056668A - 솔더 온 패드의 제조방법 및 그를 이용한 플립 칩 본딩 방법 - Google Patents

솔더 온 패드의 제조방법 및 그를 이용한 플립 칩 본딩 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 솔더 온 패드의 제조방법을 개시한다. 그의 제조방법은, 패드를 갖는 기판을 제공하는 단계와, 상기 기판 상에 레진과 솔더 분말을 포함하는 솔더 범프 메이커를 형성하는 단계와, 상기 솔더 범프 메이커를 상기 솔더 분말의 용융점 아래로 가열하여 상기 솔더 분말을 패드 상에 응집시키는 단계와, 상기 레진을 제거하는 단계를 포함한다.

Description

솔더 온 패드의 제조방법 및 그를 이용한 플립 칩 본딩 방법{method for manufacturing solder on pad and flip chip bonding method used the same}
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 반도체 소자에서의 솔더 온 패드의 제조방법 및 그를 이용한 플립 칩 본딩 방법에 관한 것이다.
반도체 칩은 회로 기판(Printed Circuit Board: PCB)에 실장(mount)될 수 있다. 회로 기판과 반도체 칩은 솔더 범프와 솔더 온 패드에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 솔더 온 패드는 솔더 범프와, 반도체 칩의 패드 사이에 접착력을 강화시킬 수 있다. 언더 필은 반도체 칩과 회로 기판 사이의 솔더 범프와 솔더 온 패드를 밀봉시킬 수 있다. 일반적으로 솔더 온 패드는 패드 상에 인쇄될 수 있다. 인쇄된 솔더 온 패드는 패드와 오정렬될 수 있다. 오정렬된 솔드 온 패드 상에 솔더 범프 또는 스터드가 접합되면, 패드 내에 상기 솔더 범프 또는 스터드의 금속 성분이 확산되어 상기 패드가 쉽게 박리될 수 있다.
또한, 솔더 온 패드는 전해 도금법으로 형성될 수 있다. 그러나, 전해 도금법으로 형성되는 이원계 원소의 솔더만이 가능하기 때문에 전기적 및 물리적인 신뢰성이 떨어질 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 일원계 내지 삼원계 원소의 다양한 솔더 온 패드의 제조방법 및 그를 이용한 플립 칩 본딩방법을 제공하는 데 있다.
다른 기술적 과제는, 생상성을 향상시킬 수 있는 솔더 온 패드의 제조방법 및 그를 이용한 플립 칩 본딩방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 솔더 온 패드의 제조방법은, 패드를 갖는 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 제 1 레진과 솔더 분말을 포함하는 솔더 범프 메이커를 도포하는 단계; 상기 솔더 범프 메이커를 상기 솔더 분말의 용융점 아래로 가열하여 상기 솔더 분말을 패드 상에 응집시키는 단계; 및 상기 제 1 레진을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 솔더 분말은 삼원계 솔더를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 삼원계 솔더는 에스에이씨305(Sn3Ag0.5Cu)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 에스에이씨305는 215도까지 가열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 기판 상에 상기 패드를 노출하고, 상기 솔더 범프 메이커의 높이를 결정하는 가이드를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 솔더 범프 메이커는 상기 가이드에 의해 상기 패드가 분포된 상기 기판 상에 인쇄될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 솔더 범프 메이커는 상기 솔더 분말과 상기 패드 상의 자연 산화막을 제거하는 환원제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 솔더 분말 상에 제 2 레진 또는 플럭스를 도포하는 단계; 상기 솔더 분말을 리플로우 하는 단계; 및 상기 제 2 레진 또는 상기 플럭스를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 솔더 분말은 리플로우 시에 용융점 이상으로 가열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 플립 칩 본딩 방법은, 패드를 갖는 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 레진과 솔더 분말을 포함하는 솔더 범프 메이커를 도포하는 단계; 상기 솔더 범프 메이커를 상기 솔더 분말의 용융점 아래로 가열하여 상기 솔더 분말을 패드 상에 응집시키는 단계; 상기 솔더 분말을 리플로우 하여 상기 패드 상에 솔더를 형성하는 단계; 상기 레진을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 솔더 분말은 에스에이씨305(Sn3Ag0.5Cu)의 삼원게 원소를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 에스에이씨305는 215도까지 가열될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 솔더 분말은 리플로우 시에 용융점 이상으로 가열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 기판은 트렌치를 갖는 웨이퍼를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 솔더 온 패드의 제조방법은, 기판의 패드 상에 솔더 범프 메이커를 형성한 후에, 상기 솔더 범프 메이커를 용융점 아래까지 가열하여 상기 솔더 범프 메이커 내의 솔더 분말을 자발적으로 기판 상의 금속 패드에 응집시킬 수 있다. 이로 인해 높이 10um미만의 얇은 솔더 범프를 만들수 있고 이를 통해 신뢰성이 높은 솔더-온-패드를 만들 수 있다. 또한, 마스크 없이 공정을 진행할 수 있어 미세피치에도 대응이 가능하다 솔더 분말은 열처리 공정 이외에 별도의 공정 없이도 응집될 수 있다. 따라서, 본 발명의 솔더 온 패드의 제조방법은 생산성을 향상시킬 수 있다. 솔더 분말은 일원계 솔더 내지 삼원계 솔더까지 다양한 종류의 금속을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 솔더 온 패드의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들이다.
도 10은 인쇄 회로 기판 상에 응집된 솔더 분말을 나타내는 사진이다. 도 11은 솔더 분말을 확대하여 나타낸 사진이다.
도 12는 인쇄 회로 기판상의 솔더 온 패드를 나타낸 사진이다. 도 13은 도 12의 솔더 온 패드를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 14는 솔더 온 패드 상에 스터드 범프가 접합된 플립 칩을 나타내는 단면도이다.
도 15는 패드 상에 스터드 범프가 접합된 종래의 플립 칩을 나타내는 단면도이다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명들은 모두 청구된 발명의 부가적인 설명을 제공하기 위한 예시적인 것이다. 그러므로 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 언급되는 경우에, 이는 그 외의 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 여기에서 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 솔더 온 패드의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 패드(12)를 갖는 제 1 기판(10)을 제공한다. 제 1 기판(10)은 실리콘 칩을 포함할 수 있다. 패드(12)는 구리 또는 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수 있다. 제 1 기판(10)은 트렌치(trench)를 갖는 웨이퍼를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 패드(12)를 선택적으로 노출하는 가이드(20)를 제 1 기판(10) 상에 형성한다. 가이드(20)는 후속의 솔더 범프 메이커(도 3의 30)를 일정 높이로 형성시킬 수 있다. 가이드(20)는 포토레지스트 패턴을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제 1 기판(10) 상에 솔더 범프 메이커(SBM: Solder Bump Maker, 30)를 도포한다. 솔더 범프 메이커(30)는 제 1 레진(32)과, 솔더 분말(34), 환원제(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 제 1 레진(32)은 에폭시 수지, 실리콘 기판 수지를 포함할 수 있다. 제 1 레진(32)은 할로겐(halogen)을 포함하지 않은 물질로 구성되며, 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다. 에폭시 수지는 비스페놀 A-형 에폭시 수지(예: DGEBA), 4관능성 에폭시 수지(TGDDM), TriDDM, 이소시아네이트(Isocyanate), 또는 비스말레이미드(Bismaleimide)를 포함할 수 있다. 환원제는 솔더 분말(34) 및 패드(12)의 자연 산화막을 제거하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 환원제는 카복실기(COOH-)를 포함한 산으로서, 글루타르산(glutaric acid), 말산(malic acid), 아젤레익산(azelaic acid), 아비에트산(abietic acid), 아디프산(adipic acid), 아스코르브산(ascorbic acid), 아크릴산(acrylic acid), 또는 시트르산(citric acid)을 포함할 수 있다. 환원제는 제 1 레진(32) 대비 약 0.01~50 phr 중량비를 가질 수 있다. 솔더 분말(34)은 주석(Sn)이나 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 솔더 분말(34)은 Sn, In, SnBi, SnAgCu, SnAg, Sn, In, AuSn, 및 InSn로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 따라서, 솔더 분말(34)은 일원계 내지 삼원계 원소의 다양한 금속으로 이루어질 수 있다. 솔더 분말(34)은 솔더 범프 메이커(30)의 총 체적 대비 약 1% 내지 50%의 부피비를 가질 수 있다. 솔더 분말(34)은 판형, 구형, 돌기가 형성된 구형의 모양을 가질 수 있다. 또한, 솔더 분말(34)은 IPC 표준, J-STD-005 "Requirements for Soldering Paste"에 의해 정의되는 입도를 가질 수 있다. 솔더 분말(34)은 패드(12)의 약 1/5 이하의 직경을 가질 수 있다. 솔더 분말(34)의 평균 입경은 환원제의 종류 및 함량에 영향을 미칠 수 있으므로 두 물질의 상관관계를 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.
도 4를 참조하면, 솔더 범프 메이커(30)를 블레이드(22)로 평탄하게 제거한다. 솔더 범프 메이커(30)는 블레이드(22) 또는 스퀴즈에 의해 평탄하게 제거될 수 있다. 블레이드(22)는 가이드(20) 상에서 슬라이딩되면서 솔더 범프 메이커(30)를 균일한 두께로 만들 수 있다.
도 5를 참조하면, 솔더 범프 메이커(30)를 솔더 분말(34)의 용융점 이하로 가열하여 상기 솔더 분말(34)을 패드(12) 상에 응집시킨다. 솔더 범프 메이커(30)의 최대 가열 온도는 환원제의 종류 및 양, 상기 솔더 범프 메이커(30) 주위의 산소량에 따라 달라질 수 있다. 환원제의 양이 증가되면 최대 온도가 낮아지고 환원제 양이 감소하면 최대 온도가 증가될 수 있다. 예를 들어, 솔더 분말(34)이 SAC305(Sn3Ag0.5Cu)일 때, 솔더 범프 메이커(30)의 최대 가열 온도는 215oC일 수 있다. SAC305의 용융점은 약 220℃이다. 온도가 증가되면, 제 1 레진(32)의 점도가 감소될 수 있다. 제 1 레진(32)에 용해된 환원제의 영향으로 솔더 분말(34)의 자연 산화막이 제거되고 동시에 패드(12)의 자연 산화막이 제거될 수 있다. 솔더 분말(34) 간의 표면장력과, 상기 솔더 분말(34)과 패드(12) 간의 표면 장력에 의해 솔더 분말(34)이 패드(12)에 응집될 수 있다. 이때, 솔더 분말(34)은 열에너지에 의해 부분적으로 용융되어 패드(12) 상에 자발적으로 응집될 수 있다. 솔더 분말(34)은 그들의 표면 장력에 의해 서로 응집될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 솔더 온 패드의 제조방법은 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 제 1 레진(32) 및 가이드(20)을 제거한다. 제 1 레진(32) 및 가이드(20)는 알코올과 같은 유기 용매에 의해 세정될 수 있다. 응집되지 않은 솔더 분말(34)은 상기 제 1 레진(32)와 함께 제거될 수 있다. 제 1 레진(32)은 후속에서 경화 반응을 일으키지 않기 때문에 솔더 분말(34)의 리플로우 공정에 까지도 잔존될 수 있다.
도 10은 인쇄 회로 기판(60) 상에 응집된 솔더 분말(34)을 나타내는 사진이다. 도 11은 솔더 분말(34)을 확대하여 나타낸 사진이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 솔더 분말(34)은 인쇄 회로 기판(60)의 트렌치(62) 내에 군집될 수 있다. 솔더 분말(34)은 트렌치(62) 내에 매립될 수 있다. 트렌치(62) 내의 솔더 분말(34)은 서로 응집되어 전기적으로 연결될 수 있다. 솔더 분말(34)의
도 7을 참조하면, 제 1 기판(10) 상에 제 2 레진(36)을 도포한다. 제 2 레진(36)은 스핀 코터에 의해 제 1 기판(10)의 전면에 도포될 수 있다. 제 2 레진(36)은 환원제를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제 2 레진(36) 및 솔더 분말(34)을 용융점 이상으로 가열하여 상기 솔더 분말(34)을 리플로우 한다. 리플로우된 솔더 분말(34)은 용융되어 솔더(40)가 될 수 있다. 솔더(40)는 패드(12)의 전면을 덮을 수 있다. 이때, 솔더(40)는 제 2 레진(36) 내의 환원제에 의해 표면처리될 수 있다.
도 9를 참조하면, 제 2 레진(36)을 제거한다. 제 2 레진(36)은 유기 용매에 의해 제거될 수 있다.
도 12는 인쇄 회로 기판(60) 상의 솔더(40)를 나타낸 사진이다. 도 13은 도 12의 솔더(40)를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 솔더(40)는 인쇄 회로 기판(60)의 패드(12)에 접합될 수 있다. 패드(12)는 구리를 포함할 수 있다. 또한, 솔더(40)는 구리를 포함할 수 있다. 패드(12)와 솔더(40)는 우수한 접착력으로 접합될 수 있다.
도 14는 솔더(40) 온 패드(12) 상에 스터드 범프(52)가 접합된 플립 칩을 나타내는 단면도이다.
도 14를 참조하면, 솔더(40) 상에 스터드 범프(52)를 형성한다. 스터드 범프(52)는 제 2 기판(50)에 접합될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 솔더(40) 상에 필라(pillar)가 접합될 수 있다. 제 2 기판(50)과 스터드 범프(52)에 외력이 작용하더라도 솔더(40)와 패드(12)는 쉽게 분리되지 않는다. 솔더(40)는 패드(12)과 우수한 접착력으로 연결되어 있기 때문이다.
따라서, 본 발명의 플립 칩 본딩 방법은 솔더(40)와 패드(12)의 접합 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 15는 패드(12) 상에 스터드 범프(52)가 접합된 종래의 플립 칩을 나타내는 단면도이다.
도 15를 참조하면, 제 2 기판(50)과 스터드 범프(52)에 외력이 작용하면, 패드(12)와 스터드 범프(52)는 쉽게 분리될 수 있다. 스터드 범프(52)는 패드(12)로부터 박리될 수 있다. 때문에, 패드(12)와 스터드 범프(52) 사이에 솔더(40)가 요구된다. 제 2 기판(50)은 솔더 범프(54)에 의해 솔더(40)에 접합될 수 있다. 상술한 바와 같이, 솔더(40)는 솔더 분말(34)의 용융점 아래의 가열과 그들의 자발적 응집에 의해 형성될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 제 1 기판 12: 패드
20: 가이드 30: 솔더 범프 메이커
32: 제 1 레진 34: 솔더 분말
36: 제 2 레진 40: 솔더
50: 제 2 기판 52: 스터드 범프
54: 솔더 범프 60: 인쇄 회로 기판
62: 트렌치

Claims (14)

  1. 패드를 갖는 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 상에 제 1 레진과 솔더 분말을 포함하는 솔더 범프 메이커를 도포하는 단계;
    상기 솔더 범프 메이커를 상기 솔더 분말의 용융점 아래로 가열하여 상기 솔더 분말을 패드 상에 응집시키는 단계; 및
    상기 제 1 레진을 제거하는 단계를 포함하는 솔더 온 패드의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔더 분말은 삼원계 솔더를 포함하는 솔더 온 패드의 제조방법
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 삼원계 솔더는 에스에이씨305(Sn3Ag0.5Cu)를 포함하는 솔더 온 패드의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 에스에이씨305는 215도까지 가열되는 솔더 온 패드의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 패드를 노출하고, 상기 솔더 범프 메이커의 높이를 결정하는 가이드를 형성하는 단계를 더 포함하는 솔더 온 패드의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 솔더 범프 메이커는 상기 가이드에 의해 상기 패드가 분포된 상기 기판 상에 인쇄되는 솔더 온 패드의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔더 범프 메이커는 상기 솔더 분말과 상기 패드 상의 자연 산화막을 제거하는 환원제를 더 포함하는 솔더 온 패드의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔더 분말 상에 제 2 레진 또는 플럭스를 도포하는 단계;
    상기 솔더 분말을 리플로우 하는 단계; 및
    상기 제 2 레진 또는 상기 플럭스를 제거하는 단계를 더 포함하는 솔더 온 패드의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 솔더 분말은 리플로우 시에 용융점 이상으로 가열되는 솔더 온 패드의 제조방법.
  10. 패드를 갖는 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 상에 레진과 솔더 분말을 포함하는 솔더 범프 메이커를 도포하는 단계;
    상기 솔더 범프 메이커를 상기 솔더 분말의 용융점 아래로 가열하여 상기 솔더 분말을 패드 상에 응집시키는 단계;
    응집된 상기 솔더 분말을 리플로우 하여 상기 패드 상에 솔더 범프를 제조하는 단계; 및
    상기 레진을 제거하는 단계를 포함하는 플립 칩 본딩 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 솔더 분말은 에스에이씨305(Sn3Ag0.5Cu)의 삼원소 원소를 포함하는 플립 칩 본딩 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 에스에이씨305는 215도까지 가열되는 플립 칩 본딩 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 솔더 분말은 리플로우 시에 용융점 이상으로 가열되는 솔더 온 패드의 제조방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판은 트렌치를 갖는 웨이퍼를 포함하는 플립 칩 본딩 방법.
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