KR20150083008A - 초미세 피치 플립 칩 범프를 갖는 기판 - Google Patents

초미세 피치 플립 칩 범프를 갖는 기판 Download PDF

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KR20150083008A
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디러 허위츠
후앙 알렉스
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주하이 어드밴스드 칩 캐리어스 앤드 일렉트로닉 서브스트레이트 솔루션즈 테크놀러지즈 컴퍼니 리미티드
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Abstract

솔더 마스크와 같은 유전체 내에 실장되는 비아 필러를 포함하는 외부층을 갖는 기판에 칩을 부착하는 방법에 있어서, 상기 비아 필러의 끝단은 상기 유전체와 같은 높이이고, (o) 선택적으로 유기 바니쉬를 제거하는 단계와, (p) 상기 비아 필러의 노출된 끝단과 접촉하는 솔더 범프와 종결되는 다리를 갖는 칩을 배치하는 단계와, (q) 상기 솔더 범프를 녹이고 비아의 끝단이 솔더로 젖도록 열을 가하는 단계를 포함하는 방법.

Description

초미세 피치 플립 칩 범프를 갖는 기판{Substrates With Ultra Fine Pitch Flip Chip Bumps}
본 발명은 내부 연결 구조를 종결하고 칩과 기판을 연결시키는 것에 관한 것이다.
더욱 복잡한 전자 부품, 가전 제품의 소형화에 대한 더 큰 수요가 발생함에 따라 컴퓨터 및 통신 장치가 고 집적화되고 있다. 이는 유전체에 의해 서로 전기적으로 절연되는 고밀도의 다수 도전층 및 비아(via)를 갖는 IC 기판 및 IC 인터포저(interposer)와 같은 지지 구조체에 대한 니즈가 발생하고 있다.
이러한 지지 구조체에 대한 일반적인 요구사항은 신뢰성 및 적절한 전기적 성능, 얇기, 강성, 평면성, 우수한 방열 및 가격경쟁력이다.
이러한 요구사항을 달성하기 위한 다양한 접근 중에서, 층간에서 내부연결 비아를 생성하는 널리 실행되는 하나의 제조기술은 레이저를 사용하여 이후에 놓여지는 유전 기판을 통해 가장 최신의 금속층을 통과하는 홀을 뚫으며, 금속층은 이후 플레이팅(plating) 기술에 의해 용착되는 일반적으로 구리와 같은 금속에 의해 채워진다. 이러한 접근은 비아를 생성하는 것으로 때로는 '드릴 & 필(drill & fill)'로 언급되고, 거기서 생성된 비아는 '드릴드 & 필드 비아(drilled & filled vias)'로 언급된다.
이러한 드릴드 & 필드 비아(drilled & filled via) 접근법은 많은 단점을 가지고 있다. 각 비아는 분리되어 뚫어져야 하므로, 처리량 비율은 한계를 갖고, 정교한 다중 비아 IC 기판 및 인터포저를 제조하는 비용은 매우 높아진다. 큰 규모의 어레이에서 드릴 & 필 방법에 의해 서로 매우 근접한 다른 크기와 모양을 갖는 높은 밀도의 높은 품질 비아를 만드는 것은 어렵다. 더욱이, 레이저로 뚫어진 비아는 유전체의 두께를 통해 거친 측벽과 테이퍼 형태의 내부를 갖는다. 이러한 테이퍼링(tapering)은 비아의 유효한 직경을 감소시킨다. 이 또한 극소의 비아 직경에서 특히 이전의 도전 금속층에 대한 전기적인 접촉에 나쁜 영향을 미치고, 결국 신뢰성 이슈를 야기시킨다. 추가적으로, 측벽은 뚫어진 유전체가 고분자 매트릭스 내의 유리 또는 세라믹 섬유를 포함하는 복합재료로서 특히 거칠며, 이러한 거칠기는 표유 인덕턴스(stray inductance)를 만들 수 있다.
뚫어진 비아 홀을 채우는 프로세스는 보통 구리 전기도금에 의해 이루어진다. 뚫어진 홀에 대한 전기도금은 작은 구멍(crater)이 비아의 끝단에 나타나는 딤플링(dimpling)을 야기시킬 수 있다. 선택적으로, 비아 채널이 그것이 수용할 수 있는 것보다 더 많은 구리로 채워지고, 주위 재료 위로 돌출되는 돔 형태의 상부면은 생성되는 오버필(overfill)이 결과적으로 생길 수 있다. 고밀도 기판 및 인터포저를 제조할 때 요구되는 것과 같이, 다음 스태킹(stacking) 비아가 서로의 끝단 중 하나인 경우 딤플링 및 오버필은 문제점을 만드는 경향이 있다. 더욱이, 큰 비아 채널을 균일하게 채우는 것은 어려운 것으로 생각되고, 특히 인터포저 또는 IC 기판 설계에서 동일한 내부연결층 내의 더 작은 비아에 근접한 경우에 그렇다.
받아들일 수 있는 크기 및 신뢰성의 범위는 시간 초과를 개선시킨다. 그럼에도 불구하고, 상기한 단점은 드릴 & 필 기술에 내재되어 있고, 가능한 비아 크기의 범위를 제한하는 것으로 예상된다. 추가로 언급하자면 레이저 드릴링은 둥근 비아 채널을 생성하는데 최적이다. 슬롯 형태의 비아 채널이 이론적으로 레이저 밀링에 의해 제조될 수 있지만, 실제로 제조될 수 있는 기하학적 구조의 범위는 다소 제한될 수 있으며 주어진 지지 구조체 내의 비아는 통상 실린더 모양이고 실질적으로도 동일하다.
드릴 & 필에 의한 비아의 제조는 비싸고, 이에 의해 생성된 비아 채널을 상대적으로 저렴한 전기도금 프로세스를 사용하여 구리로 균일하고 일관되게 채우는 것은 어렵다.
복합 유전체 내의 레이저로 뚫어진 비아는 실제로 60×10-6 미터로 제한되고, 심지어 연결된 어블레이션(ablation) 공정 결과에 따라서 뚫어진 복합재의 성질에 의한 거친 측벽뿐만 아니라 유의미한 테이퍼링 모양 때문에도 애로점이 생긴다.
상기에서 언급한 레이저 드릴링의 여러 한계점에 추가로, 다른 사이즈를 갖는 비아 채널이 뚫어지고 그 다음 다른 사이즈의 비아를 제조하기 위해 금속으로 채워지는 경우, 비아 채널은 다른 비율로 채워지기 때문에, 동일층에서 다른 반경의 비아를 생성하는 것은 어렵다는 점에서 드릴 & 필 기술은 추가적인 한계를 갖는다. 결과적으로, 다른 사이즈의 비아에 대한 증착 기술을 동시에 최적화하는 것은 불가능하기 때문에, 드릴 & 필 기술로 특징되는 딤플링 또는 오버필의 전형적인 문제점은 골칫거리가 되고 있다.
드릴 & 필 접근의 많은 단점들을 극복하기 위한 선택적인 해법은 다르게는 '패턴 도금(pattern plating)'으로 알려진 기술을 사용하여, 포토-레지스트에 의해 생성된 패턴으로 구리 또는 다른 금속을 증착함으로써 비아를 제조하는 것이다.
패턴 도금에서, 시드층이 먼저 증착된다. 그리고, 포토-레지스트 층은 그 상부에 증착되고 그 다음 패턴을 생성하기 위해 노출되고, 선택적으로 시드층을 노출시키는 트렌치를 만들기 위해 제거된다. 비아 포스트(via post)는 구리를 포토-레지스트 트렌치 내부에 증착함으로써 생성된다. 그 다음 나머지 포토-레지스트는 제거되고, 시드층은 에칭되어 떨어져 나가고, 통상적으로 고분자로 침지된 유리 섬유 물질인 유전체는 비아 포스트를 감싸기 위해 그 위에 및 그 주위에 적층된다. 그 다음 다양한 기술 및 공정이 유전체를 평탄화하기 위해 사용될 수 있고, 상부에 그 다음 금속층을 만들기 위해서, 도전 연결이 거기서 그라운드 되게 비아 포스트의 끝단을 노출하여 일부를 제거한다. 금속 도전체 및 비아 포스트로 이루어진 다음 층은 바람직한 다층 구조체를 만드는 공정을 되풀이함으로써 그 상부에 층착될 수 있다.
이하에서는 '패널 도금(panel plating)'으로 알려진 선택적이나 근접하게 관련되어 있는 기술에 있어서, 금속 또는 합금의 연속층은 기판상에 증착된다. 포토-레지스트 층은 기판의 끝단 상에 증착되고 패턴은 거기서 현상된다. 현상된 포토-레지스트의 패턴은 나타나고, 선택적으로 다음에 에칭되어 떨어질 수 있는 그 아래의 금속은 노출된다. 현상되지 않은 포토-레지스트는 하부 금속이 에칭되어 떨어지는 것으로부터 보호하고, 독립된(upstanding) 피처 및 비아의 패턴을 남긴다.
현상되지 않은 포토-레지스트가 나타난 이후에, 고분자로 침지된 유리 섬유 물질과 같은 유전체는 독립된 구리 피처 및/또는 비아 포스트 주변 및 위로 적층될 수 있다. 평탄화 이후에, 금속 도전체 및 비아 포스트의 다음 층은 바람직한 다층 구조체를 만드는 공정을 되풀이함으로써 그 상부에 증착될 수 있다.
상기에서 설명한 패턴 도금 또는 패널 도금 방법에 의해 생성된 비아층은 구리 '비아 포스트(via posts)' 및 피처층으로 일반적으로 알려져 있다.
마이크로 전자 발전의 일반적 믿음은 높은 신뢰도를 갖는 더 작고, 더 얇고, 더 가볍고, 더 파워있는 제품을 제조하는 것이라 생각한다. 두꺼운, 중심 내부 연결의 사용은 초박형 제품을 얻지 못하게 한다. 내부연결 IC 기판 또는 '인터포저'에서 더 높은 밀도의 구조를 생성하기 위해, 더 작은 연결을 갖는 더 많은 층들이 필요하다. 실제로, 때때로 서로의 끝단에 부품을 쌓는 것이 바람직하다.
도금된, 적층 구조가 구리 또는 다른 적절한 희생 기판상에 증착되는 경우, 기판은 자유롭게 나타나고, 중심없는 박판(coreless laminar) 구조를 남기면서 에칭될 수 있다. 추가 층들은 희생 기판에 미리 부착된 면상에서 증착될 수 있고, 이에 의해 뒤틀림을 최소화하고 평탄함을 얻는데 기여하는 2개의 면이 만들어지게 할 수 있다.
고밀도 내부연결을 제조하는 하나의 유연성 있는 기술은 유전 매트릭스에서의 다양한 기하학적 모양과 형태를 갖는 금속 비아 또는 비아 포스트 피처로 이루어진 패턴 또는 패널 도금 다층 구조체를 만들 수 있다. 금속은 구리일 수 있으며 유전체는 섬유 보강 고분자, 일반적으로 예컨대 폴리이미드와 같이 높은 유리 전이 온도(Tg: glass transition temperature)를 갖는 고분자이다. 이러한 내부연결은 중심이 있거나 또는 중심이 없을 수 있고, 부품을 쌓는 공동(cavity)를 포함할 수 있다. 이들은 홀수 또는 짝수 층을 가질 수 있고 비아는 원형 모양이 아닐 수 있다. 가능한 기술은 Amitec-Advanced Multilayer Interconnect Technologies Ltd 사의 선행특허에 설명되어 있다.
예컨대, 발명의 명칭 "Advanced multilayer coreless support structures and method for their fabrication", Hurwitz외, US 7,682,972는, 우수한 전자 지지 구조체의 구성에서 전구체로써 이용하기 위한 유전체 내에 비아 어레이를 포함하는 프리 스탠딩(free standing) 멤브레인을 제조하기 위한 방법으로서, 희생 캐리어로 둘러싸인 유전체에 도전성 비아의 멤브레인을 제조하는 단계와, 프리 스탠딩 적층 어레이를 형성하기 위해 희생 캐리어로부터 멤브레인을 제거하는 단계를 포함하는 것으로 설명된다. 이러한 프리 스탠딩 멤브레인에 기초한 전자 기판은 적층 어레이를 얇게 하고 평탄화하며, 이후 비아들을 마감하는 것에 의해 형성될 수 있다. 이 문헌은 여기에 전체로서 첨부된다.
발명의 명칭 "Coreless cavity substrates for chip packaging and their fabrication", Hurwitz외, US 7,669,320은, 제2 IC 다이와 직렬로 연결된 제1 IC 다이를 지지하는 IC 지지체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 IC 지지체는 절연된 주변을 갖는 구리 피처 및 비아의 교차층들의 스택을 포함하고, 상기 제1 IC 다이는 상기 IC 지지체 상에 접착되고, 상기 제2 IC 다이는 상기 IC 지지체 내부의 공동 내에 접착되며, 상기 공동은 구리 베이스를 에칭하여 선택적으로 설치된 구리를 에칭하여 형성되는 것으로 설명된다. 이 문헌은 여기에 전체로서 첨부된다.
발명의 명칭 "Integrated circuit support structures and their fabrication" Hurwitz외, US 7,635,641은, 전자 기판 제조 방법에 관한 것으로서, (A) 제1 기부층을 선택하는 단계와, (B) 상기 제1 기부층 상에 제1 에칭액 저항 배리어층을 침착시키는 단계와, (C) 교호식 도전층 및 절연층의 제1 하프 스택을 빌드업시키는 단계로서, 상기 도전층은 절연층을 통해 비아에 의해 내부연결되는, 단계와, (D) 상기 제1 하프 스택 상에 제2 기부층을 도포하는 단계와, (E) 상기 제2 기부층에 포토레지스트의 보호 코팅을 도포하는 단계와, (F) 상기 제1 기부층을 에칭 제거하는 단계와, (G) 상기 포토레지스트의 보호 코팅을 제거하는 단계와, (H) 상기 제1 에칭액 저항 배리어층을 제거하는 단계와, (I) 교호식 도전층 및 절연층의 제2 하프 스택을 빌드업시키는 단계로서, 상기 도전층은 절연층을 통해 비아에 의해 내부연결되며 제2 하프 스택은 제1 하프 스택과 사실상 대칭식으로 레이업된, 단계와, (J) 상기 교호식 도전층 및 절연층의 제2 하프 스택 상에 절연층을 도포하는 단계와, (K) 상기 제2 기부층을 제거하는 단계와, (L) 스택의 외부면 상의 비아 단부를 노출시켜 종결부를 도포하는 단계를 포함하는 것으로 설명된다. 이 문헌은 여기에 전체로서 첨부된다.
US 7,682,972, US 7,669,320, 및 US 7,635,641에서 설명된 비아 포스트 기술은 그 자체가 동시에 전기도금되는 매우 많은 수의 비아를 갖는 대량 생산에 기여한다. 상기에서 언급한 바와 같이, 현재의 드릴 & 필 비아는 대략 60 마이크론의 유효한 최소 직경을 갖는다. 대조적으로, 포토레지스트 및 전기도금을 사용하는 비아 포스트 기술은 더 높은 밀도의 비아가 얻어지게 할 수 있다. 30 마이크론 직경 크기의 비아 직경은 가능하고, 다양한 비아 기하 구조와 모양은 동일한 층 내에서 함께 제조될 수 있다.
추가하여, 드릴 & 필 기술 및 비아 포스트 증착 모두는 비아 및 피처의 추가적인 소형화 및 더 높은 밀도를 갖는 기판의 제조를 가능하게 할 것이다. 그럼에도 불구하고, 비아 포스트 기술에서의 발전은 경쟁적 우위를 유지하게 할 것이다.
기판은 칩들이 다른 부품과의 인터페이스를 가능하게 한다. 칩은 칩과 기판 사이에 전자적인 통신을 가능하게 하는 신뢰할 수 있는 전자적인 연결을 제공하는 방식으로 기판에 접착된다.
기판을 칩에 내부연결하는데 사용되는 고밀도 선도 기술 중에서 팁 상의 솔더 또는 납 없는(lead-free) 솔더를 갖는 솔더 범프, 납 없는 솔더 범프, 또는 구리 범프는 칩 종결 패드 상에서 성장하고, 칩은 이후에 기판의 정상면 패드 상의 범프에 내부연결하기 위해 플립 오버되는 "플립 칩 기술" 이 잘 확립되어 있다. 칩 범프 및 피치가 더 조밀하면, 발전된 기판은 보통 칩 범프의 내부연결을 지원하기 위해 그 자체에 범프를 구비한다. 기판 패드상의 이러한 범프는 "솔더온패드(SoP : Solder on Pad)" 범프로 또한 알려져 있고, 일반적으로 솔더 또는 리드 프리 솔더로 이루어진다. 이들은 일반적으로 리플로우(reflow)가 뒤따르는 스텐실 인쇄에 의하거나 또는 리플로우가 뒤따르는 전기도금 프로세스에 의해 기판 종결 패드에 적용된다. 이러한 범프는 다이면으로부터 범프의 배치를 도울 수 있는 정상 평탄면을 생성하기 위해 열과 압력을 사용함으로써 일반적으로 압인(coined)된다.
칩 범프가 리플로우를 통해 SoP 범프와 접촉하는 경우, SoP 범프의 솔더 재료는 칩 범프와의 신뢰할만한 기계적 전자적인 접촉을 생성하는 것을 돕는다. SoP 없이, 칩 범프의 솔더 재료는 충분치 않을 수 있거나 기판 종결 패드의 전체면을 완전히 흐르게 및 젖지 못하게 할 수 있고 이에 의해 신뢰성 위험 또는 심지어 칩과 기판 사이의 단절을 생성할 수 있다. 이는 특별한 관심사로서 대부분의 기판이 자연적으로 종결 기판 패드 위로 연장되는 솔더 마스크 외부 보호층을 갖고 있으므로 이에 의해 이러한 패드가 SoP 범프 없이 접근하는 것을 어렵게 한다.
칩 범프의 크기 및 피치는 SoP의 크기 및 피치에 대해 가능한 많이 정렬되어야 한다. 칩 기술에서 현재의 개발 단계는 접촉에서 더 높은 집중도를 요구하므로, 칩은 더욱 조밀해지고, 연결 범프는 더욱 작고 더욱 조밀하게 채워질 것이다. 결과적으로 기판상의 SoP 범프의 적용은 더욱 도전적이다. 자연적으로, SoP의 적용은 이전 기판 제조 단계 보다 낮은 수율 공정이 되고, 기판 제조에서 최종 공정 단계 중의 하나로서, 이는 스크랩, 재작업, 테스트 및 코스트 비율을 증가시킨다. 추가적으로, SoP 범프의 이후 생성에서의 피치가 더욱 세밀할수록, 리플로우 이후 및 칩 조립 동안 인접한 범프 사이가 쇼트됨에 의해 실패는 더욱 커지게 되고, 이에 의해 추가로 수율이 감소하고 전체 패키지 비용은 증가한다.
포스트 사이즈가 줄어듦에 따라, 쇼트를 방지하기 위해 각각의 와이어를 서로 전자적으로 분리하는 것은 더욱 어렵게 된다. 솔더링은 또한 너무 작은 솔더가 깨져버린 연결을 야기할 수 있다는 점에서 매우 힘들다. 그러나 너무 많은 솔더는 인접한 연결 사이에서 쇼트를 만드는 리스크를 가진다.
솔더 범프의 전기도금이 알려져 있다. 예컨대, US 5,162,257, Yung의 US 5,293,006,및 Rinne의 US 6,117,299를 보면 된다.
더욱 증가된 소형화에 대한 현재의 방향과 증가된 복잡성 때문에 솔더 범프의 밀도가 증가하고 그들의 사이즈는 감소함에 따라서, 리플로우 동안 솔더가 용융되는 경우 쇼트를 방지하는 것은 점점더 어려워지고 있다.
우수한 전자적이고 기계적인 연결을 제공하는 것이 필요함에 따라, 기판상에 솔더 범프를 제조하는 특별한 문제는 구리 비아들 아래에 그들을 정확히 정렬하는 것이다.
본 발명의 실시예들은 이러한 이슈들에 대해 역점을 두어 말할 것이다.
다층 전자 지지체의 구리 비아들과 정렬되는 다층 전자 지지 구조체 상에 SoP 범프를 제공하고자 하는 니즈가 존재한다.
본 발명의 일 측면은 X-Y 평면으로 연장되는 피처층들을 포함하는 다층 복합 전자 구조체로서, 각각의 인접한 한 쌍의 피처층들은 내부 비아층에 의해 분리되고, 상기 비아층은 상기 X-Y 평면에 수직한 Z 방향으로 인접한 피처층들과 연결되는 비아 포스트들을 포함하며, 상기 비아 포스트들은 내부층 유전체에 실장되고, 상기 다층 복합 구조체는 적어도 하나의 마이크로 범프들을 포함하는 종결들의 적어도 하나의 외부층을 추가로 포함하고, 상기 적어도 하나의 마이크로 범프는 납땜가능한 재료로 덮인 비아 필러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 상기 종결들의 적어도 하나의 외부층은 마이크로 범프들의 2차원 배열을 포함한다.
선택적으로, 상기 마이크로 범프의 두께는 15마이크론에서 50마이크론 사이인 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 납땜가능한 재료는 납, 주석, 납-주석 합금들, 주석-은 합금들, 구리 은 구리 합금들, 주석 구리 합금들 및 주석 구리 니켈 합금들로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
일반적으로, 상기 납땜가능한 재료는 주석 계열인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 납땜가능한 재료는 납이 없는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 적어도 하나의 마이크로 범프의 직경은 칩 범프들과 호환가능한 범위인 것을 특징으로 한다.
일반적으로, 상기 적어도 하나의 마이크로 범프의 직경은 60마이크론에서 110마이크론의 범위인 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 적어도 하나의 마이크로 범프의 직경은 최소 25마이크론인 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 인접한 마이크로 범프들의 분리는 최소 15마이크론인 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 마이크로 범프들의 피치는 40마이크론인 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 유전체의 외부층은 100㎚ 미만의 평활도(smoothness)를 갖는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 유전체의 외부층은 50㎚ 미만의 평활도(smoothness)를 갖는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 유전체의 외부층은 NX04H(Sekisui), HBI-800TR67680(Taiyo) 및 GX-13(Ajinomoto)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면은 유전체 내에 실장된 비아 포스트들의 외부층을 갖는 다층 복합 구조체의 일 면을 종결시키는 방법으로서, (b) 구리 비아들을 노출시키기 위해 상기 외부층을 얇게하는 단계와, (c) 상기 얇아진 비아들 위로 구리 층을 스퍼터링하는 단계와, (d) 포토레지스트의 최종에서 두번째 패턴을 적용하고, 노출하고 및 현상하는 단계와, (e) 외부 피처층을 상기 패턴 내부로 전기도금하는 단계와, (f) 상기 포토레지스트의 최종에서 두번째 패턴을 벗겨내는 단계와, (g) 마이크로 범프들의 바람직한 패턴에 상응하는 포토레지스트의 최종 패턴을 적용하고, 노출하고 및 현상하는 단계와, (h) 상기 포토레지스트의 최종 패턴 내부로 구리 비아 포스트들을 패턴 도금하는 단계와, (i) 상기 구리 비아 포스트들 위로 납땜가능한 금속을 패턴 도금하는 단계와, (j) 상기 포토레지스트의 최종 패턴을 벗겨내는 단계와, (k) 시드층을 에칭하는 단계와, (l) 유전체 외부층을 적층하는 단계와, (o) 상기 비아 포스트의 납땜가능한 캡을 노출시키기 위해 상기 유전체 외부층을 플라즈마 에칭하는 단계, 및 (p) 상기 납땜가능한 캡에 마무리 처리를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 유전체 외부층은 필름 유전체 및 드라이 필름 솔더 마스크로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 납땜가능한 캡에 마무리 처리를 적용하는 단계(p)는, 상기 비아 포스트의 축을 따라 상기 솔더 캡에 압력을 가함으로써 평평하게 압인된 납땜가능한 캡을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 납땜가능한 캡에 마무리 처리를 적용하는 단계(p)는, 압력하에서 리플로우를 야기하기 위해 열과 함께 상기 비아 포스트의 축을 따라 압력을 가함으로써 평평하게 압인된(coined) 납땜가능한 캡을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 납땜가능한 캡에 마무리 처리를 적용하는 단계(p)는, 압력을 가하지 않고 리플로우를 야기하기 위해 열을 가하여, 상기 납땜가능한 캡이 표면 압력 때문에 돔 모양이 되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 방법은 유전체 외부층을 평탄화하는 단계(m)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 평탄화하는 단계는 화학적기계연마(Chemical Mechanical Polishing)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 플라즈마 에칭하는 단계는, 산소, 사불화탄소 및 불소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 가스들을 이온화하는 단계를 포함하는 낮은 압력 분위기에서 이온 충격에 노출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 상기 방법은 기판의 다른 면 상에 종결들을 적용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 종결들을 적용시키는 단계는, (na) 구리 비아들의 끝단을 노출시키기 위해 상기 다른 면을 얇게하는 단계와, (nb) 구리 시드층을 스퍼터링하는 단계와, (nc) 포토레지스트층을 적용하고, 노출하고 및 현상하는 단계와, (nd) 구리 패드들을 상기 포토레지스트 내부로 전기도금하는 단계와, (ne) 상기 포토레지스트를 제거하는 단계, 및 (nf) 상기 구리 패드들 사이에 및 중첩되게 기판 위로 솔더 마스크를 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면은 납땜가능한 범프들을 비아 포스트들의 끝단들에 적용하는 방법으로서, 상기 비아 포스트들을 패터닝된 포토레지스트 내부로 전기도금하는 단계와, 상기 비아 포스트들 위로 납땜가능한 재료를 도금하는 단계와, 상기 비아 포스트들 및 납땜가능한 재료를 노출하기 위해 상기 포토레지스트를 제거하는 단계와, 유전체층을 적용하는 단계와, 상기 납땜가능한 캡들을 세운 상태로 두기 위해 상기 유전체층을 플라즈마 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 상기 방법은 상기 납땜가능한 재료에 마무리 처리를 적용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
선택적으로, 압축하는 단계는 (i) 상기 납땜가능한 캡들을 압인하기 위해 상기 비아 포스트들의 축을 따라 압력을 가하는 단계 및 (ii) 상기 납땜가능한 캡들의 리플로우를 야기하기 위해 열을 가하는 단계 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 보다 잘 이해하기 위해 그리고 어떻게 효과적으로 진행되는 지를 도시하기 위해, 첨부도면에 순수 예시를 목적으로 도면부호를 도시한다.
이제, 상세하게 도면을 참고하여, 도시된 상세한 점은 본 발명의 양호한 실시예의 예시적 설명을 목적으로 하는 일예이며, 본 발명의 원리 및 개념의 설명이 가장 유용하게 신속하게 이해될 수 있도록 제공되는 것이다. 이와 관련하여, 본 발명의 기본적 이해를 위해 필요한 것 이상으로 상세하게 본 발명의 구조적 상세함을 도시하지 않았으며, 발명의 설명은 이 기술 분야의 당업자에게는 본 발명의 몇몇 형태가 실제로 어떻게 구현될 수 있는지 알 수 있게 작성된 도면을 참조하여 이루어진다.
도 1은 플립칩 기술을 사용하여 IC를 연결하기 위해 다층 복합 전자 구조체 상에 초미세 피치 볼 그리드 어레이 종결을 제조하기 위한 공정을 설명하는 흐름도,
도 1a는 다층 복합 전자 구조체를 나타내는 개략도,
도 1b는 임베디드 필러의 끝단을 노출하도록 얇아진 제 1 면을 갖는 도 1a의 다층 복합 전자 구조체를 나타내는 개략도,
도 1c는 얇은 표면상에 스터퍼링된 구리 시드층을 갖는 도 1b의 다층 복합 전자 구조체를 나타내는 개략도,
도 1d는 패드의 패턴를 만들기 위해 포토레지스트의 적용, 노출 및 현상 이후에 도 1c의 다층 복합 전자 구조체를 나타내는 개략도,
도 1e는 포토레지스트 안으로 구리를 도금한 이후 도 1d의 다층 복합 전자 구조체를 나타내는 개략도,
도 1f은 포토레지스트를 벗겨낸 이후 세워진 구리 패드를 갖는 다층 복합 전자 구조체를 나타내는 개략도,
도 1g은 종결 펙(peg)의 패턴을 만들기 위해 포토레지스트의 적용, 노출 및 현상 이후 다층 복합 전자 구조체를 나타내는 개략도,
도 1h은 패터닝된 포토레지스트 안으로 구리를 도금한 이후의 다층 복합 전자 구조체를 나타내는 개략도,
도 1i는 패터닝된 포토레지스트 내부의 구리 위로 납땜가능한 금속 또는 합금을 도금한 이후의 다층 복합 전자 구조체를 나타내는 개략도,
도 1j은 포토레지스트를 벗겨낸 이후 세워진 구리 및 솔더 범프의 어레이를 갖는 다층 복합 전자 구조체를 나타내는 개략도,
도 1k은 구리 시드층을 에칭한 이후 세워진 구리 및 솔더 범프의 어레이를 갖는 다층 복합 전자 구조체를 나타내는 개략도,
도 1l은 솔더 범프 어레이 위로 적층된 필름 유전체 또는 드라이 필름 솔더 마스크를 갖는 다층 복합 전자 구조체를 나타내는 개략도,
도 1m은 일반적으로 화학적기계연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing)를 사용하여 솔더 범프 어레이 위로 적층된 필름 유전체 또는 드라이 필름 솔더 마스크를 평탄화하는 선택 단계 이후의 다층 복합 전자 구조체를 나타내는 개략도,
도 1na는 구리 비아들의 끝단을 노출하기 위해 갈아진 다층 복합 전자 구조체의 다른면을 나타내고,
도 1nb는 상면에 스퍼터링된 구리 시드층을 갖는 다층 복합 전자 구조체의 다른면을 나타내고,
도 1nc는 적용, 노출 및 현상 이후 포토레지스트의 패턴을 갖는 다층 복합 전자 구조체의 다른면을 나타내고,
도 1nd는 포토레지스트의 패턴 안으로 도금된 구리를 갖는 다층 복합 전자 구조체의 다른면을 나타내고,
도 1ne는 포토레지스트를 벗겨낸 이후의 다층 복합 전자 구조체의 다른면을 나타내고,
도 1nf는 시드층을 에칭한 이후의 다층 복합 전자 구조체의 다른면을 나타내고,
도 1ng는 패터닝된 솔더 마스크를 증착한 이후의 다층 복합 전자 구조체의 다른면을 나타내고,
도 1o는 구리 비아 포스트 위로 납땜가능한 캡을 노출하기 위해 유전체 필름을 얇게 한 이후의 제 1 면을 나타내고,
도 1pa는 압력하에서 밀도를 높인 이후 제 1 면을 나타내고,
도 1pb는 리플로우에 의해 밀도를 높인 이후 제 1 면을 나타내고,
도 2는 볼 그리드 어레이를 갖는 기판의 다른면를 종결시키는 공정을 나타내는 흐름도이고,
도 3은 인라인 플라즈마 에칭 스테이션(in-line plasma etching station)의 개략도이고,
도 4a는 기판 표면상의 유전체가 분리된 구리 패드 및 위로부터 즉, 각도 0°부터 그 위에 세워진 구리 비아 포스트를 나타내는 SEM 사진이고,
도 4b는 기판의 표면상의 유전체로부터 분리되고 단위바 크기가 100마이크론의 배율로 위로부터 및 각도 45°부터 그 위에 세워진 구리 비아 포스트를 갖는 구리 패드를 나타내는 SEM 사진이고,
도 4c는 기판의 표면상의 유전체로부터 분리되고 구리 비아 포스트 및 그 위에 도금된 주석층 모두가 선명하게 보이는 단위바 크기가 20마이크론의 배율로, 위로부터 및 각도 45°부터 그 위에 세워진 구리 비아 포스트를 갖는 구리 패드를 나타내는 SEM 사진이고,
도 4d는 리플로우 이후 돔형태로서 주석층(410)을 나타내고, 도 4c의 배율 및 기울어진 SEM 사진이고,
도 4e는 완전한 정렬을 얻기 위해 동일하게 패터닝된 포토레지스트를 사용하여 그 위로 도금된 주석 캡(407)을 갖는 세워진 구리 비아(405)를 나타내고, 단위바 크기가 10마이크론의 매우 높은 배율의 SEM 사진이고,
도 4f는 리플로우된 이후에, 도 4e에 따라 그 위로 도금된 주석 캡(407)을 갖는 세워진 구리 비아(405)를 나타내고, 단위바 크기가 10마이크론의 매우 높은 배율의 SEM 사진이고,
도 4g는 비아 포스트의 축 방향으로 압력을 가한 납땜가능한 캡의 중간 배율의 SEM 사진이고,
도 4h는 비아 포스트의 축 방향으로 압력을 가한 납땜가능한 캡의 더 높은 배율의 SEM 사진이고,
도 4i는 비아 포스트의 축 방향으로 압력을 가한 납땜가능한 캡의 중간 배율의 SEM 사진이고,
도 4j는 압력을 가함으로써 비아 포스트의 축 방향으로 압력을 가하고 열에 의해 리플로우가 발생하는 납땜가능한 캡의 더 높은 배율의 SEM 사진이다.
다양한 도면상에서 유사한 참조부호는 유사한 구성요소를 지칭한다.
이하의 상세한 설명에서는 유전체 매트릭스 내의 금속 비아들, 특히 유리 섬유로 강화된 폴리이미드, 에폭시 또는 BT(Bismaleimide/Triazine) 또는 그들의 혼합물과 같은 고분자 매트릭스 내의 구리 비아 포스트들로 이루어진 지지 구조체가 설명된다.
매우 많은 비아 포스트를 갖는 매우 큰 기판 어레이를 포함하는 큰 패널이 제조될 수 있고, 여기에 참조문헌으로 첨부된 US 7,682,972, US 7,669,320 및 US 7,635,641, Hurwitz 외에서 설명된 바와 같이, 이는 포토 레지스트 및 패턴 또는 패널 도금 및 적층 기술의 피처이다. 이러한 패널들은 실질적으로 평평하고 부드럽다.
이는 비아들이 포토레지스트를 사용하여 전기도금함으로써 제조되는 기술의 추가적인 피처이고 드릴 & 필에 의해 생성된 비아들 보다 더 좁아질 수 있다. 현재, 가장 좁은 드릴 & 필 비아들은 대략 60마이크론이다. 포토레지스트를 사용하여 전기도금함으로써 50마이크론 이하, 또는 심지어 30마이크론에 해당하는 해상도가 얻어질 수 있다. 이러한 기판들에 IC들을 연결하는 도전이 이루어지고 있다. 플립칩 연결을 위한 하나의 접근은 솔더 범프가 구리 비아들을 종결시키기 위해 지지구조에 적용되는 솔더온패드(SoP) 종결을 제공하는 것이다. 이는 미세한 피치와 작은 크기 때문에 달성하는 것이 매우 어렵다.
본 발명의 실시예들은 지지 구조체의 구리 비아의 끝단에서 솔더 범프를 제공함으로써 이러한 이슈에 대해 중점적으로 이야기하고자 한다.
일 실시예는 얇은 끝을 갖는 구리 기둥들로 이루어진다.
도 1 및 도 1a에서 도 1n을 참조하여, 플립칩 기술을 사용하여 IC가 연결되는 다층 복합 전자 구조체 상의 초미세 피치 볼 그리드 어레이를 제조하는 공정이 설명된다.
먼저, 종래 기술의 다층 복합 지지 구조체가 단계(a)에서 얻어진다. 도 1a에 나타난 바와 같이, 다층 지지 구조체(100)는 개별층들을 절연시키는 유전체층(110, 112, 114, 116)에 의해 분리된 구성요소의 기능층(102, 104, 106)을 포함한다. 유전체층을 통과하는 비아(118)들은 인접한 기능층 또는 피처층(102, 104, 106)의 피처(108)들 사이에서 전기적 연결을 제공한다. 따라서 피처층(102, 104, 106)은 X-Y 평면에서 층 내에 일반적으로 놓여진 피처(108)들과, 유전체층(110, 112, 114, 116)을 가로질러 전류를 도전시키는 비아(118)들을 포함한다. 비아(118)들은 일반적으로 최소의 인덕턴스를 갖도록 설계되고 그들 사이에 최소의 커패시턴스를 갖도록 충분히 분리되어 있다.
비아들은 드릴 & 필에 의해 제조될 수 있지만, 제조상 더 큰 유연성과 많은 수의 비아들이 동시에 제조될 수 있게 함으로써 더 높은 밀도 및 더 충분한 처리를 제공하기 위해 바람직하게 비아들은 Hurwitz 외의 US 7,682,972, US 7,669,320 및 US 7,635,641 에서 설명된 기술을 사용하는 전기도금에 의해 제조된다. 비아 포스트 기술은 다른 직경의 비아들, 원형이 아닌 비아들, 패러데이 상자(faraday cage), 임베디드 수동 요소 및 다른 피처를 허용한다. 도 1a는 설명을 위한 개략도이다. 실제 기판은 더 많거나 더 적은 피처층 및 더 적거나 더 적은 비아들을 가질 수 있다. 일반적으로 기판(100)은 많은 수의 비아들을 포함한다. 비아들, 피처층 및 유전체, 이후의 개략도에서의 추가적인 구성요소의 상대적인 치수는 단지 예시일 뿐이고, 비율화 되지 않는다.
칩이 플립칩 본딩에 의해 결합되는 다층 복합 유전체 구조체(100)의 면은 먼저 얇아진다 - 구리 비아들(110)의 끝단을 노출하고(단계(b)), 도 1b를 참고하라. 화학적, 기계적, 바람직하게는 화학적기계연마(CMP)가 사용될 수 있다. 그 다음, 구리의 시드층(120)은 얇아진 표면 위로 스퍼터링된다(단계(c)). 결과적인 표면은 도 1c에 개략적으로 도시된다.
도 1d를 참고하면, 패드의 패턴을 제공하기 위해 포토레지스트층(122)이 적용되고, 노출되며 현상된다(단계(d)). 도 1e에 도시된 바와 같이, 구리 패드들(124)은 그 다음 포토레지스트 안으로 도금되고(단계(e)), 구리 시드층(120)은 양극으로서 동작한다.
그리고, 도 1f의 포토레지스트(122)은 벗겨져 나가고(단계(f)), 세워진 구리 패드들(124)과 시드층(120) 사이로 노출된다.
도 1g를 참고하면, 종결 펙의 패턴을 제공하기 위해 제 2 포토레지스트층(126)은 적용, 노출 및 현상된다(단계(g)).
그 다음 도 1h에 개략적으로 도시된 구조를 제공하기 위해 구리는 패터닝된 포토레지스트(126) 안으로 도금된다(단계(h)).
도 1i에 개략적으로 도시된 구조를 제공하기 위해 일반적으로 주석(Sn)과 같은 납땜가능한 금속 및 합금(130)은 패터닝된 포토레지스트(126) 안의 구리(128) 위로 전기도금된다(단계(i)).
다양한 납땜가능한 합금이 전기도금될 수 있다. 이들의 대부분은 183℃의 녹는점을 갖는 주석-납 공융(eutectic) 혼합물 Sn63Pb37이다. 다른 납땜가능한 재료는 순수 납을 포함한다. 그러나 납 사용을 제한하기 위해, 다양한 납이 없는 솔더가 개발되었다. 이들은 순수한 납, 221℃의 녹는점을 갖는 주석-구리 Sn96.5Ag3.5, 및 218-219℃의 녹는점을 갖는 Sn96.5Ag3.0Cu.5, 217-219℃의 녹는점을 갖는 Sn95.8Ag3.5Cu.7, 217-219℃의 녹는점을 갖는 Sn95.5Ag3.8Cu.7, 217℃의 녹는점을 갖는 Sn95.2Ag3.8Cu1 및 217-219℃의 녹는점을 갖는 Sn95.5Ag4Cu.5와 같은 다양한 주석 은 구리 합금을 포함한다. 또한 227℃의 녹는점을 갖는 Sn99.3Cu.7과 227℃의 녹는점을 갖는 Sn99.3Cu.7+Ni와 같은 약간의 은이 없는 혼합물도 존재한다. 이들 전기도금의 모두는 포토레지스트 내의 짧은 구리 비아 포스트 상에서 만들어진다. 다른 후보 재료는 순수 주석이다. 다우 케미컬(DOW Chemicals)은 매우 성능이 좋은 것으로 알려진 설폰산 기반 주석 도금 용액인 Solderon ECT Matte Tin을 제공한다.
드릴 필 비아들을 갖는 솔더 범프들을 정렬하는 것은 갈수록 비아 직경이 감소하고 단위 영역당 비아의 개수가 증가하기 때문에 가장 어려운 것으로 생각되고 있다. 이는 생산량과 신뢰성을 낮추고 있다. 여기에서 설명된 본 방법에서, 동일한 패턴이 비아 포스트들과 솔더 범프들 상에 전기 도금하는데 사용된다. 이러한 제조 기술은 전체적으로 이들 문제를 극복하여, 아래에 위치하는 구리 비아 포스트들을 갖는 솔더 범프들의 양호한 정렬을 확실하게 한다.
그 다음 포토레지스트(126)는 벗겨지고(단계(j)), 세워진 구리 및 솔더 범프의 배열을 갖는 다층 복합 전자 구조체를 나타내는 도 1j에 도시된 구조가 제공된다.
그 다음 구리 시드층(120)은 에칭된다(단계(k)). 도 1k에 그 구조가 도시된다.
필름 유전체 또는 드라이 필름 솔더 마스크(132)가 솔더 범프들(130) 배열 위로 적층된다(단계(l)). 솔더 범프들(130) 위로 적층된 필름 유전체 또는 드라이 필름 솔더 마스크(132)를 갖는 다층 복합 전자 구조체(100)의 개략적인 도면이 도 1l에 도시된다.
도시되지 않았지만, 아래에 위치한 구리 비아 포스트들(128) 상의 솔더 캡들(130)이 서로 분리되는 동안에 환류는 솔더 플로(flow)가 인접한 범프들이 쇼트되지 않게 하는 하나의 방법이다.
종종, 필름 유전체/드라이 필름 솔더 마스크(132)의 표면은 다소 울퉁불퉁 하고, 선택적으로 일반적인 화학적기계연마(CMP)를 사용하여 필름 유전체/드라이 필름 솔더 마스크(132)는 평탄화된다(단계(m)). 이는 도 1m을 참고하라.
이 단계에서, 볼 그리드 어레이(ball grid array)를 갖는 기판(100)의 다른 면을 종결시키는 것이 편리하다. 이러한 행위를 하는 공정이 도 2에 도시되고, 다양한 구조가 도 1na에서 도 1ng까지 도시된다.
따라서, 도 1na에서 도 1ng 및 도 2를 참조하면, 다층 복합 전자 구조체(100)의 다른 면을 종결시키기 위해, 다른 면은 갈아지고(단계(na)), 도 1na에 개략적으로 나타난 바와 같이 구리 비아들(116)의 끝단은 노출된다. 그 다음 도 1nb에 개략적으로 도시된 바와 같이 구리 시드층(134)을 형성하기 위해 갈아진 표면 위로 구리가 스퍼터링된다(단계(nb)). 도 1nc를 참조하면, 그 다음 포토레지스트(136)가 적용되고, 노출되며 현상된다(단계(nc)). 그 다음 도 1nd에 나타난 것과 같이, 구리층(138)은 포토레지스트(136)의 패턴 내로 전기도금된다(단계(nd)). 그 다음 포토레지스트(136)는 벗겨지고(단계(ne)), 도 1ne에 나타난 것과 같은 구조를 제공한다. 그 다음 시드층(134)이 에칭되고(단계(nf)), 도 1nf와 같은 구조를 제공하고, 그 다음 패터닝된 솔더 마스크(140)가 구리 패드들(138) 주위 및 중첩되어 적용된다(단계(ng)). 구조는 도 1ng에 도시된다.
그 다음 솔더볼은 (다이 조립 후에) 종결된 패키지와의 볼 그리드 어레이(BGA) 내부연결을 생성하기 위해 구리 패드들(138) 위로 적용된다.
도 3에 인라인 플라즈마 에칭 스테이션(in-line plasma etching station)이 개략적으로 도시된다. 이는 내부에 캐리어(304)가 기판(306)을 지지하는 진공 챔버(302)로 이루어진다. 플라즈마 에칭 공정을 위해 이온화되는 예컨대, 산소, 사불화탄소(CF4) 및 아르곤과 같은 가스는 흡입구(312)를 통해 진공 챔버(312)로 인입될 수 있다. 기판(306)과 상부 전극(308) 사이에 전위차를 유지함으로써, 플라즈마 존(314)은 생성된다. 광방출 분광계 분석기(optical emission spectrometer analyzer)(310)는 주석이 노출되고 구리가 실시간으로 막 커버될 때의 종료점을 검출하여 정확한 컴퓨터 제어가 되도록 한다.
도 3에 개략적으로 도시된 장치(300)를 사용하는 이온 보조 플라즈마 에칭 공정에 의해, 유전체 필름(132)은 제거되어 보통 주석 또는 주석 합금으로 이루어진 납땝가능한 캡(130)이 노출될 수 있다(단계(o)). 이는 도 1o를 참고하라.
전기도금 이후에, 납땜가능한 합금은 다이 조립 동안 정확한 유동 재료를 사용할 필요없이, 다이 조립 공정 동안 기판 범프들 사이의 공동이 다이 범프들로 생성될 수 있는 높은 표면 거칠기를 포함할 수 있다. 결과적으로 플립칩 조립 공정을 더욱 쉽게 그리고 도움을 주기 위해 기판상에 전기 도금된 범프의 최상 표면을 "부드럽게 하거나" 또는 "압인하는(coin)" 것과 같은 최종 처리를 적용하는 것이 필요하다(단계(pa)). 다른 표면 처리 기술이 사용될 수 있다.
예컨대, 도 1pa를 참조하면, 압축장치에서 비아 포스트들의 축을 따라 압력을 가함으로써, 예컨대 납땜가능한 캡들은 만들어질 수 있다. 이러한 공정을 돕기 위해, 열이 또한 가해질 수 있고, 기판 범프들의 리플로우를 발생시킨다. 미세하고 부드러운 표면(130a)을 갖는 평탄한 납땜가능한 캡들의 배열을 갖는 것은 플립칩의 범프 배열의 부착을 도울 수 있고 기판 범프들에 대한 다이의 인터페이스에서 공동을 방지한다.
선택적으로, 그리고 유용하게 범프들을 포함하지 않는 낮은 I/O 카운트 다이(들)의 부착을 위해, 기판상의 납땜가능한 캡들은 리플로우를 만들 수 있을 만큼충분한 열에 노출될 수 있고, 압인(coining)을 생성할 만큼의 압축력이 없는 경우, 솔더 메니스커스(meniscus)의 표면 장력 때문에 돔 모양의 캡들(130b)을 녹이고 형성하는 납땜가능한 재료가 될 수 있다(도 1pb). 이러한 경우 기판상의 압인되지 않는 범프들은 직접적으로 Ni/Au 또는 다른 최종 금속 종결을 포함하는 평평한 패드 상에 범프가 없는 다이(non bumped die)에 직접 부착될 수 있다.
리플로우가 있든 없든 납땜가능한 캡들(130)은 서로 분리되게 하는 것을 확실히 하여, 솔더 흐름이 인접한 범프들이 쇼트되지 못하도록 도와준다.
도 4a를 참조하면, 기판의 표면상의 유전체(404)와 분리된 구리 패드들(402)을 보여주고, 위로부터 즉, 각도 0°부터 그 위로 세워진 구리 비아 포스트들(406)을 보여주는 SEM 사진이 도시되어 있다. 단위바는 100마이크론이고, 비아 포스트들은 직경이 대략 50마이크론인 것으로 나타난다.
도 4b를 참조하면, 단위바는 100마이크론의 배율로, 기판의 표면상의 유전체와 분리된 구리 패드들을 보여주고, 위로부터 및 각도 45°부터 그 위로 세워진 구리 비아 포스트들을 갖는 SEM 사진이 도시되어 있다.
도 4c를 참조하면, 단위바(409)는 20마이크론의 배율로,기판의 표면상의 유전체(404)와 분리된 구리 패드들(402)을 나타내고, 위로부터 및 각도 45°부터 그 위로 세워진 구리 비아 포스트들을 갖는 SEM 사진이 도시되어 있고, 구리 비아 포스트(405) 및 그 위로 전기도금된 주석층(407)은 모두 명확하게 보이고, 더 조밀한 주석(407)은 구리(405) 보다 더 밝다.
도 4d를 참조하면, 리플로우 이후 돔형태로서 주석층(410)을 나타내고, 도 4c의 배율 및 기울어진 SEM 사진이다. 이는 공정 단계(p), 변형 b에 의해 얻어진 최종 형태이다.
도 4e를 참조하면, 단위바(411)가 10마이크론의 매우 높은 배율의 SEM 사진이 도시된다. 이는 완전한 정렬을 얻기 위해 동일하게 패터닝된 포토레지스트를 사용하여 그 위로 도금된 주석 캡(407)을 갖는 세워진 구리 비아(405)를 나타낸다.
도 4f를 참조하면, 단위바가 10마이크론의 도 4e의 매우 높은 배율의 SEM 사진이 도시된다. 여기서, 주석 캡(410)은 리플로우 때문에 가열되고, 돔 형태(410)를 갖게 된다. 이는 공정 단계(p), 변형 b에 의해 얻어진 최종 형태이다.
도 4g를 참조하면, 리플로우 없이 압력이 가해진 한쌍의 납땜가능한 캡들(420)이 도시된 SEM 사진이 도시된다. 도 4h를 참조하면, 리플로우 없이 압력이 가해진 하나의 납땜가능한 캡이 도시된다. 압력을 가하는 것은 납땜가능한 캡들을 압축하고 그들을 조밀하게 하여, 플립칩 IC의 범프들이 부착될 수 있는 표면을 제공하게 된다.
도 4i 및 도 4j를 참조하면, 압력이 가해지고 동시에 리플로우되는 압축 리플로우 납땜가능한 구리들(425)을 갖는 구리 비아들(426)이 되시된다. 압력과 열을 공급함으로써, 평평하고 조밀한 납땜가능한 캡들이 얻어지고 이는 조밀하고 구리 비아들에 잘 부착된다.
이상적으로 기판 범프는 칩들 상의 솔더 범프들과 유사한 직경을 갖는다. 일반적으로 60㎛에서 110㎛이다. 이상에서 설명한 기술은 적어도 35㎛의 범프 직경을 허용한다. 이들은 55㎛의 피치를 제공하면서, 대략 20㎛의 공간에 의해 분리될 수 있다. 실제로, 15마이크론 공간에 의해 분리된 15마이크론 직경을 갖는 마이크로 범프들도 또한 가능하다.
외부층의 매우 높은 피치 기판 배열을 적층하기에 적합한 것으로 알려진 상업적으로 얻을 수 있는 다수의 고분자 유전체 필름들이 존재한다. 이들은 Sekisui로부터 얻을 수 있는 NX04H, Taiyo로부터 얻을 수 있는 HBI-800TR67680 및 Ajinomoto로부터 얻을 수 있는 GX-13을 포함한다.
상기 기재는 단지 설명을 위해 제공된 것이다. 본 발명은 많은 변경예가 가능하다는 점을 알아야 한다.
본 발명의 몇몇의 실시예들이 설명되었다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 다른 실시예들도 뒤따르는 청구의 범위의 기술적 사상 내에 있는 것이다.
당해 기술 분야의 숙련자는 상기 특별히 도시하고 설명한 것으로 본 발명이 제한되는 것은 아니라는 점을 알아야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위로 한정되며, 상술한 다양한 특징의 조합 및 서브 조합과 수정 및 변경예도 포함할 수 있다는 점은 당해 기술 분야의 숙련자가 상기 설명을 읽을 때 알 수 있다.
청구범위에서, 단어 "포함하다(comprise)"와, "포함하다(comprises)", "포함하는(comprising)" 등과 같은 변형예는 나열된 구성요소가 포함되지만 다른 구성요소를 배재하는 것은 아니라는 점을 나타낸다.

Claims (24)

  1. X-Y 평면으로 연장되는 피처층들을 포함하는 다층 복합 전자 구조체로서,
    각각의 인접한 한 쌍의 피처층들은 내부 비아층에 의해 분리되고,
    상기 비아층은 상기 X-Y 평면에 수직한 Z 방향으로 인접한 피처층들과 연결되는 비아 포스트들을 포함하며,
    상기 비아 포스트들은 내부층 유전체에 실장되고,
    상기 다층 복합 구조체는 적어도 하나의 마이크로 범프들을 포함하는 종결들의 적어도 하나의 외부층을 추가로 포함하고,
    상기 적어도 하나의 마이크로 범프는 납땜가능한 재료로 덮인 비아 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 복합 전자 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 범프의 두께는 15마이크론에서 50마이크론 사이인 것을 특징으로 하는 다층 복합 전자 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 납땜가능한 재료는 납, 주석, 납-주석 합금들, 주석-은 합금들, 구리 은 구리 합금들, 주석 구리 합금들 및 주석 구리 니켈 합금들로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 다층 복합 전자 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 납땜가능한 재료는 주석 계열인 것을 특징으로 하는 다층 복합 전자 구조체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 납땜가능한 재료는 납이 없는 것을 특징으로 하는 다층 복합 전자 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 범프의 직경은 칩 범프들과 호환가능한 범위인 것을 특징으로 하는 다층 복합 전자 구조체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 범프의 직경은 60마이크론에서 110마이크론의 범위인 것을 특징으로 하는 다층 복합 전자 구조체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 범프의 직경은 최소 25마이크론인 것을 특징으로 하는 다층 복합 전자 구조체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 범프들의 분리는 최소 15마이크론인 것을 특징으로 하는 다층 복합 전자 구조체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 범프들의 피치는 40마이크론인 것을 특징으로 하는 다층 복합 전자 구조체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체의 외부층은 100㎚ 미만의 평활도(smoothness)를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 복합 전자 구조체.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체의 외부층은 50㎚ 미만의 평활도(smoothness)를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 복합 전자 구조체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체의 외부층은 NX04H(Sekisui), HBI-800TR67680(Taiyo) 및 GX-13(Ajinomoto)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다층 복합 전자 구조체.
  14. 유전체 내에 실장된 비아 포스트들의 외부층을 갖는 다층 복합 구조체의 일 면을 종결시키는 방법으로서,
    (b) 구리 비아들을 노출시키기 위해 상기 외부층을 얇게하는 단계와,
    (c) 상기 얇아진 구리 비아들 위로 구리층을 스퍼터링하는 단계와,
    (d) 포토레지스트의 최종에서 두번째 패턴을 적용하고, 노출하고 및 현상하는 단계와,
    (e) 외부 피처층을 상기 패턴 내부로 전기도금하는 단계와,
    (f) 상기 포토레지스트의 최종에서 두번째 패턴을 벗겨내는 단계와,
    (g) 마이크로 범프들의 바람직한 패턴에 상응하는 포토레지스트의 최종 패턴을 적용하고, 노출하고 및 현상하는 단계와,
    (h) 상기 포토레지스트의 최종 패턴 내부로 구리 비아 포스트들을 패턴 도금하는 단계와,
    (i) 상기 구리 비아 포스트들 위로 납땜가능한 금속을 패턴 도금하는 단계와,
    (j) 상기 포토레지스트의 최종 패턴을 벗겨내는 단계와,
    (k) 시드층을 에칭하는 단계와,
    (l) 유전체 외부층을 적층하는 단계와,
    (o) 상기 비아 포스트의 납땜가능한 캡을 노출시키기 위해 상기 유전체 외부층을 플라즈마 에칭하는 단계, 및
    (p) 상기 납땜가능한 캡에 마무리 처리를 적용하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 내에 실장된 비아 포스트들의 외부층을 갖는 다층 복합 구조체의 일 면을 종결시키는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 유전체 외부층은 필름 유전체 및 드라이 필름 솔더 마스크로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유전체 내에 실장된 비아 포스트들의 외부층을 갖는 다층 복합 구조체의 일 면을 종결시키는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 단계(p)는,
    상기 비아 포스트의 축을 따라 상기 솔더 캡에 압력을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 내에 실장된 비아 포스트들의 외부층을 갖는 다층 복합 구조체의 일 면을 종결시키는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 단계(p)는,
    압력하에서 리플로우를 야기하기 위해 열과 함께 상기 비아 포스트의 축을 따라 상기 솔더 캡에 압력을 가하여, 평평하게 압인된(coined) 납땜가능한 캡을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 내에 실장된 비아 포스트들의 외부층을 갖는 다층 복합 구조체의 일 면을 종결시키는 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 단계(p)는,
    압력을 가하지 않고 리플로우를 야기하기 위해 열을 가하여, 표면 장력 때문에 상기 납땜가능한 캡이 돔 모양이 되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 내에 실장된 비아 포스트들의 외부층을 갖는 다층 복합 구조체의 일 면을 종결시키는 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 플라즈마 에칭하는 단계(o)는,
    산소, 사불화탄소 및 불소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 가스들을 이온화하는 단계를 포함하는 낮은 압력 분위기에서 이온 충격에 노출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 내에 실장된 비아 포스트들의 외부층을 갖는 다층 복합 구조체의 일 면을 종결시키는 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판의 다른 면 상에 종결들을 적용하는 단계(n)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 내에 실장된 비아 포스트들의 외부층을 갖는 다층 복합 구조체의 일 면을 종결시키는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 종결들을 적용시키는 단계는,
    (na) 구리 비아들의 끝단을 노출시키기 위해 상기 다른 면을 얇게하는 단계와,
    (nb) 구리 시드층을 스퍼터링하는 단계와,
    (nc) 포토레지스트층을 적용하고, 노출하고 및 현상하는 단계와,
    (nd) 구리 패드들을 상기 포토레지스트 내부로 전기도금하는 단계와,
    (ne) 상기 포토레지스트를 제거하는 단계, 및
    (nf) 상기 구리 패드들 사이에 및 중첩되게 기판 위로 솔더 마스크를 증착하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 내에 실장된 비아 포스트들의 외부층을 갖는 다층 복합 구조체의 일 면을 종결시키는 방법.
  22. 납땜가능한 범프들을 비아 포스트들의 끝단들에 적용하는 방법으로서,
    상기 비아 포스트들을 패터닝된 포토레지스트 내부로 전기도금하는 단계와,
    상기 비아 포스트들 위로 납땜가능한 재료를 도금하는 단계와,
    상기 패터닝된 포토레지스트를 제거하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 납땜가능한 범프들을 비아 포스트들의 끝단들에 적용하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 납땜가능한 재료를 압인하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜가능한 범프들을 비아 포스트들의 끝단들에 적용하는 방법
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 납땜가능한 재료를 리플로잉하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 납땜가능한 범프들을 비아 포스트들의 끝단들에 적용하는 방법.
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