KR20170068422A - Core for reverse reflow, semiconductor package, and method of fabricating a semiconductor package - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리버스 리플로우용 심재, 반도체 패키지 및 반도체 패키지의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 범프 패드를 갖는 반도체 장치; 및 상기 범프 패드에 결합된 범프부를 갖는 반도체 패키지를 제공한다. 이 때, 상기 범프부는, 코어; 상기 코어 위에 코팅된 제 1 금속층; 상기 제 1 금속층 위에 코팅된 제 2 금속층; 및 상기 제 2 금속층 위에 코팅된 솔더층을 포함하고, 상기 솔더층의 두께는 상기 범프 패드로부터 멀어질수록 얇아질 수 있다. 본 발명의 리버스 리플로우용 심재, 반도체 패키지 및 반도체 패키지의 제조 방법을 이용하면, 접합 강도가 우수한 반도체 패키지를 높은 정밀도로 제조할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a core material for reverse reflow, a semiconductor package, and a method of manufacturing a semiconductor package, and more particularly, to a semiconductor device having a bump pad. And a bump portion coupled to the bump pad. At this time, the bump portion includes: a core; A first metal layer coated over the core; A second metal layer coated on the first metal layer; And a solder layer coated on the second metal layer, the thickness of the solder layer being thinner as the pad is away from the bump pad. INDUSTRIAL APPLICABILITY By using the core material for reverse reflow of the present invention, the semiconductor package and the manufacturing method of the semiconductor package of the present invention, it is possible to manufacture a semiconductor package with excellent bonding strength with high precision.
Description
본 발명은 리버스 리플로우용 심재, 반도체 패키지 및 반도체 패키지의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 높은 정밀도로 제조할 수 있고 접합 강도가 우수한 리버스 리플로우용 심재, 반도체 패키지 및 반도체 패키지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a core material for reverse reflow, a semiconductor package, and a method of manufacturing a semiconductor package, and more particularly, to a core material for a reverse reflow process which can be manufactured with high precision and has high bonding strength, .
인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)은 텔레비전, 휴대전화, 컴퓨터 등 가정에서 사용되는 전자제품에 널리 이용되고 있으나, 최근에는 자동차에도 많이 사용되고 있다. 가정용 전자제품에 사용되는 솔더로서는 주석(Sn)-납(Pb) 계열의 합금 제품이 많이 사용되었는데, 특히 납은 합금의 젖음성, 강도, 기계적 특성을 결정하는 성분으로 작용하여 왔으며, 납이 포함됨으로써 융점이 183℃까지 낮춰질 수 있어서 전자부품과 반도체 공정의 솔더링 공정시 발생하는 열적 손상이 방지될 수 있었다.BACKGROUND ART [0002] A printed circuit board (PCB) is widely used in household appliances such as televisions, mobile phones, and computers, but recently it has been widely used in automobiles. Lead (Sn) - lead (Pb) alloy products have been widely used as solders in household electrical appliances. Lead has been used as a component to determine the wettability, strength and mechanical properties of alloys. The melting point can be lowered to 183 DEG C, thereby preventing thermal damage occurring during the soldering process of electronic parts and semiconductor processes.
한편 납으로 인한 환경 문제와 관련하여 규제가 엄격해짐에 따라 주석(Sn)-은(Ag)-구리(Cu)의 3원계 무연 솔더 합금이 제안되었으며, 3차원 패키지의 고밀도 실장을 위해 금속 또는 비금속 심재에 Ni을 도금한 후, 패키지의 전기적 신호를 전달하기 위해 주석(Sn)-은(Ag)과 같은 2원계 또는 주석(Sn)-은(Ag)-구리(Cu)와 같은 3원계 도금층이 형성되는 도금볼이 사용되고 있다. 이러한 도금볼이 사용되는 경우 리플로우 공정 중 심재가 녹지 않고 표면에 도금된 솔더층만 용융되기 때문에 스탠드-오프(stand-off) 특성이 우수해진다. 그러나, 3원계 솔더 도금층을 형성시 제조원가가 높으며 또한 솔더층의 품질 안정성이 낮아 접합 강도가 낮아지는 문제점이 있다.Meanwhile, tin (Sn) - silver (Ag) -copper (Cu) ternary lead-free solder alloys have been proposed due to the strict regulations regarding the environmental problems caused by lead. In order to mount the high- After the core is plated with Ni, a ternary system such as tin (Sn) - silver (Ag) or tin (Sn) - silver (Ag) - copper (Cu) A plating ball is used. When such a plating ball is used, since the core material does not melt during the reflow process and only the solder layer plated on the surface is melted, the stand-off characteristic is excellent. However, when the ternary solder plating layer is formed, the manufacturing cost is high, and the quality stability of the solder layer is low, which lowers the bonding strength.
본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 접합 강도가 우수한 반도체 패키지를 높은 정밀도로 제조할 수 있는 리버스 리플로우용 심재를 제공하는 것이다.A first object of the present invention is to provide a core for a reverse reflow furnace capable of manufacturing a semiconductor package with high bonding strength with high precision.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 정밀도가 높고 접합 강도가 우수한 반도체 패키지를 제공하는 것이다.A second object of the present invention is to provide a semiconductor package having high precision and excellent bonding strength.
본 발명이 이루고자 하는 세 번째 기술적 과제는 우수한 반도체 패키지를 높은 정밀도로 제조할 수 있는 반도체 패키지의 제조 방법을 제공하는 것이다.A third object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor package capable of manufacturing an excellent semiconductor package with high precision.
본 발명이 이루고자 하는 네 번째 기술적 과제는 정밀도가 높고 접합 강도가 우수한 반도체 패키지를 포함하는 전자 시스템을 제공하는 것이다.A fourth object of the present invention is to provide an electronic system including a semiconductor package having high precision and excellent bonding strength.
본 발명은 상기 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 코어; 상기 코어 위에 코팅된 제 1 금속층; 및 상기 제 1 금속층 위에 코팅된 제 2 금속층을 포함하는 리버스 리플로우용 심재를 제공한다. 여기서, 상기 제 1 금속층은 니켈(Ni) 또는 코발트(Co)이고, 상기 제 2 금속층은 금(Au), 또는 백금(Pt)일 수 있다. 또한, 상기 제 2 금속층의 두께는 약 0.01 ㎛ 내지 약 0.3 ㎛일 수 있다.The present invention, in order to achieve the first technical object, A first metal layer coated over the core; And a second metal layer coated on the first metal layer. Here, the first metal layer may be nickel (Ni) or cobalt (Co), and the second metal layer may be gold (Au) or platinum (Pt). Also, the thickness of the second metal layer may be between about 0.01 microns and about 0.3 microns.
본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 범프 패드를 갖는 반도체 장치; 및 상기 범프 패드에 결합된 범프부를 갖는 반도체 패키지를 제공한다. 여기서, 상기 범프부는, 코어(core); 상기 코어 위에 형성된 금속간 화합물층; 및 상기 금속간 화합물층 위에 코팅된 솔더층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 솔더층의 두께는 상기 범프 패드로부터 멀어질수록 얇아질 수 있다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a semiconductor device having a bump pad; And a bump portion coupled to the bump pad. Here, the bump portion may include a core; An intermetallic compound layer formed on the core; And a solder layer coated on the intermetallic compound layer. Also, the thickness of the solder layer may become thinner away from the bump pad.
여기서, 상기 솔더층은 상기 코어의 전체를 둘러싸도록 상기 금속간 화합물층 위에 코팅될 수 있다. 상기 금속간 화합물층의 금속간 화합물은 NiCu3Sn4, (Cu,Ni)6Sn5, 및 Ni3Sn4 로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 또, 상기 반도체 패키지는 상기 코어와 상기 금속간 화합물층 사이에 제 1 금속층을 더 포함할 수 있다.Here, the solder layer may be coated on the intermetallic compound layer so as to surround the entirety of the core. The intermetallic compound of the intermetallic compound layer may be at least one selected from the group consisting of NiCu 3 Sn 4 , (Cu, Ni) 6 Sn 5 , and Ni 3 Sn 4 . In addition, the semiconductor package may further include a first metal layer between the core and the intermetallic compound layer.
여기서, 상기 반도체 장치가 반도체 칩일 수 있다. 또는 선택적으로, 상기 반도체 장치가 패키지 기판 및 상기 기판 위에 배치된 반도체 칩을 포함하고, 상기 범프 패드가 상기 패키지 기판 상에 제공될 수 있다. 특히, 상기 솔더층이 유기 물질을 실질적으로 포함하지 않을 수 있다.Here, the semiconductor device may be a semiconductor chip. Alternatively or alternatively, the semiconductor device includes a package substrate and a semiconductor chip disposed on the substrate, and the bump pad may be provided on the package substrate. In particular, the solder layer may contain substantially no organic material.
여기서, 상기 솔더층의 두께는 상기 범프 패드로부터 가장 먼 지점에 이르기까지 단조적으로 얇아질 수 있다.Here, the thickness of the solder layer may be monotonously thinned to a point farthest from the bump pad.
본 발명은 상기 세 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 범프 패드를 갖는 기판을 제공하는 단계; 상기 범프 패드 상에 솔더 페이스트를 도팅하는 단계; 상기 솔더 페이스트 상에 리버스 리플로우용 심재를 제공하는 단계; 및 상기 리버스 리플로우용 심재 상에 솔더층을 형성하기 위하여 상기 솔더 페이스트를 리플로우시키는 단계를 포함하는 반도체 패키지의 제조 방법을 제공한다. 여기서, 상기 리버스 리플로우용 심재의 표면은 금(Au), 또는 백금(Pt)의 층일 수 있다.According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: providing a substrate having a bump pad; Dipping a solder paste on the bump pad; Providing a core for reverse reflow onto the solder paste; And reflowing the solder paste to form a solder layer on the core material for the reverse reflow. Here, the surface of the core material for reverse reflow can be a layer of gold (Au) or platinum (Pt).
이 때, 상기 금(Au), 또는 백금(Pt)의 층의 두께는 약 0.01 ㎛ 내지 약 0.3 ㎛일 수 있다. 또한, 상기 솔더 페이스트를 리플로우시키는 단계는 약 200℃ 내지 약 300℃의 온도에서 수행될 수 있다.At this time, the thickness of the layer of gold (Au) or platinum (Pt) may be about 0.01 탆 to about 0.3 탆. In addition, the step of reflowing the solder paste may be performed at a temperature of about 200 ° C to about 300 ° C.
또, 상기 솔더 페이스트를 리플로우시키는 단계 전후의 상기 리버스 리플로우용 심재의 중심의 변위가 5㎛ 이하일 수 있다.The center displacement of the core material for reverse reflow before and after the step of reflowing the solder paste may be 5 탆 or less.
또, 상기 솔더 페이스트를 리플로우시키는 단계에서 상기 솔더 페이스트가 상기 리버스 리플로우용 심재의 표면을 따라 중력의 방향을 역행하여 상승함으로써 상기 솔더층을 형성할 수 있다.Also, in the step of reflowing the solder paste, the solder paste rises along the surface of the core material for reverse reflow soldering in the direction of gravity to form the solder layer.
또한, 상기 솔더층의 두께는 상기 기판으로부터 멀어짐에 따라 점차 얇아질 수 있다.Further, the thickness of the solder layer may become gradually thinner as it is away from the substrate.
본 발명은 상기 네 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 제어부; 데이터를 입력 또는 출력할 수 있는 입출력부; 데이터를 저장할 수 있는 메모리부; 외부 장치와 데이터를 전송할 수 있는 인터페이스부; 및 상기 제어부, 입출력부, 메모리부 및 인터페이스부를 서로 통신 가능하도록 연결하는 버스를 포함하는 전자 시스템을 제공한다. 여기서, 상기 제어부 및 상기 메모리부 중의 적어도 하나는 위에서 설명한 반도체 패키지를 포함할 수 있다.According to a fourth aspect of the present invention, An input / output unit capable of inputting or outputting data; A memory unit capable of storing data; An interface unit capable of transmitting data with an external device; And a bus connecting the control unit, the input / output unit, the memory unit, and the interface unit so that they can communicate with each other. At least one of the control unit and the memory unit may include the semiconductor package described above.
본 발명의 리버스 리플로우용 심재, 반도체 패키지 및 반도체 패키지의 제조 방법을 이용하면, 접합 강도가 우수한 반도체 패키지를 높은 정밀도로 제조할 수 있는 효과가 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY By using the core material for reverse reflow of the present invention, the semiconductor package and the manufacturing method of the semiconductor package of the present invention, it is possible to manufacture a semiconductor package with excellent bonding strength with high precision.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리버스 리플로우용 심재의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지의 제조 방법을 순서에 따라 나타낸 측단면도들이다.
도 4는 도 3의 IV로 표시된 부분을 확대한 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 상호연결(interconnect)을 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 패키지를 나타낸 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리버스 리플로우용 심재를 나타낸 부분 단면 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 7의 리버스 리플로우용 심재를 적용하는 반도체 패키지의 제조 방법을 순서에 따라 나타낸 측단면도들이다.
도 9a 및 도 9b는 다양한 실시예들에 따른 반도체 상호연결 부분을 나타낸 측단면도들이다.
도 10은 실험예 8 내지 실험예 13에서 얻어진 결과물의 이미지들이다.
도 11은 실험예 14 내지 실험예 19에서 얻어진 결과물의 이미지들이다.
도 12는 실험예 8 내지 실험예 19에 대하여 리플로우에 따른 심재 중심의 변위를 수평 방향(X 방향) 및 수직 방향(Y 방향)에 대하여 각각 나타낸 그래프이다.
도 13은 금을 코팅한 실험예 10, 11, 16, 및 17에 있어서, 심재와 솔더 사이의 계면 화합물을 확인한 결과를 나타낸 이미지들이다.
도 14는 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 패키지를 포함하는 메모리 모듈의 평면도이다.
도 15는 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 패키지를 포함하는 메모리 카드의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 기술적 사상에 따른 반도체 패키지를 포함하는 메모리 장치의 일 예를 도시한 블록도이다.
도 17은 본 발명의 기술적 사상에 따른 반도체 패키지를 포함하는 전자 시스템의 일 예를 도시한 블록도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치를 포함하는 서버 시스템에 대한 네트워크 구현 예를 나타내는 블록도이다. 1 is a schematic view showing a cross section of a core material for reverse reflow according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a semiconductor package according to an embodiment of the present invention.
3A to 3D are side cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a semiconductor package according to an embodiment of the present invention.
4 is an enlarged view of a portion of FIG.
5 is a conceptual view illustrating a semiconductor interconnect according to another embodiment of the present invention.
6 is a side sectional view showing a semiconductor package according to another embodiment of the present invention.
7 is a partial cross-sectional perspective view showing a core for reverse reflow according to another embodiment of the present invention.
8A and 8B are side cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a semiconductor package to which the core for reverse reflow of FIG. 7 is applied according to another embodiment of the present invention.
9A and 9B are side cross-sectional views illustrating semiconductor interconnect portions according to various embodiments.
10 are images of the results obtained in Experimental Examples 8 to 13. FIG.
Fig. 11 shows images of the results obtained in Experimental Examples 14 to 19. Fig.
12 is a graph showing the displacement of the center of the core according to the reflow in the horizontal direction (X direction) and the vertical direction (Y direction), respectively, in respect of Experimental Examples 8 to 19. FIG.
13 are images showing the result of checking the interfacial compounds between core material and solder in gold-coated test examples 10, 11, 16 and 17.
14 is a plan view of a memory module including a semiconductor package according to the technical idea of the present invention.
15 is a schematic view of a memory card including a semiconductor package according to the technical idea of the present invention.
16 is a block diagram showing an example of a memory device including a semiconductor package according to the technical idea of the present invention.
17 is a block diagram showing an example of an electronic system including a semiconductor package according to the technical idea of the present invention.
18 is a block diagram illustrating a network implementation of a server system including an electronic device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 개념의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명 개념의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명 개념의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명 개념을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the inventive concept may be modified in various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. Embodiments of the inventive concept are desirably construed as providing a more complete understanding of the inventive concept to those skilled in the art. The same reference numerals denote the same elements at all times. Further, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the inventive concept is not limited by the relative size or spacing depicted in the accompanying drawings.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명 개념의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 반대로 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and conversely, the second component may be referred to as a first component.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "갖는다" 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the inventive concept. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the expressions "comprising" or "having ", etc. are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, It is to be understood that the invention does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, components, parts, or combinations thereof.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.Unless otherwise defined, all terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the inventive concept belongs, including technical terms and scientific terms. In addition, commonly used, predefined terms are to be interpreted as having a meaning consistent with what they mean in the context of the relevant art, and unless otherwise expressly defined, have an overly formal meaning It will be understood that it will not be interpreted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리버스 리플로우용 심재(110)의 단면을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic view showing a cross section of a
도 1을 참조하면, 상기 리버스 리플로우용 심재(110)는 코어(core)(111), 상기 코어(111) 위에 코팅된 제 1 금속층(113) 및 상기 제 1 금속층(113) 위에 코팅된 제 2 금속층(115)을 포함할 수 있다.1, the core material for
상기 코어(111)는 일반적인 금속 또는 유기재료로 이루어질 수도 있고, 유기/유기 복합재 또는 유/무기 복합재로 이루어질 수 있다.The
예를 들면, 상기 유기재료의 코어는 플라스틱 재질의 코어일 수 있으며, 상기 플라스틱 재질의 코어는 에폭시계, 멜라민-포름알데히드계, 벤조구아나민-포름알데히드계, 디비닐벤젠, 디비닐에테르, 올리고 또는 폴리디아크릴레이트, 알킬렌비스아크릴아미드 수지와 같은 열경화성 수지를 포함하는 플라스틱 코어, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 나일론, 폴리아세탈 수지와 같은 열가소성 수지를 포함하는 플라스틱 코어, 천연고무와 합성고무와 같은 탄성체 코어 등을 포함할 수 있다. 또한 열경화성 수지와 열가소성 수지를 혼용한 수지로 형성된 플라스틱 코어를 포함할 수 있다.For example, the core of the organic material may be a core of a plastic material, and the core of the plastic material may be an epoxy, melamine-formaldehyde, benzoguanamine-formaldehyde, divinylbenzene, divinyl ether, A plastic core including a thermosetting resin such as polydiacrylate and alkylene bisacrylamide resin, a plastic core including a thermoplastic resin such as polyvinyl chloride, polyethylene, polystyrene, nylon, and polyacetal resin, a natural rubber and a synthetic rubber And the like. And a plastic core formed of a resin mixed with a thermosetting resin and a thermoplastic resin.
상기 한편, 플라스틱 재질의 코어는 중합체 합성방법 사용하여 형성될 수 있다. 일 예로서, 현탁, 유화, 분산중합법 등의 합성방법을 통해 약 20 ㎛ 내지 약 300 ㎛의 지름을 갖도록 형성될 수 있다.On the other hand, a plastic material core can be formed using a polymer synthesis method. As an example, it may be formed to have a diameter of about 20 탆 to about 300 탆 by a synthesis method such as suspension, emulsification, dispersion polymerization and the like.
금속 재질의 코어(111)는, 예를 들면, 순수 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금 등으로 구성될 수 있다.The
도 1에서는 코어(111)의 형태가 구형인 것을 예시하였지만, 상기 코어(111)는 원기둥 형태, 사각 기둥 형태, 다각 기둥 형태, 원뿔 형태, 각뿔 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있다.1, the
상기 코어(111)의 위에는 제 1 금속층(113)이 제공될 수 있다. 상기 제 1 금속층(113)은 상기 코어(111)의 직접 위에 형성될 수도 있고, 다른 물질층을 개재하여 상기 코어(111)의 위에 형성될 수도 있다.A
상기 제 1 금속층(113)의 성분은 특별히 한정하지 않으나 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 아연(Zn), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 코발트(Co), 안티몬(Sb) 등의 금속 등이 사용될 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상을 병용되어 사용될 수도 있다. 예를 들면, 상기 제 1 금속층(113)은 도금, 물리 기상 증착, 화학 기상 증착 등의 방법으로 형성될 수 있다. 특히, 상기 제 1 금속층(113)을 도금에 의하여 형성하는 경우, 예를 들면, 니켈을 이용한 전해 도금 또는 무전해 도금 방법을 수행하여 형성될 수 있다.The composition of the
상기 제 1 금속층(113)을 형성할 때, 상기 제 1 금속층(113)의 표면의 조도(粗度, roughness)를 향상시키기 위하여 광택재(brightener)가 사용되기도 한다. 즉, 광택재를 사용함으로써 보다 매끈한 표면의 제 1 금속층(113)을 얻을 수 있다. 상기 광택재는, 예를 들면, 폴리에틸렌글리콜 등의 폴리에테르계 화합물과 같은 산소 함유 유기화합물; 3급 아민 화합물, 4급 암모늄 화합물과 같은 질소 함유 유기화합물; 및/또는 술포네이트 기를 갖는 황 함유 유기화합물 등일 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다.A brightener may be used to improve the roughness of the surface of the
상기 제 1 금속층(113)의 두께는 약 1 ㎛ 내지 약 5 ㎛일 수 있다. 상기 제 1 금속층(113)은 주석(Sn)계 솔더 페이스트와의 반응에 의하여, 예를 들면, NiCu3Sn4, (Cu,Ni)6Sn5, 또는 Ni3Sn4 와 같은 금속간 화합물을 형성할 수 있다.The thickness of the
상기 제 1 금속층(113)의 표면 위에는 제 2 금속층(115)이 더 형성될 수 있다.A
상기 제 2 금속층(115)은 약 0.01 ㎛ 내지 약 0.3 ㎛, 또는 약 0.1 ㎛ 내지 약 0.2 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 제 2 금속층(115)의 두께가 너무 얇으면, 상기 리버스 리플로우용 심재가 추후 리플로우에 사용되었을 때 솔더가 전체 표면에 걸쳐 형성되지 않을 수 있다. 상기 제 2 금속층(115)의 두께가 너무 두꺼우면, 경제적으로 불리할 뿐만 아니라 추후 리플로우에 사용되었을 때 주석(Sn)계 솔더와 반응하여 AuSn4와 같이 취약한 강도의 금속간 화합물(intermetallic compound, IMC)이 형성될 수 있다.The
상기 제 2 금속층(115)은, 예를 들면, 금(Au), 백금(Pt) 또는 이들의 합금일 수 있다. 제 2 금속층(115)은 가열에 의하여 솔더 페이스트와 용이하게 혼합될 수 있다. 또한 상기 제 2 금속층(115)은 산화가 잘 되지 않는 금속이기 때문에 상기 리버스 리플로우용 심재(110)의 표면이 산화되는 것을 억제할 수 있다.The
상기 제 2 금속층(115)은 전해 도금, 무전해 도금, 물리 기상 증착, 화학 기상 증착 등의 방법으로 형성될 수 있다. 그러나, 이들에 한정되는 것은 아니다.The
상기 리버스 리플로우용 심재(110)는 그 자체가 솔더 범프로 사용되는 것은 아니며, 솔더 페이스트와 함께 리플로우 공정을 거침으로써 반도체 상호연결(interconnect)의 일부를 이룰 수 있다. 이에 관해서는 이하에서 보다 상세하게 설명한다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지(100)의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지(100)의 제조 방법을 순서에 따라 나타낸 측단면도들이다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the
도 2 및 도 3a를 참조하면, 범프 패드(132)를 갖는 반도체 장치(130)가 제공된다(S100). 상기 반도체 장치(130)는 기판(134), 상기 기판(134)의 표면에 형성된 범프 패드(132), 및 상기 기판(134) 상에 실장된 반도체 칩(136)을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3A, a
상기 기판(134)은 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)일 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(134)은 경성 인쇄 회로 기판(rigid printed circuit board), 연성 인쇄 회로 기판(flexible printed circuit board), 테이프 기판, 또는 경-연성 인쇄 회로 기판(rigid-flexible printed circuit board)일 수 있다.The
상기 기판(134)이 인쇄 회로 기판인 경우, 상기 기판(134)은 코어 보드를 중심으로 그의 상면과 하면에 각각 제 1 수지층 및 제 2 수지층을 포함할 수 있다. 상기 제 1 수지층 및 제 2 수지층은 각각 다층 구조일 수도 있고, 상기 다층 구조 사이에 신호층, 접지층, 또는 전원층이 개재될 수 있으며, 이들은 배선 패턴을 형성할 수 있다. 또, 상기 제 1 수지층 및/또는 제 2 수지층 상에 도전성 배선 패턴이 형성될 수 있다. 상기 도전성 배선 패턴은 상기 반도체 칩(136) 및 상기 범프 패드(132)와 전기적으로 연결될 수 있다.When the
상기 제 1 수지층과 제 2 수지층은, 예를 들면, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 폴리올레핀 수지 등으로 될 수 있다.The first resin layer and the second resin layer may be made of, for example, an epoxy resin, a urethane resin, a polyimide resin, an acrylic resin, a polyolefin resin, or the like.
상기 범프 패드(132)는 전도성의 패드로서 예를 들면 금속 패드일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 범프 패드(132)는 예를 들면, 구리(Cu) 패드이거나 니켈(Ni) 패드이거나 니켈이 도금된 알루미늄(Al) 패드일 수 있다. 그러나 여기에 한정되는 것은 아니다.The
상기 반도체 칩(136)은 반도체 기판으로 될 수 있으며, 예를 들면, 상기 반도체 기판은 실리콘(Si) 기판일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서 상기 반도체 기판은 Ge (germanium)과 같은 반도체 원소, 또는 SiC (silicon carbide), GaAs (gallium arsenide), InAs (indium arsenide), 및 InP (indium phosphide)와 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 상기 반도체 기판은 SOI (silicon on insulator) 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 반도체 기판은 BOX 층 (buried oxide layer)을 포함할 수 있다. The
상기 반도체 기판의 활성면에는 다양한 반도체 소자들이 제공될 수 있다. 상기 반도체 소자들은 메모리 소자, 코어 회로 소자, 주변 회로 소자, 로직 회로 소자 또는 제어 회로 소자를 포함할 수 있다. 상기 메모리 소자의 예로서는, 예컨대 DRAM, SRAM 등과 같은 휘발성 반도체 메모리 소자와 예컨대 플래시 메모리, 상변화 메모리(phase-change RAM, PRAM), 저항 메모리(resistive RAM, RRAM), 강유전체 메모리(ferroelectric RAM, FeRAM), 고체자기 메모리(magnetic RAM, MRAM), EPROM, EEPROM, Flash EEPROM 등과 같은 비휘발성 메모리 소자를 들 수 있다. 선택적으로, 상기 반도체 기판(222)의 활성면에는 시스템 LSI(large-scale integration), CIS (CMOS imaging sensor) 등과 같은 이미지 센서, MEMS (micro-electro-mechanical system), 능동 소자, 수동 소자 등을 포함할 수 있다.Various semiconductor devices may be provided on the active surface of the semiconductor substrate. The semiconductor devices may include a memory device, a core circuit device, a peripheral circuit device, a logic circuit device, or a control circuit device. Examples of the memory device include volatile semiconductor memory devices such as DRAM, SRAM, and the like, for example, a flash memory, a phase-change RAM (PRAM), a resistive RAM (RRAM), a ferroelectric RAM (FeRAM) , Solid state magnetic RAM (MRAM), EPROM, EEPROM, Flash EEPROM, and the like. Alternatively, the active surface of the semiconductor substrate 222 may be provided with an image sensor such as a system LSI (large-scale integration), a CIS (CMOS imaging sensor), a micro-electro-mechanical system (MEMS) .
선택적으로(Optionally), 상기 반도체 장치(130)는 반도체 칩(136)을 밀봉하는 봉지재(encapsulant, 138)를 더 포함할 수 있다. 상기 봉지재(138)는, 예를 들면, 에폭시 몰딩 컴파운드로 형성될 수 있다.Optionally, the
도 2 및 도 3b를 참조하면, 범프 패드(132) 상에 솔더 페이스트(120)를 도팅(dotting)할 수 있다(S200). Referring to FIGS. 2 and 3B, the
상기 솔더 페이스트(120)는 도전성의 금속 분말이 액상의 플럭스와 혼합되어 있는 혼합물일 수 있다. The
상기 솔더 페이스트(120)에 사용되는 도전성의 금속 분말은, 예를 들면, 주석(Sn), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 팔라듐(Pd), 크롬(Cr), 칼슘(Ca), 니켈(Ni), 저머늄(Ge), 아연(Zn), 망간(Mn), 코발트(Co), 텅스텐(W), 안티몬(Sb), 납(Pb), 및 이들의 임의의 합금으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 예를 들면, 상기 솔더 페이스트(120)는 납 함유 솔더 합금, 예컨대 Sn-Pb 또는 Sn-Pb-Ag계, 또는 무연(lead-free) 솔더 합금, 예컨대 Sn-Ag계 합금, Sn-Bi계 합금, Sn-Zn계 합금, Sn-Sb계 또는 Sn-Ag-Cu 합금을 포함할 수 있다. 상기 솔더 페이스트(120)는 전체 금속 중량에 대해 Sn을 50% 이상, 60% 이상, 또는 90% 이상 함유할 수 있다. 상기 금속 분말이 둘 이상의 금속 성분을 갖는 경우, 이들은 합금을 통하여 형성될 수 있다. 상기 금속 분말이 합금을 통하여 얻어지는 경우, 상기 금속 분말은 유기 물질을 실질적으로 포함하지 않을 수 있다.The conductive metal powder used for the
상기 플럭스는 용제, 로진, 틱소트로피제 및 활성제 등의 각 성분을 혼합하여 조제된 플럭스일 수 있다.The flux may be a flux prepared by mixing components such as a solvent, rosin, a thixotropic agent, and an activator.
상기 플럭스의 조제에 이용될 수 있는 용제는, 예를 들면, 디에틸렌글리콜모노헥실에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 테트라에틸렌글리콜, 2-에틸-1,3-헥산디올, α-테르피네올 등의 비점이 180 ℃ 이상인 유기 용제를 들 수 있다.Examples of the solvent which can be used for the preparation of the flux include diethylene glycol monohexyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate, tetraethylene glycol, 2-ethyl-1,3- Hexanediol, and? -Terpineol, which have a boiling point of 180 ° C or higher.
또, 상기 로진은, 검 로진, 수첨 로진, 중합 로진, 에스테르 로진일 수 있다.The rosin may be gum rosin, hydrogenated rosin, polymerized rosin, ester rosin.
또, 상기 틱소트로피제는, 경화 피마자유, 지방산 아마이드, 천연 유지, 합성 유지, N,N'-에틸렌비스-12-하이드록시스테아릴아미드, 12-하이드록시스테아르산, 1,2,3,4-디벤질리덴-D-소르비톨 및 그 유도체일 수 있다.The thixotropic agent may be at least one selected from the group consisting of hardened castor oil, fatty acid amide, natural fat, synthetic fat, N, N'-ethylene bis-12-hydroxystearyl amide, 4-dibenzylidene-D-sorbitol and derivatives thereof.
또, 상기 활성제는 할로겐화수소산아민염일 수 있는데, 구체적으로는 트리에탄올아민, 디페닐구아니딘, 에탄올아민, 부틸아민, 아미노프로판올, 폴리옥시에틸렌올레일아민, 폴리옥시에틸렌라우레르아민, 폴리옥시에틸렌스테아릴아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 메톡시프로필아민, 디메틸아미노프로필아민, 디부틸아미노프로필아민, 에틸헥실아민, 에톡시프로필아민, 에틸헥실옥시프로필아민, 비스프로필아민, 이소프로필아민, 디이소프로필아민, 피페리딘, 2,6-디메틸피페리딘, 아닐린, 메틸아민, 에틸아민, 3-아미노-1-프로펜, 디메틸헥실아민, 시클로헥실아민 등의 아민의 염화수소산염 또는 브롬화수소산염일 수 있다.In addition, the activator may be a hydrohalogenic acid amine salt, and specific examples thereof include triethanolamine, diphenylguanidine, ethanolamine, butylamine, aminopropanol, polyoxyethylene oleylamine, polyoxyethylene laurylamine, polyoxyethylene stearyl And examples thereof include aliphatic amines such as amine, diethylamine, triethylamine, methoxypropylamine, dimethylaminopropylamine, dibutylaminopropylamine, ethylhexylamine, ethoxypropylamine, ethylhexyloxypropylamine, bispropylamine, A hydrochloride of an amine such as isopropylamine, piperidine, 2,6-dimethylpiperidine, aniline, methylamine, ethylamine, 3-amino-1-propene, dimethylhexylamine, cyclohexylamine, It can be a salt.
다만, 상기 용제, 로진, 틱소트로피제, 및 활성제는 여기에 열거되는 것들에 한정되는 것은 아니다.However, the solvent, rosin, thixotropic agent, and activator are not limited to those listed here.
상기 플럭스는 상기 용제, 로진, 틱소트로피제, 및 활성제의 각 성분을 소정의 비율로 혼합함으로써 얻어질 수 있다. 플럭스 전체량 100 질량% 중에서 차지하는 용제의 비율은, 예를 들면, 약 30 내지 60 질량%, 틱소트로피제의 비율은 약 1 내지 약 10 질량%, 활성제의 비율은 약 0.1 내지 약 10 질량%로 할 수 있다.The flux can be obtained by mixing the components of the solvent, rosin, thixotropic agent, and activator in a predetermined ratio. The proportion of the solvent in the total flux amount of 100 mass% is, for example, about 30 to 60 mass%, the ratio of the thixotropic agent is about 1 to about 10 mass%, the ratio of the activator is about 0.1 to about 10 mass% can do.
용제의 함량이 너무 낮으면 플럭스의 점도가 지나치게 높아지기 때문에, 이것을 사용한 솔더 페이스트의 점도도 따라 높아지고, 솔더의 충전성 저하나 도포 불균일이 발생하는 등, 인쇄성이 저하되는 문제를 발생시키는 경우가 있다. 반대로, 용제의 함량이 너무 높으면 플럭스의 점도가 지나치게 낮아지기 때문에, 이것을 사용한 솔더 페이스트의 점도도 따라 낮아지는 점에서, 솔더 분말과 플럭스 성분이 침강 분리되는 문제를 발생시키는 경우가 있다.If the content of the solvent is too low, the viscosity of the flux becomes excessively high, so that the viscosity of the solder paste using the solder paste increases, and the printed property may be lowered, such as lowering of the filling property of the solder or application unevenness . On the other hand, when the content of the solvent is too high, the viscosity of the flux becomes too low, so that the viscosity of the solder paste using the solder paste is also lowered, so that the solder powder and the flux component are separated by sedimentation.
또, 틱소트로피제의 함량이 너무 낮으면 솔더 페이스트의 점도가 지나치게 낮아지기 때문에, 솔더 분말과 플럭스 성분이 침강 분리된다는 문제를 발생시키는 경우가 있다. 한편, 틱소트로피제의 함량이 너무 높으면 솔더 페이스트의 점도가 지나치게 높아지기 때문에, 솔더 충전성이나 도포 불균일 등의 인쇄성 저하라는 문제를 발생시키는 경우가 있다.If the content of the thixotropic agent is too low, the viscosity of the solder paste becomes too low, which may cause a problem that the solder powder and the flux component are separated by sedimentation. On the other hand, if the content of the thixotropic agent is too high, the viscosity of the solder paste becomes excessively high, which may cause a problem of poor printability such as solder filling property and uneven application.
또, 활성제의 비율이 너무 낮으면 솔더 분말이 용융되지 않아, 충분한 접합 강도가 얻어지지 않는다는 문제를 발생시키는 경우가 있고, 한편 활성제의 비율이 너무 높으면 보관 중에 활성제가 솔더 분말과 반응하기 쉬워지기 때문에, 솔더 페이스트의 보존 안정성이 저하된다는 문제를 발생시키는 경우가 있다.If the proportion of the activator is too low, the solder powder is not melted and sufficient bonding strength can not be obtained. On the other hand, if the proportion of the activator is too high, the active agent tends to react with the solder powder during storage , The storage stability of the solder paste may deteriorate.
이 외, 플럭스에는 점도 안정제를 첨가해도 된다. 점도 안정제로는, 용제에 용해 가능한 폴리페놀류, 인산계 화합물, 황(sulfur)계 화합물, 토코페놀, 토코페놀의 유도체, 아르코르빈산, 아르코르빈산의 유도체 등을 들 수 있다. 점도 안정제는 지나치게 많으면 솔더 분말의 용융성이 저하되는 등의 문제가 발생하는 경우가 있기 때문에 플럭스의 중량 기준으로 10 중량% 이하로 할 수 있다.In addition, a viscosity stabilizer may be added to the flux. Examples of the viscosity stabilizer include polyphenols, phosphoric acid compounds, sulfur compounds, tocophenol, derivatives of tocopherol, arconvic acid and derivatives of arconvic acid which are soluble in a solvent. If the amount of the viscosity stabilizer is too large, there may be a problem such that the melting property of the solder powder is lowered. Therefore, the viscosity stabilizer may be 10 wt% or less based on the weight of the flux.
솔더 페이스트를 조제할 때의 플럭스의 혼합량은, 조제 후의 페이스트 100 중량% 중에서 차지하는 그 플럭스의 비율이 약 5 내지 약 30 중량%가 되도록 하는 양으로 할 수 있다. 플럭스의 함량이 너무 적으면 플럭스 부족으로 인해 페이스트화가 곤란해지고, 한편 플럭스의 함량이 너무 많으면 페이스트 중의 플럭스의 함유 비율이 지나치게 많아 금속의 함유 비율이 적어져 버려, 솔더 용융시에 원하는 사이즈의 솔더 범프를 얻는 것이 곤란해질 수 있다.The mixing amount of the flux when preparing the solder paste may be an amount such that the proportion of the flux in 100 wt% of the paste after preparation is about 5 to about 30 wt%. If the content of the flux is too small, it becomes difficult to form a paste due to the lack of flux. On the other hand, if the content of the flux is too large, the content of the flux in the paste is excessively large and the content ratio of the metal becomes small, May be difficult to obtain.
상기 솔더 페이스트(120)의 도팅량은 상기 솔더 페이스트(120)의 점도, 상기 범프 패드(132)의 크기, 상기 솔더 페이스트(120) 상에 배치될 리버스 리플로우용 심재의 크기 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.The amount of soldering of the
도 2 및 도 3c를 참조하면, 상기 솔더 페이스트(120) 상에 리버스 리플로우용 심재(110)를 배치할 수 있다(S300). Referring to FIGS. 2 and 3C, the
상기 리버스 리플로우용 심재(110)는 도 1을 참조하여 설명한 리버스 리플로우용 심재일 수 있다. 상기 리버스 리플로우용 심재(110)의 직경은, 예를 들면, 약 20㎛ 내지 약 300㎛일 수 있다. 그러나 상기 리버스 리플로우용 심재(110)의 직경이 여기에 한정되는 것은 아니다. 상기 리버스 리플로우용 심재(110)에 대해서는 도 1을 참조하여 상세하게 설명하였으므로 여기서는 추가적인 설명을 생략한다.The
도 2 및 도 3d를 참조하면, 상기 리버스 리플로우용 심재(110) 상에 솔더층(120a)을 형성하기 위하여 상기 솔더 페이스트(120)를 리플로우시킬 수 있다(S400). Referring to FIGS. 2 and 3, the
상기 솔더 페이스트(120)의 온도를 상승시키면, 솔더 페이스트(120)가 용융되어 상기 리버스 리플로우용 심재(110)의 표면을 코팅하게 된다. 보다 구체적으로, 상기 솔더 페이스트(120)는 용융되어 상기 리버스 리플로우용 심재(110)의 측벽을 타고 이동하여, 결과적으로는 상기 리버스 리플로우용 심재(110)의 전체 표면을 덮게 된다.When the temperature of the
상기 리버스 리플로우용 심재(110)보다 상기 솔더 페이스트(120)가 아래쪽에 위치하여도 용융된 솔더 페이스트는 중력의 방향을 역행하여 상기 리버스 리플로우용 심재(110)의 표면을 따라 상승할 수 있다. 이때, 용융된 솔더 페이스트(120)의 점도가 상당히 감소하기 때문에 상기 리버스 리플로우용 심재(110)는 용융되지 않은 솔더 페이스트(120) 위에 처음 배치되었을 때보다 상기 기판(134) 쪽으로 이동할 수 있다. 특정한 이론에 의하여 한정되는 것은 아니지만, 이러한 리버스 리플로우용 심재(110)의 움직임과 그 표면에서의 표면 장력, 그리고 상기 리버스 리플로우용 심재(110)의 표면을 이루는 제 2 금속층과 솔더 페이스트(120) 사이의 친화성에 의하여 상기 솔더 페이스트(120)가 중력에도 불구하고 상승하는 것으로 추정된다.Even if the
상기 리플로우는 약 200℃ 내지 약 300℃의 온도, 또는 약 230℃ 내지 약 260℃의 온도에서 수행될 수 있다. 또한 상기 리플로우는 약 20초 내지 약 100초, 또는 약 30초 내지 약 80초 동안 수행될 수 있다.The reflow may be performed at a temperature of about 200 ° C to about 300 ° C, or at a temperature of about 230 ° C to about 260 ° C. The reflow may also be performed for about 20 seconds to about 100 seconds, or about 30 seconds to about 80 seconds.
이와 같이 기판(134)에 제공된 범프 패드(132) 상에 솔더층(120a)을 갖는 반도체 상호연결(interconnect)(110, 120a)을 얻을 수 있다.In this manner, semiconductor interconnects 110 and 120a having a
솔더 페이스트는 도금이 아닌 합금에 의하여 주로 형성되기 때문에 도금에 의하여 형성되는 솔더에 비하여 유기물 불순물이 현저하게 적게 함유되거나 함유되지 않을 수 있다. 다시 말해, 종래의 구리심재를 사용한 솔더볼(copper core solder ball, CCSB)은 구리 심재의 주변에 솔더층이 도금에 의하여 형성되고, 이를 패키징(packaging)에 이용하였기 때문에 솔더층 내에 도금 공정에 따른 부산물들이 함유될 수 있었다.Since the solder paste is mainly formed by an alloy other than plating, the solder paste may contain significantly less organic impurities than solder formed by plating. In other words, since a solder layer is formed on the periphery of a copper core by plating and used for packaging, a copper core solder ball (CCSB) using a conventional copper core is used as a byproduct Could be contained.
하지만, 본원의 경우 솔더 페이스트를 범프 패드 위에 도팅하고 그 위에 코어를 배치하여 리플로우 한다. 특히, 솔더 페이스트는 도금이 아닌 합금에 의하여 주로 제조되기 때문에 불필요한 유기 불순물이 거의 또는 전혀 함유되지 않는다.In this case, however, the solder paste is applied on the bump pad and the core is disposed thereon to reflow. Particularly, since the solder paste is mainly made of the alloy, not the plating, little or no unnecessary organic impurities are contained.
도 4는 도 3의 IV로 표시된 부분을 확대한 부분 확대도이다. 4 is an enlarged view of a portion of FIG.
도 4를 참조하면, 상기 리버스 리플로우용 심재(110)의 표면에 형성된 솔더층(120a)의 두께는 위치에 따라 변화할 수 있다. 예를 들면, 리버스 리플로우용 심재(110)의 중심으로부터 상기 기판(134)에 수평인 방향으로 연장한 선을 따르는 솔더층(120a)의 두께(T1)는 상기 리버스 리플로우용 심재(110)의 중심으로부터 상부 방향으로 연장한 선을 따르는 솔더층(120a)의 두께(T2, T3)보다 더 클 수 있다. Referring to FIG. 4, the thickness of the
특히, 상기 리버스 리플로우용 심재(110)의 표면에 형성된 솔더층(120a)에 있어서, 상기 리버스 리플로우용 심재(110)의 중심으로부터 상기 기판(134)에 수직인 방향으로 연장한 선을 따르는, 상기 기판(134)에서 이격된 쪽의 솔더층(120a)의 두께(T3)가 가장 얇을 수 있다.Particularly, in the
특히, 상기 기판(134)에 수직인 방향 연장선을 따르는 상기 두께(T3)로부터 상기 기판(134)에 수평인 방향 연장선을 따르는 상기 두께(T1)에 이르기까지 상기 솔더층(120a)의 두께는 점진적으로 증가할 수 있다.In particular, the thickness of the
또, 도 4에서는 리버스 리플로우용 심재(110)가 범프 패드(132)와 직접 접촉하는 것으로 도시되었지만, 경우에 따라서는 리버스 리플로우용 심재(110)와 범프 패드(132) 사이에 솔더층(120a)이 개재될 수 있다.Although the
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 상호연결(interconnect)(110a, 120a)을 나타낸 개념도이다.5 is a conceptual diagram illustrating a
도 5를 참조하면, 도 1에 나타낸 리버스 리플로우용 심재(110)와 비교하여 코어(111)와 제 1 금속층(113)은 동일할 수 있다. 한편, 도 1의 제 2 금속층(115)은 솔더층(120a)을 형성하는 과정에서 상기 솔더층(120a)과 합금을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5, the
도 1에 도시한 리버스 리플로우용 심재(110)에서 제 2 금속층(115)은 약 0.1 ㎛ 내지 약 0.3 ㎛의 얇은 두께를 갖기 때문에 제 2 금속층(115) 전체가 가열과 함께 용해되어 상기 솔더층(120a)과 합금을 형성할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 제 2 금속층(115)은 자신의 일부 두께에 대해서만 상기 솔더층(120a)과 합금을 형성할 수 있다. 도 5에서는 제 2 금속층(115) 전체가 상기 솔더층(120a)과 합금 및/또는 금속간 화합물을 형성한 예를 나타내었지만 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. Since the
상기 제 2 금속층(115)이 솔더층(120a)과 합금을 형성하는 경우 상기 코어(111)의 표면으로부터 멀어질수록 제 2 금속층(115)을 이루던 성분의 농도는 점차 감소한다.When the
또한, 상기 제 1 금속층(113)의 일부 또는 전부는 상기 솔더층(120a)과 금속간 화합물을 형성함으로써 계면층(116)을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 금속층(113)은 부분적으로 솔더층(120a)과 금속간 화합물을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 제 1 금속층(113) 전체는 솔더층(120a)과 금속간 화합물을 형성할 수 있다. 상기 솔더층(120a)은 주석(Sn)계 솔더일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 금속간 화합물은 상기 코어(111)의 성분을 포함할 수 있다. 특히, 상기 제 1 금속층(113) 전체는 솔더층(120a)과 금속간 화합물을 형성하는 경우 도 5의 제 1 금속층(113)은 존재하지 않고 계면층(116)이 직접 코어(111)의 표면에 존재할 수 있다.In addition, a part or the whole of the
상기 금속간 화합물은, 예를 들면, NiCu3Sn4, (Cu,Ni)6Sn5, 및 Ni3Sn4 로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있지만, 코어(111), 제 1 금속층(113) 및 솔더층(120a)의 물질에 따라 다른 금속간 화합물이 형성될 수도 있다.The intermetallic compound may be at least one selected from the group consisting of, for example, NiCu 3 Sn 4 , (Cu, Ni) 6 Sn 5 , and Ni 3 Sn 4 , 113 and the
상기 계면층(116) 내에는 상기 제 1 금속층(113)으로부터 유래한 성분과 솔더층(120a)으로부터 유래한 성분의 금속간 화합물이 존재할 수 있다. 나아가, 상기 계면층 내에는 상기 제 2 금속층(115)으로부터 유래한 성분과 솔더층(120a)으로부터 유래한 성분의 합금이 존재할 수 있다.In the
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 패키지(100a)를 나타낸 측단면도이다.6 is a side cross-sectional view showing a
도 6을 참조하면, 범프 패드(132)를 갖는 반도체 기판(135)이 제공된다. 상기 반도체 기판(135)은 활성면(135a) 및 비활성면(135b)을 포함할 수 있다.6, a
본 발명의 일 실시예에서 상기 반도체 기판(135)는 실리콘(Si) 기판일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서 상기 반도체 기판(135)는 Ge (germanium)과 같은 반도체 원소, 또는 SiC (silicon carbide), GaAs (gallium arsenide), InAs (indium arsenide), 및 InP (indium phosphide)와 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 상기 반도체 기판(135)은 SOI (silicon on insulator) 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 반도체 기판(135)은 BOX 층 (buried oxide layer)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 반도체 기판(135)은 도전 영역, 예를 들면 불순물이 도핑된 웰 (well), 또는 불순물이 도핑된 구조물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 반도체 기판(135)은 STI (shallow trench isolation) 구조와 같은 다양한 소자분리 구조를 가질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the
상기 반도체 기판(135)의 활성면(135a)에는 다양한 반도체 소자들이 제공될 수 있다. 상기 반도체 소자들은 메모리 소자, 코어 회로 소자, 주변 회로 소자, 로직 회로 소자 또는 제어 회로 소자를 포함할 수 있다. 상기 메모리 소자의 예로서는, 예컨대 DRAM, SRAM 등과 같은 휘발성 반도체 메모리 소자와 예컨대 플래시 메모리, 상변화 메모리(phase-change RAM, PRAM), 저항 메모리(resistive RAM, RRAM), 강유전체 메모리(ferroelectric RAM, FeRAM), 고체자기 메모리(magnetic RAM, MRAM), EPROM, EEPROM, Flash EEPROM 등과 같은 비휘발성 메모리 소자를 들 수 있다. 선택적으로, 상기 반도체 기판(135)의 활성면에는 시스템 LSI(large-scale integration), CIS (CMOS imaging sensor) 등과 같은 이미지 센서, MEMS (micro-electro-mechanical system), 능동 소자, 수동 소자 등을 포함할 수 있다.The
또한, 상기 반도체 기판(135)의 활성면(135a)에는 상기 반도체 소자들 위에 배선층이 구비될 수 있다. 상기 배선층은 배선 패턴과 절연층을 포함할 수 있다. 또한 상기 배선 패턴은 전극 단자인 범프 패드(132)와 전기적으로 연결될 수 있다. The
반도체 상호 연결(110, 120a)을 구성하는 리버스 리플로우용 심재(110) 및 솔더층(120a)에 대해서는 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명하였으므로 여기서는 추가적인 설명을 생략한다.The
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리버스 리플로우용 심재(210)를 나타낸 부분 단면 사시도이다.7 is a partial cross-sectional perspective view showing a
도 7을 참조하면, 상기 리버스 리플로우용 심재(210)는 코어(core)(211), 상기 코어(211) 위에 코팅된 제 1 금속층(213), 및 상기 제 1 금속층(213) 위에 코팅된 제 2 금속층(215)을 포함할 수 있다.7, the reverse
상기 리버스 리플로우용 심재(210)는 수평 방향으로 약 20㎛ 내지 약 300㎛의 직경을 가질 수 있다. 또, 상기 리버스 리플로우용 심재(210)의 높이는 약 50㎛ 내지 약 1000㎛일 수 있다. 그러나, 상기 리버스 리플로우용 심재(210)의 치수가 이들 수치범위에 한정되는 것은 아니다.The
도 7에 도시된 바와 같이 원기둥(실린더) 형태를 갖는 코어(211) 위에 실질적으로 일정한 두께로 제 1 금속층(213)이 형성되어 있고, 또한 상기 제 1 금속층(213) 위에 제 2 금속층(215)이 실질적으로 일정한 두께로 형성되어 있을 수 있다.A
상기 코어(211), 제 1 금속층(213), 및 제 2 금속층(215)의 물질은 각각 도 1을 참조하여 상세하게 설명하였으므로 여기서는 반복되는 설명을 생략한다. 또, 상기 제 1 금속층(213) 및 제 2 금속층(215)의 두께도 도 1을 참조하여 상세하게 설명하였으므로 여기서는 추가적인 설명을 생략한다.Since the materials of the
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 7의 리버스 리플로우용 심재(210)를 적용하는 반도체 패키지의 제조 방법을 순서에 따라 나타낸 측단면도들이다. 도 8a 및 도 8b는 도 3a와 도 3b를 참조하여 설명한 단계들에 후속하여 수행된 단계를 나타내는 단면도이다.8A and 8B are side cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a semiconductor package to which the
도 8a를 참조하면, 상기 솔더 페이스트(120) 상에 리버스 리플로우용 심재(210)를 배치할 수 있다. 상기 솔더 페이스트(120)는 페이스트 상태이기 때문에 다소간의 유동성을 갖고, 따라서, 그 위에 원기둥 형태를 갖는 리버스 리플로우용 심재(210)를 도 8a와 같이 배치하는 것이 가능하다.Referring to FIG. 8A, the
상기 리버스 리플로우용 심재(210)는 도 7을 참조하여 위에서 상세하게 설명하였으므로, 여기서는 추가적인 설명을 생략한다.Since the
도 8b를 참조하면, 상기 리버스 리플로우용 심재(210)의 표면에 솔더층(120a)을 형성하기 위하여 상기 솔더 페이스트(120)를 리플로우시킬 수 있다.Referring to FIG. 8B, the
도 8a의 상기 솔더 페이스트(120)의 온도를 상승시키면, 솔더 페이스트(120)가 용융되어 상기 리버스 리플로우용 심재(210)의 표면을 적어도 부분적으로 코팅하게 된다. 보다 구체적으로, 상기 솔더 페이스트(120)는 용융된 후, 도 3d를 참조하여 설명한 바와 동일한 원리로 상기 리버스 리플로우용 심재(210)의 측벽을 타고 상승하여 상기 리버스 리플로우용 심재(210)의 표면을 적어도 부분적으로 코팅하게 된다.Raising the temperature of the
다만, 상기 리버스 리플로우용 심재(210)의 종횡비(높이/폭)가 크면 상기 솔더 페이스트(120)가 상기 리버스 리플로우용 심재(210)의 상단까지 도달하지 못할 수 있다. 이와 같이 도 7에 나타낸 리버스 리플로우용 심재(210)의 경우에는 도 1에 나타낸 리버스 리플로우용 심재(110)에 비하여 보다 다양한 양태의 거동을 솔더 페이스트(120)가 보일 수 있다. 이에 관해서는 도 9a 및 도 9b를 참조하여 뒤에서 보다 상세하게 설명한다.However, if the aspect ratio (height / width) of the
계속 도 8b를 참조하면, 리플로우에 의하여 상기 솔더 페이스트(120)의 점도가 낮아짐에 따라 중력에 의하여 상기 리버스 리플로우용 심재(210)는 도 8a에서보다 더 기판(134)쪽으로 이동할 수 있다. 상기 리프로우 조건은 도 3d를 참조하여 상세하게 설명하였으므로 여기서는 추가적인 설명을 생략한다.8B, as the viscosity of the
이와 같이 기판(134)에 제공된 범프 패드(132) 상에 솔더층(120a)의 층을 갖는 반도체 상호연결(interconnect)(210, 120a)을 얻을 수 있다.Thus, semiconductor interconnects 210 and 120a having a layer of
도 9a 및 도 9b는 다양한 실시예들에 따른 반도체 상호연결(210, 120a) 부분을 나타낸 측단면도들이다.FIGS. 9A and 9B are side cross-sectional views illustrating portions of a
도 9a를 참조하면, 상기 솔더층(120a)은 상기 리버스 리플로우용 심재(210a)의 측벽을 따라 형성될 수 있으며, 위치에 따라 변화하는 두께를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 솔더층(120a)은 상기 리버스 리플로우용 심재(210a)의 측벽을 따라 상부로 갈수록 더 얇은 두께를 가질 수 있다.Referring to FIG. 9A, the
상기 솔더층(120a)은 상기 리버스 리플로우용 심재(210a)의 전체 표면을 코팅하지는 못할 수 있다. 이는 리버스 리플로우용 심재(210a)의 종횡비 또는 높이가 큰 데 따른 것일 수 있다. 예를 들면, 리플로우된 상기 솔더층(120a)이 측벽을 타고 상승하는 데 있어서, 솔더층(120a)의 조성과 양, 리플로우 온도, 리버스 리플로우용 심재(210a)의 치수 등에 따라 일정 수준의 높이까지만 상승하는 것이 가능할 수 있다. The
이 때, 상기 리버스 리플로우용 심재(210a)의 제 2 금속층(215, 도 7 참조)은 상기 솔더층(120a)과 반응하여 금속간 화합물층(216)을 형성할 수도 있다. 그 결과 리플로우 후의 리버스 리플로우용 심재(210a)는 코어(211a)와 제 1 금속층(213)으로 될 수 있다.At this time, the second metal layer 215 (see FIG. 7) of the
또, 도 9a에서는 리버스 리플로우용 심재(210a)가 범프 패드(132)와 직접 접촉하는 것으로 도시되었지만, 경우에 따라서는 리버스 리플로우용 심재(210a)와 범프 패드(132) 사이에 솔더층(120a)이 적어도 부분적으로 개재될 수 있다.Although the
도 9a에서와 같이 솔더층(120a)이 리버스 리플로우용 심재(210a)의 상부 표면까지 코팅하지 못하는 경우, 기판(134)과 전기적으로 연결시키고자 하는 다른 쪽 기판(미도시)의 단자(예를 들면, 범프 패드)에 솔더 페이스트와 같은 접속 수단을 더 구비할 수 있다.9A, when the
도 9b는 도 9a와 비교하여 솔더층(120b)이 리버스 리플로우용 심재(210b)의 상부 표면까지 코팅하고 있는 점에서 차이가 있다.9B differs from FIG. 9A in that the
위에서 설명한 바와 같이 솔더 페이스트(120b)의 조성과 양, 리플로우 온도, 리버스 리플로우용 심재(210b)의 치수 등의 조건에 따라 솔더층(120b)이 리버스 리플로우용 심재(210b)의 상부 표면까지 코팅하는 것이 가능하다. 예를 들면, 리플로우 온도가 높으면 솔더 페이스트(120b)의 점도가 감소하고 웨팅성(wettability)이 향상되어 상부 표면까지 코팅하게 될 가능성이 높다. 또, 솔더 페이스트(120b)의 양이 많으면, 그리고 그의 점도가 낮으면 상부 표면까지 코팅하게 될 가능성이 높다. 리버스 리플로우용 심재(210b)의 치수, 즉, 리버스 리플로우용 심재(210b) 직경 및/또는 높이가 작으면 상부 표면까지 코팅하게 될 가능성이 높다.The
도 9b에 도시한 바와 같이 상기 솔더층(120b)과 리버스 리플로우용 심재(210b)의 계면에는 금속간 화합물층(216)이 형성될 수 있다. 상기 금속간 화합물층(216)은 제 2 금속층(215, 도 7 참조)과 상기 솔더층(120b)이 반응하여 형성된 것일 수 있다. 그 결과 리플로우 후의 리버스 리플로우용 심재(210b)는 코어(211b)와 제 1 금속층(213)으로 될 수 있다.The
이하, 구체적인 실험예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실험예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. Hereinafter, the constitution and effects of the present invention will be described in more detail with reference to specific experimental examples and comparative examples. However, these experimental examples are only intended to clarify the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
<실험예 1><Experimental Example 1>
직경 184㎛의 구리 코어를 준비하고, 표면에 존재하는 유기물 및 산화막을 제거하기 위하여 탈지공정 및 산세 공정 처리를 하였다.A copper core having a diameter of 184 mu m was prepared, and a degreasing process and a pickling process were performed to remove organic substances and oxide films present on the surface.
<실험예 2∼7><Experimental Examples 2 to 7>
직경 180㎛의 구리 코어를 준비하고, 표면에 존재하는 유기물 및 산화막을 제거하기 위하여 탈지공정 및 산세 공정 처리를 하였다. 그 위에 술폰산 계열의 Ni 도금액을 사용하고 약 0.5 내지 약 1 ASD (amperes per square decimeter)의 전류 밀도로 전류를 가하여 2㎛ 두께의 Ni층을 형성하였다. A copper core having a diameter of 180 mu m was prepared, and a degreasing process and a pickling process were performed to remove organic substances and oxide films existing on the surface. A Ni plating solution of sulfonic acid series was used and a current was applied at a current density of about 0.5 to about 1 ASD (amperes per square decimeter) to form a Ni layer having a thickness of 2 탆.
그런 다음, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 금(Au) 또는 팔라듐(Pd)의 층을 적절한 두께로 형성하였다(실험예 3∼6). 또는 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 구리 코어 위에 (Sn)-(3% Ag)-(0.5% Cu)(이하 "SAC")의 도금층을 18㎛ 두께로 형성하였다(실험예 7).Then, a layer of gold (Au) or palladium (Pd) was formed to have an appropriate thickness as shown in Table 1 below (Experimental Examples 3 to 6). (Sn) - (3% Ag) - (0.5% Cu) (hereinafter referred to as "SAC") was formed on the copper core as shown in Table 1 below (Experimental Example 7).
실험예 1 내지 7의 샘플에 대하여 공기 분위기의 오븐에서 120℃로 48시간 동안 방치함으로써 에이징(aging)한 후 표면에서의 조도값을 확인하였다. 조도값의 변화는 MINOLTA CR-400 색차계를 이용하여 측정하였다.The samples of Experimental Examples 1 to 7 were allowed to stand in an oven in an air atmosphere at 120 占 폚 for 48 hours to agitate and to confirm the illuminance on the surface. Changes in illuminance values were measured using a MINOLTA CR-400 colorimeter.
그 결과 실험예 1과 7에서는 상당히 큰 폭의 조도 감소가 관찰되었고, 실험예 2도 약간의 조도 감소가 관찰되었다. 이는 실험예 3 내지 6에서는 금(Au) 또는 팔라듐(Pd)의 표면처리에 의하여 표면의 산화가 억제되었고, 실험예 1, 2 및 7에서는 표면 산화가 상당히 또는 약간 발생하였음을 의미하는 것으로 해석된다.As a result, in Experimental Examples 1 and 7, a considerable reduction in the illuminance was observed, and in Experimental Example 2, a slight decrease in illuminance was also observed. This means that the oxidation of the surface was inhibited by surface treatment of gold (Au) or palladium (Pd) in Experimental Examples 3 to 6, and it was interpreted that Experimental Examples 1, 2 and 7 showed significant or slight surface oxidation .
또한, 산화 정도에 비례하여 표면 색상이 변색되는 것도 관찰되었다. 다시 말해, 실험예 3 내지 7의 샘플들은 에이징 전후의 표면 색상이 일정하게 유지되었지만, 실험예 1, 2 및 7의 샘플들은 에이징 전후의 표면 색상이 약간 내지는 상당히 변화되는 것이 관찰되었다.It was also observed that the color of the surface was discolored in proportion to the degree of oxidation. In other words, it was observed that the samples of Experimental Examples 3 to 7 kept the surface color before and after aging, but the samples of Experimental Examples 1, 2 and 7 showed a slight change in the surface color before and after aging.
<실험예 8∼13><Experimental Examples 8 to 13>
실험예 1 내지 6의 에이징 전 샘플들에 대하여 솔더 페이스트와의 젖음(wetting) 특성을 조사하였다. 이를 위하여, 우선 SAC305 페이스트를 200㎛ 직경으로 패터닝된 100㎛ 두께의 마스크를 사용하여 Cu-OSP (Organic Solderability Preservative) PCB의 금속 패드에 일정하게 도포하고 그 위에 실험예 1 내지 6의 샘플들을 배치시킨 후 리플로우를 진행하였다. 리플로우는 245℃에서 50초 동안 수행하였다.Wetting characteristics with the solder paste were examined for the samples before aging in Experimental Examples 1 to 6. To this end, SAC305 paste was applied uniformly to metal pads of a Cu-OSP (Organic Solderability Preservative) PCB using a mask having a thickness of 100 mu m and patterned with a diameter of 200 mu m, and the samples of Experimental Examples 1 to 6 were placed thereon And then a reflow process was carried out. The reflow was carried out at 245 DEG C for 50 seconds.
<실험예 14∼19><Experimental Examples 14 to 19>
실험예 1 내지 6의 에이징 후 샘플들에 대하여 실험예 8∼13에서와 동일한 방법으로 솔더 페이스트와의 젖음(wetting) 특성을 조사하였다. The wetting characteristics with the solder paste were examined in the same manner as in Experimental Examples 8 to 13 with respect to the samples after aging in Experimental Examples 1 to 6.
도 10은 실험예 8 내지 실험예 13에서 얻어진 결과물의 이미지들이다. 도 10을 참조하면, 실험예 8, 12, 및 13의 경우 심재가 일부 노출된 것을 볼 수 있다. 이로부터 리플로우 과정에서 용융된 솔더와 심재 사이의 젖음 특성이 양호하지 않은 것으로 보인다.10 are images of the results obtained in Experimental Examples 8 to 13. FIG. Referring to FIG. 10, in the case of Experimental Examples 8, 12, and 13, it can be seen that the core material is partially exposed. From this, it seems that the wettability between the melted solder and the core material in the reflow process is not good.
또, 실험예 9, 10, 및 11의 경우 심재가 노출되지 않고 솔더가 심재의 전체 표면에 걸쳐 양호하게 솔더층을 형성하고 있는 것을 볼 수 있다. 이로부터 솔더와 니켈, 또는 솔더와 금 사이의 젖음 특성은 양호한 것으로 판단된다.In Experimental Examples 9, 10, and 11, it can be seen that the core material is not exposed and the solder forms a solder layer well over the entire surface of the core material. From this, it is judged that the wettability between solder and nickel, or between solder and gold is good.
도 11은 실험예 14 내지 실험예 19에서 얻어진 결과물의 이미지들이다. 도 11을 참조하면, 실험예 15의 경우 심재가 상당히 노출되어 있는 것을 볼 수 있는데, 에이징시키지 않았던 실험예 9에서는 심재의 전체 표면에 걸쳐 솔더층이 양호하게 형성된 바 있다. 이로부터 에이징에서의 산화에 의하여 니켈 표면과 솔더 사이의 젖음성이 악화되었음을 알 수 있다.Fig. 11 shows images of the results obtained in Experimental Examples 14 to 19. Fig. Referring to FIG. 11, it can be seen that the core material is considerably exposed in Experimental Example 15, but in Experimental Example 9, which was not aged, a solder layer is well formed over the entire surface of the core material. From this, it can be seen that the wettability between the nickel surface and the solder is deteriorated by the oxidation in aging.
반면, 금(Au)을 코팅한 실험예 16과 17에서는 솔더층이 여전히 심재의 전체 표면에 걸쳐 양호하게 형성된 것이 확인되었다. 이로부터 금의 코팅층이 강력한 내산화성을 갖는 것으로 판단된다.On the other hand, in Examples 16 and 17 in which gold (Au) was coated, it was confirmed that the solder layer still formed well over the entire surface of the core. From this, it is judged that the gold coating layer has strong oxidation resistance.
또, 팔라듐(Pd)을 코팅한 실험예 18 및 19에서 에이징 전후에 있어 조도의 변화가 관찰되지 않았지만 에이징 이전과 마찬가지로 용융된 솔더와 팔라듐(Pd) 표면 사이의 젖음 특성이 양호하지 않은 것으로 보인다.In Examples 18 and 19 coated with palladium (Pd), no change in roughness was observed before and after aging, but the wettability between the melted solder and the palladium (Pd) surface was not as good as before aging.
이상에서 판단컨대, 제 2 금속층으로서 금(Au)을 코팅하는 경우 장기 보관에도 솔더와의 안정적인 젖음 특성을 보이는 것을 알 수 있다.From the above, it can be seen that when gold (Au) is coated as the second metal layer, stable wettability with the solder is exhibited even in long-term storage.
도 12는 실험예 8 내지 19에 대하여 리플로우에 따른 심재 중심의 변위를 수평 방향(X 방향) 및 수직 방향(Y 방향)에 대하여 각각 나타낸 그래프이다. 리플로우 전후의 심재의 위치를 이미지 분석을 수행함으로써 심재 중심의 변위를 측정하였다.12 is a graph showing the displacement of the center of the core according to reflow in the horizontal direction (X direction) and the vertical direction (Y direction), respectively, for Experimental Examples 8 to 19. FIG. The core displacement was measured by performing image analysis on the position of the core before and after the reflow.
도 12를 참조하면, 실험예 15, 18, 및 19에서 심재가 들뜨는 현상이 크게 관찰되었다. 또, 실험예 8 과 14에서는 정도는 다소 약하지만 여전히 리플로우 과정에서 심재가 수평 및 수직 방향으로 각각 10㎛ 가까이 이동하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 12, the phenomenon of the core material floating in Experimental Examples 15, 18, and 19 was largely observed. In Experiments 8 and 14, the degree is somewhat weak. However, it can be seen that the core material moves about 10 占 퐉 horizontally and vertically in the reflow process.
반면, 실험예 10, 11, 16, 및 17의 샘플들은 극히 작은 정도로만 이동하는 것을 알 수 있는데, 대략 5㎛ 이하로 이동하는 것을 알 수 있다.On the other hand, it can be seen that the samples of Experimental Examples 10, 11, 16, and 17 migrate only to an extremely small extent, and move to approximately 5 탆 or less.
따라서, 제 2 금속층으로서 금(Au)을 코팅하는 경우 리플로우 과정에서 심재의 위치가 거의 변하지 않기 때문에 우수한 센터링 특성이 보장될 수 있다.Therefore, when gold (Au) is coated as the second metal layer, the centering property can be assured because the position of the core is hardly changed during the reflow process.
도 13은 금을 코팅한 실험예 10, 11, 16, 및 17에 있어서, 심재와 솔더 사이의 계면 화합물을 확인한 결과를 나타낸 이미지들이다.13 are images showing the result of checking the interfacial compounds between core material and solder in gold-coated test examples 10, 11, 16 and 17.
도 13을 참조하면, 에이징을 시키지 않은 실험예 11에서, AuSn4의 금속간 화합물이 생성되는 것이 관찰되었다. AuSn4의 금속간 화합물은 높은 취성(brittleness)을 가질 수 있기 때문에 제 2 금속층을 0.3㎛보다 더 두꺼운 두께를 갖도록 하는 것은 바람직하지 않을 수 있다.Referring to FIG. 13, it was observed that in Experiment 11 in which aging was not performed, an intermetallic compound of AuSn 4 was produced. Since the intermetallic compound of AuSn 4 may have high brittleness, it may not be desirable to have the second metal layer have a thickness greater than 0.3 탆.
<접합 강도 측정>≪ Measurement of bonding strength &
접합 강도를 측정하기 위하여 실험예 7 내지 13의 샘플들에 대하여 접합 강도 측정을 수행하였다.Bond strength measurements were performed on the samples of Experimental Examples 7 to 13 to measure the bond strength.
실험예 8 내지 13에 대해서는 PCB로부터 10㎛ 및 80㎛ 이격된 거리에서 각각 수평 방향으로 힘을 가하여 파괴가 일어나기 시작하는 시점에서의 힘을 접합 강도로서 채택하였다.For Experimental Examples 8 to 13, a force at a distance of 10 占 퐉 and a distance of 80 占 퐉 from the PCB was applied in the horizontal direction, and the force at the time when fracture started to take place was adopted as the bonding strength.
실험예 7의 샘플은 대응되는 범프 패드들을 갖는 PCB 기판에 접합하고, 실험예 8 내지 13과 동일한 방법으로 접합 강도를 측정하였다.The sample of Experimental Example 7 was bonded to a PCB substrate having corresponding bump pads, and the bonding strength was measured in the same manner as Experimental Examples 8 to 13.
각 경우들에 있어서, PCB측(10㎛ 높이)에서 힘을 가하면 범프 패드와 솔더 사이 계면의 접합 특성이 주로 관여하게 되고, 코어측(80㎛ 높이)에서 힘을 가하면 심재와 솔더 사이 계면의 접합 특성이 주로 관여하게 된다.In each case, when the force is applied on the PCB side (10 탆 height), the bonding characteristics of the interface between the bump pad and the solder are mainly involved, and when the force is applied on the core side (80 탆 height) Characteristics are mainly involved.
측정된 결과를 하기 표 2에 정리하였다.The measured results are summarized in Table 2 below.
표 2에서 보는 바와 같이, 통상의 구리심재를 사용한 솔더볼(copper core solder ball, CCSB)을 사용한 실험예 7 내지 9의 경우 대략 150 gf 내외의 저조한 접합 강도를 보였다. 팔라듐을 코팅한 실험예 12 및 13의 경우에는 170 gf 내외의 약간 상승된 접합 강도를 보였다.As shown in Table 2, the solder balls with a conventional copper core material in the experimental example 7-9, with (copper core solder ball, CCSB) showed poor bond strength of approximately 150 g f or less. For the Experimental Example 12 and 13 coated with the palladium it has showed a slightly elevated bonding strength of around 170 g f.
금(Au)을 코팅한 실험예 10 및 11의 경우에는 200 gf를 상회하는 현저히 개선된 접합 강도를 얻을 수 있었다.For the Experimental Example 10 and 11 coated with the gold (Au) There was obtained a remarkably improved bond strength in excess of 200 g f.
도 14는 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 패키지를 포함하는 메모리 모듈(1000)의 평면도이다. 14 is a plan view of a
구체적으로, 메모리 모듈(1000)은 인쇄회로 기판(1100) 및 복수의 반도체 패키지(1200)를 포함할 수 있다. In particular, the
복수의 반도체 패키지(1200)는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 반도체 패키지이거나 이를 포함할 수 있다. 특히, 복수의 반도체 패키지(1200)는 앞에서 설명한 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 반도체 패키지들 중에서 선택되는 적어도 하나의 반도체 패키지를 포함할 수 있다. The plurality of
본 발명의 기술적 사상에 따른 메모리 모듈(1000)은 인쇄회로 기판의 한쪽 면에만 복수의 반도체 패키지(1200)를 탑재한 SIMM (single in-lined memory module), 또는 복수의 반도체 패키지(1200)가 양면에 배열된 DIMM (dual in-lined memory module)일 수 있다. 또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 메모리 모듈(1000)은 외부로부터의 신호들을 복수의 반도체 패키지(1200)에 각각 제공하는 AMB (advanced memory buffer)를 갖는 FBDIMM (fully buffered DIMM)일 수 있다. The
도 15는 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 패키지를 포함하는 메모리 카드(2000)의 개략도이다. 15 is a schematic view of a
구체적으로, 메모리 카드(2000)는 제어기(2100)와 메모리(2200)가 전기적인 신호를 교환하도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 제어기(2100)에서 명령을 내리면, 메모리(2200)는 데이터를 전송할 수 있다. Specifically, the
메모리(2200)는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 반도체 패키지를 포함할 수 있다. 특히, 메모리(2200)는 앞에서 설명한 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 반도체 패키지들 중에서 선택되는 적어도 하나의 반도체 패키지의 구조를 포함할 수 있다. The
메모리 카드(2000)는 다양한 종류의 카드, 예를 들어 메모리 스틱 카드 (memory stick card), 스마트 미디어 카드 (smart media card: SM), 씨큐어 디지털 카드 (secure digital card: SD), 미니-씨큐어 디지털 카드 (mini-secure digital card: 미니 SD), 및 멀티미디어 카드 (multimedia card: MMC) 등과 같은 다양한 메모리 카드를 구성할 수 있다. The
도 16은 본 발명의 기술적 사상에 따른 반도체 패키지를 포함하는 메모리 장치(3200)의 일 예를 도시한 블록도이다.16 is a block diagram showing an example of a
도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 메모리 장치(3200)는 메모리 모듈(3210)을 포함한다. 상기 메모리 모듈(3210)은 상술된 실시예들에 개시된 반도체 패키지들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 메모리 모듈(3210)은 다른 형태의 반도체 기억 소자(예를 들면, 비휘발성 기억 장치 및/또는 에스램 장치등)를 더 포함할 수 있다. 상기 메모리 장치(3200)는 호스트(Host)와 상기 메모리 모듈(3210) 간의 데이터 교환을 제어하는 메모리 컨트롤러(3220)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 16, a
상기 메모리 컨트롤러(3220)는 메모리 카드의 전반적인 동작을 제어하는 프로세싱 유닛(3222)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 메모리 컨트롤러(3220)는 상기 프로세싱 유닛(3222)의 동작 메모리로써 사용되는 에스램(3221, SRAM)을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 메모리 컨트롤러(3220)는 호스트 인터페이스(3223), 메모리 인터페이스(3225)를 더 포함할 수 있다. 상기 호스트 인터페이스(3223)는 메모리 장치(3200)와 호스트(Host)간의 데이터 교환 프로토콜을 구비할 수 있다. 상기 메모리 인터페이스(3225)는 상기 메모리 컨트롤러(3220)와 상기 기억 장치(3210)를 접속시킬 수 있다. 더 나아가서, 상기 메모리 컨트롤러(3220)는 에러 정정 블록(3224, ECC)을 더 포함할 수 있다. 상기 에러 정정 블록(3224)은 상기 메모리 모듈(3210)로부터 독출된 데이터의 에러를 검출 및 정정할 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 메모리 장치(3200)는 호스트(Host)와의 인터페이싱을 위한 코드 데이터를 저장하는 롬 장치(ROM device)를 더 포함할 수도 있다. 상기 메모리 장치(3200)는 컴퓨터 시스템의 하드디스크를 대체할 수 있는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD, Solid State Drive)로도 구현될 수 있다.The
도 17은 본 발명의 기술적 사상에 따른 반도체 패키지를 포함하는 전자 시스템(4100)의 일 예를 도시한 블록도이다.17 is a block diagram showing an example of an
도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 시스템(4100)은 컨트롤러(4110), 입출력 장치(4120, I/O), 메모리 장치(4130, memory device), 인터페이스(4140) 및 버스(4150, bus)를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러(4110), 입출력 장치(4120), 메모리 장치(4130) 및/또는 인터페이스(4140)는 상기 버스(4150)를 통하여 서로 결합될 수 있다. 상기 버스(4150)는 데이터들이 이동되는 통로(path)에 해당한다.17, an
상기 컨트롤러(4110)는 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세스, 마이크로 컨트롤러, 및 이들과 유사한 기능을 수행할 수 있는 논리 소자들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 입출력 장치(4120)는 키패드(keypad), 키보드 및 디스플레이 장치 등을 포함할 수 있다. 상기 메모리 장치(4130)는 데이터 및/또는 커맨드 등을 저장할 수 있다. 상기 메모리 장치(4130)는 상술된 실시예들에 개시된 반도체 패키지들 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 메모리 장치(4130)는 다른 형태의 반도체 메모리 소자(예를 들면, 비휘발성 메모리 장치 및/또는 에스램 장치등)를 더 포함할 수 있다. 상기 인터페이스(4140)는 통신 네트워크로 데이터를 전송하거나 통신 네트워크로부터 데이터를 수신하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 인터페이스(4140)는 유선 또는 무선 형태일 수 있다. 예컨대, 상기 인터페이스(4140)는 안테나 또는 유무선 트랜시버 등을 포함할 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 전자 시스템(4100)은 상기 컨트롤러(4110)의 동작을 향상시키기 위한 동작 메모리 소자로서, 고속의 디램 소자 및/또는 에스램 소자 등을 더 포함할 수도 있다.The
상기 전자 시스템(4100)은 개인 휴대용 정보 단말기(PDA, personal digital assistant) 포터블 컴퓨터(portable computer), 웹 타블렛(web tablet), 무선 전화기(wireless phone), 모바일 폰(mobile phone), 디지털 뮤직 플레이어(digital music player), 메모리 카드(memory card), 또는 정보를 무선환경에서 송신 및/또는 수신할 수 있는 모든 전자 제품에 적용될 수 있다.The
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치를 포함하는 서버 시스템에 대한 네트워크 구현 예를 나타내는 블록도이다. 18 is a block diagram illustrating a network implementation of a server system including an electronic device according to an embodiment of the present invention.
도 18을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 시스템(5000)은 네트워크(5200)를 통해 연결되는 서버 시스템(5100) 및 다수의 터미널(5300, 5400, 5500)들을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 서버 시스템(5100)은 네트워크(5200)에 연결되는 다수의 터미널(5300, 5400, 5500)들로부터 수신되는 요청을 처리하는 서버(5110) 및 터미널(5300, 5400, 5500)들로부터 수신되는 요청에 대응되는 데이터를 저장하는 전자 장치(5120)를 포함할 수 있다. 이때, 전자 장치(5120)는 예를 들면 도 4 내지 도 6에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 반도체 패키지가 적용될 수 있다. 전자 장치(5120)는 예를 들면, 솔리드 스테이트 디스크(SSD)일 수 있다. Referring to FIG. 18, a
한편, 상기에서 설명된 본 발명에 따른 전자 장치는 다양한 형태들의 패키지를 이용하여 실장 될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 전자 장치는 PoP(Package on Package), Ball grid arrays(BGAs), Chip scale packages(CSPs), Plastic Leaded Chip Carrier(PLCC), Plastic Dual In-Line Package(PDIP), Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board(COB), Ceramic Dual In-Line Package(CERDIP), Plastic MetricQuad Flat Pack(MQFP), Thin Quad Flatpack(TQFP), Small Outline(SOIC), Shrink Small Outline Package(SSOP), Thin Small Outline(TSOP), Thin Quad Flatpack(TQFP), System In Package(SIP), Multi Chip Package(MCP), Wafer-level Fabricated Package(WFP), Wafer-Level Processed Stack Package(WSP) 등과 같은 패키지들을 이용하여 실장될 수 있다.Meanwhile, the above-described electronic device according to the present invention can be mounted using various types of packages. For example, the electronic device according to the present invention can be used as a package on package (PoP), ball grid arrays (BGAs), chip scale packages (CSPs), plastic leaded chip carriers (PLCC) Die in Waffle Pack, Die in Wafer Form, Chip On Board (COB), Ceramic Dual In-Line Package (CERDIP), Plastic MetricQuad Flat Pack (MQFP), Thin Quad Flatpack (TQFP) (SSOP), Thin Small Outline (TSOP), Thin Quad Flatpack (TQFP), System In Package (SIP), Multi Chip Package (MCP), Wafer-level Fabricated Package WSP), and the like.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. The present invention may be modified in various ways. Therefore, modifications of the embodiments of the present invention will not depart from the scope of the present invention.
본 발명은 반도체 산업에 유용하게 이용될 수 있다.The present invention can be usefully used in the semiconductor industry.
110: 리버스 리플로우용 심재
111: 코어
113: 제 1 금속층
115: 제 2 금속층
120: 솔더 페이스트
120a: 솔더층
132: 범프 패드
134: 기판
136: 반도체 칩110: reverse reflow core material 111: core
113: first metal layer 115: second metal layer
120:
132: bump pad 134: substrate
136: Semiconductor chip
Claims (8)
상기 코어 위에 코팅된 제 1 금속층; 및
상기 제 1 금속층 위에 코팅된 제 2 금속층;
을 포함하고,
상기 제 1 금속층은 니켈(Ni) 또는 코발트(Co)이고,
상기 제 2 금속층은 금(Au) 또는 백금(Pt)이고,
상기 제 2 금속층의 두께가 0.01 ㎛ 내지 0.3 ㎛이고,
상기 제 2 금속층 표면에 솔더층이 제공되지 않는 리버스 리플로우용 심재.A core;
A first metal layer coated over the core; And
A second metal layer coated on the first metal layer;
/ RTI >
Wherein the first metal layer is nickel (Ni) or cobalt (Co)
Wherein the second metal layer is gold (Au) or platinum (Pt)
Wherein the thickness of the second metal layer is from 0.01 mu m to 0.3 mu m,
And a solder layer is not provided on the surface of the second metal layer.
상기 범프 패드 상에 솔더 페이스트를 도팅하는 단계;
상기 솔더 페이스트 상에 리버스 리플로우용 심재를 제공하는 단계; 및
적어도 상기 리버스 리플로우용 심재의 전체 측면 상에 솔더층을 형성하기 위하여 상기 솔더 페이스트를 리플로우시키는 단계;
를 포함하고,
상기 리버스 리플로우용 심재의 표면이 금(Au), 또는 백금(Pt)의 층인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조 방법.Providing a substrate having a bump pad;
Dipping a solder paste on the bump pad;
Providing a core for reverse reflow onto the solder paste; And
Reflowing the solder paste to form a solder layer on at least the entire side of the core for reverse reflow soldering;
Lt; / RTI >
Wherein the surface of the core material for reverse reflow is a layer of gold (Au) or platinum (Pt).
상기 금(Au), 또는 백금(Pt)의 층의 두께가 0.1 ㎛ 내지 0.3 ㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the thickness of the gold (Au) layer or the platinum (Pt) layer is 0.1 占 퐉 to 0.3 占 퐉.
상기 솔더 페이스트를 리플로우시키는 단계가 200℃ 내지 300℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the step of reflowing the solder paste is performed at a temperature of 200 ° C to 300 ° C.
상기 솔더 페이스트를 리플로우시키는 단계 전후의 상기 리버스 리플로우용 심재의 중심의 변위가 0㎛ 이상 5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the displacement of the center of the core material for reverse reflow before and after reflowing the solder paste is 0 占 퐉 or more and 5 占 퐉 or less.
상기 솔더 페이스트를 리플로우시키는 단계에서 상기 솔더 페이스트가 상기 리버스 리플로우용 심재의 표면을 따라 중력의 방향을 역행하여 상승함으로써 상기 솔더층을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the step of reflowing the solder paste forms the solder layer by raising the direction of gravity along the surface of the core material for reverse reflow soldering.
상기 솔더층의 두께가 상기 기판으로부터 멀어짐에 따라 점차 얇아지는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조 방법.The method according to claim 6,
And the thickness of the solder layer gradually becomes thinner as the distance from the substrate increases.
상기 리버스 리플로우용 심재가 원기둥 형태이고,
상기 솔더층은 상기 리버스 리플로우용 심재의 측면에서 오목한 표면 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 제조 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the core material for reverse reflow is a cylindrical shape,
Wherein the solder layer has a concave surface profile at the side of the core for reverse reflow.
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