KR20230024650A - 마이크로 범프, 이를 구비하는 전기 연결용 인터포저, 반도체 패키지, 다단 적층형 반도체 소자 및 디스플레이 - Google Patents

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micro
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micro bumps
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Abstract

본 발명은 단자들 간의 협피치에 대응가능하면서도 범프 접속부에 전류 밀도와 열에너지 밀도의 증가를 방지할 수 있는, 마이크로 범프, 이를 구비하는 전기 연결용 인터포저, 반도체 패키지, 다단 적층형 반도체 소자 및 디스플레이를 제공한다.

Description

마이크로 범프, 이를 구비하는 전기 연결용 인터포저, 반도체 패키지, 다단 적층형 반도체 소자 및 디스플레이{Micro bump, interposer for electric conecting including the same, semiconductor package including the same, semiconductor device including the same, and display including the same}
본 발명은 마이크로 범프, 이를 구비하는 전기 연결용 인터포저, 반도체 패키지, 다단 적층형 반도체 소자 및 디스플레이에 관한 것이다.
기존의 솔더 범프(solder bump)를 이용한 플립 칩(flip chip) 본딩 방식은 와이어 본딩 방식에 비해 칩과 기판간의 접속부 길이가 최소화되어 전기적 성능이 우수하고 입출력 단자의 집적도를 높일 수 있으며 열방출 경로를 분산시켜 내부의 열을 보다 빠르게 외부로 방출할 수 있다는 장점을 가지기 때문에 일반적으로 사용되어 왔다.
최근의 반도체 칩은 하나의 칩이 다양한 기능을 수행하고 처리속도도 점점 빨라지는 동시에 필연적으로 입출력단자 수가 증가하고 피치(pitch)는 점점 작아지는 추세이다.
단자 간의 피치가 감소하면서 자연스럽게 솔더 범프 간의 피치 간격도 협피치화되고 있다. 그런데 기존의 솔더 범프를 이용하는 방식의 경우에는 솔더 범프의 용융 시 인접한 솔더 범프와 단락될 가능성이 높아지는 문제가 발생하게 된다. 이를 해결하기 위해 솔더 범프의 크기를 감소시키는 것을 고려해 볼 수 있다. 그러나 솔더 범프의 크기가 감소하게 되면 칩과 기판간의 거리가 너무 짧아지게 되므로 언더 필 공정에 난이도가 올라가게 되고 칩과 기판간의 거리가 감소함에 따라 고주파 대역에서 기생 커패시턴스가 현저히 증가하는 문제가 발생한다. 또한, 솔더 범프의 크기가 감소하면서 범프 접속부에 전류 밀도와 열에너지 밀도가 증가하는 문제가 발생하게 된다.
한편 최근 마이크로 LED 디스플레이가 또 하나의 차세대 디스플레이로 부상하고 있다. LCD와 OLED의 핵심소재가 각각 액정(Liquid Crystal), 유기재료인데 반해, 마이크로 LED 디스플레이는 1~100 마이크로미터(㎛) 단위의 LED 칩 자체를 발광재료로 사용하는 디스플레이이다. 마이크로 LED는 마이크로미터(㎛) 단위의 단자 크기와 피치 간격을 가지고 있기 때문에, 이러한 마이크로 LED를 기판(회로 기판)에 기존의 솔더 범프(solder bump)방식을 이용하여 본딩 접합함에 있어서도 상술한 문제가 동일하게 발생하게 된다.
대한민국 등록번호 제10-1610326호 등록특허공보
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 단자들 간의 협피치에 대응가능하면서도 범프 접속부에 전류 밀도와 열에너지 밀도의 증가를 방지할 수 있는, 마이크로 범프, 이를 구비하는 전기 연결용 인터포저, 반도체 패키지, 다단 적층형 반도체 소자 및 디스플레이를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 마이크로 범프의 제조방법은 양극산화막 재질의 바디에 구비된 관통홀 내부에 전기 전도성 재료부를 형성하는 전기 전도성 재료부 형성 단계를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 전기 연결용 인터포저는, 관통홀이 구비된 양극산화막 재질의 바디; 및 상기 관통홀 내부에 구비되는 마이크로 범프를 포함하되, 상기 마이크로 범프는, 전기 전도성 재료부를 포함한다.
또한, 상기 전기 전도성 재료부는, Cu, Al, W, Au, Ag, Mo, Ta 또는 이들을 포함하는 합금 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 마이크로 범프는, 전기 전도성 재료부를 포함하고, 상기 전기 전도성 재료부의 측면에 구비되는 복수개의 미세 트렌치를 포함한다.
또한, 상기 미세 트렌치는 상기 전기 전도성 재료부의 측면 둘레를 따라 둘레 전체에 구비된다.
한편, 본 발명에 따른 반도체 패키지는, 반도체 소자; 상기 반도체 소자가 실장되는 기판; 및 상기 반도체 소자와 상기 기판 사이에 구비되는 마이크로 범프를 포함하되, 상기 마이크로 범프는 기둥 형상으로 형성되고, 상기 마이크로 범프의 측면의 적어도 일부에는 둘레 방향으로 형성되는 미세 트렌치가 구비된다.
한편, 본 발명에 따른 반도체 패키지는, 반도체 소자; 상기 반도체 소자가 실장되는 기판; 및 상기 기판 하부에 구비되는 마이크로 범프를 포함하되, 상기 마이크로 범프는 기둥 형상으로 형성되고, 상기 마이크로 범프의 측면의 적어도 일부에는 둘레 방향으로 형성되는 미세 트렌치가 구비된다.
한편, 본 발명에 따른 다단 적층형 반도체 소자는, 복수개의 반도체 소자; 및 상기 반도체 소자 사이에 구비되는 마이크로 범프를 포함하되, 상기 마이크로 범프는 기둥 형상으로 형성되고, 상기 마이크로 범프의 측면의 적어도 일부에는 둘레 방향으로 형성되는 미세 트렌치가 구비된다.
한편, 본 발명에 따른 디스플레이는, 반도체 소자; 상기 반도체 소자가 실장되는 기판; 및 상기 반도체 소자와 상기 기판 사이에 구비되는 마이크로 범프를 포함하되, 상기 마이크로 범프는 기둥 형상으로 형성되고, 상기 마이크로 범프의 측면의 적어도 일부에는 둘레 방향으로 형성되는 미세 트렌치가 구비된다.
본 발명은 단자들 간의 협피치에 대응가능하면서도 범프 접속부에 전류 밀도와 열에너지 밀도의 증가를 방지할 수 있는, 마이크로 범프, 이를 구비하는 전기 연결용 인터포저, 반도체 패키지, 다단 적층형 반도체 소자 및 디스플레이를 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 범프의 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 범프의 제조방법을 설명한 도면.
도 3a 및 도3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키지를 도시한 도면.
도 4 내지 도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키지의 제조방법을 설명하기 위한 도면.
도 15은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키지를 회로기판에 실장하는 것을 도시한 도면.
도 16는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다단 적층형 반도체 소자를 도시한 도면.
도 17 내지 도 23은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디스플레이의 제조방법을 설명하기 위한 도면.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 사시도들을 참고하여 설명될 것이다. 이러한 도면들에 도시된 막 및 영역들의 두께 등은 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한 도면에 도시된 마이크로 범프의 개수는 예시적으로 일부만을 도면에 도시한 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 본 명세서에서 사용한 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 구체적으로 설명한다. 이하에서 다양한 실시예들을 설명함에 있어서, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 실시예가 다르더라도 편의상 동일한 명칭 및 동일한 참조번호를 부여하기로 한다. 또한, 이미 다른 실시예에서 설명된 구성 및 작동에 대해서는 편의상 생략하기로 한다.
이하에서 설명하는 소자(10)는 미세한 피치를 갖는 칩 단자를 포함하는 반도체 소자, 메모리 칩, 마이크로 프로세서 칩, 로직 칩, 발광소자, 혹은 이들의 조합일 수 있다. 소자(10)는 특별히 제한되지 않으며 그 예는 로직 LSI(ASIC, FPGA 및 ASSP과 같은), 마이크로프로세서(CPU 및 GPU와 같은), 메모리(DRAM, HMC(Hybrid Memory Cube), MRAM(Magnetic RAM), PCM(Phase-Change Memory), ReRAM(Resistive RAM), FeRAM(강유전성 RAM) 및 플래쉬 메모리(NAND flash)), 반도체 발광소자(LED, 미니 LED, 마이크로 LED 등 포함), 전력 장치, 아날로그IC(DC-AC 컨버터 및 절연 게이트 2극 트랜지스터(IGBT)와 같은), MEMS(가속 센서, 압력 센서, 진동기 및 지로 센서와 같은), 무배선 장치(GPS, FM, NFC, RFEM, MMIC 및 WLAN과 같은), 별개 장치, BSI, CIS, 카메라 모듈, CMOS, 수동 장치, GAW 필터, RF 필터, RF IPD, APE 및 BB를 포함한다.
또한, 이하에서 설명하는 기판(20)은 회로 기판, 배선 기판, 패키지 기판, 임시 기판, 중간 기판 등을 포함하며, 또한 소자(10)와 직접적으로 또는 간접적으로 전기적으로 연결되는 기판을 모두 포함한다.
이하에서는 먼저 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 범프(150)에 대해 설명한다.
마이크로 범프(150)
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 범프(150)에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 범프(150)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 범프(150)의 제조방법을 설명한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 범프(150)는, 전기 전도성 재료부(130)를 포함한다.
전기 전도성 재료부(130)는, Cu, Al, W, Au, Ag, Mo, Ta 또는 이들을 포함하는 합금 중 적어도 어느 하나의 재질을 한다. 일 례로 전기 전도성 재료부(130)는 구리(Cu) 또는 구리(Cu)를 주성분으로 하는 합금 재질일 수 있다.
마이크로 범프(150)는 원 기둥 형상일 수 있다. 다만, 마이크로 범프(150)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다. 마이크로 범프(150)는 다각 기둥을 포함하여 다양한 형상일 수 있다.
마이크로 범프(150)는 전기 전도성 재료부(130)의 상부와 하부 중 적어도 일부에 구비되는 접합재료부(미도시)를 포함할 수 있다. 여기서 접합재료부는 Sn, AgSn, Au, PbSn, SnAgCu, SnAgBi, AuSn, In, InSn 또는 Sn을 포함하는 함금 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함한다. 접합재료부는 전기 전도성 재료부(130)의 상부에 구비되는 제1접합재료부와 전기 전도성 재료부(130)의 하부에 구비되는 제2접합재료부를 포함한다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 범프(150)의 제조방법에 대해 설명한다.
마이크로 범프(150)의 제조방법은, 양극산화막 재질의 바디(110)에 구비된 관통홀(123) 내부에 전기 전도성 재료부(130)를 형성하는 전기 전도성 재료부 형성 단계를 포함한다.
먼저, 도 2a를 참조하면, 하부에 시드층(200)이 구비된 양극산화막 재질의 바디(110)을 준비하는 단계를 수행한다.
양극산화막 재질의 바디(110)의 하부에 시드층(200)을 구비한다. 바디(110)는 모재 금속을 양극산화한 후 모재 금속을 제거하여 제작된다. 시드층(200)은 증착방법에 의해 바디(110)의 일면에 구비된다. 시드층(200)은 전기 도금시 도금 특성을 향상시키기 위해 형성된다.
양극산화막 재질의 바디(110)는 모재 금속을 양극산화한 후 모재 금속을 제거하여 제작된다. 양극산화막은 모재인 금속을 양극산화하여 형성된 막을 의미하고, 포어(111)는 금속을 양극산화하여 양극산화막을 형성하는 과정에서 형성되는 구멍을 의미한다. 예컨대, 모재인 금속이 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금인 경우, 모재를 양극산화하면 모재의 표면에 알루미늄 산화물(Al203) 재질의 양극산화막이 형성된다. 다만 모재 금속은 이에 한정되는 것은 아니며, Ta, Nb, Ti, Zr, Hf, Zn, W, Sb 또는 이들의 합금을 포함한다, 위와 같이 형성된 양극산화막은 수직 방향으로 내부에 포어(111)가 형성되지 않은 배리어층과, 내부에 포어(111)가 형성된 다공층으로 구분된다. 배리어층과 다공층을 갖는 양극산화막이 표면에 형성된 모재에서, 모재를 제거하게 되면, 알루미늄 산화물(Al203) 재질의 양극산화막만이 남게 된다. 양극산화막은 양극산화시 형성된 배리어층이 제거되어 포어(111)의 상, 하로 관통되는 구조로 형성되거나 양극산화시 형성된 배리어층이 그대로 남아 포어(111)의 상, 하 중 일단부를 밀폐하는 구조로 형성될 수 있다.
양극산화막은 2~3ppm/℃의 열팽창 계수를 갖는다. 이로 인해 고온의 환경에 노출될 경우, 온도에 의한 열변형이 적다. 따라서 마이크로 범프(150)의 제작 환경에 비록 고온 환경이라 하더라도 열 변형없이 정밀한 마이크로 범프(150)를 제작할 수 있다.
다음으로 도 2b를 참조하면, 바디(110)에 복수개의 관통홀(123)을 형성하는 단계를 수행한다.
바디(110)는 포어(111)와는 별도로 포어(111)의 폭보다 더 큰 폭을 갖는 관통홀(123)을 가진다. 관통홀(123)은 수 ㎛이상 ~ 수백 ㎛이하의 폭으로 형성될 수 있다. 관통홀(123)은 에칭 공정에 의해 구비될 수 있다. 관통홀(123)은 양극산화막에 습식 반응하는 에칭용액(예를 들어 알칼리 용액)을 이용하여 한번의 에칭 공정으로 다수의 관통홀(123)을 한꺼번에 형성할 수 있으므로 한 번에 하나의 비아홀을 형성하는 기술 대비 생산속도 및 제조원가 측면에서 유리하다.
관통홀(123)은 바디(110)의 일면에 포토레지스트를 형성하고 이를 패터닝하여 개구영역을 형성한 다음 개구영역을 통해 에칭 용액을 흘려보냄으로써 형성될 수 있다. 따라서 패터닝된 개구영역의 형상이 그대로 모사되어 관통홀(123)의 단면 형상이 제작된다.
패터닝된 포토레지스트를 마스크로 이용한 에칭 공정을 이용하여 관통홀(123)을 형성하기 때문에, 관통홀(123)의 단면 형상에는 제약이 없고 양극산화막이 에칭 용액과 반응하여 형성되는 관통홀(123)의 내측벽은 수직한 내측벽을 형성하게 된다.
관통홀(123)은 그 단면이 원형 단면으로 형성될 수 있다.
다음으로 도 2c를 참조하면, 시드층(200)을 이용하여 전기 도금하여 전기 전도성 재료부(130)를 형성하는 단계를 수행한다. 이를 통해 바디(110)의 관통홀(123) 내부에 전기 전도성 재료부(130)를 형성한다.
다음으로 도 2d를 참조하면, 바디(110)의 하부에 구비되었던 시드층(200)을 제거한다. 에천트를 이용하여 시드층(200)을 제거할 수 있다. 이 단계까지 제작되면, 양극산화막 재질의 바디(110)에 마이크로 범프(150)가 포함된 구성으로서 후술하는 전기 연결용 인터포저(100)가 될 수 있다.
다음으로 도 2e를 참조하면, 바디(110)의 상면 또는 하면에 지지필름(T)을 부착하고, 도 2f와 같이 양극산화막 재질의 바디(110)를 제거하여, 지지필름(T)상에 마이크로 범프(150)가 부착된 상태를 유지할 수 있다. 마이크로 범프(150)는 지지필름(T)상에 부착되어 간격이 유지되어 다음 공정을 위해 이송될 수 있다.
수직한 내측벽을 가지는 관통홀(123)의 내부에 전기 전도성 재료부(130)가 충진되어 기둥 형상으로 형성되는 마이크로 범프(150)를 이루게 된다. 바디(110)의 하면에서 상면에 이르기까지 기둥 형상의 마이크로 범프(150)는 동일한 단면적을 가지게 되므로, 내측벽이 수직한 형상을 이루지 못하는, 예를 들어 구형 또는 원뿔형의 마이크로 범프에 비해 원활한 전기흐름 측면에서 유리하다. 내측벽이 수직한 형상을 이루지 못하고 하면에서 상면으로 갈수록 단면적이 작아지거나 중앙부로 갈수록 단면적이 작아지는 마이크로 범프의 경우에는 열적, 전기적으로 병목 구간을 형성하지만, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 범프(150)는 하면에서 상면까지 그 단면적이 동일하므로 열적, 전기적으로 병목 구간이 없는 구성이 된다.
마이크로 범프(150)는 그 단면이 원형 단면인 원 기둥 형상으로 구성될 수 있다. 이를 통해 기존의 볼(ball) 형태의 솔더 범프보다 더 큰 체적을 가지기 때문에 전류 밀도와 열에너지 밀도를 감소시키는 효과를 가지게 된다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전기 전도성 재료부(130)가 도금 공정에 의해 형성되기 때문에 마이크로 범프(150)의 높이는 관통홀(123)의 높이로 한정되도록 하는 것이 가능하여 복수개의 마이크로 범프(150)들의 높이 편차를 줄일 수 있게 된다.
도금 공정이 완료된 이후에, 고온으로 승온한 후 압력을 가해 도금 공정이 완료된 금속층을 가압함으로써 전기 전도성 재료부(130)가 보다 고밀화되도록 할 수 있다. 포토레지스트 재질을 몰드로 이용할 경우, 도금 공정이 완료된 이후의 금속층 주변에는 포토레지스트가 존재하므로 고온으로 승온하여 압력을 가하는 공정을 수행할 수 없다. 이와는 다르게, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 도금 공정이 완료된 전기 전도성 재료부(130)의 주변으로는 양극산화막 재질의 바디(110)가 구비되어 있기 때문에 고온으로 승온하더라도 양극산화막의 낮은 열 팽창계수로 인해 변형을 최소화하면서 전기 전도성 재료부(130)를 고밀화시키는 것이 가능하다. 따라서 포토레지스트를 몰드로 이용하는 기술에 비해 보다 고밀화된 전기 전도성 재료부(130)를 얻는 것이 가능하게 된다.
마이크로 범프(150)는 70㎛ 이상 200㎛ 이하의 높이를 가진다. 또한 마이크로 범프(150)는 10 ㎛ 이상 200㎛ 이하의 직경을 가진다. 물론 이러한 수치는 하나의 예시에 불과하며 더 작은 수치로 마이크로 범프(150)는 형성될 수 있다.
마이크로 범프(150)의 측면에는 미세 트렌치(155)가 구비된다.
미세 트렌치(155)는 마이크로 범프(150)의 외주면에 형성된다. 미세 트렌치(155)는 마이크로 범프(150)의 측면에서 마이크로 범프(150)의 높이 방향으로 길게 연장되는 홈의 형태로 형성된다.
보다 구체적으로, 미세 트렌치(155)는 전기 전도성 재료부(130)의 측면에 복수개가 구비된다. 미세 트렌치(155)는 전기 전도성 재료부의 측면 둘레를 따라 둘레 전체에 구비된다.
미세 트렌치(155)는 전기 전도성 재료부(130)의 측면 모두에 구비된다.
미세 트렌치(155)는 그 깊이가 20㎚ 이상 1㎛이하의 범위를 가지며, 그 폭 역시 20㎚ 이상 1㎛이하의 범위를 가진다. 여기서 미세 트렌치(155)는, 양극산화막 재질의 바디(110)의 제조시 형성된 포어(111)에 기인한 것이기 때문에 미세 트렌치(155)의 폭과 깊이는 바디(110)에 형성된 포어(111)의 직경의 범위 이하의 값을 가진다. 한편, 바디(110)에 관통홀(123)을 형성하는 과정에서 에칭 용액에 의해 바디(110)의 포어(111)의 일부가 서로 뭉개지면서 양극산화시 형성된 포어(111)의 직경의 범위보다 보다 큰 범위의 깊이를 가지는 미세 트렌치(155)가 적어도 일부 형성될 수 있다.
바디(110)는 수많은 포어(111)들을 포함하고 이러한 바디(110)의 적어도 일부를 에칭하여 관통홀(123)을 형성하고, 관통홀(123) 내부에 전기 전도성 재료부(130)를 형성하므로, 마이크로 범프(150)의 측면에는 바디(110)의 포어(111)와 접촉하면서 형성되는 미세 트렌치(155)가 구비되는 것이다.
위와 같은 미세 트렌치(155)는 원주방향으로 그 깊이가 20㎚ 이상 1㎛이하의 산과 골이 반복되는 주름진 형태가 되므로, 마이크로 범프(150)의 측면에 있어서 표면적을 크게 할 수 있는 효과를 가진다. 다시 말해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로 범프(150)가 종래의 범프와 동일한 형상 및 치수를 가지더라도, 미세 트렌치(155)의 구성을 통해 마이크로 범프(150)의 측면에서의 표면적을 더욱 크게 할 수 있게 된다. 마이크로 범프(150)의 측면에 형성되는 미세 트렌치(155)의 구성을 통해, 스킨 효과(skin effect)에 따라 전류가 흐르는 표면적을 증대시켜 마이크로 범프(150)를 따라 흐르는 전류의 밀도가 증가되어 마이크로 범프(150)의 전기적인 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 미세 트렌치(155)의 구성을 통해 마이크로 범프(150)에서 발생한 열을 빠르게 방출할 수 있으므로 마이크로 범프(150)의 온도 상승을 억제할 수 있게 된다.
전기 연결용 인터포저(100)
이하에서는 마이크로 범프(150)를 구비하는 전기 연결용 인터포저(100)에 대해 설명한다.
도 7 또는 도 2d를 참조하면, 전기 연결용 인터포저(100)는, 양극산화막 재질의 바디(110)와, 바디(110)의 관통홀(111)에 구비되는 마이크로 범프(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 마이크로 범프(150)는 관통홀(111) 내부에서 고정된 상태를 유지할 수 있다. 마이크로 범프(150)는 전기 전도성 재료부(130)를 포함한다.
한편 이하에서 설명하는 전기 연결용 인터포저(100)는 양극산화막 재질의 바디(110)와 마이크로 범프(150)가 함께 구비되는 구성과, 양극산화막 재질의 바디(110)가 제거된 채 마이크로 범프(150)만으로 구비되는 구성을 모두 포함한다. 위 양 구성 모두 마이크로 범프(150)가 전기적 연결 부재로서 작용한다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 마이크로 범프(150)는 전기 전도성 재료부(130)의 상부와 하부 중 적어도 일부에 구비되는 접합재료부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있으므로, 전기 연결용 인터포저(100) 역시 접합재료부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
반도체 패키지(400)
이하에서는 마이크로 범프(150)를 구비하는 반도체 패키지(400)에 대해 설명한다.
도 3a 및 도 3b를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키지(400)를 설명한다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키지를 도시한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키지(400)는, 소자(10); 소자(10)가 실장되는 기판(20); 및 소자(10)와 기판(20) 사이에 구비되는 전기 연결용 인터포저(100)를 포함한다. 전기 연결용 인터포저(100)는, 관통홀(123)이 구비된 양극산화막 재질의 바디(110); 관통홀(123) 내부에 구비된 전기 전도성 재료부(130)를 포함한다.
도 3b를 참조하면, 양극산화막 재질의 바디(110)가 제거된 채로, 마이크로 범프(150)의 구성만을 통해 소자(10)가 기판(20)에 전기적으로 연결되는 반도체 패키지(400)를 구성할 수 있다.
반도체 패키지(400)는, 소자(10), 소자(10)가 실장되는 기판(20) 및 소자(10)와 기판(20) 사이에 구비되는 마이크로 범프(150)를 포함한다. 마이크로 범프(150)는 기둥 형상으로 형성되고, 마이크로 범프(150)의 외주면에는 원주 방향으로 산과 골이 반복되는 미세 트렌치(155)가 구비된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키지(400)는, 소자(10)의 단자(11)와 기판(20)의 단자(21)는 전기 전도성 재료부(130)에 의해 전기적으로 연결된다. 소자(10)의 단자(11)와 마이크로 범프(150) 사이에는 제1접합재료(미도시)가 구비될 수 있고, 기판(20)의 단자(21)와 마이크로 범프(150) 사이에는 제2접합재료(미도시)가 구비될 수 있다. 제1접합재료와 제2접합재료는, Sn, AgSn, Au, PbSn, SnAgCu, SnAgBi, AuSn, In, InSn 또는 Sn을 포함하는 함금 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함한다. 제1,2접합재료와 단자(11,21)들 간의 접합은 열 압착 공정 또는 리플로우 공정을 통해 수행될 수 있다.
기판(20)은 기판 베이스(23), 그리고 상면 및 하면에 각각 형성된 상면 배선층(22) 및 하면 배선층(24)를 포함할 수 있다. 기판(20)의 기판 베이스(23)는 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리이미드 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 기판 베이스(23)는 FR4, 사관능성 에폭시(tetrafunctional epoxy), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ether), 에폭시/폴리페닐렌 옥사이드(epoxy/polyphenylene oxide), 비스말레이미드 트리아진(bismaleimide triazine, BT), 써마운트(thermount), 시아네이트 에스터(cyanate ester), 폴리이미드(polyimide) 및 액정 고분자(liquid crystalline polymer) 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 하면 배선층(24)의 하부에는 외부접속단자(25)가 구비될 수 있다.
도 4 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키지(400)의 제조방법에 대해 설명한다.
기판(20) 상에 소자(10)가 실장되어 형성되는 반도체 패키지(400)의 제조방법은, 관통홀(123)이 구비된 양극산화막 재질의 바디(110)의 관통홀(123) 내부에 구비된 전기 전도성 재료부(130)가 구비된 전기 연결용 인터포저(100)를 소자(10)와 기판(20) 사이에 구비하는 단계를 포함한다.
먼저 도 4를 참조하면, 양극산화막 재질의 바디(110)을 준비한다.
바디(110)는 모재 금속을 양극 산화하는 과정을 통해 제작된다. 다공층에 포함되는 포어(111)의 직경은 수 ㎚이상 ~ 수백 ㎚이하로 형성된다. 양극산화 공정을 통해 제작된 바디(100)는 적어도 하나의 표면 측에는 양극산화시 형성되어 포어(111)의 일단부를 밀폐하는 배리어층이 구비되거나, 적어도 하나의 표면 측에는 양극산화시 형성된 배리어층이 제거되어 포어(111)의 양 단부가 노출되는 구조로 형성될 수 있다. 바디(110)를 소자(10)를 제작하는 웨이퍼 크기 및 형상과 동일한 크기 및 형상으로 제작한 경우에는, 전기 연결용 인터포저(100)를 소자(10)와 기판(20) 사이에 구비시켜 웨이퍼 레벨 패키징이 가능하다.
또한, 양극산화막 재질의 바디(110)는 그 두께를 100㎛이상으로 형성하는 것이 가능하기 때문에 마이크로 범프(150)의 높이(두께)를 100㎛이상으로 균일하게 형성하는 것이 가능하게 된다.
바디(110)의 하부에는 시드층(200)이 구비된다. 바디(110)의 하부에 구비되는 시드층(200)은 전기 전도성 재료부(130)의 도금 공정에서 이용된다.
다음으로 도 5를 참조하면, 바디(110)에 포어(111)와는 별도로 포어(111)의 폭보다 더 큰 폭을 갖는 관통홀(123)을 형성한다.
관통홀(123)은 수 ㎛이상 ~ 수십 ㎛이하의 폭으로 형성될 수 있다. 한번의 에칭 공정으로 다수의 관통홀(123)이 한꺼번에 형성된다. 또한, 에칭 공정을 이용하여 관통홀(123)을 형성하기 때문에 관통홀(123)의 형상에는 제약이 없고 양극산화막이 에칭 용액과 반응하여 형성되는 관통홀(123)의 내측벽은 수직한 내벽을 형성하게 된다. 수직한 내측벽을 가지는 관통홀(123)의 내부에 도전성 재료가 충진되어 마이크로 범프(150)를 이루게 되므로, 수직한 형상을 이루지 못하는 비아 도체에 비해 원활한 전기흐름 측면에서 유리하다. 관통홀(123)은 바디(110) 상면에 포토레지스트를 형성하고 이를 패터닝하여 개구영역을 형성한 다음 개구영역을 통해 에칭 용액을 흘려보냄으로써 형성될 수 있다. 따라서 패터닝된 개구영역의 형상과 대응되는 형상으로 관통홀(123)의 단면 형상이 제작된다. 관통홀(123)의 단면 형상은 원형 형상 뿐만 아니라 다각형 형상으로 제작될 수 있다.
다음으로 도 6을 참조하면, 관통홀(123)의 내부에 전기 전도성 재료부(130)를 형성하여 마이크로 범프(150)를 형성한다. 마이크로 범프(150)의 구성 및 제조 방법 및 전기 연결용 인터포저(100)의 구성 및 제조방법은 앞서 설명한 실시예의 구성들을 포함하여 구성될 수 있다.
전기 전도성 재료부(130)는 상기 전기 전도성 재료부는, Cu, Al, W, Au, Ag, Mo, Ta 중 적어도 어느 하나의 재질로 구성된다.
마이크로 범프(150)는 원기둥 형상으로 형성되기 때문에 구형 형상으로 형성되는 것에 비해 더 큰 체적을 가지게 되고, 전기 전도성 재료부(130)가 원기둥 형상으로 구비되기 때문에 마이크로 범프(150)에 집중되는 전류 밀도와 열에너지 밀도를 감소시키는 효과를 가지게 된다.
관통홀(123)이 구비된 바디(110)는 마이크로 범프(150)를 제작함에 있어 전기 도금의 몰드로서 기능한다. 마이크로 범프(150)는 관통홀(123) 내부에 도금 공정을 통해 제작이 되기 때문에 전기 전도성 재료부(130)의 밀한 특성이 향상된다. 그 결과 전류 저항이 줄어들어 신뢰성 높은 마이크로 범프(150)를 제작할 수 있게 된다. 또한 마이크로 범프(150)는 관통홀(123) 내부에 도금 공정을 통해 제작이 되기 때문에 형상의 정밀도가 향상되고 다양한 단면 형상의 구현이 가능하게 된다. 또한 바디(110)에 복수개의 마이크로 범프(150)를 형성하더라도 마이크로 범프(150)들 간의 높이 편차를 최소화할 수 있게 된다.
양극산화막 재질의 바디(110)는 수많은 포어(111)들을 포함하고 이러한 바디(110)의 적어도 일부를 에칭하여 관통홀(123)을 형성하고, 관통홀(123) 내부로 전기 도금으로 전기 전도성 재료부(130)를 형성하므로, 마이크로 범프(150)의 측면에는 바디(110)의 포어(111)와 접촉하면서 형성되는 미세 트렌치(155)가 구비된다. 이러한 미세 트렌치(155)의 구성을 통해 마이크로 범프(150)의 측면에서의 표면적을 더욱 크게 할 수 있게 된다.
도 7을 참조하면, 관통홀(123)이 구비된 양극산화막 재질의 바디(110)와, 관통홀(123) 내부에 구비된 마이크로 범프(150)를 포함하는 전기 연결용 인터포저(100)를 구비한다.
다음으로 전기 연결용 인터포저(100)를 소자(10)와 기판(20) 사이에 구비하는 단계를 수행한다. 이 단계는 (i)소자(10)를 먼저 전기 연결용 인터포저(100)에 접합한 다음 기판(20)과 접합하거나(도 8 및 도 9) (ii) 전기 연결용 인터포저(100)를 기판(20)에 접합한 다음 소자(10)를 전기 연결용 인터포저(100)에 접합하는 구성(도 10 및 도 11)에 의해 달성될 수 있다.
먼저 도 8을 참조하면, 전기 연결용 인터포저(100)의 상면에 소자(10)가 실장된다. 소자(10)의 각각의 단자(11)는 전기 연결용 인터포저(100)의 각각의 마이크로 범프(150)에 대응되어 접합된다. 도 8에는 2개의 소자(10)가 전기 연결용 인터포저(100)의 상면에 실장되는 것으로 도시하였으나 소자(10)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니고 소자(10)는 웨이퍼 레벨 패키징이 가능할 정도의 수로 실장 될 수 있다.
다음으로 도 9를 참조하면, 소자(10)가 실장된 전기 연결용 인터포저(100)는 기판(20) 측으로 이송되어 기판(20)의 상면에서 접합될 수 있다. 기판(20)의 상면에는 전기 연결용 인터포저(100)의 마이크로 범프(150)에 대응되는 위치에 미리 기판(20)의 단자(21)가 제작되어 마련되어 있다. 기판(20)의 단자(21)는 전기 연결용 인터포저(100)의 마이크로 범프(150)와 전기적으로 연결된다.
한편 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 전기 연결용 인터포저(100)가 기판(20)의 상면에 먼저 마련되고 이후에 전기 연결용 인터포저(100)의 상면으로 소자(10)가 이송되어 마련될 수 있다. 마이크로 범프(150)는 기판(20)의 단자(21)에 전기적으로 연결되고 소자(10)의 단자(11)와도 전기적으로 연결된다. 이를 통해 반도체 패키지(400)는, 소자(10)와, 소자(10)가 실장되는 기판(20)과, 소자(10)와 기판(20) 사이에 구비되는 전기 연결용 인터포저(100)를 포함한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 반도체 패키지(400)는 양극산화막 재질의 바디(110)가 구비된 채로 구성되거나 이와는 다르게 도 13에 도시된 바와 같이 바디(110)는 제거되고 마이크로 범프(150)만이 남아있는 상태로 구성될 수 있다. 바디(110)는 양극산화막에만 선택적으로 반응하는 용액에 의해 선택적으로 제거될 수 있다.
다음으로 도 14를 참조하면, 소자(10)를 밀봉하는 몰딩층(300)을 형성한다. 몰딩층(300)은 폴리머 재료를 포할 수 있다. 일부 실시예에서, 몰딩층(300)은 몰딩 컴파운드 층일 수 있다. 몰딩 컴파운드 층은 그 안에 필러가 분산되어 있는 에폭시계 수지를 포함할 수 있다. 필러는 절연 파이버, 절연 입자, 기타 적합한 요소, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이후 화학적 기계적 연마(CMP)에 의하여 몰딩층(300)의 일부를 제거하여 소자(10)의 상면이 노출될 수 있다. 다음으로 절단예정라인을 따라 절단하여 개별화된 반도체 패키지(400)를 완성한다.
이상과 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키지(400)는 마이크로 범프(150)를 이용하여 소자(10)와 기판(20)을 전기적으로 연결하게 된다.
솔더 범프만을 이용한 플립칩 기술과 비교하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 전도성 재료부(130)로 구성되는 마이크로 범프(150)를 이용한 플립칩 공정은 소자(10)와 기판(20) 사이의 거리를 감소시키지 않으면서도 보다 미세한 접속이 가능하다는 장점을 가진다. 또한 전기 전도성 재료부(130)의 전기 전도도와 열전도도가 솔더 합금에 비해 우수하기 때문에 전기 전도성 재료부(130)로 구성되는 마이크로 범프(150)를 사용한 반도체 패키지(400)의 전기적 특성과 열적 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
소자(10)와 기판(20) 사이의 거리를 일정 거리 이상(70㎛이상)으로 하기 위해서 포토레지스트 패턴을 고려해 볼 수 있다. 포토레지스트 패턴을 몰드로 하여 전기 도금으로 마이크로 범프(150)의 높이를 70㎛이상으로 형성하고자 할 경우, 포토레지스트 패턴 역시 70㎛이상으로 형성되어야 한다. 그러나 포토레지스트 패턴을 70㎛이상으로 형성하는 것은 곤란하고 공정비용이 상승하는 문제가 발생한다. 포토레지스트 패턴을 다단으로 적층하는 형태로 하여 높이를 높이는 경우도 고려해 볼 수 있으나, 이 경우에는 포토레지스트 패턴 층간에 단차가 발생하는 문제가 발생하게 된다.
반면에 본 발명은 포토레지스트 패턴 대신에 양극산화막 재질의 바디(110)를 이용하여 마이크로 범프(150)를 제작하기 때문에 마이크로 범프(110)의 높이를 70㎛이상으로 형성하는 것이 가능하다. 이를 통해 소자(10)와 기판(20) 사이의 거리를 일정 거리 이상(70㎛이상)으로 하는 것이 가능하여 반도체 패키지(400)의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 마이크로 범프(150)의 외주면에는 마이크로 범프(150)의 높이 방향으로 길게 파인 홈의 형태로 미세 트렌치(155)가 형성되므로 이를 통해 반도체 패키지(400)의 고주파 신호의 전달을 용이하게 하고, 방열 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
반도체 패키지(400)를 회로기판(600)에 실장하는 구성
이하에서는 마이크로 범프(150)를 구비한 반도체 패키지(400)를 회로기판(600)에 실장하는 구성 및 그 제조방법에 대해 설명한다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기 연결용 인터포저(100)는 기판(20)의 하부에 구비될 수 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키지(400)는 소자(10); 소자(10)가 실장되는 기판(20); 및 기판(20) 하부에 구비되는 전기 연결용 인터포저(100)를 포함하여 구성될 수 있다. 전기 연결용 인터포저(100)는 소자(10)와 기판(20) 사이에 추가적으로 구비될 수 있다.
기판(20)과 회로기판(600) 사이에 전기 연결용 인터포저(100)가 구비되어 반도체 패키지(400)를 회로기판(600)에 접합할 수 있다.
이러한 반도체 패키지(400)의 제조방법은, 관통홀(123)이 구비된 양극산화막 재질의 바디(110)의 관통홀(123) 내부에 구비된 전기 전도성 재료부(130)가 구비된 전기 연결용 인터포저(100)를 기판(20)의 하부에 구비하는 단계를 포함한다.
도 15에는 양극산화막 재질의 바디(110)가 제거된 상태를 도시하고 있으나, 도 15에서 양극산화막 재질의 바디(110)가 구비된 구성도 본 발명의 일 실시예에 포함된다.
즉, 반도체 패키지(400)는, 소자(10), 소자(10)가 실장되는 기판(20) 및 기판(20) 하부에 구비되는 마이크로 범프(150)를 포함한다. 마이크로 범프(150)는 기둥 형상으로 형성되고, 마이크로 범프(150)의 외주면에는 원주 방향으로 산과 골이 반복되는 미세 트렌치(1550)가 구비된다.
이상과 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 패키지(400)는 마이크로 범프(150)를 이용하여 회로기판(600)에 전기적으로 연결된다.
다단 적층형 반도체 소자(500)
이하에서는 마이크로 범프(150)를 구비한 다단 적층형 반도체 소자(500) 및 그 제조방법에 대해 설명한다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다단 적층형 반도체 소자(500)는 상, 하로 인접하는 소자(10) 들 사이에 구비되어 상, 하로 인접하는 소자(10)들을 전기적으로 연결하는 마이크로 범프(150)를 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 다단 적층형 반도체 소자(500)은 복수개의 소자(10) 및 소자(10) 사이에 구비되는 전기 연결용 인터포저(100)를 포함한다. 전기 연결용 인터포저(100)는, 관통홀(123)이 구비된 양극산화막 재질의 바디(110); 관통홀(123) 내부에 구비된 마이크로 범프(150)를 포함한다. 또는 전기 연결용 인터포저(100)는 양극산화막 재질의 바디(110)는 제거되고 마이크로 범프(150)만으로 구성될 수 있다.
이러한 다단 적층형 반도체 소자(500)의 제조방법은, 관통홀(123)이 구비된 양극산화막 재질의 바디(110)의 관통홀(123) 내부에 구비된 마이크로 범프(150)가 구비된 전기 연결용 인터포저(100)를 소자(10)들 사이에 구비하는 단계를 포함한다. 마이크로 범프(150)를 통해 상, 하로 인접하는 소자(10)들이 모두 접합된 이후에는 양극산화막 재질의 바디(110)을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 16에는 양극산화막 재질의 바디(110)가 제거된 상태를 도시하고 있으나, 도 16에서 양극산화막 재질의 바디(110)가 구비된 구성도 본 발명의 일 실시예에 포함된다.
다단 적층형 반도체 소자(500)는, 복수개의 소자(10), 소자(10) 사이에 구비되는 마이크로 범프(150)를 포함한다. 마이크로 범프(150)는 기둥 형상으로 형성되고, 마이크로 범프(150)의 외주면에는 원주 방향으로 산과 골이 반복되는 미세 트렌치(1550)가 구비된다. 위와 같은 미세 트렌치(155)는 원주방향으로 그 깊이가 20㎚ 이상 1㎛이하의 산과 골이 반복되는 주름진 형태가 되므로, 마이크로 범프(150)의 측면에 있어서 표면적으로 크게 할 수 있는 효과를 가진다.
이상과 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다단 적층형 반도체 소자(500)는 마이크로 범프(150)를 이용하여 상, 하로 인접하는 소자(10)들을 전기적으로 연결한다.
디스플레이
이하에서는 마이크로 범프(150)를 구비한 디스플레이 및 그 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디스플레이는, 소자(10); 소자(10)가 실장되는 기판(20); 및 소자(10)와 기판(20) 사이에 구비되는 전기 연결용 인터포저(100)를 포함한다.
전기 연결용 인터포저(100)는, 관통홀(123)이 구비된 양극산화막 재질의 바디(110); 관통홀(123) 내부에 구비된 마이크로 범프(150)를 포함한다. 또는 전기 연결용 인터포저(100)는 양극산화막 재질의 바디(110)는 제거되고 마이크로 범프(150)만으로 구성될 수 있다.
여기서 소자(10)는 반도체 발광소자(LED)이며, 미니 LED 및 마이크로 LED를 포함한다. 또한 기판(20)은 배선 라인이 구비되어 있는 회로기판일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디스플레이는, 상술한 양극산화막 재질의 바디(110)가 선택적으로 제거된 채로 구성될 수 있다.
이하 도 17 내지 도 23을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디스플레이의 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디스플레이의 제조방법은, 관통홀(11)이 구비된 양극산화막 재질의 바디(110)의 관통홀(123) 내부에 마이크로 범프(150)가 구비된 전기 연결용 인터포저(100)를 소자(10)와 기판(20) 사이에 구비하는 단계; 및 제1접합재료부(121)를 기판(20)의 단자(21)와 접합하고 제2접합재료부(123)를 소자(10)의 단자(11)와 접합하는 단계를 포함한다.
먼저 도 17a을 참조하면, 소자(10)는 성장 기판(30) 위에서 제작되어 위치한다. 성장 기판(30)은 전도성 기판 또는 절연성 기판으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 성장 기판(30)은 사파이어, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, 및 Ga203 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
소자(10)는 제1 반도체층, 제2 반도체층, 제1 반도체층과 제2 반도체층 사이에 형성된 활성층을 포함할 수 있다. 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 제1 반도체층은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있다. p형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 반도체층은 예를 들어, n형 반도체층을 포함하여 형성될 수 있다. n형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InNInAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다. 활성층은 전자와 정공이 재결합되는 영역으로, 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다. 활성층은 예를 들어, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well)로 형성될 수 있다. 또한, 양자선(Quantum wire)구조 또는 양자점(Quantum dot)구조를 포함할 수도 있다.
소자(10)는 적어도 2개의 단자(21)를 포함한다. 단자(21)는 소자(10)의 일면에 모두 구비되거나 양면에 각각 구비될 수 있다. 다만 도 17에는 단자(21)가 소자(10)의 일면에 모두 구비되는 것으로 도시하였다. 단자(21)는 하나 이상의 층을 포함할 수 있으며, 금속, 전도성 산화물 및 전도성 중합체들을 포함한 다양한 전도성 재료로 형성될 수 있다.
소자(10)는 커팅 라인을 따라 레이저 등을 이용하여 커팅하거나 에칭 공정을 통해 낱개로 분리된다.
한편, 앞선 설명에서는 소자(10)들이 성장 기판(30)에서 제작되어 성장 기판(30)상에 구비되는 것으로 설명하였으나, 성장 기판(30)에서 제작된 소자(10)들은 성장 기판(30)에서 임시 기판 또는 중간 기판 등에 전사되어 구비될 수 있다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시예는 도 17a에 도시된 성장 기판(30)이 임시 기판 또는 중간 기판인 경우도 포함한다.
다음으로 도 17b를 참조하면, 소자(10)의 상부에 마이크로 범프(150)를 구비한다. 마이크로 범프(150)의 마이크로 범프(150)는 소자(10)의 각각의 단자(21)에 대응되게 위치한다. 구체적으로 1개의 소자(10)는 일면에 2개의 단자(21)가 구비되고, 마이크로 범프(150)의 마이크로 범프(150) 역시 각각의 단자(21)에 대응되게 구비된다. 마이크로 범프(150)는 양극산화막 재질의 바디(110)를 포함하는 전기 연결용 인터포저(100)를 통해 소자(10)의 상부로 위치되거나, 별도의 픽커를 통해 마이크로 범프(150)를 이송하여 마이크로 범프(150)가 소자(10)의 상부로 위치될 수 있다.
다음으로 도 17c를 참조하면, 마이크로 범프(150)는 소자(10)의 단자(21)에 전기적으로 연결된다. 마이크로 범프(150)가 양극산화막 재질의 바디(110)와 함께 이송된 경우라면, 양극산화막 재질의 바디(110)만을 에칭 용액을 이용하여 선택적으로 제거할 수 있다.
다음으로 도 18a를 참조하면, 소자(10)를 반전시켜 기판(20) 측으로 이송한다. 기판(20)의 상면에는 소자(10)의 단자(11) 위치와 대응되는 위치에 단자(21)가 구비된다. 소자(10)의 단자(11) 위치와 기판(20)의 단자(21) 위치를 서로 정렬한 다음, 소자(10)의 위치와 기판(20)의 위치를 상대 이동시켜 서로를 접근시킨다.
여기서 기판(20)은 디스플레이 기판으로서 다양한 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(20)은 SiO2를 주성분으로 하는 투명한 유리 재질로 이루어질 수 있다. 그러나, 기판(20)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 투명한 플라스틱 재질로 형성되어 가용성을 가질 수 있다. 플라스틱 재질은 절연성 유기물인 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate: CAP)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 유기물일 수 있다. 화상이 기판(20)방향으로 구현되는 배면 발광형인 경우에 기판(20)은 투명한 재질로 형성해야 한다. 그러나 화상이 표시 기판(20)의 반대 방향으로 구현되는 전면 발광형인 경우에 기판(20)은 반드시 투명한 재질로 형성할 필요는 없다. 이 경우 금속으로 기판(20)을 형성할 수 있다. 금속으로 기판(20)을 형성할 경우 기판(20)은 철, 크롬, 망간, 니켈, 티타늄, 몰리브덴, 스테인레스 스틸(SUS), Invar 합금, Inconel 합금 및 Kovar 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 도 18b를 참조하면, 소자(10)를 기판(20)에 접합하는 공정을 수행한다. 마이크로 범프(150)는 소자(10)와 기판(20)을 전기적으로 연결한다.
다음으로 도 18c를 참조하면, 성장기판(30)을 소자(10)로부터 분리하는 공정을 수행한다. 예를 들어 레이저 리프트 오프 공정으로 성장기판(30)은 소자(10)로부터 분리될 수 있다.
도 17 및 도 18에서는 소자(10)를 전기 연결용 인터포저(100)에 먼저 접합하고 그 다음에 기판(20)에 접합하는 순서로 설명하였으나, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이 전기 연결용 인터포저(100)를 기판(20)에 먼저 접합한 후 소자(10)를 접합하는 순서로 디스플레이를 제작할 수 있다.
먼저 도 19a를 참조하면, 상면에 단자(21)를 구비하는 기판(20)를 준비한다.
다음으로 도 19b를 참조하면, 전기 연결용 인터포저(100)를 기판(20) 상에 정렬하고 마이크로 범프(150)를 기판(20)의 단자(21)에 접합되도록 한다.
다음으로 도 19c를 참조하면, 성장기판(30)에서 제작된 소자(10)를 전기 연결용 인터포저(100) 상으로 위치시킨 다음 소자(10)의 단자(11)가 마이크로 범프(150)에 접합되도록 한다. 여기서 소자(10)는 성장기판(30)에 의해 지지된 상태일 수 있고, 성장기판(30)에서 제작된 이후에 전사과정을 임시기판 또는 중간기판에 이송되어 임시기판 또는 중간기판에 해 지지된 상태일 수도 있다.
한편 도 19b에 도시된 구조에서 제1접합재료부(121)를 기판(20)의 단자에 접합하지 않고, 도 19c에 도시된 구조에서 한 번의 본딩 공정을 통해 제1접합재료부(121)와 제2접합재료부(123)를 각각의 단자(11,21)에 동시에 접합할 수도 있다.
다음으로 도 20a를 참조하면 성장기판(30)를 소자(10)로부터 분리한다. 예를 들어 레이저 리프트 오프 공정으로 성장기판(30)은 소자(10)로부터 분리될 수 있다.
다음으로 도 20b에 도시된 바와 같이, 전기 연결용 인터포저(100)에서 양극산화막 재질의 바디(110)만을 에칭용액을 이용하여 선택적으로 제거한다. 이를 통해 소자(10)는 마이크로 범프(150)의 구성을 통해 기판(20)에 전기적으로 연결된다.
도 17 내지 도 20에 따른 실시예는 디스플레이 제조공정에서 마이크로 범프(150)가 양극산화막 재질의 바디(110)에 구비된 채로 이송되는 실시예인 반면에, 이하에서 도 21 및 도 22에 따른 실시예는 디스플레이 제조공정에서 마이크로 범프(150)가 양극산화막 재질의 바디(110) 없이 따로 이송되는 실시예라는 점에서 차이가 있다.
먼저 도 21a를 참조하면, 소자(10)는 성장 기판(30) 위에서 제작되어 위치한다. 다만 성장 기판(30)으로 한정하는 것은 아니며, 소자(10)는 기판(20)으로 전달이기 이전 단계에서의 임시 기판, 중간 기판 또는 반전 가능한 픽업장치 상에 구비될 수 있다.
다음으로 도 21b를 참조하면, 소자(10)의 단자(11) 상부에는 제1접합재료(141)가 구비된다. 제1접합재료(141)는 Sn, AgSn, Au, PbSn, SnAgCu, SnAgBi, AuSn, In, InSn 또는 Sn을 포함하는 함금 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함한다.
다음으로 도 21c를 참조하면, 제1접합재료(141)의 상부에는 마이크로 범프(150)가 구비된다. 마이크로 범프(150)의 별도의 픽업장치를 이용하여 제1접합재료(141)의 상부로 이송될 수 있다. 또한 도 2f에 도시된 바와 같이, 마이크로 범프(150)는 지지필름(T)에 부착된 상태에서 일괄적으로 소자(10)의 단자(11) 상부로 이송되고 지지필름(T)이 제거됨으로써 제1접합재료(141)의 상부에 마이크로 범프(150)가 구비될 수 있다.
다음으로 도 22a를 참조하면, 소자(10)를 반전시켜 기판(20) 측으로 이송한다. 기판(20)의 상면에는 소자(10)의 단자(11) 위치와 대응되는 위치에 단자(21)가 구비된다. 소자(10)의 단자(11) 위치와 기판(20)의 단자(21) 위치를 서로 정렬한 다음, 소자(10)의 위치와 기판(20)의 위치를 상대 이동시켜 서로를 접근시킨다.
기판(20)의 단자(21) 상부에는 제2접합재료(143)가 구비된다. 제2접합재료(143)는 Sn, AgSn, Au, PbSn, SnAgCu, SnAgBi, AuSn, In, InSn 또는 Sn을 포함하는 함금 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함한다.
다음으로 도 22b를 참조하면, 소자(10)를 기판(20)에 접합하는 공정을 수행한다. 마이크로 범프(150)는 소자(10)와 기판(20)을 전기적으로 연결한다.
다음으로 도 22c를 참조하면, 성장기판(30)을 소자(10)로부터 분리하는 공정을 수행한다.
이상과 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디스플레이는 마이크로 범프(150)를 이용하여 소자(10)와 기판(20)을 전기적으로 연결한다.
미니 LED 또는 마이크로 LED 등과 같은 소자(10)를 포함하는 디스플레이는, 미니 LED 또는 마이크로 LED 등과 같은 소자(10), 소자(10)가 실장되는 기판(20) 및 소자(10)와 기판(20) 사이에 구비되는 마이크로 범프(150)를 포함한다. 마이크로 범프(150)는 기둥 형상으로 형성되고, 마이크로 범프(150)의 외주면에는 원주 방향으로 산과 골이 반복되는 미세 트렌치(155)가 구비된다. 위와 같은 미세 트렌치(155)는 원주방향으로 그 깊이가 20㎚ 이상 1㎛이하의 산과 골이 반복되는 주름진 형태가 되므로, 마이크로 범프(150)의 측면에 있어서 표면적으로 크게 할 수 있는 효과를 가진다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 외부 표면에 미세 트렌치(155)가 구비되는 마이크로 범프(150)의 구성을 채택함으로써 마이크로 범프(150)에 전류 밀도와 열에너지가 집중되는 현상을 완화할 수 있게 된다.
미니 LED 또는 마이크로 LED 등과 같은 소자(10)는 그 사이즈(가로, 세로)가 수 내지 수십 마이크로 미터 수준으로 작고 이로 인해 소자(10)에 구비되는 단자(11)들의 이격 거리도 수 내지 수십 마이크로 미터 수준으로 좁다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 이러한 소자(10)의 치수 범위에 있어서도 소자(10)를 기판(20)의 단자에 신뢰성있게 접합하는 것이 가능하게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
10: 반도체 소자 20: 기판
100: 전기 연결용 인터포저 110: 바디
130: 전기 전도성 재료부 400: 반도체 패키지
500: 다단 적층형 반도체 소자 600: 회로기판

Claims (9)

  1. 양극산화막 재질의 바디에 구비된 관통홀 내부에 전기 전도성 재료부를 형성하는 전기 전도성 재료부 형성 단계를 포함하는, 마이크로 범프의 제조방법.
  2. 관통홀이 구비된 양극산화막 재질의 바디; 및
    상기 관통홀 내부에 구비되는 마이크로 범프를 포함하되,
    상기 마이크로 범프는,
    전기 전도성 재료부를 포함하는, 전기 연결용 인터포저.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기 전도성 재료부는, Cu, Al, W, Au, Ag, Mo, Ta 또는 이들을 포함하는 합금 중 적어도 어느 하나의 재질을 포함하는, 전기 연결용 인터포저.
  4. 전기 전도성 재료부를 포함하고,
    상기 전기 전도성 재료부의 측면에 구비되는 복수개의 미세 트렌치를 포함하는, 마이크로 범프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 미세 트렌치는 상기 전기 전도성 재료부의 측면 둘레를 따라 둘레 전체에 구비되는, 마이크로 범프.
  6. 반도체 소자;
    상기 반도체 소자가 실장되는 기판; 및
    상기 반도체 소자와 상기 기판 사이에 구비되는 마이크로 범프를 포함하되,
    상기 마이크로 범프는 기둥 형상으로 형성되고,
    상기 마이크로 범프의 측면의 적어도 일부에는 둘레 방향으로 형성되는 미세 트렌치가 구비되는, 반도체 패키지.
  7. 반도체 소자;
    상기 반도체 소자가 실장되는 기판; 및
    상기 기판 하부에 구비되는 마이크로 범프를 포함하되,
    상기 마이크로 범프는 기둥 형상으로 형성되고,
    상기 마이크로 범프의 측면의 적어도 일부에는 둘레 방향으로 형성되는 미세 트렌치가 구비되는, 반도체 패키지.
  8. 복수개의 반도체 소자; 및
    상기 반도체 소자 사이에 구비되는 마이크로 범프를 포함하되,
    상기 마이크로 범프는 기둥 형상으로 형성되고,
    상기 마이크로 범프의 측면의 적어도 일부에는 둘레 방향으로 형성되는 미세 트렌치가 구비되는, 다단 적층형 반도체 소자.
  9. 반도체 소자;
    상기 반도체 소자가 실장되는 기판; 및
    상기 반도체 소자와 상기 기판 사이에 구비되는 마이크로 범프를 포함하되,
    상기 마이크로 범프는 기둥 형상으로 형성되고,
    상기 마이크로 범프의 측면의 적어도 일부에는 둘레 방향으로 형성되는 미세 트렌치가 구비되는, 디스플레이.


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