[논문]마이크로 전자기판의 미세 피치 블라인드 비아홀의 충진 거동

이민수; 이효수

마이크로 전자기판의 미세 피치 블라인드 비아홀의 충진 거동
Via Filling in Fine Pitched Blind Via Hole of Microelectronic Substrate 원문보기

새로운 잔류 기공 추출 공정을 적용하여 Blind via hole(BVH)의 형상에 따라 발생되는 잔류기공 특성, 거동 및 신뢰성평가를 수행하였다. 잔류 기공 추출 공정을 적용한 시편에서는 잔류기공이 완전히 제거 되었으며, 기존 공정으로 제조된 시편에 비하여 40% 수준의 향상된 결과를 나타내었다. BVH의 형상에 관계없이 1.5기압수준으로 약 30초 이상 동안 추출하면 BVH내부의 잔류기공은 제거 되어지며 JEDEC 기준의 신뢰성으로 평가한 결과 BVH내부에 잔류기공은 존재하지 않았다.

The properties, behavior and reliability of the residual void in blind via hole(BVH) were carried out for the shape of BVH using the void extraction process. The residual void was perfectly removed in the specimens applied by the void extraction process, which was improved by 40% rather than the conventional process. The residual void in BVH was to be eliminated under a condition of 1.5 atm for more 30 sec with regardless of the shape of BVH. It was also observed that the residual void in BVH was not formed after the reliability test with JEDEC standard.

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문제 정의

Table 1. The detailed design of blind via hole in microelectronic substrate in this study.
제거할 수 있는 방법을 제시하였다. 또한 이를 이용하여 실제로 마이크로 전자패키지 제품 제작 공정에 적용하여 기존의 조건과 비교하여 상용화의 가능성을 검토하였다.
본 연구에서는 BVH 형상을 상부면 지름 100- 150 um 및 하부면 지름 70~100um의 원기등으로 각각 설계된 마이크로 전자 패키지 기판의 구조에 공정조건에 따라 BVH내 기 공의 거 동을 분석 하고 신뢰성을 평가하였다. 메탈 마스크 공정 또는 롤 코팅 후스크린코팅 을 적용한 공정은 각각 충진성 에 관계없이 메탈 마스크의 고가격 및 솔더잉크의 뭉침 불량 등의 원인으로 개선된 효과를 볼 수 없었다.
본 연구에서는 기존에 불가능할 것으로 고려되어 왔었던 기판의 BVH 구조에서 잔류기공을 완전히 제거할 수 있는 방법을 제시하였다. 또한 이를 이용하여 실제로 마이크로 전자패키지 제품 제작 공정에 적용하여 기존의 조건과 비교하여 상용화의 가능성을 검토하였다.

제안 방법

BVH 형상에 따라서 생성된 잔류기공의 크기를 통계적 기법을 통하여 분석하였다. 통계학상 p- value가 0.
5 (atm) 으로 추출 압력을 적용시키는 공정이고, 메탈 마스크는 제품에 닿는 마스크의 개폐 면적이 유기 마스크보다 커서 스크린지그의 압력이 직접적으로 시편에 전달될 수 있도록 고안되었으며, 롤 코팅 후 스크린 코팅공정은 기존의 스크린코팅 공정 후 롤 코팅 공정순서를 변경한 공정이다. BVH 형상은 통상적 인 경화 공정조건을 거쳐서 최종 시편을 제작하였다. 제작된 시편으로 BVH 형상에 따른 잔류 기공의 크기.
레이저 드릴을 이용하여 선가공 방법을 이용으로 비아를 형성시킨 후 Cu 도금층을 형성하였다. BVH내의 기공을 제거하기 위하여 통상적인 공정 실시 후 잔류기공추출, 메탈마스크, 롤 코팅 후 스크린코팅 공정을 추가하였다. BVH의 형상은 최근에 개발된 양산 제품, 개발제품, 선행개발제품의 설계기준을 참고하여 선정하였으며, 자세한 BVH 형상 및 모식도를 Table 1에 나타내었다.
BVH내의 기공을 제거하기 위하여 통상적인 공정 실시 후 잔류기공추출, 메탈마스크, 롤 코팅 후 스크린코팅 공정을 추가하였다. BVH의 형상은 최근에 개발된 양산 제품, 개발제품, 선행개발제품의 설계기준을 참고하여 선정하였으며, 자세한 BVH 형상 및 모식도를 Table 1에 나타내었다. 실질적 적용성을 위하여 시편의 디자인은 최근 모바일 제품의 기판 부품으로 상용화되고 있는 chip scaled package(CSP) 1-2-1 구조 제품으로 선정하였다.
4에 나타낸 바와 같이 BVH의 형상 및 공정조건에 따라 BVH내 부에 잔류하는 기공의 거동을 분석하였다. 레이저 드릴을 이용하여 선가공 방법을 이용으로 비아를 형성시킨 후 Cu 도금층을 형성하였다. BVH내의 기공을 제거하기 위하여 통상적인 공정 실시 후 잔류기공추출, 메탈마스크, 롤 코팅 후 스크린코팅 공정을 추가하였다.
제작된 시편으로 BVH 형상에 따른 잔류 기공의 크기.및 거동, JEDECL2a조건(60℃/60 %RH, 120 hr)으로 신뢰성 평가를 수행 하였다气
본 연구에서는 Fig. 4에 나타낸 바와 같이 BVH의 형상 및 공정조건에 따라 BVH내 부에 잔류하는 기공의 거동을 분석하였다. 레이저 드릴을 이용하여 선가공 방법을 이용으로 비아를 형성시킨 후 Cu 도금층을 형성하였다.

대상 데이터

BVH의 형상은 최근에 개발된 양산 제품, 개발제품, 선행개발제품의 설계기준을 참고하여 선정하였으며, 자세한 BVH 형상 및 모식도를 Table 1에 나타내었다. 실질적 적용성을 위하여 시편의 디자인은 최근 모바일 제품의 기판 부품으로 상용화되고 있는 chip scaled package(CSP) 1-2-1 구조 제품으로 선정하였다. 1-2-1 구조제품은 BVH 구조가 상, 하면에 위치하고 중앙에는 copper clad laminate 가 있는 4층 구조의 제품이다.
1-2-1 구조제품은 BVH 구조가 상, 하면에 위치하고 중앙에는 copper clad laminate 가 있는 4층 구조의 제품이다. 실험 결과의 재현성을 위하여 Cu 도금층의 비아 외부는 25 um, 내부는 20um로 제작하였으며 솔더 레지스트두께도 Cu층 상부에 20um으로 제작하였고 BVH 두께는 60 um이었다.

성능/효과

메탈 마스크 공정 또는 롤 코팅 후스크린코팅 을 적용한 공정은 각각 충진성 에 관계없이 메탈 마스크의 고가격 및 솔더잉크의 뭉침 불량 등의 원인으로 개선된 효과를 볼 수 없었다. 그러나 잔류 기공 추출 공정을 적용한 시편에서는 잔류기공이 완전히 제거되었으며, 기존 공정으로 제조된 시편에 비하여 40% 수준의 향상된 결과를 나타내었다. BVH의 형상에 관계없이 1.
05 이상일 경우 시편 간의 유의차는 95% 의 신뢰 구간에서 없는 것으로 규정한다7-8).본 연구에서는 p-value가 0.907으로 분석되었으므로 95 %의 신뢰 구간에서 각 시 편의 BVH내부에서 발생되는 잔류기공의 크기는 약 50um으로 시편 간의 유의차는 없는 것으로 분석되었다.
정 리하여 나타내었다. 유기 마스크를 사용하고 스크린코팅 후에롤 코팅을 하는 기존 양산공정 조건으로 제작된 시편은 40% 정도만이 잔류 기공이 없이 완전 충진된 결과를 나타내었으며, 전체 시편의 35%는BVH 내 전체 면적의 30area% 크기의 잔류기공이 측정되었으며, 30~50area%의 기공 도를 가지는 시편의 비율이 13%로 분석 되었다. 그러나, 잔류기 공추출 공정을 적용한 시편에서는 전체 시편의 98%가 완전히 충진되어 잔류 기공이 없었다.
그러나, 잔류기 공추출 공정을 적용한 시편에서는 전체 시편의 98%가 완전히 충진되어 잔류 기공이 없었다. 즉, 기존 공정으로 제조된 시편의 60% 가 잔류기공을 보유하고 있었으나, 잔류 기공 추출 공정에 의해서 잔류기공이 거의 제거되어 기존 공정 으로 제조된 시편에 비하여 40% 수준의 향상된 결과를 나타내었다. 하지만 메탈 마스크 또는 변경 된 공정순서는 충진성에 관계없이 메탈 마스크의 높은 가격 및 솔더잉크의 뭉침 불량 등의 원인으로 개선된 효과를 볼 수 없었다.

후속연구

즉, BVH디자인에 따라 잔류응력 추출공정의 최적 조건이 제시되어야 한다. 이러한 연구 결과에 의해서 잔류기공이 제거된 시편의 고온 고습 신뢰성이 우수할 것으로 기대되었다. Fig.

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