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Cu pillar 범프의 Cu-Sn-Cu 샌드위치 접속구조를 이용한 플립칩 공정
Flip Chip Process by Using the Cu-Sn-Cu Sandwich Joint Structure of the Cu Pillar Bumps 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.16 no.4, 2009년, pp.9 - 15  

최정열 (홍익대학교 신소재공학과) ,  오태성 (홍익대학교 신소재공학과)

초록
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Cu pillar 범프를 사용한 플립칩 기술은 솔더범프를 사용한 플립칩 공정에 비해 칩과 기판 사이의 거리를 감소시키지 않으면서 미세피치 접속이 가능하다는 장점이 있다. Cu pillar 범프를 사용한 플립칩 공정은 미세피치화와 더불어 기생 캐패시턴스를 억제하기 위해 칩과 기판 사이에 큰 거리가 요구되는 RF 패키지에서도 유용한 칩 접속공정이다. 본 연구에서는 Sn 캡을 형성한 Cu pillar 범프와 Sn 캡이 없는 Cu pillar 범프를 전기도금으로 형성한 후 플립칩 접속하여 Cu-Sn-Cu 샌드위치 접속구조를 형성하였다. Cu pillar 범프 상에 Sn 캡의 높이를 변화시키며 전기도금한 후, Sn 캡의 높이에 따른 Cu-Sn-Cu 샌드위치 접속구조의 접속저항과 칩 전단하중을 분석하였다. 직경 $25\;{\mu}m$, 높이 $20\;{\mu}m$인 Cu pillar 범프들을 사용하여 형성한 Cu-Sn-Cu 샌드위치 접속구조에서 $10{\sim}25\;{\mu}m$ 범위의 Sn 캡 높이에 무관하게 칩과 기판 사이의 거리는 $44\;{\mu}m$으로 유지되었으며, 접속부당 $14\;m{\Omega}$의 평균 접속저항을 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Compared to the flip-chip process using solder bumps, Cu pillar bump technology can accomplish much finer pitch without compromising stand-off height. Flip-chip process with Cu pillar bumps can also be utilized in radio-frequency packages where large gap between a chip and a substrate as well as fin...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 Fig. 2의 개념도에 나타낸 것과 같은 CuSn-Cu 샌드위치 접속구조를 이용한 플립칩 공정에 대해 연구하였다. Sn 캡이 형성되어 있는 Cu pillar 범프와 Sn 캡이 없는 Cu pillar 범프를 전기도금법으로 형성한 후, 이들을 플립칩 본딩함으로써 Fig.

가설 설정

  • 본 연구에서는 직류 모드를 사용하여 Sn 캡을 도금하였는데, 펄스모드를 사용하여 Sn 캡의 도금함으로써 표면 거칠기를 감소시킬수 있다.16) 펄스모드를 사용한 Sn 도금에서 표면 거칠기의 감소는 Sn 도금막 부근의 도금액에 형성되어 있던 확산 이중층이 펄스 모드의 off-time 기간 중에 소멸하며 핵 생성이 용이하게 발생하여 결정립이 미세화 되는데 기인한다.17,18) Sn 캡의 표면 평탄도와 coplanarity를 향상시킬수 있는 방안으로는 포토레지스트 패턴을 제거하지 않은 상태에서 Sn 캡의 표면을 연마한 후, 포토레지스트 패턴을 제거하는 방법을 사용하는 것이 가능하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
플립칩 공정은 어떻게 이루어지는가? 일반적으로 플립칩 공정은 반도체 칩의 솔더범프를 리플로우 하여 기판의 UBM (under bump metallurgy)에 본딩함으로써 이루어진다.1,7,8) 최근 반도체 칩의 입출력 단자의 개수를 증가시키기 위해 솔더범프 접속부의 피치가 현저히 감소하고 있으며, 이를 이루기 위해 솔더범프의 크기가 감소하고 있다.
솔더범프 접속부의 피치를 현저히 감소시킴으로써 발생하는 문제는 무엇인가? 1,7,8) 최근 반도체 칩의 입출력 단자의 개수를 증가시키기 위해 솔더범프 접속부의 피치가 현저히 감소하고 있으며, 이를 이루기 위해 솔더범프의 크기가 감소하고 있다. 그러나 플립칩 공정에 미세 솔더 범프를 사용함에 따라 칩과 기판 사이의 거리가 감소되어 언더필 (underfill) 공정이 어려워지는 문제점이 유발될수 있다.9) 또한 솔더범프 크기가 감소함에 따라 범프 접속부당 전류밀도와 열에너지 밀도가 증가하여, 플립칩 솔더 접속부의 신뢰도가 감소할 수 있다.10) 이외에도 솔더 범프의 미세 피치화에 기인하여 솔더 리플로우시 이웃 솔더범프 사이에 솔더 bridging이 용이하게 발생할 수 있는 문제점이 있다.11)
플립칩 패키지의 장점은 무엇인가? 기존의 칩 접속방법인 와이어본딩으로는 이와 같은 요구를 충족시키는 데에 한계가 있어, 반도체 칩을 인쇄회로기판, 플렉시블 기판 및 플라스틱 BGA 기판에 직접 접속하는 플립칩 기술의 필요성이 증대하고 있다.1-6) 플립칩 패키지는 칩과 기판간의 접속부 길이가 최소화되어 전기적 성능이 우수하며, 입출력단자의 집적도를 높일 수 있다. 또한 패키징 밀도를 증가 시킬 수 있으며, 열 방출의 경로를 분산시켜 내부의 열을 보다 빠르게 외부로 방출시킬 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 장점으로 인해 플립칩 공정은 다기능화와 더불어 소형화, 슬림화가 요구되는 휴대형 전자제품의 저가격 대량생산을 위한 전자 패키징 기술로 자리잡고 있다.
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참고문헌 (19)

  1. J. H. Choi, K. Y. Lee, S. W. Jun, Y. H. Kim, and T. S. Oh, "Contact Resistance of the Chip-on-glass Bonded 48Sn-52In Solder Joint", Mater. Trans., 46, 1042-1046 (2005). 

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  5. J. H. Lau, Low Cost Flip Chip Technologies, pp.511, McGraw-Hill, New York (2000). 

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  8. J. W. Kim, Y. C. Lee, and S. B. Jung, "Effect of Bonding Conditions on Conduction Behavior of Anisotropic Conductive Film Interconnection", Met. Mater. Int., 14, 373-380 (2008). 

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  10. A. Keigler, B. Wu, J. Zhang, and Z. Liu, "Pattern Effects on Electroplated Copper Pillars", Inter. Wafer-level Packag. Conf. (2006). 

  11. G. T. Lim, B. J. Kim, K. Lee, J. Kim, Y. C. Joo, and Y. B. Park, "Temperature Effect on Intermetallic Compound Growth Kinetics of Cu Pillar/Sn Bumps", J. Electron. Mater., 38(11), 2228-2233 (2009). 

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  14. A. Chandrasekhar, E. Beyne, W. Raedt, and B. Nauwelaers, "Accurate RF Electrical Characterization of CSPs Using MCM-D Thin Film Technology", IEEE Trans. Adv. Packag., 27, 203-212 (2004). 

  15. E. Beyne, "Multilayer Thin-Film Technology Enabling Technology for Solving High-Density Interconnect and Assembly Problems", Nuclear Inst. Methods Phys. Res. A, 509, 191-199 (2003). 

  16. J. Y. Choi, M. Y. Kim, S. K. Lim, and T. S. Oh, "Flip Chip Process for RF Packages Using Joint Structures of Cu and Sn Bumps" J. Korean Microelectron. Packag. Soc., 16, 33-40 (2009). 

  17. C. W. Tan, Y. C. Chan, and N. H. Yeung, "Effect of Autoclave Test on At sotropic Conductive Jointf, Microelectron. Reliab., 43, 279-285 (2003). 

  18. J. H. Zhang, Y. C. Chan, M. O. Alam, and S. Fu, "Contact Resistance and Adhesion Performance of ACF Interconnections to Aluminum Metallization", Microelectron. Reliab., 43, 1303-1310 (2003). 

  19. Y.-T. Hsieh, "Reliability and Failure Mode of Chip-on-film with Non-conductive Adhesive", Proc. Int. Symp. Electron. Mater. Packag., pp.157-160 (2002). 

저자의 다른 논문 :

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