초록 ▼

솔더 플립칩 접속을 위한 UBM과 이방성 전도 필름을 이용한 플립칩 접속을 위한 범프로써 전자 패키징 분야에의 적용을 위해 반도체 알루미늄 패드 위에 무전해 도금 및 플라즈마 화학증착법을 이용해 형성 시킨 니켈에 대해 연구
1. 반도체 알루미늄 패드 위에 무전해 도금 방법과 플라즈마 화학증착법을 이용해 증 착한 니켈 UBM (Under Bump Metallurgy)의 특성에 비교 평가한다.
2. 무전해 도금과 플라즈마 화학증착법을 이용해 형성한 니켈 UBM 위에 솔더 범프를 형성 시킨 후 유기 기판 위에 플립칩 접속 하여

솔더 플립칩 접속을 위한 UBM과 이방성 전도 필름을 이용한 플립칩 접속을 위한 범프로써 전자 패키징 분야에의 적용을 위해 반도체 알루미늄 패드 위에 무전해 도금 및 플라즈마 화학증착법을 이용해 형성 시킨 니켈에 대해 연구
1. 반도체 알루미늄 패드 위에 무전해 도금 방법과 플라즈마 화학증착법을 이용해 증 착한 니켈 UBM (Under Bump Metallurgy)의 특성에 비교 평가한다.
2. 무전해 도금과 플라즈마 화학증착법을 이용해 형성한 니켈 UBM 위에 솔더 범프를 형성 시킨 후 유기 기판 위에 플립칩 접속 하여 신뢰성을 평가한다.
2.1. 두 가지 방법으로 형성시킨 니켈 UBM 위에 솔더 범프 형성
2.2. 유기 기판을 이용한 플립칩 접속
2.3. 신뢰성 평가 및 니켈 UBM 최적화
3. 무전해 도금과 플라즈마 화학증착법 및 전해도금을 이용한 니켈 범프를 형성한 후, 이방성 전도 접착제 (ACA)를 이용한 접속의 신뢰성 평가를 수행한다.
3.1. 니켈 범프를 이용한 유기 기판 위에 ACA 플립칩 접속
3.2. 신뢰성 평가 및 니켈 범프 최적화
4. 최적화된 니켈 UBM과 니켈 범프를 실제 Si devices에 적용한다.
4.1. IPD (Integrated passive device) 선택
4.2. UBM과 범프 형성 및 플립칩 접속
1. Ni 공정 최적화 및 특성 평가
플라즈마 Ni의 경우 인가 bias를 조절시켜가며 표면분석 및 응력분석을 통해 증착에 필요한 최적 bias 조건을 분석하였다. 무전해 Ni의 경우 도금 온도 및 pH조건의 변화를 통해 도금 속도와 응력을 분석하여 최적화 조건을 분석하였다. 또한 비저항 특성 및 공정평가를 통하여 Al 위에 형성시키는데 필요한 장단점을 분석하였다.
2. 솔더 플립칩 형성 및 평가
실제 Al 패드 위에 UBM을 형성하여 스크린프린팅 방법을 통해 솔더를 올림으로써 플립칩을 만들고 계면반응을 평가하였다. 또한 두 Ni UBM의 열사이클 파괴모드 분석을 통하여 각 UBM의 특성을 평가하였다. 무전해 Ni UBM의 경우는 underfill 전취성파괴가 나타나는 문제점이 발견되었으며, 공정 변수 조절을 통하여 취성파괴를 줄이는 방법을 모색하였다.
3. ACA 접합 특성 및 신뢰성 평가
무전해 도금 및 Ni seed layer를 사용한 전해 Ni 범프를 형성하였다. ACA 접합용 범프 형성을 위한 각각의 최적도금 조건을 분석하여 범프에 필요한 최적 조건을 찾았으며 실제 접합을 하여 drop test 신뢰성을 분석하였다.
4. 실제 IPD에 무전해 도금을 통한 Ni UBM 및 솔더 범프를 형성하여, Ni을 실제 전기 device에 적용시켰으며 특성을 분석하여 니켈도금이 실제 device에 문제 없이 적용됨을 확인하였다.

Abstract ▼

Studies on Electroless plated and Plasma Enhanced CVD grown Ni deposited on Semiconductor Al pads for electronic packaging applications such as UBM for solder flip chip and bumps for ACA flip chip assembly.
1. Characterization of Electroless plated and Plasma Enhanced CVD grown Ni UBMs(Under Bump

Studies on Electroless plated and Plasma Enhanced CVD grown Ni deposited on Semiconductor Al pads for electronic packaging applications such as UBM for solder flip chip and bumps for ACA flip chip assembly.
1. Characterization of Electroless plated and Plasma Enhanced CVD grown Ni UBMs(Under Bump Metallurgy) deposited on Semiconductor Al pads
2. Reliability studies of solder flip chip on organic substrates using Electroless plated and Plasma Enhanced CVD grown Ni UBMs(Under Bump Metallurgy)
2.1. Solder bumps formation on two Ni UBMs
2.2. Flip Chip assembly using organic substrates
2.3. Reliability tests & Ni UBMs optimization
3. Reliability of Electroless plated and Plasma Enhanced CVD grown Ni bumps interconnected using anisotropic conductive adhesives (ACAs)
3.1. ACAs Flip Chip assembly using Ni bumps on organic substrates
3.2. Reliability tests & Ni bumps optimization
4. Demonstration of optimized Ni UBMs and Ni bumps on actual Si device products
4.1. IPD devices selection
4.2. UBM and bumps formation and assembly
1. Ni Process optimization and characterization
Optimum bias of sputtered Ni was analyzed using surface morphology inspection and film stress analysis. Optimum plating condition of electroless Ni film was analyzed by study on the effect of plating temperature and pH on plating rate and film stress. And process characteristics and resistivity between these two Ni film were compared.
2. Solder flip chip on Ni UBM
Solder ball was formed on electroless and sputtered Ni UBM. Interfacial reactions of solder balls with these Ni UBMs were analyzed. And failure modes after thermo-cycling test were investigated. In the case of electroless Ni-P UBM, brittle failure was observed before underfilling. So, the way for reducing brittle failure was studied by controlling the process parameters.
3. Bump formation for ACA bonding
Bumps for ACF bonding were plated by electroless and sputtered/electroplating method. The optimized conditions for bump formation were investigated. Finally, drop test was performed using assembled package.
4. Ni metal plating was applied in real IPD device, and characteristics of device was investigated.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1.1. 서론...6
• 1.2. 연구방법...7
• 1.3. 결과 및 고찰...13
• 2.1. 형성 방법...28
• 2.2. 특성 평가...32
• 4. 결론...43
• 5. 인용문헌...44
• 6. 연구성과...45