전자 패키징용 경사진 전도성 범프에 관한 연구

Abstract

이방성 전도 필름(ACF)은 와이어 본딩(Wire bonding) 공정과 비교하였을 때 저온공정이 가능하며, 사용이 간편하고, 가격이 저렴하며, 미세 간격에도 적용할 수 있다는 장점을 가지고 있어 최근 디스플레이와 반도체 접합 공정에서 가장 널리 사용되고 있다. ACF는 구형 폴리머의 표면에 Ni과 Au가 코팅 된 직경 3~5μm 의 미세한 전도성 입자가 사용되고 입자는 필름 내부에 분포된다. 전자 부품의 전극과 기판의 전극 패드 사이에 ACF를 놓고 압력과 열을 가하면 전도성 입자가 전극과 패드 사이에 밀착되어 전기적 연결부를 형성한다. 그러나 일반적으로 50μm 이하의 미세간격을 갖는 범프에 ACF를 사용하게 되면 연결된 전도성 입자들에 의하여 전기적 단락이 발생하게 된다. 따라서 전도성 입자를 사용하지 않고 전자 부품의 전극과 기판의 패드 사이를 비전도성 필름만으로 접합하는 NCF나 새로운 이방성 전도필름에 대한 연구도 지속적으로 진행되고 있다. 또한 ACF에서 전도성 입자들의 불균일한 분포와 압력에 의한 입자들의 이동과 전기적 단락 등의 문제를 보완하여 미세간격을 가지는 전극과 패드에서도 사용할 수 있는 전도성 입자와 유사한 구조의 전도성 범프를 전자 부품의 전극에 고정시키는 방법들이 제안되었다. 전도성 범프를 이용한 공정은 범프가 이동하지 않고 전기 전도도가 일정하며 저항을 비교적 정확하게 예측할 수 있다는 장점이 있으나 공정이 까다롭고 많은 시간이 소요되며 접합 시 범프의 방향을 예측할 수 없다는 단점이 있다. 본 연구에서는 기존 이방성 전도 필름/범프의 문제점을 해결하기 위하여 웨이퍼 레벨에서 전극이 형성된 기판 위에 경사 노광을 통하여 경사진 중공 형태의 전도성 범프 형상을 제안하였다. 경사진 전도성 범프(Inclined Conductive Bump, ICB)는 일반적으로 수직으로 형성된 실린더 형태의 범프보다 낮은 압력에서 접합이 가능하고, 접착 시 일정한 방향으로 범프가 변형하므로 전기적 단락을 방지하며, 접합 후 탄성영역 내에서 범프의 탄성복원력에 의한 긴밀한 접합 상태를 유지할 수 있다는 장점이 있다. 그리고 웨이퍼 레벨에서 전극이 형성된 기판 위에 경사 노광과 전기 도금 공정을 이용하여 균일한 범프를 형성하고 전기 도금 공정에서 seed layer 제거를 위한 추가 공정이 필요하지 않으며, CMP공정을 이용하여 전기적 단락을 방지하는 보다 단순하고 효율적인 새로운 범프 제작 공정을 제안하였다. 또한 기판과 70도와 80도의 각도를 가지는 2종류의 범프를 제작하고, 3μm , 5μm 의 두께를 가지는 2종류의 범프를 제작하였고, 제작된 범프 형상을 유한요소해석을 통하여 모델링하여 범프 형상에 따른 변형량과 스트레스, 하중에 따른 변형량과 스트레스를 예측하였다. 그리고 전기적 특성 평가 실험을 통하여 제안한 경사진 전도성 범프의 최적의 접합 조건을 찾고, 접합 시 접촉저항을 측정하여 타당성을 검증하고 공정 변수의 영향을 분석하였다.