KR101722704B1

KR101722704B1 - 주석-은 솔더 범프 고속 도금액 및 이를 이용한 도금 방법

Info

Publication number: KR101722704B1
Application number: KR1020150180360A
Authority: KR
Inventors: 이석호; 송정환; 전성식; 김병탁; 임아현; 이준우
Original assignee: 엘티씨에이엠 주식회사
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-04-11
Anticipated expiration: 2035-12-16

Abstract

본 발명은 고속도금 조건하에서 주석-은 솔더 범프 고속 도금액으로, 주석이온 2.1 ~ 20wt%; 은이온 0.01 ~ 1.5wt%; 전도염 5.0 ~ 30wt%; N,N'-디이소프로필티오우레아, 디페닐티오우레아, 디메틸티오우레아, 디에틸티오우레아, 티오우레아 디옥사이드로 이루어진 그룹에서 일이상 선택되는 우레아 화합물 0.12 ~ 15wt%; 결정립조정제 0.3 ~ 10wt%; 평활제 0.8 ~ 8wt% 및 잔량의 초순수를 포함하여 이루어지는 주석-은 솔더 범프 고속 도금액에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 주석-은 솔더 범프 고속 도금액을 반도체 장치 등 전자 부품의 기판상에 접촉시키고 3.0 ~ 20 A/dm²의 전류 밀도를 인가하고, 도금속도 1.5 ~ 10 μm/min로 도금하고, 주석-은 솔더 범프 내 은의 함량이 1.0 ~ 4.0wt% 인 것을 특징으로 하는 주석-은 솔더 범프 고속 도금 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 주석-은 솔더 범프 고속 도금액 및 이를 이용한 고속 도금방법은 고속 도금 조건에서 안정적인 도금속도와 범프 은 함량을 가져, 매끄러운 도금 표면, 균일한 범프 간의 크기를 원활하게 형성할 수 있는 이점이 있다.

Description

주석-은 솔더 범프 고속 도금액 및 이를 이용한 도금 방법 {TIN-SILVER SOLDER BUMP HIGH SPEED PLATING SOLUTION AND THE MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 주석-은 솔더 고속 도금액 및 도금방법에 관한 것이다. 상세하게는 반도체 장치를 비롯한 전자 부품의 기판상에 도금되는 주석-은 솔더 범프를 고속 도금 조건에서 안정적인 도금속도와 범프 은 함량을 가지며, 매끄러운 도금 표면을 갖도록 하는 주석-은 솔더 범프 고속 도금액 및 도금방법에 관한 것이다.

전자제품의 핵심부품인 회로기판 등의 면적 축소 또는 반도체 장치의 실장면적의 향상 등으로 상기 회로기판 상에 실장되는 반도체 장치의 실장부분 즉, 장시 반도체장치의 실장 면적을 향상시키기 위한 연구와 개발이 진행되고 있으며, 실장 면적을 축소시키기 위한 방법의 하나로써 플립 칩(Flip Chip) 실장을 주로 이용하고 있다. 플립칩 패키지에는 여러 가지 형태가 있지만, 솔더 범프를 이용한 플립칩 패키지 기술은 회로기판 간 솔더 범프를 직접 접합하며 칩의 전면적을 활용하는 면 배열(Area Array) 방식으로 단위 면적당 입출력 단자 수를 크게 증가시켜, 미세 피치 적용, 고속화, 경박화, 고기능, 고성능의 제품 구현이 가능하다는 장점을 가지고 있다.

종래 일반적으로 사용되던 주석-납 솔더범프는 솔더링 특성 우수, 낮은 윰점, 도금액 관리 편이의 장점을 가지고 있었지만, 납을 포함한 유해 물질에 대한 사용을 규제하는 RoHS 법이 시행되면서 주석-납 솔더 범프의 사용이 규제되었다. 따라서 주석-납 솔더 범프를 대체하기 위하여 주석, 주석-은, 주석-비스무스, 주석-구리, 구석-아연 등의 합금의 탐구가 진행되었다.

특히 주석-은 솔더 범프의 경우 낮은 전기저항성, 안정성 등을 기반으로 주석-납 솔더 범프의 대체품으로 주목받고 있다. 그러나 주석-은 솔더 범프 제조에 있어서 주석-은 솔더 범프 고속 도금액 내 은이온은 특정 UBM 또는 주석 양극판에 치환 석출되려는 경향이 있어 도금액 내 은이온 농도 제어가 어렵게 된다. 이로 인하여 도금되는 주석-은 솔더 범프 은 함량의 제어가 어렵게 되면서 제조자가 요구하는 주석-은 합금조성비를 얻기가 불리하게 된다. 주석-은 솔더 범프가 적절한 합금조성비를 갖지 않으면 휘스커(Whisker) 또는 혹(Nodule)이 발생하여 플립칩 내 인터커넥션 신뢰도 문제를 일으킬 수 있다. 주석-은 솔더 범프 제조에서 또 다른 문제점은 도금 가능한 전류밀도가 제한적이라는 점이다. 도금 시 높은 전류 밀도는 범프 도금 속도를 빠르게 해주어 고도의 작업 처리량에 긍정적인 영향을 주지만, 도면 표면 제어가 어렵고 도금 전극에서 과량의 수소 가스 발생으로 인하여 치밀하지 못한 도금으로 인한 범프 내 공극(Void) 생성 등의 부정적인 영향을 줄 수 있다.

따라서 주석-은 솔더 범프를 고속 도금 조건에서 안정적인 도금 속도와 범프 은 함량을 가지며, 매끄러운 도금 표면을 갖는 도금액에 대한 개발의 필요가 존재한다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 고속 도금 조건에서 양호한 도금액 안정성을 갖으면서 안정적인 도금속도와 범프 은 함량을 가지며, 매끄러운 도금 표면, 균일한 범프간 크기를 원활하게 형성할 수 있는 주석-은 솔더 범프 고속 도금액 및 이를 이용한 도금 방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고속도금 조건하에서 주석-은 솔더 범프 고속 도금액으로, 주석이온 2.1 ~ 20wt%; 은이온 0.01 ~ 1.5wt%; 전도염 5.0 ~ 30wt%; N,N'-디이소프로필티오우레아, 디페닐티오우레아, 디메틸티오우레아, 디에틸티오우레아, 티오우레아 디옥사이드로 이루어진 그룹에서 일이상 선택되는 우레아 화합물 0.12 ~ 15wt%; 결정립조정제 0.3 ~ 10wt%; 평활제 0.8 ~ 8wt% 및 잔량의 초순수를 포함하여 이루어지는 주석-은 솔더 범프 고속 도금액을 제공한다.

여기서, 주석이온 공급원은 메탄술폰산 주석이다.

여기서, 은이온 공급원은 메탄술폰산 은이다.

여기서, 전도염은 메탄술폰산이다.

본 발명에 따른 고속도금 조건하에서 주석-은 솔더 범프 고속 도금액에는 레조르시놀, 플로로글루시놀, 피로갈롤, 하이드로퀴논술폰산, 하이드로퀴논, 카테콜로 이루어진 그룹에서 일 이상 선택되는 산화방지제 0.1 ~ 8.0wt%를 더 포함할 수 있다.

상기 결정립 조정제는 폴리에틸렌/프로필렌글리콜 β나프톨 공중합체, 폴리옥시에틸렌 β나프틸 에테르 공중합체로 이루어진 그룹에서 일 이상 선택되는 것이다.

상기 평활제는 알칸올아민 및 폴리에틸렌이민으로 이루어진 그룹에서 일 이상 선택되는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 고속도금 조건하에서 주석-은 솔더 범프 고속 도금액에는 에톡시레이티드 리니어 알코올, 에톡시레이티드 알킬 페놀, 에톡시레이티드 아세틸렌 디올, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리옥시에틸렌알킬에테르로 이루어진 그룹에서 일 이상 선택되는 비이온성 계면활성제 0.2 ~ 5wt%를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 주석-은 솔더 범프 고속 도금액을 반도체 장치 등 전자 부품의 기판상에 접촉시키고 3.0 ~ 20 A/dm²의 전류 밀도를 인가하고, 도금속도 1.5 ~ 10 μm/min로 도금하고, 주석-은 솔더 범프내 은의 함량이 1.0 ~ 4.0wt% 인 것을 특징으로 하는 주석-은 솔더 범프 고속 도금 방법을 제공한다.

본 발명의 주석-은 솔더 범프 고속 도금액으로부터 도금된 주석-은 솔더 범프 표면에서 방출되는 방사성 알파 입자의 수는 0.2 CPH/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 저알파선 방출 주석-은 솔더 범프 고속 도금 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 주석-은 솔더 범프 고속 도금액 및 이를 이용한 도금 방법은 고속 도금 조건에서 양호한 도금액 안정성, 안정적인 도금속도와 범프 은 함량을 가지며, 매끄러운 도금 표면, 균일한 범프 간의 크기를 원활하게 형성할 수 있는 이점이 있다. 따라서 실제 작업 환경에서 고속 도금 조건에서 양호한 주석-은 솔더 범프를 수득할 수 있기 때문에 기술자의 고도의 작업 처리량에 대한 효율을 증대 시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 의해 제조된 도금액으로 4인치 실리콘 웨이퍼에 50㎛ 크기 범프를 8A/dm² 전류 밀도 조건으로 도금 후 FE-SEM으로 범프 표면을 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 3의 방법으로 제조된 도금액으로 4인치 실리콘 웨이퍼에 50㎛ 크기 범프를 17 A/dm² 전류 밀도 조건으로 도금 후 FE-SEM으로 범프 표면을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 3의 방법으로 제조된 도금액으로 전류 밀도에 따른 도금 표면 형상을 평가하기 위하여 구리/니켈(UBM) 도금된 FR-4 기판에 해당 전류 밀도 조건으로 도금 후 FE-SEM으로 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 7의 방법으로 제조된 도금액으로 도금 표면의 평활도를 평가하기 위하여 구리/니켈(UBM) 도금된 FR-4 기판에 15 A/dm² 전류 밀도 조건으로 도금 후 FE-SEM으로 촬영한 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 3의 방법으로 제조된 도금액으로 솔더 볼의 형상을 평가하기 위하여 50㎛ 크기 범프를 해당 전류 밀도 조건에서 도금 및 리플로우 후 FE-SEM으로 촬영한 사진이다.

이하, 발명의 구체적인 실시예에 따른 주석-은 솔더 범프 고속 도금액 및 이를 이용한 도금 방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 하나의 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 발명의 권리범위 내에서 구현예에 대한 다양한 변형이 가능함은 당업자에게 자명하다. 하기 실시예에 있어서 별도의 언급이 없으면 조성물의 성분비는 중량비이다.

본 발명의 주석-은 솔더 고속 도금액은 반도체 장치를 비롯한 전자 부품의 기판상에 도금되는 주석-은 솔더 범프를 고속 도금 조건에서 안정적인 도금속도와 범프 은 함량을 가지며, 매끄러운 도금 표면을 갖도록 하는 주석-은 솔더 범프 고속 도금액에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명의 주석-은 솔더 범프 고속 도금액은 주석이온 2.1 ~ 20wt%, 은이온 0.01 ~ 1.5wt%, 전도염 5.0 ~ 30wt%, N,N'-디이소프로필티오우레아, 디페닐티오우레아, 디메틸티오우레아, 디에틸티오우레아, 티오우레아 디옥사이드로 이루어진 그룹에서 일이상 선택되는 우레아 화합물 0.12 ~ 15wt%, 결정립조정제 0.3 ~ 10wt%, 평활제 0.8 ~ 8wt% 및 나머지 초순수를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명의 주석-은 솔더 범프 고속 도금방법은 상기 주석-은 솔더 고속 도금액을 반도체 장치 등 전자 부품의 기판상에 접촉시키고 1 ~ 20 A/dm²의 전류 밀도를 인가하고, 도금속도 1.5 ~ 10 μm/min로 도금하되 주석-은 솔더 범프 내 은의 함량이 1.0 ~ 4.0wt% 이 되며 방사성 알파 입자의 수가 0.2 CPH/㎠ 로 고속 도금하는 방법이다.

상기 주석이온 공급원으로 메탄술폰산 주석이 바람직하며, 상기 주석이온은 2.1 ~ 20 wt%가 포함되어 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 주석이온이 2.1 wt% 미만일 경우 도금액 내의 도금이 실질적으로 이루어지는 음극 기판에서 주석이온이 환원되어 주석 금속으로 석출되는 효율이 낮아져 도금 속도가 저하되고, 이로 인해 작업 효율이 저하된다. 한편, 주석이온이 20 wt% 초과할 경우 주석이온의 전착 속도가 빠르게 되어 도금 형상, 도금 속도, 주석-은 합금 조성비 제어가 어렵고, 주석 산화물에 의한 도금액 오염이 발생 할 수 있다.

한편, 은이온 공급원으로 메탄술폰산 은이 바람직하며, 상기 은이온은 0.01 ~ 1.5wt%가 포함되어 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 은이온이 0.01wt% 미만일 경우 전착되는 은이온의 도금 속도 제어가 어려워 주석-은 조성비 제어가 어려우며 1.5wt% 초과할 경우 은의 과도한 전착으로 인해 도금층 형상 제어가 어려울 수 있다.

상기 전도염은 메탄술폰산이 바람직하며, 상기 전도염은 5.0 ~ 30wt%로 포함되는 것이 바람직하다. 전도염은 도금액의 pH 유지 및 전기전도도를 부여하는 역할을 한다. 따라서, 상기 전도염이 5.0 wt% 미만일 경우 도금액에 전기전도도가 충분히 부여되지 않아 도금 속도가 저하될 수 있으며, 전도염이 30wt% 초과할 경우 과한 전기전도도로 도금 속도가 빨라져 도금 형상 제어가 어려울 수 있다.

상기 우레아 화합물은 N,N’-디이소프로필티오우레아(N,N'-Diisopropylthiourea), 디페닐티오우레아(Diphenylthiourea), 디메틸티오우레아(Dimethylthiourea), 디에틸티오우레아(diethylthiourea), 티오우레아디옥사이드(thiourea dioxide)로 이루어진 그룹에서 일 이상 선택되는 것이 바람직하며, 상기 우레아 화합물은 0.12 ~ 15wt%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 우레아 화합물은 도금액 내 은이온과의 착이온을 형성하여 은이온이 주석이온 및 하부범프금속 (Under Bump Metalization, UBM)의 구리 금속 등에 노출되어 환원되어 침전되는 것을 방지해 준다. 따라서, 상기 우레아 화합물은 도금액 내에서 은이온의 함량이 안정적으로 유지될 수 있도록 하여 도금액 안정성 및 주석-은 조성비에 대해 제어가 수월하게 하는 역할을 한다. 상기 우레아 화합물이 0.12wt% 미만일 경우 은이온과 착이온 형성이 충분히 되지 않아 은이온이 금속으로 환원되어 도금액 안정성 및 도금 후 주석-은 조성비에 부정적인 영향을 미치며, 우레아 화합물이 15wt% 초과할 경우 도금액 내에서 부가적인 반응으로 인한 침전물 발생으로 도금액의 오염을 초래하여 도금액 안정성에 악영향을 미친다.

상기 결정립조정제는 폴리에틸렌/프로필렌글리콜 β나프톨(Polyethylene propyleneglycol β-naphthol)의 공중합체, 폴리옥시에틸렌 β나프틸에테르(Polyoxyethylene β-naphthyl ether)의 공중합체로 이루어진 그룹에서 일 이상 선택되는 것이 바람직하며, 상기 결정립조정제는 0.3 ~ 10wt%로 포함되어 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 결정립조정제는 도금액과 기판상의 표면장력을 떨어뜨려 도금 조직이 기판상에 균일하게 도금 되도록 한다. 상기 결정립조정제가 0.3wt% 미만일 이거나 10wt%를 초과할 경우, 도금 조직이 치밀하게 도금되지 않으며 결정립 사이에 공극이 생기게 되어 범프 형성이 어려워질 수 있다.

상기 평활제는 알칸올아민 및 폴리에틸렌이민으로 이루어진 그룹에서 일 이상 선택되는 것이 바람직하며, 상기 평활제는 0.8 ~ 8wt%로 포함되어 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 평활제는 도금할 때 도금 조직의 3차원적 도금 성장을 억제함으로써 균질하고 평판한 필름 형태의 도금 층을 얻을 수 있도록 한다. 상기 평활제가 0.8wt% 미만이거나 8wt%를 초과할 경우, 범프 형상이 오목 또는 볼록한 형태로 도금되거나 불특정 방향으로의 도금 조직이 과성장 되어 범프 두께가 불균일하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 주석-은 솔더 범프 고속 도금액에는 레조르시놀(resorcin), 플로로글루시놀(phloroglucin), 피로갈롤(pyrogallol), 하이드로퀴논술폰산(hydroquinone sulfonic acid), 하이드로퀴논(hydroquinone), 카테콜(catechol)로 이루어진 그룹에서 일 이상 선택되는 산화방지제 0.1 ~ 8.0wt%가 추가로 포함되어 이루어진다. 상기 산화방지제는 주석이온이 산화해 도금액 내에서 석출되는 것을 방지하여 도금액 내의 주석이온의 안정성이 향상되게 한다. 상기 산화 방지제가 0.1wt% 미만일 경우 주석이온이 산화되어 도금액에 침전물이 생성되고, 8.0wt% 초과할 경우 도금액 내에서 부가적인 반응으로 도금액의 수명에 부정적인 영향을 준다.

또한, 본 발명에 따른 주석-은 솔더 고속 도금액에는 에톡시레이티드 리니어 알코올(ethoxylated linear alcohol), 에톡시레이티드 알킬 페놀(ethoxylated alkyl phenol), 에톡시레이티드 아세틸렌 디올(ethoxylated acetylenic diol), 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르(polyoxyethylene nonylphenyl ether), 폴리옥시에틸렌알킬에테르(polyoxyethylene alkyl ether)로 이루어진 그룹에서 일 이상 선택되는 비이온성 계면활성제 0.2 ~ 5wt%를 더 포함되어 이루어진다. 상기 비이온성 계면활성제는 도금액과 기판상의 표면장력을 추가로 제어해 주어 젖음성(Wetting)을 더욱 향상시켜 기판상의 범프 형상이 보다 균질하게 도금할 수 있다.

이하에서는 실시 예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나, 이들 실시 예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

[실시예 1]

메탄술폰산(methanesulfonic acid) 15wt%, 메탄술폰산 주석으로부터 공급되는 주석이온 13wt%, 메탄술폰산 은으로부터 공급되는 은이온 0.2wt%, 우레아 계통의 화합물 0.3 wt%, 산화 방지제 0.3 wt%, 결정립조정제 0.7wt%, 평활제 1wt%로 투입하고 나머지 함량을 초순수를 혼합하고 교반하여 도금액을 제조하였다.

[실시예 2]

실시예 1에서 제조된 도금액에 대해 정전류를 인가하여 도금 특성을 평가하였다. 음극은 50㎛ 크기 범프가 패턴화된 4인치 실리콘 웨이퍼를 사용하고 양극으로는 백금이 도금된 티타늄 전극을 사용하여, 도금액 온도 25℃와 교반 속도 500rpm의 조건에서 전류밀도 8A/dm² 조건에서 도금하였다. 도금 형상을 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM)으로 촬영하여 도 1로 나타내었다.

또한, EDS를 통해 도금 은 함량(wt%)을 측정하였다. 그리고 도금 속도(㎛/min)를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 3]

메탄술폰산 25wt%, 메탄술폰산 주석으로부터 주석이온 15wt%, 메탄술폰산 은으로부터 은이온 0.25wt%, 우레아 계통의 화합물 0.3wt%, 산화 방지제 0.4 wt%, 결정립조정제 1wt%, 평활제 1wt%, 폴리옥시에틸렌 치환된 비이온 계면활성제로 에톡시레이티드 아세틸렌 디올 (상품명 Surfynol465) 1.5wt%를 투입하고 나머지 함량을 초순수로 혼합하고 교반하여 도금액을 제조하였다.

[실시예 4]

실시예 3에서 제조된 도금액을 실시예 2의 도금 전류 밀도를 제외한 나머지 도금 평가 방법은 동일하고 도금 전류밀도를 17 A/dm² 로 하고 나머지 평가 방법은 동일하게 하여 도금 특성을 평가하였다. 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다. 도금 표면 형상을 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM)으로 관찰하여 도 2로 나타내었다.

구분	전류밀도 (A/dm²)	도금 속도 (㎛/min)	범프 은 함량 (wt%)	도금 표면 평활도
실시예 1	8	5.03	3.1	우수
실시예 3	17	9.95	2.2	우수

도 1과 도 2에서와 같이 실시예 1과 실시예 3은 매끄럽고 균일하게 도금이 되었다는 것을 할 수 있다. 도금 속도와 범프 은 함량을 비교해 보면, 실시예 1은 도금 속도 5.03 ㎛/min, 범프 은 함량 3.1 wt%으로 확인 되었다. 실시예 1보다 높은 전류밀도에서 도금이 이루어진 실시예 3은 도금속도 9.10 ㎛/min, 범프 은 함량 2.3 wt%로 17 A/dm² 도금 전류 밀도에서 안정적으로 도금된 것을 확인할 수 있다.

[실시예 5]

실시예 3과 동일한 방법으로 제조된 도금액을 제조한 후, 전류밀도에 따른 도금 표면 특성을 평가하였다. 음극은 구리/니켈(UBM) 도금된 FR-4 기판으로 하고 양극은 백금 도금된 티타늄 전극을 사용하여, 도금액 온도 25℃와 교반 속도 500rpm의 조건에서 전류밀도는 표 2와 같은 조건에서 도금하였다. 도금 형상은 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM)으로 관찰하여 도 3으로 나타내었다. 또한 EDS를 통해 도금 은 함량(wt%)을 측정하였다.

구분	전류밀도 (A/dm²)	시편 은 함량 (wt%)	도금 표면 형상
실시예3	1	4.7	불량
	12	2.7	우수
	15	2.3	우수
	21	4.6	매우 불량

표 2에서와같이, 실시예 3에 따른 도금 전류 범위 이내에서 도금을 진행할 경우 도금 표면 형상이 우수하며 시편의 은 함량이 유효하다는 것을 확인할 수 있다. 바람직한 도금 전류 범위의 이외의 전류 밀도 범위인 1 A/dm² 조건에서 도금 표면에 공극(Void)의 발생이 많았다. 또한, 전류 밀도가 21 A/dm² 조건에서는 결정립의 과성장으로 인해 결정립 사이의 공간이 넓어져 도금 표면 형상이 매우 불량하다.

[실시예 6]

실시예 1에서 결정립조정제를 제외한 나머지 조성물은 동일하며, 결정립조정제는 표 2와 같이 투입된 도금액을 제조하였다. 제조된 도금액에 대해 정전류를 인가하여 도금 특성을 평가하였다. 음극은 구리/니켈(UBM) 도금된 FR-4 기판으로 하고 양극은 백금 도금된 티타늄 전극을 사용하여, 도금액 온도 25℃와 교반 속도 500rpm의 조건에서 전류밀도 15A/dm² 조건에서 도금하였다. 도금 형상을 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM)으로 관찰하고, EDS를 통해 도금 은 함량(wt%)을 측정한 그 결과를 아래 표 3에 나타내었다.

도금액	실시예 1+ 결정립조정제 0.1 wt%	실시예 1+ 결정립조정제 2wt%	실시예 1+ 결정립조정제 4wt%	실시예 1+ 결정립조정제 11wt%
결정립 크기	불량	양호	양호	미흡
은 함량 (wt%)	5.3	2.5	2.1	0.6
은 함량 (wt%)	불량	유효	유효	불량
도금 속도 (㎛/min)	8.1	9.2	9.1	5.4

표 3에서와같이, 실시예 1에서 결정립 조정제를 0.1 wt% 투입시에 도금 형상이 타 실시예의 도금액으로 도금하였을 때와 비교하여 형상이 상이하고, 공극이 많아 측정이 불가능하며 도금 은 함량이 유효하지 않다. 결정립조정제의 최적 함량 이내에서 범프의 결정립 크기, 은 함량이 유효하며, 안정적인 도금 속도를 갖는다는 것을 확인할 수 있고, 최적 함량 이상에서는 범프 은 함량 및 도금 속도가 유효하지 않은 것을 확인할 수 있다.

[실시예 7]

실시예 3에서 평활제를 제외한 나머지 조성물을 동일하며, 평활제를 표 4와 같이 투입된 도금액을 제조하였다. 제조된 도금액에 대해 정전류를 인가하여 도금 특성을 평가하였다. 음극은 50㎛ 크기 범프가 패턴화 된 4인치 실리콘 웨이퍼를 사용하고 양극은 백금 도금된 티타늄 전극을 사용하여, 도금액 온도 25℃와 교반 속도 500rpm의 조건에서 전류밀도 15A/dm² 조건에서 도금하였다. 도금 층의 평활도를 확인하기 위해 주사현미경으로 시편을 관찰하였다. 한편 표면을 촬영한 사진은 도 3에 나타내었다.

한편, 본 발명의 실시예 7의 방법으로 제조된 도금액으로 도금 표면의 평활도를 평가하기 위하여 구리/니켈(UBM) 도금된 FR-4 기판에 15 A/dm² 전류 밀도 조건으로 도금 후 FE-SEM으로 촬영한 사진을 도 4에 나타내었다.

도금액	실시예 3 + 평활제 0 wt%	실시예 3 + 평활제 0.6 wt%	실시예 3 + 평활제 2wt%	실시예 3 + 평활제 9 wt%
도금 표면 평활도	매우 불량	불량	양호	불량

표 4 및 도 4에서와 같이, 실시예 3에서 평활제 투입량이 최적 함량 미만의 함량일 경우 도금 층의 가운데와 끝면의 높낮이의 차이가 매우 심한 상태였다. 또한, 평활제의 최적 함량 이상의 함량에서는 투입량이 없을 때보다는 평활하나 흡족할 만한 상태는 아니다. 평활제의 최적 함량에서의 평활도는 매우 평활하다는 것을 알 수 있다.

[실시예 8]

실시예 3과 동일한 방법으로 도금액을 제조한 후, 음극은 50㎛ 크기 범프가 패턴화 된 4인치 실리콘 웨이퍼를 사용하고 양극은 백금 도금된 티타늄 전극을 사용하여, 도금액 온도 25℃와 교반 속도 500rpm의 조건에서 전류밀도 8A/dm² 와13A/dm² 조건에서 도금하였다. 범프 도금 후 솔더 볼을 제조하기 위하여 실리콘 웨이퍼 위에 수용성 플럭스를 도포 후 240℃ 핫플레이트에서 30초 동안 열처리를 진행 후 상온에서 냉각하였다. 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM)으로 범프 및 솔더 볼을 관찰한 결과를 도 5에 나타내었다. 리플로우 후 솔더 볼 형상은 매우 반듯한 반구 형태를 띠고 있었으며, 솔더 볼 표면 또한 매우 매끈한 것을 확인할 수 있다.

본 발명이 예시적인 실시예 및 특징에 관하여 본원에 다양하게 개시되어 있을지라도, 이는 상기된 실시예 및 특징이 본 발명을 제한하지 않고, 다른 변이, 개질 및 다른 실시예가 본원의 개시내용을 기초하여 당업자에게 그 자체로 제안될 수 있는 것으로 인식된다. 따라서, 본 발명은 상기 제시된 본원의 취지 및 청구범위 내에서 이러한 변이, 개질 및 다른 실시예를 모두 포함함으로써 광범위하게 해석되어야 한다.

Claims

고속도금 조건하에서 주석-은 솔더 범프 고속 도금액으로,
주석이온 2.1 ~ 20wt%;
은이온 0.01 ~ 1.5wt%;
전도염 5.0 ~ 30wt%;
N,N'-디이소프로필티오우레아, 디페닐티오우레아, 티오우레아 디옥사이드로 이루어진 그룹에서 일이상 선택되는 우레아 화합물 0.12 ~ 15wt%;
결정립조정제로 폴리에틸렌/프로필렌글리콜 β나프톨 공중합체 0.3 ~ 10wt%;
평활제 0.8 ~ 8wt% 및 잔량의 초순수를 포함하여 이루어지고,
반도체 장치 등 전자 부품의 기판상에 접촉시키고 1 ~ 20 A/dm²의 전류 밀도를 인가하고, 도금속도 1.5 ~ 10 μm/min로 도금하는 것을 특징으로 하는 주석-은 솔더 범프 고속 도금액.
제 1항에 있어서,
주석이온은 메탄술폰산 주석에서 공급되는 것을 특징으로 하는 주석-은 솔더 범프 고속 도금액.
제 1항에 있어서,
은이온은 메탄술폰산 은에서 공급되는 것을 특징으로 하는 주석-은 솔더 범프 고속 도금액.
제 1항에 있어서,
전도염은 메탄술폰산인 것을 특징으로 하는 주석-은 솔더 범프 고속 도금액.
제 1항에 있어서,
상기 주석-은 솔더 범프 고속 도금액에는,
레조르시놀, 플로로글루시놀, 피로갈롤, 하이드로퀴논술폰산, 하이드로퀴논, 카테콜로 이루어진 그룹에서 일 이상 선택되는 산화방지제 0.1 ~ 8.0wt%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주석-은 솔더 범프 고속 도금액.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 평활제는 알칸올아민 및 폴리에틸렌이민으로 이루어진 그룹에서 일 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 주석-은 솔더 범프 고속 도금액.
제 1항에 있어서,
상기 주석-은 솔더 범프 고속 도금액에는,
에톡시레이티드 리니어 알코올, 에톡시레이티드 알킬 페놀, 에톡시레이티드 아세틸렌 디올, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리옥시에틸렌알킬에테르로 이루어진 그룹에서 일 이상 선택되는 비이온성 계면활성제 0.2 ~ 5wt%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주석-은 솔더 범프 고속 도금액.
제1항 내지 제5항, 제7항 및 제8항 가운데 어느 하나의 항에 있어서,
상기 주석-은 솔더 범프 고속 도금액으로 도금한 주석-은 솔더 범프내 은의 함량은 1.0 ~ 4.0wt% 인 것을 특징으로 하는 주석-은 솔더 범프 고속 도금액.
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 주석-은 솔더 범프 고속 도금액으로 도금한 주석-은 솔더 범프 내 은의 함량은 1.0 ~ 4.0wt% 인 것을 특징으로 하는 주석-은 솔더 범프 고속 도금액.
제 1항에 있어서,
상기 주석-은 솔더 범프 고속 도금액으로 도금한 주석-은 솔더 범프 표면에서 방출되는 방사성 알파입자의 수가 0.2 CPH/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 주석-은 솔더 범프 고속 도금액.