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KR20170099982A - 활성 컴포넌트들의 전자기 차폐 및 열 관리를 위한 방법 - Google Patents

활성 컴포넌트들의 전자기 차폐 및 열 관리를 위한 방법 Download PDF

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KR20170099982A
KR20170099982A KR1020177020541A KR20177020541A KR20170099982A KR 20170099982 A KR20170099982 A KR 20170099982A KR 1020177020541 A KR1020177020541 A KR 1020177020541A KR 20177020541 A KR20177020541 A KR 20177020541A KR 20170099982 A KR20170099982 A KR 20170099982A
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metal
nickel
metal layer
substrate
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KR1020177020541A
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겐이치로 무카이
권일 김
리 게허티
루츠 브란트
타파즈와 마가야
Original Assignee
아토테크더치랜드게엠베하
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Abstract

본 발명은 활성 컴포넌트들의 전자기 차폐 및 열 관리를 위한 금속층을, 바람직하게 습식 화학 금속 도금에 의해 형성하기 위한 방법에 관련되며, 몰딩 화합물의 층 상에 접착력 증진층을 사용하고, 접착력 증진층 상에 적어도 하나의 금속층을 형성하거나, 습식 화학 금속 도금 프로세스들에 의해 접착력 증진층 상에 적어도 하나의 금속층을 형성한다.

Description

활성 컴포넌트들의 전자기 차폐 및 열 관리를 위한 방법{METHOD FOR ELECTROMAGNETIC SHIELDING AND THERMAL MANAGEMENT OF ACTIVE COMPONENTS}
본 발명은 활성 컴포넌트들의 전자기 차폐 및 열 관리를 위한 방법에 관한 것이다.
전자 소비자 디바이스들은 점점 더 강력해지고, 작아지며, 더 빨라지고 있다. 이것은 특히 스마트 폰들과 같은 핸드헬드 디바이스들에 대해 해당되며, 이는 상대적으로 작은 사이즈와 결합된 방대한 기능 덕분에 상당히 대중적이게 되고 있다. 그러한 디바이스들의 성능은 높은 클록 속도 및 작은 집적 회로 모듈들에 의존한다.
높은 클록 속도에 대한 전제 조건은 전자기 스펙트럼 전체에 걸쳐 전자기 방출을 생성하는 높은 신호 속도이다. 그러한 방출은, 특히 회로들 (활성 컴포넌트들) 이 서로 매우 근접하여 위치될 때 차폐되어야 한다.
높은 신호 강도 및 전자기 방출은 전자기 컴포넌트의 동작과 간섭을 초래하기 쉽다. 이러한 현상은 때때로 전자기 간섭 (EMI) 또는 크로스토크로 불린다. 차폐는 그러한 간섭을 회피하기 위해 널리 사용된다.
전자 디바이스들에서 많은 컴포넌트 타입들이 그러한 차폐를 필요로 한다. 예를 들어, 모듈을 구성하는 서브 모듈들은 EMI 송신들로부터 차폐될 필요가 있을 수도 있다.
다양한 방법들이 활성 컴포넌트들의 자기 또는 전기 EMI 차폐를 위해 알려져 있다. 이것은 현재 대부분 금속성 캔 (can) 들에 의해 행해진다. 하지만, 이 기법은 소형화 추세에 해로운, 스페이스 요건들을 증가시킨다.
US 특허 8,062,930 B1 은 차폐를 위한 캔의 공간 요건들을 감소시키기 위한 필요성을 언급한다. 전자기 차폐를 갖는 서브 모듈의 제조 프로세스로서 기재된다. 초기에, 2 이상의 서브 모듈들에 대한 회로를 갖는 메타 모듈이 형성된다. 메타 모듈의 오버몰드 (overmold) 바디가 서브 모듈들의 각 주위에서 금속층 그리드를 노출하도록 서브 다이싱된다. 다음, 전자기 차폐는 서브 모듈들의 각각의 오버몰드 바디의 외부 표면에 적용되고 금속층 그리드와 접촉한다. 그 후 메타 모듈은 2 이상의 서브 모듈들을 갖는 모듈들을 형성하도록 싱귤레이트된다.
그러한 금속화 패키지형 활성 컴포넌트에 대해 중요한 요건은, 패키지의 I/O (전기적 입력/출력) 측이 부가 금속화로부터 보호되는 것인데, 이는 부가 금속화가 I/0 들의 단락을 유도하게 되기 때문이다.
관련된 어플리케이션은 등각, 단일-측 금속화층을 사용하여 활성 컴포넌트들에 의해 생성된 열의 방산 또는 열 관리이다. 활성 컴포넌트들의 전력 소비에 관련되는, 방산되지 않은 열은 고온까지 (150℃ 초과) 축적될 수 있고, 결국 활성 컴포넌트 또는 칩의 기능을 열화시키거나 파괴한다. EMI 차폐 어플리케이션에서와 유사하게, I/O 측은 I/O 들의 단락을 방지하기 위해 부가 금속화로부터 보호되어야 한다.
따라서, 소규모 디바이스들을 효율적으로 그리고 선택적으로 차폐할 수 있고, 전자 컴포넌트들의 사이즈에 대해 상당히 부가하지 않는 등각, 단일 측 차폐 프로세스들에 대한 필요성이 있다.
이러한 목적은, 다음의 단계들을 포함하는, 바람직하게 습식 화학 금속 도금에 의해, 활성 컴포넌트들 (기판) 의 전자기 차폐 및 열 관리를 위한 금속층을 형성하기 위한 방법에 의해 해결된다:
(i) 적어도 하나의 활성 컴포넌트 (10) 를 제공하는 단계로서, 상기 활성 컴포넌트는 몰딩 화합물의 층 (13) 에 의해 매입되는 (encased) 적어도 하나의 칩 (12) 을 포함하는 전면 측 (11), 후면 측 (14) 및 측벽들 (20) 을 갖는, 상기 적어도 하나의 활성 컴포넌트 (10) 를 제공하는 단계;
(ii) 후면 측 상에 보호층 (15) 을 형성하는 단계;
(iii) 전면 측 (11) 상에 그리고 선택적으로 측벽들 (20) 상에, 몰딩 화합물의 층 (13) 상의 접착력 증진층 (16) 을 형성하는 단계;
(iv) 접착력 증진층 상에 적어도 하나의 금속층 (17) 을 형성하는 단계, 또는
습식 화학 금속 도금 프로세스들에 의해 접착력 증진층 상에 적어도 하나의 금속층 (17) 을 형성하는 단계.
도 1 은 본 발명에 따른 전자기 차폐 및 열 관리를 위한 금속층을 형성하기 위한 방법을 나타낸다.
본 발명에 따른 방법은 화학적 접착력 증진제에 기초하며, 몰딩 화합물에 의해 매입된 컴포넌트들은 금속층으로 집적 코팅되거나 습식 화학 도금 방법들에 의해 금속층으로 직접 코팅된다. 무전해 구리 또는 구리 합금층 또는 니켈 또는 니켈 합금층을 제공하기 위한 방법들이 특히 적절하다. 이 방법에 의해, 공간적 요건들이 최소화된다. 또한, 이 프로세스는 전자장치 및 인쇄 회로 보드 (PCB) 산업의 기존 인프라구조에 적합하다.
습식 화학 도금 방법들로 몰딩 화합물들을 금속화하는데에는 몇몇 도전들이 있다. 첫번째로, 몰딩 화합물들은 높은 필러 함량 (70 - 90% wt.) 을 가지며, 폭 사이즈 분포는 몇 nm 내지 수십 ㎛ 범위이다. 두번째로, 몰딩 화합물들은, 빌드 업 (build-up) 수지들과 달리, 도금된 금속에 대한 접착력에 대해 최적화되어 있지 않고, 심지어 접착력에 대항하는 왁스 이형제 (waxy release agent) 들을 함유한다. 이러한 이유로, 예를 들어, 수용액 내의 과망간산 칼륨과 같은 과망간 염에 의한 전형적인 디스미어 (desmear) 에 후속하는 무전해 시딩이, 통상의 몰딩 화합물 상에서 2 N/cm 까지 최대 접착력을 얻을 수 있다. 이 접착력은 대부분의 전자장치 어플리케이션들에 대한 후속 처리 단계들에서 층간 박리 (delamination) 을 방지하기에는 불충분하다.
바람직하게, 본 발명의 방법에서는, 몰딩 화합물이 몰딩 화합물의 전체 중량에 기초하여, 50 내지 95 wt.-% 유리 필러를 포함하고, 더 바람직하게 몰딩 화합물이 50 내지 95 wt.-% 실리콘 산화물 (유리 필러로서) 을 포함한다. 더 바람직하게, 몰딩 화합물을 빌드 업 수지가 아니다.
본 발명에 따른 방법에 의해, 금속층들이 성막될 수 있으며, 이는 5 N/cm 까지의 접착 강도를 갖는 높은 접착력을 나타낸다. 도금된 금속층은 (260 ℃ 의 온도에서) 리플로우 쇼크 및 HAST 처리와 같은 열적 신뢰성 테스트들에도 효력이 유지된다. 본 발명에 따른 방법에 의해 획득된 금속층들은 층간 박리 또는 접착력의 상당한 손실을 나타내지 않는다.
본 발명은 활성 컴포넌트들의 전자기 차폐 및 열 관리를 위한 개선된 방법을 제공하는 것에 관련된다.
다양한 EMC (에폭시 몰딩 화합물) 활성 컴포넌트들 (기판들) 은 본 발명에 따른 방법으로 처리될 수 있다. 기판은 예를 들어, 미리 다이싱된 스트립들, 솔더 볼들을 갖는 싱귤레이트된 칩들, 또는 솔더 볼들이 없는 싱귤레이트된 칩들로부터 선택된다.
활성 컴포넌트들 (기판들) 은 보통 탈이온수 또는 표준 세정 욕에서 먼저 세정되어 기판으로부터 미진한 잔해들 및 파티클들을 제거한다.
부가 전처리는 과망간산 나트륨 또는 칼륨과 같은 산화제를 함유하는 용액에서의 플라즈마 세정 또는 식각을 포함할 수도 있다. 그러한 방법들은 종래에 잘 알려져 있다.
그 후 또는 세정 단계 전에도, 활성 컴포넌트들 (기판들) 의 후면 측 (도 1, (14)) 은 후속 처리 용액들과의 접촉을 회피해서 후면 측이 금속화되지 않도록 하기 위해 보호된다. 최신 싱귤레이트된 칩들/스트립들 (w/서브 다이싱됨) 은 일반적으로 그 후면 측 상에 솔더 레지스트, 금 금속 마무리 또는 솔더 볼들 (도 1, (18)) 을 갖는다 (I/O 측 보호). 이 측은 본 발명에 따른 방법에서 사용된 처리 용액들로부터, 예를 들어, 습식 화학 금속 도금 용액들로부터 보호되어야 한다. 제조에 있어서, 이러한 보호가 핵심적인 요건이며, 가령 접착 테이프, UV 박리가능 테이프, 및 임시 잉크 (temporary ink) 의 층 또는 임시 개스킷 (temporary gasket) 들의 적용에 의해 달성될 수 있다. 접착 테이프는 진공 적층에 의해 적용되는, 적합한 실리콘계 접착 테이프 (예를 들어, 3M 회로 도금 테이프 851) 를 갖는 폴리에스테르 필름 테이프일 수 있다.
임시 잉크는 상용 제품이며, 예를 들어 Lackwerke Peters GmbH + Co KG 로부터 입수가능하다. 제품들의 적절한 패밀리는 Lackwerke Peters 로부터의 SD2955 이다. 이러한 제품들은 또한 용이하게 제거될 수 있는 박리가능 솔더 마스크들로서 사용된다. 당업자는 커버될 기판 재료 및 특정 어플리케이션에 따라 가장 적절한 박리가능 잉크를 선택할 수 있다.
접착 테이프는 활성 컴포넌트 (기판)(10) 의 후면 측의 보호층 (15) 을 형성하기 위해 사용될 수 있으며, 도 1 을 참조한다. 테이프는 기판의 후면 측 상의 드럼 (drum) 으로부터 적용되는 포일의 형태로 제공될 수 있다. 제거는 단계 (iv) 후에 UV 광에 의한 처리를 통해서이며, 이는 테이프의 비접합을 초래한다.
활성 컴포넌트 (기판)(10) 의 후면 측 (14) 이 솔더 볼들 (18) 을 포함하는 경우, 보호층의 형성은 테이프를 적용하는 것에 의해 가능하지 않은데, 이는 테이프가 표면의 효과적인 밀봉을 제공할 수 없고 처리 액체들이 기판 재료의 후면 측에 스며들고 이와 접촉하게 되기 때문이다. 솔더 볼들이 후면 측에 부착되는 경우, 박리가능 잉크가 보호층을 형성하기 위해 바람직하게 사용된다. 이 실시형태에서, 활성 컴포넌트의 후면 측 (14) 은 잉크 표면 상부에 배치되고 그 표면에 잉크 압축되어 딱붙는 보호층을 형성한다.
그 후 화학적 접착력 증진제가 기판의 보호되지 않은 전면 측 (11) 에 그리고 선택적으로 측벽들 (20) 에 적용되어 접착층 (16) 을 형성한다. 화학적 접착력 증진제는 바람직하게 하나 이상의 유기 화합물을 포함하고, 더 바람직하게는 하나 이상의 실란 화합물로부터 선택된다. 이것은 또한 접착력 증진층에 적용된다. 보다 바람직하게, 접착력 증진제 및 접착력 증진제층은 각각 철, 니켈 및 아연을 함유하지 않는다.
실란 화합물은, 더 바람직하게 유기 실란 화합물이다. 유기 실란 화합물은 용액으로서, 바람직하게 높은 끓는점, 바람직하게 60 내지 250 ℃ 범위, 더 바람직하게는 80 내지 200 ℃ 범위를 갖는 유기 용매의 용액으로서 적용된다. 이 발명의 의미 내의 유기 용매들은 실란 화합물들을 용해하기에 적절한 극성 유기 용매이다.
적절한 유기 용매들은, 알코올, 에테르, 아민, 및 아세테이트를 포함한다. 예들은 에탄올, 2-프로판올, 테트라히드로푸란, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌글리콜, 2-이소프로폭시에탄올 (IPPE), 디(프로필렌글리콜)메틸에테르아세테이트 (DPGMEA), 2-에틸-1-헥사놀, 글리세린, 부티로락톤, N-메틸 피롤리돈 (NMP), 디메틸 포름아미드, 디메틸아세트아미드, 에탄올아민, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트 (PMA), 에틸렌 글리콜의 절반 에테르 및 절반 에스테르이다.
유기 실란 화합물의 농도는 어플리케이션 및 특정 화합물에 의존하여 넓은 범위에 걸쳐 변화할 수 있다. 적절한 농도는 일상적인 실험들에 의해 획득될 수 있다. 적절한 농도는 일반적으로 최소 0.1 wt.% 내지 30 wt.% 사이, 바람직하게 0.5 wt.% 내지 20 wt.% 사이, 더욱 더 바람직하게 1 wt.% 과 8 wt.% 사이에서 변화한다.
방법 단계 (iii) 에 따라 유기 실란 화합물을 함유하는 용액과 유전체 기판들을 접촉시키는 것은, 상기 용액에 기판들을 디핑 또는 침지하는 것에 의해; 또는 기판들에 용액을 분사하는 것에 의해 수행된다. 방법 단계 (iii) 에 따라 유기 실란 화합물을 함유하는 용액과 기판을 접촉시키는 것은 적어도 한 번 수행된다. 대안으로, 상기 접촉은 수 회, 바람직하게 2 내지 10 회, 더 바람직하게는 2 내지 5 회, 더욱 더 바람직하게는 1 내지 3 회 수행될 수 있다.
방법 단계 (iii) 에 따라 유기 실란 화합물을 함유하는 용액과 기판을 접촉시키는 것은 10 초 내지 20 분, 바람직하게 10 초 내지 10 분, 가장 바람직하게 10 초 내지 5 분 범의의 시간 기간 동안 수행된다.
방법 단계 (iii) 에 따라 유기 실란 화합물을 함유하는 용액과 기판을 접촉시키는 것은 15 내지 100 ℃, 더 바람직하게 20 내지 50 ℃, 가장 바람직하게 23 내지 25 ℃ 범위의 온도에서 수행된다.
실란계 접착력 증진제의 층의 두께는 달라질 수 있고 보통 5 내지 100 nm 사이의 두께를 갖는다.
유기 실란 화합물은 바람직하게 다음의 화학식으로 나타내는 그룹으로부터 선택되고,
Figure pct00001
식 중, 각각의 A 는 독립적으로 가수분해성 기이고,
x 는 1 내지 3 이고, 그리고
각각의 B 는, 화학식
Figure pct00002
로 나타내는 관능기 및 C1-C20 알킬, 아릴, 아미노 아릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되고,
식 중, n 은 0 내지 15, 바람직하게 0 내지 10, 더욱 더 바람직하게 1 내지 8, 가장 바람직하게 1, 2, 3, 4 이며, 그리고
X 는 아미노, 아미도, 히드록시, 알콕시, 할로, 메르캅토, 카르복시, 카르복시 에스테르, 카르복사미드, 티오카르복사미드, 아실, 비닐, 알릴, 스티릴, 에폭시, 에폭시시클로헥실, 글리시독시, 이소시아나토, 티오시아나토, 티오이소시아나토, 우레이도, 티오우레이도, 구아니디노, 티오글리시독시, 아크릴옥시, 메타크릴옥시 기들로 이루어진 그룹으로부터 선택되거나; 또는 X 는 카르복시 에스테르의 잔기이거나; 또는 X 는 Si(OR)3 이며, 식 중 R 은 C1-C5 알킬 기이다.
바람직하게, 가수분해성 기 A 는 -OH, -OR1 로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, R1 은 C1-C5 알킬, - (CH2)yOR2 이고, y 는 1, 2, 또는 3 이고, R2 는 H 또는 C1-C5 알킬, - OCOR3 이며, 그리고 R3 는 H 또는 C1-C5 알킬이다.
B 가 알킬 기인 경우, 바람직하게 C1-C10 알킬, 더욱 더 바람직하게 C1-C5 알킬 기, 예컨대 메틸, 에틸, 프로필, 또는 이소프로필이다. 바람직한 아릴 기들은 치환되거나 또는 치환되지 않은, 페닐- 및 벤질-기들이다. 바람직한 아미노 아릴 기는 -NH(C6H5) 이다.
이 발명의 의미 내에서 관능기들 X 는 추가로 관능화될 수 있다. 예를 들어, X = 아미노는 알킬아민- 또는 아릴아민 치환된 아민, 예컨대 3-(N-스티릴메틸-2-아미노에틸아미노) 를 포함한다.
Si(OR)3 인 관능기 X 에 대하여, R 은 바람직하게 메틸, 에틸, 프로필, 또는 이소프로필이다.
위의 화학식들 내의 화합물들의 특정 종류의 예들은, 비닐실란, 아미노알킬실란, 우레이도알킬실란 에스테르, 에폭시알킬실란 및 메타크릴로알킬실란 에스테르이며, 여기서 반응성 유기 관능들은 각각, 비닐, 아미노, 우레이도, 에폭시 및 메타크릴옥시이다. 비닐실란의 예들은 비닐트리클로로실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐-트리스-(베타(2)-메톡시에톡시) 실란 및 비닐트리아세트옥시실란이다. 본 발명에서 사용하기 위한 바람직한 유기 실란인, 아미노알킬실란의 예들은, 감마(3)-아미노프로필트리에톡시실란, 감마-아미노프로필트리메톡시실란, N-베타-(아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란, 및 N'-(베타-아미노에틸)-N-(베타-아미노에틸)-감마-아미노프로필트리메톡시실란이다. 적절한 우레이도알킬실란 에스테르는 감마우레이도알킬트리에톡시실란인 한편, 적절한 에폭시알킬실란은 베타-(3,4-에폭시시클로헥실)-에틸트리메톡시실란 및 감마글리시드옥시프로필트리메톡시실란이다. 유용한 메타크릴옥시실란 에스테르는 감마-메타크릴옥시프로필트리메톡시 실란 및 감마-메타크릴옥시프로필-트리스-(베타-메톡시에톡시) 실란이다.
적어도 하나의 유기 실란 화합물은 유전체 기판의 표면 상으로의 성막 전에 본 발명에 따른 단량체 유기 실란 화합물의 (부분적) 가수 분해 및 축합에 의해 획득되는 올리고머 유기 실란 화합물 또는 단량체 유기 실란 화합물 중 어느 하나일 수 있다.
유기 실란 화합물의 가수 분해 및 축합은 당업계에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 단량체 유기 실란 화합물은 산성촉매, 예를 들어 아세트 산 또는 묽은 염산과 반응되어 단량체 유기 실란 화합물로부터 도출된 올리고머 유기 실란 화합물의 맑은 용액을 유도한다.
가수 분해에 의한 본 발명에 따른 단량체 유기 실란 화합물로부터 도출된 그러한 올리고머 실란은 본 발명의 범위에 포함될 것이다.
선택적으로, 기판은 이러한 방법 단계 후에 가열 처리될 수 있다. 그러한 처리는 60 - 200 ℃ 사이, 더 바람직하게 80 - 150℃ 사이의 온도에서 일반적으로 수행된다. 처리 시간은, 예를 들어 1 과 30 분 사이, 바람직하게는 1 과 10 분 사이에서 달라질 수 있다.
그 후, 접착력 증진제의 층을 가지고 있는 활성 컴포넌트 (기판) 의 전면 측 (11) 그리고 선택적으로 측벽들 (20) 은 제 1 전도성 시드층 (17) 을 제공하기 위해 처리된다.
단계 (iv) 에 따라 적어도 하나의 금속층을 형성하는 것, 예를 들어
iva. 기판을 귀금속 콜로이드 또는 귀금속 이온 함유 용액과 접촉시키는 단계;
ivb. 기판을 적어도 하나의 무전해 금속 도금 용액과 접촉시켜 제 1 금속층을 형성하는 단계;
ivc. 선택적으로, 기판을 적어도 하나의 전해질 금속 도금 용액과 접촉시켜 제 2 금속층을 형성하는 단계; 및
ivd. 선택적으로, 기판을 적어도 하나의 전해질 금속 도금 용액과 접촉시켜 제 3 금속층을 형성하는 단계
를 포함한다.
어플리케이션은, 예를 들어 용액을 분사하는 것에 의해 제 1 전도성 시드층을 제공하거나, 또는 용액에 기판을 디핑하는 것에 의해 제 1 전도성 시드층을 제공하는 것일 수 있다.
단계 (iv) 에 대하여, 습식 화학 도금 방법을 적용하는 것에 의해 기판 상으로 금속을 도금하기 위한 몇몇 방법들은 당업자에게 알려져 있다. 본 발명에 따라, 습식 화학 도금 방법은 바람직하게 전해질 도금 방법, 침지 도금 프로세스 또는 무전해 도금 방법이다.
본 발명의 방법의 단계 (iv) 에서, 습식 화학 금속 도금 프로세스들에 의해 접착력 증진층 상에 적어도 하나의 금속층 (17) 을 형성하는 것이 가장 바람직하다.
접착력 증진층을 가지고 있는 기판 표면은 무전해 금속화 방법을 사용하는 것에 의해 또는 대안으로 직접 도금 방법 (전해질 도금 방법) 을 사용하는 것에 활성화 후 금속화될 수 있다. 통상적으로, 후속 금속 도금을 위한 활성 컴포넌트들과 같은 기판들의 활성화는 다음과 같이 수행된다:
바람직하게, 제 1 금속층은 구리 또는 구리 합금을 포함하고, 무전해 도금에 의해 성막된다. 바람직하게, 이 경우, 기판은 예를 들어, 구리의 무전해 성막 전에 귀금속 이온들을 포함하는 용액 또는 귀금속 함유 콜로이드의 성막에 의해 활성화된다. 가장 바람직한 활성화는 팔라듐-주석 콜로이드 또는 팔라듐 이온의 성막에 의해서이다. 그러한 방법들은 당업계에 확립되어 있고 당업자에게 알려져 있다.
구리 대신, 제 1 금속층은 니켈을 포함할 수 있다. 니켈은 니켈 합금, 예컨대 니켈 보론 및 니켈 철 합금을 포함한다.
무전해 금속화에 대하여, 오브젝트들 또는 기판들은 환원제 용액에 의한 가속화 또는 처리 후 먼저 린싱된 후 니켈로 무전해 도금될 수 있다. 적절한 니켈 욕은 환원제로서 황산 니켈, 하이포아인산, 예를 들어 나트륨 하이포아인산, 및 유기 착화제, 예를 들어 나트륨 시트레이트, 및 pH 조절제 (예를 들어, 버퍼) 를 포함한 다수의 물질들을 함유한다.
대안으로서, 통상적으로, 구리염, 예를 들어 황산 구리 또는 염화 구리, 및 또한 포름알데히드와 같은 환원제, 그리고 또한 하나 이상의 착화제, 예컨대 EDTA (에틸렌디아민 테트라아세테이트), 시트르산, 타르타르산, 뿐만 아니라 나트륨 히드록사이드와 같은 pH 조절제를 함유하는 무전해 구리 욕이 사용될 수 있다.
그 후, 제 2 금속층이 갈바니 (galvanic) 도금으로도 또한 불리는, 무전해 또는 전해질 성막 기법들에 의해 성막될 수 있다. 이것은 EMI 차폐 요건들 또는 열 관리 필요성, 그러한 제 2 금속층이 필요한지 여부, 그리고 어떤 층 두께가 가장 적절한지에 의존한다. 일반적으로, 금속층의 두께는 EMI 차폐 어플리케이션들 보다 열 관리 어플리케이션에 대해 더 높다. 바람직하게, 기판은 적어도 제 2 금속층을 포함하고, 선택적으로 금속층들을 더 포함할 수도 있다.
일부 경우들에서, 제 2 금속층이 무전해 성막 기법들에 의해 제 1 금속층 상에 성막되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 제 1 및 제 2 금속층 양자 모두가 무전해 성막 기법들에 의해 성막된다. 더욱 더 바람직하게는, (i) 제 1 금속층은 구리 또는 구리 합금을 포함하고 무전해 도금에 의해 성막되고, (ii) 제 2 금속층은 니켈 또는 니켈 합금을 포함하고, 무전해 도금에 의해 제 1 금속층 상에 성막된다.
다른 경우, 다음이 바람직하다: (i) 제 1 금속층은 (i-a) 니켈 또는 니켈 합금 (바람직하게 니켈) 또는 (i-b) 구리 또는 구리 합금 (바람직하게 구리) 를 포함하고, 무전해 도금에 의해 성막되고, (ii) 제 2 금속층은 (ii-a) 니켈 또는 니켈 합금 또는 (ii-b) 구리 또는 구리 합금을 포함하고, 전해질 도금에 의해 제 1 금속층 상에 성막된다. 바람직하게, 제 2 금속층은 니켈 합금, 더욱 바람직하게는 니켈/철 합금을 포함한다.
또 다른 경우, 다음이 바람직하다: (i) 제 1 금속층은 (i-a) 니켈 또는 니켈 합금 (바람직하게 니켈) 또는 (i-b) 구리 또는 구리 합금 (바람직하게 구리) 를 포함하고, 무전해 도금에 의해 성막되고, (ii) 제 2 금속층은 (ii-a) 구리 또는 구리 합금 또는 (ii-b) 주석 또는 주석 합금을 포함하고, 침지 도금 (즉, 대체 반응) 에 의해 제 1 금속층 상에 성막된다. 제 3 금속층은 (iii-a) 니켈 또는 니켈 합금 또는 (iii-b) 구리 또는 구리 합금을 포함하고 전해질 도금에 의해 제 2 금속층 상으로 (즉, 침지 도금 후 존재하는 층 상으로) 성막된다. 바람직하게, 제 3 금속층은 구리 또는 구리 합금, 더 바람직하게는 구리를 포함한다. 제 4 금속층은 (vi-a) 니켈 또는 니켈 합금 또는 (vi-b) 구리 또는 구리 합금을 포함하고 무전해 또는 전해질 도금에 의해 제 3 금속층 상으로 성막된다. 바람직하게, 제 4 금속층은 전해질 도금에 의해 성막되고, 그 층은 바람직하게 니켈 합금, 더 바람직하게는 니켈/철 합금을 포함한다.
(i) 제 1 금속층이 (i-a) 니켈 또는 (i-b) 구리를 포함하고 무전해 도금에 의해 성막되고, (ii) 제 2 금속층이 (ii-a) 니켈 또는 (ii-b) 구리 또는 (ii-c) 니켈/철 합금을 포함하고 전해질 도금에 의해 제 1 금속층 상으로 성막되고, 바람직하게 제 2 금속층이 (ii-c) 니켈/철 합금을 포함하는 것이 가장 바람직하다.
다른 특별한 경우, 적어도 3 개의 금속층들이 바람직하다 (바람직하게는 단지 3 개의 금속층들만이 성막된다). 바람직하게, 성막 순서는 다음과 같다: 제 1 금속층에 대해 무전해 도금에 의해 성막, 그 후 제 2 금속층에 대해 전해질 도금에 의해 제 1 금속층 상으로 성막, 그 후 제 3 금속층에 대해 무전해 도금에 의해 제 2 금속층 상으로 성막. 더 바람직하게, 성막 순서는 다음과 같다: 제 1 금속층이 니켈 또는 니켈 합금 (바람직하게 니켈) 을 포함하고 무전해 도금에 의해 성막되고, 그 후 제 2 금속층이 구리 또는 구리 합금 (바람직하게 구리) 를 포함하고 전해질 성막에 의해 제 1 금속층 상으로 성막되고, 그 후 제 3 금속층이 니켈 또는 니켈 합금 (바람직하게 니켈) 을 포함하고 무전해 도금에 의해 제 2 금속층 상으로 성막된다.
임의의 금속 성막 욕은 후속 전해질 금속화를 위해, 예를 들어 니켈, 구리, 은, 금, 주석, 아연, 철, 납, 또는 그 합금들을 성막하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 타입의 성막 욕은 당업자에게 잘 알려져 있다. 와트 (Watts) 니켈 욕이 황산 니켈, 염화 니켈 및 붕산 뿐만 아니라 사카린을 첨가제로서 함유하는 브라이트 (bright) 니켈 욕으로서 보통 사용된다. 브라이트 구리 욕으로서, 예를 들어 황산 구리, 황산, 염화 나트륨 뿐만 아니라 유기 황 화합물을 함유하는 조성물이 사용되며, 여기서 황은 예를 들어 유기 황화물 또는 이황화물로서, 첨가제들로서, 낮은 산화 스테이지에 존재한다.
직접 전기도금 프로세스가 사용되는 경우, 즉 제 1 금속층이 변환 용액 (conversion solution) 에 의한 오브젝트들 또는 기판들의 처리 후에 무전해로 성막되지 않고 선택적 후속 린싱 처리 후 전해질로 성막되면, 전해질 금속화 욕, 예를 들어 바람직하게 와트 니켈 욕을 기반으로 구성된, 니켈 스트라이크 욕이 사용된다. 이러한 타입의 욕들은 예를 들어, 황산 니켈, 염화 니켈 및 붕산 그리고 사카린을 첨가제로서 함유한다.
본 발명의 목적을 위해, 금속으로서 구리 및 니켈의 전해질 도금이 특히 바람직하다. 이러한 어플리케이션들에 있어서, 성막된 금속층들, 바람직하게 구리 및/또는 전체 두께는 일반적으로 0.5 와 300 ㎛ 사이의 범위이다. 열 관리 어플리케이션들을 위해, 두께는 20 내지 300 ㎛, 더 바람직하게 50 과 200 ㎛ 사이의 높은 범위이다. EMI 차폐 어플리케이션들을 위해, 금속층들의 전체 두께는 1 과 100 ㎛ 사이, 더 바람직하게 2 와 50 ㎛ , 더욱 더 바람직하게 5 와 30 ㎛ 사이의 범위이다.
본 발명의 바람직한 실시형태들에 따라, 단계 (iv) 에서 성막되는 금속층들의 순서는 다음을 포함한다:
a) 제 1 금속층으로서의 구리 (무전해) 및 제 2 금속층으로서의 구리 (전해질) 로서, 이들 양자는 위에 기재된 범위에 따라 전체 두께를 가짐.
b) 제 1 금속층으로서의 니켈 (무전해) 및 제 2 금속층 (전해질) 으로서의 니켈로서, 이들 양자는 위에 기재된 범위에 따라 전체 두께를 가짐.
c) 제 1 금속층으로서의 니켈 또는 구리 (무전해) 및 제 2 금속층으로서의 니켈 또는 구리 (전해질) 로서, 이들 양자는 위에 기재된 범위에 따라 전체 두께를 가짐.
d) 제 1 금속층으로서의 니켈 또는 구리 (무전해) 및 제 2 및 제 3 금속층으로서의 니켈 또는 구리 (전해질) 로서, 이들 모두는 위에 기재된 범위에 따라 전체 두께를 가짐.
a) 내지 d) 에 따른 금속층들에 대하여, 무전해 층의 바람직한 두께는 0.5 와 20 ㎛ 사이의 범위이고, 전해질 층의 바람직한 두께는 0.5 와 300 ㎛ 사이의 범위이다.
EMC 에 대한 도금된 금속의 접착력에 관한 하나의 주요 관심은 금속층의 내부 응력이다. 높은 내부 응력은 박리 강도 (peel strength) 를 감소시키고 또한 국부적 층간 박리 또는 블리스터 (blister) 를 야기할 수 있다.
성막된 금속층들의 가열 처리는 하부에 놓인 기판에 대한 금속층의 박리 강도 (PS) 를 크게 증가시킨다. 그러한 가열 처리는 또한 어닐링으로 불린다. 어닐링은 금속의 재료 특성들을 변경하기 위해 알려진 처리 방법이고, 예를 들어 재료를 균질하게 하는 것에 의해 그 연성을 증가시키고, 내부 응력을 경감하며, 금속 구조를 개량 (refine) 한다.
그러한 가열 처리는 최종 금속 도금 단계 후 본 발명의 방법에 따라 단계 v 에서 수행된다:
v. 적어도 하나의 금속 도금된 층을 100 ℃ 와 300 ℃ 사이의 온도로 가열하는 단계.
가열 처리 단계는 최종 금속 도금 단계 후에만 또는 각각의 금속 도금 단계 후에 수행될 수 있다.
이러한 가열 처리를 위해, 기판은 100 ℃ 와 300 ℃ 사이의 최대 온도로, 바람직하게 250 ℃ 의 최대 온도까지, 더욱 더 바람직하게 200 ℃ 의 최대 온도까지 천천히 가열된다. 처리 시간은 기판 재료, 도금된 금속 및 도금된 금속층의 두께에 의존하여 달라지며, 당업자에 의한 일상적인 실험들에 의해 결정될 수 있다. 일반적으로, 처리 시간은 5 분과 120 분 사이, 바람직하게 10 분과 60 분 사이의 범위이고, 20 분, 30 분, 또는 40 분까지의 충분한 처리 시간이 더욱 더 바람직하다.
최상의 어닐링 프로세스 온도는 목표 성능, 수지 Tg, 또는 산화의 허용가능 레벨에 의존한다.
바람직하게, 어닐링 후, 후면 측 (14) 상의 보호층 (15) 이 제거된다. 대안으로, 보호층은 단계 (iii) 에서 금속화 후 제거될 수도 있다. 그 후, 기판은 완전히 다이싱된다.
예
다음의 실험들은 그 범위를 제한하지 않으면서 본 발명의 이익들을 예시하도록 의미된다.
실험들에서, 유기 실란 화합물로서 아미노프로필트리에톡시실란이 채용되었다. 유기 용매로서 이소프로판올이 사용되었다.
활성 컴포넌트 (기판) 에 대한 2 개의 재료들이 예들에서 사용되었고, 이들 양자는 실리카 충진된 에폭시계 재료들이다. 기판 재료 1 은 Sumitomo E770D (표 2 에서 A 로 지칭됨) 및 Hitachi CEL (표 2 에서 B 로 지칭됨) 였다. 기판 재료들의 2 개의 상이한 배치 (bacth) 들 (표 2 에서 배치 1 및 배치 2) 이 사용되었다. 총 4 개의 샘플들이 각각의 배치로부터 처리되었다. 값들은 표 2 에 제공되고 4 개의 샘플들로부터 측정된 평균 박리 강도 값들이다.
용액들은 분사 전에 막 구성되었다. 실란 함량은 수행된 모든 실험들에 대해 1 wt.% 였다.
실란 도포: 용액은 Sonotek 에 의한 ExactaCoat 분사 디바이스를 사용하여 기판 상으로 분사되었다. 다음의 파라미터들이 모든 조사들에 대해 설정되었다:
유량: 4 ml/min. (6 ml/min.)
노즐 거리: 8 cm
노즐 속도: 175 mm/s
오버랩: 12 mm
질소 플로우: 1.2 mPa
일 분사 사이클.
샘플들은 125 ℃ 에서 15 분 동안 분사 후에 바로 베이크되었다.
선택적으로, 샘플들은 실란이 기판 표면에 적용되기 전 또는 후에 과망간산염계 용액에서, 예를 들어 45 g/l MnO4 - 및 45 g/l NaOH 를 함유하는 수용액에서 처리될 수 있다.
그 후, 샘플들은 [표 1] 에 제공된 프로세스 파라미터들에 따라 금속 도금되었다. [표 1] 은 0.8 ㎛ 무전해 구리 및 10 ㎛ 전해질 성막된 구리를 기판 재료 상에 최종적으로 성막하기 위해 적용된 프로세스 순서를 포함한다. 단계들 1 및 2 (Neoganth) 는 팔라듐계 활성화층을 형성하기 위해 사용되는 Atotech Deutschland GmbH 로부터의 상용 제품들이다.
[표 1] 후속 금속 도금을 위해 사용된 파라미터들
Figure pct00003
기판에 대한 도금된 금속층의 박리 강도 측정들은 최종 어닐링 후 1 cm 폭 및 3 cm 길이의 스트립들에서 샘플들을 라우팅하는 것에 의해 수행되었다. 박리 강도 측정들은 Chatillon LTCM-6 풀링 메커니즘 (pulling mechanism) 을 사용하여 Erichsen Wuppertal 708 스트레인 게이지 (strain gauge) 로 수행되었다. 모든 샘플들에 대한 접착력 값들이 표 2 에 기재된다.
[표 2] 본 발명의 방법에 따라 획득된 금속층들의 박리 강도 값들
Figure pct00004
획득된 박리 강도 값들은 약 4 N/cm 이상이고 EMI 및 열 관리 어플리케이션들에 적절하다. "Pst Rfl" 은 산업 프로세스들에서 솔더 동작들 동안 기판에 나타나는 가열 쇼크들을 모방하기 위해 사용되는 상승 온도들에서의 포스트 리플로우 후 획득된 박리 강도 값들이다. 본 발명에 따른 방법은 하나 이상의 금속층들을 형성하기 위한 프로세스를 제공하는 것이 특히 이로우며, 박리 값도 값들은 그러한 포스트 리플로우에 의해 악영향을 받지 않는다.
10 활성 컴포넌트
11 활성 컴포넌트의 전면 측
12 칩
13 몰딩 화합물의 층
14 활성 컴포넌트의 후면 측
15 보호층
16 접착력 증진층
17 적어도 하나의 금속층

Claims (14)

  1. 활성 컴포넌트들의 전자기 차폐 및 열 관리를 위한 금속층을 형성하기 위한 방법으로서, 다음의 단계들:
    (i) 적어도 하나의 활성 컴포넌트 (10) 를 제공하는 단계로서, 상기 활성 컴포넌트는 몰딩 화합물의 층 (13) 에 의해 매입되는 (encased) 적어도 하나의 칩 (12) 을 포함하는 전면 측 (11), 후면 측 (14), 및 측벽들 (20) 을 갖는, 상기 적어도 하나의 활성 컴포넌트 (10) 를 제공하는 단계;
    (ii) 상기 후면 측 상에 보호층 (15) 을 형성하는 단계;
    (iii) 상기 전면 측 (11) 상에 그리고 선택적으로 상기 측벽들 (20) 상에 접착력 증진층 (16) 을 형성하는 단계;
    (iv) 상기 접착력 증진층 상에 적어도 하나의 금속층 (17) 을 형성하는 단계, 또는
    상기 접착력 증진층 상에 습식 화학 금속 도금 프로세스들에 의해 적어도 하나의 금속층 (17) 을 형성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 컴포넌트의 상기 후면 측 (14) 은 선택적 솔더 볼들 (18) 을 갖는 전기적 상호 접속들 또는 I/O 들을 포함하는, 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 단계 (ii) 에서 적용된 상기 보호층 (15) 은 임시 잉크 (temporary ink) 의 층, UV 박리가능 테이프, 및 접착 테이프의 적층에 의해 형성된 층으로부터 선택된 층인, 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (iii) 에 따라 적용된 상기 접착력 증진층 (16) 을 형성하는 것은,
    iiia. 상기 몰딩 화합물의 층 상에 실란계 접착력 증진제의 층을 성막하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 실란계 접착력 증진제는, 화학식
    Figure pct00005

    로 나타내는 그룹으로부터 선택되는 유기 실란 화합물이고,
    식 중, 각각의 A 는 독립적으로 가수분해성 기이고,
    x 는 1 내지 3 이고, 그리고
    각각의 B 는, 화학식
    Figure pct00006

    로 나타내는 관능기 및 C1-C20 알킬, 아릴, 아미노 아릴로 이루어진 그룹으로부터 독립적으로 선택되고,
    식 중, n 은 0 내지 15, 바람직하게 0 내지 10, 더욱 더 바람직하게 1 내지 8, 가장 바람직하게 1, 2, 3, 4 이며, 그리고
    X 는 아미노, 아미도, 히드록시, 알콕시, 할로, 메르캅토, 카르복시, 카르복시 에스테르, 카르복사미드, 티오카르복사미드, 아실, 비닐, 알릴, 스티릴, 에폭시, 에폭시시클로헥실, 글리시독시, 이소시아나토, 티오시아나토, 티오이소시아나토, 우레이도, 티오우레이도, 구아니디노, 티오글리시독시, 아크릴옥시, 메타크릴옥시 기들로 이루어진 그룹으로부터 선택되거나; 또는 X 는 카르복시 에스테르의 잔기이거나; 또는 X 는 Si(OR)3 이며, 식 중 R 은 C1-C5 알킬 기인, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가수분해성 기 A 는 -OH, -OR1 로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, R1 은 C1-C5 알킬, - (CH2)yOR2 이고, y 는 1, 2, 또는 3 이고, R2 는 H 또는 C1-C5 알킬, - OCOR3 이며, 그리고 R3 는 H 또는 C1-C5 알킬인, 방법.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실란계 접착력 증진제의 층은 5 내지 100 nm 사이의 두께를 갖는, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (iv) 에 따라 금속층을 형성하는 것은,
    iva. 기판을 귀금속 콜로이드 또는 귀금속 이온 함유 용액과 접촉시키는 단계;
    ivb. 상기 기판을 적어도 하나의 무전해 금속 도금 용액과 접촉시키는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (iv) 에 따라 금속층을 형성하는 것은,
    iva. 기판을 귀금속 콜로이드 또는 귀금속 이온 함유 용액과 접촉시키는 단계;
    ivb. 상기 기판을 적어도 하나의 무전해 금속 도금 용액과 접촉시키는 단계; 및
    ivc. 상기 기판을 적어도 하나의 전해질 금속 도금 용액과 접촉시키는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 전자기 차폐를 위한 방법으로서,
    상기 금속층들의 전체 두께는 1 과 100 ㎛ 사이, 더 바람직하게는 2 와 50 ㎛ 사이, 그리고 더욱 더 바람직하게는 5 와 30 ㎛ 사이의 범위인, 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 열 관리를 위한 방법으로서,
    상기 금속층들의 전체 두께는 20 내지 300 ㎛, 더 바람직하게는 50 과 200 ㎛ 사이의 범위인, 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 ivb 에 따른 무전해 금속 도금은, 0.5 와 20 ㎛ 사이의 두께를 갖는 니켈층을 야기하는 무전해 니켈 도금, 및 0.5 와 20 ㎛ 사이의 두께를 갖는 구리층을 야기하는 무전해 구리 도금을 포함하는, 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 ivc 에 따른 전해질 금속 도금은, 0.5 와 300 ㎛ 사이의 두께를 갖는 니켈층을 야기하는 전해질 니켈 도금, 및 0.5 와 300 ㎛ 사이의 두께를 갖는 구리층을 야기하는 전해질 구리 도금을 포함하는, 방법,
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (iv) 후에,
    (v) 적어도 하나의 금속 도금된 층을 100 ℃ 와 300 ℃ 사이의 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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