【주목 모이는 광전 융합에서의 활용도 시야에】"금"의 가능성이 개척하는 차세대 고밀도 실장의 신발상

일렉트로닉스 반도체 접합 및 봉지 계전기 및 전기 연결

2025/12/15

이질적인 칩과 기판 사이의 "조정 역할"

다나까귀금속공업 공업은 이러한 반도체 후공정의 기술 활용 상황을 배경으로 신뢰성이 높고 고밀도의 플립칩 실장을 실현할 수 있는 새로운 실장 솔루션 'AuRoFUSE 프리폼'을 개발해 양산화·제공을 위한 준비를 진행하고 있다. 서브 마이크론 크기의 금 입자가 가지는 저온 소결 가능한 특성을 응용하여 다양한 사이즈·형상의 금 범프를 제작하는 기술이다(도 1).

개발에 종사한 마키다 유이치씨는, 「칩을 기판에 접속할 때에 사용하는 재료에는, 전기 신호나 열을 효과적으로 전달하는 기능 뿐만이 아니라, 칩이나 기판의 상태, 물성의 차이를 마찰하는 「조정역」으로서의 기능 또한 요구됩니다.AuRoFUSE 프리폼은, 이 양쪽의 특징을 겸비하고 있던 와이어 본딩의 기능을 계승하면서, 시대의 요구에 응하는 새로운 접속 기술로서 개발을 진행하고 있습니다"라고 말한다.

AuRoFUSE 프리폼으로 형성된 범프는 200℃ 정도의 비교적 저온에서 열압착 접속이 가능하다. 하이브리드 본딩과 비교하면 접속 밀도에서는 다소 뒤떨어지지만, 공정이 보다 간편하고 실장 프로세스의 부하를 경감할 수 있는 점에서, 매우 유용한 고밀도 접속 기술이라고 할 수 있을 것이다.

형성 후의 범프는 약 0.4㎛의 금의 미립자로 구성된 다공질 (포러스) 구조이기 때문에, 접속시의 가압에 의해 폭 방향의 사이즈나 형상이 무너지는 것이 적다(도 2). 전극 간의 단락이 발생하기 어렵고, 고밀도로 신뢰성이 높은 접속을 실현할 수 있다. 동일한 이유로, 접합 대상이 되는 기판 크고, 접합면이 불균일해도, 휨이나 요철, 단차를 유연하게 흡수하여, 높은 수율 로의 실장이 가능하다.

AuRoFUSE로 형성된 범프는 스폰지와 같이 폭 방향의 크기 변화는 적고 높이 방향을 압축할 수 있다. 이 때문에, 압축 후에 범프 끼리가 단락되는 불량이 발생하기 어렵다.

또한 주성분이 금이기 때문에 전기 저항이 낮고(4.5μΩ·cm, 가압에 의해 개선 가능) 열전도율도 200W/mK로 매우 높다. 「파워 반도체와 같은 대전류를 취급하여 발열량이 큰 디바이스의 실장에도 최적입니다. 또한, 금의 안정된 물성으로부터, 산화나 마이그레이션이 발생하기 어렵기 때문에, 장기적으로 신뢰성이 높은 접합을 실현할 수 있습니다」라고 마키다씨는 말한다.

신재료의 힘을 이끌어내는 새로운 공정을 제안

AuRoFUSE는 금 미립자와 유기 용매로 구성된 페이스트 재료입니다. 일반적으로 디스펜서로 압출하여 범프 형성할 수도 있다. 다만, 그 방법에서는 600㎛ 정도의 범프 형성이 한계다.

그래서 이 회사는 AuRoFUSE의 장점을 이끌어내는 새로운 프로세스를 개발하여 실적 최소 5μm 사이즈, 5μm 간격의 미소하고 고밀도인 금 범프의 형성을 가능하게 했다(그림 3). 개발된 금 범프 형성 공정은 포토리소그래피 공정에 페이스트의 인쇄 공정을 조합함으로써 구축되어, 기존 공정과의 높은 친화성을 갖는다.

우선, 기판 상에 접속의하지가되는 금속 박막 (Au / Pt / Ti)을 성막하고, 거기에 포토레지스트를 도포하여 노광 공정에서 범프 패턴을 형성한다. 그 후, 인쇄에 의해 페이스트를 매립 한 후, 레지스트를 제거하고 건조시켜 프리폼을 형성한다.

또한 이 회사는 재료를 공급할 뿐만 아니라 사용자 기업이 금 범프 형성 프로세스를 양산 공정으로 시작할 수 있도록 지원 체제의 정비를 추진하고 있다. 기능성이 뛰어난 귀금속인 금을 활용하는 기술 때문에, 사용이 끝난 재료를 리사이클 하는 구조를 갖추어 지속적인 이용과 사용자의 비용 경감을 양립해 나간다.

AuRoFUSE 프리폼은 140년에 걸쳐 귀금속 기술을 닦고 축적해 온 당사이기 때문에 실현할 수 있는 기술이라고 자부하고 있습니다. 대형을 향한 검토를 추진하고 있으며, 특히 마이크로 LED나 광전 융합형 칩의 광원 실장 등, 열 제어가 중요한 분야에의 적용이 기대됩니다.”라고 응용 시장의 개척에 임하는 와타나베 나오토씨는 말한다.

AuRoFUSE 프리폼과 같은 새로운 시대의 구현 솔루션의 활용으로 반도체 칩은 더욱 진화를 이룰 것이다.