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모니터링분석 1
ReSEAT 프로그램(http://www.reseat.re.kr)
비아홀 메움 동도 기술
한국과학기술정보연구원
전 문 연 구 위 원 김 유 상
1. 개요
○ 2007년 일본에서 지갑 화나 지상 디지털TV 방송기능을 탑재한 휴
화개발에 힘을 쏟고 있을 무렵, 해외에서 컴퓨터에 가까운 스마트폰
이라는 다기능단말기 개발이 진행되고 있었다. 스마트폰은 은이를
심으로 인기가 높아지고 있다.
○ 휴 화를 시작으로 정 자기기에는 인쇄배선 (이하, PWB: Printed
Wiring Board)이 내장되어 있다. PWB는 향후 하이 리드차나 기자
동차의 발 과 함께, 차량탑재 수요도 높아질 것이다. 본고에서는 PWB
를 지탱하는 동 도 Via Hole메움에 하여 기술하 다.
2. PWB에서 회로형성방법
○ PWB의 회로형성방법에는 Subtractive법과 Semi-Additive법의 2가지가
있다. Subtractive법은 기 면에 균일하게 동도 한 후에 뒤로부터
에칭하여 회로를 형성한다. 에칭 팩타(Etch Factor)문제 때문에 회로와
간격의 비(이하, L/S)는 30㎛/30㎛ 이하의 미세배선 형성에는 합하
지 않다.
○ 미리 도 지스트(이하, DFR: Dry Film Resist)로 패턴을 형성해 두
고, 후에 도 을 실시하는 Semi-Additive법이 있다. 미세배선은 DFR
해상도에 의존하며 L/S비가 8㎛/8㎛에 이르고 있다. 동도 Via Hole
메움 기술은 난이도가 높은 CSP(Chip Scale Package)기 이나 FC(Flip
Chip)기 에 용된다.
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3. Via Hole메움 동도 의 용사례
○ 동도 Via Hole메움은 MPU(Micro Process Unit)나 GPU(Graphic
Process Unit), Chip Set 고주 부품을 탑재한 IC Substrate(이하,
Package기 )와 복수 탑재한 메모리나 안테나, 원을 연결한 모 기
(mother board) HDI(High Density Interconnect)제조에 용되고 있다.
미제 반도체를 탑재하는 MPU는 일본에서 제조되고 있고, GPU와
Chip Set는 만과 한국을 심으로 제조되고 있다.
○ HDI 층간 속에는 스루-홀(Through Hole)이 주류 으나 소형화나 고
기능화 되어 BVH(Blind Via Hole)가 많이 채용되고 있다. 속신뢰성
향상이나 미세회로, 고속화, 발열감소와 방열 때문에 BVH를 동도 하
여 메우는 Via Hole메움 기술이 사용되고 있다.
4. Via Hole메움 동도 조건
○ 동도 Via hole메움 도 액은 황산동, 황산, 소량의 염소와 2~4종의
유기첨가제로 구성된다. 동도 Via 메움액 조성은 동농도가 높고 황
산농도는 낮다. 장식용 황산동도 에 가까운 CuSO4․5H2O 180~240g/
ℓ 조성이다. FC기 이나 차량탑재기 ECU(Engine․Control․Unit)용
의 스루-홀용 황산동 도 액에서도 메움 특성이 좋은 첨가제 개발이
진행되고 있다.
○ 도 류는 직류가 압도 이다. PR펄스도 의 경우, 원이나 설비가
비싸고 펄스조건의 설정이 복잡하며, 함인동양극의 부동태가 생긴다.
도 설비는 수직 타입이 압도 이다. 렴하고 단순하며 양극유지와
통 속이 쉽기 때문이다. 교반은 수평방향의 분류타입이 주류이다.
염류와 산화제2동(이하, CuO)에 함유된 불순물에 유의할 필요가 있다.
첨가제 분석에는 기화학 회 극법(CVS: Cyclic Voltanmetric
Stripping)이 있고, 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC: High
Performance Liquid Chromatography)분석 장치도 사용하고 있다.
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5. Via Hole메움 동도 용 첨가제의 기능과 기구
○ 고분자 에테르(PEG: Poly Ethylene Glycol) 분극제(Suppressor)인 석출
억제제와 함께 황(S)계 화합물인 SPS[bis(3-sulfo-propyl)disulfide 2natrium
염] 석출 진제(복극제: brightener나 accelerator), 질소화합물( JGB:
Janus Green B)인 제2의 석출억제제(제2의 분극제: leveler) 3종류 첨가
제가 사용되고 있다.
○ 본고에서 기술한 PWB용 동도 메움뿐만 아니라 고 도 집 회로(LSI:
Large Scale Integration)제조에 Damascene 황산동도 과 TSV(Through
-Si-Via)용 High Aspect Via Hole메움 도 에서도 치수나 용도의 차이
가 있지만 미세 패턴에서 결함 없이 동을 완 히 메우는 것이 반도체
나 자분야의 필수항목이다. 이에 첨가제 작용 기구의 해명은 향후
요한 요소일 것이다.
6. 그 외의 메움 도 기술
○ 스루-홀 메움 동도 : LSI고속화를 한 기 코어층의 스루-홀에도 Via
Hole메움 도 응용연구가 진행되고 있다. 균일도 ⇒Paste메움⇒연마 ⇒
덮개도 ⇒에칭(subtractive) ⇒ 층(stagged via 형성)의 6개 공정으로
제조되기 때문에 소요되는 비용이 높고, 불량률도 높다. Paste메움⇒연
마 ⇒덮개도 공정을 생략할 수 있는 스루-홀 메움 도 이 가능하 다.
○ 스루-실리콘 Via(TSV) 동도 에서 TSV는 Wire Bonding이나 Flip Chip
Bonding을 체하는 합기술이다. 그러나 TSV는 가격이 비싸고 요소
기술의 지체 때문에 휴 화용 CIS[CMOS(Complementary Metal–
Oxide–Semiconductor) Image Sensor]에 채용될 뿐이다. MEMS부품,
메모리삽입, Logic분야에 많은 수요가 망된다. TSV구조는 자회로기
의 BVH구조와 흡사하다. 문제는 Hollow Void 발생이다. 종래의 동
도 메움 액에서는 Via 개구부가 열려 Void가 발생하 다.
7. 기화학과의 연
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○ 동도 메움은 기도 이며 반도체에서는 건식의 PVD나 CVD도 하
고 있다. Via Hole 내부와 외부의 첨가제보 량, 회 극의 회 수를
변화시켜서 동의 석출량을 평가하 다.
○ 첨가제가 함유되지 않은 기본용액에서는 극의 회 수에 응하여 동
의 석출량이 증가하 다. Hole메움 용액에서는 BVH 내부와 같은 교반
이 약한 곳에서 석출이 많았고, BVH 외부와 같은 교반이 강한 곳에서
는 석출이 었다.
8. 향후의 망
○ 최근 수년, 동도 Via Hole메움의 수요가 늘고 있다. FC기 에서
Stagged Via의 구조가 증가하고 있고, 스마트폰에서는 ALIVH(Any
Layer Interstitial Via Hole)구조가 증가하고 있다.
○ 향후 ①표층을 얇게 한 원가 감과 미세화, ②면의 균일성 향상에 의한
미세화, 다층화, ③고속화로 원가 감, 생산효율 향상, ④신뢰성향상
수율향상, ⑤반도체와 융합하는 Damascene, TSV, ⑥방열 책을 한
기 구조와 패턴설계를 개선해야 한다.
9. 결언
○ 도 은 역사가 깊고 새로운 기술이다. CD나 DVD산업에서 해주조나
반도체에서 동 Damascene 등, 다양한 목 으로 사용되고 있다. 최근에
는 잉크제트 인쇄 등의 노력도 있다. 가격과 신뢰성 때문에 아직 습식
도 에 의존하는 상황이다.
○ 차세 자부품에는 설계나 방열, 신뢰성 때문에 스루-홀 BVH, 미
세회로형성에서 다양한 성능이 요구될 수 있다. 고성능화를 목표로 하
고 가격화와 환경 응을 다져가려면 과거의 경험을 기 로 한 지식
이 필요하다.
출처 : 君塚 亮一, “ビアフィリング銅めっき技術”, 「電氣化學および工業物理化學(日本)」, 79(3),
2011, pp.183~187
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이 분석물은 교육과학기술부 과학기술진흥기금을 지원받아 작성하였습니다.
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◃ 문가 제언▹
○ 인쇄회로 기 제조는 1963년 성사( , LG 자)에서 국내 최 로 라디
오 배선의 공간 확보와 생산성 향상을 목 으로 시작되었다. 자나 반
도체, 자동차산업의 핵심부품인 인쇄회로기 은 고집 화․미세화추세
로 Via Hole메움 동도 의 신뢰성향상의 요구가 날로 높아지고 있다.
○ Ebara Udilite사에서는 고 도 집 회로용 Via Hole메움 동도 의 약
품제공과 함께 소형․경량화, 다기능화 추세로 변화되는 스루-홀 도
기술동향을 보고하 다. 인쇄회로기 Via Hole메움 기동도 이
용 된지 반세기가 경과하 다. 황산과 동의 농도, 류 도, 첨가제의
지속 인 개발과 함께 도 설비, 작업조건을 개선함으로써 미세균일도
기술을 라인/스페이스 8㎛/8㎛까지 실 하고 있다.
○ 인쇄회로기 의 도 두께 균일성은 ㎓ 역의 고주 신호고속송신에
필수 이다. 최근 회로 폭이 나노미터 수 까지 미세하게 되고 있다.
회로단면 이 감소하면 류 도가 증가하고 발열량이 증가하여 제품
수명에 치명 이다. 리암페어 범 의 미소 류를 사용하는 정보통신
기기의 수명과 신뢰성에 향을 다. 반도체나 유 체의 회로에 기
동도 은 비 항이 작고 자의 확산이동에 의한 내구성이 뛰어나기
때문이다.
○ 시화공단의 제이디엠사에서는 동 도 된 Via hole을 Via Hole Cu
paste로 채우고 표면을 연마한 후 표면에 2차로 동을 도 하는 Via
Hole Plugging공법을 용하고 있다. 균일 착성이 우수하며, 표면
잔류응력이 낮아 Blind-Via Hole메움이나 연성회로기 (FPC: Flexible
Printed Circuit board)용 하이 스루-동(High Through) 도 첨가제도
용하고 있다.
○ 향후 Via Hole메움 기동도 기술은 스로-홀 도 기술과 병행하여 이
동용 정보통신, 자동차, 가 기기, 연료 지 제조 등의 신규기술개발 사
업에도 필수 이라 사료된다.
