KR20060041196A - Carbon nanotube reinforced composite bumps and chip-on-glass bonding and flip chip bonding processes using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 칩온글라스 실장과 플립칩 실장용 범프 및 이를 이용한 칩온글라스 실장방법과 플립칩 실장방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소나노튜브가 혼합되어 있는 도금액을 이용하여 전기도금 방법으로 범프 금속과 탄소나노튜브를 동시전기도금하여 범프 금속 내에 탄소나노튜브를 강화재로 함유시키는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 강화 복합범프 및 상기 탄소나노튜브 강화 복합범프가 형성된 반도체 칩을 액정표시소자나 유기발광소자, 플라즈마 디스플레이의 유리기판에 칩온글라스 실장하는 방법과 회로기판이나 플랙시블 기판에 플립칩 실장하는 방법에 관한 것이다.         The present invention relates to a chip-on-glass mounting and flip-chip mounting bumps, a chip-on-glass mounting method and a flip-chip mounting method using the same, and more specifically, bump metal and an electroplating method using a plating solution containing carbon nanotubes. The carbon nanotube-reinforced composite bump and the semiconductor chip formed with the carbon nanotube-reinforced composite bump are characterized in that the carbon nanotubes are simultaneously electroplated to contain carbon nanotubes as a reinforcing material in the bump metal. The present invention relates to a method of mounting a chip on glass on a glass substrate of a plasma display and a method of flip chip mounting on a circuit board or a flexible substrate.

본 발명에 의해 탄소나노튜브를 범프 금속의 기지 내에 함유분포 시킴에 따라 범프의 기계적 성질과 열적 성질을 향상시키는 장점이 있으며, 전기도금 방법을 사용하여 범프 금속과 탄소나노튜브를 동시전기도금 함으로써 탄소나노튜브를 범프 금속의 기지 내에 용이하게 함유시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 본 발명에 의해 반도체 칩을 칩온글라스 실장이나 플립칩 실장시 탄소나노튜브로 강화된 복합범프를 사용함으로써 범프 접속부의 접속 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.         The present invention has the advantage of improving the mechanical and thermal properties of the bumps by distributing the carbon nanotubes in the matrix of the bump metals, and by simultaneously electroplating the bump metals and carbon nanotubes using an electroplating method, There is an advantage that the nanotubes can be easily contained in the matrix of the bump metal. In addition, according to the present invention, by using the composite bumps reinforced with carbon nanotubes when chip-on-glass mounting or flip-chip mounting, the connection characteristics of the bump connection part can be improved.

복합범프, 탄소나노튜브, 전기도금, 칩온글라스, 플립칩 Composite bump, carbon nanotube, electroplating, chip on glass, flip chip

Description

탄소나노튜브 강화 복합범프와 이를 이용한 칩온글라스 실장방법과 플립칩 실장방법{Carbon nanotube reinforced composite bumps and chip-on-glass bonding and flip chip bonding processes using the same} Carbon nanotube reinforced composite bumps and chip-on-glass bonding and flip chip bonding processes using the same}

도 1은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 강화 복합범프가 형성된 반도체 칩의 모식도.1 is a schematic view of a semiconductor chip formed carbon nanotube reinforced composite bumps according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 강화 복합범프가 형성된 반도체 칩을 이방성 전도필름을 이용하여 칩온글라스 실장한 모식도.        Figure 2 is a schematic diagram of a chip-on-glass mounting semiconductor chip formed with carbon nanotube reinforced composite bumps according to the present invention using an anisotropic conductive film.

도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 강화 복합범프가 형성된 반도체 칩을 비전도성 접착제를 이용하여 칩온글라스 실장한 모식도.        Figure 3 is a schematic diagram of the chip-on-glass mounting a semiconductor chip formed with carbon nanotube reinforced composite bumps according to the present invention using a non-conductive adhesive.

도 4는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 강화 Sn(주석) 복합범프의 동시전기도금 공정의 모식도.        Figure 4 is a schematic diagram of a simultaneous electroplating process of carbon nanotube reinforced Sn (tin) composite bumps according to the present invention.

도 5는 본 발명에 의한 탄소나노튜브 강화 Sn(주석) 복합범프에서 Sn 기지 내에 함유된 탄소나노튜브를 보여주는 주사전자현미경 사진.        Figure 5 is a scanning electron micrograph showing the carbon nanotubes contained in the Sn base in the carbon nanotube-reinforced Sn (tin) composite bump according to the present invention.

도 6은 본 발명에 의한 탄소나노튜브 강화 Au(금) 복합범프에서 Au 기지 내에 함유된 탄소나노튜브를 보여주는 주사전자현미경 사진.        Figure 6 is a scanning electron micrograph showing the carbon nanotubes contained in the Au base in the carbon nanotube reinforced Au (gold) composite bump according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ** Explanation of Signs of Major Parts of Drawings *

11. 반도체 칩 12. 탄소나노튜브 강화 복합범프        11. Semiconductor chip 12. Carbon nanotube reinforced composite bump

13. 범프 금속 14. 탄소나노튜브        13. Bump Metal 14. Carbon Nanotubes

15. UBM        15.UBM

21. 유리기판 22. 유리기판의 패드        21. Glass substrate 22. Pad of glass substrate

23. 이방성 전도필름 24. 전도입자        23. Anisotropic Conductive Film 24. Conductive Particles

31. 비전도성 접착제         31.Nonconductive Adhesive

41. Sn 전기도금액 42. 음극        41. Sn electroplating solution 42. Cathode

43. 양극         43. Anode

본 발명은 금속범프가 형성된 반도체 칩을 액정표시소자(liquid crystal display; LCD)나 유기발광소자(유기EL, organic light emitting diode; OLED), 플라즈마 디스플레이(plasma display panel; PDP)의 유리기판에 칩온글라스(chip on glass) 실장하거나 또는 금속범프가 형성된 반도체 칩을 회로기판이나 플렉시블 기판에 플립칩 실장시, 범프 접속부의 기계적, 열적, 전기적 성질을 향상시키기 위한 탄소나노튜브 강화 복합범프및 이를 이용한 칩온글라스 실장방법과 플립칩 실장방법에 관한 것이다. The present invention provides a chip-on semiconductor chip with a metal bump formed on a glass substrate of a liquid crystal display (LCD), an organic light emitting diode (OLED), or a plasma display panel (PDP). When mounting a chip on glass or a semiconductor chip with a metal bump formed on a circuit board or a flexible substrate, a carbon nanotube-reinforced composite bump for improving the mechanical, thermal and electrical properties of the bump connection portion and the chip-on using the same A glass mounting method and a flip chip mounting method are provided.

기존의 텔레비전이나 컴퓨터의 모니터에 사용되고 있는 표시소자인 CRT(Cathode Ray Tube)는 화면이 커질수록 부피가 커지며 무게가 많이 나가기 때문에 대화면 디스플레이 소자로서 부적합하며, 소비전력이 높아서 휴대용 디스플레이로 사용이 불가능한 단점이 있다. 이와 같은 CRT의 단점을 극복하기 위해 액정표시소자, 유기발광소자, 플라즈마 디스플레이와 같은 평판 디스플레이 소자들이 개발되었으며, 이들은 CRT에 비해 두께가 얇고, 무게가 가벼우며, 소비전력이 낮은 장점이 있어 대화면 텔레비전, 노트북 컴퓨터와 더불어 휴대전화나 개인휴대단말기(PDA)와 같은 휴대용 정보통신기기 등의 평판 디스플레이 소자로 사용되고 있다. CRT (Cathode Ray Tube), which is a display element used in conventional TV or computer monitor, is not suitable as a large-screen display device because it is bulky and weighty as the screen is enlarged, and it is impossible to use as a portable display due to high power consumption. There is this. To overcome the shortcomings of CRTs, flat panel display devices such as liquid crystal display devices, organic light emitting devices, and plasma displays have been developed. They have the advantages of thinner, lighter weight, and lower power consumption than CRTs. In addition to notebook computers, it is being used as a flat panel display device such as a mobile information communication device such as a mobile phone or a personal digital assistant (PDA).

액정표시소자, 유기발광소자, 플라즈마 디스플레이는 모두 화상을 구현하기 위한 디스플레이 패널의 기판으로서 유리기판을 사용하고 있다. 액정표시소자는 편광판이 부착된 두 장의 유리기판 사이에 액정을 주입하고, 액정에 가하는 전기장의 세기를 변화시켜 광 투과량을 조절하여 화상을 구현하는 구조로 되어 있다. 유기발광소자는 유리기판에 양극전극, 유기박막층, 음극전극이 순차적으로 형성되어 있으며 전기를 가하면 유기박막층이 자체발광하여 화상을 구현하는 구조로 되어 있다. 플라즈마 디스플레이 패널은 전극과 형광체를 형성한 두 장의 유리기판 사이에 페닝가스를 채운 후 전극에 전압을 가하면 패닝가스가 플라즈마 가스로 변해 자외선을 발생시켜 형광체를 자극하여 화상을 구현하는 구조로 되어 있다.         The liquid crystal display, the organic light emitting diode, and the plasma display all use a glass substrate as a substrate of a display panel for realizing an image. The liquid crystal display device has a structure in which a liquid crystal is injected between two glass substrates on which a polarizing plate is attached, and an image is realized by controlling an amount of light transmission by changing an intensity of an electric field applied to the liquid crystal. The organic light emitting device has a structure in which an anode electrode, an organic thin film layer, and a cathode electrode are sequentially formed on a glass substrate, and when the electric is applied, the organic thin film layer emits itself and realizes an image. Plasma display panel has a structure that fills the panning gas between the electrode and the two glass substrates on which the phosphor is formed, and then applies a voltage to the electrode to convert the panning gas into plasma gas to generate ultraviolet rays to stimulate the phosphor to produce an image.

액정표시소자를 비롯한 상기 평판 디스플레이 소자들에 구동 반도체 칩을 실장하는 방법으로서 반도체 칩에 금속범프를 형성하고 이를 이용하여 반도체 칩을 상기 평판 디스플레이 소자들의 유리기판에 직접 실장하는 칩온글라스 방법이 개발 되었다. 칩온글라스 실장방법에서는 반도체 칩의 점유면적을 최소화시킬 수 있어 평판 디스플레이 소자를 사용한 시스템의 소형화와 박판화가 가능하고, 반도체 칩과 평판 디스플레이 소자 사이의 거리 감소에 따른 신호전달 속도의 증가로 해상도의 향상이 가능하다.         As a method of mounting a driving semiconductor chip on the flat panel display devices including a liquid crystal display device, a chip-on-glass method has been developed in which a metal bump is formed on a semiconductor chip and the semiconductor chip is directly mounted on a glass substrate using the flat panel display device. . In the chip-on-glass mounting method, the footprint of the semiconductor chip can be minimized, thereby miniaturizing and thinning the system using the flat panel display device, and improving the resolution by increasing the signal transfer speed due to the decrease in the distance between the semiconductor chip and the flat panel display device. This is possible.

상기한 칩온글라스 방법으로는 이방성 전도필름(anisotropic conductive film; ACF)을 이용한 방법과 비전도성 접착제 (non conductive adhesive)를 이용한 방법이 주로 사용되고 있다. As the chip-on-glass method, a method using an anisotropic conductive film (ACF) and a method using a non-conductive adhesive are mainly used.

이중에서 이방성 전도필름을 이용한 칩온글라스 방법은 고분자 기지에 Au(금), Ag(은), Ni(니켈) 등의 금속입자 또는 Au/Ni을 코팅한 플라스틱 입자와 같은 전도입자가 들어있는 이방성 전도필름을 반도체 칩의 금속범프와 평판 디스플레이 소자의 유리기판의 패드 사이에 넣고 열압착시켜 반도체 칩을 액정표시소자를 비롯한 평판 디스플레이 소자의 유리기판에 실장시키는 방법이다. Among them, the chip-on-glass method using an anisotropic conductive film is an anisotropic conductive material containing conductive particles such as metal particles such as Au (gold), Ag (silver), Ni (nickel) or Au / Ni-coated plastic particles in a polymer matrix. A film is placed between a metal bump of a semiconductor chip and a pad of a glass substrate of a flat panel display device and thermally compressed to mount the semiconductor chip on a glass substrate of a flat panel display device including a liquid crystal display device.

상기 이방성 전도필름을 이용하는 칩온글라스 방법에서는 반도체 칩의 범프와 평판 디스플레이 소자의 유리기판 패드 사이에 압착된 전도입자의 기계적 접촉에 의해 전기가 통하는 것이므로, 전도입자의 충분한 압착을 이루어 접속저항을 낮추기 위해서는 반도체 칩의 범프에 대해 높은 강도가 요구된다. In the chip-on-glass method using the anisotropic conductive film, electricity is transmitted by mechanical contact of the conductive particles compressed between the bumps of the semiconductor chip and the glass substrate pad of the flat panel display device. Thus, in order to reduce the connection resistance by sufficiently compressing the conductive particles, High strength is required for bumps of semiconductor chips.

상기 이방성 전도필름을 이용하는 칩온글라스 실장을 위한 반도체 칩의 범프로는 주로 Au(금) 범프가 사용되고 있으며 이외에 Cu(구리) 범프와 Ni(니켈) 범프가 사용되고 있다. 그러나 이들 범프, 특히 Au 범프의 경우에는 강도가 낮기 때문에 이방성 전도필름을 이용한 칩온글라스 실장시 범프의 소성변형이 발생하여 전 도입자의 충분한 압착이 이루어지지 못하기 때문에, 범프 접속부의 접속저항이 커지는 문제점이 있다. 또한 사용 중에 강도가 낮은 범프의 소성변형이 계속 진행되어 전도입자의 압착 정도가 감소하기 때문에, 시간이 지남에 따라 접속저항이 계속 증가하는 문제점이 발생할 수 있다.        As bumps of the semiconductor chip for chip-on-glass mounting using the anisotropic conductive film, Au (gold) bumps are mainly used, and Cu (copper) bumps and Ni (nickel) bumps are used. However, these bumps, particularly Au bumps, have low strength, so that plastic deformation of the bumps occurs when chip-on glass is mounted using an anisotropic conductive film, so that not enough crimps are applied to all the introducers. There is this. In addition, since the plastic deformation of the bumps with low strength during use continues to decrease and the degree of crimping of the conductive particles decreases, a problem may occur in that the connection resistance continuously increases over time.

또한 고가의 상기 Au 범프를 저가의 Sn(주석) 범프로 대치하여 공정단가를 낮추고자 하여도, Sn의 강도가 Au보다 낮기 때문에 상기 Au 범프를 Sn 범프로 대치하는 것이 불가능한 실정이었다. In addition, even when the expensive Au bumps were replaced with low-cost Sn (tin) bumps, it was impossible to replace the Au bumps with Sn bumps because the Sn strength was lower than that of Au.

비전도성 접착제를 이용한 칩온글라스 방법에서는 반도체 칩의 범프와 액정표시소자 등의 평판 디스플레이 소자의 유리기판 패드 사이에 비전도성 접착제를 주입한 후 적정 온도와 응력을 인가하여 반도체 칩의 범프를 액정표시소자 등의 평판 디스플레이 소자의 유리기판 패드에 직접 접속시키는 것이다.         In the chip-on-glass method using a nonconductive adhesive, a nonconductive adhesive is injected between a bump of a semiconductor chip and a glass substrate pad of a flat panel display device such as a liquid crystal display device, and then a bump of the semiconductor chip is applied to a bump of the semiconductor chip by applying an appropriate temperature and stress. It connects directly to the glass substrate pad of flat panel display elements, such as these.

상기 이방성 전도필름을 이용한 칩온글라스 공정에서 반도체 칩의 범프와 유리기판 패드 사이에 압착된 전도입자의 기계적 접촉에 의해 전기가 통하는 것과는 달리, 상기 비전도성 접착제를 이용한 칩온글라스 방법에서는 반도체 칩의 금속범프와 디스플레이 소자의 유리기판 패드의 접촉면을 통해 전기적 연결이 이루어기 때문에 범프 접속부의 접속저항이 더욱 낮아질 수 있으며 저비용 공정이라는 장점이 있다.        In the chip-on-glass method using the anisotropic conductive film, unlike the electrical contact through the mechanical contact of the conductive particles compressed between the bumps of the semiconductor chip and the glass substrate pad, in the chip-on-glass method using the nonconductive adhesive, the metal bump of the semiconductor chip is used. Since the electrical connection is made through the contact surface of the glass substrate pad of the display element, the connection resistance of the bump connection portion can be further lowered, and there is an advantage of a low cost process.

상기 비전도성 접착제를 이용한 칩온글라스 공정시 가하는 접속응력이 낮은 경우 반도체 칩의 범프와 유리기판 패드 사이의 계면에서 기계적 접촉이 제대로 이루어지지 않기 때문에 접속저항이 증가할 뿐만 아니라, 기계적으로도 취약하여 계 면 분리가 쉽게 일어나 신뢰도를 크게 저하시키게 된다. 따라서 반도체 칩의 범프와 기판패드 계면의 저항 특성과 기계적 특성을 향상시키기 위해서는 칩온글라스 공정시 가하는 접속응력의 증가가 요구된다. 그러나 접속응력이 증가시 반도체 칩 범프의 강도가 낮으면 소성변형에 의한 형상 변화가 심하게 발생하는 문제점이 있으며, 이를 방지하기 위해서는 반도체 칩 범프의 강도를 증가시킬 수 있는 방법이 필요한 것이었다. If the connection stress applied during the chip-on-glass process using the non-conductive adhesive is low, the mechanical resistance is not properly made at the interface between the bumps of the semiconductor chip and the glass substrate pad. Face separation easily occurs, which greatly reduces the reliability. Therefore, in order to improve the resistance and mechanical properties of the bump and the substrate pad interface of the semiconductor chip, an increase in the connection stress applied during the chip-on-glass process is required. However, if the strength of the semiconductor chip bump is low when the connection stress is increased, there is a problem in that the shape change due to plastic deformation is severe, and to prevent this, a method capable of increasing the strength of the semiconductor chip bump was required.

본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 범프의 금속 성분과 탄소나노튜브가 혼합되어 있는 도금액을 이용하여 동시전기도금 방법으로 도 1에 도시된 바와 같이 범프 금속(13)의 기지 내에 탄소나노튜브(14)를 함유분포시킨 탄소나노튜브 강화 복합범프(12)를 제공하기 위한 것이다. 또한 본 발명에서는 상기 탄소나노튜브 강화 복합범프(12)를 사용하여 반도체 칩(11)을 액정표시소자 등의 평판 디스플레이 소자에 칩온글라스 실장하는 방법과 회로기판이나 플랙시블 기판에 플립칩 실장하는 방법을 제공하기 위한 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the bump metal 13 is shown in FIG. 1 by a simultaneous electroplating method using a plating solution in which a metal component of a bump and a carbon nanotube are mixed. It is to provide a carbon nanotube reinforced composite bump 12 containing the carbon nanotubes (14) distributed in the base of the. In addition, in the present invention, a method of chip-on-glass mounting of the semiconductor chip 11 on a flat panel display device such as a liquid crystal display device using the carbon nanotube-reinforced composite bump 12 and a method of flip chip mounting on a circuit board or a flexible substrate. It is to provide.

탄소나노튜브는 강도가 150 GPa로 강철보다 100배나 높아 기존 기술에서 사용되던 범프 재료인 Au, Cu, Ni에 비해 매우 높으며 직경이 미세하기 때문에 금속기지 내에서 효과적인 강화재로 작용하게 된다. 따라서 본 발명에 의해 탄소나노튜브를 금속기지 내에 함유분포시킨 복합범프를 형성함으로써 상기 이방성 전도필름을 이용한 칩온글라스 공정이나 상기 비전도성 접착제를 이용한 칩온글라스 공정에 서 사용되는 Au 범프, Cu 범프, Ni 범프의 강도를 증가시키는 것이 가능하게 된다. Carbon nanotubes are 150 GPa in strength and are 100 times higher than steel, which is much higher than Au, Cu, and Ni, the bump materials used in the prior art, and have a small diameter, thus acting as an effective reinforcing material in metal bases. Therefore, according to the present invention, by forming a composite bump containing carbon nanotubes distributed in a metal base, Au bumps, Cu bumps, Ni bumps used in the chip-on-glass process using the anisotropic conductive film or the chip-on-glass process using the nonconductive adhesive. It is possible to increase the strength of the bumps.

본 발명에 의한 탄소나노튜브 강화 복합범프(12)를 상기 이방성 전도필름(23)을 이용하는 칩온글라스 방법에 적용하면 도 2에 도시한 바와 같이 반도체 칩(11)의 탄소나노튜브 강화 복합범프(12)와 평판 디스플레이 소자의 유리기판의 패드(22) 사이에서 이방성 전도필름(23)의 전도입자(24)를 충분히 압착할 수 있어 접촉 면적이 증가하기 때문에 접속부의 저항을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 탄소나노튜브 강화 복합범프(12)의 강도가 높아 사용 중에도 범프의 소성변형이 방지되어 전도입자(24)의 압착 정도가 감소하지 않기 때문에, 전술한 기존 기술에서 발생하였던 시간이 지남에 따라 접속저항이 계속 증가하는 문제를 해결할 수 있다.      When the carbon nanotube reinforced composite bump 12 according to the present invention is applied to the chip on glass method using the anisotropic conductive film 23, the carbon nanotube reinforced composite bump 12 of the semiconductor chip 11 is shown in FIG. 2. ) And the conductive particles 24 of the anisotropic conductive film 23 can be sufficiently compressed between the pads 22 of the glass substrate of the flat panel display device, thereby increasing the contact area, thereby reducing the resistance of the connection portion. . In addition, since the strength of the carbon nanotube-reinforced composite bumps 12 is high, plastic deformation of the bumps is prevented even during use, and thus the degree of compression of the conductive particles 24 is not reduced. This can solve the problem of increasing resistance.

본 발명에 의한 탄소나노튜브 강화 복합범프(12)를 상기 비전도성 접착제(31)를 이용하는 칩온글라스 방법에 적용하면 도 3에 도시한 바와 같이 복합범프(12)의 강도가 높아 소성변형에 의한 형상 변화가 방지되기 때문에 칩온글라스 공정시 높은 접속응력을 가해줄 수 있어 접속 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. When the carbon nanotube-reinforced composite bumps 12 according to the present invention are applied to the chip-on-glass method using the non-conductive adhesive 31, the strength of the composite bumps 12 is high, as shown in FIG. Since the change is prevented, high connection stress can be applied during the chip-on-glass process, thereby improving the connection characteristics.

또한 본 발명에 의해 Sn(주석) 범프 내에 탄소나노튜브(14)를 함유분포시켜 강도가 향상된 탄소나노튜브 강화 Sn 복합범프(12)로 상기 이방성 전도필름(23)을 이용한 칩온글라스 공정이나 상기 비전도성 접착제(31)를 이용한 칩온글라스 공정에 사용되던 Au(금) 범프를 대치함으로써 공정단가를 낮추는 것이 가능하게 된다. In addition, the chip-on-glass process or vision using the anisotropic conductive film 23 as the carbon nanotube-reinforced Sn composite bump 12 having improved strength by dispersing carbon nanotubes 14 in Sn (tin) bumps according to the present invention. By replacing Au (gold) bumps used in the chip-on-glass process using the conductive adhesive 31, it is possible to reduce the process cost.

또한 탄소나노튜브는 열전도도가 1800∼6000 W/mK로 Au의 열전도도 298 W/mK, Cu의 열전도도 392 W/mK, Ni의 열전도도 92 W/mK와 Sn의 열전도도 50 W/mK에 비해 매우 높기 때문에 이를 강화재로 함유한 복합범프의 열전도도를 기존 기술에서 사용하던 금속범프에 비해 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, carbon nanotubes have thermal conductivity of 1800 to 6000 W / mK, Au thermal conductivity of 298 W / mK, Cu thermal conductivity of 392 W / mK, Ni thermal conductivity of 92 W / mK, and Sn thermal conductivity of 50 W / mK. Compared to the metal bumps used in the existing technology, the thermal conductivity of the composite bumps containing the reinforcing material is very high compared to the metal bumps.

스퍼터링법이나 진공증착법으로 범프를 형성하는 방법으로는 탄소나노튜브를 범프 금속의 기지 내에 함유분포시키는 것이 매우 어렵다. 본 발명에서는 이와 같은 문제점을 범프 금속과 탄소나노튜브를 동시전기도금 (co-electroplating, co-electrodeposition) 하여 금속 기지 내에 탄소나노튜브를 함유분포시키는 방법으로 해결하였다. As a method of forming bumps by sputtering or vacuum deposition, it is very difficult to contain and distribute carbon nanotubes in a matrix of bump metals. In the present invention, this problem was solved by co-electroplating (co-electrodeposition) the bump metal and the carbon nanotubes to contain the carbon nanotubes in the metal matrix.

이와 같은 본 발명을 다음의 실시예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들이 본 발명의 권리를 한정하는 것은 아니다. This invention will be described by the following examples. However, these do not limit the rights of the present invention.

<실시예 1> <Example 1>

본 발명에 의한 탄소나노튜브 강화 복합범프에 대한 일 예로서 Sn(주석)과 탄소나노튜브(14)를 동시전기도금 하여 Sn 기지(13) 내에 탄소나노튜브(14)가 함유분포된 Sn 복합범프(12)를 제조하였다. Sn composite bump containing carbon nanotubes 14 in Sn base 13 by electroplating Sn (tin) and carbon nanotubes 14 simultaneously as an example of the carbon nanotube-reinforced composite bumps according to the present invention. (12) was prepared.

도 4에 도시한 바와 같이 탄소나노튜브(14)를 0.05 g/L의 농도로 Sn 도금액(41)에 첨가하고 3분간 초음파 처리하여 탄소나노튜브(14)가 분산된 동시전기도금용 Sn 도금액(41)을 제조하였다. 이때 Sn 도금액(41) 내 탄소나노튜브(14)의 분산을 돕기 위해 SDS (sodium dodecyl sulfate)와 같은 분산제를 도금액(41)에 첨가 할 수 있다. As shown in FIG. 4, the carbon nanotubes 14 were added to the Sn plating solution 41 at a concentration of 0.05 g / L, and ultrasonically treated for 3 minutes to form a Sn plating solution for simultaneous electroplating in which the carbon nanotubes 14 were dispersed ( 41) was prepared. In this case, a dispersant such as sodium dodecyl sulfate (SDS) may be added to the plating solution 41 to assist in dispersing the carbon nanotubes 14 in the Sn plating solution 41.

탄소나노튜브(14)로 강화된 Sn 복합범프(12)의 동시전기도금은 반도체 칩(11)의 UBM (under bump metallurgy)(15)에 가능하며, 본 실시예에서는 반도체 칩(11)의 Ni UBM(15)에 Sn과 탄소나노튜브(14)를 동시도금하여 Sn 복합범프(12)를 제조하였다. Simultaneous electroplating of the Sn composite bumps 12 reinforced with carbon nanotubes 14 is possible for the under bump metallurgy (UBM) 15 of the semiconductor chip 11, and in this embodiment Ni of the semiconductor chip 11 Sn composite bump 12 was prepared by simultaneously plating Sn and carbon nanotubes 14 on UBM 15.

도 4에 도시한 바와 같이 탄소나노튜브(14)가 0.05 g/L의 농도로 분산된 Sn 도금액(41) 내 음극(42)에 Ni UBM(15)이 형성된 반도체 칩(11)을 위치시키고 Pt(백금) 판을 양극(43)으로 사용하여 반도체 칩(11)의 Ni UBM(15)에 Sn과 탄소나노튜브(14)를 동시전기도금하여 탄소나노튜브 강화 Sn 복합범프(12)를 제조하였다.As shown in FIG. 4, the semiconductor chip 11 having the Ni UBM 15 formed thereon is placed on the cathode 42 in the Sn plating solution 41 in which the carbon nanotubes 14 are dispersed at a concentration of 0.05 g / L. A carbon nanotube-reinforced Sn composite bump 12 was manufactured by simultaneously electroplating Sn and carbon nanotubes 14 on the Ni UBM 15 of the semiconductor chip 11 using a (platinum) plate as the anode 43. .

이와 같은 탄소나노튜브 강화 Sn 복합범프(12)를 연마 후 에칭하고 주사전자현미경으로 미세구조를 관찰하였으며, 도 5에 Sn 기지(13) 내에 함유분포되어 있는 탄소나노튜브(14)를 관찰한 사진을 도시하였다. 도 5에 도시한 바와 같이 Sn과 탄소나노튜브(14)를 동시전기도금하여 복합범프(12)를 형성함으로써 Sn보다 밀도가 매우 낮은 탄소나노튜브(14)가 Sn 기지(13) 내에 함유분포된 탄소나노튜 브 강화 복합범프(12)를 형성하는 것이 가능하였다. Such carbon nanotube-reinforced Sn composite bumps 12 were polished and etched, and microstructures were observed by scanning electron microscopy. In FIG. 5, photographs of carbon nanotubes 14 contained in Sn base 13 were observed. Is shown. As shown in FIG. 5, the carbon nanotubes 14 having a lower density than the Sn are contained in the Sn base 13 by forming the composite bumps 12 by simultaneously electroplating Sn and the carbon nanotubes 14. It was possible to form a carbon nanotube reinforced composite bump (12).

본 실시예에서는 탄소나노튜브 강화 Sn 복합범프(12)를 형성하기 위한 UBM(15)으로서 Ni UBM을 사용하였으나 이외에도 Ni(P), Cu, Ti/Cu/Ni(V), Cr/Cu, Cr/Cu/Au, Ti/Cu/Au 등과 같이 다양한 UBM의 사용이 가능하며, 본 발명의 탄소나노튜브 강화 복합범프의 제조방법과 이를 이용한 실장방법이 UBM의 종류와 구조에 의해 제한을 받는 것은 아니다. In the present embodiment, Ni UBM was used as the UBM 15 for forming the carbon nanotube-reinforced Sn composite bump 12. In addition, Ni (P), Cu, Ti / Cu / Ni (V), Cr / Cu, Cr Various UBMs such as / Cu / Au, Ti / Cu / Au, etc. can be used, and the manufacturing method and mounting method using the carbon nanotube-reinforced composite bumps of the present invention are not limited by the type and structure of the UBM. .

본 실시예에서는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 Sn과 동시전기도금하여 복합범프를 제조하였다. 이와 더불어 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)를 Sn과 동시전기도금 하여 복합범프를 제조하는 것도 가능하며, 또한 범프 금속 내에 강화재로 함유분포시킬 탄소나노튜브로서 다중벽 탄소나노튜브와 단일벽 탄소나노튜브를 혼합하여 사용하는 것도 가능하다. In this embodiment, multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) were co-electroplated with Sn to prepare composite bumps. In addition, it is also possible to manufacture complex bumps by simultaneously electroplating single-walled carbon nanotubes (SWCNT) with Sn, and also multi-walled carbon nanotubes and single-walled carbon nanotubes as carbon nanotubes to be distributed as a reinforcing material in bump metal It is also possible to use a mixture.

<실시예 2><Example 2>

탄소나노튜브(14)의 농도를 0.0006 g/L에서 10 g/L로 변화시키며 Sn 도금액(41)에 첨가하고 30분간 초음파 처리하여 탄소나노튜브(14)가 분산된 동시전기도금용 Sn 도금액(41)을 제조하였다. 이와 같은 탄소나노튜브(14)가 분산처리된 Sn 도금액(41) 내에서 반도체 칩(11)의 Ni UBM(15)에 Sn과 탄소나노튜브(14)를 동시전기도금 하여 본 발명에 의한 탄소나노튜브 강화 Sn 복합범프(12)를 제조하였다.The concentration of the carbon nanotubes 14 was changed from 0.0006 g / L to 10 g / L and added to the Sn plating solution 41 and sonicated for 30 minutes to form a Sn electroplating solution for simultaneous electroplating with carbon nanotubes 14 dispersed therein ( 41) was prepared. In the Sn plating solution 41 in which the carbon nanotubes 14 are dispersed, the Sn and the carbon nanotubes 14 are simultaneously electroplated on the Ni UBM 15 of the semiconductor chip 11. A tube reinforced Sn composite bump 12 was prepared.

이들 탄소나노튜브 강화 Sn 복합범프(12)의 미세구조를 주사전자현미경으로 관찰한 결과 도 5와 유사하게 Sn 기지(13) 내에 탄소나노튜브(14)가 균일하게 함유분포되어 있었으며, Sn 도금액(41)내 탄소나노튜브(14) 농도가 증가함에 따라 Sn 복합범프(12) 내 탄소나노튜브(14)의 분포함량이 증가하였다.As a result of observing the microstructure of these carbon nanotube-reinforced Sn composite bumps 12 with a scanning electron microscope, the carbon nanotubes 14 were uniformly distributed in the Sn matrix 13 similarly to FIG. 5, and the Sn plating solution ( 41) As the concentration of the carbon nanotubes 14 in the nanoparticles was increased, the distribution content of the carbon nanotubes 14 in the Sn composite bump 12 increased.

또한 본 실시예에 의한 이들 탄소나노튜브 강화 Sn 복합범프(12)에 대해 라만 분석을 한 결과, 모두 탄소나노튜브의 라만 피크가 발생하여 탄소나노튜브가 함유분포된 Sn 복합범프(12)가 제조되었음을 확인할 수 있었다. In addition, as a result of Raman analysis of these carbon nanotube-reinforced Sn composite bumps 12 according to the present embodiment, all of the Raman peaks of carbon nanotubes are generated, and thus, the Sn composite bumps 12 containing carbon nanotubes are manufactured. It could be confirmed.

도금액(41)내 탄소나노튜브(14) 농도가 0.0006 g/L 보다 낮은 경우에도 Sn 기지(13)내 탄소나노튜브(14)의 함량이 감소하나 탄소나노튜브(14)가 Sn 기지(13)에 함유분포된다. 또한 도금액(41)내 탄소나노튜브(14)의 농도가 10 g/L보다 높은 경우에도 Sn 기지(13)내 탄소나노튜브(14)의 함량이 증가하며 Sn과 탄소나노튜브(14)가 동시전기도금되어 복합범프(12)의 제조가 가능하게 된다. 따라서 본 발명에 의한 탄소나노튜브 강화 복합범프의 제조방법은 도금액(41)내 탄소나노튜브(14) 농도에 의해 제약을 받지 않으며, 도금액(41)내 탄소나노튜브(14) 농도를 조절함으로써 범프 금속 기지(13)내 탄소나노튜브(14)의 분포함량을 조절하는 것이 가능하게 된다. Even when the concentration of carbon nanotubes 14 in the plating liquid 41 is lower than 0.0006 g / L, the content of carbon nanotubes 14 in the Sn base 13 is reduced, but the carbon nanotubes 14 are Sn bases 13. It is distributed in. In addition, even when the concentration of the carbon nanotubes 14 in the plating solution 41 is higher than 10 g / L, the content of the carbon nanotubes 14 in the Sn base 13 increases, and both Sn and the carbon nanotubes 14 simultaneously. Electroplating allows the manufacture of the composite bumps 12. Therefore, the method of manufacturing the carbon nanotube-reinforced composite bumps according to the present invention is not limited by the concentration of the carbon nanotubes 14 in the plating liquid 41, and the bumps are controlled by controlling the concentration of the carbon nanotubes 14 in the plating liquid 41. It is possible to adjust the distribution content of the carbon nanotubes 14 in the metal matrix 13.

<실시예 3><Example 3>

전기도금법으로 제조한 Sn 범프에는 Sn 휘스커(whisker)가 발생하는 문제점이 있으며, 이는 Sn 도금액 내에 소량의 Bi, Ag, Cu를 첨가하여 합금도금을 함으로써 해결할 수 있다. 탄소나노튜브 강화 Sn 복합범프(12)에서 Sn 휘스커의 발생 가능성을 배제하기 위해 본 실시예에서는 Sn을 주성분으로 한 합금도금법을 사용하여 탄소나노튜브 강화 복합범프를 제조하였다. Sn bumps manufactured by the electroplating method have a problem in that Sn whiskers are generated, which can be solved by adding a small amount of Bi, Ag, and Cu in an Sn plating solution to perform alloy plating. In order to exclude the possibility of occurrence of Sn whiskers in the carbon nanotube-reinforced Sn composite bump 12, carbon nanotube-reinforced composite bumps were manufactured by using an alloy plating method based on Sn.

Sn 도금액에 Bi 도금액을 소량 첨가하여 Sn-Bi 합금도금액을 제조 후, 이에 탄소나노튜브(14)의 농도를 0.05 g/L에서 10 g/L로 변화시키면서 첨가하고 30분간 초음파 처리하여 탄소나노튜브(14)가 분산된 전기도금용 Sn-Bi 합금도금액을 제조하였다. Ni UBM(15)이 형성되어 있는 반도체 칩(11)을 이와 같은 탄소나노튜브(14)가 분산처리된 Sn-Bi 합금도금액 내 음극(42)에 위치시키고 Pt 판을 양극(43)으로 사용하여 반도체 칩(11)의 Ni UBM(15)에 탄소나노튜브(14)와 Sn-Bi를 전기도금하여 탄소나노튜브 강화 Sn-Bi 복합범프(12)를 제조하였다. After a small amount of Bi plating solution was added to the Sn plating solution to prepare a Sn-Bi alloy plating solution, the concentration of the carbon nanotubes 14 was changed from 0.05 g / L to 10 g / L, followed by sonication for 30 minutes. An electroplating Sn-Bi alloy plating solution in which the tube 14 was dispersed was prepared. The semiconductor chip 11 having the Ni UBM 15 formed thereon is placed on the cathode 42 in the Sn-Bi alloy plating solution in which the carbon nanotubes 14 are dispersed, and a Pt plate is used as the anode 43. The carbon nanotubes 14 and Sn-Bi were electroplated on the Ni UBM 15 of the semiconductor chip 11 to prepare a carbon nanotube-reinforced Sn-Bi composite bump 12.

본 실시예에 의해 제조한 탄소나노튜브 강화 Sn-Bi 복합범프(12)의 미세구조를 주사전자현미경으로 관찰한 결과 도 5와 유사하게 탄소나노튜브(14)들이 Sn-Bi 기지(13) 내에 함유분포되어 있었으며, Sn-Bi 도금액내 탄소나노튜브(14) 농도가 증가함에 따라 Sn-Bi 복합범프 기지(13) 내 탄소나노튜브(14)의 분포함량이 증가하였다. 또한 본 실시예에 의한 Sn-Bi 복합범프(12)에 대한 라만 분석결과, 본 실시예의 모든 Sn-Bi 복합범프(12)에서 탄소나노튜브의 라만 피크가 발생하여 본 발명에 의해 탄소나노튜브로 강화된 Sn-Bi 복합범프가 제조되었음을 확인할 수 있었다.As a result of observing the microstructure of the carbon nanotube-reinforced Sn-Bi composite bump 12 manufactured according to the present embodiment with a scanning electron microscope, the carbon nanotubes 14 were formed in the Sn-Bi matrix 13 similarly to FIG. 5. As the concentration of the carbon nanotubes 14 in the Sn-Bi plating solution increased, the distribution content of the carbon nanotubes 14 in the Sn-Bi composite bump matrix 13 increased. In addition, as a result of the Raman analysis of the Sn-Bi composite bump 12 according to the present embodiment, the Raman peaks of the carbon nanotubes are generated in all the Sn-Bi composite bumps 12 of the present embodiment, and thus, the carbon nanotubes according to the present invention. It was confirmed that the reinforced Sn-Bi composite bumps were prepared.

본 실시예에서는 또한 Sn-Ag 합금도금액에 탄소나노튜브(14)의 농도를 0.05 g/L에서 10 g/L로 변화시키면서 첨가한 후 탄소나노튜브(14)와 Sn-Ag를 동시전기도금함으로써 탄소나노튜브(14)가 Sn-Ag 기지(13)에 함유분포된 탄소나노튜브 강화 Sn-Ag 복합범프(12)를 제조하는 것이 가능하였다. In this embodiment, the carbon nanotubes 14 and Sn-Ag are simultaneously electroplated after the carbon nanotubes 14 are added to the Sn-Ag alloy plating solution at a concentration of 0.05 g / L to 10 g / L. By doing so, it was possible to produce the carbon nanotube-reinforced Sn-Ag composite bump 12 in which the carbon nanotubes 14 were contained and distributed in the Sn-Ag matrix 13.

본 실시예에서는 또한 Sn-Cu 합금도금액에 탄소나노튜브(14)의 농도를 0.05 g/L에서 10 g/L로 변화시키면서 첨가한 후 탄소나노튜브(14)와 Sn-Cu를 동시전기도금함으로써 탄소나노튜브(14)가 Sn-Cu 기지(13)에 함유분포된 탄소나노튜브 강화 Sn-Cu 복합범프(12)를 제조하는 것이 가능하였다. In this embodiment, the carbon nanotubes 14 and Sn-Cu are simultaneously electroplated after the carbon nanotubes 14 are added to the Sn-Cu alloy plating solution at a concentration of 0.05 g / L to 10 g / L. As a result, it was possible to produce the carbon nanotube-reinforced Sn-Cu composite bumps 12 in which the carbon nanotubes 14 were contained in the Sn-Cu matrix 13.

본 발명에서는 탄소나노튜브와 동시전기도금하기 위한 Sn 합금의 성분으로서 본 실시예의 Bi, Ag, Cu 이외에도 In(인듐)과 Pb(납)을 첨가하는 것도 가능하다. In the present invention, it is also possible to add In (indium) and Pb (lead) in addition to Bi, Ag and Cu of this embodiment as a component of the Sn alloy for simultaneous electroplating with carbon nanotubes.

<실시예 4><Example 4>

본 발명에 따른 탄소나노튜브 강화 Au(금) 복합범프를 제조하기 위해, Au 도금액에 탄소나노튜브(14)를 0.05 g/L에서 10 g/L로 변화시키면서 첨가하고 30분간 초음파 처리하여 탄소나노튜브(14)가 분산된 전기도금용 Au 도금액을 제조하였다.In order to manufacture carbon nanotube reinforced Au (gold) composite bump according to the present invention, carbon nanotubes (14) were added to Au plating solution while changing from 0.05 g / L to 10 g / L and sonicated for 30 minutes. An electroplating Au plating solution in which the tube 14 was dispersed was prepared.

Ni UBM(15)이 형성되어 있는 반도체 칩(11)을 탄소나노튜브(14)가 분산처리된 Au 도금액 내 음극(42)에 위치시키고 Pt 판을 양극(43)으로 사용하여 반도체 칩(11)의 Ni UBM(15)에 탄소나노튜브(14)와 Au를 전기도금하여 탄소나노튜브 강화 Au 복합범프(12)를 제조하였다.The semiconductor chip 11 having the Ni UBM 15 formed thereon is placed on the cathode 42 in the Au plating solution in which the carbon nanotubes 14 are dispersed, and the Pt plate is used as the anode 43. Ni UBM (15) of the carbon nanotubes (14) and Au was electroplated to prepare a carbon nanotube reinforced Au composite bump (12).

이들 탄소나노튜브 강화 Au 복합범프(12)의 미세구조를 주사전자현미경으로 관찰한 결과 도 6과 같이 Au 기지(13) 내에 탄소나노튜브(14)가 함유분포되어 있었다. 또한 이들 탄소나노튜브 강화 Au 복합범프(12)에 대한 라만 분석 결과, 모두 탄소나노튜브의 라만 피크가 발생하여 Au 복합범프(12) 내에 탄소나노튜브(14)가 함유분포 된 것을 확인할 수 있었다. As a result of observing the microstructure of these carbon nanotube-reinforced Au composite bumps 12 with a scanning electron microscope, the carbon nanotubes 14 were contained in the Au matrix 13 as shown in FIG. 6. As a result of the Raman analysis of the carbon nanotube-reinforced Au composite bumps 12, all of the Raman peaks of the carbon nanotubes were generated, and it was confirmed that the carbon nanotubes 14 were contained in the Au composite bumps 12.

본 실시예에서는 또한 Cu(구리) 도금액에 탄소나노튜브(14)의 농도를 0.05 g/L에서 10 g/L로 변화시키면서 첨가한 후 탄소나노튜브(14)와 Cu를 동시전기도금하여 탄소나노튜브(14)가 Cu 기지(13)에 함유분포된 탄소나노튜브 강화 Cu 복합범프(12)를 제조하는 것이 가능하였다. In this embodiment, the carbon nanotubes 14 are added to the Cu (copper) plating solution at a concentration of 0.05 g / L to 10 g / L, and the carbon nanotubes 14 and Cu are simultaneously electroplated to form carbon nanotubes. It was possible to produce the carbon nanotube reinforced Cu composite bump 12 in which the tube 14 contained and distributed in the Cu base 13.

본 실시예에서는 또한 Ni(니켈) 도금액에 탄소나노튜브(14)의 농도를 0.05 g/L에서 10 g/L로 변화시키면서 첨가한 후 탄소나노튜브(14)와 Ni을 동시전기도금함으로써 탄소나노튜브(14)가 Ni 기지(13)에 함유분포된 탄소나노튜브 강화 Ni 복 합범프(12)를 제조하는 것이 가능하였다. In this embodiment, the carbon nanotubes 14 are added to the Ni (nickel) plating solution while changing the concentration of the carbon nanotubes 14 from 0.05 g / L to 10 g / L, followed by simultaneous electroplating of the carbon nanotubes 14 and Ni. It was possible to produce the carbon nanotube reinforced Ni composite bump 12 in which the tube 14 contained the Ni matrix 13.

<실시예 5> Example 5

본 발명에 의한 탄소나노튜브 강화 Sn 복합범프의 강도를 측정하기 위해 탄소나노튜브(14)를 각기 0.0006 g/L, 0.0025 g/L 및 0.1 g/L 농도로 Sn 도금액(41) 내에 분산처리한 후, Sn과 탄소나노튜브(14)를 동시전기도금하여 탄소나노튜브 강화 Sn 시편을 인장시험이 가능한 110 ㎛ 두께로 제조하였다. 이와 같은 탄소나노튜브 강화 Sn 시편과 비교하기 위하여 탄소나노튜브를 첨가하지 않은 Sn 도금액을 사용하여 110 ㎛ 두께의 막대 형상의 Sn 시편을 전기도금으로 제조하였다. 탄소나노튜브로 강화된 Sn 시편과 탄소나노튜브를 함유하지 않은 순수 Sn 시편을 인장시험하여 강도를 비교하였다. In order to measure the strength of the carbon nanotube reinforced Sn composite bump according to the present invention, the carbon nanotubes 14 were dispersed in the Sn plating solution 41 at concentrations of 0.0006 g / L, 0.0025 g / L, and 0.1 g / L, respectively. Thereafter, Sn and carbon nanotubes (14) were simultaneously electroplated to prepare carbon nanotube-reinforced Sn specimens having a thickness of 110 μm. In order to compare with the carbon nanotube-reinforced Sn specimens, a rod-shaped Sn specimen having a thickness of 110 μm was prepared by electroplating using Sn plating solution without carbon nanotubes. Tensile test was performed on Sn specimens reinforced with carbon nanotubes and pure Sn specimens containing no carbon nanotubes for tensile strength.

탄소나노튜브를 함유하지 않은 순수 Sn 시편의 강도는 15.2 MPa 이었다. 이에 비해 탄소나노튜브의 농도가 각기 0.0006 g/L, 0.0025 g/L 및 0.1 g/L인 Sn 도금액에서 동시전기도금하여 제조한 탄소나노튜브 강화 Sn 시편의 강도는 각기 21.6 MPa, 33.9 MPa, 38.3 MPa로 순수 Sn 시편에 비해 크게 증가하였다. The strength of pure Sn specimens containing no carbon nanotubes was 15.2 MPa. In contrast, the strength of carbon nanotube-reinforced Sn specimens prepared by simultaneous electroplating in Sn plating solutions with concentrations of 0.0006 g / L, 0.0025 g / L and 0.1 g / L, respectively, was 21.6 MPa, 33.9 MPa, and 38.3. MPa increased significantly compared to pure Sn specimens.

본 발명에 의한 탄소나노튜브 강화 Sn 복합범프(12)의 경도를 측정하기 위해 탄소나노튜브(14)의 농도가 0.05 g/L 및 0.1 g/L인 Sn 도금액(41)에서 Sn과 탄소나노튜브(14)를 동시전기도금하여 탄소나노튜브 강화 Sn 복합범프(12)를 제조하였다. 이와 같은 탄소나노튜브 강화 Sn 복합범프(12)와 비교하기 위하여 탄소나노튜브를 첨가하지 않은 Sn 도금액을 사용하여 Sn 범프를 전기도금 하였다. In order to measure the hardness of the carbon nanotube-reinforced Sn composite bump 12 according to the present invention, the Sn and carbon nanotubes in the Sn plating solution 41 having the concentration of the carbon nanotubes 14 are 0.05 g / L and 0.1 g / L. Simultaneous electroplating (14) to prepare a carbon nanotube reinforced Sn composite bump (12). In order to compare with the carbon nanotube-reinforced Sn composite bump 12, Sn bumps were electroplated using a Sn plating solution without adding carbon nanotubes.

탄소나노튜브를 첨가하지 않은 Sn 범프의 비커스 경도는 16 Hv 이었으나, 본 발명에 의해 Sn 기지(13)에 탄소나노튜브(14)를 함유분포 시킴에 따라 Sn 복합범프(12)의 경도가 향상되어 탄소나노튜브(14) 농도가 0.05 g/L인 도금액에서 동시도금한 Sn 복합범프(12)의 경도는 45 Hv로 증가하였으며, 탄소나노튜브(14) 농도가 0.1 g/L인 도금액에서 동시도금한 Sn 복합범프(12)의 경도는 66 Hv로 향상되었다.The Vickers hardness of Sn bumps without carbon nanotubes was 16 Hv, but the hardness of the Sn composite bumps 12 was improved by dispersing the carbon nanotubes 14 in the Sn base 13 according to the present invention. The hardness of Sn composite bump 12, which was co-plated in a carbon nanotube 14 concentration of 0.05 g / L, was increased to 45 Hv, and co-plating in a plating solution where carbon nanotube 14 concentration was 0.1 g / L. The hardness of one Sn composite bump 12 was improved to 66 Hv.

이와 같이 본 발명에 의해 탄소나노튜브를 함유분포 시킴에 따라 칩온글라스 실장용 금속범프의 강도와 경도를 크게 향상시키는 것이 가능하게 된다. 따라서 본 발명에 의한 탄소나노튜브 강화 복합범프(12)를 반도체 칩(11)에 형성하여 이방성 전도필름(23)을 이용한 칩온글라스 본딩시 전도입자(24)를 충분히 압착하여 접속면적의 증가가 가능하기 때문에 접속부의 전기적 특성이 향상될 수 있으며, 또한 사용 중에도 범프(12)의 소성 변형이 방지되어 전도입자(24)의 압착 정도가 감소하지 않아 접속부의 신뢰도 향상이 가능하게 된다. As described above, according to the present invention, as the carbon nanotube is contained and distributed, the strength and hardness of the metal bumps for chip-on-glass mounting can be greatly improved. Therefore, the carbon nanotube-reinforced composite bumps 12 according to the present invention are formed on the semiconductor chip 11 to sufficiently compress the conductive particles 24 during chip-on-glass bonding using the anisotropic conductive film 23 to increase the connection area. Therefore, the electrical characteristics of the connection part can be improved, and also plastic deformation of the bump 12 can be prevented even during use, so that the crimping degree of the conductive particles 24 is not reduced, thereby improving the reliability of the connection part.

본 발명에 의한 탄소나노튜브 강화 복합범프(12)를 상기 비전도성 접착제(31)를 이용하는 칩온글라스 방법에 적용하면 복합범프(12)의 강도가 높아 소성변형에 의한 형상 변화가 방지되기 때문에 칩온글라스 공정시 높은 접속응력을 가해줄 수 있어 접속 특성의 향상이 가능하게 된다. When the carbon nanotube reinforced composite bump 12 according to the present invention is applied to the chip-on-glass method using the non-conductive adhesive 31, the strength of the composite bump 12 is high, and thus the shape change due to plastic deformation is prevented. High connection stress can be applied during the process, thereby improving connection characteristics.

또한 본 발명에 의해 Sn 범프 내에 탄소나노튜브(14)를 함유분포시켜 강도가 향상된 탄소나노튜브 강화 Sn 복합범프(12)로 기존 기술의 Au 범프를 대치할 수 있기 때문에 이방성 전도필름(23)을 이용한 칩온글라스 공정이나 비전도성 접착제(31)를 이용한 칩온글라스 공정에서 공정단가를 낮추는 것이 가능하게 된다. In addition, the anisotropic conductive film 23 may be replaced by the present invention because it is possible to replace the Au bump of the conventional technology with the carbon nanotube-reinforced Sn composite bump 12 having improved strength by containing the carbon nanotubes 14 in the Sn bumps. In the chip-on-glass process using or the chip-on-glass process using the non-conductive adhesive 31, the process cost can be reduced.

이방성 전도 접착제(anisotropic conductive adhesive; ACA)는 이방성 전도 필름의 고분자 필름을 접착제로 변형한 것이며 비전도성 필름 (non-conductive film; NCF)은 비전도성 접착제의 고분자 접착제를 필름 형태로 변형한 것이기 때문에, 본 발명에 의한 탄소나노튜브 강화 복합범프는 상기 이방성 전도필름을 이용한 칩온글라스 공정과 비전도성 접착제를 이용하는 칩온글라스 공정뿐만 아니라 이방성 전도 접착제(anisotropic conductive adhesive; ACA)를 이용한 칩온글라스 공정과 비전도성 필름 (non-conductive film; NCF)를 이용한 칩온글라스 공정에도 적용이 가능하다. Since anisotropic conductive adhesive (ACA) is a modification of the polymer film of the anisotropic conductive film into an adhesive and a non-conductive film (NCF) is a modification of the polymer adhesive of the nonconductive adhesive into a film form, Carbon nanotube reinforced composite bumps according to the present invention is a chip-on-glass process using the anisotropic conductive film and a chip-on-glass process using a non-conductive adhesive as well as a chip-on-glass process using an anisotropic conductive adhesive (ACA) and a non-conductive film It is also applicable to the chip-on-glass process using a (non-conductive film; NCF).

반도체 칩에 금속 범프를 형성하고 이를 이방성 전도필름이나 비전도성 접착제를 이용하여 고분자 회로기판이나 플랙시블 기판의 패드에 접속하는 플립칩 공정은 이방성 전도필름을 이용한 칩온글라스 공정과 비교하여 기판이 유리기판에서 고분자 회로기판이나 플랙시블 기판으로 바뀌는 것일 뿐 반도체 칩의 금속 범프를 이용한 칩온글라스 방법과 동일한 공정이다. 따라서 본 발명에 의한 탄소나노튜브 강화 복합범프는 이방성 전도필름을 이용하여 반도체 칩을 회로기판이나 플랙시블 기판에 플립칩 본딩하는 실장방법에도 적용이 가능하며, 비전도성 접착제를 이용하여 반도체 칩을 회로기판이나 플랙시블 기판에 플립칩 본딩하는 실장방법에도 적용이 가능하다. 또한 본 발명에 의한 탄소나노튜브 강화 복합범프는 반도체 칩을 회로기판이나 프렉시블 기판에 플립칩 본딩한 후에 반도체 칩과 기판 사이에 언더필(underfill)을 주입하는 플립칩 실장방법에도 적용이 가능하다.The flip chip process of forming a metal bump on a semiconductor chip and connecting it to a pad of a polymer circuit board or a flexible substrate using an anisotropic conductive film or a non-conductive adhesive is performed in comparison with a chip-on-glass process using an anisotropic conductive film. This process is the same process as the chip-on-glass method using metal bumps of a semiconductor chip. Therefore, the carbon nanotube-reinforced composite bumps according to the present invention can be applied to a mounting method of flip chip bonding a semiconductor chip to a circuit board or a flexible substrate using an anisotropic conductive film, and to a semiconductor chip using a non-conductive adhesive. It is also applicable to a mounting method of flip chip bonding to a substrate or a flexible substrate. In addition, the carbon nanotube reinforced composite bump according to the present invention can be applied to a flip chip mounting method in which an underfill is injected between a semiconductor chip and a substrate after the flip chip bonding of the semiconductor chip to a circuit board or a flexible substrate. .

상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 범프 금속과 탄소나노튜브를 동시전기도금하여 범프 금속 (13)내에 강화재로 탄소나노튜브(14)를 함유분포 시킨 탄소나노튜브 강화 복합범프(12)를 제조함으로써 범프의 기계적 성질과 열적 성질을 향상시키는 장점이 있으며, 전기도금 방법을 사용하여 범프 금속(13)과 탄소나노튜브(14)를 동시전기도금 함으로써 탄소나노튜브(14)를 범프 금속(13)의 기지 내에 용이하게 함유시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명에 의해 반도체 칩(11)을 칩온글라스 실장이나 플립칩 실장시 탄소나노튜브(14)로 강화된 복합범프(12)를 사용함으로써 범프 접속부의 접속 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명에 의해 Sn(주석) 범프 내에 탄소나노튜브(14)를 함유분포시켜 강도가 향상된 저가의 탄소나노튜브 강화 Sn 복합범프(12)로 고가의 Au(금) 범프를 대치함으로써 공정단가를 낮출 수 있는 경제적인 장점이 있다. As described above, according to the present invention, the bump metal and the carbon nanotubes are simultaneously electroplated to prepare the carbon nanotube-reinforced composite bumps 12 containing the carbon nanotubes 14 as the reinforcing material in the bump metal 13. The mechanical and thermal properties of the bumps are improved, and the electroplating of the bump metals 13 and the carbon nanotubes 14 simultaneously using an electroplating method enables the carbon nanotubes 14 to be made of the bump metals 13. There is an effect that can be easily contained in the matrix. In addition, according to the present invention, when the semiconductor chip 11 is used in the chip-on-glass mounting or the flip-chip mounting, the composite bumps 12 reinforced with the carbon nanotubes 14 can be used to improve the connection characteristics of the bump connecting portions. In addition, according to the present invention, carbon nanotubes (14) are contained in Sn (tin) bumps, thereby replacing the expensive Au (gold) bumps with a low-cost carbon nanotube-reinforced Sn composite bump 12 having improved strength. There is an economic advantage that can be lowered.

Claims (8)

반도체 칩을 액정표시소자나 유기발광소자, 플라즈마 디스플레이의 유리기판에 칩온글라스 실장하거나 회로기판이나 플랙시블 기판에 플립칩 실장하기 위한 반도체 칩의 범프에 있어서, 탄소나노튜브가 혼합되어 있는 도금액을 이용하여 전기도금 방법으로 범프 금속과 탄소나노튜브를 동시전기도금하여 범프 금속기지 내에 탄소나노튜브를 강화재로 함유시키는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 강화 복합범프와 그 제조방법.In the bump of a semiconductor chip for mounting a semiconductor chip on a liquid crystal display device, an organic light emitting device, or a glass substrate of a plasma display, or flip-chip mounting on a circuit board or a flexible substrate, a plating solution containing carbon nanotubes is used. By simultaneously electroplating bump metal and carbon nanotubes by an electroplating method, a carbon nanotube-reinforced composite bump and a method for manufacturing the same, characterized in that the carbon nanotubes are contained in the bump metal base as reinforcing materials. 상기 청구항 1에 있어서, 탄소나노튜브와 동시도금하기 위한 범프 금속은 Sn(주석), Au(금), Cu(구리), Ni(니켈) 중에서 선택된 어느 하나의 성분 또는 둘 이상의 합금성분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 강화 복합범프와 그 제조방법. The method of claim 1, wherein the bump metal for co-plating with carbon nanotubes is made of any one selected from Sn (tin), Au (gold), Cu (copper), Ni (nickel) or two or more alloy components Carbon nanotube-reinforced composite bumps and a method of manufacturing the same. 상기 청구항 1에 있어서, 탄소나노튜브와 동시도금하여 형성한 복합범프는 Sn(주석), Au(금), Cu(구리), Ni(니켈) 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 도금층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 강화 복합범프와 그 제조방법. The method of claim 1, wherein the composite bump formed by co-plating with carbon nanotubes, characterized in that consisting of one or more plating layers selected from Sn (tin), Au (gold), Cu (copper), Ni (nickel) Carbon nanotube reinforced bumps and a method of manufacturing the same. 상기 청구항 1에 있어서, 탄소나노튜브와 동시도금하기 위한 범프 금속은 Sn(주석)을 주성분으로 하며, Bi(비스무스), Cu(구리), Ag(은), In(인듐), Pb(납) 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이 함유된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 강화 복합범프와 그 제조방법.The method of claim 1, wherein the bump metal for co-plating with carbon nanotubes is based on Sn (tin), Bi (bismuth), Cu (copper), Ag (silver), In (indium), Pb (lead) Carbon nanotube-reinforced composite bumps and a method for producing the same, characterized in that any one or two or more selected from among them are contained. 상기 청구항 1에 있어서, 범프 금속에 함유시킬 탄소나노튜브로서 다중벽 탄소나노튜브를 사용하거나 또는 단일벽 탄소나노튜브를 사용하거나 또는 다중벽 탄소나노튜브와 단일벽 탄소나노튜브를 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 강화 복합범프와 그 제조방법.The method according to claim 1, wherein the use of multi-walled carbon nanotubes, single-walled carbon nanotubes, or a mixture of multi-walled carbon nanotubes and single-walled carbon nanotubes as carbon nanotubes to be contained in the bump metal Carbon nanotube-reinforced composite bumps and a method of manufacturing the same. 상기 청구항 1의 탄소나노튜브 강화 복합범프를 형성한 반도체 칩을 이방성 전도필름 또는 비전도성 접착제 또는 이방성 전도 접착제 또는 비전도성 필름을 사용하여 액정표시소자나 유기발광소자, 플라즈마 디스플레이의 유리기판에 칩온글라스 본딩하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 칩온글라스 실장방법.The chip-on-glass on the liquid crystal display device, the organic light emitting device, or the glass substrate of the plasma display using the anisotropic conductive film or the non-conductive adhesive or the anisotropic conductive adhesive or the non-conductive film using the semiconductor chip formed with the carbon nanotube reinforced composite bump of claim 1 A chip-on-glass mounting method of a semiconductor chip characterized in that the bonding. 상기 청구항 1의 탄소나노튜브 강화 복합범프를 형성한 반도체 칩을 이방성 전도필름 또는 비전도성 접착제 또는 이방성 전도 접착제 또는 비전도성 필름을 사용하여 회로기판이나 플랙시블 기판에 플립칩 본딩하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 플립칩 실장방법.A semiconductor chip comprising the carbon nanotube-reinforced composite bump of claim 1 is flip-chip bonded to a circuit board or a flexible substrate using an anisotropic conductive film or a nonconductive adhesive or an anisotropic conductive adhesive or a nonconductive film. Flip chip mounting method of chip. 상기 청구항 1의 탄소나노튜브 강화 복합범프를 형성한 반도체 칩을 회로기판이나 플랙시블 기판에 플립칩 본딩한 후에 반도체 칩과 기판 사이에 언더필을 주입하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩의 플립칩 실장방법.A method for flip chip mounting of a semiconductor chip, wherein an underfill is injected between the semiconductor chip and the substrate after flip-chip bonding the semiconductor chip having the carbon nanotube reinforced composite bump of claim 1 to a circuit board or a flexible substrate.
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