사진. 다나까귀금속

다나까귀금속 그룹의 자회사인 다나까귀금속공업이 금-금 접합용 저온 소성 페이스트 AuRoFUSE™(오로 퓨즈)를 활용한 고밀도 실장용 금(Au) 입자 접합 기술을 확립했다고 발표했다. 화학적으로 안정성이 우수한 Au가 주성분으로 실장 후에도 높은 신뢰성을 구현한다. 
 

열전도율은 물론 저온에서 금속 접합 실현
다나까귀금속공업이 금-금 접합용 저온 소성 페이스트 AuRoFUSE™(오로 퓨즈)를 활용한 고밀도 실장용 금(Au) 입자 접합 기술을 개발했다.  

AuRoFUSE™는 서브 미크론 크기의 Au 입자와 용제로만 구성돼 낮은 전기 저항과 높은 열전도율은 물론 저온에서 금속 접합을 실현하는 접합 재료다. 

일반적으로 미세한 입자는 용융점 이하에서 가열하면 입자끼리 결합하는 ‘소결’이라는 특성이 있다. 하지만 AuRoFUSE™는 200℃까지 가열하면 용제가 증발해 하중을 가하지 않아도 Au 입자가 소결 접합해 약 30㎫의 충분한 접합 강도를 보인다.

실장 후에도 높은 신뢰성 보장
다나까귀금속공업이 개발한 이 기술은 AuRoFUSE™ 프리폼(건조체)을 이용해 크기 20㎛, 간격 4㎛의 좁은 피치 실장을 실현했다. 

또한 AuRoFUSE™ 프리폼은 200℃, 20MPa(메가파스칼), 10초 열압착 후 압축 방향으로 약 10%의 수축률을 보이고 수평 방향으로의 변형은 적어 실용화 시 충분히 견디는 접합 강도를 가진 Au 범프로 사용할 수 있다. 또한 화학적으로 안정성이 우수한 Au가 주성분이기 때문에 실장 후에도 높은 신뢰성을 보인다.

이 기술은 반도체 배선 미세화 및 다품종 칩 집적(고밀도화)을 실현하는 기술이며 LED(발광 다이오드), LD(반도체 레이저) 등의 옵티컬 디바이스(광디바이스)를 비롯해 PC, 스마트폰 등 디지털 디바이스와 자동차 부품 등 고도의 기술 혁신이 요구되는 선진 기술에 이바지할 것으로 기대된다. 동사는 향후 관련 기술의 시장 인지도 확대를 위해 적극적으로 샘플을 제공할 예정이라고 밝혔다. 

해당 기술은 2024년 3월에 도쿄 이과대학에서 개최되는 ‘제38회 일렉트로닉스 실장학회 춘계 강연 대회’에서 학회 발표를 밝혀졌다. 

기존 접합 방법 개선 기여
반도체 디바이스 실장 시 사용되는 접합 방법은 땜납 재료나 도금을 사용하는 방법 등 목적에 따라 여러 가지 방법을 이용할 수 있다. 땜납 재료 이용 방법은 저비용으로 빠르게 범프를 제작할 수 있으나 범프 피치가 미세해지면 땜납 재료가 용융 시 측면으로 퍼지기 때문에 전극끼리 접촉해 쇼트될 우려가 있다. 또 고밀도 실장을 실현하는 기술 개발의 주류인 무전해 도금으로 구리(Cu)나 Au 도금 범프를 제작하는 방법은 좁은 피치를 실현할 수 있지만 접합 시 비교적 높은 압력이 필요하기 때문에 칩이 파손될 우려가 있다.

귀금속 전문가인 다나까귀금속공업은 반도체 고밀도 실장을 실현하기 위해 다공질에 의한 요철 추종성과 저온 및 저가압으로 접합 가능한 AuRoFUSE™를 활용한 연구 개발을 해 왔다.

원래는 주된 사용 방법인 디스펜서나 핀 전사, 스크린 인쇄법을 통해 실현하고자 했다. 그러나 페이스트 유동성 문제로 고밀도 실장에는 적합하지 않다고 판단했다. 

이번에 확립한 기술에서는 접합 전 페이스트를 건조해 유동성을 없애는 방식으로 측면 퍼짐을 억제했고 이를 통해 고밀도 실장을 실현했다. 

또한 다공질 구조로 인해 변형이 용이해 전극 간 고저차가 있는 경우, 기판이 휜 경우, 두께 차이가 나는 경우에도 접합할 수 있다.

귀금속 전문 기업
다나까귀금속 그룹은 1885년 창업 이래 귀금속을 중심으로 한 사업 영역에서 폭넓은 활동을 전개해 왔다. 일본에서는 톱클래스의 귀금속 취급량을 자랑하며, 오랜 기간에 걸쳐 산업용 귀금속 제품의 제조·판매 및 자산용이나 보석품으로서의 귀금속 상품을 제공하고 있다. 귀금속 분야에 종사하는 전문가 집단으로서 일본 내외의 그룹 각 사가 제조, 판매, 그리고 기술 개발에 연계 및 협력해 제품과 서비스를 제공하고 있다. 
다나까귀금속 그룹은 2022년도(2023년 3월 말 결산)의 연결 매출액은 6800억 엔이며 5,355명의 직원을 보유하고 있는 기업이다.