Abstract
The metallurgical reaction properties between the pad consisted of 0.5 $\mu\textrm{m}$Au/5 $\mu\textrm{m}$Ni/Cu layers on a conventional ball grid array (BGA) substrate and In-15 (wt.%)Pb-5Ag solder ball were characterized during the reflow process and solid aging. During the reflow process of 1 to 5 minutes, it was observed that thin $AuIn_2$ or Ni-In intermetallic layer was formed at the interface of solder/pad. The dissolution rate of the Au layer into the molten solder was about $2\times 10^{-3}$ $\mu\textrm{m}$/sec which is remarkably low in comparison with a eutectic Sn-37Pb solder. After solid aging treatment for 500 hrs at $130^{\circ}C$, the thickness of $Ni_{28}In_{72}$ intermetallic layer was increased to about 3 $\mu\textrm{m}$ in all the conditions nevertheless the initial reflow time was different. These result show that In atoms in the solder alloy were diffused through the $AuIn_2$ phase to react with underlaying Ni layer during solid aging treatment. From the microstructural observation and shear tests, the reaction properties between In-15Pb-5Ag alloy and Au/Ni surface finish were analyzed not to trigger Au-embrittlement in the solder joints unlike Sn-37Pb composition.
Ball grid array (BGA) substrate 상의 0.5 $\mu\textrm{m}$Au/5 $\mu\textrm{m}$Ni/Cu 층으로 구성된 접촉 패드(pad)와 In-15(wt.%)Pb-5Ag 솔더 볼 사이에서 리플로우 및 고상 시효동안 일어나는 금속학적 반응 특성이 조사되었다. 1-5 분의 리플로우 시간에 따라 솔더/패드 계면에서 $AuIn_2$ 또는 Ni-In 금속간 화합물층이 형성됨이 관찰되었다. 리플로우 동안 용융 In-l5Pb-5Ag 솔더 내로의 Au 층의 용해 속도는 $2\times 10^{-3}$ $\mu\textrm{m}$/sec 정도로 측정되어 공정 Sn-37Pb와 비교하여 매우 느린 것으로 관찰되었다. $130^{\circ}C$에서 500시간의 고상 시효 후에는 초기 리플로우 시간에 관계없이 $Ni_{28}In_{72}$ 금속간 화합물층이 약 3 $\mu\textrm{m}$까지 성장하였다. 이를 통하여 솔더 합금에서의 In 원자들은 아래의 Ni 층과 반응하기 위하여 리플로우 동안 형성된 $AuIn_2$상을 통하여 확산하는 것으로 관찰되었다. 미세구조 관찰과 전단 시험을 통하여 In-l5Pb-5Ag합금의 경우는 Sn-37Pb 조성과는 달리 Au/Ni surface finish 상에 사용시에도 솔더 접합부에서의 Au-embrittlement를 야기 시키지 않는 것으로 분석되었다.
