Deposition Optimization and Bonding Strength of AuSn Solder Film

AuSn 솔더 박막의 스퍼터 증착 최적화와 접합강도에 관한 연구

Au-Sn solder alloy were deposited in multilayer and co-sputtered film by rf-magnetron sputter and the composition control and analysis were studied. For the alloy deposition condition, each components of Au or Sn were deposited separately. On the basis of pure Sn and Au deposition, the deposition condition for Au-Sn solder alloy were set up. As variables, the substrate temperature, the rf-power, and the thickness ratio were used for the optimum composition. For multilayer solder alloy, the roughness and the composition of solder alloy were controlled more accurately at the higher substrate temperature. In contrast, for co-sputtered solder, the substrate temperature influenced little to the composition, but the composition could be controlled easily by rf-power. In addition, the co-sputtered solder film mostly consisted of intermetallic compound, which formed during deposition. The compound were confirmed by XRD. Without flux during bonding of solder alloy film on leadframe, the adhesion strength were measured. The maximum shear stress was $330(N/mm^2)$ for multilayer solder with Au 10wt% and $460(N/mm^2)$ for co-sputtered solder with Au 5wt%.

본 연구에서는 Au 와 Sn을 rf-magnetron sputter를 이용하여 다층막(multilayer)과 동시증착(Co-sputter)방법으로 스퍼터링하여 기판위에 AuSn 솔더를 형성하였고, 솔더의 조성제어와 특성 분석을 통해 Sn rich AuSn 솔더의 형성 기술에 대하여 연구하였다. AuSn 솔더를 형성하기 앞서 Au와 Sn에 대하여 단일 금속 증착을 하였다. 이를 토대로 AuSn솔더를 증착하기 위한 실험 조건을 확보하였다. 증착변수로는 기판의 온도, rf 전력과 두께 비를 이용하였다. 다층막의 경우, 고온의 기판에서 솔더 합금의 표면거칠기와 조성이 보다 정확하게 제어되었다. 이에 비해 동시증착 솔더는 기판의 온도에 의한 조성의 변화가 거의 없었으나, rf전력에 의해서 조성이 보다 쉽게 제어할 수 있었다. 여기에 더해, 동시 증착 솔더 박막의 대부분은 증착동안에 금속간 화합물로 변화한 것을 알 수 있었다. 화합물의 종류는 XRD로 분석하였다. 형성된 솔더 박막을 플럭스를 이용하지 않고 리드프레임에 접합하여 접합강도를 측정하였다. 다층형의 경우 Au 10wt%의 조건에서 최대 $33(N/mm^2)$ 전단응력을 나타내었으며, 동시증착형은 Au 5wt%에서 $460(N/mm^2)$ 전단응력을 나타내었다.