• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.14 no.4
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• pp.71-77
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• 2007

In this study, the mechanical and electrical properties of three different ball grid array (BGA) solder joints, consisting of Sn-37Pb, Sn-3.5Ag and Sn-3.5Ag-0.75Cu (all wt.%), with organic solderability preservative (OSP)-finished Cu pads were investigated as a function of reflow number. Based on scanning electron microscopy (SEM) analysis results, a continuous $Cu_6Sn5$, intermetallic compound (IMC) layer was formed at the solder/substrate interface, which grew with increasing reflow number. The ball shear testing results showed that the shear force peaked after 3 reflows (in case of Sn-Ag solder, 4 reflows), and then decreased with increasing reflow number. The electrical property of the joint gradually decreased with increasing reflow number.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.244-245
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• 2010

최근 광전자 분야에서는 미래 에너지 자원에 대한 관심과 함께 GaN 기반 발광다이오드 및 태양전지 연구가 활발히 진행되고 있다. GaN는 높은 전자 이동도와 높은 포화 속도 등의 광전자 소자에 유리한 특성을 가지고 있으나, 고 인듐 함유량과 막질의 우수한 특성을 동시에 구현하는 것은 매우 어렵다. 이를 극복하기 위한 방법으로써 선택 영역 박막 성장법(Selective Area Growth)은 마스크 패터닝을 통해 제한된 영역에서만 박막을 성장하는 방법으로써 GaN의 막질을 향상 시킬 수 있는 방법으로 주목받고 있다. 본 논문에서는 대면적 기판에서 GaN의 막질 향상뿐만 아니라 고인듐 InGaN 박막 성장을 위하여 서브마이크로미터 주기와 크기를 갖는 홀 패턴을 포토리소그라피 공정 최적화를 통해 구현할 수 있는 방법에 대해 논의한다. 그림. 1은 사파이어 기판 위에 선택 영역 박막 성장법을 이용하여 성장한 n-GaN/활성층/p-GaN의 구조를 나타낸 그림이다. 이를 통하여 서브마이크로미터 스케일의 반극성 InGaN면 위에 높은 인듐 함유량을 가지면서도 우수한 특성을 갖는 박막을 얻을 수 있다. 본 실험을 위하여 사파이어 기판 위에 SiO2를 증착한 후 포토레지스트(AZ5206)을 도포하고 포토리소그라피 공정을 진행하여 2um 크기 및 간격을 갖는 패턴을 형성했다. 그림. 2는 AZ5206에 UV를 조사(5초)하고 현상(23초)한 패턴을 윗면(그림. 2(a))과 $45^{\circ}$ 기울인 면(그림. 2(b)) 에서 본 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이다. 이를 통해 약 2.2um의 홀 패턴이 선명하게 형성 됨을 볼 수 있다. 그 후 수백나노 직경의 홀을 만들기 위해서 리플로우 공정을 수행한다. 그림. 3은 리플로우 온도에 따른 패턴의 홀 모양을 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 측정한 표면의 사진이다. 이를 통해 2차원 평면에서 리플로우 온도 및 시간에 따른 변화를 볼 수 있다. 그림.3의 (a)는 리플로우 공정을 진행하기 전 패턴이고, (b)는 $150^{\circ}C$에서 2분, (c)는 $160^{\circ}C$에서 2분 (d)는 $170^{\circ}C$에서 2분 동안 리플로우 공정을 진행한 패턴이다. $150^{\circ}C$와 $160^{\circ}C$에서는 직경에 큰 변화가 없었고, $160^{\circ}C$에서는 시료별 현상 시간 오차에 따라 홀의 크기가 커지는 경향이 나타났다. 그러나 $170^{\circ}C$에서 2분간 리플로우 한 시료 (그림. 3(d))의 경우는 홀의 직경이 ~970nm 정도로 줄어든 것을 볼 수 있다. 홀의 크기를 보다 명확히 표현하기 위해 그림.3에 대응시켜 단면을 스캔한 그래프가 그림.4에 나타나 있다. 그림.4의 (a) 및 (b)의 경우 포토레지스트의 높이 및 간격이 일정하므로, 리플로우에 의한 영향은 거의 없었다. 그림. 4(c)의 경우 포토레지스트의 높이가 그림.4(a)에 비해 ~25nm 정도 낮은 것으로 볼 때, 과도 현상 및 약간의 리플로우가 나타났을 가능성이 크다. 그림. 4(d)에서는 ~970nm의 홀 크기가 나타나서 본 연구에서 목표로 하는 나노 홀 크기에 가장 가까워짐을 확인할 수 있었다. 따라서, $170^{\circ}C$ 이상의 온도와 2분 이상의 리플로우 시간 조건에서 선택 영역 성장을 위한 나노 홀 마스크의 크기를 제어할 수 있음을 확인하였다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.14 no.3
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• pp.43-49
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• 2007

Thickness of intermetallic compounds and consumption rates of under bump metallurgies (UBMs) were investigated in wafer-level solder bumping with variations of UBM materials and reflow times. In the case of Cu UBM, $0.6\;{\mu}m-thick$ intermetallic compound layer was formed before reflow of Sn solder, and the average thickness of the intermetallic compound layer increased to $4\;{\mu}m$ by reflowing at $250^{\circ}C$ for 450 sec. On the contrary, the intermetallic layer had a thickness of $0.2\;{\mu}m$ on Ni UBM before reflow and it grew to $1.7\;{\mu}m$ thickness with reflowing for 450 sec. While the consumption rates of Cu UBM were 100nm/sec fur 15-sec reflow and 4.50-sec for 450-sec reflow, those of Ni UBM decreased to 28.7 nm/sec for 15-sec reflow and 1.82 nm/sec for 450-sec reflow.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.12 no.4 s.37
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• pp.351-357
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• 2005

Comparison of shear strength and shear energy of the 48Sn-52In solder bumps reflowed on Cu UBM were made with variations of reflow temperature from $150^{\circ}C$ to $250^{\circ}C$ and reflow time from 1 min to 20 min to establish an evaluation method for the mechanical reliability of solder bumps. Compared to the shear strength, the shear energy of the Sn-52In solder bumps was much more consistent with the solder reaction behavior and the fracture mode at the Sn-52In/Cu interface, indicating that the bump shear energy can be used as an effective tool to evaluate the mechanical integrity of solder/UBM interface.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.16 no.1
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• pp.7-11
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• 2009

In this study, solder joints were made with Sn-3.5Ag (wt%) solder ball. Electroless nickel / immersion gold (ENIG) printed circuit board (PCB) substrates were employed in this work. The mechanical and electrical properties were measured as a function of the number of reflow. Die shear strength was measured with increasing reflow number. Until the forth or fifth reflow, shear force increased and after the fifth reflow the shear force of die decreased. The electrical resistivity of solder joint linearly increased with increasing reflow number.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.11 no.1
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• pp.77-85
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• 2004

To evaluate the effect of plasma cleaning on the soldering reliability the plasma cleaning using Ar-10vol%$H_2$ gas was applied on a UBM(Under Bump Metallization). The UBM consisted of Au/ Cu/ Ni/ Al layers which were deposited on a Si-wafer with 20 nm/ 4 $\mu\textrm{m}$/ 4 $\mu\textrm{m}$/ 0.4 $\mu\textrm{m}$ thickness respectively. Sn-3.5%Ag, Sn-3.5%Ag-0.7%Cu and Sn-37%Pb solder balls sized of 500 $\mu\textrm{m}$ in diameter were used. Solder balls on the UBM were plasma reflowed under Ar-10%$H_2$ plasma (with or without plasma cleaning). They were compared with air reflowed solder balls with flux. The spreading ratios of plasma reflowed solder with plasma cleaning was 20-40% higher than that of plasma reflowed solder without plasma cleaning. The shear strength of plasma reflowed solder with plasma cleaning was about 58-65MPa. It showed 60-80% higher than that of plasma reflowed solder without plasma cleaning and 15-35% higher than that of air reflowed solder. Thus it was believed that plasma cleaning for the UBM using Ar-10vol%$H_2$ gas was considerably effective for the improvement of the strength of solder ball.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.19 no.1
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• pp.47-53
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• 2012

Bonding strength of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder joint due to degradation characteristic of OSP surface finish was investigated, compared with SnPb finish. The thickness variation and degradation mechanism of organic solderability preservative(OSP) coating were also analyzed with the number of reflow process. To analyze the degradation degree of solder joint strength, FR-4 PCB coated with OSP and SnPb were experienced preheat treatment as a function of reflow number from 1st to 6th pass, respectively. After 2012 chip resistors were soldered with Sn-3.0Ag-0.5Cu on the pre-heated PCB, the shear strength of solder joints was measured. The thickness of OSP increased with increase of the number of reflow pass by thermal degradation during the reflow process. It was also observed that the preservation effect of OSP decreased due to OSP degradation which led Cu pad oxidation. The mean shear strength of solder joints formed on the Cu pads finished with OSP and SnPb were 58.1 N and 62.2 N, respectively, through the pre-heating of 6 times. Although OSP was degraded with reflow process, the feasibility of its application was proven.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.12 no.1 s.34
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• pp.87-93
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• 2005

Interfacial reactions between 48Sn-52In solder and $0.1{\mu}m$ Ti/3 ${\mu}m$ Cu/Au under bump metallurgies(UBM) with various Au thickness of $0.1{\~}0.7{\mu}m$ have been investigated after solder reflow at $150^{\circ}C,\;200^{\circ}C$, and $250^{\circ}C$ for 1 minute. Ball shear strength and shear energy of the Sn-52In solder bump on each UBM was also evaluated. With reflowing at $150^{\circ}C$ and $200^{\circ}C$, $Cu_6(Sn,In)_5$ and $AuIn_2$ intermetallic compounds were formed at UBW solder interface. However, UBM was consumed almost completely with reflowing at $250^{\circ}C$. While ball shear strength was not consistent with UBM/solder reactions, ball shear energy matched well with UBM/solder reactions.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.197-197
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• 2011

고온 스퍼터 공정과 구리 리플로우 공정을 통해 다공성 니켈 지지체에 팔라듐-구리-니켈 삼원계 합금 수소 분리막을 제조하였다. 그러나 스퍼터와 같은 물리적 증착법은 주로 주상정 형태로 증착되기 때문에 다공성 니켈 지지체 표면의 수마이크론 내외의 기공이 존재할 경우 다공성 니켈 지지체에 기인한 많은 기공들 때문에 스퍼터 증착에 영향을 주어 수소 분리막 표면에 기공들이 존재하게 된다. 이를 방지하고 균일한 증착이 이루어지도록 다공성 지지체 표면의 전처리 공정이 필요하다. 본 연구에서는 스퍼터 코팅에 의한 균일한 팔라듐 금속층 형성하고 표면에 미세기공이 없는 수소 분리막을 제조하기 위해 다공성 니켈 지지체를 니켈도금, 알루미나 분말 주입 및 미세연마 전처리 공정을 통하여 다공성 니켈 지지체의 표면기공들을 매립하여 치밀한 팔라듐 합금 층을 형성하였다. 전처리를 하지 않은 다공성 니켈 지지체는 팔라듐 및 구리의 고온 스퍼터 증착 및 구리 리플로우 공정에 의해 표면 기공을 막을 수가 없었고 수소분리기능이 없어 수소 분리막으로 역할을 하지 못했다. Al2O3 분말 주입 전처리 공정을 한 다공성 니켈 지지체에 팔라듐 및 구리 고온 스퍼터 증착과 구리 리플로우 공정을 이용하여 제조된 수소 분리막은 다공성 니켈 지지체에 기인한 기공을 메우기 위해서 팔라듐 합금 층이 두꺼워지는 어려움이 있었다. 니켈도금 전처리 공정을 한 다공성 니켈 지지체에 형성한 수소 분리막은 우수한 선택도를 가졌으나 도금 전처리에 사용된 $2{\mu}m$ 두께의 니켈층이 수소의 확산을 방해하는 저항막 역할을 하여 수소 투과도가 3.96 $ml{\cdot}cm-2{\cdot}min-1{\cdot}atm-1$으로 낮게 나타났다. 미세연마 전처리 공정을 한 다공성 니켈 지지체에 형성한 수소 분리막 역시 우수한 수소 선택도를 가졌으며, 수소의 확산을 방해하는 저항막이 존재하지 않아 13.2 $ml{\cdot}cm-2{\cdot}min-1{\cdot}atm-1$의 우수한 수소 투과도를 나타내었다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.12 no.4 s.37
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• pp.289-299
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• 2005

The ball shear force was investigated in terms of test parameters, i.e. displacement rate and probe height, with an experimental and non-linear finite element analysis for evaluation of the solder joint integrity in area array packages. The increase in the displacement rate and the decrease in the probe height led to the increase in the shear force. Excessive probe height could cause some detrimental effects on the test results such as unexpected high standard deviation and probe sliding from the solder ball surface. The low shear height conditions were favorable for assessing the mechanical integrity of the solder joints. The mechanical and electrical properties of the Sn-37Pb/Cu and Sn-3.5Ag/Cu BGA solder joints were also investigated with the number of reflows. The total thickness of the intermetallic compound (IMC) layers, consisting of Cu6Sn5 and Cu3Sn, was increased as a function of cubic root of reflow time. The shear force was increased up to 3 or 4 reflows, and then was decreased with the number of reflows. The fracture occurred along the bulk solder, in irrespective of the number of reflows. The electrical resistivity was increased with increasing the number of reflows.