• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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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.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제14권3호
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• pp.43-49
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• 2007

웨이퍼 레벨 솔더범핑시 under bump metallurgy (UBM)의 종류와 리플로우 시간에 따른 Sn 솔더범프의 평균 금속간화합물 층의 두께와 UBM의 소모속도를 분석하였다. Cu UBM의 경우에는 리플로우 이전에 $0.6\;{\mu}m$ 두께의 금속간화합물 층이 형성되어 있었으며, $250^{\circ}C$에서 450초 동안 리플로우함에 따라 금속간화합물 층의 두께가 $4\;{\mu}m$으로 급격히 증가하였다. 이에 반해 Ni UBM에서는 리플로우 이전에 $0.2\;{\mu}m$ 두께의 금속간화합물 층이 형성되었으며, 450초 리플로우에 의해 금속간화합물의 두께가 $1.7\;{\mu}m$으로 증가하였다. Cu UBM의 소모속도는 15초 리플로우시에는 100 nm/sec, 450초 리플로우시에는 4.5 nm/sec이었으나, Ni UBM에서는 소모속도가 15초 리플로우시에는 28.7 nm/sec, 450초 리플로우시에는 1.82 nm/sec로 감소하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제9권4호
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• pp.1-9
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• 2002

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.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제12권4호통권37호
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• pp.289-299
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• 2005

실험과 비선형 유한요소해석을 병행하여, area array 패키지에서 솔더 접합부 특성을 판별하기 위한 전단시험 결과에 미치는 전단속도와 높이의 영향을 연구하였다. 전단속도의 증가와 전단높이의 감소에 따라 전단강도는 증가하는 경향을 나타내었다. 과대하게 높은 전단높이는 비정상적으로 높은 표준편차 또는 솔더볼 표면으로부터 전단 프로브의 밀림 현상과 같은 실험오차를 발생시켰다. 반면, 낮은 전단 속도는 취약한 계면 파괴나 계면에서 가장 약한 층의 판별에 있어서 유용하였다. 한편, 리플로우 회수 증가에 따른 Sn-37Pb/Cu와 Sn-3.5Ag/Cu BGA 솔더 접합부의 기계적${\cdot}$전기적 특성에 대하여 연구하였다. Cu6Sn5와 Cu3Sn으로 구성된 금속간화합물 층의 총 두께는 리플오우 시간의 1/3승에 비례하여 증가하였다. 전단 강도는 3회 또는 4회 리플로우까지 증가한 후, 이후 리플로우 회수에 비례하여 감소하는 경향을 나타내었다. 이때, 파괴는 리플로우 회수에 관계없이 솔더 내에서 발생하였다. 진기 비저항은 리플로우 회수에 비례하여 증가하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제28권2호
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• pp.65-70
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• 2021

본 연구에서는 레이저 접합 공정을 이용하여 flame retardant-4 (FR-4) 인쇄회로기판 (printed circuit board, PCB)의 organic solderability preservative (OSP) 표면처리 된 Cu pad와 전자부품을 Sn-57Bi-1Ag 저온 솔더 페이스트로 접합을 한 후 접합부의 계면 특성과 기계적 특성에 대하여 보고 하였다. 레이저 접합 공정은 레이저 파워 및 시간 등을 다르게 진행하여 접합 공정 조건이 접합부의 계면 및 기계적 특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 레이저 접합 공정의 산업적 적용을 위하여 산업적으로 많이 이용되고 있는 리플로우 접합 공정을 이용한 접합부의 특성과도 비교 하였다. 레이저 접합 공정 적용 결과 2, 3 s의 짧은 공정 시간에도 계면에 Cu₆Sn₅ 금속간화합물 (intermetallic compound, IMC)를 생성하여 접합부를 안정적으로 형성함을 확인 하였다. 또한, 리플로우 공정과 비교해 보았을 때 레이저 접합 공정을 적용할 경우 접합부의 보이드 형성이 억제됨을 확인할 수 있었으며 접합부의 전단강도도 리플로우 공정 접합부보다 높은 기계적 강도를 나타냈다. 따라서, 레이저 접합 공정을 적용할 경우 짧은 접합 공정 시간에도 불구하고 안정적인 접합부 형성 및 높은 기계적 강도를 확보할 수 있는 것으로 기대된다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제21권3호
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• pp.134-141
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• 2013

Reflow soldering process is essential in electronic package. Reflow process for a long time results from the decrease of reliability because IMC is formed excessively. Solder alloys of Sn-37Pb and Sn-Ag with different kinds of Cu contents (0, 0.5 and 1 wt.%) as compared with Ni and Cu plate joints are investigated according to varying reflow time. The interfaces of solder joints are observed to analyze IMC (intermetallic compound) growth rate by scanning electron microscope (SEM). Shear test is also performed by using SP (Share-Punch) tester. The test results are compared with the solder joints of two different plates (Ni and Cu plate). $Cu_6Sn_5$ IMCs are formed on Cu plate interfaces after reflows in all samples. Ni3Sn4 and $(Cu,Ni)_6Sn_5$ IMCs are also formed on Ni plate interfaces. The IMC layer forms are affected by reflow time and contents of solder alloy. These results show that mechanical strength of solder joints strongly depends on thickness and shape of IMC.

• 한국재료학회지
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• 제6권11호
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• pp.1146-1152
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• 1996

실제 사용시 신뢰성을 보장하기 위하여, 고온에서 장시간 동안의 시효로 인한 ACA COG(Anisotropic Conductive Chip On Glass) 접합 특성의 변화가 연구되었다. 모든 접합 시편들은 16$0^{\circ}C$에서 156시간 동안 유지되었고 시효하는 동안의 접촉저항의 변화는 감소하였다. 특히, 156시간이후, 4000개 /$\textrm{mm}^2$의 입자밀도를 가진 ACA에서는 접촉저항의 벼노하가 나타나지 않았다. 입자크기의 경우 작은 입자를 가진 ACA는 16$0^{\circ}C$에서 시효후에도 접촉저항의 변화를 보이지 않았다. 또한 4000개/$\textrm{mm}^2$ 및 5$\mu\textrm{m}$ 입자를 가진 ACA를 사용한 시편은 접합상태가 안정하였기 때문에 16$0^{\circ}C$에서도 경화수지의 팽창 및 리플로우(reflow)에 의한 영향을 받지 않았다. 따라서 이 ACA에서는 16$0^{\circ}C$에서 156시간 동안 시효한 후에도 오픈(open)이 나타나지 않았다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권3호
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• pp.9-17
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• 2008

전기도금법으로 Cu 머쉬룸 범프를 형성하고 Sn 기판 패드에 플립칩 본딩하여 Cu 머쉬룸 범프 접속부를 형성하였으며, 이의 접속저항을 Sn planar 범프 접속부와 비교하였다. $19.1\sim95.2$ MPa 범위의 본딩응력으로 형성한 Cu머쉬룸 범프 접속부는 $15m\Omega$/bump의 평균 접속저항을 나타내었다. Cu머쉬룸 범프 접속부는 Sn planar범프 접속부에 비해 더 우수한 접속저항 특성을 나타내었다. 캡 표면에 $1{\sim}w4{\mu}m$ 두께의 Sn 코팅층을 전기도금한 Cu 머쉬룸 범프 접속부의 접속저항은 Sn 코팅층의 두께에 무관하였으나 캡 표면의 Sn코팅층을 리플로우 처리한 Cu머쉬룸 범프 접속부에서는 접속저항이 Sn 코팅층의 두께와 리플로우 시간에 크게 의존하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제12권4호통권37호
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• pp.301-306
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• 2005

새로 개발된 Sn-1.8Bi-0.7Cu-0.6In 솔더의 리플로우 후 고온시효 특성을 전당강도 및 미세구조 분석을 통하여 평가하였다. 범프 형성을 위하여 스텐실 프린트법을 사용하였다. Sn-1.8Bi-0.7Cu-0.6In 솔더의 전단강도가 초기 및 고온시효 후에도 가장 높았고, 생성된 계면 금속간화합물은 리플로우 초기뿐만 아니라 시효 후 동일 하게 $(Cu,\;Ni)_6Sn_5$가 형성되었다. 또한, 500시간 시효 이전에 솔더의 분리 현상이 관찰되었다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2006년도 춘계 학술대회 개요집
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• pp.36-38
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• 2006

We investigated that the metallurgical, mechanical and electrical properties of the Sn-3.SAg/Cu ball grid array (BGA) solder joints at a reflow temperature of $255^{\circ}C$ for different reflow times of 10, 60, 300 and 1800 s. Two different intermetallic compound (IMC) layers, consisting of scallop-shaped $Cu_6Sn_5$ and very thin $Cu_3Sn$, formed at the solder/substrate interface, and their thicknesses increased with increasing reflow time. The shear force peaked after reflow for 60 s, and then significantly decreased with increasing reflow time. The fracture occurred along the solder ball in the initial reflow, but the fraction of the brittle fracture increased with increasing reflow time. The IMC growth and the volume of Cu dissolved in the solder balls affected the electrical property.