• 한국생산제조학회지
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• 제21권3호
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• pp.408-414
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• 2012

Screen printing is a printing method that uses a woven mesh to support an ink-blocking stencil by transferring ink or other printable materials in order to form an image onto a substrate. Recently, the screen printing method has applied to micro-electronic packaging by using solder paste as a printable material. For the screen printing of solder paste, metal masks containing a number of micro-holes are used as a stencil material. The metal mask undergoes deformation when it is installed in the screen printing machine, which results in the deformation of micro-holes. In the present study, finite element (FE) analysis was performed to predict the amount of deformation of a metal mask. For an efficient calculation of the micro-holes of the metal mask, the sub-domain analysis method was applied to perform FE analyses connecting the global domain (the metal mask) and the local domain (micro-holes). The FE analyses were then performed to evaluate the effects of slot designs on the deformation characteristics, from which more uniform and adjustable deformation of the metal mask can be obtained.

• 한국생산제조학회지
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• 제21권1호
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• pp.26-32
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• 2012

In the present study, the stencil printing process using solder paste are numerically analyzed. The key design parameters in the stencil printing process are the printing conditions, stencil design, and solder paste properties. Among these parameters, the effects of printing conditions including the squeegee angle and squeegee pressure are investigated through finite element (FE) analysis. However, the FE analysis for the stencil printing process requires tremendous computational loads and time because this process carries micro-filling through thousands of micro-apertures in stencil. To overcome this difficulty in simulation, the present study proposes a two-step approach to sequentially perform the global domain analysis and the local domain analysis. That is, the pressure development under the squeegee are firstly calculated in the full analysis domain through the global analysis. The filling stage of the solder paste into a micro-aperture is then analyzed in the local analysis domain based on the results of the preceding global analysis.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2002년도 추계기술심포지움논문집
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• pp.105-108
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• 2002

환경에 관한 관심이 증대되면서 Sn37Pb 솔더를 대체하기 위한 새로운 무연솔더의 개발이 진행되고 있다1). 또한 연구의 초점이 되고 있는 것이 플럭스의 사용에 관한 것이다. 플럭스는 솔더의 산화막을 제거하는데 필수적이지만, 플럭스 세정제의 독성 문제로 무플럭스 솔더링에 대한 관심이 크게 증대되고 있다2),3). 무플럭스 솔더링의 방법에는 여러 가지가 있으며, 그 중 한가지가 플라즈마를 이용한 방법이다4). 본 연구에서는 솔더표면의 이물질과 산화막을 제거하기 위한 플라즈마 처리가 접합 후, 접합부에 미치는 영향에 대해서 알아보았다. 기판은 Evaporator를 이용하여 Au/Cu/Ni/Al UBM을 증착한 Si-wafer를 사용하였다. 사용된 솔더는 Sn37Pb, Sn3.5Ag와 Sn3.5Ag0.7Cu 솔더볼이며, 열중 및 적외선 겸용 리플로 머신과 Ar＋H$_2$를 이용한 플라즈마 에쳐를 사용하여 범프를 형성하였다. 플라즈마 처리가 계면의 미세조직과 기계적 강도에 끼치는 영향을 알아보기 위하여 플라즈마 처리된 시편과 리플로 한 후의 시편을 비교 분석하였다. 전단시험기로 계면의 강도를 측정하였으며, 주사전자현미경으로 범프의 표면과 계면 및 전단파면을 관찰하고 이에 대하여 고찰하였다. 산화막제거를 위한 플라즈마 처리가 저음점인 솔더의 미세조직을 기존의 솔더링 접합부와는 다르게 변화시킴으로써 솔더부의 전체적인 특성에 영향을 끼치는 것을 알 수 있었다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2003년도 기술심포지움 논문집
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• pp.72-75
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• 2003

솔더의 상호확산을 이용한 저온 칩 접합을 구현하기 위하여 $117^{\circ}C$의 공정 온도를 가지는 In과 Sn 솔더패드를 $25\;mm^2$의 접합면적에 형성하고 두 솔더의 융점 보다 낮은 온도인 $120^{\circ}C$에서 접합을 시행하였다. 30초의 반응시간에서도 접합이 이루어 졌으며 반응시간이 지남에 따라 두 솔더가 반응하여 혼합상을 형성하였다. 솔더패드 접합에서 접합부는 낮은 접속저항과 높은 접속강도를 가짐을 확인할 수 있었다. $40\;{\mu}m$의 극미세피치의 In, Sn 솔더 범프를 형성하여 접합부를 형성하였으며 daisy chain을 형성한 접합부를 이용하여 평균 $65\;m\Omega/bump$ 저항값을 얻을 수 있었다. 상온에서 시효후 $54\%$의 접속저항이 감소함을 확인할 수 있었다.

• 한국재료학회지
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• 제9권11호
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• pp.1095-1101
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• 1999

무전해 니켈 도금을 이용하여 플립칩 공정에 응용하기 위한 범프와 UBM층을 형성하고 특성을 조사하였다. 도금전 zincate 처리를 해석하고 도금 변수인 온도, pH 등에 따른 도금층의 특성 변화, 공정 후의 열처리 효과들을 관찰하였다. 이를 통해 각 변수들이 도금층의 특성에 미치는 영향과 전자패키지 응용시 요구되는 무전해 니켈 도금 조건을 제시하였다. 도금직후의 니켈은 P가 10wt% 포함되며, $60\mu\Omega$-cm의 비저항, 500HV의 경도의 비정질 결정구조를 갖으며 열처리후 결정질 변태와 동시에 경도가 증가한다. 무전해 범프를 실제 테스트 칩에 형성한 후, ACF 플립칩 접속하여 무전해 니켈 범프의 장점과 미세 전자 패키징응용의 가능성을 확인하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권3호
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• pp.1-10
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• 2023

최근, 고사양 컴퓨터, 모바일 제품의 수요가 증가하면서 반도체 패키지의 고집적화, 고밀도화가 요구된다. 따라서 많은 양의 데이터를 한 번에 전송하기 위해 범프 크기 및 피치 (Pitch)를 줄이고 I/O 밀도를 증가시킬 수 있는 플립 칩 (flip-chip), 구리 필러 (Cu pillar)와 같은 마이크로 범프 (Micro-bump)가 사용된다. 하지만 범프의 직경이 70 ㎛ 이하일 경우 솔더 (Solder) 내 금속간화합물 (Intermetallic compound, IMC)이 차지하는 부피 분율의 급격한 증가로 인해 취성이 증가하고, 전기적 특성이 감소하여 접합부 신뢰성을 악화시킨다. 따라서 이러한 점을 개선하기 위해 UBM (Under Bump Metallization) 또는 Cu pillar와 솔더 캡 사이에 diffusion barrier 역할을 하는 층을 삽입시키기도 한다. 본 review 논문에서는 추가적인 층 삽입을 통해 마이크로 범프의 과도한 IMC의 성장을 억제하여 접합부 특성을 향상시키기 위한 다양한 연구를 비교 분석하였다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제24권12호
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• pp.1120-1127
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• 2013

본 논문에서는 칩온웨이퍼(Chip on Wafer: CoW) 공정기술을 이용한 새로운 칩온칩(Chip on Chip: CoC) 플립칩 범프 구조들을 제안하여 설계, 제작하고, 초고주파 영역에서의 응답 특성을 분석하였다. Cu 필러(Pillar)/SnAg, Cu 필러/Ni/SnAg의 기존 범프들, 그리고 SnAg, Cu 필러/SnAg, Cu 필러/Ni/SnAg를 Polybenzoxazole(PBO)로 보호한 새로운 범프들을 구성하여 웨이퍼의 $2^{nd}$ Polyimide(PI2) 층의 도포 유무에 따라 10가지 형태의 CoC 샘플들을 구조 설계하였고, 20 GHz까지의 주파수 특성이 고찰되었다. 측정 결과를 고려할 때 PI2 층이 도포된 소자들이 본 실험에 사용된 배치 플립칩 공정에 더 적합함을 알 수 있었고, 18 GHz에서 평균 0.14 dB의 삽입 손실을 보였다. 미세 패드 간격을 가지는 칩의 패키지 용도로 새로 개발된 범프들의 삽입 손실(0.11~0.14 dB)은 기존 범프들의 삽입 손실(0.13~0.17 dB)과 비교해 18 GHz까지 유사한 성능을 보이거나, 다소 좋은 특성을 보여 높은 집적도를 요구하는 다양한 초고주파 패키지에 활용될 수 있음이 확인되었다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2012년도 추계총회 및 학술대회 논문집
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• pp.123-123
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• 2012

최근 연구되고 있는 TSV(Through Silicon Via) 기술은 Si 웨이퍼 상에 직접 전기적 연결 통로인 관통홀을 형성하는 방법으로 칩간 연결거리를 최소화 할 수 있으며, 부피의 감소, 연결부 단축에 따른 빠른 신호 전달을 가능하게 한다. 이러한 TSV 기술은 최근의 초경량화와 고집적화로 대표되는 전자제품의 요구를 만족시킬 수 있는 차세대 실장법으로 기대를 모으고 있다. 한편, 납땜 재료의 주 원료인 주석은 주로 반도체 소자의 제조, 반도체 칩과 기판의 접합 및 플립 칩 (Flip Chip) 제조시의 범프 형성 등 반도체용 배선재료에 널리 사용되고 있다. 최근에는 납의 유해성 때문에 대부분의 전자제품은 무연솔더를 이용하여 제조되고 있지만, 주석을 이용한 반도체 소자가 고밀도화, 고 용량화 및 미세피치(Fine Pitch)화 되고 있기 때문에, 반도체 칩의 근방에 배치된 주석으로부터 많은 알파 방사선이 방출되어 메모리 셀의 정보를 유실시키는 소프트 에러 (Soft Error)가 발생되는 위험이 많아지고 있다. 이로 인해, 반도체 소자 및 납땜 재료의 주 원료인 주석의 고순도화가 요구되고 있으며, 특히 알파 방사선의 방출이 낮은 로우알파솔더 (Low Alpha Solder)가 요구되고 있다. 이에 따라 본 연구는 4인치 실리콘 웨이퍼상에 직경 $60{\mu}m$, 깊이 $120{\mu}m$의 비아홀을 형성하고, 비아 홀 내에 기능 박막증착 및 전해도금을 이용하여 전도성 물질인 Cu를 충전한 후 직경 $80{\mu}m$의 로우알파 Sn-1.0Ag-0.5Cu 솔더를 접합 한 후, 접합부 신뢰성 평가를 수행을 위해 고속 전단시험을 실시하였다. 비아 홀 내 미세구조와 범프의 형상 및 전단시험 후 파괴모드의 분석은 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope)을 이용하여 관찰하였다. 연구 결과 비아의 입구 막힘이나 보이드(Void)와 같은 결함 없이 Cu를 충전하였으며, 고속전단의 경우는 전단 속도가 증가할수록 취성파괴가 증가하는 경향을 보였다. 본 연구를 통하여 전해도금을 이용한 비아 홀 내 Cu의 고속 충전 및 로우알파 솔더 볼의 범프 형성이 가능하였으며, 이로 인한 전자제품의 소프트에러의 감소가 기대된다.

• 한국재료학회지
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• 제10권12호
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• pp.853-863
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• 2000

Cu 칩의 Cu 패드 위에 솔더 플립칩 공정에 응용하기 위한 무전해 구리/니켈 UBM (Under Bump Metallurgy) 층을 형성하고 그 특성을 조사하였다. Sn-36Pb-2Ag 솔더 범프와 무전해 구리 및 무전해 니켈 충의 사이의 계면 반응을 이해하고, UBM의 종류와 두계에 따른 솔더 범프 접합(joint) 강도 특성의 변화를 살펴보았다. UBM의 종류에 따른 계면 미세 구조, 특히 금속간 화합물 상 및 형태가 솔더 접합 강도에 크게 영향을 미치는 것을 확인하였다. 무전해 구리 UBM의 경우에는 솔더와의 계면에서 연속적인 조가비 모양의 Cu$_{6}$Sn$_{5}$상이 빠르게 형성되어 파단이 이 계면에서 발생하여 낮은 범프 접합 강도 값을 나타내었다. 무전해 니켈/무전해 구리 UBM에서는 금속간 화합물 성장이 느리고, 비정질로 도금되는 무전해 Ni의 륵성으로 인해 금속간 화합물과의 결정학적 불일치가 커져 다각형의 Ni$_3$Sn$_4$상이 형성되어 무전해 구리 UBM의 경우에 비해 범프 접합 강도가 높게 나타났다. 따라서 무전해 도금을 이용하여 Cu 칩의 Cu pad 위에 솔더 플립칩 공정에 응용하기 위한 UBM 제작시 무전해 니켈/무전해 구리 UBM을 선택하는 것이 접합 강도 측면에서 유리하다는 것을 확인하였다.다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제13권2호
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• pp.21-26
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• 2006

NCA의 물성이 미세피치 Chip on glass (COG) 접합부의 신뢰성에 미치는 영향을 연구하였다. Si 위에 Sn을, 유리기판 위에 In을 열증발 방법으로 증착하고 lift-off 방법을 이용하여 $30{\mu}m$ 피치를 가지는 솔더범프를 형성하였으며 열압착 방법으로 $120^{\circ}C$에서 In 범프와 Sn 범프를 접합하였다. 접합할 때 세 종류의 Non conductive adhesive (NCA)를 적용하였다. 신뢰성은 $0^{\circ}C$와 $100^{\circ}C$ 사이로 열충격시험을 2000회까지 실시하여 평가하였다. 4단자 저항측정법을 이용하여 접합부의 저항을 측정하였다. 필러의 양이 증가할수록 열충격시험 후 접합부의 저항이 가장 적게 증가하여 신뢰성이 우수하였다. 필러의 양이 증가할수록 NCA의 열팽창이 작아지기 때문이다.