• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제10권4호
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• pp.39-46
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• 2003

플립칩용으로 Sn-Cu 공정 솔더 범프를 전해도금을 이용하여 제조하고 특성을 연구하였다. Si 웨이퍼 위에 UBM(Under Bump Metallization)으로 Al(400 nm)/Cu(300 nm)/Ni(400 nm)/Au(20 nm)를 전자빔 증착기로 증착하였다. 전류밀도가 1 A/d$\m^2$에서 8 A/d$\m^2$으로 증가함에 따라 Sn-Cu 솔더의 도금속도는 0.25 $\mu\textrm{m}$/min에서 2.7 $\mu\textrm{m}$/min으로 증가하였다. 이 전류밀도의 범위에서 전해도금된 Sn-Cu 도금 합금의 조성은 Sn-0.9∼1.4 wt%Cu의 거의 일정한 상태를 유지하였다. 도금 전류밀도 5 A/d$\m^2$, 도금시간 2hrs, 온도 $20^{\circ}C$의 조건에서 도금하였을 때, 기둥 직경 약 120 $\mu\textrm{m}$인 양호한 버섯 형태의 Sn-Cu 범프를 형성할 수 있었다. 버섯형 도금 범프를 $260^{\circ}C$에서 리플로우 했을 때 직경 약 140 $\mu\textrm{m}$의 구형 범프가 형성되었다. 화학성분의 균일성을 분석한 결과 버섯형 범프에서 존재하던 범프내 Sn 등 성분 원소의 불균일성은 구형 범프에서는 상당 부분 해소 되었다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.72-72
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• 2009

전자부품의 내부접속 및 파워반도체의 다이본딩과 같은 1차실장에는 고온환경에서의 사용과 2차실장에서의 재용융방지를 위해 높은 액상선온도 및 고상선온도를 필요로 하여, Pb-5wt%Sn, Pb-2.5wt%Ag로 대표되는 납성분 85%이상의 고온솔더가 널리 사용되고 있다. 생태계와 인체에 대한 납의 유해성이 보고된 이래, 무연솔더에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으나, Sn-Ag-Cu계로 대표되는 Sn계 합금으로 대체 중인 중온용 솔더와는 달리, 고온용 솔더에 대해서는 대체합금에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 대체재의 부재로 인해 기존의 납을 다량함유한 솔더로 1차실장이 지속됨으로서, 2차실장의 무연화에도 불구하고 전자부품 및 기기의 재활용에 큰 어려움을 겪고 있다. 지금까지 고온용 무연솔더로서는 융점에 근거해 Au-(Sn, Ge, Si)계, Bi-Ag계, Zn-(Al, Sn)계의 극히 제한된 합금계만이 보고되어 왔다. Au계 솔더는 현재 플럭스를 사용하지 않는 광학, 디스플레이 분야 등 고부가가치 공정에 사용되고 있으나, 합금가격이 매우 비싸며 가공성이 나빠 대체재료로서는 적합하지 않다. Bi-Ag계 솔더 또한 취성합금으로 와이어 및 박판으로 가공하는데 어려움이 크며, 솔더로서 중요한 특성중 하나인 전기전도도 및 열전도도가 나쁜 편이다. 이에 비해, Zn계 합금은 비교적 낮은 합금가격, 적절한 가공성과 뛰어난 인장강도, 우수한 전기전도도 및 열전도도를 지녀, 고온용솔더 대체재료의 유력한 후보로 생각된다.이전 연구에서, 필자의 연구그룹은 Zn-Sn계 합금을 고온용 무연솔더로서 제안한 바 있다. Zn-Sn계 합금은 충분히 높은 융점과 함께, 금속간화합물이 없는 미세조직, 우수한 기계적 특성, 높은 전기전도도 및 열전도도 등의 장점을 나타내었다. 본 연구에서는 기초합금특성상 고온솔더로서 다양한 장점을 지닌 Zn-30wt%Sn합금을 고온용 솔더의 대표적인 적용의 하나인 다이본딩에 적용하여, 접합부의 강도 및 미세조직, 열피로 신뢰성에 대해 분석을 함으로서 실제 공정에의 적용가능성에 대해 검토하였다. Zn-30wt%Sn을 이용해 Au/TiN(Titanium nitride) 코팅한 Si다이를 AlN-DBC(aluminum nitride-direct bonded copper)기판에 접합한 결과, 양측에 완전히 젖은 기공이 없는 양호한 다이접합부를 얻었으며, 솔더내부에는 금속간화합물을 형성하지 않았다. Si다이와의 계면에는 TiN만이 존재하였으며, Cu와의 계면에는 Cu로부터 $Cu_5Zn_8,\;CuZn_5$의 반응층을 형성하였다. 온도사이클시험을 통한 열피로특성평가에서, Zn-30wt%Sn를 이용한 다이접합부는 1500사이클 지점에서 Cu와 Cu-Zn금속간화합물의 사이에서 피로균열이 형성되며, 접합강도가 크게 감소하였다. 열피로특성 향상을 위해 Cu표면에 TiN코팅을 하여 Zn-30wt%Sn 솔더로 다이접합한 결과, Si다이와 기판 양측에 TiN만으로 구성된 계면을 형성하였으며, TEM관찰을 통해 Zn-30wt%Sn과 극히 미세한 접합계면이 형성하고 있음을 확인하였다. Zn-wt%30Sn솔더와 TiN층의 병용으로 2000사이클까지 미세조직의 변화 및 강도저하가 없는 극히 안정된 고신뢰성의 다이접합부를 얻을 수가 있었다.

• 전기학회논문지
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• 제59권1호
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• pp.130-133
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• 2010

Although many structures based on $SnO_2$ nanowires have been demonstrated, there is a limitation towards practical application due to the unwanted contact potential between the metal electrode and the $SnO_2$ nanowire. This is mostly due to the presence of the native oxide layer that acts as an insulator between the metal contact and the nanowire. In this study the contact properties between Ti/Au contacts and a single $SnO_2$ nanowire was compared to the electrical properties of a contact without the oxide layer. RIE(Reactive Ion Etching) is used to selectively remove the oxide layer from the contact area. The $SnO_2$ nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) and dispersed on a $Si/Si_3N_4$ substrate. The Ti/Au (20nm/100nm) electrodes were formed bye-beam lithography, e-beam evaporation and a lift-off process.

• 한국재료학회지
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• 제10권12호
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• pp.799-806
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• 2000

63Sn-37Pb에 Cu$_{6}$Sn$_{5}$를 분산시킨 760$\mu\textrm{m}$크기의 솔더범프를 Au(0.5$\mu\textrm{m}$)/Ni(5$\mu\textrm{m}$)/Cu(27$\pm$20$\mu\textrm{m}$) BGA 기판에 스크린)/Ni(5im)/Cu(27:201m) B3GA 기판에 스크린 프린팅법으로 제조하여, 리플로우 피크온도 유지시간, 15$0^{\circ}C$ 시효처리 시간에 따른 전단강도를 분석하였다. Cu$_{6}$Sn$_{5}$를 첨가한 솔더범프는 피크온도에서 30초간 유지시에는 63Sn-37Pb 솔더범프보다 높은 전단강도를 나타내었으나, 피크온도 유지시간을 60초 이상으로 증가시킴에 따라 전단강도가 63Sn-37Pb 솔더범프보다 저하하였다. 전단시험 후 솔더범프의 파단면은 초기에 전단 균열의 점진적인 전파에 의해 발생된 파괴부위와 점진적 균열전파에 의한 면적 감소로 솔더범프가 급격히 떨어져 나가면서 발생한 파괴부위로 구분할 수 있었다 피크온도 유지시간, 15$0^{\circ}C$ 시효처리 시간 및 Cu$_{6}$Sn$_{5}$ 첨가량에 무관하게 점진적 파괴모드에 의한 균열 전파길이가 증가할수록 솔더범프의 전단강도가 감소하였다.감소하였다.

• 한국표면공학회지
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• 제36권5호
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• pp.386-392
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• 2003

The electroplating process for a solder bump which can be applied for a flip chip was studied. Si-wafer was used for an experimental substrate, and the substrate were coated with UBM (Under Bump Metallization) of Al(400 nm)/Cu(300 nm)Ni(400 nm)/Au(20 nm) subsequently. The compositions of the bump were Sn-Cu and eutectic Sn-Pb, and characteristics of two bumps were compared. Experimental results showed that the electroplated thickness of the solders were increased with time, and the increasing rates were TEX>$0.45 <\mu\textrm{m}$/min for the Sn-Cu and $ 0.35\mu\textrm{m}$/min for the Sn-Pb. In the case of Sn-Cu, electroplating rate increased from 0.25 to $2.7\mu\textrm{m}$/min with increasing current density from 1 to 8.5 $A/dm^2$. In the case of Sn-Pb the rate increased until the current density became $4 A/dm^2$, and after that current density the rate maintains constant value of $0.62\mu\textrm{m}$/min. The electro plated bumps were air reflowed to form spherical bumps, and their bonded shear strengths were evaluated. The shear strength reached at the reflow time of 10 sec, and the strength was of 113 gf for Sn-Cu and 120 gf for Sn-Pb.

• 대한금속재료학회지
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• 제49권5호
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• pp.411-418
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• 2011

The current study investigates the electroplating characteristics of Sn-Cu eutectic micro-bumps electroplated on a Si chip for flip chip application. Under bump metallization (UBM) layers consisting of Cr, Cu, Ni and Au sequentially from bottom to top with the aim of achieving Sn-Cu bumps $10\times10\times6$ ${\mu}m$ in size, with 20${\mu}m$ pitch. In order to determine optimal plating parameters, the polarization curve, current density and plating time were analyzed. Experimental results showed the equilibrium potential from the Sn-Cu polarization curve is -0.465 V, which is attained when Sn-Cu electro-deposition occurred. The thickness of the electroplated bumps increased with rising current density and plating time up to 20 mA/$cm^2$ and 30 min respectively. The near eutectic composition of the Sn-0.72wt%Cu bump was obtained by plating at 10 mA/$cm^2$ for 20 min, and the bump size at these conditions was $10\times10\times6$ ${\mu}m$. The shear strength of the eutectic Sn-Cu bump was 9.0 gf when the shearing tip height was 50% of the bump height.

• 공업화학
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• 제20권6호
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• pp.617-621
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• 2009

Zinc oxide (ZnO)을 금(Au)과 fluorine-doped tin oxide (FTO) 촉매로 산화실리콘($SiO_2$) 기판에 산화아연입자 20 nm, $20{\mu}m$를 각각 사용하여 기체-액체-고체(VLS) 합성법으로 성장시켰다. 나노로드의 표면특성, 화학조성, 그리고 결정특성을 엑스레이회절(X-ray diffraction (XRD)), 에너지 분산형 X선 분광기(Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX)), 표면 방출주사현미경(Field-emission scanning electron microscope (FE-SEM))으로 분석하였다. ZnO의 입자 크기 뿐만 아니라 결정형태가 성장에 크게 영향을 미쳤다. ZnO의 모든 나노구조가 6방정계(六方晶系), 단일결정구조를 가지고 있었다. 최적온도는 $1030^{\circ}C$, 입자크기는 20 nm이다. 그러므로 Au 대신 플루오린 첨가 도핑으로 전기음성도가 증가된 FTO 증착에 의해서 생성된 나노로드는 경제성 있는 대체물질로서의 가치가 있을 것으로 사료된다.

• 한국재료학회지
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• 제19권2호
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• pp.108-110
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• 2009

Transparent Sn-doped $In_2O_3$ (ITO) single-layer and ITO/Au/ITO multilayer films were deposited on glass substrates by reactive magnetron sputtering to compare the properties of the films. They were then annealed in a vacuum of $1{\times}10^{-2}\;Pa$ at temperatures ranging from 150 to $450^{\circ}C$ for 20 min to determine the effect of the annealing temperature on the properties of the films. As-deposited 100 nm thick ITO films exhibit a sheet resistance of $130{\Omega}/{\square}$ and optical transmittance of 77% at a wavelength length of 550 nm. By inserting a 5 nm-thick Au layer in ITO/metal/ITO (IMI) films, the sheet resistance was decreased to as low as $20{\Omega}/{\square}$ and the optical transmittance was decreased to as little as 73% at 550 nm. Post-deposition annealing of ITO/Au/ITO films led to considerably lower electrical resistivity and higher optical transparency. In the Xray diffraction pattern, as-deposited ITO films did not show any diffraction peak, whereas as-deposited ITO/ Au/ITO films have Au (222) and $In_2O_3$ (110) crystal planes. When the annealing temperature reached the 150 - $450^{\circ}C$ range, the both diffraction peak intensities increased significantly. A sheet resistance of $8{\Omega}/{\square}$ and an optical transmittance of 82% were obtained from the ITO/Au/ITO films annealed at $450^{\circ}C$.

• 한국재료학회지
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• 제20권4호
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• pp.223-227
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• 2010

Recently, one-dimensional semiconducting nanomaterials have attracted considerable interest for their potential as building blocks for fabricating various nanodevices. Among these semiconducting nanomaterials,, $SnO_2$ nanostructures including nanowires, nanorods, nanobelts, and nanotubes were successfully synthesized and their electrochemical properties were evaluated. Although $SnO_2$ nanowires and nanobelts exhibit fascinating gas sensing characteristics, there are still significant difficulties in using them for device applications. The crucial problem is the alignment of the nanowires. Each nanowire should be attached on each die using arduous e-beam or photolithography, which is quite an undesirable process in terms of mass production in the current semiconductor industry. In this study, a simple process for making sensitive $SnO_2$ nanowire-based gas sensors by using a standard semiconducting fabrication process was studied. The nanowires were aligned in-situ during nanowire synthesis by thermal CVD process and a nanowire network structure between the electrodes was obtained. The $SnO_2$ nanowire network was floated upon the Si substrate by separating an Au catalyst between the electrodes. As the electric current is transported along the networks of the nanowires, not along the surface layer on the substrate, the gas sensitivities could be maximized in this networked and floated structure. By varying the nanowire density and the distance between the electrodes, several types of nanowire network were fabricated. The $NO_2$ gas sensitivity was 30~200 when the $NO_2$ concentration was 5~20ppm. The response time was ca. 30~110 sec.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권1호
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• pp.77-85
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• 2004

플라즈마 리플로우 솔더링에서 솔더볼의 접합성을 향상시키기 위해 UBM(Under Bump Metallization)을 Ar-10vol%$H_2$플라즈마로 클리닝하는 방법을 연구하였다. UBM층은 Si 웨이퍼 위에 Au(두께; 20 nm)/ Cu(4 $\mu\textrm{m}$)/ Ni(4 $\mu\textrm{m}$)/ Al(0.4 $\mu\textrm{m}$)을 웨이퍼 측으로 차례대로 증착하였다. 무연 솔더로는Sn-3.5wt%Ag, Sn-3.5wt%Ag-0.7wt%Cu를 사용하였고 Sn-37wt%Pb를 비교 솔더로 사용하였다. 지름이500 $\mu\textrm{m}$인 솔더 볼을 플라즈마 클리닝 처리를 한 UBM과 처리하지 않은 UBM위에 놓고, Ar-10%$H_2$플라즈마 분위기에서 플럭스 리스 솔더링하였다. 이 결과는 플럭스를 사용하여 대기 중에서 열풍 리플로우한 결과와 비교하였다. 실험 결과, 플라즈마 클리닝 후 플라즈마 리플로우한 솔더의 퍼짐율이 클리닝 하지 않은 플라즈마 솔더링보다 20-40%정도 더 높았다. 플라즈마 클리닝 후 플라즈마 리플로우한 솔더 볼의 전단 강도는 약58-65MPa로, 플라즈마 클리닝 하지 않은 플라즈마 리플로우보다 60-80%정도 높았으며, 플럭스를 사용한 열풍 리플로우보다는 15-35%정도 높았다. 따라서 Ar-10%$H_2$가스를 사용하여 UBM에 플라즈마 클리닝하는 공정은 플라즈마 리플로우 솔더 볼의 접합강도를 향상시키는데 상당한 효과가 있는 것으로 확인되었다.