In electronic industry, the trend of future electronics will be flexible, bendable, wearable electronics. Until now, there is few study on bonding technology and reliability of bonding joint between chip with micro solder bump and flexible substrate. In this study, we investigated joint properties of Si chip with eutectic Sn-58Bi solder bump on Cu pillar bump bonded on flexible substrate finished with ENIG by flip chip process. After flip chip bonding, we observed microstructure of bump joint by SEM and then evaluated properties of bump joint by die shear test, thermal shock test, and bending test. After thermal shock test, we observed that crack initiated between $Cu_6Sn_5IMC$ and Sn-Bi solder and then propagated within Sn-Bi solder and/or interface between IMC and solder. On the other hands, We observed that fracture propated at interface between Ni3Sn4 IMC and solder and/or in solder matrix after bending test.
For the formation of solder bumps with a fine pitch of 130 ${\mu}m$ on a printed circuit board substrate, low-volume solder on pad (LVSoP) technology using a maskless method is developed for SAC305 solder with a high melting temperature of $220^{\circ}C$. The solder bump maker (SBM) paste and its process are quantitatively optimized to obtain a uniform solder bump height, which is almost equal to the height of the solder resist. For an understanding of chemorheological phenomena of SBM paste, differential scanning calorimetry, viscosity measurement, and physical flowing of SBM paste are precisely characterized and observed during LVSoP processing. The average height of the solder bumps and their maximum and minimum values are 14.7 ${\mu}m$, 18.3 ${\mu}m$, and 12.0 ${\mu}m$, respectively. It is expected that maskless LVSoP technology can be effectively used for a fine-pitch interconnection of a Cu pillar in the semiconductor packaging field.
This study analyzes the materials and external characteristics of the Angbu-ilgu, a kind of scaphe sundial, which was newly designated as a Korean Treasure in 2022. The Angbu-ilgu Treasure is owned by three institutions - the National Palace Museum Of Korea, Gyeongju National Museum, and Sungshin Women's University Museum - and is similar as a twin in its material, size, outward appearance, as well as production techniques that include casting, silver inlays, and metal joints. The Three-Treasure Angbu-ilgu is made of brass in the ratio of 90.6: 6.0: 1.8 with Cu: Zn: Pb. This composition clearly differs from Treasure No. 845, an Angbuilgu which has a composition ratio of 82.2: 3.7: 11.8 with Cu: Zn: Pb. In this new Angbu-ilgu Treasure, the hemisphere's stand has four vertical pillars sculpted in a dragon pattern and bilateral wings carved in a cloud pattern on the pillars, which are joined to the hemisphere's horizontal ring with rivets and silver solders, respectively. The dragon-in-clouds pillar (雲龍柱) shows the most outstanding formative beauty of the various Angbu-ilgu pillars produced in the late Joseon Dynasty. It can be seen that the altitude of the north pole engraved on the Angbu-ilgu was made after 1713. Production is, however, actually estimated to have occurred close to the 19th century, the era of the Jinju Kang family, who were professional Angbuilgu makers. Hopefully, this study will lead to a historical science and technology review with modern scientific instruments analyzing the materials and external characteristics of the three Angbu-ilgus designated as a Korean Treasure in 2022.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.31
no.10
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pp.865-871
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2014
Paradigm shift to 3-D chip stacking in electronic packaging has induced a lot of integration challenges due to the reduction in wafer thickness and pitch size. This study presents a hybrid bonding technology by self-alignment effect in order to improve the flip chip bonding accuracy with ultra-thin wafer. Optimization of Cu pillar bump formation and evaluation of various factors on self-alignment effect was performed. As a result, highly-improved bonding accuracy of thin wafer with a $50{\mu}m$ of thickness was achieved without solder bridging or bump misalignment by applying reflow process after thermo-compression bonding process. Reflow process caused the inherently-misaligned micro-bump to be aligned due to the interface tension between Si die and solder bump. Control of solder bump volume with respect to the chip dimension was the critical factor for self-alignment effect. This study indicated that bump design for 3D packaging could be tuned for the improvement of micro-bonding quality.
Lee, Jae Hak;Song, Jun Yeob;Lee, Young Kang;Ha, Tae Ho;Lee, Chang-Woo;Kim, Seung Man
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.31
no.10
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pp.857-863
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2014
In this work, we introduce various bonding technologies for 3D package and suggest Insert-Bump bonding (ISB) process newly to stack multi-layer chips successively. Microstructure of Insert-Bump bonding (ISB) specimens is investigated with respect to bonding parameters. Through experiments, we study on find optimal bonding conditions such as bonding temperature and bonding pressure and also evaluate in the case of fluxing and no-fluxing condition. Although no-fluxing bonding process is applied to ISB bonding process, good bonding interface at $270^{\circ}C$ is formed due to the effect of oxide layer breakage.
3D packaging technology using TSV (Through Silicon Via)has been studied in the recent years to achieve higher performance, lower power consumption and smaller package size because electrical line is shorter electrical resistivity than any other packaging technology. To stack TSV chips vertically, reliable and robust bonding technology is required because mechanical stress and thermal stress cause fracture during the bonding process. Cu pillar/solder ${\mu}$-bump bonding process is usually to interconnect TSV chips vertically although it has weak shape to mechanical stress and thermal stress. In this study, we suggest Insert-Bump (ISB) bonding process newly to stack TSV chips. Through experiments, we tried to find optimal bonding conditions such as bonding temperature and bonding pressure. After ISB bonding, we observed microstructure of bump joint by SEM and then evaluated properties of bump joint by die shear test.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.02a
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pp.431-432
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2012
In the era of 20 nm scaled semiconductor volume manufacturing, Microelectronics Manufacturing Engineering Education is presented in this paper. The purpose of microelectronic engineering education is to educate engineers to work in the semiconductor industry; it is therefore should be considered even before than technology development. Three Microelectronics Manufacturing Engineering related courses are introduced, and how undergraduate students acquired hands-on experience on Microelectronics fabrication and manufacturing. Conventionally employed wire bonding was recognized as not only an additional parasitic source in high-frequency mobile applications due to the increased inductance caused from the wiring loop, but also a huddle for minimizing IC packaging footprint. To alleviate the concerns, chip bumping technologies such as flip chip bumping and pillar bumping have been suggested as promising chip assembly methods to provide high-density interconnects and lower signal propagation delay [1,2]. Aluminum as metal interconnecting material over the decades in integrated circuits (ICs) manufacturing has been rapidly replaced with copper in majority IC products. A single copper metal layer with various test patterns of lines and vias and $400{\mu}m$ by $400{\mu}m$ interconnected pads are formed. Mask M1 allows metal interconnection patterns on 4" wafers with AZ1512 positive tone photoresist, and Cu/TiN/Ti layers are wet etched in two steps. We employed WPR, a thick patternable negative photoresist, manufactured by JSR Corp., which is specifically developed as dielectric material for multi- chip packaging (MCP) and package-on-package (PoP). Spin-coating at 1,000 rpm, i-line UV exposure, and 1 hour curing at $110^{\circ}C$ allows about $25{\mu}m$ thick passivation layer before performing wafer level soldering. Conventional Si3N4 passivation between Cu and WPR layer using plasma CVD can be an optional. To practice the board level flip chip assembly, individual students draw their own fan-outs of 40 rectangle pads using Eagle CAD, a free PCB artwork EDA. Individuals then transfer the test circuitry on a blank CCFL board followed by Cu etching and solder mask processes. Negative dry film resist (DFR), Accimage$^{(R)}$, manufactured by Kolon Industries, Inc., was used for solder resist for ball grid array (BGA). We demonstrated how Microelectronics Manufacturing Engineering education has been performed by presenting brief intermediate by-product from undergraduate and graduate students. Microelectronics Manufacturing Engineering, once again, is to educating engineers to actively work in the area of semiconductor manufacturing. Through one semester senior level hands-on laboratory course, participating students will have clearer understanding on microelectronics manufacturing and realized the importance of manufacturing yield in practice.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2018.06a
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pp.102-102
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2018
Electronic industry had required the finer size and the higher performance of the device. Therefore, 3-D die stacking technology such as TSV (through silicon via) and micro-bump had been used. Moreover, by the development of the 3-D die stacking technology, 3-D structure such as chip to chip (c2c) and chip to wafer (c2w) had become practicable. These technologies led to the appearance of HBM (high bandwidth memory). HBM was type of the memory, which is composed of several stacked layers of the memory chips. Each memory chips were connected by TSV and micro-bump. Thus, HBM had lower RC delay and higher performance of data processing than the conventional memory. Moreover, due to the development of the IT industry such as, AI (artificial intelligence), IOT (internet of things), and VR (virtual reality), the lower pitch size and the higher density were required to micro-electronics. Particularly, to obtain the fine pitch, some of the method such as copper pillar, nickel diffusion barrier, and tin-silver or tin-silver-copper based bump had been utillized. TCB (thermal compression bonding) and reflow process (thermal aging) were conventional method to bond between tin-silver or tin-silver-copper caps in the temperature range of 200 to 300 degrees. However, because of tin overflow which caused by higher operating temperature than melting point of Tin ($232^{\circ}C$), there would be the danger of bump bridge failure in fine-pitch bonding. Furthermore, regulating the phase of IMC (intermetallic compound) which was located between nickel diffusion barrier and bump, had a lot of problems. For example, an excess of kirkendall void which provides site of brittle fracture occurs at IMC layer after reflow process. The essential solution to reduce the difficulty of bump bonding process is copper to copper direct bonding below $300^{\circ}C$. In this study, in order to improve the problem of bump bonding process, copper to copper direct bonding was performed below $300^{\circ}C$. The driving force of bonding was the self-annealing properties of electrodeposited Cu with high defect density. The self-annealing property originated in high defect density and non-equilibrium grain boundaries at the triple junction. The electrodeposited Cu at high current density and low bath temperature was fabricated by electroplating on copper deposited silicon wafer. The copper-copper bonding experiments was conducted using thermal pressing machine. The condition of investigation such as thermal parameter and pressure parameter were varied to acquire proper bonded specimens. The bonded interface was characterized by SEM (scanning electron microscope) and OM (optical microscope). The density of grain boundary and defects were examined by TEM (transmission electron microscopy).
Influence of sulfate on the early hydration in the solidification treatment of abandoned mine tailings was characterized. Solidified specimens using hydrated lime as a binder were prepared with various amounts of added $Na_2SO_4$ and different curing days. Unconfined compressive strength measurement, heavy metal leaching test, XRD analysis were performed after 7-, 14- and 28-days curing. According to curing days strength of solidified specimens using only distilled water increased but those with addition of $Na_2SO_4$ decreased. External cracks of specimens developed definitely with increasing $Na_2SO_4$ concentration and curing days. Concentrations of Cu, Cd, Zn, and As in the leached solutions from solidified specimens decreased significantly but Pb was leached readily in cases of hydrated lime dosage more than 10 wt%. Gypsum and $MgSO_4$ were identified in the cracked solidified specimens by XRD analysis, and pillar-shaped crystals of SEM image were identified as gypsum in reference with EDS analysis. Crystallization of sulfate in the process of lime-tailing solidification caused cracking, which should be supplemented for solidification treatment of highly sulfur-contained tailing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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