• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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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.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권3호
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• pp.37-45
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• 2004

무전해 Ni(P)는 솔더링 특성과 부식저항성이 우수하고 표면 거칠기가 적으며 원하는 금속 상에 선택적으로 도금이 가능하여 전자패키지에서 반도체칩과 기판의 표면 금속층으로 촉 넓게 사용되고 있다. 그러나 솔더와의 반응 중 금속간 화합물의 spalling과 솔더 조인트에서의 취성파괴 문제가 성공적인 적용의 걸림돌이 되어 왔다. 본 연구에서는 각각 조성이 다른 세가지 Ni(P)막 (4.6,9, and $13 wt.\%$ P)을 사용하곡 솔더와의 반응시 무전해 Ni(P)막의 미세구조 및 상 변화와 금속간화합물의 spatting 거동을 면밀히 조사하였다. $Ni_3Sn_4$ 화합물 아래로 침투한 Sn과 P-rich layer ($Ni_3P$)와의 반응에 의해 $Ni_3SnP$ 층이 형성되며 $Ni_3SnP$ 층이 성장함에 따라 $Ni_3Sn_4$가 spalling됨이 관찰되었다. Spalling 후에는 Ni(P)막이 용융된 솔더와 직접 접촉하게 되어 Ni(P)막의 결정화가 가속화되고 $Ni_3P$상이 $Ni_2P$상으로 변태되었다. 또한 이러한 결정화 과정 중 Ni(P)막의 부피가 감소됨에 따라서 인장응력이 발생하여 막 내부에 크랙이 발생하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제12권1호
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• pp.47-52
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• 2005

전세계 전자패키지 산업에서 납(Pb) 사용에 대한 환경규제 움직임이 본격화되고 있어 새로운 무연솔더의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 게다가 무연솔더의 신뢰성에 대한정보가 아직까지 많이 부족한 실정이다 무연솔더의 신뢰성에 영향을 줄수 있는 것 중의 하나가 Sn pest라고 알려진 동소체 변태이다. Sn pest가 형성될 때 동반되는 부피의 증가는 솔더 조인트의 신뢰성을 저하시킨다. 이미 보고된 바에 따르면, Sn 고용도가 있는 원소(Pb, Bi, Sb)들을 첨가시킬 경우 Sn pest가 효과적으로 억제된다. 그러나 Sn pest를 억제하는 합금에 대한 기계적인 특성에 연구가 거의 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 Sn과 Sn-0.7Cu를 기반으로 하여 Bi, Sb을 첨가한 솔더 합금을 사용하여 lap shear크리프 실험을 하였다. 본 연구에서 사용한 합금들의 변형율은 전체적으로 Sn-3.5Ag를 기반으로 하는 합금들보다 높았다. 파괴까지 이르는 변형량은 Sn-0.5Bi가 가장 크고 Sn-0.7Cu-0.5Sb 합금이 가장 작았는데 이러한 경향은 Sn-0.5Bi 합금의 파단면에 Sn globules이 길게 늘어나 있고 Sn-0.7Cu-0.5Sb 합금에서는 더 짧은 Sn globules 이 관찰되는 결과와 일치하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제13권3호
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• pp.1-8
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• 2006

인쇄회로기판이나 플라스틱 패키지 등 다양한 전자소자 부품내 배선간 간격이 갈수록 좁아짐에 따라 최근 많이 발생하고 있는 electrochemical migration(ECM) 현상은 양극에서 이온화된 금속에 의한 conductive anodic filament(CAF) 및 덴드라이트와 같은 전도성 필라멘트의 성장으로 인해 전자부품의 절연파괴를 일으키고 있다. 본 연구에서는 공정조성 Sn-37Pb솔더 합금의 ECM 거동과 부식특성 사이의 연관성 평가를 통해 ECM 우세원소를 파악하기 위해 D.I Water 및 NaCl 용액에서 Water Drop Test(WDT)와 분극실험을 실시하여 서로 비교하였다. WDT 실시 결과 공정조성 Sn-37Pb 솔더 합금에서 Pb-rich 상이 Sn-rich 상보다 우선적으로 양극 패드에서 녹아나서 상대적으로 ECM 저항성이 낮았으며, 음극패드에서 자라난 덴드라이트에도 Pb가 훨씬 많이 존재하였다. NaCl에서의 분극실험 결과 전기화학적으로 부동태 피막을 형성하는 Sn에 비해 Pb의 부식속도가 크게 나타났으며, WDT의 결과와 같은 경향을 보였다. 따라서 공정조성 SnPb 솔더 합금의 부식저항성과 ECM 저항성 사이에는 좋은 상관관계가 존재한다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제30권2호
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• pp.65-69
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• 2012

Environmental and health concerns over the lead have led to investigation of the alternative Pb-free solders to replace commonly used Pb-Sn solders in microelectronic packaging application. The leading candidates for lead-free solder alloys are presently the near eutectic Sn-Ag-Cu alloys. Therefore, extensive studies on reliability related with the composition have been reported. However, the insufficient drop property of the near eutectic Sn-Ag-Cu alloys has demanded solder compositions of low Ag content. In addition, the solder interconnections in automobile applications like a smart box require significantly improved vibration resistance. Therefore, this study investigated the effect of alloying elements (Ag, Bi, In) on the vibration fatigue strength. The vibration fatigue was conducted in 10~1000Hz frequency and 20Grms. The interface of the as-soldered cross section close to the Cu pad indicated the intermetallic compound ($Cu_6Sn_5$) regardless of solder composition. The type and thickness of IMC was not significantly changed after the vibration test. It indicates that no thermal activities occurred significantly during vibration. Furthermore, as a function of alloying composition, the vibration crack path was investigated with a focus on the IMCs. Vibration crack was initiated from the fillet surface of the heel for QFP parts and from the plating layer of chip parts. Regardless of the solder composition, the crack during a vibration test was propagated as same as that during a thermal fatigue test.

• Corrosion Science and Technology
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• 제6권2호
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• pp.50-55
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• 2007

The smaller size and higher integration of advanced electronic package systems result in severe electrochemical reliability issues in microelectronic packaging due to higher electric field under high temperature and humidity conditions. Under these harsh conditions, electronic components respond to applied voltages by electrochemical ionization of metal and the formation of a filament, which leads to short-circuit failure of an electronic component, which is termed electrochemical migration. This work aims to evaluate electrochemical migration susceptibility of the pure Sn, Sn-3.5Ag, Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloys in $Na_{2}SO_{4}$. The water drop test was performed to understand the failure mechanism in a pad patterned solder alloy. The polarization test and anodic dissolution test were performed, and ionic species and concentration were analyzed. Ag and Cu additions increased the time to failure of Pb-free solder in 0.001 wt% $Na_{2}SO_{4}$ solution at room temperature and the dendrite was mainly composed of Sn regardless of the solders. In the case of SnAg solders, when Ag and Cu added to the solders, Ag and Cu improved the passivation behavior and pitting corrosion resistance and formed inert intermetallic compounds and thus the dissolution of Ag and Cu was suppressed; only Sn was dissolved. If ionic species is mainly Sn ion, dissolution content than cathodic deposition efficiency will affect the composition of the dendrite. Therefore, Ag and Cu additions improve the electrochemical migration resistance of SnAg and SnAgCu solders.

• Macromolecular Research
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• 제16권3호
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• pp.204-211
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• 2008

A platinum-catalyzed polyelectrolyte porous membrane was prepared by solid-state compression of electrospun polystyrene (PS) fibers and in-situ metallization of counter-balanced ionic metal sources on the polymer surface. Using this ion-exchange metal-polymer composite system, fiber entangled pores were formed in the interstitial space of the fibers, which were surrounded by sulfonic acid sites ($SO_3^-$) to give a cation-selective polyelectrolyte porous bed with an ion exchange capacity ($I_{EC}$) of 3.0 meq/g and an ionic conductivity of 0.09 S/cm. The Pt loading was estimated to be 16.32 wt% from the $SO_3^-$ ions on the surface of the sulfonated PS fibers, which interact with the cationic platinum complex, $Pt(NH_3)_4^{2+}$, at a ratio of 3:1 based on steric hindrance and the arrangement of interacting ions. This is in good agreement with the Pt loading of 15.82 wt% measured by inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy (ICP-OES). The Pt-loaded sulfonated PS media showed an ionic conductivity of 0.32 S/cm. The in-situ metallized platinum provided a nano-sized and strongly-bound catalyst in robust porous media, which highlights its potential use in various electrochemical and catalytic systems.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권3호
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• pp.17-26
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• 2010

반도체 패키지에 사용되고 있는 유연 솔더는 환경 보호 필요성 대문에 무연 솔더로 빠르게 대체되고 있다. 이와 같은 무연 솔더에 대한 여구는 주로 재료의 발견과 공정 적응성의 관점에서 이루어졌을 뿐, 기계적인 성질이나 신뢰성의 관점에서의 연구는 많이 이루어지지 않았다. 본 논문에서는 무아레 간섭계를 이용하여 유연 솔더와 무연 솔더 실장 WB-PBGA 패키지 결합체의 온도변화에 대한 열-기게적 거동을 해석하였다. 실시간 무아레 간섭계를 이용하여 각 온도 단계에서 변위 분포를 나타내는 간섭무늬를 얻고, 그로부터 유연과 무연의 솔더 조인트를 갖는 WB-PBGA 패키지의 굽힘 변형 거동 및 솔더 볼의 변형률을 비교 분석하였다. 분석결과를 보면 유연 솔더 실장 패키지 결합체의 솔더 볼은 칩경계 부근인 #3 솔더 볼에서 발생하는 전단변형률이 파손에 큰 영향을 미치며, 무연 솔더가 실장된 패키지 결합체의 솔더 볼은 가장 바깥 부근인 #7 솔더 볼에서 발행하는 수직 변형률이 파손에 큰 영향을 미칠 것으로 예측된다, 또한 무연 솔더 실장 패키지 결합체는 같은 온도 조건에서 유연 솔더 실장된 패키지에 비해 굽힘 변형이 휠씬 크게 발생될 뿐 아니라 솔더 볼의 유효변형률도 10% 정도 크게 발생하는 것으로 나타나서 열변형에 의한 파손에 취약할 것으로 예측된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제12권2호
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• pp.121-128
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• 2005

전자 기기의 솔더 접합부는 고온에서 작동하고 온도 변화와 부품의 열팽창계수 차에 의해 소성변형을 겪게 된다. 그리고 변형된 솔더는 다시 고온에서 회복과 재결정의 과정을 겪는다. 이와 같은 일련의 열적 기계적 과정은 솔더의 미세구조와 기계적 특성을 변화시킨다. 본 연구에서는 전자 장치가 실제 작동할 때 솔더의 기계적 특성 변화를 예측하기 위해 여러 종류의 무연 솔더와 복합 솔더 (composite solder)의 미소경도 (micohardness)를 다양한 열적 기계적 환경에서 측정하였다. 측정된 무연 솔더에는 Sn, Sn-0.7Cu, Sn-3.5Ag-0.7Cu, Sn-2.8Ag-7.0Cu (복합 솔더), Sn-2.7Ag-4.9Cu-2.9Ni (복합 솔더)가 포함되어 있다. 솔더 시편은 $0.4{\~}7^{\circ}C$/sec의 냉각속도로 주조되었고 $30{\~}50\%$의 압축변형을 가한 후 $150^{\circ}C$에서 48시간 열처리하였다. 미소경도는 $25{\~}130^{\circ}C$에서 측정하였다. 각 시편의 미세구조 역시 관찰하여 미세구조와 비교하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제23권3호
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• pp.63-67
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• 2016

본 논문에서는 폴리머 기반의 유연 기판 위 적층 된 다양한 필름의 굽힘 탄성계수의 간접 측정법을 소개한다. 패키징 기판의 다양한 적층 재료들의 탄성계수는 기계적으로 신뢰성 있는 전자기기 개발에 결정적이지만, 기판과 매우 견고히 접합하고 있는 적층 필름을 온전히 떼어 내어 자유지지형(free-standing) 시편을 만들기 어렵기 때문에 그 측정이 쉽지 않다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 필름-기판의 복합체 시편에 대한 3점 굽힘을 진행하였고 시편 단면에 면적 변환법(area transformation rule)을 적용한 응력 해석을 수행하였다. 탄성계수를 알고 있는 기판에 대하여, 굽힘 시험으로 얻은 다층 시편의 강성으로부터 필름과 기판의 탄성계수 비를 계산하였으며, 전기 도금 구리 시편을 이용하여 양면 적층, 단면 적층의 두 가지 해석 모델이 실험 평가되었다. 또한 주요 절연체 적층 재료인 prepreg (PPG)와 dry film solder resist (DF SR)의 굽힘 탄성계수가 양면 적층 시편 형태로 측정 되었다. 결과로써 구리 110.3 GPa, PPG 22.3 GPa, DF SR 5.0 GPa이 낮은 측정 편차로 측정 됨으로써 본 측정법의 정밀도와 범용성을 검증하였다.