• 한국재료학회지
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• 제17권2호
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• pp.91-95
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• 2007

Electromigration characteristics of Sn-3.5Ag flip chip solder bump were analyzed using flip chip packages which consisted of Si chip substrate and electroplated Cu under bump metallurgy. Electromigration test temperatures and current densities peformed were $140{\sim}175^{\circ}C\;and\;6{\sim}9{\times}10^4A/cm^2$ respectively. Mean time to failure of solder bump decreased as the temperature and current density increased. The activation energy and current density exponent were found to be 1.63 eV and 4.6, respectively. The activation energy and current density exponent have very high value because of high Joule heating. Evolution of Cu-Sn intermetallic compound was also investigated with respect to current density conditions.

• Journal of Welding and Joining
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• 제20권4호
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• pp.505-509
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• 2002

Pb is considered to be eliminated from solder, due to its toxicity. However, melting temperatures of most Pb-free solders are known higher than that of Sn37Pb. Therefore, there is a difficulty to apply Pb-free solders to electronic industry. Since Sn3Ag8Bi5In has relatively lower melting range as $188~200^{\circ}C$, on this study. Wettability and soldering characteristics of Sn3Ag8Bi5In solder in BGA were investigated to solve for what kind of problem. Zero cross time, wetting time, and equilibrium force of Sn3Ag8Bi5In solder for Cu and plated Cu such as Sn, Ni, and Au/Ni-plated on Cu were estimated. Plated Sn on Cu showed best wettability for zero cross time, wetting time and equilibrium farce. Shear strength of the reflowed joint with Sn3Ag8Bi5In ball in BGA was investigated. Diameter of the ball was 0.5mm, UBM(under bump metallurgy) was $Au(0.5\mu\textrm{m})Ni(5\mu\textrm{m})/Cu(18\mu\textrm{m})$ and flux was RMA type. For the reflow soldering, the peak reflow temperature was changed in the range of $220~250^{\circ}C$, and conveyor speed was 0.6m/min.. The shear strength of Sn3Ag8Bi5In ball showed similar level as those of Sn37Pb. The soldered balls are aged at $110^{\circ}C$ for 36days and their shear strengths were evaluated. The shear strength of Sn3Ag8Bi5In ball was increased from 480gf to 580gf by aging for 5 days.

• 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.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2003년도 춘계학술발표대회 개요집
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• pp.224-227
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• 2003

The longitudinal thermosonic bonding method is investigated in this work for its application to the soldering process for electronic packaging. The effect of the ultrasonic is analyzed through lumped modeling, and the material properties of a viscoelastic model are measured experimentally. The thermosonic bonding method is verified by inserting the Cu pin and Au bump into solder block. As the solder thickness decreases, temperature of the solder is calculated to increase rapidly because of larger strain. Localized heating due to ultrasonic vibration is observed to melt the solder near the pin, which is adequate to the high density electronic package and Pb-free solder having high melting temperature.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권4호
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• pp.43-48
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• 2004

상부 칩과 하부 기판이 모두 Si으로 구성되어 있는 플립칩 패키지 시편을 제조하여 $130{\~}160^{\circ}C$의 온도 범위에서 $3{\~}4{\times}10^4 A/cm^2$의 전류밀도를 가하여 주면서 플립칩 본딩된 Sn-3.5Ag-0.5Cu 솔더범프의 electromigration 거동을 분석하였다. Sn-3.5Ag-0.5Cu 솔더범프의 cathode로부터 anode로의 electromigration에 의해 Cu UBM이 완전히 소모되어 cathode부위에서 void가 형성됨으로써 파괴가 발생하였다. Sn-3.5Ag-0.5Cu 솔더범프의 electromigration에 대한 활성화 에너지는 $3{\times}10^4 A/cm^2$의 전류밀도에서는 0.61 eV, $3.5{\times}10^4 A/cm^2$의 전류밀도에서는 0.63 eV, $4{\times}10^4 A/cm^2$의 전류밀도에서는 0.77 eV로 측정되었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제22권2호
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• pp.47-53
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• 2015

인쇄회로기판 솔더 상부 및 하부 접합부의 서로 다른 표면처리 조건에 따른 Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) 접합부의 열처리 및 전류 인가에 따른 금속간 화합물 성장거동을 비교하기 위하여 in-situ 미세구조분석 및 electromigration (EM) 수명평가를 실시하였다. 솔더 접합 직후, 상부 접합부의 electroless nickel immersion gold (ENIG) 표면처리에서는 $(Cu,Ni)_6Sn_5$, 하부 접합부의 organic solderability preservative (OSP) 표면처리에서는$ Cu_6Sn_5$, $Cu_3Sn$ 금속간 화합물이 접합 계면에서 생성되었다. EM 수명평가 결과 온도 $130^{\circ}C$, 전류밀도 $5.0{\times}10^3A/cm^2$ 하에서 평균파괴시간이 약 78.7 hrs으로 도출되었고, 하부 OSP 표면처리에서 전자가 솔더로 빠져나가는 부분에서 Cu의 소모에 의한 단락이 주 손상기구로 확인되었다. In-situ 주사전자현미경을 통해 계면 미세구조 분석 결과 상부 접합부 ENIG 표면처리에서 전자의 방향에 따른 미세구조의 큰 차이가 없고 뚜렷한 손상이 관찰되지 않았으나, 하부 접합부 OSP 표면처리의 경우 전자가 솔더로 유입되는 부분에서 빠른 Cu 소모로 인한 보이드 성장이 관찰되었다. 따라서, SAC305무연솔더 접합부에서 ENIG 표면처리가 OSP 표면처리보다 보다 우수한 EM확산방지막 역할을 하여 금속간 화합물 성장을 억제하고 보다 우수한 EM 신뢰성을 보이는 것으로 판단된다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2010년도 춘계학술발표대회 초록집
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• pp.82-82
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• 2010

표면실장 공법을 통해 CSP 패키지를 보드에 실장 하는데 있어 무연솔더 접합부의 신뢰성에 영향을 미치는 인자 중 가장 중요한 것은 접합부에 형성되는 IMC (Intermetallic compound, 금속간화합물)인 것으로 알려져 있다. 접합부의 칩 부분에는 솔더와 칩의 UBM (Under bump metalization)이 접합하여 IMC가 형성되나, 보드 부분에는 솔더와 보드의 UBM 뿐만 아니라 그 사이에 솔더 페이스트가 함께 접합되어 IMC가 형성된다. 본 연구에서는 패키지의 신뢰성 연구를 위해 솔더 페이스트의 유무 및 두께에 따른 무연 솔더 접합부의 미세조직의 변화를 분석하였다. 본 실험에서는 Sn-3.0(Wt.%)Ag-0.5Cu 조성과 본 연구진에 의해 개발된 Sn-Ag-Cu-In 조성의 직경 $450{\mu}m$ 솔더 볼을 사용하였으며, 솔더 페이스트는 상용 Sn-3.0Ag-0.5Cu (ALPHA OM-325)를 사용하였다. 칩은 ENIG (Electroless nickel immersion gold) finish pad가 형성된 CSP (Chip scale package)를, 보드는 OSP (Organic solderability preservative)/Cu finish pad가 형성된 것을 사용하였다. 실험 방법은 보드를 솔더 페이스트 없이 플라즈마 처리 한 것, 솔더 페이스트를 $30{\mu}m$ 두께로 인쇄한 것, $120{\mu}m$의 두께로 인쇄한 것, 이렇게 3가지 조건으로 준비한 후, 솔더 볼이 bumping된 칩을 mounting하여, $242^{\circ}C$의 peak 온도 조건의 oven(1809UL, Heller)에서 reflow를 실시하여 패키지를 형성하였다. 이후 시편은 정밀 연마한 후, OM(Optical Microscopic)과 SEM(scanning electron microscope) 및 EDS(energy dispersive spectroscope)를 사용하여 솔더 접합부 IMC의 미세조직을 관찰, 분석하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권1호
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• pp.25-31
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• 2010

본 연구에서는 무연 솔더 중 우수한 특성을 보여 실용화된 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성의 솔더를 사용하여 2주 동안의 시효조건에서 W의 함량이 무전해 Ni-W-P 도금층과 솔더와의 계면에서의 IMC 생성에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 도금층내 인의 함량은 8 wt.%로 고정하였고, 텅스텐의 함량은 각각 0, 3, 6 및 9 wt.%로 변화시켰으며, 모든 시료는 $255^{\circ}C$에서 리플로우한 후, $200^{\circ}C$에서 2주 동안 시효처리하였다. 각각의 시료에서 $(Cu,Ni)_6Sn_5$와 $(Ni,Cu)_3Sn_4$의 IMC가 관찰되었으며, 시효처리시간의 증가에 따라 UBM과 무연납의 계면에서 생성된 IMC가 증가함을 보였고, W의 함량이 높을수록 열적 안정성이 증가하여 $Ni(W)_3P$의 생성 속도를 늦춰 그에 따른 영향으로 IMC의 두께가 증가함을 보였다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2007년 추계학술발표대회 개요집
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• pp.235-237
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• 2007

In this paper, fabrication of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder bumping having accurate composition and behavior of intermetallic compounds(IMCs) growth at interface between Sn-Ag-Cu bumps and Cu substrate were studied. The ternary alloy of the Sn-3.0Ag-0.5Cu solder was made by two binary(Sn-Cu, Sn-Ag) electroplating on Cu pad. For the manufacturing of the micro-bumps, photo-lithography and reflow process were carried out. After reflow process, the micro-bumps were aged at $150^{\circ}C$ during 1 hr to 500 hrs to observe behavior of IMCs growth at interface. As a different of Cu contents(0.5 or 2wt%) at Sn-Cu layer, behavior of IMCs was estimated. The interface were observed by FE-SEM and TEM for estimating of their each IMCs volume ratio and crystallographic-structure, respectively. From the results, it was found that the thickness of $Cu_3Sn$ layer formed at Sn-2.0Cu was thinner than the thickness of that layer be formed Sn-0.5Cu. After aging treatment $Cu_3Sn$ was formed at Sn-0.5Cu layer far thinner.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권4호
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• pp.11-17
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• 2010

차세대 패키징 기술을 실현하기 위해서는 극복해야 할 기술적인 과제들이 많이 존재한다. 그 중에서 솔더 접합부의 EM에 의한 고장은 오랜전부터 알려진 과제이지만, 고밀도화, 파인핏치화, 발열문제가 심각해지면서 현실적인 문제로 인식되기 시작했다. 더욱이 솔더가 무연화 되면서 다양해진 구성원소들의 영향에 대한 연구가 시작되었다. 지금까지의 연구결과를 종합해보면 Sn-Pb 공정솔더 보다 무연솔더는 EM에 대한 저항성이 강한 것으로 보여진다. 하지만, 무연솔더 접합부에서 발생하는 EM현상에 대해서는 아직 밝혀지지 않은 부분이 많다. 보이드의 핵 생성 및 성장속도와 전기저항의 급격한 변화와의 관계, Sn 결정립의 방향과 전류밀도에 따른 마이그레이션 속도계수와 수명예측기술, 각종 무연솔더와 시험조건에서의 언더필의 효과 등에 관한 다양한 연구가 필요하다. 또한 무연 플립칩 패키지의 총체적인 신뢰성 확보를 위해, EM과 반도체칩 내부배선의 발열에 기인하는 Thermomigraton, 응력에 기인하는 Stress-migration과의 상관관계에 대한 연구도 요구된다.