Choi, Kwang-Seong;Lee, Haksun;Bae, Hyun-Cheol;Eom, Yong-Sung;Lee, Jin Ho
ETRI Journal
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제37권2호
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pp.387-394
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2015
A novel interconnection technology based on a 52InSn solder was developed for flexible display applications. The display industry is currently trying to develop a flexible display, and one of the crucial technologies for the implementation of a flexible display is to reduce the bonding process temperature to less than $150^{\circ}C$. InSn solder interconnection technology is proposed herein to reduce the electrical contact resistance and concurrently achieve a process temperature of less than $150^{\circ}C$. A solder bump maker (SBM) and fluxing underfill were developed for these purposes. SBM is a novel bumping material, and it is a mixture of a resin system and InSn solder powder. A maskless screen printing process was also developed using an SBM to reduce the cost of the bumping process. Fluxing underfill plays the role of a flux and an underfill concurrently to simplify the bonding process compared to a conventional flip-chip bonding using a capillary underfill material. Using an SBM and fluxing underfill, a $20{\mu}m$ pitch InSn solder SoP array on a glass substrate was successfully formed using a maskless screen printing process, and two glass substrates were bonded at $130^{\circ}C$.
In this paper we described an approach to automation of visual inspection of solder joint defects of SMC(Surface Mounted Components) on PCBs(Printed Circuit Board) by using neural network and fuzzy rule-based classification method. Inherently the surface of the solder joints is curved tiny and specular reflective it induces difficulty of taking good image of the solder joints. And the shape of the solder joints tends to greatly vary with the soldering condition and the shapes are not identical to each other even though the solder joints belong to a set of the same soldering quality. This problem makes it difficult to classify the solder joints according to their qualities. Neural network and fuzzy rule-based classification method is proposed to effi-ciently make human-like classification criteria of the solder joint shapes. The performance of the proposed approach is tested on numerous samples of commercial computer PCB boards and compared with the results of the human inspector performance and the conventional Kohonen network.
FC-BGA has advantages over other interconnection methods including high I/O counts, better electrical performance, high throughput, and low profile. But, FC-BGA has a lot of reliability issues. The 2nd level solder joint reliability of the FC-BGA with large chip on laminate substrate was studied in this paper. The purpose of this study is to discuss solder joint failures of 2nd level thermal cycling test. This work has been done to understand the influence of the structure of package, the properties of underfill, the properties and thickness of bismaleimide tiazine substrate and the temperature range of thermal cycling on 2nd level solder joint reliability. The increase of bismaleimide tiazine substrate thickness applied to low modulus underfill was improve of solder joint reliability. The resistance of solder ball fatigue was increased solder ball size in the solder joints of FC-BGA.
In this paper, the creep characteristics of lead and lead-free solder joint were investigated using the QFP(Quad Flat Package) creep test. Two kind of solder pastes(Sn-3Ag-0.5Cu, Sn-0.2Sb-0.4Ag-37.4Pb) were applied to the QFP solder joints and each specimen was checked the external and internal failures(i.e., wetting failure, void, pin hole, poor-heel fillet) by digital microscope and X-ray inspection. The creep test was conducted at the temperatures of $100^{\circ}C$ and $130^{\circ}C$ under the load of 15$\sim$20% of average pull strength in solder joints. The creep characteristics of each solder joints were compared using the creep strain-time curve and creep strain rate-stress curves. Through the comparison, the Sn-3Ag-0.5Cu solder joints have higher creep resistance than that of Sn-0.3Sb-0.4Ag-37.4Pb. Also, the grain boundary sliding in the fracture surface and the necking of solder joint were observed by FE-SEM.
Sn-Cu-Ni계 솔더를 이용한 AC Adapter의 Pb-Free Wave 솔더링 공정을 Six Sigma기법으로 개발하였다. 솔더 접합부의 외관, 미세조직, Lift-off현상 및 Crack발생 유.무를 관찰하여 접합기구를 규명하고자 하였으며 열 충격시험을 통하여 신뢰성평가를 수행하였다. 솔더 접합부의 Sn-Cu-Ni계 솔더와 Cu Land 사이에는 약 5 $\mu\textrm{m}$ 두께의 $(Cu,Ni)_6/Sn_5$ 형태의 금속간화합물이 발견되었고 열 충격후 750사이클까지는 Crack이 발견되지 않았다. 본 연구로 개발된 제품은 기존의 Sn-Pb솔더를 사용한 제품에 비해서 양산성 및 신뢰성 측면에서 우수한 특성을 나타내었다.
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.
In this study, the characteristic of fractured portion and shape on solder joints were investigated according to the thermal shock test for Automotive Application Component using Sn-3.0Ag-0.5Cu solder, which has a outstanding property as Lead-free solder. The value of pull and shear strength was decreased in principle after 432 cycles thermal shock test. In addition, fracture mode was verified by using EDS and SEM to observe fractured shape on the solder joints before and after thermal shock. In before thermal shock test, the fracture mode revealed typically solder layer's fracture mode. In after thermal shock test, we identified multiple fracture mode of the ductile and brittle fracture. Even though same composition of solder was used to experimental for estimating. the fracture mode varied on the fracture portion's height and the directional angles of shear strength. In conclusion, we identified that mechanical strength was affected on the solder layer's fracture mode.
The bonding characteristics of MLCCs (multi layer ceramic capacitor, C1608) lead-free solder (SAC305) joints were evaluated through thermal shock test ($-40^{\circ}C{\sim}125^{\circ}C$, total 1,800 cycle). After the test, IMCs( intermetallic compounds) growth and cracks were verified, also shear strengths were measured for degradation of solder joints. In addition, The thermal stress distributions at solder joints were analyzed to compare the solder joints changes before and after according to thermal shock test by FEA (finite elements analysis). We considered the effects of IMCs growth at solder joints. As results, the bonding characteristics degradation was occurred according to initial crack, crack propagations and thermal stress concentration at solder-IMCs interface, when the IMCs grown to solder inside.
사용되는 metal구분 없이 반도체 공정장비들을 사용함으로써 cross-contamination을 유발시킬 수 있다. 특히, copper(Cu)는 확산이 쉽게 되어 cross-contamination에 의해 수 ppm정도가 wafer에 오염되더라도 트랜지스터의 leakage current발생 요인으로 작용할 수 있기 때문에 Si-IC성능에 치명적인 영향을 미칠 수 있는데, Si-LSI 실험실에서 할 수 있는 공정과 Si-LSI 실험실을 나와 할 수 있는 공정으로 구분하여 최대한 Si-LSI 장비를 공유함으로써 최소한의 장비로 Cu cross-contamination문제를 해결할 수 있다. 즉, 전기도금을 할 때 전극으로 사용되어지는 TiW/Al sputtering, photoresist (PR) coating, solder bump형성을 위한 via형성까지는 Si-LSI 실험실에서 하고, 독립적인 다른 실험실에서 Cu-seed sputtering, solder 전기도금, 전극 etching, reflow공정을 하면 된다. 두꺼운 PR을 얻기 위하여 PR을 수회 도포(multiple coaling) 하고, 유기산 주석과 유기산 연의 비를 정확히 액 조성함으로서 Sn:Pb의 조성비가 6 : 4인 solder bump를 얻을 수 있었다. solder를 도금하기 전에 저속 도금으로 Cu를 도금하여, PR 표면의 Cu/Ti seed층을 via와 PR표면과의 저항 차를 이용하여 PR표면의 Cu-seed를 Cu도금 중에 etching 시킬 수 있다. 이러한 현상을 이용하여 선택적으로 via만 Cu를 도금하고 Ti층을 etching한 후, solder를 도금함으로써 저 비용으로 folder bump 높이가 60 $\mu\textrm{m}$ 이상 높고, 고 균일/고 밀도의 solder bump를 형성시킬 수 있었다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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