• 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.

• Journal of Welding and Joining
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• 제19권3호
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• pp.305-310
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• 2001

UBM-coated Si-wafer was fluxlessly soldered with glass substrate in $N_2$ atmosphere using plasma cleaning method. The bulk Sn-37wt.%Pb solder was rolled to the sheet of $100\mu\textrm{m}$ thickness in order to bond a solder disk by fluxless 1st reflow process. The oxide layer on the solder surface was analysed by AES(Auger Electron Spectroscopy). Through rolling, the oxide layer on the solder surface became thin, and it was possible to bond a solder disk on the Si-wafer with fluxless process in $N_2$ gas. The Si-wafer with a solder disk was plasma-cleaned in order to remove oxide layer formed during 1st reflow and soldered to glass by 2nd reflow process without flux in $N_2$ atmosphere. The thickness of oxide layer decreased with increasing plasma power and cleaning time. The optimum plasma cleaning condition for soldering was 500W 12min. The joint was sound and the thicknesses of intermetallic compounds were less than $1\mu\textrm{m}$.

• 청정기술
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• 제19권3호
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• pp.219-225
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• 2013

본 연구에서는 계면활성제에 의한 수계 세정제의 문제점을 해결하고자 친환경적이고 계면활성제가 없는 수계세정제 개발연구를 진행하였다. 이를 위하여 전자 부품 세정대상의 주 오염물인 플럭스(flux)에 대해 용해력이 있고 수용성인 propylene glycol과 propylene glycol alkyl ether계 용제를 주성분으로 하고 여기에 여러 첨가제를 가하여 수계 surfactant-free 세정제 S-1, S-2를 배합하였고, 이들 개발세정제와 비교대상의 수계 surfactant-free 수입 세정제의 물성을 측정하여 세정성능을 예측하고 오염물인 플럭스와 솔더(flux and solder) 대하여 중량법을 이용한 초음파 세정성 평가를 진행하였다. 물성 측정 결과 비교대상 세정제인 수입세정제 V는 본 연구에서 개발한 배합세정제 S-1과 S-2의 세정제와 전반적으로 비슷한 결과 값을 가짐을 확인할 수 있었다. 비교대상 세정제 V와 배합세정제 모두 원액을 희석함에 따라 pH가 저하되다가 다시 상승하는 것이 관찰되었으며 습윤지수값은 세정능력에는 크게 영향을 주지 않는 것으로 판단되었다. 다양한 초음파 주파수(28, 45, 100 kHz)를 사용한 세정성 평가 실험 결과에서 솔더(solder)의 세정은 주파수 45 kHz에서 세정 성능이 가장 좋게 나타났고 플럭스(flux)의 세정 성능 결과는 실험 대상의 모든 세정제가 주파수 28 kHz에서 세정 성능이 가장 좋게 나타났다. 희석하지 않은 원액세정제의 플럭스 및 솔더(flux and solder) 세정의 경우 배합세정제 S-1, S-2 모두 수입세정제 V보다 빠른 세정력을 보여주었다. 그러나 수입세정제 V의 권장 사용농도인 25%에서는 수입 세정제 V가 배합세정제 보다 초기 세정효율이 좋음이 확인되었다. 따라서 본 실험결과를 가지고 판단할 때, 본 연구에서 개발한 배합세정제 S-1, S-2는 충분히 산업현장의 플럭스 및 솔더(flux and solder) 세정에 적용이 가능할 것으로 판단되어진다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제29권1호
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• pp.99-106
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• 2011

Joint strength between a solder ball and a pad on a substrate is one of the major factors which have effects on electronic device reliability. The effort to improve solder joint strength via surface cleaning, heat treatment and solder composition change have been in progress. This paper will discuss the method of solder ball joint strength improvement using LF hydrogen radical cleaning treatment and focus on the effects of surface treatment condition on the solder ball shear strength and interfacial reactions. In the joint without radical cleaning, voids were observed at the interface. However, the specimens cleaned by hydrogen-radical didn't have voids at the interface regardless of cleaning time. The shear strength between the solder ball and the pad was increased over 120%(about 800gf) when compared to that without the radical treatment (680gf) under the same reflow condition. Especially, at the specimen treated for 5minutes, ball shear strength was considerably increased over 150%(1150gf). Through the observation of fracture surface and cross-section microstructure, the increase of joint strength resulted from the change of fracture mode, that is, from the solder ball fracture to IMC/Ni(P) interfacial fracture. The other cases like radical treated specimen for 1, 3, 7, 9min. showed IMC/solder interfacial fracture rather than fracture in the solder ball.

• 청정기술
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• 제14권2호
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• pp.103-109
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• 2008

본 연구에서는 솔더페이스트(solder paste)로 솔더링후 표면에 잔류하는 플럭스(flux)의 효과적인 세정성능 평가방법 개발을 목적으로 하였다. 솔더링시 플럭스의 퍼짐오차를 줄이기 위해 본 연구에서 고안한 금속치구를 이용하여 1,1,1-TCE 및 플럭스 제거용 몇 가지 대표 준수계 대체세정제에 대하여 세정시간에 따른 플럭스 제거율을 무게측정법으로 측정, 비교하였다. 세정시간 변화에 따른 각 세정제의 세정효율을 측정한 결과 측정값들의 상대표준편차(RSD)가 약 4%이하로 data의 신뢰성이 확인되었다. 따라서 솔더페이스트로 솔더링후 대체세정제의 잔류플럭스의 세정성능 평가시험에 본 연구에서 적용한 금속치구(metal test tool)를 이용한 평가방법이 유력한 방법으로 적용가능할 것으로 판단된다. 그리고 이 평가방법을 적용한 결과 현재 상용화 되어 있는 우수하다고 알려진 몇 가지 대표 준수계 대체세정제 중 ST100SX와 750H가 고활성 플럭스에 대한 세정력이 우수한 성능을 나타냈으나 기존의 1,1,1-TCE에 비해서는 현저히 떨어짐을 확인할 수 있었다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제16권6호
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• pp.77-85
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• 1998

Effects of non-cleaning and cleaning fluxes on the wetting properties and defects at flow soldered joints were investigated. Non-cleaning flux (R-type of 3.3% solid content) and cleaning flux (RMA-type of 15% solid content) were used. Wetting test was accomplished by wetting balance method with changing surface state of wetting specimen, CU. Sn-37%Pb solder was used for wetting test and flow soldering. As experimental results, the wetting time for vertical force from the surface tension being zero was mainly affected by surface state of the wetting specimen. Non-cleaning flux had a good wettability compared with cleaning flux. In case of non-cleaning flux, conveyor speed had a great affection to defects of bridge, icicle, and poor solder.

• 청정기술
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• 제15권2호
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• pp.81-90
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• 2009

본 연구에서는 산업체에서 대체 세정제를 객관적이고 체계적으로 선정하는데 도움을 주고자 여러 가지 세정성 평가방법을 실험을 통하여 비교 평가하였다. 세정성 평가방법으로는 중량법, OSEE (optically simulated electron emission)법, 접촉각법과 FTIR, UV-VIS, HPLC와 같은 정밀분석기기를 이용한 분석법을 사용하여 flux, solder, grease 등의 오염물질에 대한 세정성 평가를 수행하였다. 그 결과 중량법은 쉽고 간단하게 세정제의 세정효율을 측정할 수 있었지만 중량측정의 한계로 정밀측정이 어려웠다. 반면에 OSEE법은 세정제의 세정성 평가를 빠르고 정밀하게 수행할 수 있었다. 접촉각 측정법은 피세정물 표면에 오염물질과 세정제에 의한 얇은 친유성 막의 형성으로 인하여 접촉각 변화에 영향을 주기 때문에 세정성 평가에 특별한 주의가 요구되었다. 중량법으로 수행하기 어려운 정밀세정성 평가의 경우 UV-VIS, FTIR, HPLC와 같은 정밀분석기기를 이용하여 피세정물에 잔류한 flux, solder, grease 등의 극미량의 오염물을 특수 용제로 추출하여 아주 작은 농도의 오염물을 정량분석할 수 있었다.

• 청정기술
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• 제13권2호
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• pp.143-150
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• 2007

본 연구에서는 플러스, 솔더, 그리스와 같은 오염물질을 효과적으로 세정하기 위하여 글리콜 에테르계, 파라핀계 및 실록산계 물질을 배합한 탄화수소계 세정제를 제조하고 습윤지수, 아닐린점 그리고 용해도 매개변수 등의 세정성능에 대한 영향을 조사하였다. 탄화수소계 세정제의 배합은 단일물질의 물성에 기초하여 제조되었다. 제조된 세정제의 습윤지수와 아닐린 점은 실험을 통하여 측정하였으며 용해도 매개변수는 Hansen의 추정식을 사용하여 계산하였다. 본 연구에서는 플럭스, 솔더, 그리스의 오염물을 사용하여 세정제의 세정성능 평가를 진행하였다. 실험결과 배합 세정제의 세정성능이 플럭스, 솔더, 그리스의 오염물 세정에 매우 우수하게 나타났으며 오염물에 따라 세정효율에 영향을 미치는 변수가 다르게 나타났다. 플럭스 세정에서는 플럭스($21.3MPa^{1/2}$)와 유사한 용해도 매개변수의 MC($20.3MPa^{1/2}$), DF-1($24.2MPa^{1/2}$), DF-2($21.5MPa^{1/2}$)세정제가 3분 이내에 100%의 세정효율을 보였다. 그리고 솔더 세정에서는 -$20^{\circ}C$ 이하의 아닐린점인 CFC-113, MC, 1,1,1-TCE가 높은 세정효율을 보였다. 그리스 세정에서는 그리스의 용해도 매개변수($15.0{\sim}17.0\;MPa^{1/2}$)와 가장 유사한 DG-1 세정제($16.2\;MPa^{1/2}$)와 DG-2 세정제($15.5\;MPa^{1/2}$)의 세정효율이 비교적 저조하였고 습윤지수가 크고 아닐린 점이 낮은 CFC-113과 MC가 세정효율이 우수하였다. 본 연구를 통해 플럭스, 솔더, 그리스의 오염물을 세정하기 위해 글리콜 에테르계, 파라핀계 및 실록산계 물질을 알맞게 배합하여 CFC-113, MC, 1,1,1-TCE와 같은 규제물질을 대체할 수 있는 탄화수소계 세정제를 개발할 수 있었다. 그리고 습유지수, 아닐린점, 용해도 매개변수 등과 같은 세정성 영향을 검토하여 비수계 세정제의 세정성능을 예측하고 세정제의 배합에 적용할 수 있었다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2000년도 Proceedings of 5th International Joint Symposium on Microeletronics and Packaging
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• pp.57-64
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• 2000

As integrated circuits become more complex, the number of I/O connections per chip grow. Conventional wire-bonding, lead-frame mounting techniques are unable to keep up. The space saved by shrinking die size is lost when the die is packaged in a huge device with hundreds of leads. The solution is bumps; gold, conductive adhesive, but most importantly solder bumps. Virtually every semiconductor manufacturer in the world is using or planning to use bump technology fur their larger and more complex devices. Several wafer-bumping processes used in the manufacture of bumped wafer. Some of the more popular techniques are evaporative, stencil or screen printing, electroplating, electrodes nickel, solder jetting, stud bumping, decal transfer, punch and die, solder injection or extrusion, tacky dot process and ball placement. This paper will discuss the process steps for bumping wafers using these techniques. Critical cleaning is a requirement for each of these processes. Key contaminants that require removal are photoresist and flux residue. Removal of these contaminants requires wet processes, which will not attack, wafer metallization or passivation. research has focused on enhanced cleaning solutions that meet this critical cleaning requirement. Process parameters defining time, temperature, solvency and impingement energy required to solvate and remove residues from bumped wafers will be presented herein.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제7권1호
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• pp.51-59
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• 2000

As integrated circuits become more complex, the number of I/O connections per chip grow. Conventional wire-bonding, lead-frame mounting techniques are unable to keep up. The space saved by shrinking die size is lost when the die is packaged in a huge device with hundreds of leads. The solution is bumps; gold, conductive adhesive, but most importantly solder bumps. Virtually every semiconductor manufacturer in the world is using or planning to use bump technology for their larger and more complex devices. Several wafer-bumping processes used in the manufacture of bumped wafer. Some of the more popular techniques are evaporative, stencil or screen printing, electroplating, electroless nickel, solder jetting, stud humping, decal transfer, punch and die, solder injection or extrusion, tacky dot process and ball placement. This paper will discuss the process steps for bumping wafers using these techniques. Critical cleaning is a requirement for each of these processes. Key contaminants that require removal are photoresist and flux residue. Removal of these contaminants requires wet processes, which will not attack, wafer metallization or passivation. Research has focused on enhanced cleaning solutions that meet this critical cleaning requirement. Process parameters defining time, temperature, solvency and impingement energy required to solvate and remove residues from bumped wafers will be presented herein.