초록
Cu 칩의 Cu 패드 위에 솔더 플립칩 공정에 응용하기 위한 무전해 구리/니켈 UBM (Under Bump Metallurgy) 층을 형성하고 그 특성을 조사하였다. Sn-36Pb-2Ag 솔더 범프와 무전해 구리 및 무전해 니켈 충의 사이의 계면 반응을 이해하고, UBM의 종류와 두계에 따른 솔더 범프 접합(joint) 강도 특성의 변화를 살펴보았다. UBM의 종류에 따른 계면 미세 구조, 특히 금속간 화합물 상 및 형태가 솔더 접합 강도에 크게 영향을 미치는 것을 확인하였다. 무전해 구리 UBM의 경우에는 솔더와의 계면에서 연속적인 조가비 모양의 Cu$_{6}$Sn$_{5}$상이 빠르게 형성되어 파단이 이 계면에서 발생하여 낮은 범프 접합 강도 값을 나타내었다. 무전해 니켈/무전해 구리 UBM에서는 금속간 화합물 성장이 느리고, 비정질로 도금되는 무전해 Ni의 륵성으로 인해 금속간 화합물과의 결정학적 불일치가 커져 다각형의 Ni$_3$Sn$_4$상이 형성되어 무전해 구리 UBM의 경우에 비해 범프 접합 강도가 높게 나타났다. 따라서 무전해 도금을 이용하여 Cu 칩의 Cu pad 위에 솔더 플립칩 공정에 응용하기 위한 UBM 제작시 무전해 니켈/무전해 구리 UBM을 선택하는 것이 접합 강도 측면에서 유리하다는 것을 확인하였다.다.
In this study, a new UBM materials system for solder flip chip interconnection of Cu pads were investigated using electroless copper (E-Cu) and electroless nickel (E-Ni) plating method. The interfacial reaction between several UBM structures and Sn-36Pb-2Ag solder and its effect on solder bump joint mechanical reliability were investigated to optimife the UBM materials design for solder bump on Cu pads. Fer the E-Cu UBM, continuous coarse scallop-like $Cu_{6}$ $Sn_{5}$ , intermetallic compound (IMC) was formed at the solder/E-Cu interface, and bump fracture occurred this interface under relative small load. In contrast, Fer the E-Ni/E-Cu UBM, it was observed that E-Ni effectively limited the growth of IMC at the interface, and the Polygonal $Ni_3$$Sn_4$ IMC was formed because of crystallographic mismatch between monoclinic $Ni_3$$Sn_4$ and amorphous E-Ni phase. Consequently, relatively higher bump adhesion strength was observed at E-Ni/E-Cu UBM than E-Cu UBM. As a result, it was fecund that E-Ni/E-Cu UBM material system was a better choice for solder flip chip interconnection on CU PadS.