Cu pillar 범프 내의 금속간화합물 성장거동에 미치는 시효처리의 영향

Effect of Thermal Aging on the Intermetallic compound Growth kinetics in the Cu pillar bump

시효처리에 따른 Cu pillar 범프 내 다양한 계면에서의 금속간화합물 성장거동을 각각 120, 150, $165^{\circ}C$의 온도에서 300시간동안 시효처리하면서 연구하였다. 분석 결과 Cu pillar와 SnPb 계면에서는 $Cu_6Sn_5$와 $Cu_3Sn$이 관찰되었고, 시효처리 시간이 경과함에 따라 parabolic 형태로 성장하였다. 또한 시효처리 온도가 높을수록 시간에 따른 $Cu_6Sn_5$와 $Cu_3Sn$의 성장속도는 더욱 빨랐다. kirkendall void는 Cu Pillar와 $Cu_3Sn$ 사이의 계면과 $Cu_3Sn$ 내부에서 형성되었고, 시효처리 시간이 경과함에 따라 성장하였다. 리플로우 후에 SnPb와 Ni(P)사이의 계면에서는 $(Cu,Ni)_6Sn_5$가 형성되었고, 시효처리 시간에 따른 $(Cu,Ni)_6Sn_5$거 두께 변화는 관찰되지 않았다. 시효처리 온도와 시간에 따른 금속간화합물의 두께 변화를 이용하여 전체$(Cu_6Sn_5+Cu_3Sn)$금속간화합물과 $Cu_6Sn_5,\;Cu_3Sn$ 금속간화합물의 성장에 대한 활성화 에너지를 구해본 결과 각각 1.53, 1.84, 0.81 eV의 값을 가지고 있었다.

Growth kinetics of intermetallic compound (IMC) at various interface in Cu pillar bump during aging have been studied by thermal aging at 120, 150 and $165^{\circ}C$ for 300h. In result, $Cu_6Sn_5\;and\;Cu_3Sn$ were observed in the Cu pillar/SnPb interface and IMC growth followed parabolic law with increasing aging temperatures and time. Also, growth kinetics of IMC layer was faster for higher aging temperature with time. Kirkendall void formed at interface between Cu pillar and $Cu_3Sn$ as well as within the $Cu_3Sn$ layer and propagated with increasing time. $(Cu,Ni)_6Sn_5$ formed at interface between SnPb and Ni(P) after reflow and thickness change of $(Cu,Ni)_6Sn_5$ didn't observe with aging time. The apparent activation energies for growth of total $(Cu_6Sn_5+Cu_3Sn),\;Cu_6Sn_5\;and\;Cu_3Sn$ intermetallics from measurement of the IMC thickness with thermal aging temperature and time were 1.53, 1.84 and 0.81 eV, respectively.