Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.25
no.4
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pp.9-15
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2018
This paper shows the principles and characteristics of the transient liquid phase (TLP) bonding technology for power modules packaging. The power module is semiconductor parts that change and manage power entering electronic devices, and demand is increasing due to the advent of the fourth industrial revolution. Higher operation temperatures and increasing current density are important for the performance of power modules. Conventional power modules using Si chip have reached the limit of theoretical performance development. In addition, their efficiency is reduced at high temperature because of the low properties of Si. Therefore, Si is changed to silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN). Various methods of bonding have been studied, like Ag sintering and Sn-Au solder, to keep up with the development of chips, one of which is TLP bonding. TLP bonding has the advantages in price and junction temperature over other technologies. In this paper, TLP bonding using various materials and methods is introduced. In addition, new TLP technologies that are combined with other technologies such as metal powder mixing and ultrasonic technology are also reviewed.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.13
no.1
s.38
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pp.23-29
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2006
Ultrasonic soldering of Si-wafer to FR-4 PCB at ambient temperature was investigated. The UBM of Si-substrate was Cu/ Ni/ Al from top to bottom with thickness of $0.4{\mu}m,\;0.4{\mu}m$, and $0.3{\mu}m$ respectively. The pad on FR-4 PCB comprised of Au/ Ni/ Cu from top to bottom with thickness of $0.05{\mu}m,\;5{\mu}m$, and $18{\mu}m$ respectively. Sn-3.5wt%Ag foil rolled to $100{\mu}m$ was used for solder. The ultrasonic soldering time was varied from 0.5 s to 3.0 s and the ultrasonic power was 1,400 W. The experimental results show that a reliable bond by ultrasonic soldering at ambient temperature was obtained. The shear strength increased with soldering time up to a maximum of 65 N at 2.5 s. The strength decreased to 34 N at 3.0 s because cracks were generated along the intermetallic compound between Si-wafer and Sn-3.5wt%Ag solder. The Intermetallic compound produced by ultrasonic soldering between the Si-wafer and the solder was $(Cu,Ni)_{6}Sn_{5}$.
The current study investigates the electroplating characteristics of Sn-Cu eutectic micro-bumps electroplated on a Si chip for flip chip application. Under bump metallization (UBM) layers consisting of Cr, Cu, Ni and Au sequentially from bottom to top with the aim of achieving Sn-Cu bumps $10\times10\times6$${\mu}m$ in size, with 20${\mu}m$ pitch. In order to determine optimal plating parameters, the polarization curve, current density and plating time were analyzed. Experimental results showed the equilibrium potential from the Sn-Cu polarization curve is -0.465 V, which is attained when Sn-Cu electro-deposition occurred. The thickness of the electroplated bumps increased with rising current density and plating time up to 20 mA/$cm^2$ and 30 min respectively. The near eutectic composition of the Sn-0.72wt%Cu bump was obtained by plating at 10 mA/$cm^2$ for 20 min, and the bump size at these conditions was $10\times10\times6$${\mu}m$. The shear strength of the eutectic Sn-Cu bump was 9.0 gf when the shearing tip height was 50% of the bump height.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.36
no.5
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pp.373-378
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2003
With increasing environmental concerns, application of lead-free solder and fluxless soldering process have been taken attention from the electronic packaging industry. Plasma treatment is one of the soldering methods for the fluxless soldering, and it can prevent environmental pollution cased by flux. On this study fluxless soldering process under $Ar-H_2$plasma using lead free solders such as Sn-3.5 wt%Ag, Sn-3.5 wt%Ag-0.7 wt%Cu and Sn-37%Pb for a reference was investigated. As the plasma reflow has higher soldering temperature than normal air reflow, the effects of UBM(Under Bump Metallization) thickness on the interfacial reaction and bonding strength can be critical. Experimental results showed in case of the thin UBM, Au(20 nm)/Cu(0.3 $\mu\textrm{m}$)/Ni(0.4 $\mu\textrm{m}$)/Al(0.4 $\mu\textrm{m}$), shear strength of the soldered joint was relatively low as 19-27㎫, and it's caused by the crack observed along the bonded interface. The crack was believed to be produced by the exhaustion of the thin UBM-layer due to the excessive reaction with solder under plasma. However, in case of thick UBM, Au(20 nm)/Cu(4 $\mu\textrm{m}$)/Ni(4 $\mu\textrm{m}$)/Al(0.4 $\mu\textrm{m}$), the bonded interface was sound without any crack and shear strength gives 32∼42㎫. Thus, by increasing UBM thickness in this study the shear strength can be improved to 50∼70%. Fluxed reflow soldering under hot air was also carried out for a reference, and the shear strength was 48∼52㎫. Consequently the fluxless soldering with plasma showed around 65∼80% as those of fluxed air reflow, and the possibility of the $Ar-H_2$ plasma reflow was evaluated.
Kim, Jeong-Mo;Jo, Seon-Yeon;Kim, Gyu-Seok;Lee, Yeong-U;Jeong, Jae-Pil
Proceedings of the KWS Conference
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2005.06a
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pp.54-56
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2005
Ultrasonic soldering using of Si-wafer to FR-4 PCB atroom temperature was investigated. Sn3.5Ag foil rolled $100{\mu}m$ was used for solder. The UBM of Si-die was Cu/ Ni/ Al from top to bottom and its thickness was $0.4{\mu}m$, $0.4{\mu}m$, $0.3{\mu}m$ respectively. Pad on FR-4 PCB comprised of Au/ Ni/ Cu from top to bottom and its thickness was $0.05{\mu}m$, $5{\mu}m$, $18{\mu}m$ respectively. The ultrasonic soldering time was changed from 0.5sec to 3.0sec and its power 1400W. As experimental result, reliable bond joint by ultrasonic at room temperature was obtained. The shear strength increased with soldering time up to 2.5 sec. That means at 2.5sec, the shear strength showed maximum rate of 65.23N. The strength decreased to 33.90N at 3.0 sec because the cracks generated along the intermetallic compound between Si-wafer and Sn-3.5mass%Ag solder. intermetallic compound produced by ultrasonic between the solder and the Si-die was $(Cu, Ni)_{6}Sn_{5}$ and the intermetallic compound between solder and pad on FR-4 was $(Ni, Cu)_{3}Sn_{4}$.
Kim, Sung-Min;Yu, Young-Jun;Cho, Mi-Hyang;Kwon, Yong-Hoon;Kim, Hyung-Il;Seol, Hyo-Joung
Korean Journal of Dental Materials
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v.42
no.2
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pp.95-106
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2015
Hardening mechanism associated with post-firing heat treatment of softening heat treated and then firing simulated Pd-Ag-Au alloy for bonding porcelain was examined by observing the change in hardness, crystal structure and microstructure. By post-firing heat treatment of as-cast, solution treated and pre-firing heat treated specimens at $650^{\circ}C$ after casting, the hardness value increased within 10 minutes. Then, hardness consistently increased until 30 minutes, and gap of hardness value among the specimens was reduced. The increase in hardness after post-firing heat treatment was caused by grain interior precipitation in the matrix. The softening heat treatment did not affect the increase in hardness by post-firing heat treatment. The precipitated phase from the parent Pd-Ag-Au-rich ${\alpha}$ phase with face-centered cubic structure by post-firing heat treatment was $Pd_3$(Sn, In) phase with face-centered tetragonal structure, which has lattice parameters of $a_{200}=4.0907{\AA}$, $c_{002}=3.745{\AA}$. From above results, appropriate post-firing heat treatment in order to support the hardness of Pd-Ag-Au metal substructure was expected to bring positive effects to durability of the prosthesis.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.14
no.4
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pp.63-69
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2007
We investigated interconnection processes using Cu vias for MEMS sensor packages. Ag paste layer was formed on a glass substrate and used as a seed layer for electrodeposition of Cu vias after bonding a Si substrate with through-via holes. With applying electrodeposition current densities of $20mA/cm^2\;and\;30mA/cm^2$ at direct current mode to the Ag paste seed-layer, Cu vias of $200{\mu}m$ diameter and $350{\mu}m$ depth were formed successfully without electrodeposition defects. Interconnection processes for MEMS sensor packages could be accomplished with Ti/Cu/Ti line formation, Au pad electrodeposition, Sn solder electrodeposition and reflow process on the Si substrate where Cu vias were formed by Cu electrodeposition into through-via holes.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.15
no.2
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pp.29-36
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2008
In this paper, mechanical reliability issues of copper through-wafer interconnections are investigated numerically and experimentally. A hermetic wafer level packaging for MEMS devices is developed. Au-Sn eutectic bonding technology is used to achieve hermetic sealing, and the vertical through-hole via filled with electroplated copper for the electrical connection is also used. The MEMS package has the size of $1mm{\times}1mm{\times}700{\mu}m$. The robustness of the package is confirmed by several reliability tests. Several factors which could induce via hole cracking failure are investigated such as thermal expansion mismatch, via etch profile, and copper diffusion phenomenon. Alternative electroplating process is suggested for preventing Cu diffusion and increasing the adhesion performance of the electroplating process. After implementing several improvements, reliability tests were performed, and via hole cracking as well as significant changes in the shear strength were not observed. Helium leak testing indicated that the leak rate of the package meets the requirements of MIL-STD-883F specification.
In this paper, we propose a method which can improve uniformity of a miniaturized electron beam array for inspection of very small pattern with high speed using vertical interconnection. This method enables the individual control of columns so that it can reduce the deviation of beam current, beam size, scan range and so on. The test device that used vertical interconnection method was fabricated by multiple wafer bonding and metal reflow. Two silicon and one glass wafers were bonded and metal interconnection by melting of electroplated AuSn was performed. The contact resistance was under $10{\Omega}$.
The uncooled microbolometer thermal sensor for low cost and mass volume was designed to target the new infrared market that includes smart device, automotive, energy management, and so on. The microbolometer sensor features 80x60 pixels low-resolution format and enables the use of wafer-level vacuum packaging (WLVP) technology. Read-out IC (ROIC) implements infrared signal detection and offset correction for fixed pattern noise (FPN) using an internal digital to analog convertor (DAC) value control function. A reliable WLVP thermal sensor was obtained with the design of lid wafer, the formation of Au80%wtSn20% eutectic solder, outgassing control and wafer to wafer bonding condition. The measurement of thermal conductance enables us to inspect the internal atmosphere condition of WLVP microbolometer sensor. The difference between the measurement value and design one is $3.6{\times}10-9$ [W/K] which indicates that thermal loss is mainly on account of floating legs. The mean time to failure (MTTF) of a WLVP thermal sensor is estimated to be about 10.2 years with a confidence level of 95 %. Reliability tests such as high temperature/low temperature, bump, vibration, etc. were also conducted. Devices were found to work properly after accelerated stress tests. A thermal camera with visible camera was developed. The thermal camera is available for non-contact temperature measurement providing an image that merged the thermal image and the visible image.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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