• 대한기계학회논문집A
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• 제41권6호
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• pp.443-453
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• 2017

반도체 플립칩 패키지에서 구리기둥 범프 기술은 미세 피치 및 높은 I/O 밀도로 인해 기존의 솔더 범프 접합 기술을 대체하는 중이다. 그러나 구리기둥 범프는 리플로우 접합 공정 사용 시, 구리 범프의 높은 강성으로 인해 패키지에 높은 응력을 초래한다. 따라서 최근에 플립칩 공정에서 발생하는 패키지의 높은 응력 및 휨을 감소시키기 위해 열압착 공정 기술이 시도되고 있다. 본 연구에서는 플립칩 패키지의 열압착 공정과 리플로우 공정에서 발생하는 휨에 대해 수치해석을 이용하여 분석하였다. 패키지의 휨 최소화를 위한 본딩 공정 조건 최적화를 위해 본딩 툴 및 스테이지의 온도, 본딩 압력에 대한 휨 영향을 검토하였다. 또한 칩과 기판의 면적 및 두께가 패키지의 휨에 주는 영향을 분석하였다. 이를 통해, 향후 미세피치 접합부 형성 시 휨 및 응력을 최소화하기 위한 가이드라인을 제시하고자 하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제28권12호
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• pp.1856-1863
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• 2004

In the last 50 years, lead-contained solder materials have been the most popular interconnect materials used in the electronics industry. Recently, lead-free solders are about to replace lead-contained solders for preventing environmental pollutions. However, the reliability of lead-free solders is not yet satisfactory. Several researchers reported that lead-contained solders have a good fatigue property. The others published that the lead-free solders have a longer thermal fatigue life. In this paper, the reason for the contradictory results published on the estimation of fatigue life of lead-free solder is investigated. In the present study, fatigue behavior of 63Sn37Pb, and two types of lead-free solder joints were compared using pseudo-power cycling testing method, which provides more realistic load cycling than chamber cycling method does. Pseudo-power cycling test was performed in various temperature ranges to evaluating the shear strain effect. A nonlinear finite element model was used to simulate the thermally induced visco-plastic deformation of solder ball joint in BGA packages. It was found that lead-free solder joints have a good fatigue property in the small temperature range condition. That condition induce small strain amplitude. However in the large temperature range condition, lead-contained solder joints have a longer fatigue life.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.113.2-113.2
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• 2011

Sn-Ag계 합금은 대표적인 무연 솔더 조성으로 전자제품의 실장 및 접합에 적용되어 왔으며, 태양전지 분야에서도 모듈의 전극과 bus바로 사용되는 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 그러나 최근 Ag 가격의 급격한 상승과 솔더 접합부의 신뢰성을 보다 향상시키고자 Ag의 함량을 줄이고 다원계 합금 조성의 무연 솔더 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 실험에서는 기존의 연구 결과를 바탕으로 Sn-1.0Ag-0.5Cu-0.4In 4원계 무연솔더 조성에 Bi를 첨가하여 최적의 융점과 용융구간을 가지는 5원계 Sn-Ag-Cu-In-Bi 계 솔더 합금을 설계하였다. 이 설계된 합금은 기존의 유연 솔더인 Sn-Pb와 대표적인 무연 솔더인 Sn-3.5Ag와 각각의 특성을 비교 분석하였다. 젖음성을 평가하기 위하여 wetting balance tester를 이용하여 실험을 행하였고 Differential Scanning Calorimetry(DSC)를 분석하여 젖음 정도와 조성 분석 및 고상점과 액상점 등의 녹음 거동을 확인하였다. 또한 각각의 조성별 전단응력에 따른 파괴 거동을 분석하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제23권2호
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• pp.49-55
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• 2016

차세대 반도체의 초미세 Cu 배선 확산방지층 적용을 위해 원자층증착법(atomic layer deposition, ALD) 공정을 이용하여 증착한 RuAlO 확산방지층과 Cu 박막 계면의 계면접착에너지를 정량적으로 측정하였고, 환경 신뢰성 평가를 수행하였다. 접합 직후 4점굽힘시험으로 평가된 계면접착에너지는 약 $7.60J/m^2$으로 측정되었다. $85^{\circ}C$/85% 상대습도의 고온고습조건에서 500시간이 지난 후 측정된 계면접착에너지는 $5.65J/m^2$로 감소하였으나, $200^{\circ}C$에서 500시간 동안 후속 열처리한 후에는 $24.05J/m^2$으로 계면접착에너지가 크게 증가한 것으로 평가되었다. 4점굽힘시험 후 박리된 계면은 접합 직후와 고온고습조건의 시편의 경우 RuAlO/$SiO_2$ 계면이었고, 500시간 후속 열처리 조건에서는 Cu/RuAlO 계면인 것으로 확인되었다. X-선 광전자 분광법 분석 결과, 고온고습조건에서는 흡습으로 인하여 강한 Al-O-Si 계면 결합이 부분적으로 분리되어 계면접착에너지가 약간 낮아진 반면, 적절한 후속 열처리 조건에서는 효과적인 산소의 계면 유입으로 인하여 강한 Al-O-Si 결합이 크게 증가하여 계면접착에너지도 크게 증가한 것으로 판단된다. 따라서, ALD Ru 확산방지층에 비해 ALD RuAlO 확산방지층은 동시에 Cu 씨앗층 역할을 하면서도 전기적 및 기계적 신뢰성이 우수할 것으로 판단된다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 추계학술발표대회
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• pp.29.1-29.1
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• 2009

반도체 공정에서의 금속 배선 공정은 매우 중요한 공정 중 하나이다. 기존에 사용되던 알루미늄이 한계에 다다르면서, 대체 재료로 사용되고있는 구리는 낮은 비저항, 높은 열전도도, 우수한 electromigration(EM)저항특성 등을 바탕으로 차세대 nano-scale집적회로의 interconnect application에 적합한 금속재료로서 각광받고 있다. Electroplating을 위한 구리 seed layer CVD 공정은 타 공정에 비해 step coverage가 우수한 막을 증착할 수 있어 고집적 소자의 구현이 가능하다. 본 연구에 이용된 2가 전구체 Cu(dmamb)2는 높은 증기압과 높은 활성화 에너지를 가짐으로서 열적안정성 및 보관안정성이 우수하며, 플루오르를 함유하지 않아 친환경적이다. 구리 증착 전 기판에 plasma 처리를 하면 표면 morphology가 변함에 따라 표면 에너지가 변화하고, 이는 구리의 2차원 성장에 유리하게 작용할 것으로 여겨진다. Plasma의 조건변화에 따른 기판의 morphology 변화 및 성막된 구리의 특성 변화를 분석하였다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제25권2호
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• pp.76-81
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• 2007

Solder bumps have been used to interconnect the chip and substrate, and the size of the solder bump decreases below $100{\mu}m$ to accommodate higher packaging density. In order to fabricate solder bumps, a mold to chip transfer process is suggested in this work. Since the thin stainless steel mold is not wet by the solder, the molten solder is forced to fill the mold cavities with ultrasonic vibration. The solders within the mold cavities are transferred to the Cu pads on the polyimide film through reflow soldering.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2011년도 춘계학술대회 및 Fine pattern PCB 표면 처리 기술 워크샵
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• pp.51-52
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• 2011

본 연구에서는 전해 구리도금막과 SiN 피복층 사이의 힐락 (Hillock) 및 보이드 (Void) 결함에 미치는 전해 구리도금 공정 및 CVD SiN 피복층 증착 전 NH3 플라즈마 처리 효과에 대해 연구하였다. SiN 피복층 증착전 NH3 플라즈마 효과를 정량화하기 위해 실험계획법을 이용해 NH3 플라즈마 공정 인자가 힐락 결함의 밀도에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. 실험결과, 힐락 결함의 밀도는 NH3 플라즈마 인가 시간에 비례한다는 것을 알았다. 보이드 결함의 경우, 구리 씨앗층 및 NH3 플라즈마 조건의 최적화를 통해 구리 씨앗층의 표면 조도를 최소화할 경우 보이드 결함이 최소화된다는 것을 알 수 있었다. 이는 구리 씨앗층의 표면 조도를 최소화함에 따라 전해 구리도금막의 결정립 크기가 커져 결정립 계면에 존재하는 불순물 양이 줄어들었기 때문인 것으로 사료된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권3호
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• pp.9-15
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• 2004

PMSSQ (Poly Methyl Silsesquioxane)-based matrix에 BTMSE (Bis Tri Methoxy Silyl Ethane) 를 첨가한 low-k물질의 전기적 특성을 조사하였다. 우리는 절연체로 copolymer를 사용하여 금속-절연체 -실리콘 구조를 만들고 BTS 실험을 통하여 누설 전류와 파괴 시간을 측정하였다. 코 폴리머의 기공이 $30\%$ 이상이 되었을 때, 파괴 시간이 급속하게 감소되어 진다. 온도에 관하여 파괴 시간으로부터 코 폴리머를 통한 구리 확산의 활성화 에너지는 1.51eV가 측정되었다.

• 한국진공학회지
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• 제16권5호
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• pp.348-352
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• 2007

반도체 기술이 초고집적화 되어감에 따라 미세화공정에 의하여 소자의 크기가 급격히 줄어들고 있으며, 공정에서는 선폭이 크게 줄어드는 추세이다. 또한 박막을 다층으로 제조하여 소자의 집적도를 높이는 것이 중요한 이슈가 되고 있다. 이와 같은 수많은 제조 공정을 거치는 동안, Si 기판과 금속 박막사이에는 확산에 의한 많은 문제점들이 발생되고 있기 때문에, 이러한 금속과 Si 사이의 확산을 방지하는 것이 큰 이슈로 부각되어 왔다. 특히 Cu는 낮은 온도에서도 Si과 확산을 일으켜 Si 기판과 접합에서 확산에 의한 소자 failure 등이 문제로 발생하게 되며, 또한 선폭이 줄어듦에 따라 고열이 발생하여 실리콘으로 spiking이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위하여 본 논문에서는 질소와 탄소를 첨가한 3개의 화합물로 구성된 Tungsten-Carbon-Nitrogen (W-C-N) 확산방지막을 사용하였다. 실험은 물리적 기상 증착법(PVD)으로 질소비율을 변화하며 확산방지막을 증착하였고, 이를 여러 가지 온도에서 열처리하여 열적인 안정성에 대한 실험을 실시하였다. 결정구조를 확인하기 위하여 X-ray Diffraction 분석을 통하여 확산방지막의 특성을 연구하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제24권2호
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• pp.69-74
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• 2017

인쇄전자소자 금속 배선의 고온 신뢰성 평가를 위해 스크린 프린팅 기법으로 도포된 Ag 박막과 폴리이미드 기판 사이의 계면접착력을 $200^{\circ}C$ 후속 열처리 시간에 따라 $180^{\circ}$ 필 테스트를 통해 평가하였고, 박리 계면 미세구조를 분석하였다. 후속 열처리 전 필 강도는 약 16.7 gf/mm 이었고, 열처리 24 시간 후 필 강도는 29.4 gf/mm까지 증가하였는데, 이는 초기 열처리에 의해 접합계면에서 Ag-O-C 화학 결합의 증가와 바인더의 organic bridges 효과가 주 원인인 것으로 판단된다. 한편, 열처리 시간이 48, 100, 250, 500 시간으로 더욱 증가함에 따라 필 강도는 각각 22.3, 3.6, 0.6, 0.1 gf/mm으로 급격히 감소하는 거동을 보였다. 이는 $200^{\circ}C$의 고온에서 장시간 노출되었을 때 Cu/Ag 계면 산화막 형성이 주 원인인 것으로 판단된다.