• 한국재료학회지
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• 제22권10호
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• pp.545-551
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• 2012

In semiconductor manufacturing, the circuit integrity of packaged BGA devices is tested by measuring electrical resistance using test sockets. Test sockets have been reported to often fail earlier than the expected life-time due to high contact resistance. This has been attributed to the formation of Sn oxide films on the Au coating layer of the probe pins loaded on the socket. Similar to contact failure, and known as "fretting", this process widely occurs between two conductive surfaces due to the continual rupture and accumulation of oxide films. However, the failure mechanism at the probe pin differs from fretting. In this study, the microstructural processes and formation mechanisms of Sn oxide films developed on the probe pin surface were investigated. Failure analysis was conducted mainly by FIB-FESEM observations, along with EDX, AES, and XRD analyses. Soft and fresh Sn was found to be transferred repeatedly from the solder bump to the Au surface of the probe pins; it was then instantly oxidized to SnO. The $SnO_2$ phase is a more stable natural oxide, but SnO has been proved to grow on Sn thin film at low temperature (< $150^{\circ}C$). Further oxidation to $SnO_2$ is thought to be limited to 30%. The SnO film grew layer by layer up to 571 nm after testing of 50,500 cycles (1 nm/100 cycle). This resulted in the increase of contact resistance and thus of signal delay between the probe pin and the solder bump.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권2호
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• pp.37-45
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• 2008

본 논문에서는 유기 기판 위에 $100{\mu}m$ 피치를 갖는 플립칩 구조인 Cu(60 um)/SnAg(20 um) 더블 범프 플립칩 어셈블리를 구현하여 이의 리플로우, 고온 유지 신뢰성, 열주기 신뢰성, Electromigration 신뢰성을 평가하였다. 먼저, 리플로우의 경우 횟수와 온도에 상관없이 범프 접속 저항의 변화는 거의 나타나지 않음을 알 수 있었다. 125도 고온 유지 시험에서는 2000시간까지 접속 저항 변화가 관찰되지 않았던 반면, 150도에서는 Kirkendall void의 형성으로 인한 접속 저항의 증가가 관찰되었다 또한 Electromigration 시험에서는 600시간까지 불량이 발생하지 않았는데 이는 Al금속 배선에서 유발되는 높은 전류 밀도가 Cu 칼럼의 높은 두께로 인해 솔더 영역에서는 낮아지기 때문으로 해석되었다. 열주기 시험의 경우, 400 cycle 이후부터 접속 저항의 증가가 발견되었으며, 이는 열주기 시험 동안 실리콘 칩과 Cu 칼럼 사이에 작용하는 압축 변형에 의해 그 사이에 있는 Al 및 Ti 층이 바깥쪽으로 밀려나감으로 인해 발생하는 것으로 확인되었다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제24권12호
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• pp.1120-1127
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• 2013

본 논문에서는 칩온웨이퍼(Chip on Wafer: CoW) 공정기술을 이용한 새로운 칩온칩(Chip on Chip: CoC) 플립칩 범프 구조들을 제안하여 설계, 제작하고, 초고주파 영역에서의 응답 특성을 분석하였다. Cu 필러(Pillar)/SnAg, Cu 필러/Ni/SnAg의 기존 범프들, 그리고 SnAg, Cu 필러/SnAg, Cu 필러/Ni/SnAg를 Polybenzoxazole(PBO)로 보호한 새로운 범프들을 구성하여 웨이퍼의 $2^{nd}$ Polyimide(PI2) 층의 도포 유무에 따라 10가지 형태의 CoC 샘플들을 구조 설계하였고, 20 GHz까지의 주파수 특성이 고찰되었다. 측정 결과를 고려할 때 PI2 층이 도포된 소자들이 본 실험에 사용된 배치 플립칩 공정에 더 적합함을 알 수 있었고, 18 GHz에서 평균 0.14 dB의 삽입 손실을 보였다. 미세 패드 간격을 가지는 칩의 패키지 용도로 새로 개발된 범프들의 삽입 손실(0.11~0.14 dB)은 기존 범프들의 삽입 손실(0.13~0.17 dB)과 비교해 18 GHz까지 유사한 성능을 보이거나, 다소 좋은 특성을 보여 높은 집적도를 요구하는 다양한 초고주파 패키지에 활용될 수 있음이 확인되었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제16권4호
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• pp.9-15
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• 2009

Cu pillar 범프를 사용한 플립칩 기술은 솔더범프를 사용한 플립칩 공정에 비해 칩과 기판 사이의 거리를 감소시키지 않으면서 미세피치 접속이 가능하다는 장점이 있다. Cu pillar 범프를 사용한 플립칩 공정은 미세피치화와 더불어 기생 캐패시턴스를 억제하기 위해 칩과 기판 사이에 큰 거리가 요구되는 RF 패키지에서도 유용한 칩 접속공정이다. 본 연구에서는 Sn 캡을 형성한 Cu pillar 범프와 Sn 캡이 없는 Cu pillar 범프를 전기도금으로 형성한 후 플립칩 접속하여 Cu-Sn-Cu 샌드위치 접속구조를 형성하였다. Cu pillar 범프 상에 Sn 캡의 높이를 변화시키며 전기도금한 후, Sn 캡의 높이에 따른 Cu-Sn-Cu 샌드위치 접속구조의 접속저항과 칩 전단하중을 분석하였다. 직경 $25\;{\mu}m$, 높이 $20\;{\mu}m$인 Cu pillar 범프들을 사용하여 형성한 Cu-Sn-Cu 샌드위치 접속구조에서 $10{\sim}25\;{\mu}m$ 범위의 Sn 캡 높이에 무관하게 칩과 기판 사이의 거리는 $44\;{\mu}m$으로 유지되었으며, 접속부당 $14\;m{\Omega}$의 평균 접속저항을 나타내었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제5권1호
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• pp.7-18
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• 1998

In the flip chip interconnection on organic substrates using eutectic Pb/Sn solder bumps highly reliable Under Bump Metallurgy (UBM) is required to maintain adhesion and solder wettability. Various UBM systems such as 1$\mu$m Al/0.2$\mu$m Pd/1$\mu$m Cu, laid under eutectic Pb/Sn solder were investigated with regard to their interfacial reactions and adhesion proper-ties. The effects of numbers of solder reflow and aging time on the growth of intermetallic compounds (IMCs) and on the solder ball shear strength were investigated. Good ball shear strength was obtained with 1$\mu$m Al/0.2$\mu$m Ti/5$\mu$m Cu and 1$\mu$m Al/0.2$\mu$m ni/1$\mu$m Cu even after 4 solder reflows or 7 day aging at 15$0^{\circ}C$. In contrast 1$\mu$m Al/0.2$\mu$m Ti/1$\mu$m Cu and 1$\mu$mAl/0.2$\mu$m Pd/1$\mu$m 쳐 show poor ball shear strength. The decrease of the shear strength was mainly due to the direct contact between solder and nonwettable metal such as Ti and Al resulting in a delamination. In this case thin 1$\mu$m Cu and 0.2$\mu$m Pd diffusion barrier layer were completely consumed by Cu-Sn and pd-Sn reaction.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2002년도 추계기술심포지움논문집
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• pp.33-37
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• 2002

본 연구에서는 전해도금법을 이용하여 플립칩용 Ni, Ni-Cu 합금 UBM (Under Bump Metallurgy) 및 Sn-Ag 무연 솔더 범프를 형성하였다. 솔더 범프의 전해도금시 고속도금 방법으로 균일한 범프 높이를 갖도록 하는 도금 조건 및 도금 기판의 역할로서의 UBM의 영향을 조사하였다. Cu/Ni-Cu 합금/Cu UBM을 적용한 경우 음극시편의 전극 접점수를 증가시켰을 때 비교적 균일한 솔더 범프를 형성시킬 수 있었던 반면, Ni UBM의 경우는 접점수를 증가시켜도 다소 불균일한 솔더 범프를 형성하였다. 리플로 시간을 변화하여 범프 전단 강도 및 파단 특성을 조사하였는데 Ni UBM의 경우 Cu/Ni-Cu 합금/Cu UBM에 비해 전단강도가 다소 낮은 값을 가졌고 금속막이 웨이퍼에서 분리되는 파괴 거동이 관찰되었다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2004년도 추계 기술심포지움 초록집
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• pp.66-66
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• 2004

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권4호
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• pp.43-48
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• 2004

상부 칩과 하부 기판이 모두 Si으로 구성되어 있는 플립칩 패키지 시편을 제조하여 $130{\~}160^{\circ}C$의 온도 범위에서 $3{\~}4{\times}10^4 A/cm^2$의 전류밀도를 가하여 주면서 플립칩 본딩된 Sn-3.5Ag-0.5Cu 솔더범프의 electromigration 거동을 분석하였다. Sn-3.5Ag-0.5Cu 솔더범프의 cathode로부터 anode로의 electromigration에 의해 Cu UBM이 완전히 소모되어 cathode부위에서 void가 형성됨으로써 파괴가 발생하였다. Sn-3.5Ag-0.5Cu 솔더범프의 electromigration에 대한 활성화 에너지는 $3{\times}10^4 A/cm^2$의 전류밀도에서는 0.61 eV, $3.5{\times}10^4 A/cm^2$의 전류밀도에서는 0.63 eV, $4{\times}10^4 A/cm^2$의 전류밀도에서는 0.77 eV로 측정되었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제31권1호
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• pp.35-42
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• 2024

최근 반도체 칩의 소형화 및 고집적화에 따라 미세 피치에 의한 범프 브리지 (bump bridge) 현상이 문제점으로 주목받고 있다. 이에 따라 범프 브리지 현상을 최소화할 수 있는 Cu pillar bump가 미세 피치에 대응하기 위해 반도체 패키지 산업에서 널리 적용되고 있다. 고온의 환경에 노출될 경우, 접합부 계면에 형성되는 금속간화합물(Intermetallic compound, IMC)의 두께가 증가함과 동시에 일부 IMC/Cu 및 IMC 계면 내부에 Kirkendall void가 형성되어 성장하게 된다. IMC의 과도한 성장과 Kirkendall void의 형성 및 성장은 접합부에 대한 기계적 신뢰성을 약화시키기 때문에 이를 제어하는 것이 중요하다. 따라서, 본 연구에서는 CS(Cu+ Sn-1.8Ag Solder) 구조 Cu pillar bump의 등온 시효 처리에 따른 접합부 특성 평가가 수행되었으며 그 결과가 보고되었다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.267-271
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• 2004

The joint strength and fracture surface of Sn-Pb solder bump in photo diode packages after isothermal aging testing were studied experimentally. Cu/Sn-Pb solders were adopted, and aged for up to 900 hours at 12$0^{\circ}C$ and 17$0^{\circ}C$ to analyze the effect of intermetallic compound(IMC). In 900-hour aging experiments, the maximum shea strength of Sn-Pb solder decreased by 20％ and 9％. The diffraction patterns of Cu$_{6}$Sn$_{5}$, scallop-shape IMC, and planar-shape Cu$_3$Sn were observed by Transmission Electron Microscopy (TEM).EM).