• 대한금속재료학회지
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• 제49권5호
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• pp.411-418
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• 2011

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.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권1호
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• pp.77-85
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• 2004

플라즈마 리플로우 솔더링에서 솔더볼의 접합성을 향상시키기 위해 UBM(Under Bump Metallization)을 Ar-10vol%$H_2$플라즈마로 클리닝하는 방법을 연구하였다. UBM층은 Si 웨이퍼 위에 Au(두께; 20 nm)/ Cu(4 $\mu\textrm{m}$)/ Ni(4 $\mu\textrm{m}$)/ Al(0.4 $\mu\textrm{m}$)을 웨이퍼 측으로 차례대로 증착하였다. 무연 솔더로는Sn-3.5wt%Ag, Sn-3.5wt%Ag-0.7wt%Cu를 사용하였고 Sn-37wt%Pb를 비교 솔더로 사용하였다. 지름이500 $\mu\textrm{m}$인 솔더 볼을 플라즈마 클리닝 처리를 한 UBM과 처리하지 않은 UBM위에 놓고, Ar-10%$H_2$플라즈마 분위기에서 플럭스 리스 솔더링하였다. 이 결과는 플럭스를 사용하여 대기 중에서 열풍 리플로우한 결과와 비교하였다. 실험 결과, 플라즈마 클리닝 후 플라즈마 리플로우한 솔더의 퍼짐율이 클리닝 하지 않은 플라즈마 솔더링보다 20-40%정도 더 높았다. 플라즈마 클리닝 후 플라즈마 리플로우한 솔더 볼의 전단 강도는 약58-65MPa로, 플라즈마 클리닝 하지 않은 플라즈마 리플로우보다 60-80%정도 높았으며, 플럭스를 사용한 열풍 리플로우보다는 15-35%정도 높았다. 따라서 Ar-10%$H_2$가스를 사용하여 UBM에 플라즈마 클리닝하는 공정은 플라즈마 리플로우 솔더 볼의 접합강도를 향상시키는데 상당한 효과가 있는 것으로 확인되었다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회A
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• pp.250-255
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• 2008

This study utilized a high speed lap-shear test to evaluate the mechanical behavior of Sn-37Pb/Cu and Sn-37Pb/Electroless Nickel immersion Gold under bump metallization solder joints under high speed loading and hence the drop reliability. The samples were aged for 120 h at different temperatures ($120^{\circ}C,\;150^{\circ}C,\;170^{\circ}C$) and afterward tested at different displacement rates (0.01 mm/s to 500 mm/s) to examine the effects of aging on the drop life reliability. The combination of the stress-strain graphs captured from the shear tests and identifying a fracture mode dominant in the samples for different strain rates leads us to conclude that the drop reliability of solder joints degrades as the aging temperature increases, possibly due to the role of the IMC layer. This study successfully demonstrates that the analysis based on a high speed lap-shear test could be critically used to evaluate the drop reliability of solder joints.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 1999년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.708-711
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• 1999

The Cu/Ni/Au lamellar structure is extensively used as an under bump metallization on silicon file, and on printed circuit board(PCB) pads. Ni is plated Cu by either electroless Ni plating, or electrolytic Ni plating. Unlike the electrolytic Ni plating, the electroless Ni plating does not deposit pure Ni, but a mixture of Ni and phosphorous, because hypophosphite Is used in the chemical reaction for reducing Ni ions. The fracture crack extended at the interface between solder balls of plastic ball grid (PBGA) package and conducting pads of PCB. The fracture is duets to segregation at the interface between Ni$_3$Sn$_4$intermetallic and Ni-P layer. The XPS diffraction results of Cu/Ni/Au results of CU/Ni/AU finishs showed that the Ni was amorphous with supersaturated P. The XPS and EDXA results of the fracture surface indicated that both of the fracture occurred on the transition lesion where Sn, P and Ni concentrations changed.

• 한국표면공학회지
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• 제36권5호
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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.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권4호
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• pp.1-7
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• 2008

본 실험에서는 두가지 리플로 시스템에 따라 솔더 범프 내에 생성되는 금속간 화합물의 성장거동에 대하여 연구하였다. 산화막이 증착된 Si 기판 위에 직류 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 Ti(50 nm), Cu($1{\mu}m$), Au(50 nm), Ti(50 nm)의 박막을 형성한 후, 전해 도금을 이용하여 $5{\mu}m$두께의 Cu 범프와 $20{\mu}m$ 두께의 Sn 범프를 형성하였다. 급속열처리장치(RTA)와 일반 리플로를 이용하여 전해 도금으로 형성된 Sn($20{\mu}m$)/Cu($5{\mu}m$) 범프를 동일한 온도에서 각각 리플로 공정을 진행한 결과, 급속열처리장치를 이용하여 리플로를 할 때, 플럭스를 사용하지 않고 범프로 형성할 수 있었으며, 솔더 계면에 형성된 금속간 화합물이 일반 리플로의 경우보다 더 얇게 형성되었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제19권2호
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• pp.35-39
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• 2012

플립칩 접합시 발생하는 계면반응 거동과 접합특성을 계면에 생성되는 금속간화합물의 관점에서 접근하였다. 이를 위하여 Al/Cu와 Al/Ni의 under bump metallization(UBM) 층과 Sn-Cu계 솔더(Sn-3Cu, Sn-0.7Cu)와의 반응에 의한 금속간화합물의 형성거동 및 계면접합성을 분석하였다. Al/Cu UBM 상에서 Sn-0.7Cu 솔더를 리플로우한 경우에는 솔더/UBM 계면에서 금속간화합물이 형성되지 않았으며, Sn-3Cu를 리플로우한 경우에는 계면에서 생성된 $Cu_6Sn_5$ 금속간화합물이 spalling 되어 접합면이 분리되었다. 반면에 Al/Ni UBM 상에서 Sn-Cu계 솔더를 리플로우한 경우에는 0.7 wt% 및 3 wt%의 Cu 함량에 관계없이 $(Cu,Ni)_6Sn_5$ 금속간화합물이 계면에 형성되어 있었으며, 계면접합이 안정적으로 유지되었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권3호
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• pp.37-45
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• 2004

무전해 Ni(P)는 솔더링 특성과 부식저항성이 우수하고 표면 거칠기가 적으며 원하는 금속 상에 선택적으로 도금이 가능하여 전자패키지에서 반도체칩과 기판의 표면 금속층으로 촉 넓게 사용되고 있다. 그러나 솔더와의 반응 중 금속간 화합물의 spalling과 솔더 조인트에서의 취성파괴 문제가 성공적인 적용의 걸림돌이 되어 왔다. 본 연구에서는 각각 조성이 다른 세가지 Ni(P)막 (4.6,9, and $13 wt.\%$ P)을 사용하곡 솔더와의 반응시 무전해 Ni(P)막의 미세구조 및 상 변화와 금속간화합물의 spatting 거동을 면밀히 조사하였다. $Ni_3Sn_4$ 화합물 아래로 침투한 Sn과 P-rich layer ($Ni_3P$)와의 반응에 의해 $Ni_3SnP$ 층이 형성되며 $Ni_3SnP$ 층이 성장함에 따라 $Ni_3Sn_4$가 spalling됨이 관찰되었다. Spalling 후에는 Ni(P)막이 용융된 솔더와 직접 접촉하게 되어 Ni(P)막의 결정화가 가속화되고 $Ni_3P$상이 $Ni_2P$상으로 변태되었다. 또한 이러한 결정화 과정 중 Ni(P)막의 부피가 감소됨에 따라서 인장응력이 발생하여 막 내부에 크랙이 발생하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제13권1호통권38호
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• pp.23-29
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• 2006

Si-웨이퍼와 FR-4 기판을 상온에서 초음파 접합한 후, 접합부의 신뢰성을 평가하였다. Si-웨이퍼 상의 UBM(Under Bump Metallization)은 위에서부터 Cu/ Ni/ Al을 각각 $0.4{\mu}m,\;0.4{\mu}m,\;0.3{\mu}m$의 두께로 전자빔으로 증착하였다. FR-4 기판위의 패드는 위에서부터 Au/ Ni/ Cu를 각각 $0.05{\mu}m,\;5{\mu}m,\;18{\mu}m$의 두께로 전해 도금하여 형성하였다. 접합용 솔도로는 Sn-3.5wt%Ag을 두께 $100{\mu}m$으로 압연하여 사용하였다. 시편의 초음파 접합을 위하여 초음파 접합 시간을 0.5초에서 3.0초까지 0.5초 단위로 증가시키면서 상온에서 접합하였으며, 이 때 출력은 1,400W로 하였다. 실험 결과, 상온 초음파 접합법에 의해 신뢰성 있는 'Si-웨이퍼/솔더/FR-4기판' 접합부를 얻을 수 있었다. 접합부의 전단 강도는 접합 시간에 따라 증가하여 접합 시간 2.5초에서 65N으로 가장 높게 측정되었다. 이 후 접합 시간 3.0초에서는 전단 강도가 34N으로 감소하였는데, 이는 초음파 접합시간이 과도해지면서 Si-웨이퍼와 솔더 사이의 계면을 따라 균열이 발생되었기 때문으로 판단된다. 초음파 접합에 의해 Si-웨이퍼와 솔더 사이에서 생성된 금속간 화합물은 ($(Cu,Ni)_{6}Sn_{5}$)으로 확인되었다.