• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권4호
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• pp.11-17
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• 2010

차세대 패키징 기술을 실현하기 위해서는 극복해야 할 기술적인 과제들이 많이 존재한다. 그 중에서 솔더 접합부의 EM에 의한 고장은 오랜전부터 알려진 과제이지만, 고밀도화, 파인핏치화, 발열문제가 심각해지면서 현실적인 문제로 인식되기 시작했다. 더욱이 솔더가 무연화 되면서 다양해진 구성원소들의 영향에 대한 연구가 시작되었다. 지금까지의 연구결과를 종합해보면 Sn-Pb 공정솔더 보다 무연솔더는 EM에 대한 저항성이 강한 것으로 보여진다. 하지만, 무연솔더 접합부에서 발생하는 EM현상에 대해서는 아직 밝혀지지 않은 부분이 많다. 보이드의 핵 생성 및 성장속도와 전기저항의 급격한 변화와의 관계, Sn 결정립의 방향과 전류밀도에 따른 마이그레이션 속도계수와 수명예측기술, 각종 무연솔더와 시험조건에서의 언더필의 효과 등에 관한 다양한 연구가 필요하다. 또한 무연 플립칩 패키지의 총체적인 신뢰성 확보를 위해, EM과 반도체칩 내부배선의 발열에 기인하는 Thermomigraton, 응력에 기인하는 Stress-migration과의 상관관계에 대한 연구도 요구된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제12권4호통권37호
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• pp.281-287
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• 2005

공정조성의 SnPb 솔더 선형시편에서 electromigration 현상을 실시간 주사전자현미경을 이용하여 관찰하였다. 공정조성 SnPb 솔더시편에 대한 electronigration 실험은 ${\times}10^4A/cm^2,\;90^{\circ}C$에서 실시하였다. 주사전자현미경 챔버 내에서 진행되는 electromigration 실험 동안 음극의 보이드 형성과 양극의 힐록 성장을 실시간으로 관찰하였다. 음극에서 일어나는 보이드 크기를 실시간 관찰한 결과, 공정조성 SnPb 솔더의 electromigration 거동은 보이드 형성 전에 가지는 잠복기의 존재를 명확히 알 수 있었고, 본 결과는 electromigration 거동으로 인한 플립칩 솔더 범프의 보이드 생성에 대한 잠복기와 관련이 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제14권3호
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• pp.21-27
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• 2007

이방성 전도필름(ACF) 접합에 사용되는 니켈 범프를 무전해 및 전해 도금법으로 제작한 다음, 이 범프들의 기계적 특성과 충격안전성을 압축시험, 범프전단시험, 낙하충격시험을 통하여 연구하였다. Nano indenter를 이용한 압축시험에서 얻은 하중-변형량 데이터를 변환시켜 니켈범프의 응력-변형량 곡선을 구하였다. 전해 니켈 범프는 무전해 니켈 범프에 비해 매우 작은 탄성한계응력과 탄성계수를 나타냈었다. 무전해 니켈 범프의 탄성한계응력과 탄성계수가 각각 600-800MPa, $9.7{\times}10^{-3}MPa/nm$인 반면 전해 니켈 범프의 경우에는 각각 70MPa, $7.8{\times}10^4MPa/nm$이었다. 범프전단 시험에서 무전해 니켈 범프는 소성변형이 거의 일어나지 않고 낮은 전단하중에서 범프가 패드 층에서 튕기듯이 떨어져 나간 반면 전해 니켈 범프는 큰 소성변형을 일으키며 범프가 잘려나갔으며 높은 전단하중을 보여주었다. 낙하충격시험 결과 ACF 플립칩 방법으로 본딩한 무전해 및 전해 범프 모두 높은 충격 신뢰성을 보였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권3호
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• pp.1-9
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• 2010

본고에서는 마이크로 접합을 위한 솔더볼 또는 범프의 기계적 신뢰성 평가에 사용되는 전단시험의 표준화 규격에 대해 고찰해 보았다. 전단시험에서 중요한 실험 조건 중 하나인 전단속도는 low speed shear test와 high speed shear test로 구분 된다. 전단속도가 빨라질수록 솔더볼에 가해지는 충격이 커지기 때문에, 소성변형에 대한 저항성이 커지게 되고, 전단강도가 커지게 된다. 그리고 이 결과는 전산모사를 통하여 확인할 수 있다. 또 하나의 중요한 실험 조건으로 전단툴의 높이가 있다. 일반적으로 전단툴의 높이가 높을수록 전단강도 값은 낮아지게 되는데, 여러 국제 규격에서 제시한 솔더볼 높이의 25% 지점을 초과한 높이에서 전단시험을 진행했을 때에는 전단시험이 진행되는 접합 계면의 면적이 줄어들어 실험결과의 신뢰도가 떨어지게 된다. 이와 같이 전단속도와 툴의 높이 등의 실험조건들이 구체적으로 규격화 되어있지 않은 채 진행 되면, 실험 결과의 신뢰도가 떨어지고, 각 계에서 진행된 연구결과를 상호 비교하기가 어렵다. 따라서 효율성을 고려한 간접 시험법 개발 및 최신 패키징기술을 반영된 특성평가 시험법의 규격, 그리고 다양한 시험 표준화는 결국 마이크로 전자패키지의 고 신뢰성으로 나타날 것이라 생각된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제9권1호
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• pp.35-41
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• 2002

솔더 범프를 이용한 플립 칩 접속 기술은 시스템의 고속화, 고집적화, 소형화 요구 덴 마이크로 일렉트로닉스의 성능은 향상시키기 위해 필요한 기술이다. 본연구 에서는 Cr/Cr-Cu/cu UBM 구조에서 고 용융점 솔더 범프와 저 용융점 솔더 범프를-시효처리 후 전단 강도를 평가하였다. 계면에서 관찰된 금속간 화합물의 성장과 접합상태를 SEM과 TEM으로 분석하였으며, 유한요소법을 통하여 전단하중을 적용하였을때 집중되는 응력을 해석하였다. 실험결과 Sn-97wt%Pb와 Sn-37wt%Pb에서 900시간 시효 처리된 시편의 전단강도는 최대 값에서 각각 25%, 20% 감소하였다. 시효처리를 통해 금속간화합물인 $Cu_6/Sn_5$와 $Cu_3Sn$의 성장을 확인하였으며, 파단 경로는 초기의 솔더 내부에서 IMC층의 계면으로 이동하는 경향을 알 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제10권4호
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• pp.39-46
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• 2003

플립칩용으로 Sn-Cu 공정 솔더 범프를 전해도금을 이용하여 제조하고 특성을 연구하였다. Si 웨이퍼 위에 UBM(Under Bump Metallization)으로 Al(400 nm)/Cu(300 nm)/Ni(400 nm)/Au(20 nm)를 전자빔 증착기로 증착하였다. 전류밀도가 1 A/d$\m^2$에서 8 A/d$\m^2$으로 증가함에 따라 Sn-Cu 솔더의 도금속도는 0.25 $\mu\textrm{m}$/min에서 2.7 $\mu\textrm{m}$/min으로 증가하였다. 이 전류밀도의 범위에서 전해도금된 Sn-Cu 도금 합금의 조성은 Sn-0.9∼1.4 wt%Cu의 거의 일정한 상태를 유지하였다. 도금 전류밀도 5 A/d$\m^2$, 도금시간 2hrs, 온도 $20^{\circ}C$의 조건에서 도금하였을 때, 기둥 직경 약 120 $\mu\textrm{m}$인 양호한 버섯 형태의 Sn-Cu 범프를 형성할 수 있었다. 버섯형 도금 범프를 $260^{\circ}C$에서 리플로우 했을 때 직경 약 140 $\mu\textrm{m}$의 구형 범프가 형성되었다. 화학성분의 균일성을 분석한 결과 버섯형 범프에서 존재하던 범프내 Sn 등 성분 원소의 불균일성은 구형 범프에서는 상당 부분 해소 되었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제23권2호
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• pp.79-84
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• 2016

유연전자소자가 외부힘에 의해 변형될 경우 반도체 다이가 기계적 응력 때문에 변형되거나 파괴되고 이러한 변형이나 파괴는 channel의 전자이동도를 변화시키거나 배선의 저항을 증가시켜 집적회로의 동작 오류를 발생시킨다. 따라서 반도체 집적회로는 굽힘 변형이 발생해도 기계적 응력이 발생하지 않는 중립축에 위치하는 것이 바람직하다. 본 연구에서는 굽힘변형을 하는 flip-chip 접합공정이 적용된 face-down flexible packaging system에서 중립축의 위치와 파괴 모드를 조사하였고 반도체 집적회로와 집중응력이 발생한 곳의 응력을 감소시킬 수 있는 방법을 제시하였다. 이를 위해, 설계인자로 유연기판의 두께 및 소재, 반도체 다이의 두께를 고려하였고 설계인자가 중립축의 위치에 미치는 영향을 조사한 결과 유연기판의 두께가 중립축의 위치를 조절하는데 유용한 설계인자임을 알 수 있었다. 3차원 모델을 이용한 유한요소해석 결과 반도체 다이와 유연기판 사이의 Cu bump 접합부에서 항복응력보다 높은 응력이 인가될 수 있음을 확인하였다. 마지막으로 flexible face-down packaging system에서 반도체 다이와 Cu bump 의 응력을 감소시킬 수 있는 설계 방법을 제안하였다.

• 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 2000년도 Proceedings of 5th International Joint Symposium on Microeletronics and Packaging
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• pp.74-79
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• 2000

In an attempt to estimate the wetting properties of wettable metal layers by wetting balance method, an analysis of wetting curves of the coating layer was performed. Based on the analysis, wetting properties of UBM-coated Si-plate were estimated by the new wettability indices. The wetting curves of the one and both sides-coated UBM layers have the similar shape and show the similar tendency to the temperature. So the wetting property estimation of one side coating is possible with wetting balance method. For UBM of Si-chip, Cr/Cu/Au UBM is better than Ti/Ni/Au in the point of wetting time. At general reflow temperature, the wettability of high melting point solders(Sn-Sb, Sn-Ag) is better than that of few melting point ones(Sn-Bi, Sn-In).The contact angle of the one side coated plate to the solder can be calculated from the farce balance equation by measuring the static state force and the tilt angle.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제9권3호
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• pp.31-36
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• 2002

PBGA에 비해 상대적으로 큰 칩을 실장하는 고속 SRAM용 153 FC-BGA을 대상으로 2차 솔더접합부의 신뢰성을 평가하였다. 실험은 열사이클 시험에서 발생하는 단면과 양면 실장, 패키지 구조, 언더 필 재료, 기판의 종류와 두께, 솔더 볼의 크기에 따른 영향을 분석하였다. BT기판의 두께가 0.95mm에서 1.20mm로 증가하고, 낮은 영률 의 언더 필 재료에서 솔더접합부의 피로 수명이 30% 향상됨을 확인하였다. 또한 솔더 볼의 크기가 0.76 mm에서 0.89mm로 증가하면, 솔더접합부에서 균열에 대한 저항성은 2배 정도 증가하였다.