Microstructural evolution and the intermetallic compound (IMC) growth kinetics in an Au stud bump were studied via isothermal aging at 120, 150, and $180^{\circ}C$ for 300hrs. The $AlAu_4$ phase was observed in an Al pad/Au stud interface, and its thickness was kept constant during the aging treatment. AuSn, $AuSn_2,\;and\;AuSn_4$ phases formed at interface between the Au stud and Sn. $AuSn_2,\;AuSn_2/AuSn_4$, and AuSn phases dominantly grew as the aging time increased at $120^{\circ}C,\;150^{\circ}C,\;and\;180^{\circ}C$, respectively, while $(Au,Cu)_6Sn_5/Cu_3Sn$ phases formed at Sn/Cu interface with a negligible growth rate. Kirkendall voids formed at $AlAu_4/Au$, Au/Au-Sn IMC, and $Cu_3Sn/Cu$ interfaces and propagated continuously as the time increased. The apparent activation energy for the overall growth of the Au-Sn IMC was estimated to be 1.04 eV.
The effect of flip chip bonding parameters on formation of intermetallic compounds (IMCs) between Au stud bumps and Sn-3.5Ag solder was investigated. In this study, flip chip bonding temperature was performed at $260^{\circ}C$ and $300^{\circ}C$ with various bonding times of 5, 10, and 20 sec. AuSn, $AuSn_2$ and $AuSn_4$ IMCs were formed at the interface of joints and (Au, Cu)$_6Sn_5$ IMC was observed near Cu pad side in the joint. At bonding temperature of $260^{\circ}C$, $AuSn_4$ IMC was dominant in the joint compared to other Au-Sn IMCs as bonding time increased. At bonding temperature of $300^{\circ}C$, $AuSn_2$ IMC clusters, which were surrounded by $AuSn_4$ IMC, were observed in the solder joint due to fast diffusivity of Au to molten solder with increased bonding temperature. Bond strength of Au stud bump joined with Sn-3.5Ag solder was about 23 gf/bump and fracture mode of the joint was intergranular fracture between $AuSn_2$ and $AuSn_4$ IMCs regardless bonding conditions.
Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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2003.11a
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pp.195-202
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2003
In this study, failure mechanisms of Au stud bumps/ACF flip chip joints were investigated underhigh current stressing condition. For the determination of allowable currents, I-V tests were performed on flip chip joints, and applied currents were measured as high as almost 4.2Amps $(4.42\times10^4\;Amp/cm^2)$. Degradation of flip chip joints was observed by in-situ monitoring of Au stud bumps-Al pads contact resistance. All failures, defined at infinite resistance, occurred at upward electron flow (from PCB pads to chip pads) applied bumps (UEB). However, failure did not occur at downward electron flow applied bumps (DEB). Only several $m\Omega$ contact resistance increased because of Au-Al intermetallic compound (IMC) growth. This polarity effect of Au stud bumps was different from that of solder bumps, and the mechanism was investigated by the calculation of chemical and electrical atomic flux. According to SEM and EDS results, major IMC phase was $Au_5Al_2$, and crack propagated along the interface between Au stud bump and IMC resulting in electrical failures at UEB. Therefore. failure mechanisms at Au stud bump/ACF flip chip Joint undo high current density condition are: 1) crack propagation, accompanied with Au-Al IMC growth. reduces contact area resulting in contact resistance increase; and 2) the polarity effect, depending on the direction of electrons. induces and accelerates the interfacial failure at UEBs.
Kim, Deuk-Han;Yoo, Se-Hoon;Lee, Chang-Woo;Lee, Taek-Yeong
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.17
no.2
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pp.55-61
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2010
The device with tantalum silicide heater were bonded by Ag paste and Au SBB(Stud Bump Bonding) onto the Au coated substrate. The shear test after Au ABB and the thermal performance under current stressing were measured. The optimum condition of Au SBB was determined by fractured surface after die shear test and $350^{\circ}C$ for substrate, $250^{\circ}C$ for die during flip chip bonding with bonding load of about 300 g/bump. With applying 5W through heater on the device, the maximum temperature with Ag paste bonding was about $50^{\circ}C$. That with Au SBB on Au coated Si substrate showed $64^{\circ}C$. The difference of maximum temperatures is only $14^{\circ}C$, even though the difference of contact area between Ag paste bonding and Au SBB is by about 300 times and the simulation showed that the contact resistance might be one of the reasons.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.14
no.11
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pp.874-878
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2001
Solder bump was electroplated on wafer for flip chip application. The process is as follows. Ti/Cu were sputtered and thick PR was formed by several coating PR layer. Fine pitch vias were opened using via mask and then Cu stud and solder bump were electroplated. Finally solder bump was formed by reflow process. In this paper, we opened 40㎛ vias on 57㎛ thick PR layer and electroplated solder bump with 70㎛ height and 40㎛ diameter. After reflow process, we could form solder bump with 53㎛ height and 43㎛ diameter. In plating process, we improved the plating uniformity within 3% by using ring contact instead of conventional multi-point contact.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.6
no.4
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pp.61-71
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1999
The recent trend toward higher frequencies, miniaturization and lower-cost in wireless communication equipment is demanding high density packaging technologies such flip chip interconnection and multichip module(MCM) as a substitute of conventional plastic package. With analyzing the recently reported research results of the RF flip chip, this paper presents the technical issues and advantages of RF flip chip and suggest the flip chip technologies suitable for the development stage. At first, most of RF flip chips are designed in a coplanar waveguide line instead of microstrip in order to achieve better electrical performance and to avoid the interaction with a substrate. Secondly, eliminating wafer back-side grinding, via formation, and back-side metallization enables the manufacturing cost to be reduced. Finally, the electrical performance of flip chip bonding is much better than that of plastic package and the flip chip interconnection is more suitable for Transmit/Receiver modules at higher frequency. However, the characterization of CPW designed RF flip chip must be thoroughly studied and the Au stud bump bonding shall be suggested at the earlier stage of RF flip chip development.
Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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2002.05a
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pp.247-251
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2002
In this paper the maximum current carrying capability of ACAs flip chip joint is investigated based on two failure mechanisms: (1) degradation of the interface between gold stud bumps and aluminum pads; and (2) ACA swelling between chips and substrates under high current stress. For the determination of the maximum allowable current, bias stressing was applied to ACAs flip chip joint. The current level at which current carrying capability is saturated is defined as the maximum allowable current. The degradation mechanism under high current stress was studied by in-situ monitoring of gold stud bump-aluminum pad ACA contact resistance and also ACA junction temperature at various current level. The cumulative failure distributions were used to predict the lifetime of ACAs flip chip joint under high current stressing. These experimental results can be used to better understand and to improve the current carrying capability of ACA flip chip joint.
Kim, Nam-Kyu;Kim, Kyung-Seob;Kim, Nam-Hoon;Chang, Eui-Goo
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2003.05c
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pp.204-207
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2003
The flip chip bonding utilizing self-aligning characteristic of solder becomes mandatory to meet to tolerances for the optical device. In this paper, a parametric study of aging condition and pad size of sample was conducted. A TiW/Cu UBM structure was adopted and sample was aging treated to analyze the effect of intermetallic compound with time variation. After aging treatment, the tendency to decrease in shear strength was measured and the structure of the fine joint area was observed by using SEM, TEM and EDS. In result, the shear strength was decreased of about 20% in the $100{\mu}m$ sample at $170^{\circ}C$ aging compared with the maximum shear strength of same pad size sample. In the case of the $120^{\circ}C$ aging treatment, 17% of decrease in shear strength was measured at the $100{\mu}m$ pad size sample. Also, intremetallic compound of $Cu_6Sn_5$ and $Cu_3Sn$ were observed through the TEM measurement by using an FIB technique that is very useful to prepare TEM thin foil specimens from the solder joint interface.
Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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1999.12a
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pp.127-154
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1999
Interconnect - Wire bonding-> Flip chip interconnect ; At research step, Au stud bump bonding seems to be more proper .Package -Plastic package-> $Z_{0}$ controlled land grid package -Flip Chip will be used for RF ICs and CSP for digital ICs -RF MCM comprised of bare active devices and integrated passive components -Electrical design skills are much more required in RF packaging .Passive Component -discrete-> integrated -Both of size and numbers of passive components must be reduced
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.14
no.4
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pp.79-85
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2007
This study was focused on the feasibility of ultrasonic bonding of Au stud flip chip bumps on the flexible printed circuit board (FPCB) with three different surface finishes: organic solderability preservative (OSP), electroplated Au and electroless Ni/immersion Au (ENIG). The Au stud flip chip bumps were successfully bonded to the bonding pads of the FPCBs, irrespective of surface finish. The bonding time strongly affected the joint integrity. The shear force increased with increasing bonding time, but the 'bridge' problem between bumps occurred at a bonding time over 2 s. The optimum condition was the ultrasonic bonding on the OSP-finished FPCB for 0.5 s.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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