Au 스터드 범프와 Sn-3.5Ag 미세범프를 이용한 플립칩 본딩 접합부의 고온시효에 따른 미세조직 변화 및 기계적 특성 평가에 관한 연구 = Research on microstructure and mechanical property of the joint between Au stud bump and Sn-3.5Ag solder bump by flip chip bonding conditions and aging
저자
발행사항
서울 : 과학기술연합대학원대학교, 2012
학위논문사항
학위논문(석사)-- 과학기술연합대학원대학교 : 전자패키징공학(ElectronicPackagingEngineering) 2012. 2
발행연도
2012
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
xii, 90 p. ; 26cm
소장기관
In this study, the effect of flip chip bonding parameters on formation of intermetallic compounds (IMCs) between Au stud bumps and Sn-3.5Ag solder was investigated. Au stud bumps were formed on the metal pads of Ti/Au in Si chip by using thermal-compression with a conventional wire-bonding technology. All Au stud bumps were flattened to make the bump height uniform. Sn-3.5Ag solder bumps were fabricated by electroplating on the metal pads of Ti/Cu. Flip chip bonding temperature was performed at 260℃ and 300℃ with various bonding times of 5, 10, and 20 sec. Aging test was carried out at 150℃ for 100, 300, and 500 hrs. Scanning electron microscopy (SEM) in a back-scattered electron (BSE) mode and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) were employed to investigate the intermetallic formation between Au stud bump and Sn-3.5Ag solder bump. The mechanical strength of the joint was measured by performing typical shear test. After the shear test, fracture surfaces were also investigated to understand the fracture mode of the joint.
AuSn, AuSn2 and AuSn4 IMCs were formed at the interface of joint and (Au, Cu)6Sn5 IMC was observed near Cu pad side in the joint. At bonding temperature of 260℃, AuSn4 IMC was dominant in the joint compared to other Au-Sn IMCs as bonding time increased. At bonding temperature of 300℃, AuSn2 IMC clusters, which were surrounded by AuSn4 IMC, were observed in the solder joint. From Sn-Ag-Au phase diagram, it was expected that the AuSn2-clusters can form firstly in the joint at bonding temperature of 300℃ and then, the AuSn4 above the AuSn2-cluster was formed by peritectic reaction of liquid and the AuSn2-cluster during cooling. These samples having different microstructure were aged at 150℃ to investigate the change of the microstructures under heat treatment. During aging, some kirkendall voids were observed at interface Au stud bump and AuSn IMC. As aging time increased, AuSn and AuSn2 IMCs continuously grew while AuSn4 IMC decreased. After 100 hrs aging, the morphology Au-Sn IMCs were obviously different. It was assumed that the AuSn2 cluster affected the morphology and fast growth of the IMC during aging.
Shear strength of the joint after flip-chip bonding was about 23 gf/bump and fracture mode was intergranular fracture between AuSn2 and AuSn4 IMCs regardless bonding conditions. After 100 hrs aging, shear strength of the joint bonded at 300℃ was lower than that of 260℃ because of mechanical properties of each Au-Sn IMCs as well as the morphology. Initial joint microstructures after flip chip bonding were closely related to the bonding strength of aged samples.
본 연구에서는 Au 스터드 범프와 Sn-3.5Ag 미세 솔더범프를 플립칩 본딩하여 접합부의 미세조직과 전단특성을 평가하였으며 플립칩 본딩 조건에 따른 접합부의 특성에 대해 평가하였다. 또한 고온시효처리 후 플립칩 본딩 조건에 따른 Au 스터드와 Sn-3.5Ag 솔더범프로 접합된 접합부의 미세조직 변화와 금속간화합물의 성장거동에 대한 연구를 수행하였으며 전단특성과의 연관성을 모색하고자 하였다.
Au 스터드 범프를 형성하기 위해 스퍼터링과 리소그래피 공정을 통해 Si 칩 위해 Au(300nm)/Ti(50nm) UBM을 형성하였고 형성된 패드 위에 열/압착(Thermal compression)을 통해 높이 약 54um 직경 약 74 um 의 Au 스터드 범프를 형성하였다. 기판 칩에는 Si 칩 위에 Cu(500nm)/Ti(50nm) UBM을 형성하여 형성된 패드 위에 4 A/dm2의 전류밀도로 30분간 전해도금하여 높이 약 40um의 Sn-3.5Ag 미세솔더범프를 제조하였다. 플립칩 본딩 조건은 본딩 온도를 260℃, 300℃로 하였고 본딩 시간을 5, 10, 20로 하였다. 고온 시효처리는 150℃에서 500시간동안 수행하였다. 접합부의 미세조직과 전단강도 테스트 후 파단면은 BSE 와 SE 모드의 SEM로 관찰하였고 EDS 로 성분분석을 하였다.
플립칩 본딩 후 Au 스터드 범프와 Sn-3.5Ag 솔더 범프의 계면에선 AuSn, AuSn2, AuSn4 금속관화합물이 형성되었고 Cu 패드 근처에선 (Au, Cu)6Sn5 금속간화합물이 형성되었다. Au 스터드 범프 위로 약 280nm 의 두께로 AuSn 상이 형성되어 있었고 AuSn상 위에 1㎛의 두께로 AuSn2상이 형상되어 있었다. AuSn4상은 덩어리 타입(chuck-type)과 바늘타입(needle-type)으로 접합 부 전 영역에 형성되어 있었다. 260℃에서 본딩 시간이 증가할수록 Au-Sn 금속간화합물의 두께는 증가 되었고 그 중 AuSn4상이 가장 지배적으로 성장하였다. 300℃의 본딩 온도에서는 AuSn4상으로 형성된 덩어리 형태의 AuSn2 상이 접합부에 형성되어 있었는데 이는 본딩 온도의 증가로 인해 Au 스터드 범프의 소진과 동시에 많은 Au 원자들을 용융 솔더로 확산시킴으로써 냉각 시 AuSn2상을 형성하고 온도가 감소하면서 형성된 AuSn2상과 공존하는 용융 솔더와의 포정반응에 의해 형성된 것으로 사료된다. 150℃에서 시효 처리 후 접합부의 미세조직은 본딩 온도와 관계없이 AuSn2상이 지배적으로 성장하였지만 100시간 이 후 AuSn2상의 형상(Morphology)은 본딩 온도에 따라 다르게 나타났다. 본딩 온도 260℃에서의 AuSn2상은 Au 스터드 범프 형태를 유지하고 있었지만 300℃에서의 AuSn2상은 평평(plat)하고 넓은(broad) 형상을 하고 있었다. 이는 플립칩 본딩 후 접합부에 덩어리 형태로 미리 형성된 AuSn2상의 확산에 의해 나타난 것으로 사료되며 전단 테스트 시 전단응력 방향과 거의 수평하기 때문에 낮은 전단응력으로도 쉽게 파괴가 발생되어 낮은 전단강도를 나타낸 것으로 사료된다. Au 스터드 범프를 Sn-3.5Ag 솔더 범프와 플립칩 본딩 시 형성된 Au-Sn 금속간화합물의 미세조직과 형상은 150℃에서 시효처리 처리 시 금속간화합물의 두께성장과 형상에 밀접한 관계를 가져왔고 또한 전단강도에도 영향을 미치는 것으로 사료된다.
분석정보
서지정보 내보내기(Export)
닫기소장기관 정보
닫기권호소장정보
닫기오류접수
닫기오류 접수 확인
닫기음성서비스 신청
닫기음성서비스 신청 확인
닫기이용약관
닫기학술연구정보서비스 이용약관 (2017년 1월 1일 ~ 현재 적용)
학술연구정보서비스(이하 RISS)는 정보주체의 자유와 권리 보호를 위해 「개인정보 보호법」 및 관계 법령이 정한 바를 준수하여, 적법하게 개인정보를 처리하고 안전하게 관리하고 있습니다. 이에 「개인정보 보호법」 제30조에 따라 정보주체에게 개인정보 처리에 관한 절차 및 기준을 안내하고, 이와 관련한 고충을 신속하고 원활하게 처리할 수 있도록 하기 위하여 다음과 같이 개인정보 처리방침을 수립·공개합니다.
주요 개인정보 처리 표시(라벨링)
목 차
3년
또는 회원탈퇴시까지5년
(「전자상거래 등에서의 소비자보호에 관한3년
(「전자상거래 등에서의 소비자보호에 관한2년
이상(개인정보보호위원회 : 개인정보의 안전성 확보조치 기준)개인정보파일의 명칭 | 운영근거 / 처리목적 | 개인정보파일에 기록되는 개인정보의 항목 | 보유기간 | |
---|---|---|---|---|
학술연구정보서비스 이용자 가입정보 파일 | 한국교육학술정보원법 | 필수 | ID, 비밀번호, 성명, 생년월일, 신분(직업구분), 이메일, 소속분야, 웹진메일 수신동의 여부 | 3년 또는 탈퇴시 |
선택 | 소속기관명, 소속도서관명, 학과/부서명, 학번/직원번호, 휴대전화, 주소 |
구분 | 담당자 | 연락처 |
---|---|---|
KERIS 개인정보 보호책임자 | 정보보호본부 김태우 | - 이메일 : lsy@keris.or.kr - 전화번호 : 053-714-0439 - 팩스번호 : 053-714-0195 |
KERIS 개인정보 보호담당자 | 개인정보보호부 이상엽 | |
RISS 개인정보 보호책임자 | 대학학술본부 장금연 | - 이메일 : giltizen@keris.or.kr - 전화번호 : 053-714-0149 - 팩스번호 : 053-714-0194 |
RISS 개인정보 보호담당자 | 학술진흥부 길원진 |
자동로그아웃 안내
닫기인증오류 안내
닫기귀하께서는 휴면계정 전환 후 1년동안 회원정보 수집 및 이용에 대한
재동의를 하지 않으신 관계로 개인정보가 삭제되었습니다.
(참조 : RISS 이용약관 및 개인정보처리방침)
신규회원으로 가입하여 이용 부탁 드리며, 추가 문의는 고객센터로 연락 바랍니다.
- 기존 아이디 재사용 불가
휴면계정 안내
RISS는 [표준개인정보 보호지침]에 따라 2년을 주기로 개인정보 수집·이용에 관하여 (재)동의를 받고 있으며, (재)동의를 하지 않을 경우, 휴면계정으로 전환됩니다.
(※ 휴면계정은 원문이용 및 복사/대출 서비스를 이용할 수 없습니다.)
휴면계정으로 전환된 후 1년간 회원정보 수집·이용에 대한 재동의를 하지 않을 경우, RISS에서 자동탈퇴 및 개인정보가 삭제처리 됩니다.
고객센터 1599-3122
ARS번호+1번(회원가입 및 정보수정)