수소분리용 Pd-Cu 합금 분리막의 Cu Reflow 영향

문진욱(Jin-Uk Mun),김동원(Dong-Won Kim) 한국표면공학회 2006 한국표면공학회지 Vol.39 No.6

Pd-Cu alloy membrane for hydrogen separation was fabricated by sputtering and Cu reflow process. At first, the Pd and Cu was continuously deposited by sputtering method on oxidized Si support, the Cu reflow process was followed. Microstructure of the surface and permeability of the membrane was investigated depending on various reflow temperature, time, Pd/Cu composition and supports. With respect to our result, Pd-Cu thin film (90 wt.% Pd/10 wt.% Cu) deposited by sputtering process with thickness of 2 ㎛ was heat-treated for Cu reflow. The voids of the membrane surface were completely filled and the dense crystal surface was formed by Cu reflow behavior at 700℃ for 1 hour. Cu reflow process, which is adopted for our work, could be applied to fabrication of dense Pd-alloy membrane for hydrogen separation regardless of supports. Ceramic or metal support could be easily used for the membrane fabricated by reflow process. The Cu reflow process must result in void-free surface and dense crystalline of Pd-alloy membrane, which is responsible for improved selectivity of the membrane.

기판과 무연솔더 계면에 전사된 그래핀 층의 금속간화합물 성장 지연 효과

고용호,유동열 한국마이크로전자및패키징학회 2023 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.30 No.3

본 연구에서는 Cu 기판 위에 그래핀(graphene)을 전사하고 Cu 기판 위에 Sn-3.0Ag-0.5Cu 무연(Pb-free) 솔더페이스트를 도포한 후에, 리플로우 솔더링 공정 및 다양한 온도(125, 150, 175 ℃)에서 등온 시효 1000 h 동안 Cu 기판과 솔더 계면에서 발생하는 금속간화합물(intermetallic compound, IMC)의 형성과 성장 거동에 전사된 graphene의 미치는 영향에 대하여 보고하였다. Graphene이 계면에 존재하는 경우 graphene이 존재하지 않은 경우와 비교할 때, 솔더링 공정 및 시효 동안 형성되어 성장하는 Cu6Sn5과 Cu3Sn IMC의 두께가 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. 또한, 계면에 존재하는 전사된 graphene 층(layer)은 시효 온도와 시간에 따라 IMC들의 성장 거동과 관계된 Cu6Sn5과 Cu3Sn IMC의 성장 속도 상수와성장 속도 상수 제곱 값들도 크게 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. In this study, after transferring graphene on a Cu substrate and printing a Sn-3.0Ag-0.5Cu Pb-free solder paste on the Cu substrate, effects of the transferred graphene on formations and growths of intermetallic compound (IMC) at the interface between the Cu substrate and the solder were reported during processes of reflow soldering and isothermal aging for 1000 h with various temperatures (125, 150, and 175 oC). Thicknesses of Cu6Sn5 and Cu3Sn IMCs at the interfaces with graphene were decreased during the reflow soldering and isothermal aging processes compared to those without graphene. The transferred graphene layers also showed that the growth rate constant and square of growth rate constant which related to the growth mechanisms of Cu6Sn5 and Cu3Sn IMCs with t he t emperature a nd t ime of t he i sothermal aging c ould dramatically decreased.

Sn-3.5Ag-0.7Cu Micro-BCA의 Soldering성 연구

신규식,김문일,정재필,신영의,Kozo Jujimoto 한국마이크로전자및패키징학회 2000 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.7 No.3

직경 0.3 mm의 Sn-37Pb 및 Sn-3.5Ag-0.7Cu 솔더볼을 솔더링 온도와 기판의 이송속도 (conveyer speed)를 변화시켜 가며 리플로 솔더링 하였다. 리플로 솔더링 온도범위는 Sn-37Pb의 경우 220~$240^{\circ}C$, Sn-3.5Ag-0.7Cu의 경우는 230~ $260^{\circ}C$로 하였다. 실험결과, 전단강도 측면에서 최적 솔더링 조건을 Sn-37Pb의 경우 솔더링 온도 및 컨베이어 속도가 각각 $230^{\circ}C$, 0.7~0.8 m/min이고, Sn-3.5Ag-0.7Cu의 경우 각각 $250^{\circ}C$, 0.6 m/min으로 나타났다. 또한 최고 전단강도 값은 Sn-37Pb의 경우는 555 gf 이고 Sn-3.5Ag-0.7Cu의 경우는 617gf이다. 접합계면의 분석결과 Cu6Sn5층의 두께는 Sn-37Pb의 경우는 1.13~1.45 $\mu\textrm{m}$이고 Sn-3.5Ag-0.7Cu의 경우는 2.5~4.3 $\mu\textrm{m}$이다. Sn-37Pb and Sn-3.5Ag-0.7Cu solder balls of 0.3 mm diameter were reflow soldered with the variation of soldering peak temperature and conveyer speed of reflow machine. The peak temperatures far soldering were changed in the range of 220~$240^{\circ}C$ for Sn-37Pb and 230~$260^{\circ}C$ for Sn-3.5Ag-0.7Cu. As the results of experiments, optimum soldering condition for Sn-37Pb was $230^{\circ}C$ of soldering temp., 0.7~0.8 m/min of conveyer speed. The optimum condition for the Sn-3.5Ag-0.7Cu was $250^{\circ}C$ and 0.6 m/min. The maximum shear strength for the soldered joints of Sn-37Pb was 555 gf and of Sn-3.5Ag-0.7Cu was 617 gf. Thickness of the intermetallic compound Cu6Sn5 on the soldered interface was 1.13~1.45 $\mu\textrm{m}$ for Sn-37Pb and 2.5~4.3 $\mu\textrm{m}$ for Sn-3.5Ag-0.7Cu.

Under Bump Metallurgy의 종류와 리플로우 시간에 따른 Sn 솔더 계면반응

박선희,오태성,Park, Sun-Hee,Oh, Tae-Sung,Englemann, G. 한국마이크로전자및패키징학회 2007 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.14 No.3

웨이퍼 레벨 솔더범핑시 under bump metallurgy (UBM)의 종류와 리플로우 시간에 따른 Sn 솔더범프의 평균 금속간화합물 층의 두께와 UBM의 소모속도를 분석하였다. Cu UBM의 경우에는 리플로우 이전에 $0.6\;{\mu}m$ 두께의 금속간화합물 층이 형성되어 있었으며, $250^{\circ}C$에서 450초 동안 리플로우함에 따라 금속간화합물 층의 두께가 $4\;{\mu}m$으로 급격히 증가하였다. 이에 반해 Ni UBM에서는 리플로우 이전에 $0.2\;{\mu}m$ 두께의 금속간화합물 층이 형성되었으며, 450초 리플로우에 의해 금속간화합물의 두께가 $1.7\;{\mu}m$으로 증가하였다. Cu UBM의 소모속도는 15초 리플로우시에는 100 nm/sec, 450초 리플로우시에는 4.5 nm/sec이었으나, Ni UBM에서는 소모속도가 15초 리플로우시에는 28.7 nm/sec, 450초 리플로우시에는 1.82 nm/sec로 감소하였다. Thickness of intermetallic compounds and consumption rates of under bump metallurgies (UBMs) were investigated in wafer-level solder bumping with variations of UBM materials and reflow times. In the case of Cu UBM, $0.6\;{\mu}m-thick$ intermetallic compound layer was formed before reflow of Sn solder, and the average thickness of the intermetallic compound layer increased to $4\;{\mu}m$ by reflowing at $250^{\circ}C$ for 450 sec. On the contrary, the intermetallic layer had a thickness of $0.2\;{\mu}m$ on Ni UBM before reflow and it grew to $1.7\;{\mu}m$ thickness with reflowing for 450 sec. While the consumption rates of Cu UBM were 100nm/sec fur 15-sec reflow and 4.50-sec for 450-sec reflow, those of Ni UBM decreased to 28.7 nm/sec for 15-sec reflow and 1.82 nm/sec for 450-sec reflow.

리플로우 시간에 따른 Pb-free 솔더/Ni 및 Cu 기판 접합부의 전단강도 평가

하벼리(Byeori Ha),유효선(Hyosun Yu),양성모(Sungmo Yang),노윤식(Younsik Ro) 한국자동차공학회 2013 한국 자동차공학회논문집 Vol.21 No.3

Reflow soldering process is essential in electronic package. Reflow process for a long time results from the decrease of reliability because IMC is formed excessively. Solder alloys of Sn-37Pb and Sn-Ag with different kinds of Cu contents (0, 0.5 and 1 wt.%) as compared with Ni and Cu plate joints are investigated according to varying reflow time. The interfaces of solder joints are observed to analyze IMC (intermetallic compound) growth rate by scanning electron microscope (SEM). Shear test is also performed by using SP (Share-Punch) tester. The test results are compared with the solder joints of two different plates (Ni and Cu plate). Cu?Sn? IMCs are formed on Cu plate interfaces after reflows in all samples. Ni₃Sn₄ and (Cu,Ni)?Sn? IMCs are also formed on Ni plate interfaces. The IMC layer forms are affected by reflow time and contents of solder alloy. These results show that mechanical strength of solder joints strongly depends on thickness and shape of IMC.

Cu/Sn Rim 본딩을 이용한 MEMS 패키지의 Cap 형성공정

김성규,오태성,문종태,Kim, S.K.,Oh, T.S.,Moon, J.T. 한국마이크로전자및패키징학회 2008 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.15 No.4

캐비티 형성이 불필요한 MEMS 캡 본딩을 위해 전기도금법을 이용하여 Cu/Sn rim 구조를 형성하였으며, $25{\sim}400{\mu}m$ 범위의 rim 폭에 따른 본딩특성을 분석하였다. Cu/Sn rim의 폭이 증가함에 따라 rim 패키지 내부의 유효 실장면적비가 감소하는 반면에 파괴하중비가 증가하며, Cu/Sn rim 폭이 150 ${\mu}m$일 때 유효 실장면적비와 파괴하중비를 최적화할 수 있을 것으로 예측되었다. 폭 25 ${\mu}m$ 및 폭 50 ${\mu}m$인 Cu/Sn rim 접합부에서는 모든 계면에서 본딩이 이루어진 반면에, 100 ${\mu}m$ 이상의 폭을 갖는 rim 접합부에서는 Sn 도금표면의 거칠기에 의해 본딩이 이루어지지 않은 기공 부위가 관찰되었다. To develop the MEMS cap bonding process without cavity formation, we electroplated Cu/Sn rim structures and measured the bonding characteristics for the Cu/Sn rims of $25{\sim}400{\mu}m$ width. As the effective device-mounting area ratio decreased and the failure strength ratio increased for wider Cu/Sn rim, these two properties were estimated to be optimized for the Cu/Sn rim with 150 ${\mu}m$ width. Complete bonding was accomplished at the whole interfaces of the Cu/Sn packages with the rim widths of 25 ${\mu}m$ and 50 ${\mu}m$. However, voids were observed locally at the interfaces with the rim widths larger than 100 ${\mu}m$. Such voids were formed by local non-contact between the upper and lower rims due to the surface roughness of the electroplated Sn.

등온 시효 처리에 따른 Cu Pillar Bump 접합부 특성

장은수,노은채,나소정,윤정원 한국마이크로전자및패키징학회 2024 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.31 No.1

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 약화시키기때문에 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. Recently, with the miniaturization and high integration of semiconductor chips, the bump bridge phenomenon caused by fine pitches is drawing attention as a problem. Accordingly, Cu pillar bump, which can minimize the bump bridge phenomenon, is widely applied in the semiconductor package industry for fine pitch applications. When exposed to a high-temperature environment, the thickness of the intermetallic compound (IMC) formed at the joint interface increases, and at the same time, Kirkendall void is formed and grown inside some IMC/Cu and IMC interfaces. Therefore, it is important to control the excessive growth of IMC and the formation and growth of Kirkendall voids because they weaken the mechanical reliability of the joints. Therefore, in this study, isothermal aging evaluation of Cu pillar bump joints with a CS (Cu+ Sn-1.8Ag Solder) structure was performed and the corresponding results was reported.

Type 7 솔더 페이스트 프린팅 공정을 적용한 MLCC 및 FC-CSP 솔더링 접합공정 최적화

이혜민(Hye-Min-Lee),김미송(Mi-Song Kim),김명인(Myeongin Kim),홍원식(Won Sik Hong) 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.11

적층세라믹콘덴서 (Multi Layer Ceramic Condenser, MLCC)는 5G 상용화에 따라 전자기기, 자율 주행차 및 IoT 제품에서 그 중요도가 증가하고 있으며, 0603 또는 0402 크기 MLCC와 같이 초소형 고용량 부품 개발이 진행되고 있다. 플립칩-CSP 패키지 (Flip Chip-Chip Scale Package, FC-CSP)는 2,000개 이상의 신호 단자가 범프 (Bump)를 통해 기판 (Substrate)와 연결되며, 전기적 신호의 이동 경로가 짧고, 많은 수의 Input / Output (I/O)을 형성할 수 있어 고밀도 반도체패키징 공정에 사용된다. 이에 따라 반도체패키지 내의 초소형화와 초고밀도화가 요구되고 있으며, 미세피치 접합공정의 난이도는 더욱 증가하고 있다. 본 연구에서는 평균 분말입도 2-11 ㎛의 Type 7 Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) 및 Sn-0.7Cu (SnCu) 솔더 페이스트 (Solder Paste)를 사용하여 열풍 리플로우 (Hot Air Reflow) 및 진공 리플로우 (Vacuum Reflow) 공정 최적화를 진행하였다. 실험에 사용된 MLCC 부품은 2012, 1608, 1005, 0603, 0402 크기의 총 5종을 사용하였다. MLCC 솔더링 접합 후 MLCC 접합부의 보이드 분율, 접합강도, 미세조직 분석을 수행하였으며, 열충격시험 전후 각각의 접합특성을 비교하여 접합공정을 최적화 하였다. 또한 Type 7 Solder Paste Printing 공정과 Hot Air Reflow와 Vacuum Reflow 공정을 이용한 FC-CSP 구리기둥 (Cu Pillar) Bump 접합공정 최적화를 진행 하였다. FC-CSP Bump의 데이지 (Daisy) 저항, 보이드 분율, 미세조직 분석 및 열충격시험 전후 접합특성을 비교분석 하였다. Type 7 SAC305 및 SnCu 솔더 페이스트를 사용하여 각각 피크온도 240℃ 및 260℃ 에서 Vacuum Reflow 솔더링 공정 최적화 조건을 도출하였다. MLCC 솔더 접합부 보이드 분율 측정 결과, Vacuum Reflow 공정이 Hot Air Reflow 공정 보다 보이드 분율이 낮게 나타났다. MLCC 접합강도 측정 결과, SAC305가 SnCu 솔더 보다 접합강도가 높게 나타났다. 또한 MLCC 및 FC-CSP의 솔더 합금 및 접합공정에 따른 접합부 미세조직, 열충격시험 전후 보이드 분율을 비교 분석하였다.

OSP 표면처리의 열적 열화에 따른 Cu/SnAgCu 접합부의 접합강도

홍원식,정재성,오철민,Hong, Won-Sik,Jung, Jae-Seong,Oh, Chul-Min 한국마이크로전자및패키징학회 2012 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.19 No.1

무연 리플로우 공정 횟수에 따른 organic solderability preservative(OSP) 표면처리 두께변화 및 열화현상을 분석하였다. 무연솔더 접합부의 접합강도에 미치는 OSP 표면처리의 열화특성을 SnPb 표면처리 경우와 비교하여 조사하였다. 또한 리플로우 pass에 따른 무연솔더 접합강도 열화분석을 위해 OSP 및 SnPb 표면처리된 FR-4 재질 PCB를 각각 1-6회 리플로우 처리하였다. 이후 각 리플로우를 거친 PCB 위에 2012 칩 저항기를 실장한 후 접합강도 변화를 측정하였다. 그 결과, 리플로우 공정 중 열 노출에 의해 OSP 코팅두께가 감소되는 것이 관찰되었고, 코팅두께의 변화 및 OSP 코팅 층의 산화를 유발함으로써, 솔더의 젖음성이 감소될 수 있음을 확인할 수 있었다. OSP 열화에 따른 솔더 접합강도는 SnPb 표리처리시 평균 62.2 N 이였으며, OSP의 경우는 약 58.1 N 이였다. 리플로우 공정 노출에 따라 OSP 코팅 층은 열분해 되지만, 솔더 접합부의 접합강도 측면에서는 산업적으로 적용 가능성을 확인할 수 있었다. Bonding strength of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder joint due to degradation characteristic of OSP surface finish was investigated, compared with SnPb finish. The thickness variation and degradation mechanism of organic solderability preservative(OSP) coating were also analyzed with the number of reflow process. To analyze the degradation degree of solder joint strength, FR-4 PCB coated with OSP and SnPb were experienced preheat treatment as a function of reflow number from 1st to 6th pass, respectively. After 2012 chip resistors were soldered with Sn-3.0Ag-0.5Cu on the pre-heated PCB, the shear strength of solder joints was measured. The thickness of OSP increased with increase of the number of reflow pass by thermal degradation during the reflow process. It was also observed that the preservation effect of OSP decreased due to OSP degradation which led Cu pad oxidation. The mean shear strength of solder joints formed on the Cu pads finished with OSP and SnPb were 58.1 N and 62.2 N, respectively, through the pre-heating of 6 times. Although OSP was degraded with reflow process, the feasibility of its application was proven.

Cu Reflow를 이용한 Pd-Cu-Ni 합금 수소분리막 특성

김동원,김흥구,엄기연,김상호,이인선,박종수,이신근 한국화학공학회 2006 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.44 No.2