Cu/Sn-3.5Ag 미세범프 구조에 따른 실시간 금속간화합물 성장거동 분석

이병록,박종명,고영기,이창우,박영배,Lee, Byeong-Rok,Park, Jong-Myeong,Ko, Young-Ki,Lee, Chang-Woo,Park, Young-Bae 한국마이크로전자및패키징학회 2013 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.20 No.3

Thermal annealing tests were performed in an in-situ scanning electron microscope chamber at $130^{\circ}C$, $150^{\circ}C$, and $170^{\circ}C$ in order to investigate the effects of solder structure on the growth kinetics of intermetallic compound (IMC) in Cu/Sn-3.5Ag microbump. Cu/Sn-3.5Ag($6{\mu}m$) microbump with spreading solder structure showed $Cu_6Sn_5$ and $Cu_3Sn$ phase growths and then IMC phase transition stages with increasing annealing time. By the way, Cu/Sn-3.5Ag($4{\mu}m$) microbump without solder spreading, remaining solder was transformed to $Cu_6Sn_5$ right after bonding and had only a phase transition of $Cu_6Sn_5$ to $Cu_3Sn$ during annealing. Measured activation energies for the growth of the $Cu_3Sn$ phase during the annealing were 0.80 and 0.71eV for Cu/Sn-3.5Ag($6{\mu}m$) and Cu/Sn-3.5Ag($4{\mu}m$), respectively. 3차원 적층 패키지를 위한 Cu/Sn-3.5Ag 미세범프의 솔더 구조에 따른 금속간화합물 성장거동을 분석하기 위해 솔더 두께가 각각 $6{\mu}m$, $4{\mu}m$인 서로 다른 구조의 미세범프를 $130^{\circ}C$, $150^{\circ}C$, $170^{\circ}C$ 조건에서 실시간 주사전자현미경을 이용하여 실시간 금속간화합물 성장 거동을 분석하였다. Cu/Sn-3.5Ag($6{\mu}m$) 미세범프의 경우, 많은 양의 솔더로 인해 접합 직후 솔더가 넓게 퍼진 형상을 나타내었고, 열처리 시간경과에 따라 $Cu_6Sn_5$ 및 $Cu_3Sn$금속간화합물이 성장한 후, 잔류 Sn 소모 시점 이후 $Cu_6Sn_5$가 $Cu_3Sn$으로 상전이 되는 구간이 존재하였다. 반면, Cu/Sn-3.5Ag($4{\mu}m$) 미세범프의 경우, 적은양의 솔더로 인해 접합 직후 솔더의 퍼짐 현상이 억제 되었고, 접합 직후 잔류 Sn상이 존재하지 않아서 금속간화합물 성장구간이 억제되고, 열처리 시간경과에 따라 $Cu_6Sn_5$가 $Cu_3Sn$으로 상전이 되는 구간만 존재하였다. 두 시편의 $Cu_3Sn$상의 활성화 에너지의 값은 Cu/Sn-3.5Ag($6{\mu}m$) 및 Cu/Sn-3.5Ag($4{\mu}m$) 미세범프가 각각 0.80eV, 0.71eV로 나타났고, 이러한 차이는 반응기구 구간의 차이에 따른 것으로 판단된다. 따라서, 솔더의 측면 퍼짐 보다는 접합 두께가 미세범프의 금속간화합물 반응 기구를 지배하는 것으로 판단된다.

PCB의 ENIG와 OSP 표면처리에 따른 Sn-3.5Ag 무연솔더 접합부의 Electromigration 특성 및 전단강도 평가

김성혁,이병록,김재명,유세훈,박영배,Kim, Sung-Hyuk,Lee, Byeong-Rok,Kim, Jae-Myeong,Yoo, Sehoon,Park, Young-Bae 한국재료학회 2014 한국재료학회지 Vol.24 No.3

The effects of printed circuit board electroless nickel immersion gold (ENIG) and organic solderability preservative (OSP) surface finishes on the electromigration reliability and shear strength of Sn-3.5Ag Pb-free solder bump were systematically investigated. In-situ annealing tests were performed in a scanning electron microscope chamber at 130, 150, and $170^{\circ}C$ in order to investigate the growth kinetics of intermetallic compound (IMC). Electromigration lifetime and failure modes were investigated at $150^{\circ}C$ and $1.5{\times}10^5A/cm^2$, while ball shear tests and failure mode analysis were conducted under the high-speed conditions from 10 mm/s to 3000 mm/s. The activation energy of ENIG and OSP surface finishes during annealing were evaluated as 0.84 eV and 0.94 eV, respectively. The solder bumps with ENIG surface finish showed longer electromigration lifetime than OSP surface finish. Shear strengths between ENIG and OSP were similar, and the shear energies decreased with increasing shear speed. Failure analysis showed that electrical and mechanical reliabilities were very closely related to the interfacial IMC stabilities.

PCB 표면처리에 따른 Sn-3.0Ag-0.5Cu 무연솔더 접합부의 in-situ 금속간 화합물 성장 및 Electromigration 특성 분석

김성혁,박규태,이병록,김재명,유세훈,박영배,Kim, Sung-Hyuk,Park, Gyu-Tae,Lee, Byeong-Rok,Kim, Jae-Myeong,Yoo, Sehoon,Park, Young-Bae 한국마이크로전자및패키징학회 2015 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.22 No.2

인쇄회로기판 솔더 상부 및 하부 접합부의 서로 다른 표면처리 조건에 따른 Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) 접합부의 열처리 및 전류 인가에 따른 금속간 화합물 성장거동을 비교하기 위하여 in-situ 미세구조분석 및 electromigration (EM) 수명평가를 실시하였다. 솔더 접합 직후, 상부 접합부의 electroless nickel immersion gold (ENIG) 표면처리에서는 $(Cu,Ni)_6Sn_5$, 하부 접합부의 organic solderability preservative (OSP) 표면처리에서는$ Cu_6Sn_5$, $Cu_3Sn$ 금속간 화합물이 접합 계면에서 생성되었다. EM 수명평가 결과 온도 $130^{\circ}C$, 전류밀도 $5.0{\times}10^3A/cm^2$ 하에서 평균파괴시간이 약 78.7 hrs으로 도출되었고, 하부 OSP 표면처리에서 전자가 솔더로 빠져나가는 부분에서 Cu의 소모에 의한 단락이 주 손상기구로 확인되었다. In-situ 주사전자현미경을 통해 계면 미세구조 분석 결과 상부 접합부 ENIG 표면처리에서 전자의 방향에 따른 미세구조의 큰 차이가 없고 뚜렷한 손상이 관찰되지 않았으나, 하부 접합부 OSP 표면처리의 경우 전자가 솔더로 유입되는 부분에서 빠른 Cu 소모로 인한 보이드 성장이 관찰되었다. 따라서, SAC305무연솔더 접합부에서 ENIG 표면처리가 OSP 표면처리보다 보다 우수한 EM확산방지막 역할을 하여 금속간 화합물 성장을 억제하고 보다 우수한 EM 신뢰성을 보이는 것으로 판단된다. The effects of electroless nickel immersion gold (ENIG) and organic solderability preservative (OSP) surface finishes on the in-situ intermetallics reaction and the electromigration (EM) reliability of Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) solder bump were systematically investigated. After as-bonded, $(Cu,Ni)_6Sn_5$ intermetallic compound (IMC) was formed at the interface of the ENIG surface finish at solder top side, while at the OSP surface finish at solder bottom side,$ Cu_6Sn_5$ and $Cu_3Sn$ IMCs were formed. Mean time to failure on SAC305 solder bump at $130^{\circ}C$ with a current density of $5.0{\times}10^3A/cm^2$ was 78.7 hrs. EM open failure was observed at bottom OSP surface finish by fast consumption of Cu atoms when electrons flow from bottom Cu substrate to solder. In-situ scanning electron microscope analysis showed that IMC growth rate of ENIG surface finish was much lower than that of the OSP surface finish. Therefore, EM reliability of ENIG surface finish was higher than that of OSP surface finish due to its superior barrier stability to IMC reaction.

2G→3G간 번호이동성 도입 방안

최승권(Seung-Gwon Choi),이병록(Byeong-Rok Lee),지홍일(Hong-Il Ji),최운수(Woon-Soo Choi),조용환(Yong-Hwan Jo) 한국콘텐츠학회 2005 한국콘텐츠학회 종합학술대회 논문집 Vol.3 No.2

번호이동성을 통하여 고객들은 서비스 품질과 요금체제에 따라 다양한 사업자 선택권이 부여되며, 이동전화사업자들은 현 가입자 유치 및 품질경쟁에서 실질적인 경쟁개념인 요금경쟁으로 전환이 가능해지므로 국내에서도 변호이동성, 와이브로 사업자 선정 등의 중요한 정책적 이슈들이 마무리 되어가는 시점에서 3G 서비스의 활성화를 위한 2G→3G 간의 변호이동성이 필요한 시점에 있다. 이에 따라 본 연구에서는 새롭게 등장하고 있는 3G 이동통신 서비스의 개요와 3G 서비스 활성화를 위한 2G→3G 간의 변호이동성 도입에 대한 국내외 사례 및 동향 분석, 그리고 국내 시장 상황에 적합한 2G→3G 간 변호이동성의 필요성과 도입 방안을 제시하고자 함. Recently, customers can select various service providers using number portability according to given select options such as quality of service and fare organization. Therefore it is possible that subscriber maintenance and quality competition are converted to fare competition which is real competition concept. However, it is time that we need number portability between 2G→3G for activating 3G services because some important issues are closed such as domestic number portability, WiBro service provider selection. In this paper, we proposed applying method and necessity of 2G→3G number portability. Also. we analyzed 2G→3G number portability examples of domestic and foreign countries and domestic market situation about abstract of 3G mobile communication service and number portability introduction between 2G→3G for 3G service activation appearing newly in this research.

PCB 표면처리가 Sn-0.7Cu 무연솔더 접합부의 기계적 및 전기적 신뢰성에 미치는 영향

김성혁 ( Sung Hyuk Kim ),이병록 ( Byeong Rok Lee ),박규태 ( Gyu Tae Park ),김재명 ( Jae Myeong Kim ),유세훈 ( Se Hoon Yoo ),박영배 ( Young Bae Park ) 대한금속재료학회(구 대한금속학회) 2015 대한금속·재료학회지 Vol.53 No.10

The effects of electroless nickel immersion gold (ENIG) and organic solderability preservative (OSP) surface finishes on the interfacial reaction, and the mechanical and electrical reliabilities of a ball grid array (BGA) Sn-0.7Cu lead-free solder bump were systematically investigated. An in-situ annealing test was performed under three different temperatures to obtain the activation energy for the intermetallic compound (IMC) reaction. Additionally, the ball shear test was conducted under various high-speed loading conditions ranging from 10 to 3,000 mm/s. In addition, the electromigration (EM) test was performed at 13 0℃ with a current density of 5.0 × 103 A/cm2. During annealing, (Cu, Ni)6Sn5 IMC formed at the interface of the ENIG surface finish, while at the OSP surface finish, Cu6Sn5 and Cu3Sn IMCs formed. The activation energies for the total IMCs were 0.84 and 0.74 eV for ENIG and OSP, respectively. The maximum shear force increased with increasing shear speed in the ball shear test, while the shear energy decreased. Furthermore, OSP surface finishes have a similar shear strength with the ENIG surface finishes. The EM lifetime of ENIG surface finish was longer than that of the OSP surface finish because the ENIG surface finish acts as an effective diffusion barrier between the Cu substrate and solder.