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연성인쇄회로기판 상에 Au 스터드 플립칩 범프의 초음파 접합
구자명,김유나,이종범,김종웅,하상수,원성호,서수정,신미선,천평우,이종진,정승부,Koo, Ja-Myeong,Kim, Yu-Na,Lee, Jong-Bum,Kim, Jong-Woong,Ha, Sang-Su,Won, Sung-Ho,Suh, Su-Jeong,Shin, Mi-Seon,Cheon, Pyoung-Woo,Lee, Jong-Jin,Jung, Seung-Boo 한국마이크로전자및패키징학회 2007 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.14 No.4
본 연구의 목적은 OSP, 전해 Au과 무전해 Ni/Au로써 표면처리를 달리한 연성회로기판 상에 Au 스터드 플립칩 범프의 초음파 접합 가능성을 연구하는 것이었다. Au 스터드 범프는 표면처리 방법에 상관없이 성공적으로 연성회로기판의 패드 상에 초음파 접합되었다 접합 강도는 접합 시간에 민감하게 영향을 받았다. 접합 시간이 길어짐에 따라 접합 강도는 증가하였으나, 2초 이상의 접합 시간에서는 이웃 범프끼리 단락되는 bridge 현상이 발생하였다. 최적 접합조건은 OSP 처리된 가판상에 0.5초간 초음파 접합하는 것이었다. 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.
BGA 패키지의 기계적${\cdot}$전기적 특성 평가 및 평가법
구자명,김종웅,김대곤,윤정원,이창용,정승부,Koo Ja-Myeong,Kim Jong-Woong,Kim Dae-Gon,Yoon Jeong-Won,Lee Chang-Yong,Jung Seung-Boo 한국마이크로전자및패키징학회 2005 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.12 No.4
실험과 비선형 유한요소해석을 병행하여, area array 패키지에서 솔더 접합부 특성을 판별하기 위한 전단시험 결과에 미치는 전단속도와 높이의 영향을 연구하였다. 전단속도의 증가와 전단높이의 감소에 따라 전단강도는 증가하는 경향을 나타내었다. 과대하게 높은 전단높이는 비정상적으로 높은 표준편차 또는 솔더볼 표면으로부터 전단 프로브의 밀림 현상과 같은 실험오차를 발생시켰다. 반면, 낮은 전단 속도는 취약한 계면 파괴나 계면에서 가장 약한 층의 판별에 있어서 유용하였다. 한편, 리플로우 회수 증가에 따른 Sn-37Pb/Cu와 Sn-3.5Ag/Cu BGA 솔더 접합부의 기계적${\cdot}$전기적 특성에 대하여 연구하였다. Cu6Sn5와 Cu3Sn으로 구성된 금속간화합물 층의 총 두께는 리플오우 시간의 1/3승에 비례하여 증가하였다. 전단 강도는 3회 또는 4회 리플로우까지 증가한 후, 이후 리플로우 회수에 비례하여 감소하는 경향을 나타내었다. 이때, 파괴는 리플로우 회수에 관계없이 솔더 내에서 발생하였다. 진기 비저항은 리플로우 회수에 비례하여 증가하였다. The ball shear force was investigated in terms of test parameters, i.e. displacement rate and probe height, with an experimental and non-linear finite element analysis for evaluation of the solder joint integrity in area array packages. The increase in the displacement rate and the decrease in the probe height led to the increase in the shear force. Excessive probe height could cause some detrimental effects on the test results such as unexpected high standard deviation and probe sliding from the solder ball surface. The low shear height conditions were favorable for assessing the mechanical integrity of the solder joints. The mechanical and electrical properties of the Sn-37Pb/Cu and Sn-3.5Ag/Cu BGA solder joints were also investigated with the number of reflows. The total thickness of the intermetallic compound (IMC) layers, consisting of Cu6Sn5 and Cu3Sn, was increased as a function of cubic root of reflow time. The shear force was increased up to 3 or 4 reflows, and then was decreased with the number of reflows. The fracture occurred along the bulk solder, in irrespective of the number of reflows. The electrical resistivity was increased with increasing the number of reflows.
BGA 솔더 접합부의 기계적.전기적 특성에 미치는 리플로우 횟수의 효과
구자명,이창용,정승부,Koo, Ja-Myeong,Lee, Chang-Yong,Jung, Seung-Boo 한국마이크로전자및패키징학회 2007 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.14 No.4
본 연구에서는 리플로우 횟수를 달리하여 Sn-37Pb, Sn-3.5Ag와 Sn-3.5Ag-0.75Cu (all wt.%) BGA 솔더 접합부들을 OSP가 코팅된 Cu 패드 상에 형성시킨 후, 기계적 전기적 특성을 연구하였다. 주사전자현미경 분석 결과, 접합 계면에 생성된 $Cu_6Sn_5$ 금속간화합물 층의 두께는 리플로우 횟수가 증가함에 따라 증가하였다. Sn-Pb와 Sn-Ag-Cu 솔더 접합부의 경우, 3회 리플로우 후 최대 전단 강도를 나타내었으며, Sn-Ag 솔더 접합부의 경우 4회 리플로우 후 최대 전단 강도를 나타내었다. 이후 리플로우 횟수가 10회까지 증가함에 따라 전단 강도는 점차 감소하였다. 리플로우 횟수가 증가함에 따라 전기적 특성은 점차 감소하였다. In this study, the mechanical and electrical properties of three different ball grid array (BGA) solder joints, consisting of Sn-37Pb, Sn-3.5Ag and Sn-3.5Ag-0.75Cu (all wt.%), with organic solderability preservative (OSP)-finished Cu pads were investigated as a function of reflow number. Based on scanning electron microscopy (SEM) analysis results, a continuous $Cu_6Sn5$, intermetallic compound (IMC) layer was formed at the solder/substrate interface, which grew with increasing reflow number. The ball shear testing results showed that the shear force peaked after 3 reflows (in case of Sn-Ag solder, 4 reflows), and then decreased with increasing reflow number. The electrical property of the joint gradually decreased with increasing reflow number.
CMOS 이미지 센서용 Au 플립칩 범프의 초음파 접합
구자명,문정훈,정승부,Koo, Ja-Myeong,Moon, Jung-Hoon,Jung, Seung-Boo 한국마이크로전자및패키징학회 2007 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.14 No.1
본 연구의 목적은 CMOS 이미지 센서용 Au 플립칩 범프와 전해 도금된 Au 기판 사이의 초음파 접합의 가능성 연구이다. 초음파 접합 조건을 최적화하기 위해서, 대기압 플라즈마 세정 후 접합 압력과 시간을 달리하여 초음파 접합 후 전단 시험을 실시하였다. 범프의 접합 강도는 접합 압력과 시간 변수에 크게 좌우되었다. Au 플립칩 범프는 상온에서 성공적으로 하부 Au 도금 기판과 접합되었으며, 최적 조건 하에서 접합 강도는 약 73 MPa이었다. This study was focused on the feasibility of ultrasonic bonding of Au flip chip bumps for a practical complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image sensor with electroplated Au substrate. The ultrasonic bonding was carried out with different bonding pressures and times after the atmospheric pressure plasma cleaning, and then the die shear test was performed to optimize the ultrasonic bonding parameters. The bonding pressure and time strongly affected the bonding strength of the bumps. The Au flip chip bumps were successfully bonded with the electroplated Au substrate at room temperature, and the bonding strength reached approximate 73 MPa under the optimum conditions.
잉크젯 프린팅 방식으로 형성된 구리 배선의 전기적 특성 평가
김광석,구자명,정재우,김병성,정승부,Kim, Kwang-Seok,Koo, Ja-Myeong,Joung, Jae-Woo,Kim, Byung-Sung,Jung, Seung-Boo 한국마이크로전자및패키징학회 2010 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.17 No.3
직접인쇄기술 방식은 기존의 포토리소그래피 방법을 이용한 패터닝 기술에 비해 저비용, 간단한 공정 과정, 친환경성 등 여러 장점들로 인해 미세 회로 형성 분야의 그린 테크놀로지로 최근 각광받고 있다. 이러한 프린팅 기반의 전자기술을 상용화하기 위해서는 프린팅 방식으로 형성된 회로의 전기적 특성 평가가 필수적인데, 이에 본 연구에서는 구리 잉크를 이용하여 잉크젯 프린팅 방식으로 2 가지 타입, parallel transmission line(PTL)과 coplanar waveguide(CPW) 구조의 회로를 형성하고 $250^{\circ}C$에서 30분 동안 소결하여 완성하였다. 전류-전압 그래프로 직류 저항을 측정하여 벌크 구리의 비저항 값의 약 3.3배되는 평균 0.558 ${\mu}{\Omega}{\cdot}cm$의 비저항 값을 도출하였고 회로의 고주파 특성 평가를 위해 주파수 범위 0~30 GHz에서 probe station chuck과 샘플 간의 갭 유무에 따른 scattering parameter를 측정하였다. 모든 시편에서 5 dB 이하의 반사 특성을 보였으며, PTL 회로가 CPW 구조보다 전반적으로 더 좋은 통과 특성을 나타내었다. Direct printing technology is an attractive metallization method, which has become immerging as "Green technology" to the conventional photolithography, on account of low cost, simple process and environment-friendliness. In order to commercialize the printed electronics in industry, it is essential to evaluate the electrical properties of conductive circuits using direct printing technology. In this contribution, we focused on the electrical characteristics of inkjet-printed circuits. A Cu nanoink was inkjet-printed onto a Bisaleimide triazine(BT) substrate with parallel transmission line(PTL) and coplanar waveguide(CPW) type, then was sintered at $250^{\circ}C$ for 30 min. We calculated the resistivity of printed circuits through direct current resistance by the measurement of I-V curve: the resistivity was approximately 0.558 ${\mu}{\Omega}{\cdot}cm$ which is about 3.3 times that of bulk Cu. Cascade's probe system in the frequency range from 0 to 30 GHz were employed to measure the Scattering parameter(S-parameter) with or without a gap between the substrate and the probe station chuck. The result of measured S-parameter showed that all printed circuits had over 5 dB of return loss in the entire frequency range. In the curve of insertion loss, $S_{21}$, showed that the PTL type circuits had better transmission of radio frequency (RF) than CPW type.
리플로우 횟수가 ENIG/Sn-3.5Ag/ENIG BGA 솔더 조인트의 기계적, 전기적 특성에 미치는 영향
성지윤,표성은,구자명,윤정원,노보인,원성호,정승부,Sung, Ji-Yoon,Pyo, Sung-Eun,Koo, Ja-Myeong,Yoon, Jeong-Won,Noh, Bo-In,Won, Sung-Ho,Jung, Seung-Boo 한국마이크로전자및패키징학회 2009 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.16 No.1
본 연구에서는 electroless nickel / immersion gold (ENIG) 처리된 printed circuit board (PCB)를 무연 솔더인 Sn-3.5(wt%)Ag로 접합하였다. 리플로우 횟수를 1회부터 10회까지 다양하게 하여 리플로우 횟수가 증가함에 따른 솔더 접합부의 기계적, 전기적 특성의 변화에 대해 연구하였다. 접합부의 미세 조직 관찰을 위해 접합부 단면을 폴리싱 하여 금속간 화합물의 두께를 측정하고 종류를 분석하였다. 접합부의 기계적 특성을 평가하기 위해서 die 전단 시험을 하였는데, 리플로우 횟수가 4-5회일 때까지 전단 강도 값이 증가하다가 5회 이후로 감소하였다. 전기적 특성을 알아보기 위해 전기 저항 값을 측정하였는데, 리플로우 횟수가 증가할수록 접합부의 전기 저항 값은 점점 증가하였다. In this study, solder joints were made with Sn-3.5Ag (wt%) solder ball. Electroless nickel / immersion gold (ENIG) printed circuit board (PCB) substrates were employed in this work. The mechanical and electrical properties were measured as a function of the number of reflow. Die shear strength was measured with increasing reflow number. Until the forth or fifth reflow, shear force increased and after the fifth reflow the shear force of die decreased. The electrical resistivity of solder joint linearly increased with increasing reflow number.