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Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더범프의 금속간화합물 성장거동에 미치는 PCB 표면처리의 영향
정명혁,김재명,유세훈,이창우,박영배,Jeong, Myeong-Hyeok,Kim, Jae-Myeong,Yoo, Se-Hoon,Lee, Chang-Woo,Park, Young-Bae 한국마이크로전자및패키징학회 2010 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.17 No.1
Thermal annealing and electromigration test were performed at $150^{\circ}C$ and $4{\times}10^3\;A/cm^2$ conditions in order to investigate the effect of PCB surface finishs on the growth kinetics of intermetallic compound (IMC) in Sn-3.0Ag-0.5Cu solder bump. The surface finishes of the electrodes of printed circuit board (PCB) were organic solderability preservation (OSP), immersion Sn, and electroless Ni/immersion gold (ENIG). During thermal annealing, the OSP and immersion Sn show similar IMC growth velocity, while ENIG surface finish had much slower IMC growth velocity. Applying electric current accelerated IMC growth velocity and showed polarity effect due to directional electron flow. Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더범프의 금속간화합물 성장거동에 미치는 PCB 표면처리의 영향을 알아보기 위해서 PCB 패드 표면에 각각 OSP, immersion Sn, 그리고 ENIG를 처리하였고, 열처리는 $150^{\circ}C$ 조건에서 실험을 실시하였다. 또한, 전류인가시 Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더범프의 접합부 계면반응에 미치는 표면처리의 영향을 알아보기 위해서 $150^{\circ}C$, $4{\times}10^3\;A/cm^2$ 조건에서 electromigration특성을 비교 평가하였다. 열처리시 OSP와 immersion Sn의 금속간화합물 성장거동은 서로 비슷한 경향을 보인 반면, ENIG는 다른 표면처리에 비해 훨씬 느린 성장거동을 보였다. electromigration특성 평가결과 열처리에 비해 금속간화합물의 성장이 가속화되나 표면처리별 경향은 유사하였고, 전자 이동 방향에 따른 음극-양극에서 금속간화합물 형성의 차이를 보이는 극성효과(polarity effect)가 나타나는 것을 알 수 있었다.
Cu 두께에 따른 Cu-Cu 열 압착 웨이퍼 접합부의 접합 특성 평가
김재원,정명혁,이학주,현승민,박영배,Kim, Jae-Won,Jeong, Myeong-Hyeok,Carmak, Erkan,Kim, Bioh,Matthias, Thorsten,Lee, Hak-Joo,Hyun, Seung-Min,Park, Young-Bae 한국마이크로전자및패키징학회 2010 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.17 No.4
3차원 TSV 접합 시접합 두께 및 전, 후 추가 공정 처리가 Cu-Cu 열 압착 접합에 미치는 영향을 알아보기 위해 0.25, 0.5, 1.5, 3.0 um 두께로 Cu 박막을 제작한 후 접합 전 $300^{\circ}C$에서 15분간 $Ar+H_2$, 분위기에서 열처리 후 $300^{\circ}C$에서 30분 접합 후 후속 열처리 효과를 실시하여 계면접착에너지를 4점굽힘 시험법을 통해 평가하였다. FIB 이미지 확인 결과 Cu 두께에 상관없이 열 압착 접합이 잘 이루어져 있었다. 계면접착에너지 역시 두께에 상관없이 $4.34{\pm}0.17J/m^2$ 값을 얻었으며, 파괴된 계면을 분석 한 결과 $Ta/SiO_2$의 약한 계면에서 파괴가 일어났음을 확인하였다. Cu-Cu thermo-compression bonding process was successfully developed as functions of the deposited Cu thickness and $Ar+H_2$ forming gas annealing conditions before and after bonding step in order to find the low temperature bonding conditions of 3-D integrated technology where the interfacial toughness was measured by 4-point bending test. Pre-annealing with $Ar+H_2$ gas at $300^{\circ}C$ is effective to achieve enough interfacial adhesion energy irrespective of Cu film thickness. Successful Cu-Cu bonding process achieved in this study results in delamination at $Ta/SiO_2$ interface rather than Cu/Cu interface.
접합 공정 조건이 Al-Al 접합의 계면접착에너지에 미치는 영향
김재원,정명혁,장은정,박성철,김성동,박영배,Kim, Jae-Won,Jeong, Myeong-Hyeok,Jang, Eun-Jung,Park, Sung-Cheol,Cakmak, Erkan,Kim, Bi-Oh,Matthias, Thorsten,Kim, Sung-Dong,Park, Young-Bae 한국재료학회 2010 한국재료학회지 Vol.20 No.6
3-D IC integration enables the smallest form factor and highest performance due to the shortest and most plentiful interconnects between chips. Direct metal bonding has several advantages over the solder-based bonding, including lower electrical resistivity, better electromigration resistance and more reduced interconnect RC delay, while high process temperature is one of the major bottlenecks of metal direct bonding because it can negatively influence device reliability and manufacturing yield. We performed quantitative analyses of the interfacial properties of Al-Al bonds with varying process parameters, bonding temperature, bonding time, and bonding environment. A 4-point bending method was used to measure the interfacial adhesion energy. The quantitative interfacial adhesion energy measured by a 4-point bending test shows 1.33, 2.25, and $6.44\;J/m^2$ for 400, 450, and $500^{\circ}C$, respectively, in a $N_2$ atmosphere. Increasing the bonding time from 1 to 4 hrs enhanced the interfacial fracture toughness while the effects of forming gas were negligible, which were correlated to the bonding interface analysis results. XPS depth analysis results on the delaminated interfaces showed that the relative area fraction of aluminum oxide to the pure aluminum phase near the bonding surfaces match well the variations of interfacial adhesion energies with bonding process conditions.
유연성 기판에 사용되는 전해 동박의 절곡 및 굴곡 피로 파괴와 인장 특성과의 관계
김병준,정명혁,황성환,이호영,이성원,전기도,박영배,주영창,Kim, Byoung-Joon,Jeong, Myeong-Hyeok,Hwang, Sung-Hwan,Lee, Ho-Young,Lee, Sung-Won,Cbun, Ki-Do,Park, Young-Bae,Joo, Young-Cbang 한국마이크로전자및패키징학회 2011 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.18 No.1
유연성 기판 상의 동박의 반복 굽힘 변형에 따른 절곡 빛 굴곡 신뢰성과 인장 특성과의 관계를 규명하기 위해 4종류의 동박 시편의 절곡 신뢰성 실험, 굴곡 선뢰성 실험과 인장 실험을 실시하였다. 절곡 신뢰성 실험은 동박에 5.3%의 굽힘 변형률을, 굴독 선뢰성 실험은 동박에 2.0%의 굽힘 변형률을 반복적으로 인가하면서 전기 저항 변화를 관찰하고 피로 수명을 평가하였다. 또한, 4가지 시편의 인장 실험을 통해 탄성 계수, 항복 강도, 연장 강도, 인성 등의 재료 물성을 구한 결과, 연성과 인성이 우수한 시편의 경우 절곡 및 굴곡 신뢰성이 크게 우수한 것으로 나타났다. 반면, 탄성 계수, 항복 강도의 경우 절곡 및 굴곡 신뢰성과 큰 연관성을 보이지 않았다. 이는 절곡 및 굴곡 변형에 의한 금속의 피로 파괴 거동은 재료의 파괴 인성과 밀접한 관계를 가지기 때문으로 판단된다. Folding endurance, bending fatigue and monotonic tensile tests of 4 kinds of Cu foil on flexible substrate was performed to investigate the relationship between folding or bending endurances and tensile characteristics. The repeated 5.3 or 2.0% strain was applied to Cu foil in folding endurance test or bending fatigue test while monitoring the electrical resistance. Elastic modulus, yield strength, ultimate tensile strength, ductility, and toughness were obtained by monotonic tensile test on the same samples. The Cu foil with higher toughness and ductility showed higher reliabilities in folding or bending fatigue. However, elastic modulus and yield strength did not show any relationship with folding and bending reliability. This is because the failures of Cu foil by folding or bending fatigue were closely related to the fracture energy of metal.
3차원 칩 적층을 위한 Cu pillar/Sn-3.5Ag 미세범프 접합부의 금속간화합물 성장거동에 따른 전단강도 평가
곽병현 ( Byung Hyun Kwak ),정명혁 ( Myeong Hyeok Jeong ),박영배 ( Young Bae Park ) 대한금속재료학회(구 대한금속학회) 2012 대한금속·재료학회지 Vol.50 No.10
The effect of thermal annealing on the in-situ growth characteristics of intermetallics (IMCs) and the mechanical strength of Cu pillar/Sn-3.5Ag microbumps are systematically investigated. The Cu6Sn5 phase formed at the Cu/solder interface right after bonding and grew with increased annealing time, while the Cu3Sn phase formed at the Cu/Cu6Sn5 interface and grew with increased annealing time. IMC growth followed a linear relationship with the square root of the annealing time due to a diffusion-controlled mechanism. The shear strength measured by the die shear test monotonically increased with annealing time. It then changed the slope with further annealing, which correlated with the change in fracture modes from ductile to brittle at a critical transition time. This is ascribed not only to the increasing thickness of brittle IMCs but also to the decreasing thickness of the solder, as there exists a critical annealing time for a fracture mode transition in our thin solder-capped Cu pillar microbump structures.