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전해Ni, 무전해 Ni pad에서의 Cu 함량에 따른 접합 신뢰성에 관한 연구
이현규,천명호,추용철,오금술,Lee, Hyun Kyu,Chun, Myung Ho,Chu, Yong Chul,Oh, Kum-Sool 한국마이크로전자및패키징학회 2015 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.22 No.3
It has been used various pad finish materials to enhance the reliability of solder joint and recently Electroless Ni Electroless Pd Immersion Gold (the following : ENEPIG) pad has been used more than others. This study is about reliability according to being used in commercial Electrolytic Ni pad and ENEPIG pad, and was observed behavior of various Cu contents. After reflow, the inter-metallic compound (IMC) between solder and pad is composed of $Cu_6Sn_5$ (Ni substituted) by using EDS, and in case of ENEPIG, between IMC and Ni layer was observed the dark layer ($Ni_3P$ layer). Additional, it could be controlled the thickness of dark layer according to Cu contents. Investigated the different fracture mode between electrolytic Ni and ENEPIG pad after drop shock test, in case of soft Ni, accelerated stress propagated along the interface between $1^{st}$ IMC and $2^{nd}$ IMC, and in case of ENEPIG pad, accelerated stress propagated along the weaken surface such as dark layer. The unstable interface exists through IMC, pad material and solder bulk by the lattice mismatch, so that the thermal and physical stress due to the continuous exterior impact is transferred to the IMC interface. Therefore, it is strongly requested to control solder morphology, IMC shape and thickness to improve the solder reliability. 솔더 조인트의 신뢰성 강화를 위해서 다양한 pad finish material이 사용되고 있으며, 최근에는 Electroless Ni Electroless Pd Immersion Gold (이하 ENEPIG) pad가 많이 사용되고 있다. 따라서, 본 연구는 상용화 되어 사용중인 Electrolytic Ni (soft Ni) pad와 최근 이슈가 되고 있는 ENEPIG pad에 대한 신뢰성 평가에 관한 것으로, 다양한 Cu 함량에 따른 거동을 관찰 하였다. Reflow 후 솔더와 pad간의 접합층은 $Cu_6Sn_5$에 Ni이 치환된 형태의 금속간 화합물로 구성되어 있었으며, ENEPIG pad의 경우, 접합층과 Ni layer 사이에 $Ni_3P$ (dark layer) layer가 관찰 되었다. 또한, Cu 함량에 따라 Dark layer의 두께를 제어할 수 있었다. 충격 낙하 시험 후, 파괴모드를 관찰한 결과 soft Ni pad와 ENEPIG pad에서 서로 다른 파괴모드가 관찰 되었으며, soft Ni의 경우, 1차 IMC와 2차 IMC 경계에서 파괴가 관찰 되었고, ENEPIG pad의 경우, dark layer에서 파괴가 관찰 되었다. IMC와 pad material, bulk 솔더와의 lattice mismatch에 의해 불안정한 계면이 존재하며, 이는 연속적인 외부 충격에 의해 가해진 열적, 물리적 스트레스를 IMC 계면으로 전송하기 때문에, 솔더의 신뢰성 향상을 위해서는 솔더 벌크의 제어와 IMC의 두께 및 형상의 제어는 필요하다.
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OSP.ENIG 표면 처리된 기판과 Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더 접합부의 낙하충격 신뢰성 평가
하상옥,하상수,이종범,윤정원,박재현,추용철,이준희,김성진,정승부,Ha, Sang-Ok,Ha, Sang-Su,Lee, Jong-Bum,Yoon, Jeong-Won,Park, Jai-Hyun,Chu, Yong-Chul,Lee, Jun-Hee,Kim, Sung-Jin,Jung, Seung-Boo 한국마이크로전자및패키징학회 2009 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.16 No.1
전자 기기 제품들이 소형화 및 휴대화 되면서 낙하충격 신뢰성에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 대표적인 무연솔더인 Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더를 이용하여 ENIG (Electroless Nickel Iimmersion Gold), OSP (Organic Solderability Preservative) 표면 처리와 등온 시효 시험 (High Temperature Storage test)에 따른 보드 레벨 패키지 (board level package)의 낙하충격 신뢰성 (drop reliability) 시험을 수행하였다. 또한 충격 조건을 변화시켜 시편에 가해지는 가속도 (G:acceleration)와 충격 지속 시간 (pulse duration)에 따른 신뢰성을 평가하였다. 기판의 strain측정 결과 중앙 부위가 가장 응력이 컸으며, 충격가속도에 비례하여 응력이 증가하였다. 시효 처리 전에는 OSP처리된 기판이 다소 우수한 신뢰성을 보였지만, 시효 처리후에는 ENIG기판에서 신뢰성이 우수하였고, 반대로 OSP는 감소하는 경향을 보였다. OSP의 경우 과도한 금속간화합물 (intermetallic compound)의 성장으로 인해 접합 계면에서 취성파괴 (brittle fracture)가 일어난 것을 관찰할 수 있었다. The use of portable devices has created the need for new reliability criterion of drop impact tests because of the tendency to accidentally drop in the use of these devices. The effects of different PCB surface finishes (organic solderability preservative (OSP) and electroless nickel immersion gold (ENIG)) and high temperature storage (HTS) test on the drop reliability were studied. Various drop test conditions were used to evaluate a drop reliability of assemblies to endure such impact and shock load. In the case of the as-reflowed samples (no HTS test), the SAC/OSP boards exhibited a better drop impact reliability than that of SAC/ENIG. However, the reverse was true if HTS test is performed. In addition, significant decrease of drop reliability was observed for both SAC/ENIG and SAC/OSP assemblies after HTS test. It was also observed that the thickness of intermetallic compound layer do play an important role in the brittle fracture of drop test.
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박준규 ( Jun Kyu Park ),정재필 ( Jae Pil Jung ),김인락 ( In Rak Kim ),추용철 ( Yong Cheol Chu ) 대한금속재료학회 ( 구 대한금속학회 ) 2010 대한금속·재료학회지 Vol.48 No.7
Copper filling into TSV (through-silicon-via) and reduction of the filling time for the three dimensional chip stacking were investigated in this study. A Si wafer with straight vias - 30 μm in diameter and 60 μm in depth with 200 μm pitch - where the vias were drilled by DRIE (Deep Reactive Ion Etching) process, was prepared as a substrate. SiO2, Ti and Au layers were coated as functional layers on the via wall. In order to reduce the time required complete the Cu filling into the TSV, the PPR (periodic pulse reverse) wave current was applied to the cathode of a Si chip during electroplating, and the PR (pulse-reverse) wave current was also applied for a comparison. The experimental results showed 100% filling rate into the TSV in one hour was achieved by the PPR electroplating process. At the interface between the Cu filling and Ti/ Au functional layers, no defect, such as a void, was found. Meanwhile, the electroplating by the PR current showed maximum 43% filling ratio into the TSV in an hour. The applied PPR wave form was confirmed to be effective to fill the TSV in a short time.
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