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제안 방법
- TEM 시료는시편에 W를 증착하고, Ga+ 이온을 source로 한 가속전압 30keV FIB (Focused Ion Beam) 를 사용하여 가공하였으며, lOOpA 빔 전류를 갖는 Ga+ 이온 빔을 이용한 미세 밀링을 통하여 electron-transparency?} 시료를 제조하였다. Fig. 4와 같은 두 개의 FIB 시료 가공은 Micrion 2100을 사용하였고, TEMe HD-2000 (Hitachi)을 이용하여 가속전압 200keV에서 관찰하였디. 일반적으로 TEM 관찰용 시료는 시편을 절단하여기계적인 연마후에 이온밀링(ion milling)에 의해 0.
- 시효처리한 시편의 단면을연마하여 주사전자현미경 (SEM)으로 IMC층을 관찰하였다. IMC 분석은 투과전자현미경 (Transmission Electron Microscope, TEM)과 EDS(Energy E&spersive Spectroscopy) 를 이용하여 수행하였다. TEM 시료는시편에 W를 증착하고, Ga+ 이온을 source로 한 가속전압 30keV FIB (Focused Ion Beam) 를 사용하여 가공하였으며, lOOpA 빔 전류를 갖는 Ga+ 이온 빔을 이용한 미세 밀링을 통하여 electron-transparency?} 시료를 제조하였다.
- IMC 분석은 투과전자현미경 (Transmission Electron Microscope, TEM)과 EDS(Energy E&spersive Spectroscopy) 를 이용하여 수행하였다. TEM 시료는시편에 W를 증착하고, Ga+ 이온을 source로 한 가속전압 30keV FIB (Focused Ion Beam) 를 사용하여 가공하였으며, lOOpA 빔 전류를 갖는 Ga+ 이온 빔을 이용한 미세 밀링을 통하여 electron-transparency?} 시료를 제조하였다. Fig.
- 솔더와 젖음(wetting)이 잘되고 솔더로의 용융이나 IMC로부터 기지 금속의 완전한 소모를 막기 위해 상부에 10㎛ 두께의 Cu를 전기도금 (electroplating)으로 제조하였다. 두께 30~50㎛의후막 포토 레지스트(photo resist, PR)를 하드 베이크하여 전기도금으로 솔더 범프를 형성한 후에 PR 스트립 (strip) 및 UBM을 에칭하고, 리플로우 공정으로 솔더범프를 형성하였다. 솔더 페이스트 도포 후 리플로우에사용된 장비는 적외선 .
- 본 연구에서는 광소자의모듈화 및 고속화에 따라 포토 다이오드의 패드 크기가지름 80㎛와 100㎛인 표면에 Au 스터드 범프를 형성하였다. 또한 두 종류의 솔더 범프를 형성시켜 범프와 TiW/Cu/ electroplated Cu UBM (Under Bump Metallurgy)의 접합강도와 등온 시효처리에 따른 강도변화를 전단실험을 통해 측정하였고, 금속간화합물 (Intermetallic Compound, IMC)의 성장 변화를 관찰하였다.
- 이러한 기술은 미세 패드 피치의 범핑 기술을 사용하는데 솔더접합부의 장기신뢰성에 대한 문제점이 해결해야 할 과제로 남아있다2-7). 본 연구에서는 광소자의모듈화 및 고속화에 따라 포토 다이오드의 패드 크기가지름 80㎛와 100㎛인 표면에 Au 스터드 범프를 형성하였다. 또한 두 종류의 솔더 범프를 형성시켜 범프와 TiW/Cu/ electroplated Cu UBM (Under Bump Metallurgy)의 접합강도와 등온 시효처리에 따른 강도변화를 전단실험을 통해 측정하였고, 금속간화합물 (Intermetallic Compound, IMC)의 성장 변화를 관찰하였다.
- 그러나, 솔더링 공정 후에도 수백 #두께의 얇은Cu3Sn 형성되는 것으로 알려져 있다2). 솔더 범프가형성된 시편이 300시간의 시효처리 과정을 거치면서Cu-Sn IMC(Cu6Sn5+Cu3Sn)가 3.0~4.0㎛ 두께로 성장한 것을 EDS 분석을 통하여 확인하였다.
- 3은 100㎛ 패드에 형성된 솔더 범프와 스터드 범프의형상을 나타내었다. 솔더와 젖음(wetting)이 잘되고 솔더로의 용융이나 IMC로부터 기지 금속의 완전한 소모를 막기 위해 상부에 10㎛ 두께의 Cu를 전기도금 (electroplating)으로 제조하였다. 두께 30~50㎛의후막 포토 레지스트(photo resist, PR)를 하드 베이크하여 전기도금으로 솔더 범프를 형성한 후에 PR 스트립 (strip) 및 UBM을 에칭하고, 리플로우 공정으로 솔더범프를 형성하였다.
- 전단강도 값은 조건마다 10개의 시편에서 30개의 범프를 실험하였으며, 최대값과 최소값을제외한 평균값을 사용하였다. 시효처리한 시편의 단면을연마하여 주사전자현미경 (SEM)으로 IMC층을 관찰하였다. IMC 분석은 투과전자현미경 (Transmission Electron Microscope, TEM)과 EDS(Energy E&spersive Spectroscopy) 를 이용하여 수행하였다.
- 온도와 시간에 따른 IMC의 성장 변화를 분석하기 위해 등온 시효온도는 120℃, 170℃ 두 종류로 구분하였고 0, 300, 600, 900시간 동안 시효처리 한 후에 전단강도를 측정하였다. 전단강도 측정은 전단 시험장치로 system 552(ROYCE)를 사용하였으며, 팁(tip)의 이동속도는 0.
- 측정하였다. 전단강도 측정은 전단 시험장치로 system 552(ROYCE)를 사용하였으며, 팁(tip)의 이동속도는 0.30md/s, 팁의 높이는 UBM 표면에서부터 2.0㎛로 하였다. 전단강도 값은 조건마다 10개의 시편에서 30개의 범프를 실험하였으며, 최대값과 최소값을제외한 평균값을 사용하였다.
- 초고속 광통신 모듈에 사용되는 포토 다이오드의 패드표면에 3개의 솔더 범프를 형성시켜 범프/UBM의 접합강도와 등온 시효처리에 따른 강도변화를 전단실험을 통해 측정하였고, IMC 성장을 관찰하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 패드 크기가 80㎛와 100㎛인 시편에 대해 시효 처리된 시편의 전단강도와 형성된 볼 크기와의 관계를 관찰 하였다. Fig.
대상 데이터
- 칩의 크기는 460㎛250㎛이고, 두께는 ]00㎛ 이다. 본딩 패드의 크기는 지름이 80㎛와 100㎛이며, 광소자 재료로는 InP을 사용하였다. Fig.
- 최고 온도 설정은 210±5℃에서 45초, 액상상태 유지시간은 60초로 하였다. 솔더 표면의 산화막을 제거하고, 균일한 모양의 범프를 형성시키기 위해 WS609 수용성플럭스를 사용하였다. Sn-37wt%Pb 공정 솔더로 형성한 범프는 패드 크기 80㎛와 100㎛에서, 범프의 직경은 각각 95~99㎛와 120~135㎛의 분포를 보였다.
- 실험에 사용된 칩은 초고속(lOGbps급) 포토 다이오드이며, Fig. 1에 양극(anode)과 음극(cathode), 그리고 균형을 유지하기 위한 더미(dummy) 범프구조를 나타내었다. 칩의 크기는 460㎛250㎛이고, 두께는 ]00㎛ 이다.
- 0㎛로 하였다. 전단강도 값은 조건마다 10개의 시편에서 30개의 범프를 실험하였으며, 최대값과 최소값을제외한 평균값을 사용하였다. 시효처리한 시편의 단면을연마하여 주사전자현미경 (SEM)으로 IMC층을 관찰하였다.
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