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초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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 finish...

주제어

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문제 정의

  • SAC305 솔더범프의 금속간화합물 성장거동에 미치는 PCB 표면처리의 영향을 알아보기 위해서 열처리 및 electromigration에 따른 솔더 접합부의 금속간화합물 형성과 성장거동을 연구하였다. 본 연구에 사용된 BGA 범프의 구조를 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
OSP의 특징은 무엇인가? 환경 친화적 표면처리공법으로 유기 땜납성 보존제(organic solderability preservative, OSP), immersion Sn, 무전해 Ni 도금/Au 치환 도금(electroless nickel immersion gold, ENIG)처리 등이 산업체 전반에 널리 쓰이고 있다.8-10) OSP는 alkyl imidazole 형태의 유기 화합물을 구리 위에 선택적으로 도포가 되기 때문에 미세 회로에 적합한 처리 방식이지만, 유기 물질로 도포되어 있기에 취급에 유의할 필요가 있다. Immersion Sn은 친환경적이고 고밀도 회로에 적합한 방식이지만, 취급 부주의로 인한 산화 및 도금막 손상, whisker 불량이 간혹 발생하기도 한다.
ENIG처리는 어떤 공정인가? Immersion Sn은 친환경적이고 고밀도 회로에 적합한 방식이지만, 취급 부주의로 인한 산화 및 도금막 손상, whisker 불량이 간혹 발생하기도 한다. ENIG처리는 내산화 특성이 우수하고, Cu와 Au와의 확산방지를 위한 barrier metal로 Ni을 사용함으로서 접합표면이 어느정도의 내구성과 전도성을 가지도록 하는 공정이다. 그러나 공정상 고비용이 들고 솔더와의 반응에 취약한 P-rich Ni 층을 형성시키는 단점이 있다.
ENIG처리의 단점은 무엇인가? ENIG처리는 내산화 특성이 우수하고, Cu와 Au와의 확산방지를 위한 barrier metal로 Ni을 사용함으로서 접합표면이 어느정도의 내구성과 전도성을 가지도록 하는 공정이다. 그러나 공정상 고비용이 들고 솔더와의 반응에 취약한 P-rich Ni 층을 형성시키는 단점이 있다.
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참고문헌 (22)

  1. Directive 2002/95/EC of the European Parliament and of the Council, Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment (RoHS), EU (2003). 

  2. European Union WEEE Directive, 3d Fraft (2000). 

  3. J. Muller, H. Griese, and H. Reichl, "Environmental Aspects of PCB Microintegration" ICP works '99, Minneapolis (1999). 

  4. D. Suh, D. W. Kim, P. Liu, H. Kim, J. A. Weninger, C. M. Kumar, A. Prasad, B. W. Grimsley and H. B. Tejada, "Effects of Ag Content on Fracture Resistance of Sn-Ag-Cu Lead-Free Solders under High-Strain Rate Conditions", Mater. Sci. Eng., A 460, 595 (2007). 

  5. M. McCormack and S. Jin, "Progress in the Design of New Lead-Free Solder Alloys", JOM, 45(7), 36 (1993). 

  6. F. Carson, S. M. Lee and N. Vijayaragavan, "Controlling Top Package Warpage for PoP Applications", Proc. 57th Electronic Components and Technology Conference (ECTC), Nevada, pp.737-742, IEEE Components, Packaging and Manufacturing Technology (CPMT) (2007). 

  7. J. M. Koo, C. Y. Lee and S. B. Jung, "Effect of Reflow Number on Mechanical and Electrical Properties of Ball Grid Array (BGA) Solder Joints", J. Microelectron. Packag. Soc., 14(4), 71 (2007). 

  8. V. Denis and C. Gilles, "OSP Coatings: The Nitrogen Solution", Proc. 18th Electronic Manufacturing Technology Symposium, pp.101-104, IEEE/CMPT International (1995). 

  9. D. Chang, F. Bai, Y. P. Wang and C.S. Hsiao, "The Study of OSP as Reliable Surface Finish of BGA Substrate", Proc. 6th Electronics Packaging Technology Conference (EPTC), Singapore, pp.149-153, IEEE (2004). 

  10. H. K.Lee, S. H. Son, H. Y. Lee and J. M. Jeon, "A Study on the ENIG Surface Finish Process and its Properties", J. Kor. Inst. Surf. Eng., 40(1), 32 (2007). 

  11. K. Zeng, R. Stierman, T. C. Chiu, D. Edwards, K. Ano and K. N. Tu, "Kirkendall Void Formation in Eutectic Sn-Pb Solder Joint on Bare Cu and its Effect on Joint Reliability", J. Appl. Phys., 97, 024508 (2005). 

  12. M. Ding, G Wang, B. Chao, P. S. Ho, P. Su and T. Uehling, "Effect of Contact Metallization on Electromigration Reliability of Pb-free Solder Joints", J. Appl. Phys., 99, 094906 (2006). 

  13. S. K. Kang, W. K. Choi, D. Y. Shih, D. W. Henderson, T. Gosselin, A. Sarkhel, C. Goldsmith and K.J. Puttlitz, " $Ag_3Sn$ Plate Formation in the Solidification of Near-Ternary", JOM, 55(6), 61 (2003). 

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  16. J. M. Koo, B. Q. Vu, Y. N. Kim, J. B. Lee, J. W. Kim, D. U. Kim, J. H. Moon and S. B. Jung, "Mechanical and Electrical Properties of Cu/Sn-3.5Ag/Cu Ball Grid Array (BGA) Solder Joints after Multiple Reflows", J. Electron. Mater., 37, 118 (2008). 

  17. B. Chao, S. H. Chae, X. Zhang, K. H. Lu, J. Im and P. S. Ho, "Investigation of Diffusion and Electromigration Parameters for Cu-Sn Intermetallic Compounds in Pb-Free Solders using Simulated Annealing", Acta Materialia, 55(8), 2805 (2007). 

  18. J. H. Choi, S. W. Jun, H. J. Won, B. Y. Jung and T. S. Oh, "Electromigration Behavior of the Flip-Chip Bonded Sn- 3.5Ag-0.5Cu Solder Bumps", J. Microelectron. Packag. Soc., 11(4), 43 (2004). 

  19. J. S. Zhang, Y. C. Chan, Y. P. Wu, H. J. Xi and F. S. Wu, "Electromigration of Pb-Free Solder under a Low Level of Current Density", J. Alloys Compd., 458(1-2), 492 (2008). 

  20. L. Xu, J. H. L. Pang, F. Ren and K. N. Tu, "Electromigration Effect on Intermetallic Growth and Young's Modulus in SAC Solder Joint", J. Electron. Mater., 35(12), 2116 (2006). 

  21. B. Y. Wu and Y. C. Chan, "Electric Current Effect on Microstructure of Ball Grid Array Solder Joint", J. Alloys Compd., 392(1-2), 237 (2005). 

  22. H, Gan and K. N. Tu, "Polarity Effect of Electromigration on Kinetics of Intermetallic Compound Formation in Pb-Free Solder V-Groove Samples", J. Appl. Phys., 97. 063514 (2005). 

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