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제안 방법
- Fig. 6에서 보면, 본 연구에서 질산 기상 처리하지 않은 시편의 high speed shear 평가에서 3µm Ni-P 도금 시편의 shear 에너지의 감소를 확인할 수 있는데 구조상의 원인을 확인하기 위하여 파단면의 가장자리와 솔더리지스트 (solder resist)와의 경계면을 FIB 분석하였다.
- High speed shear 평가는 dage4000HS (Dage, England)를 이용하여 전단속도 2250mm/sec로 shear 평가를 진행하였다. 전단속도는 파단모드에 따른 cliff point를 전단속도별로 평가하여 구하였다12,17,20).
- High speed shear 평가를 진행하기 위해서 시편 전처리가 끝난 시편에 메탈마스크를 이용하여 RMA 타입의 플럭스 (Kester) 를 도포하고 솔더볼 실장의 위치 정확도를 높이기 위하여 볼실장용 메탈마스크를 제작, 사용하여 직경 500µm의 Sn-4.0wt%Ag-0.5wt%Cu(SAC405) 솔더볼을 실장하였다.
- Ni-P 도금두께와 질산 기상 처리에 의해 제작된 시편들의 칩어셈블리 공정을 고려한 시편 전처리별 high speed shear 평가에 미치는 영향을 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 칩 실장공정을 고려하면 기판에 플럭스나 솔더 페이스트를 도포하고 칩붙임 (chip attaching)과 리플로를 실시하였다. 그 후 플럭스 제거를 위하여 디플럭스 용액에서 플럭스 제거처리를 하고 세정 및 질소 건조를 실시한다. 이후 공정은 언더필레진 (underfill resin)을 도포하고 경화 (curing)하여 칩어셈블리 공정을 마무리한다.
- 먼저, 시편 제작은 에폭시 기반의 유기 기판에 구리패드를 semi-additive process로 형성하고 솔더리지스트 잉크를 도포한 후, 리소그래피 (lithography) 방법으로 400 µm 직경의 솔더리지스트 오프닝 (solder resist opening)을 형성하였다.
- 솔더리지스트가 open된 구리 패드에 무전해 Ni-P 도금을 두께 3, 6 µm 목표로 도금하였다. 무전해 Ni-P 도금은 탈지, 산세, 촉매, 그리고 Ni-P 도금 순서로 진행되었으며, 탈지는 알카리 탈지액을 사용하여 50℃, 3분간 처리하였으며, 산세는 10% 황산 (H2SO4)에 상온, 10초간 처리하였으며, 촉매는 파라듐 (Pd) 촉매를 위하여 Pd 농도 25mg/l의 H2SO4 base 용액을 사용하여 30℃, 1분간 처리하였다. 무전해 Ni-P 도금은 상용 중인 (middle phosphorous) 타입의 Ni-P 도금액을 사용하여 80℃, 도금두께 별로 도금시간을 달리하여 두께를 맞추었다.
- 하지만 어셈블리중의 플럭스 (flux) 도포, 리플로 (reflow) 및 디플럭스 (deflux) 공정의 환경에서 ENEPIG 도금의 접합 신뢰성에 대한 데이터는 많이 없는 실정이다. 본 연구에서는 칩어셈블리 공정에 의한 스트레스를 modify한 시편 전처리, Ni-P 도금 두께 및 부식 부식환경을 변화시켜 솔더 접합부의 high speed shear 특성 변화를 검토하였다.
- 솔더 접합 계면과 파단면은 Ar ion milling system (TIC 3x, Leica, Germany), field emission scanning electron microscopy와 energy dispersive x-ray spectrometry (Supra 40VP, Zeiss, Germany)를 이용하여 분석하였고, 미세 계면 분석을 위하여 focused ion beam (Quanta200, FEI, Netherlands)을 이용하였다.
- 시편은 무전해 Ni-P 도금층의 두께를 2종류 (3µm, 6µm)로 만들고, 질산 기상처리와 시편 전처리 (Precondition level#0, #1, #2)에 따른 high speed shear 영향도를 평가하였다.
- 질산 기상 처리는 핫플레이트 (hot plate) 위의 탈이온수 (deionized water) 내에서 60% 질산 용액을 비이커에 담고 25℃로 중탕시키면서 시편을 기상화된 질산에 150분 노출시켰다. 이는 질산 기상 처리에 따라 shear 에너지와 불량모드를 관찰하였고, 무전해 Ni-P 도금두께와 시편 전처리 조건의 영향도도 같이 평가하였다.
- 이후 공정은 언더필레진 (underfill resin)을 도포하고 경화 (curing)하여 칩어셈블리 공정을 마무리한다. 이러한 칩어셈블리 공정의 솔더볼 shear 에너지를 평가할 목적으로 시편 전처리를 모사하여 pre-condition level #0, level #1, level #2로 진행하여 솔더볼을 실장 후, high speed shear 평가를 진행하였다. 시편 전처리는 pre-condition level #0 (미처리 기판), pre-condition level #1 (디플럭스 용액내 1200초 침적 → 흐르는 탈이온수로 60초간 세정 → 에어건 (air gun)으로 건조), pre-condition level #2 (260℃ 피크온도의 리플로 → 디플럭스 용액내 1200초 침적 → 흐르는 탈이온수로 60초간 세정 → 에어건으로 건조 → 질소 (N2)분위기의 2시간 건조)으로 Fig.
- High speed shear 평가는 dage4000HS (Dage, England)를 이용하여 전단속도 2250mm/sec로 shear 평가를 진행하였다. 전단속도는 파단모드에 따른 cliff point를 전단속도별로 평가하여 구하였다12,17,20). Fig.
- 준비된 bare substrate 시편과 후공정인 칩어셈블리(chip assembly) 공정에 대한 솔더볼 shear 에너지 영향도를 평가하기 위하여 시편 전처리를 Fig. 2와 같이 설계하여 진행하였다. 칩 실장공정을 고려하면 기판에 플럭스나 솔더 페이스트를 도포하고 칩붙임 (chip attaching)과 리플로를 실시하였다.
- 2와 같이 설계하여 진행하였다. 칩 실장공정을 고려하면 기판에 플럭스나 솔더 페이스트를 도포하고 칩붙임 (chip attaching)과 리플로를 실시하였다. 그 후 플럭스 제거를 위하여 디플럭스 용액에서 플럭스 제거처리를 하고 세정 및 질소 건조를 실시한다.
- 4는 솔더볼 실장과 플럭스 제거가 완료된 시편의 광학현미경 사진으로, high speed shear 평가의 용이성을 위하여 시편당 25개 솔더볼을 외각에서 3번째 열에 실장하였으며, 총 5개 시편 평가를 진행하였다. 파단 모드 분석은 솔더볼 shear 후에 광학현미경을 이용하여 Fig. 5에 보여진 파단 모드 분류 정의에 따라 분류하였다. Ductile 모드는 패드 면적의 100% 솔더가 남은 모드, quasi-ductile 모드는 금속간화합물 (IMC)이 패드 면적의 50%이하인 모드, quasi-brittle 모드는 IMC가 패드 면적의 50%이상인 모드, brittle 모드는 IMC가 패드 면적의 100%인 모드로 정의하였다12).
대상 데이터
- Fig. 4는 솔더볼 실장과 플럭스 제거가 완료된 시편의 광학현미경 사진으로, high speed shear 평가의 용이성을 위하여 시편당 25개 솔더볼을 외각에서 3번째 열에 실장하였으며, 총 5개 시편 평가를 진행하였다.
- 솔더 접합부의 내취성파괴를 위하여 무전해 Pd을 0.04µm 도금하고, 그 후 Ni-P 도금층의 산화와 solderability를 위하여 immersion Au 도금을 0.06 µm 하여 시편을 준비 하였다.
- 솔더리지스트가 open된 구리 패드에 무전해 Ni-P 도금을 두께 3, 6 µm 목표로 도금하였다.
데이터처리
- 파단면의 상세한 단면 분석을 위하여 FIB분석을 시행하여 Fig. 12에 나타내었다. Fig.
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