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제안 방법
- 그리고 오염 물질의 영향을 평가하기 위해 NaCl과 Na2SO4 용액에서 솔더 합금 및 순금속에 대해 부식특성에 따른 ECM 특성을 분석하였다.
- 먼저 SnPb 솔더 합금에 대해 XPS를 이용하여 표면분석을 실시하여 Water-drop test(WDT) 거동과 비교하여 ECM 우세확산 원소에 대해 연구 하였다. 마지막으로 위의 실험을 바탕으로 SnAgCu 솔더 합금에 대해 공식전위와 ECM 수명과의 관계를 비교 평가하여 부식특성과 ECM 거동 사이의 상관관계에 대해 연구하였다.
- WDT의 경우 테스트 시간동안 전해액으로 사용되는 증류수(초순수수)균일하게 표면에 유지하기 위해 glass-wafer를 패턴 크기에 맞게 잘라 덮어 주었다. 시편과 사이에 마이크로 실린지를 사용하여 증류수를 10ul 주입하고, 정전압을 인가하여 테스트를 수행하였다.
- 그림 5와 같이 85℃, 85%RH 환경에서 인가전압 75V,100V 조건으로 파괴시간을 측정하였다.
- 시간 분석은 85ºC, 85%RH 환경에서 DC 180V와 DC 200V에서 약 800시간에 걸쳐 수행하였으며, 각 조건에서 20개의 시편을 테스트하여 표 2에 나타내었다.
- 두 용액에서의 이온화 거동을 평가하기 위해 XPS 분석을 통해 표면 산화피막의 결합상태를 분석하였다. Sn의 경우 Nacl용액에서 형성된 SnO2의 산화피막 Na2SO4 용액에서 형성된 SnO에 비해 안정하게 거동하여 부식 및 이온화 저항성이 크게 나타났다.
- 선행연구를 바탕으로 Sn과 Sn-3.0Ag-0.5Cu의 ECM 수명을 평가하여 부식특성과 비교하였.
- 이온화 경향성을 평가하기 위해 각각의 용액에서 표면에 형성된 산화피막의 화학적 결합상태를 그림 9와 같이 XPS분석을 통해 분석하였다. 이 결과는 순수한 Sn 솔더의 결과로서 SnAgCu 솔더에서의 결과와 같은 경향을 나타냈었다.
- 수명시간테스트를 통해 얻은 데이터는 log-normal 분포를 보여주었고, 수명시간은 인가 전압에 반비례 한다는 것을 확인하였다. 또한 이를 통해 ECM에 의한 절연파괴 시간의 인가전압 의존성 지수값을 구하였다. PCB 의 THB 테스트 결과는 n=2이었으며 모델시스템의 WDT 결과는 n=0.
- 그림 1과 같이 4층 구조의 PCB기판을 사용하여, Cu 도금 과정을 통해 기판 표면에 형성된 기판관통비아(through-hole via) 사이의 ECM 절연 파괴 특성 분석을 그림 3의 THB (temperature Humidity biased) test를 85℃, 85%RH 환경에서 75,100V 직류 전압조건에서 수행하였다.
- 먼저 NaCl과 Na2SO4 용액에서 SnPb 솔더 합금의 현상의 관찰과 이온화 ECM 특성을 살펴보았다.
- 준비된 시편은 Potentiostat를 사용하여 탈기된 25℃ 0.001% NaCl과 Na2SO4 용액에서 분극 테스트를 실시하여 부식거동을 관찰하였으며 Sn과 Pb에 대해 전위에 따른 산화피막을 SEM, XPS를 통해 분석하였다.
- 그리고 Sn 및 SnAgCu 솔더에 대해 failure time을 바탕으로 log-normal 분포를 가정하여 각 조건에서 5개의 시편에 대한 평균파괴시간을 평가하였다.
- 제작된 시편을 사용하여 그림 3에서 보는 것과 같이 THB 테스트(85℃, 85%RH, 정전압)와 Water-drop test(WDT)를 수행하였다.
- 이에 전자 패키지에서 실제로 사용되고 있는 공정조성 솔더의 특성 분석을 현장에서 사 ECM 용되고 있는 Printed Circuit Board(PCB)와 모델 시스템에서 실시하였다. 오염물질의 변수를 제거하고 공정조성 솔더의 ECM 특성을 파악할 수 있도록 모델 시스템을 제작하였다.
- 이에 전자 패키지에서 실제로 사용되고 있는 공정조성 솔더의 특성 분석을 현장에서 사 ECM 용되고 있는 Printed Circuit Board(PCB)와 모델 시스템에서 실시하였다. 오염물질의 변수를 제거하고 공정조성 솔더의 ECM 특성을 파악할 수 있도록 모델 시스템을 제작하였다. PCB와 모델시스템을 사용하여 DC bias를 변수로 고온고습환경에서 DC bias 통계 처리한 수명시간을 분석하여 시스템과 공정조성 SnPb 합금만의 ECM 특성을 알아보았다.
- 오염물질의 변수를 제거하고 공정조성 솔더의 ECM 특성을 파악할 수 있도록 모델 시스템을 제작하였다. PCB와 모델시스템을 사용하여 DC bias를 변수로 고온고습환경에서 DC bias 통계 처리한 수명시간을 분석하여 시스템과 공정조성 SnPb 합금만의 ECM 특성을 알아보았다.
- 용액에서 솔더 합금 및 순금속에 대해 부식특성에 따른 ECM 특성을 분석하였다. 먼저 SnPb 솔더 합금에 대해 XPS를 이용하여 표면분석을 실시하여 Water-drop test(WDT) 거동과 비교하여 ECM 우세확산 원소에 대해 연구 하였다. 마지막으로 위의 실험을 바탕으로 SnAgCu 솔더 합금에 대해 공식전위와 ECM 수명과의 관계를 비교 평가하여 부식특성과 ECM 거동 사이의 상관관계에 대해 연구하였다.
- 오염 등 다양한 변수들을 배제한 뒤 공정조성 솔더의 특성을 알아보기 위해 그림 2 (a)와 같이 combpattern을 제작하였다. 시편은 반도체 배선 공정 기술을 적용해 공정조성 솔더 페이스트와 Ni UBM (Under Bump Metallurgy)을 사용하여 시편(그림 3)을 제작하였다.
- Ni UBM 위에 Sn-37Pb, SnAgCu 및 Sn 솔더를 리플로우한 뒤 10um 두께로 정밀 연마 하고 어닐링 하여 시편을 준비하였다. 준비된 시편에 0.001% NaCl과 Na2SO4 용액을 떨어뜨리고 3V의 전압을 인가하여 실시간 WDT를 실시하였으며, 실험이 끝난 후 SEM 및 EDS를 통해 미세구조를 관찰하였다. 그리고 Sn 및 SnAgCu 솔더에 대해 failure time을 바탕으로 log-normal 분포를 가정하여 각 조건에서 5개의 시편에 대한 평균파괴시간을 평가하였다.
- 5Cu의 ECM 수명을 평가하여 부식특성과 비교하였.다 ECM 평균파괴시간(t50)은 각 용액에서의 파괴시간을 바탕으로 log-normal 근사를 통해 평가하였으며 각 조건에서 5개의 실험을 실시하였다. 그리고 평균공식전위 값 역시 각각의 용액에서 5번의 실험을 실시하여 평균으로 나타낸 값이다.
대상 데이터
- Ni UBM 위에 Sn-37Pb, SnAgCu 및 Sn 솔더를 리플로우한 뒤 10um 두께로 정밀 연마 하고 어닐링 하여 시편을 준비하였다.
- 그리고 부식특성을 평가하기 위해 Si 웨이퍼에 증착된 Ni 박막 시편을 일정한 크기로 잘라 SnAgCu 및 Sn 솔더를 리플로우 하여 정밀연마하였으며, Pb 는 증착한 시편을 사용하였다.
- 시편은 반도체 배선 공정 기술을 적용해 공정조성 솔더 페이스트와 Ni UBM (Under Bump Metallurgy)을 사용하여 시편(그림 3)을 제작하였다.
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