고집적 플립칩용 극미세 58Bi-42Sn 솔더범프의 미세구조와 금속간화합물

Abstract

최근 들어 전자기기의 소형화, 경량화에 따라 플립칩 기술을 적용한 소자의 사용이 늘어나고, 소자의 I/O 패드의 크기가 작아지며, 패드 간격이 줄어들면서 극미세 솔더범프에 대한 연구가 중요하게 대두되고 있다. 본 연구에서는 Pb-free 솔더 중 온도에 민감한 전자부품에 사용에 예상되는 공정조성의 58wt%Bi-42wt%Sn 솔더를 이용하여 극미세 범프를 형성하고 공정변수에 따른 솔더의 미세구조 변화를 관찰하고 UBM과의 반응에 의해 생성되는 금속간화합물을 분석하였다. Cu-based 또는 Ni-based UBM 위에 50 ㎛ 직경을 갖는 58Bi-42Sn 솔더범프를 증발증착법과 lift-off 방법을 이용하여 형성하고 급속열처리 장치를 이용하여 리플로 공정을 실시하였다. Cu-based UBM 위의 극미세 Bi-Sn 솔더범프는 벌크 상태에서와는 전혀 다르게 표면에 faceted Bi 상이 관찰되며 냉각속도가 느려질수록 faceted Bi 상이 성장하면서 솔더 내부의 미세구조가 변화하였다. Ni-based UBM 위의 Bi-Sn 솔더범프는 다량의 금속간화합물이 솔더 내부에서 관찰되며 이로 인해 솔더의 미세구조가 벌크 상태의 솔더나 Cu-based UBM 위의 솔더와는 크게 다른 형태를 띠었다. 이 금속간화합물은 XRD 방법으로 분석한 결과 AuSn2 계열의 금속간화합물임을 알 수 있었다.