공정조성의 극미세 Bi-Sn 솔더 범프의 미세구조와 UBM과의 반응

Abstract

솔더범프를 이용한 플립칩 기술은 높은 실장밀도와 우수한 전기적 특성으로 각광을 받고 있는 실장 방식이다. 최근 들어 전자기기의 소형화, 경량화에 따라 소자의 I/O 패드의 크기가 작아지고, 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 미세구조를 관찰하였다. 25-50 ㎛ 직경을 갖는 Bi-Sn 솔더범프를 lift-off 방법과 리플로 공정을 통해 Au/Cu/Cr 또는 Au/Ni/Ti UBM 위에 형성하였다. Au/Cu/Cr UBM 위의 Bi-Sn 솔더범프는 Bi와 Sn의 층상구조와 큰 Bi 상 및 Sn 내부의 미세한 Bi 석출물 등이 고루 관찰되었다. 리플로 공정에서 온도가 증가하고 냉각속도가 빨라질수록 범프의 표면이 매끄러워지며 Bi-Sn의 혼합구조가 발달하였다. Au/Ni/Ti UBM 위의 Bi-Sn 솔더범프는 불규칙한 형태의 Bi-Sn 혼합구조가 주로 관찰되었으며, Au/Cu/Cr UBM 위의 솔더범프에 비해 큰 Bi 상과 Sn 내부의 미세한 Bi 석출물이 많이 관찰되었다. 또한, 금속간 화합물이 솔더의 내부 또는 솔더 표면에서 관찰되었다. 극미세 Bi-Sn 솔더범프의 표면형상과 거칠기는 솔더의 미세구조에 의해 크게 좌우되었다. 또한, 극미세 Bi-Sn 솔더범프의 미세구조는 bulk 상태에서의 거동과는 전혀 다른 경향을 보였으며, 금속간화합물의 생성에도 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.