전해도금법을 이용한 공정 납-주석 플립 칩 솔더 범프와 UBM (Under Bump Metallurgy) 계면반응에 관한 연구

Abstract

솔더 범프를 사용하는 플립 칩 접속기술에서 범프와 칩 사이에 위치하는 금속 충들의 조합을 UBM(Under Bump Metallurgy)라고 부르며 이 UBM을 어떤 조합으로 사용하는 가에 따라 접속의 안정성이 크게 좌우된다. 본 연구에서는 UBM중에서 솔더 접착 층으로 사용되는 구리 층의 두께를 $1\mu\textrm{m}와 5\mu\textrm{m}$로 하는 한편 barrier 층으로 사용되는 금속 층을 Ti, Ni, Pd으로 변화시키면서 이들 UBM과 공정 납-주석 사이의 계면반응을 살펴보았다. 이를 위해 $100\mu\textrm{m}$ 크기의 솔더 범프를 전해도금법을 사용하여 제작하고 리플로 횟수와 시효시간에 따른 각 UBM에서의 금속간 화합물의 성장을 관찰하였다. $Cu_6Sn_5 \eta$-상 금속간 화합물이 모든 조건에서 형성되었고 Cu층의 두께가 $5\mu\textrm{m}$로 두꺼운 경우에는 $Cu_3Sn \varepsilon$-상도 관찰되었다. Pd을 사용한 UBM 구조에서는 시효 처리시에 $Cu_6Sn_5$ 상 아래쪽에 $PdSn_4$상이 형성되었다. 또한 이들 계면에서의 금속간 화합물의 성장은 솔더 범프의 접속강도 값과 밀접한 관계를 가진다.