Abstract
In the flip chip interconnection using solder bump, the Under Bump Metallurgy (UBM) is required to perform multiple functions in its conversion of an aluminum bond pad to a solderable surface. In this study, various UBM systems such as $Al 1\mu\textrm{m} / Ti 0.2\mu\textrm{m} / Cu 5\mu\textrm{m}, Al 1\mu\textrm{m} / Ti 0.2\mu\textrm{m} / Cu 1\mu\textrm{m}, al 1\mu\textrm{m}/Ni 0.2\mu\textrm{m} / Cu 1\mu\textrm{m} and Al 1\mu\textrm{m}/Pd 0.2\mu\textrm{m} / Cu 1\mu\textrm{m}$ for flip chip interconnection using the low melting point eutectic 63Sn-37Pb solder were investigated and compared to their metallurgical properties. $100\mu\textrm{m}$ size bumps were prepared for using an electroplating process. The effects of the number of reflows and aging time on the growth of intermetallic compounds(IMC) were investigated. $Cu_6Sn_5$ and $Cu_3Sn$ IMC were abserved after aging treatment in the UBM system with thick coper $(Al 1\mu\textrm{m}/Ti 0.2\mu\textrm{m}/Cu 5\mu\textrm{m})$. However only the $Cu_6Sn_5$ was detected in the UBM system with $1\mu\textrm{m}$ thick copper even after 2 reflow and 7 day aging at $150^{\circ}C$. Complete Cu consumption by Cu-Sn IMC growth gives rise to a direct contact between solder inner layer such as Ti, Ni and Pd, and hence to possibly cause reactions between two of them. In this study, however, only for the Pd case, IMC of PdSn. was observed by Cu consumption. UBM interfacial reactions with s이der affected the adhesion strength ot s이der balls after s이der reflow and annealing treatment.
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.