Journal of the Microelectronics and Packaging Society (마이크로전자및패키징학회지)

The Korean Microelectronics and Packaging Society (한국마이크로전자및패키징학회)
권호 표지

Electromigration Behaviors of Lead-free SnAgCu Solder Lines

SnAgCu 솔더 라인의 Electromigration특성 분석

  • Ko Min-Gu (School of Materials Science and Engineering, college of engineering Seoul National University) ;
  • Yoon Min-Seung (School of Materials Science and Engineering, college of engineering Seoul National University) ;
  • Kim Bit-Na (School of Materials Science and Engineering, college of engineering Seoul National University) ;
  • Joo Young-Chang (School of Materials Science and Engineering, college of engineering Seoul National University) ;
  • Kim Oh-Han (School of Materials Science and Engineering, Andong National University) ;
  • Park Young-Bae (School of Materials Science and Engineering, Andong National University)
  • 고민구 (서울대학교 재료공학부) ;
  • 윤민승 (서울대학교 재료공학부) ;
  • 김빛나 (서울대학교 재료공학부) ;
  • 주영창 (서울대학교 재료공학부) ;
  • 김오한 (안동대학교 신소재공학부) ;
  • 박영배 (안동대학교 신소재공학부)
  • Published : 2005.12.01
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Abstract

Electromigration behavior in the Sn96.5Ag3.0Cu0.5 solder lines was investigated and compared Sn96.5Ag3.0Cu0.5 with eutectic SnPb. Measurements were made for relevant parameters for electromigration of the solder, such as drift velocity, threshold current density, activation energy, as well as the product of diffusivity and effective charge number (DZ$\ast$). The threshold current density were measured to be $2.38{\times}10^4A/cm^2$ at $140^{\circ}C$ and the value represented the maximum current density which the SnAgCu solder can carry without electromigration damage at the stressing temperatures. The electromigration energy was measured to 0.56 eV in the temperature range of $110-160^{\circ}C$. The measured products of diffusivity and the effective charge number, DZ$\ast$ were $3.12{\times}10^{-10} cm^2/s$ at $110^{\circ}C$, $4.66{\times}10^{-10} cm^2/s$ at $125^{\circ}C$, $8.76{\times}10^{-10} cm^2/s$ at $140^{\circ}C$, $2.14{\times}10^{-9}cm^2/s$ at $160^{\circ}C$ SnPb solder existed incubation stage, while SnAgCu did not have incubation stage. It was thought that the diffusion mechanism of SnAgCu was different from that of SnPb.

선형구조의 시편을 사용하여 Sn96.5Ag3.0Cu0.5의 electromigration 특성을 살펴보고 공정 조성의 SnPb의 electromigration특성과 비교, 분석하였다. SnAgCu의 electromigration에 관한 특성 중 시간에 따른 물질의 이동 양상과 여러 가지 electromigration 매개변수 (활성화 에너지, 임계 전류밀도, 확산계수와 유효전하수의 곱)을 살펴보았다. 임계 전류 밀도는 $140^{\circ}C$에서 $2.38{\times}10^4A/cm^2$ 이고 이 값은 $140^{\circ}C$에서 electromigration에 의한 물질 이동이 발생하지 않는 최대 전류 밀도를 나타낸다. 활성화 에너지는 $110-160^{\circ}C$ 온도 범위에서 0.56 eV가 측정되었다. DZ$\ast$의 값은 $110^{\circ}C$에서 $3.12{\times}10^{-10}\;cm^2/s$, $125^{\circ}C$에서 $4.66{\times}10^{-10}\;cm^2/s$, $140^{\circ}C$에서 $8.76{\times}10^{-10}\;cm^2/s$, $160^{\circ}C$에서 $2.14{\times}10^{-9}cm^2/s$ 이었다. 그리고 SnAgCu와 공정 조성의 SnPb 물질의 electromigration 거동 특징은 크게 다른데, SnPb의 경우 음극에서 보이드(void) 형성이 발생하기 전에 잠복 시간이 존재하고 SnAgCu의 경우 잠복 시간이 존재하지 않는다는 점이다. 이는 각 원소들의 확산 기구(diffusion mechanism)의 차이에 기인한 것이라 생각된다.

Keywords