via using Zn or Zn alloys and its making method, 3D chip stack packages using therof

본 발명은 아연 및 아연합금을 이용한 비아 및 그의 형성 방법, 그를 이용한 3차원 다중 칩 스택 패키지 형성 방법에 관한 것으로, 3차원 칩을 적층하는데 있어서, 칩 사이의 회로배선을 구성하기 위하여 칩에 비아홀을 뚫고, 그 내벽에 씨앗층을 증착한 후, 전기 도금법으로 상기 비아홀 내부에 아연 및 아연합금의 도금층을 형성한 후, 표면의 산화막을 제거한 후 아연 및 아연합금의 녹는점 이상에서 열처리를 가하여 빠르고 결함이 적은 비아를 갖는 칩을 형성한다. 특히, 본 발명의 아연 비아를 포함하는 칩을 형성할 경우 구리 비아에서 나타나는 공정변수 확립(도금모드, 전류밀도, 첨가제의 의한 영향, 기공형성 등)의 문제점 및 주석(및 기타 저융점 금속) 비아에서 나타나는 후속공정(솔더링, 칩 스택 등)에서 나타나는 공정 및 기계적 신뢰성의 문제점을 동시에 해결할 수 있다. 또한, 3차원 칩 스택 패키지에서 다양한 기능의 칩을 스택 할 경우에, 각 칩의 공정 온도에 적합한 열적 특성(용융점, 열팽창계수 등)을 가지는 아연합금 비아의 합금원소의 양을 조절하여 간단하게 형성할 수 있다

A method of joining lead-free solders and metallization with alloy elements for prevention of brittle fracture

본 발명은 무연솔더와 니켈이나 구리의 금속층을 합금원소에 의하여 표면처리간의 계면반응 조절에 따른 취성파괴 방지에 관한 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 니켈 혹은 구리로 처리된 전자부품의 접합시 무연솔더에 합금원소(M)를 첨가하여 무연솔더의 조성을 조절하거나 니켈 혹은 구리표면위에 합금원소(M) 중 한 가지 원소를 도금함으로써 솔더 접합부에서 생성되는 금속간화합물의 상(phase)을 변화시켜 취성파괴를 막을 수 있는 접합방법에 관한 것이다. 본 발명의 특징은 전자부품간의 접합에 있어서, 무전해 니켈 혹은 구리로 표면 처리된 부분에 적절한 함량의 합금원소는 Zn, Al, Be, Si, Ge, Mg로 구성되며 한 가지 이상을 가지는 무연솔더를 사용하거나 상기의 원소 중 하나를 니켈 혹은 구리 표면위에 도금함으로써 리플로우를 거쳤을 때 금속간 화합물의 생성을 억제하는 대신 새로운 금속간 화합물을 나타나게 함으로써 솔더와 표면처리간의 기계적 특성을 크게 증가시킬 수 있는 전자부품의 접합방법을 제공한다. 또한 본 발명은 전자부품과 전자부품을 솔더링 접합시 기존의 무연솔더에서 나타나는 금속간화합물의 변화를 유도하여 취성파괴를 방지함으로써 전자기기의 신뢰성을 보장할 수 있다

A method to prevent brittle fracture in solder joint of electronic component to use electroless NiXP as a UBM

본 발명은 무전해 NiXP (X=W, Mo, Co, Ti, Zr, Zn, V, Cr, Fe, Nb, Re, Mn, Tl, Cu) 표면처리된 전자부품을 솔더와 접합후 솔더접합부에서 발생하는 취성파괴를 방지하는 데 있다. 보다 상세하게는 무전해 니켈 도금욕에 위 금속을 포함하는 염을 첨가하여 무전해 니켈과 위 금속을 동시에 증착하고 솔더와 접합시 생성되는 금속간 화합물의 spalling과 Ni3P, NiSnP 층의 형성을 억제하여 솔더 조인트에서 발생하는 취성 파괴를 방지하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서 무전해 NiXP 하부금속층(UBM)과 솔더가 반응할 때 X는 Ni3P와 NiSnP 금속간화합물의 형성을 억제하는 작용을 하며 금속간화합물의 spalling 및 솔더 접합부에서의 취성파괴를 방지하여 전자기기의 신뢰성을 높일 수 있다

무연솔더 접합부의 계면 반응과 충격 신뢰성에 Zn가 미치는 영향

학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 신소재공학과, 2010.08, [ ix, 85 p. ]With legislation put in place by government and industrial bodies, electronic companies are driven to eliminate the use of lead in their products. At present, Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Ag-Cu, Sn-Zn solder alloys have considered as candidates for lead-free solder materials. Especially, lead-free solder bearing Zn is very fascinating in respect that addition of Zn was known to improve the mechanical reliability of solder alloys. Sn-9Zn eutectic alloy has considered as an alternative for lead-free solder alloy due to its low melting point(198\degC), excellent mechanical properties, and low cost. However, some problems such as poor wettability and easy oxidation still remain. Addition of Ag or Al into Sn-Zn solder could improve the oxidation resistance and wetting behavior. The microstructures of Sn-(Ag)-Zn alloys to UBMs such as Cu and Ni has been known to be completely different interfacial reactions from those of Sn-Pb or Sn-Ag-Cu alloys. In the microelectronics industry, the market of hand-held devices including mobile phone, PDA and notebook computer has been explosively expanded. The mechanical reliability of drop test becomes one of the most important mechanical reliabilities due to the characteristics of hand-held devices. Among Pb-free solders, Zn bearing alloys has been paid great attentions due to the improvement of mechanical reliability. Accordingly, many researchers have conducted drop tests using various Pb-free solders to investigate the effect of microstructure of solder joints on drop reliability. However, relatively less works were conducted on the correlation between the Zn effect and drop reliability. In $\bf{Chapter one}$, varying amounts of Zn (1, 3, and 7 wt%) were added to Sn-3.5Ag solder on a Cu pad, and the resultant solder joint microstructures after a reflow and isothermal aging (150 \degC, up to 500 h) were investigated using scanning electron microscopy, energy dispersive x-ray, and x-ray diffraction, which were subsequently correlate...한국과학기술원 : 신소재공학과