Abstract
To evaluate the effect of plasma cleaning on the soldering reliability the plasma cleaning using Ar-10vol%$H_2$ gas was applied on a UBM(Under Bump Metallization). The UBM consisted of Au/ Cu/ Ni/ Al layers which were deposited on a Si-wafer with 20 nm/ 4 $\mu\textrm{m}$/ 4 $\mu\textrm{m}$/ 0.4 $\mu\textrm{m}$ thickness respectively. Sn-3.5%Ag, Sn-3.5%Ag-0.7%Cu and Sn-37%Pb solder balls sized of 500 $\mu\textrm{m}$ in diameter were used. Solder balls on the UBM were plasma reflowed under Ar-10%$H_2$ plasma (with or without plasma cleaning). They were compared with air reflowed solder balls with flux. The spreading ratios of plasma reflowed solder with plasma cleaning was 20-40% higher than that of plasma reflowed solder without plasma cleaning. The shear strength of plasma reflowed solder with plasma cleaning was about 58-65MPa. It showed 60-80% higher than that of plasma reflowed solder without plasma cleaning and 15-35% higher than that of air reflowed solder. Thus it was believed that plasma cleaning for the UBM using Ar-10vol%$H_2$ gas was considerably effective for the improvement of the strength of solder ball.
플라즈마 리플로우 솔더링에서 솔더볼의 접합성을 향상시키기 위해 UBM(Under Bump Metallization)을 Ar-10vol%$H_2$플라즈마로 클리닝하는 방법을 연구하였다. UBM층은 Si 웨이퍼 위에 Au(두께; 20 nm)/ Cu(4 $\mu\textrm{m}$)/ Ni(4 $\mu\textrm{m}$)/ Al(0.4 $\mu\textrm{m}$)을 웨이퍼 측으로 차례대로 증착하였다. 무연 솔더로는Sn-3.5wt%Ag, Sn-3.5wt%Ag-0.7wt%Cu를 사용하였고 Sn-37wt%Pb를 비교 솔더로 사용하였다. 지름이500 $\mu\textrm{m}$인 솔더 볼을 플라즈마 클리닝 처리를 한 UBM과 처리하지 않은 UBM위에 놓고, Ar-10%$H_2$플라즈마 분위기에서 플럭스 리스 솔더링하였다. 이 결과는 플럭스를 사용하여 대기 중에서 열풍 리플로우한 결과와 비교하였다. 실험 결과, 플라즈마 클리닝 후 플라즈마 리플로우한 솔더의 퍼짐율이 클리닝 하지 않은 플라즈마 솔더링보다 20-40%정도 더 높았다. 플라즈마 클리닝 후 플라즈마 리플로우한 솔더 볼의 전단 강도는 약58-65MPa로, 플라즈마 클리닝 하지 않은 플라즈마 리플로우보다 60-80%정도 높았으며, 플럭스를 사용한 열풍 리플로우보다는 15-35%정도 높았다. 따라서 Ar-10%$H_2$가스를 사용하여 UBM에 플라즈마 클리닝하는 공정은 플라즈마 리플로우 솔더 볼의 접합강도를 향상시키는데 상당한 효과가 있는 것으로 확인되었다.
