In this research, 50Pb50In wt% solder was used for the experiment which was aimed to know the wetting characteristics on the Cu and Ni substrates. 50Pb50In wt% solder has much better fatigue life property than PbSn solder.
When the 50Pb50In wt% solder had been reflowed and wetted on th Cu and Ni subtrates, side band was formed at the wetting tip. And the width of side band on the Cu was wider than the width on the Ni. From this result, we cat found the the surface lateral diffusion of solder on Cu is much faster than that on Ni.
The Wetting angle was sturated after initial spread of solder on Cu and Ni. And wetting angle of solder on the Cu was much smaller than the wetting angle of solder on Ni.
XRD and EDS was used to anlyze the intermetallic compounds between solder and Cu and Ni. The intermetallic compound was $Cu_{11}In_9$ for Cu substrates and η- $In_{27}Ni_{10}$ for the Ni substrates. We cofirmed the crossectional and planar shape of each compound, and compound growth has relationship that thickness of compound propotional to root mean value of reflow time ι.
Intermetallic compound growth was slower than the widening of side band at the wetting tip, and growth of $Cu_{11}In_9$ was much fater than the growth of η- $In_{27}Ni_{10}$.
1. 50Pb50In wt% 소더를 Cur기판위에 wetting 할 경우 소더의 wetting tip 주위에는 side band 가 형성되었으며, band 폭 W와 reflow 시간(sec)과는 $W\infty \frac{t}$의 관계가 있음을 알수 있었다. 또한 이로부터 계산된 소더내의 In 의 표현 확산계수는 $D_{In.Cu}=4.17\times 10^{12}$(㎡/sec) 이었다. 또한 소더를 Ni과 wetting 시킨후 형성된 side band 폭의 성장 역시 $W\infty \frac{t}$의 관계를 보이며 소더내의 In의 표면 확산계수는 $D_{In.Ni}= 1.16\times 10^{-14}$(㎡/sec) 임을 알수 있었다. 이들 결과로 볼때 Cu위에서의 소더의 wetting tip의 side band 성장이 Nidnl에서의 성장보다 빠름을 알수 있다.
2. wetting angle의 측정결과 Cu위에서의 소더의 wetting angle은 20 min 이상 reflow 할 경우 20˚에 saturation 하며, Ni 위에서의 wetting angle은 43˚에 saturation 함을 알수 있었다. 이의 결과로부터 단순한 wetting 특성만을 볼 때 Cu가 NI보다 우수함을 알수 있다. 또한, 긴시간 동안 reflow 한 경우에 wetting angle이 saturation 하는 현상은 reflow가 진행되는 동안 소더와 기판간 계면에서의 에너지 균형이 새로이 형성된 intermetallic compound에 의해서 유지되기 때문에 발생하는 것으로 보인다.
3. 진공 증착된 순수한 In 소더와 Cu와 Nirks에 형성되는 intermetallic compound 는 XRD 분석결과 각각 $Cu_{11}In_9$과 $In_{27}Ni_{10}$임을 알수 있었다.
4. 진공 증착된 50Pb50In wt% 소더와 Cu, Ni과의 반응에서 형성된 intermetallic compound는 XRD 분석결과 각각 $Cu_{11}In_9$과 $IN_{27}Ni_{10}$ 임을 알수 있었으며, 이는 순수한 In과의 반응에서 형성된 intermetallic compound 와 동일한 것임을 알수 있었다.
5. 소더 ball의 형태로 Cu위에 wetting된 소더와 Cu와의 계면에서 형성된 internetallic compound 는 EDS에 의한 분석결과 $Cu_{11}In_9$ 임을 확인할수 있었으며, 진공증착된 소더와의 반응에서 형성된 intermeallic compound와 동일함을 알수 있었다. 또한, Ni과의 반응에 의해서 형성된 intermetallic compound 역시 진공증착된 소더와의 반응에 의해 형성된 intermetallic compound와 동일한 $In_{27}NI_{10}$임을 알수 있었다.
6. 화합물의 성장은 $Cu_{11}In_9$이 $In_{27}NI_{10}$보다 더 빠름을 알수 있었으며 이로부터 계산된 intermetallic compound를 통한 Cu와 Ni의 확산계수는 각각
$D_{Cu.Cu_{11}In_9} = 3.23 \times 10^{-14}$(㎡/sec)
$D_{Ni.In_{27}Ni_{19}} = 6.30 \times 10^{-15}$(㎡/sec)
일을 알수 있었으며, $Cu_{11}In_9$ 화합물과 $In_{27}NI_{10}$ 화합물의 입체적 형태를 관찰하여 서로 성장형태가 매우 다름을 알수 있었다.
7. wetting anlge로 나타난 wetting 특성은 Cu가 소더에 대하여 더 우수한 것으로 나타났으나, UBM의 barrier layer로서의 reaction rate 측면에서는 Ni의 반응이 Cu에 비하여 약 2백 정도 느린 것으로 나타났다. 따라서, UBM의 barrier layer 로서 두가지 모두를 함께 사용하는 것이 유리할 것으로 보이며 Cu는 wetting을 향상시키고 Ni은 반응속도를 늦추도록 하는 것이 좋을것으로 보인다.
