KR102324404B1 - Apparatus and method for monitoring bump joint properties - Google Patents
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Abstract
연성 파단 모드에서 취성 파단 모드로 전환되는 기준이 되는 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 다이 풀 테스트를 수행하여 범프 접합부 특성을 분석하는 범프 접합부 특성 분석 장치, 범프 접합부 특성 분석 방법 및 기록 매체가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 범프 접합부 특성 분석 방법은, 제1기판과 제2기판이 범프들에 의해 상호 접합된 테스트 시료의 범프 접합 신뢰도를 평가하기 위한 것으로, 상기 테스트 시료의 제1기판을 고정시킨 상태에서 인장기에 의해 상기 제1 기판에 대해 상기 제2 기판을 인장시키는 다이 풀 테스트 단계; 상기 다이 풀 테스트를 진행한 테스트 시료의 스트레스-스트레인 관계를 도출하여 연신률(Elongation) 특성을 측정하는 단계; 그리고 상기 연신률 특성을 기반으로 상기 테스트 시료의 파단 모드 및 접합부 특성을 분석하는 단계를 포함한다. 상기 다이 풀 테스트 단계는 상기 인장기에 의해 상기 테스트 시료와 관련된 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 상기 제2 기판을 인장시킨다. 상기 연성-취성 천이 변형률은 연성 파단 모드에서 취성 파단 모드로 전환되는 기준이 되는 파단모드 전환 변형률이다. 본 발명의 실시예에 의하면, 테스트 시료의 범프 접합부 특성을 신속하고 정확하고 객관적 기준으로 분석할 수 있다.Disclosed are a bump joint characterization apparatus, a bump joint characterization method, and a recording medium for analyzing the bump joint characteristics by performing a die pull test based on the ductile-brittle transition strain, which is a criterion for transition from the ductile fracture mode to the brittle fracture mode. . The bump junction characteristic analysis method according to an embodiment of the present invention is for evaluating the bump junction reliability of a test sample in which a first substrate and a second substrate are interconnected by bumps, and the first substrate of the test sample is fixed a die pull test step of tensioning the second substrate with respect to the first substrate by a tensioner in a closed state; measuring an elongation characteristic by deriving a stress-strain relationship of the test sample subjected to the die pull test; and analyzing the fracture mode and joint characteristics of the test sample based on the elongation rate characteristics. The die pull test step tensions the second substrate based on a ductile-brittle transition strain associated with the test sample by the tensioner. The ductile-brittle transition strain is a fracture mode conversion strain serving as a criterion for switching from the ductile fracture mode to the brittle fracture mode. According to the embodiment of the present invention, it is possible to quickly, accurately and objectively analyze the characteristics of the bump joint of the test sample.
Description
본 발명은 테스트 시료의 범프 접합부의 파단 모드 특성을 신속하고 정확하게 분석할 수 있는 범프 접합부 특성 분석 장치 및 범프 접합부 특성 분석 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bump junction characteristic analysis apparatus and a bump junction characteristic analysis method capable of rapidly and accurately analyzing the fracture mode characteristics of a bump junction of a test sample.
일반적으로 범프 접합부 신뢰도는 범프로 결합되어 있는 기판에 있어서 범프와 기판간 접합의 강도를 의미하는 것으로서, 범프 접합 신뢰도가 낮아지면 단선이 될 수도 있어, 전자 부품 자체의 신뢰도까지 떨어뜨릴 수 있다. 최근, 디바이스 고집적화(고기능화 및 소형화)에 따라 동일한 크기의 실리콘 다이를 접합시키기 위한 솔더 범프의 사이즈는 계속 감소하고 범프의 수는 증가하고 있으며, 최근에는 제곱 밀리미터(mm2)의 실리콘 다이(Chip)에 10,000개 이상의 범프가 포함되기도 한다. 범프가 소형화될수록 접합부의 특성을 분석하는 것이 쉽지 않고, 범프가 단선될 경우, 전자 제품에 있어서 큰 문제를 일으킬 수 있기 때문에 범프의 결합 강도를 측정하는 방법이 연구되고 있다. 종래의 기술인 인장강도시험(CBP; Cold Ball Pull test)은 도 1에서 보는 것과 같이, 프로브(1)를 이용하여 수직 방향으로 범프(2)를 밀어서 범프 조인트의 강도를 측정하는 방법이다. 이 시험법은 BGA 보드의 유연성 때문에 솔더가 납땜된 패드 위치에 따라서 측정되는 범프 조인트의 강도가 달라져 산포가 크게 존재하는 문제점이 있다. 또한, 범프 사이즈 및 범프 간 간격(Pitch size)이 수십 마이크로미터로 미세화됨에 따라 범프 그립 문제 및 얼라인먼트 등 시험 수행 자체가 매우 어려운 문제점이 있다.In general, the bump junction reliability refers to the strength of the bump-to-substrate bonding in a board that is bonded to the bump. If the bump bonding reliability is lowered, a disconnection may occur, which may reduce the reliability of the electronic component itself. Recently, the size of solder bumps for bonding silicon dies of the same size continues to decrease and the number of bumps increases according to device high integration (higher functionality and miniaturization). Recently, silicon dies of square millimeters (mm 2 ) may contain more than 10,000 bumps. As the size of the bump becomes smaller, it is not easy to analyze the characteristics of the joint, and when the bump is disconnected, it can cause a big problem in electronic products, so a method for measuring the bonding strength of the bump is being studied. The conventional technique, Cold Ball Pull Test (CBP), is a method of measuring the strength of a bump joint by pushing a
Ball Pull 시험과 구분되는 시험 방식인 다이 풀 시험(Die Pull Test)은 일반적으로 산업계에서 채택한 방식으로써, 도 2에서 보는 것과 같이, IC 칩(3)에 범프(4)를 모두 납땜한 후 다시 HASL(Hot Air Solder Levelling) 처리된 기판(5)과 접합한다. HASL 처리된 기판(5)과의 접합은 마더보드에 BGA가 실장되는 것을 재현하고자 하는 것이다. 그러나, 기존의 다이 풀 시험 방식은 범프(4)로 접합되어 있는 IC 칩(3)의 상부에 접착제를 적용하여 지그 구조물을 본딩하고 인장하중을 가하는 방식으로, 접착제를 통한 본딩 강도를 충분히 확보하기 위해 IC 칩(3) 상부에 접착제 도포 전 폴리싱을 통해 표면적을 증가시키고, 세정, 접착제 도포, 경화 등을 진행해야 하는 복잡한 시료 준비 공정(폴리싱, 세정 및 건조, 접착제 도포, 칩 얼라인 및 본딩, 경화)이 선행되어야 한다. 이러한 복잡한 수작업으로 시료 준비가 이루어지기 때문에 본딩 접합력, 접착제 양, 접착 위치 등 결과에 대한 표준편차가 커질 수 있는 문제점이 있다. 또한, IC 칩의 사이즈에 따라 지그 형상 및 크기를 다르게 가공해야 하는 단점이 있어 다양한 칩 크기 및 구조에 적용함에 있어 어려움이 많다.The die pull test, which is a test method distinct from the ball pull test, is generally adopted in the industry. As shown in FIG. 2, after soldering all the
한편, 다양한 소자 개발 요구, 고집적화 및 소자의 사용 어플리케이션 온도에 따라 칩 사이즈나 구조가 달라지고, 또한 소자의 신뢰성 개선을 위해 접합 공정을 최적화하거나 접합 소재를 변경해가면서 범프 접합부의 기계적 특성이 어떻게 변하는지를 모니터링하고 분석해야 할 필요가 있다. 종래에는 솔더 범프의 접합 상태 분석을 위해 SEM 이미지를 촬영한 후 평가자가 SEM 이미지를 확대하여 관찰, 분석하는 방법으로 솔더 범프의 상태를 분석하고 있다. 그러나, 이러한 범프 접합부 특성 분석 방법은 칩 면적, 솔더 범프의 개수에 비례하여 시간이 오래 걸릴 뿐 아니라 평가자의 주관성(파단 모드에 대한 해석)이 개입되기 때문에 결과에 대한 신뢰성, 객관성 측면에서 문제가 있다. 또한, 고집적 및 미세피치화로 인해 솔더 범프 사이즈가 작아지고 솔더 범프수가 10,000개 이상으로 많아지기 때문에 고배율로 전체 범프를 분석하는 데 시간이 매우 오래 걸리고 효율적이지 못하며, 솔더 범프를 모두 확인하기 어렵고 일부 영역들에 대해서만 솔더 범프의 파단 상태를 분석하기 때문에 칩 전체의 솔더 범프 파단 상태를 정확하게 분석하기 어려운 문제가 있다.On the other hand, the chip size or structure changes according to various device development needs, high integration and the application temperature of the device, and how the mechanical properties of the bump junction change while optimizing the bonding process or changing the bonding material to improve device reliability. It needs to be monitored and analyzed. Conventionally, after taking an SEM image to analyze the joint state of the solder bump, an evaluator analyzes the state of the solder bump by enlarging the SEM image, observing and analyzing the image. However, this method of analyzing the characteristics of the bump joint takes a long time in proportion to the chip area and the number of solder bumps, and the subjectivity of the evaluator (interpretation of the fracture mode) is involved, so there is a problem in terms of reliability and objectivity of the results. . In addition, due to high integration and fine pitch, the size of the solder bumps becomes smaller and the number of solder bumps increases to 10,000 or more. There is a problem in that it is difficult to accurately analyze the fracture state of the solder bump of the entire chip because the fracture state of the solder bump is analyzed only for the chips.
본 발명은 솔더 재료 고유의 물성 및 파단 메커니즘 이해를 바탕으로 고안된 것으로, 접합부 파단 형태가 연성 파단 모드에서 취성 파단 모드로 전환되는 기준이 되는 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 다이 풀 테스트를 수행하여 범프 접합부 특성을 분석하는 범프 접합부 특성 분석 장치, 범프 접합부 특성 분석 방법 및 기록 매체를 제공하기 위한 것이다.The present invention was devised based on an understanding of the inherent physical properties and rupture mechanism of solder materials, and a die pull test was performed based on the ductile-brittle transition strain, which is the criterion for the joint rupture mode to be converted from the ductile rupture mode to the brittle rupture mode, to perform a bump An object of the present invention is to provide an apparatus for analyzing characteristics of a bump joint, a method for analyzing characteristics of a bump joint, and a recording medium.
또한, 본 발명은 테스트 시료의 범프 접합부 특성을 신속하고 정확하고 객관적 기준으로 분석할 수 있는 범프 접합부 특성 분석 장치, 범프 접합부 특성 분석 방법 및 기록 매체를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a bump junction characteristic analysis apparatus, a bump junction characteristic analysis method, and a recording medium capable of rapidly, accurately and objectively analyzing the bump junction characteristics of a test sample.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above. Other technical problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description.
본 발명의 일 측면에 따른 범프 접합부 특성 분석 방법은, 제1기판과 제2기판이 범프들에 의해 상호 접합된 테스트 시료의 범프 접합 신뢰도를 평가하기 위한 방법으로서, 상기 테스트 시료의 제1기판을 고정시킨 상태에서 인장기에 의해 상기 제1 기판에 대해 상기 제2 기판을 인장시키는 다이 풀 테스트 단계; 상기 다이 풀 테스트를 진행한 테스트 시료의 스트레스-스트레인 관계를 도출하여 연신률(Elongation) 특성을 측정하는 단계; 그리고 상기 연신률 특성을 기반으로 상기 테스트 시료의 파단 모드 및 접합부 특성을 분석하는 단계를 포함한다. 상기 다이 풀 테스트 단계는 상기 인장기에 의해 상기 테스트 시료와 관련된 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 상기 제2 기판을 인장시킨다. 상기 연성-취성 천이 변형률은 연성 파단 모드에서 취성 파단 모드로 전환되는 기준이 되는 파단모드 전환 변형률이다.A bump junction characteristic analysis method according to an aspect of the present invention is a method for evaluating the bump junction reliability of a test sample in which a first substrate and a second substrate are interconnected by bumps, wherein the first substrate of the test sample is a die pull test step of tensioning the second substrate against the first substrate by a tensioner in a fixed state; measuring an elongation characteristic by deriving a stress-strain relationship of the test sample subjected to the die pull test; and analyzing the fracture mode and joint characteristics of the test sample based on the elongation rate characteristics. The die pull test step tensions the second substrate based on a ductile-brittle transition strain associated with the test sample by the tensioner. The ductile-brittle transition strain is a fracture mode conversion strain serving as a criterion for switching from the ductile fracture mode to the brittle fracture mode.
연성-취성 천이 변형률 기준으로 다이 풀 테스트를 진행해야 하는 이유는 다음과 같다. 범프 소재로 쓰이는 주석(Tin) 기반의 소재의 경우 변형률 속도가 증가함에 따라 소재의 강도가 증가하는 가공경화(Strain Hardening) 현상을 나타낸다. 따라서 변형률 속도가 증가하여 범프의 강도가 충분히 강해지면, 다이 풀 테스트 시, 범프 소재가 아닌 접합 계면에서 파단이 발생하고 되고, 이때 파단 형태는 취성 모드(Brittle mode)를 나타낸다.The reasons for performing the die pull test based on the ductile-brittle transition strain are as follows. In the case of a tin-based material used as a bump material, it exhibits a strain hardening phenomenon in which the strength of the material increases as the strain rate increases. Therefore, when the strength of the bump is sufficiently strong due to an increase in the strain rate, fracture occurs at the bonding interface rather than the bump material during the die pull test, and the fracture mode indicates a brittle mode.
반면, 변형률 속도가 낮아서 범프 소재의 강도가 접합 계면 강도에 비해 낮으면 범프 소재 내에서 파단이 발생하고 이때에는 연신파괴(Ductile mode)를 나타내게 된다. 따라서, 범프를 통한 다이와 기판의 접합(Joining)이라는 관점에서 볼 때, 접합부 특성이 우수하다는 것은 결국은 계면 강도가 높아짐을 의미하게 되고, 계면 강도가 높아지면 파단은 결국 범프 소재 내에서 발생(연성파괴; Ductile mode)하기 때문에 이러한 연성 파괴 비율을 스트레스-스트레인 관계 내에서 연신률을 통해 추출할 수 있는 것이다.On the other hand, if the strength of the bump material is low compared to the bonding interface strength due to the low strain rate, fracture occurs within the bump material, and at this time, the ductile mode is exhibited. Therefore, from the point of view of joining the die and the substrate through the bump, excellent joint properties ultimately means that the interface strength increases. Because of the ductile mode), this ductile failure rate can be extracted through elongation within the stress-strain relationship.
본 발명의 실시예에 따른 범프 접합부 특성 분석 방법은, 복수의 기준 시료들에 대한 스트레스-스트레인 플롯들을 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 연성-취성 천이 변형률을 측정하는 단계는, 상기 기준 시료들 별로 상기 인장기의 변형률을 상이하게 적용하여 다수의 변형률에 대해 상기 스트레스-스트레인 플롯들을 생성하는 단계; 그리고 상기 스트레스-스트레인 플롯들을 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.The bump joint characteristic analysis method according to an embodiment of the present invention may further include measuring the ductile-brittle transition strain based on stress-strain plots for a plurality of reference samples. The step of measuring the ductile-brittle transition strain may include: generating the stress-strain plots for a plurality of strains by applying different strains of the tensioner to each of the reference samples; and determining the ductile-brittle transition strain based on the stress-strain plots.
상기 연성-취성 천이 변형률을 판단하는 단계는, 상기 다수의 변형률에 대한 상기 스트레스-스트레인 플롯들의 연신률들을 측정하는 단계; 상기 다수의 변형률 순으로 상기 스트레스-스트레인 플롯들의 연신률들의 변화량들을 측정하는 단계; 그리고 상기 연신률들의 변화량들을 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 연성-취성 천이 변형률을 결정하는 단계는, 상기 다수의 변형률 중에서 설정된 기준값을 초과하는 변화량을 가지는 2개의 변형률을 결정하고, 상기 2개의 변형률 중 적어도 하나를 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 결정할 수 있다.Determining the ductile-brittle transition strain may include: measuring elongations of the stress-strain plots for the plurality of strains; measuring changes in elongations of the stress-strain plots in the order of the plurality of strains; and determining the ductile-brittle transition strain based on changes in the elongation rates. In the determining of the ductile-brittle transition strain, two strains having a change amount exceeding a set reference value among the plurality of strains are determined, and the ductile-brittle transition strain is determined based on at least one of the two strains. can
상기 연신률 특성을 측정하는 단계는 상기 다이 풀 테스트 단계에서 측정되는 축력-변형 플롯 및 스트레스-스트레인 플롯 중의 적어도 하나를 기반으로 상기 연신률 특성을 측정할 수 있다. 상기 연신률 특성을 측정하는 단계는, 상기 다이 풀 테스트 단계에서 측정된 상기 축력-변형 플롯을 상기 스트레인-스트레스 플롯으로 변환하는 단계; 그리고 상기 스트레인-스트레스 플롯을 기반으로 상기 테스트 시료의 연신률을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 테스트 시료의 파단 모드 및 접합부 특성을 분석하는 단계는 상기 테스트 시료의 연신률에 따라 상기 테스트 시료를 연성 파단 모드 또는 취성 파단 모드로 평가할 수 있다.The measuring of the elongation property may include measuring the elongation property based on at least one of an axial force-strain plot and a stress-strain plot measured in the die pull test step. Measuring the elongation characteristic may include: converting the axial force-strain plot measured in the die pull test step into the strain-stress plot; and measuring the elongation of the test sample based on the strain-stress plot. The analyzing of the fracture mode and the joint characteristics of the test sample may include evaluating the test sample as a ductile fracture mode or a brittle fracture mode according to an elongation rate of the test sample.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 범프 접합부 특성 분석 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium in which a program for executing the bump joint characteristic analysis method is recorded.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 제1기판과 제2기판이 범프들에 의해 상호 접합된 테스트 시료의 범프 접합 신뢰도를 평가하기 위한 장치로서, 상기 테스트 시료의 제1기판을 고정시킨 상태에서 상기 제1 기판에 대해 상기 제2 기판을 인장시키는 인장기를 포함하는 다이 풀 테스트 장치; 상기 다이 풀 테스트를 진행한 테스트 시료의 스트레스-스트레인 관계를 도출하여 연신률(Elongation) 특성을 측정하는 파단특성 측정부; 및 상기 연신률 특성을 기반으로 상기 테스트 시료의 파단 모드 및 접합부 특성을 분석하는 파단모드 분석부를 포함하고, 상기 다이 풀 테스트 장치는 상기 인장기에 의해 상기 테스트 시료와 관련된 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 상기 제2 기판을 인장시키고, 상기 연성-취성 천이 변형률은 연성 파단 모드에서 취성 파단 모드로 전환되는 기준이 되는 파단모드 전환 변형률인 범프 접합부 특성 분석 장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for evaluating the reliability of bump bonding of a test sample in which a first substrate and a second substrate are mutually bonded by bumps, wherein the first substrate of the test sample is fixed in a state of being fixed. a die pull test apparatus including a tensioner for tensioning the second substrate against the first substrate; a rupture characteristic measurement unit for measuring an elongation characteristic by deriving a stress-strain relationship of the test sample subjected to the die pull test; and a fracture mode analysis unit analyzing a fracture mode and a junction characteristic of the test sample based on the elongation property, wherein the die pull test device is ductile-brittle transition strain associated with the test sample by the tensioner based on the The second substrate is tensioned, and the ductile-brittle transition strain is a fracture mode transition strain that is a criterion for transition from the ductile fracture mode to the brittle fracture mode.
본 발명의 실시예에 따른 범프 접합부 특성 분석 장치는, 복수의 기준 시료들에 대한 스트레스-스트레인 플롯들을 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 측정하는 연성-취성 천이 변형률 측정부를 더 포함할 수 있다. 상기 연성-취성 천이 변형률 측정부는, 상기 기준 시료들 별로 상기 인장기의 변형률을 상이하게 적용하여 다수의 변형률에 대해 상기 스트레스-스트레인 플롯들을 생성하고; 그리고 상기 스트레스-스트레인 플롯들을 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 판단하도록 구성될 수 있다.The apparatus for analyzing characteristics of bump junctions according to an embodiment of the present invention may further include a ductile-brittle transition strain measuring unit configured to measure the ductile-brittle transition strain based on stress-strain plots for a plurality of reference samples. The ductile-brittle transition strain measuring unit generates the stress-strain plots for a plurality of strains by applying different strains of the tensioner to each of the reference samples; and determine the ductile-brittle transition strain based on the stress-strain plots.
상기 연성-취성 천이 변형률 측정부는, 상기 다수의 변형률에 대한 상기 스트레스-스트레인 플롯들의 연신률들을 측정하고; 상기 다수의 변형률 순으로 상기 스트레스-스트레인 플롯들의 연신률들의 변화량들을 측정하고; 그리고 상기 연신률들의 변화량들을 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 연성-취성 천이 변형률 측정부는, 상기 다수의 변형률 중에서 설정된 기준값을 초과하는 변화량을 가지는 2개의 변형률을 결정하고, 상기 2개의 변형률 중 적어도 하나를 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 결정하도록 구성될 수 있다.The ductile-brittle transition strain measuring unit measures elongation rates of the stress-strain plots for the plurality of strains; measure changes in elongations of the stress-strain plots in the order of the plurality of strains; and determine the ductile-brittle transition strain based on changes in the elongations. The ductile-brittle transition strain measuring unit is configured to determine two strains having a change amount exceeding a set reference value among the plurality of strains, and to determine the ductile-brittle transition strain based on at least one of the two strains. can
상기 파단특성 측정부는 상기 다이 풀 테스트 과정에서 측정되는 축력-변형 플롯 및 스트레스-스트레인 플롯 중의 적어도 하나를 기반으로 상기 파단 특성을 측정하도록 구성될 수 있다. 상기 파단특성 측정부는, 상기 다이 풀 테스트 단계에서 측정된 상기 축력-변형 플롯을 상기 스트레인-스트레스 플롯으로 변환하고; 그리고 상기 스트레인-스트레스 플롯을 기반으로 상기 테스트 시료의 연신률을 측정할 수 있다. 상기 파단모드 분석부는 상기 테스트 시료의 연신률에 따라 상기 테스트 시료를 연성 파단 모드 또는 취성 파단 모드로 평가할 수 있다.The fracture characteristic measurement unit may be configured to measure the fracture characteristic based on at least one of an axial force-strain plot and a stress-strain plot measured during the die pull test process. The fracture characteristic measuring unit converts the axial force-strain plot measured in the die pull test step into the strain-stress plot; And based on the strain-stress plot, the elongation of the test sample may be measured. The fracture mode analyzer may evaluate the test sample as a ductile fracture mode or a brittle fracture mode according to an elongation rate of the test sample.
상기 다이 풀 테스트 장치는, 상기 테스트 시료가 안착되는 테이블; 상기 테이블 상에 구비되어 상기 제1기판을 고정하는 역할을 수행하는 고정부재; 및 상기 테이블로부터 상부로 소정 거리 이격된 위치에 구비되며, 상하 이동에 따라 상기 제2기판의 상부면을 진공압으로 흡착 고정하는 고정 지그를 더 포함할 수 있다. 상기 인장기는, 상기 고정 지그의 일단에 연결되고, 상기 고정 지그에 인장을 인가하여 상기 고정 지그의 상하 이동이 가능하게 할 수 있다. 상기 고정 지그는 진공흡착용 다공성 진공척(Porous Vacuum Chuck)을 포함할 수 있다. 상기 고정 부재는 상기 테이블에 고정되는 홀더 및 상기 테이블 상에 제공되는 진공홀 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 홀더는 중앙에 상기 제2기판이 노출되도록 오픈된 개구부를 갖는 플레이트 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 진공홀은 상기 제1기판의 저면으로 진공 흡착력을 제공하도록 구성될 수 있다.The die pull test device may include: a table on which the test sample is seated; a fixing member provided on the table to fix the first substrate; and a fixing jig provided at a position spaced apart from the table by a predetermined distance upward and adsorbing and fixing the upper surface of the second substrate by vacuum pressure according to vertical movement. The tensioner may be connected to one end of the fixing jig, and may enable vertical movement of the fixing jig by applying tension to the fixing jig. The fixing jig may include a porous vacuum chuck for vacuum adsorption. The fixing member may include at least one of a holder fixed to the table and a vacuum hole provided on the table. The holder may be formed in a plate shape having an opening in the center so that the second substrate is exposed. The vacuum hole may be configured to provide a vacuum adsorption force to the bottom surface of the first substrate.
본 발명의 실시예에 의하면, 연성 파단 모드에서 취성 파단 모드로 전환되는 기준이 되는 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 다이 풀 테스트를 수행하여 범프 접합부 특성을 분석하는 범프 접합부 특성 분석 장치, 범프 접합부 특성 분석 방법 및 기록 매체가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a bump joint characteristic analysis device that analyzes the bump joint characteristics by performing a die pull test based on the ductile-brittle transition strain, which is the standard for switching from the ductile fracture mode to the brittle fracture mode, bump joint characteristics An analysis method and a recording medium are provided.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 테스트 시료의 범프 접합부 특성을 신속하고 정확하고 객관적 기준으로 분석할 수 있는 범프 접합부 특성 분석 장치, 범프 접합부 특성 분석 방법 및 기록 매체가 제공된다.Further, according to an embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for analyzing characteristics of a bump joint, a method for analyzing characteristics of a bump joint, and a recording medium, which can quickly, accurately, and objectively analyze the characteristics of a bump joint of a test sample.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above. Effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains from this specification and the accompanying drawings.
도 1은 종래의 인장강도시험(CBP; Cold Ball Pull test)을 보여주는 개념도이다.
도 2는 종래의 다이 풀 시험을 보여주는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 범프 접합부 특성 분석 장치를 구성하는 다이 풀 테스트 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 다이 풀 테스트 장치의 측면도이다.
도 5는 시료가 고정부재에 의해 테이블에 고정된 상태를 보여주는 도면이다.
도 6은 시료를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 고정부재의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 8a는 도 3에 도시된 다이 풀 테스트 장치를 이용한 범프 접합부 특성 분석 방법을 간략하게 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 범프 접합부 특성 분석 장치를 구성하는 분석모듈의 구성도이다.
도 8c는 도 3의 단계 S100의 흐름도이다.
도 9a 및 도 9b는 범프 접합 상태가 양호한 테스트 시료들을 예시한 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 범프 접합 상태가 불량한 테스트 시료들을 예시한 도면이다.
도 11은 솔더 범프와 금속간 화합물의 특성을 설명하기 위한 강도-온도 관계곡선이다.
도 12 및 도 13은 솔더 범프의 다이 풀 테스트 시의 변형률과 유동응력의 관계를 보여주는 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예에 따라 연성-취성 천이 변형률을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 14는 다수의 변형률에 대한 축력(Axial Foce)-변형(Displacement) 곡선의 예시도, 도 15는 다수의 변형률에 대한 스트레스-스트레인 플롯의 예시도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따라 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 3개의 테스트 시료를 다이 풀 테스트하여 얻은 축력-변형 곡선의 예시도이다.
도 17은 도 16에 도시된 축력-변형 곡선으로부터 변환된 스트레스-스트레인 플롯의 예시도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따라 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 솔더 불량 상태의 테스트 시료들을 다이 풀 테스트하여 얻은 스트레스-스트레인 플롯들의 예시도이다.
도 19는 도 18에 사용된 테스트 시료들의 SEM 이미지들과, SEM 이미지들을 통해 산출한 솔더 범프의 파단 모드 빈도를 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따라 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 솔더 접합이 양호한 테스트 시료(POR)와 솔더 불량 상태의 테스트 시료들을 다이 풀 테스트하여 얻은 스트레스-스트레인 플롯들의 예시도이다.
도 21은 도 20에 사용된 테스트 시료들의 이미지들이다.1 is a conceptual diagram showing a conventional tensile strength test (CBP; Cold Ball Pull test).
2 is a conceptual diagram showing a conventional die pull test.
3 is an exploded perspective view of a die pull test apparatus constituting a bump joint characteristic analysis apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side view of the die pull test apparatus shown in FIG. 3 .
5 is a view showing a state in which the sample is fixed to the table by the fixing member.
6 is a diagram for explaining a sample.
7 is a view showing another example of the fixing member.
FIG. 8A is a flowchart for briefly explaining a method for analyzing characteristics of a bump joint using the die pull test apparatus shown in FIG. 3 .
8B is a block diagram of an analysis module constituting an apparatus for analyzing characteristics of a bump joint according to an embodiment of the present invention.
8C is a flowchart of step S100 of FIG. 3 .
9A and 9B are diagrams illustrating test samples having a good bump bonding state.
10A and 10B are diagrams illustrating test samples having a poor bump bonding state.
11 is a strength-temperature relationship curve for explaining the characteristics of a solder bump and an intermetallic compound.
12 and 13 are diagrams illustrating the relationship between strain and flow stress during a die pull test of solder bumps.
14 and 15 are diagrams for explaining a method for measuring a ductile-brittle transition strain according to an embodiment of the present invention, and FIG. 14 is an axial force for a plurality of strains - An example of a
16 is an exemplary diagram of an axial force-strain curve obtained by performing a die pull test on three test samples based on a ductile-brittle transition strain according to an embodiment of the present invention.
17 is an exemplary diagram of a stress-strain plot converted from the axial force-strain curve shown in FIG. 16 .
18 is an exemplary diagram of stress-strain plots obtained by performing a die pull test on test samples in a solder defective state based on a ductile-brittle transition strain according to an embodiment of the present invention.
19 is a view showing SEM images of the test samples used in FIG. 18 and fracture mode frequencies of solder bumps calculated through the SEM images.
20 is an exemplary view of stress-strain plots obtained by performing a die pull test on a test sample (POR) having a good solder joint and a test sample having a poor solder state based on a ductile-brittle transition strain according to an embodiment of the present invention.
FIG. 21 is images of test samples used in FIG. 20 .
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.Other advantages and features of the present invention, and a method of achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Unless defined, all terms (including technical or scientific terms) used herein have the same meaning as commonly accepted by common skill in the prior art to which this invention belongs. A general description of known configurations may be omitted so as not to obscure the gist of the present invention. In the drawings of the present invention, the same reference numerals are used as far as possible for the same or corresponding components. In order to help the understanding of the present invention, some components in the drawings may be shown exaggerated or reduced to some extent.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as "comprise", "have" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 명세서 전체에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부'가 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.As used throughout this specification, '~ unit' is a unit that processes at least one function or operation, and may refer to, for example, a hardware component such as software, FPGA, or ASIC. However, '~part' is not meant to be limited to software or hardware. '~' may be configured to reside on an addressable storage medium or may be configured to refresh one or more processors. As an example, '~ part' denotes components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, procedures, and sub It may include routines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. A function provided by a component and '~ unit' may be performed separately by a plurality of components and '~ unit', or may be integrated with other additional components.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 범프 접합부 특성 분석 장치를 구성하는 다이 풀 테스트 장치의 분해 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 다이 풀 테스트 장치의 측면도이며, 도 5는 시료가 고정부재에 의해 테이블에 고정된 상태를 보여주는 도면이고, 도 6은 시료를 설명하기 위한 도면이다. 우선, 본 실시예에 따른 다이 풀 테스트 장치는 범프로 결합되어 있는 시료에 인장력을 발생시켜 범프의 인장에 따른 파괴 정도로 범프의 접착강도를 판단할 수 있는 범프의 접합부 특성 테스트에 사용되는 장치이다. 3 is an exploded perspective view of a die-pull test apparatus constituting a bump junction characteristic analysis apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a side view of the die-pull test apparatus shown in FIG. 3, and FIG. 5 is a sample fixed It is a view showing a state fixed to the table by a member, and FIG. 6 is a view for explaining the sample. First, the die pull test apparatus according to the present embodiment is a device used to test the joint properties of bumps that can determine the adhesive strength of the bumps by generating a tensile force on a sample bonded to the bumps to determine the degree of breakage according to the tension of the bumps.
도 6을 참조하면, 다이 풀 테스트 장치에서 사용되는 시료(20)는 제1기판(30)과 제2기판(40)이 범프(50)들에 의해 상호 접합된 상태로 제공될 수 있다. 제1기판(30)은 제2기판(40)의 크기보다 큰 것이 바람직하다. 여기서, 제2기판(40)이란 반도체 칩, IC 칩, 능동 소자, 수동 소자 등으로 일면에 범프들이 결합되어 있는 소자를 의미하며, 제1기판(30)은 제2기판(40)이 실장되는 마더보드와 같은 PCB 기판일 수 있다. Referring to FIG. 6 , the
도 3 내지 도 5를 참조하면, 다이 풀 테스트 장치(10)는 테이블(100), 고정부재(200), 고정지그(300), 인장기(400) 그리고 분석모듈(500)을 포함할 수 있다. 테이블(100)은 상면에 테스트 시료(20)가 안착될 수 있다. 테이블의 상면(110)에는 테스트 시료(20)의 제1기판(30)이 정위치에 정렬될 수 있도록 오목한 홈 형태의 안착부(112)가 제공될 수 있다. 안착부(112)는 제1기판(30)과 거의 동일한 크기를 가질 수 있다. 3 to 5 , the die
고정부재(200)는 테이블(100)의 상면(110)에 탈부착 가능하게 설치될 수 있다. 고정 부재(200)는 테이블(100)의 상면(110)에 놓여진 테스트 시료(20)의 제1기판(30)을 고정시킨다. 일 예로, 고정 부재(200)는 제1기판(30)보다 넓은 플레이트 형상의 홀더(210)를 포함할 수 있다. 홀더(210)는 중앙에 오픈된 개구부(220)를 갖는다. 개구부(220)는 제2기판(40)보다 크게 형성될 수 있다. 제2기판(40)은 개구부(220)를 통해 홀더(210) 상면으로 노출될 수 있다.The fixing
홀더(210)는 다수의 체결 볼트(230)들에 의해 테이블(100)의 상면(110)에 고정될 수 있다. 테이블(100)의 상면(110)에는 체결 볼트(230)가 체결되는 체결공(114)들이 제공될 수 있다. 고정 지그(300)는 테이블(100)로부터 상부로 소정 거리 이격된 위치에 구비될 수 있다. 고정 지그(300)는 상하 이동에 따라 제2기판(40)의 상부면을 진공압으로 흡착 고정할 수 있다. 또한, 테스트 공정시 고정 지그(300)는 인장기(400)에 의해 상방향으로 이동될 수 있다. The
일 예에 따르면, 고정 지그(300)는 미세 기공을 가지는 다공질 카본 그라파이트 소재의 진공흡착용 다공성 진공척(Porous Vacuum Chuck)(310)과 이를 감싸는 케이스(320)를 포함할 수 있다. 이처럼, 다공성 진공척(310)은 전체적으로 균일하게 다수의 미세 흡착홀들이 형성된 다공성 재질로 이루어져 흡착 단면적이 넓어짐으로써, 이 고정 지그(300)에 제2기판(40)이 부착되는 흡착력이 향상될 수 있다. 고정 지그(300)는 제2기판(40)을 흡착시키는 별도의 진공흡착수단(390)과 연결되어, 이 진공흡착수단(390)이 고정 지그(300)에 진공압력을 제공함으로써, 미세 흡착홀들을 통해 작용하는 진공압력에 의해 제2기판(40)이 고정 지그(300)의 다공성진공척(310)에 흡착되도록 한다.According to an example, the fixing
인장기(400)는 고정 지그(300)의 일단에 연결된다. 인장기(400)는 고정 지그(300)를 상방향으로 이동시켜 고정 지그(300)에 인장을 인가한다. 도시하지 않았지만, 다이 풀 테스트 장치(10)는 인장기(400)의 작동을 제어하여 테스트 시료에 가하는 인장력을 조절 가능하게 하는 컨트롤박스를 포함할 수 있다. 컨트롤박스는 외부에서 사용자가 기설정된 수치 또는 테스트 시료(20)에 따른 수치 변경에 따라 인장기를 제어하게 된다. The
분석모듈(500)은 테스트 시료(20)에서 파단된 범프들의 상태를 확인하기 위한 것으로, 파단된 범프들의 형태를 촬상하기 위한 카메라(510) 및 분석부(520)를 포함할 수 있다. 카메라(510)는 제2기판(40)이 제1기판(30)으로부터 파단된 상태에서 제2기판(40)의 저면을 촬상한다. 이를 위해 카메라(510)가 제2기판(40) 저면을 촬상할 수 있는 위치로 이동되거나 또는 제2기판(40)이 카메라(510) 상부로 이동될 수 있다. 카메라(510)에서 촬상된 영상 이미지는 분석부(520)로 출력된다. 분석부(520)에서는 전송된 영상 이미지를 분석하여 범프들의 파단면을 분석하여 범프의 접착강도(접합부의 특성)를 평가할 수 있다. The
도시하지 않았지만, 다이 풀 테스트 장치에는 테스트 시료의 스트레인을 측정하는 변형량 감지부와 스트레스를 측정하는 응력감지부를 포함할 수 있다. 변형량 감지부와 응력감지부에서 측정된 테스트 시료의 측정값은 분석부(520)로 제공될 수 있다. Although not shown, the die pull test apparatus may include a strain detection unit for measuring the strain of the test sample and a stress sensing unit for measuring the stress. The measured value of the test sample measured by the deformation amount sensing unit and the stress sensing unit may be provided to the
도 7은 고정부재의 다른 예를 보여주는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 고정부재(200a)는 테이블(100) 상에 제공되어 제1기판(30)의 저면으로 진공 흡착력을 제공하는 진공홀(280)들을 포함할 수 있다. 진공홀(280)들로 구성된 고정 부재(200a)는 앞서 도시된 고정부재(200)에 비해 테스트 시료(20)를 보다 간단하고 빠르게 테이블(100)에 고정시킬 수 있는 장점이 있다. 7 is a view showing another example of the fixing member. As shown in FIG. 7 , the fixing member 200a may include vacuum holes 280 provided on the table 100 to provide a vacuum adsorption force to the bottom surface of the
도 8a는 도 3에 도시된 다이 풀 테스트 장치를 이용한 범프 접합부 특성 분석 방법을 간략하게 설명하기 위한 플로우챠트이다. 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 범프 접합부 특성 분석 장치를 구성하는 분석모듈의 구성도이다. 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 분석모듈(500)은 연성-취성 천이 변형률 측정부(540)와, 파단특성 측정부(550) 및 파단모드 분석부(560)를 포함할 수 있다.FIG. 8A is a flowchart for briefly explaining a method for analyzing characteristics of a bump joint using the die pull test apparatus shown in FIG. 3 . 8B is a block diagram of an analysis module constituting an apparatus for analyzing characteristics of a bump joint according to an embodiment of the present invention. 8A and 8B , the
먼저, 테스트 시편에 대해 다이 풀 테스트를 하기에 앞서, 연성-취성 천이 변형률 측정부(540)는 다이 풀 테스트에 적용할 연성-취성 천이 변형률을 측정한다(S100). 연성-취성 천이 변형률은 연성 파단 모드에서 취성 파단 모드로 전환되는 기준이 되는 파단모드 전환 변형률일 수 있다.First, before performing the die pull test on the test specimen, the ductile-brittle transition
도 9a 및 도 9b는 범프 접합 상태가 양호한 테스트 시료들을 예시한 도면이다. 도 10a 및 도 10b는 범프 접합 상태가 불량한 테스트 시료들을 예시한 도면이다. 도 9a 내지 도 10b에서 도면부호 'F'는 다이 풀 테스트에 의한 파단면, 'D'는 Si 다이, 'C'는 Cu 범프, 'S'는 솔더 범프, 'N'은 Ni 금속, 'B'는 보드(Board)이다.9A and 9B are diagrams illustrating test samples having a good bump bonding state. 10A and 10B are diagrams illustrating test samples having a poor bump bonding state. 9A to 10B, reference numeral 'F' denotes a fracture surface by die pull test, 'D' denotes a Si die, 'C' denotes a Cu bump, 'S' denotes a solder bump, 'N' denotes a Ni metal, and 'B' ' is the board.
인장기의 변형률을 연성-취성 천이 변형률 보다 낮은 조건으로 하여 다이 풀 테스트하는 경우, 연성 파단 모드의 발생 빈도가 증가하여 실제로는 취성 파단 모드 특성을 가지는 나쁜 접합 상태의 테스트 시료임에도 접합 상태가 양호한 것으로 잘못 평가되는 결과를 초래할 수 있다.When the die pull test is performed under the condition that the strain of the tensioner is lower than the ductile-brittle transition strain, the frequency of occurrence of ductile fracture mode increases, and in fact, the bonding condition is considered good even though the test sample has a poor bonding condition with brittle fracture mode characteristics. This may lead to erroneous evaluation.
반대로, 인장기의 변형률을 연성-취성 천이 변형률 보다 높은 조건으로 하여 다이 풀 테스트하는 경우에는 취성 파단 모드의 발생 빈도가 증가하여 실제로는 양호한 접합 상태의 테스트 시료임에도 접합 상태가 불량한 것으로 잘못 평가되는 결과를 초래할 수 있다.Conversely, when the die pull test is performed under a condition that the strain rate of the tensioner is higher than the ductile-brittle transition strain, the frequency of occurrence of brittle fracture modes increases, resulting in erroneous evaluation of poor bonding condition even though the test sample is actually in good bonding condition. may cause
따라서, 접합 상태가 나쁜 테스트 시료(예를 들어, 솔더 범프가 아닌 금속간 계면에서 파단이 일어나는 취성 파단 모드)와 접합 상태가 우수한 테스트 시료(예를 들어, 솔더 범프에서 파단이 일어나는 연성 파단 모드)를 정확하게 판단하기 위해서는 테스트 시료에 대한 적정한 연성-취성 천이 변형률을 구한 다음, 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 다이 풀 테스트를 할 필요가 있다.Therefore, test samples with poor bonding (e.g., brittle fracture mode where fracture occurs at the intermetallic interface other than solder bumps) and test samples with good bonding conditions (eg, ductile fracture mode where fracture occurs at solder bumps) In order to accurately determine , it is necessary to obtain an appropriate ductile-brittle transition strain for the test sample, and then perform a die pull test based on the ductile-brittle transition strain.
도 11은 솔더 범프와 금속간 화합물의 특성을 설명하기 위한 강도-온도 관계곡선이다. Cu6Sn5, Cu3Sn 등과 같은 금속간 화합물(IMC)은 용융온도 대비 매우 낮은 온도 영역에서 테스트가 수행되므로, 변형률에 거의 영향을 받지 않지만, 솔더는 0.4 Tm (Tm: 용융온도) 보다 높은 온도 영역(R2)에서 테스트가 수행되는 관계로 변형률(strain rate)에 민감하게 반응하고 하기의 Dorn 수식에 따라 변형률에 따라 유동응력(stress)이 증가한다. 11 is a strength-temperature relationship curve for explaining the characteristics of a solder bump and an intermetallic compound. Intermetallic compounds (IMC) such as Cu 6 Sn 5 , Cu 3 Sn, etc. are tested in a very low temperature region compared to the melting temperature, so they are hardly affected by the strain, but the solder has a higher than 0.4 Tm (Tm: melting temperature). Since the test is performed in the temperature region R2, it responds sensitively to the strain rate, and the flow stress increases according to the strain according to the following Dorn equation.
[Dorn 수식][Dorn formula]
T: 온도, A, n: 실험적으로 결정되는 상수, Q: 활성 에너지(Activation energy), R: 가스 상수(Gas constant)T: temperature, A, n: experimentally determined constant, Q: activation energy, R: gas constant
도 12 및 도 13은 솔더 범프의 다이 풀 테스트 시의 변형률과 유동응력의 관계를 보여주는 도면이다. 솔더 범프는 가공 경화(strain hardening) 특성으로 인해 인장기에 의해 가해지는 변형률(strain rate)과 유동응력(flow stress)이 비례하는 경향을 갖는다. 솔더 범프와 달리, 제1 기판과 범프 사이의 금속간 화합물(IMC; Intermetallic compounds)은 가공 경화 특성을 갖지 않아 인장기의 변형률(strain rate)에 거의 영향을 받지 않는다.12 and 13 are diagrams illustrating the relationship between strain and flow stress during a die pull test of solder bumps. Solder bumps tend to be proportional to the strain rate and flow stress applied by the tensioner due to their strain hardening properties. Unlike solder bumps, intermetallic compounds (IMCs) between the first substrate and the bumps do not have work hardening properties and are thus hardly affected by the strain rate of the tensioner.
이러한 솔더 범프의 가공 경화 특성과 금속간 화합물의 상이한 특성으로 인해, 테스트 시료는 인장기의 변형률이 비교적 낮을 때에는 주로 솔더 범프에서 파단이 많이 일어나는 연성 파단 모드 특성을 나타내게 되고, 인장기의 변형률이 비교적 높을 때에는 솔더 범프 보다 금속간 계면에서 파단이 많이 일어나는 취성 파단 모드 특성을 나타내게 된다.Due to the work-hardening properties of the solder bumps and the different properties of the intermetallic compound, the test sample exhibits a ductile fracture mode characteristic in which fracture occurs mainly in the solder bumps when the strain rate of the tensioner is relatively low, and the strain of the tensioner is relatively low. When it is high, it exhibits a brittle fracture mode characteristic in which fracture occurs more at the intermetallic interface than at the solder bump.
따라서, 연성 파단 모드와 취성 파단 모드 간의 전환이 일어나게 되는 변형률 값이 존재하게 되는데, 본 명세서에서 연성 파단 모드로부터 취성 파단 모드로의 전환 기준이 되는 변형률을 연성-취성 천이 변형률(DTBRSR; Ductile to brittle transition strain rate)로 칭한다.Therefore, there is a strain value at which the transition between the ductile fracture mode and the brittle fracture mode occurs. In the present specification, the strain that is the criterion for switching from the ductile fracture mode to the brittle fracture mode is defined as the ductile-brittle transition strain (DTBRSR; Ductile to brittle). transition strain rate).
도 13을 참조하면, POR 시료의 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 다이 풀 테스트를 진행하였을 때, 계면 강도가 높은 시료(Good)는 취성 파단 영역이 아닌 연성 파단 영역에 해당하는 반면, 계면 강도가 낮은 시료(Bad)는 POR 시료의 연성-취성 천이 변형률 하에서 취성 파단 영역에 해당하는 것을 알 수 있다.13, when the die pull test was performed based on the ductile-brittle transition strain of the POR sample, the sample with high interfacial strength (Good) corresponds to the ductile fracture region, not the brittle fracture region, whereas the interfacial strength was It can be seen that the low sample (Bad) corresponds to the brittle fracture region under the ductile-brittle transition strain of the POR sample.
다시 도 8b를 참조하면, 연성-취성 천이 변형률 측정부(540)는 기준 시료들 별로 인장기의 변형률을 상이하게 적용하여 다수의 변형률에 대해 스트레스-스트레인 플롯들을 생성하고, 스트레스-스트레인 플롯들을 기반으로 연성-취성 천이 변형률을 판단할 수 있다.Referring back to FIG. 8B , the ductile-brittle transition
연성-취성 천이 변형률 측정부(540)는 테스트 시료와 관련된 복수의 기준 시료들에 대한 스트레스-스트레인 플롯들을 기반으로 연성-취성 천이 변형률을 측정할 수 있다. 기준 시료들은 테스트 시편과 동일한 공정을 통해 제조된 시료들일 수 있다.The ductile-brittle transition
도 8c는 도 3의 단계 S100의 흐름도이다. 도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예에 따라 연성-취성 천이 변형률을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 14는 다수의 변형률에 대한 축력(Axial Foce)-변형(Displacement) 곡선의 예시도, 도 15는 다수의 변형률에 대한 스트레스-스트레인 플롯의 예시도이다.8C is a flowchart of step S100 of FIG. 3 . 14 and 15 are views for explaining a method for measuring a ductile-brittle transition strain according to an embodiment of the present invention. 15 is an exemplary diagram of a stress-strain plot for multiple strains.
도 5, 도 8c, 도 14 및 도 15를 참조하면, 연성-취성 천이 변형률 측정부(540)는 복수의 기준 시료들을 이용하여 다수의 변형률에 대한 스트레스-스트레인 플롯들의 연신률들을 측정할 수 있다(S110). 도 14는 변형률을 0.1, 1, 10, 100, 200, 400 mm/s로 변화시키면서 변형 측정 센서부(530)에 의해 인장기에 의해 가해지는 축력(Axial Force) 및 변형(Displacement)을 측정한 결과를 나타낸다.5, 8C, 14 and 15 , the ductile-brittle transition
연성-취성 천이 변형률 측정부(540)는 축력-변형 곡선들을 각각 스트레스-스트레인 플롯으로 변환한 후, 다수의 변형률 순으로 스트레스-스트레인 플롯들의 연신률들의 변화량들을 측정할 수 있다(S120). 실시예에서, 연신률(elongation)은 항복점에 해당하는 축력에 대응되는 스트레스(Engineering Stress)에서의 스트레인(Engineering Strain) 값으로부터 산출될 수 있다.The ductile-brittle transition
연성-취성 천이 변형률 측정부(540)는 연신률들의 변화량들을 기반으로 연성-취성 천이 변형률을 결정할 수 있다(S130). 연성-취성 천이 변형률 측정부(540)는 다수의 변형률 중에서 설정된 기준값을 초과하는 변화량을 가지는 2개의 변형률을 결정하고, 2개의 변형률 중 적어도 하나를 기반으로 연성-취성 천이 변형률을 결정할 수 있다.The ductile-brittle transition
도 15의 예시도에서, 변형률이 10 mm/s 일때의 연신률은 약 8% 이나, 변형률이 100 mm/s 일 때의 연신률은 약 6% 로, 연신률이 급격히 감소되는 것을 알 수 있다. 이로부터 연신률의 변화량이 가장 큰 2개의 변형률 10 mm/s, 및 100 mm/s 중 적어도 하나를 기반으로 연성-취성 천이 변형률을 결정할 수 있다.In the exemplary diagram of FIG. 15 , the elongation when the strain is 10 mm/s is about 8%, but when the strain is 100 mm/s, the elongation is about 6%, it can be seen that the elongation is rapidly reduced. From this, the ductility-brittle transition strain may be determined based on at least one of the two
실시예에서, 연성-취성 천이 변형률은 연신률의 변화량이 가장 큰 2개의 변형률(예를 들어, 10 mm/s, 100 mm/s) 중 낮은 변형률로 산출되거나, 높은 변형률로 산출되거나, 2개의 변형률 사이의 값, 예를 들어 2개의 변형률의 평균값(산술 평균, 기하 평균 등) 등으로 산출될 수 있다.In an embodiment, the ductile-brittle transition strain is calculated as the lower of the two strains with the largest change in elongation (eg, 10 mm/s, 100 mm/s), the higher strain, or the two strains. It can be calculated as a value between, for example, an average value (arithmetic mean, geometric mean, etc.) of two strains.
다시 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 다이 풀 테스트 장치는 테스트 시료의 제1기판을 고정시킨 상태에서, 연성-취성 천이 변형률 측정부(540)에 의해 측정된 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 인장기에 의해 테스트 시료의 제2 기판을 제1 기판에 대해 인장시킴으로써, 테스트 시료의 파단 모드 분석을 위한 다이 풀 테스트를 수행할 수 있다(S200).Referring back to FIGS. 8A and 8B , the die pull test apparatus is a ductile-brittle transition strain measured by the ductile-brittle transition
파단특성 측정부(550)는 다이 풀 테스트 장치에 의해 수행되는 다이 풀 테스트 과정에서 테스트 시료의 항복응력 및 연신률 중의 적어도 하나를 포함하는 파단 특성을 측정할 수 있다(S300 내지 S500). 파단모드 분석부(560)는 파단특성 측정부(550)에 의해 측정된 파단 특성을 기반으로 테스트 시료의 파단 모드를 분석할 수 있다(S600 내지 S700).The fracture
실시예에서, 파단특성 측정부(550)는 다이 풀 테스트 과정에서 측정되는 축력-변형 플롯 및 스트레스-스트레인 플롯 중의 적어도 하나를 기반으로 파단 특성을 측정할 수 있다. 파단특성 측정부(550)는 다이 풀 테스트 단계에서 측정된 축력-변형 플롯을 스트레인-스트레스 플롯으로 변환하고, 스트레인-스트레스 플롯을 기반으로 테스트 시료의 연신률을 측정할 수 있다. 파단모드 분석부(560)는 파단특성 측정부(550)에 의해 측정된 테스트 시료의 연신률에 따라 테스트 시료를 연성 파단 모드(연신률이 기준 연신률보다 높은 경우) 또는 취성 파단 모드(연신률이 기준 연신률보다 낮은 경우)로 평가할 수 있다.In an embodiment, the fracture
도 16은 본 발명의 실시예에 따라 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 3개의 테스트 시료를 다이 풀 테스트하여 얻은 축력-변형 곡선의 예시도이다. 도 16에서 적용된 인장기의 연성-취성 천이 변형률은 10 mm/s 이다. 도 17은 도 16에 도시된 축력-변형 곡선으로부터 변환된 스트레스-스트레인 플롯의 예시도이다. 도 16 및 도 17에 사용된 테스트 시료(POR, Skewed1, Skewed2)는 아래의 표와 같다.16 is an exemplary diagram of an axial force-strain curve obtained by performing a die pull test of three test samples based on a ductile-brittle transition strain according to an embodiment of the present invention. The ductile-brittle transition strain of the tensioner applied in FIG. 16 is 10 mm/s. 17 is an exemplary diagram of a stress-strain plot converted from the axial force-strain curve shown in FIG. 16 . The test samples (POR, Skewed1, Skewed2) used in FIGS. 16 and 17 are shown in the table below.
'Skewed1'은 취성 파괴 모드의 테스트 시료로서, 리플로우 피크 온도가 250℃로 높게 설정된 경우이고, 'Skewed2'는 액상선 초과 시간(TAL; Time above liquidus)이 필요 이상으로 길어 솔더 불량을 갖는 경우이다. Reflowed x3, x5, x10은 각각 리플로우를 3회, 5회, 10회 반복한 것을 의미한다. 과도한 리플로우 반복은 한복 강도 및 연신률을 저하시킬 수 있다.'Skewed1' is a test sample in brittle fracture mode, when the reflow peak temperature is set as high as 250°C, and 'Skewed2' is a case where the time above liquidus (TAL) is longer than necessary and has solder defects am. Reflowed x3, x5, and x10 mean that the reflow was repeated 3 times, 5 times, and 10 times, respectively. Excessive reflow repetition can reduce the strength and elongation of hanbok.
본 발명의 실시예에 따른 범프 접합부 특성 분석 방법의 정확도를 확인하기 위하여, 각각의 테스트 시료에 대해 SEM 이미지 분석을 통해 취성 파괴 모드의 솔더 범프들과 연성 파괴 모드의 솔더 범프들의 빈도를 산출하여 도 17에 함께 나타냈으며, 본 발명의 실시예에 따라 산출한 범프 접합 신뢰도 평가 결과와 비교하였다.In order to confirm the accuracy of the bump joint characteristic analysis method according to the embodiment of the present invention, the frequency of solder bumps in the brittle fracture mode and the solder bumps in the ductile fracture mode are calculated through SEM image analysis for each test sample. 17, and compared with the bump bonding reliability evaluation results calculated according to the embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따라, 솔더 접합 상태가 양호한 테스트 시료(솔더에서 연성 파단이 일어나는 솔더 범프의 빈도가 88% 이상)에 대하여, 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 수행된 다이 풀 테스트 결과, 9.9%의 높은 연신률이 측정되었으며, 연성 파단 모드를 갖는 양호한 테스트 시료인 것으로 정확하게 판단하였다.According to an embodiment of the present invention, the die pull test result performed based on the ductile-brittle transition strain for a test sample with a good solder joint state (the frequency of solder bumps in which ductile fracture occurs in the solder is 88% or more), 9.9 A high elongation of % was measured and correctly judged to be a good test sample with a ductile failure mode.
반면, 과도한 리플로우 반복에 의해 솔더 접합 불량 상태를 갖는 테스트 시료(금속간 화합물(IMC)에서 취성 파단이 일어나는 솔더 범프의 빈도가 98% 이상)의 경우, 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 수행된 다이 풀 테스트 결과 스트레스-스트레인 플롯 상에서 연신률이 약 9.9% 에서 2.2%로 크게 저하된 것으로 나타났으며, 취성 파단 모드를 갖는 불량 테스트 시료인 것으로 정확하게 판단하였다.On the other hand, in the case of a test sample with a poor solder joint state due to excessive reflow repetition (the frequency of solder bumps in which brittle fracture occurs in intermetallic compounds (IMC) is 98% or more), the ductility-brittle transition strain was As a result of the die pull test, it was found that the elongation was greatly reduced from about 9.9% to 2.2% on the stress-strain plot, and it was accurately determined as a defective test sample having a brittle fracture mode.
도 18은 본 발명의 실시예에 따라 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 솔더 불량 상태의 테스트 시료들을 다이 풀 테스트하여 얻은 스트레스-스트레인 플롯들의 예시도이다. 도 19는 도 18에 사용된 테스트 시료들의 SEM 이미지들과, SEM 이미지들을 통해 산출한 솔더 범프의 파단 모드 빈도를 나타낸 도면이다.18 is an exemplary view of stress-strain plots obtained by performing a die pull test on test samples in a solder defective state based on a ductile-brittle transition strain according to an embodiment of the present invention. 19 is a view showing SEM images of the test samples used in FIG. 18 and the frequency of fracture modes of solder bumps calculated through the SEM images.
도 20은 본 발명의 실시예에 따라 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 솔더 접합이 양호한 테스트 시료(POR)와 솔더 불량 상태의 테스트 시료들을 다이 풀 테스트하여 얻은 스트레스-스트레인 플롯들의 예시도이다. 도 21은 도 20에 사용된 테스트 시료들의 이미지들이다. 도 21에 도시된 솔더 불량 상태의 테스트 시료들(Skewed1, Skewed2)에 대한 SEM 이미지들에서 계면 강도를 저하시킬 수 있는 금속간 화합물(IMC)가 대량 관찰되었다.20 is an exemplary view of stress-strain plots obtained by performing a die pull test on a test sample (POR) having a good solder joint and a test sample having a poor solder state based on the ductile-brittle transition strain according to an embodiment of the present invention. FIG. 21 is images of test samples used in FIG. 20 . In the SEM images of the test samples (Skewed1, Skewed2) in a solder defective state shown in FIG. 21 , a large amount of intermetallic compounds (IMC) capable of reducing the interfacial strength were observed.
도 18 내지 도 21에서도, 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 수행된 다이 풀 테스트 결과, 솔더 접합 상태가 양호한 테스트 시료(솔더에서 연성 파단이 일어나는 솔더 범프의 빈도가 높은 테스트 시료)는 연성 파단 모드를 갖는 양호한 테스트 시료인 것으로 정확하게 판단되었으며, 솔더 접합 불량 상태를 갖는 테스트 시료(금속간 화합물(IMC)에서 취성 파단이 일어나는 솔더 범프의 빈도가 98% 이상)는 취성 파단 모드를 갖는 불량 테스트 시료인 것으로 정확하게 판단되었다.18 to 21, as a result of the die pull test performed based on the ductile-brittle transition strain, the test sample with a good solder joint condition (the test sample with a high frequency of solder bumps in which ductile fracture occurs in the solder) exhibited a ductile fracture mode. It was accurately judged to be a good test sample with was judged correctly.
본 발명의 실시예에 의하면, 다이 풀 테스트 단계에서는 시료의 준비과정이 불필요하기 때문에 보다 신속하게 정확하게 테스트가 이루어질 수 있다. 또한, 연성-취성 천이 변형률을 산출하여 이를 기준으로 다이 풀 테스트를 수행하고 스트레스-스트레인 플롯으로부터 연신률을 산출하여 파단 모드를 분석함으로써, 범프들의 사이즈 또는 개수에 상관없이 파단 모드 특성 평가를 보다 용이하고 신속하게 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since a sample preparation process is unnecessary in the die pull test step, the test can be performed more quickly and accurately. In addition, by calculating the ductility-brittle transition strain and performing a die pull test based on it, and analyzing the fracture mode by calculating the elongation from the stress-strain plot, it is easier to evaluate the fracture mode characteristics regardless of the size or number of bumps. You can do it quickly.
한편, SEM 이미지를 통한 평가가 필요한 테스트 시료인 경우, 카메라(510)에서 범프들의 파단면을 촬상하고,그 영상 이미지를 분석부(520)로 출력할 수 있다. 분석부(520)에서는 전송된 영상 이미지를 분석하여 범프들의 파단면을 분석하여 범프의 접착강도(접합부의 특성)를 평가할 수 있다.On the other hand, in the case of a test sample that needs to be evaluated through an SEM image, the
본 발명의 실시예에 따른 범프 접합부 특성 분석 방법 중 적어도 일부는 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 SRAM(Static RAM), DRAM(Dynamic RAM), SDRAM(Synchronous DRAM) 등과 같은 휘발성 메모리, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Electrically Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM), 플래시 메모리 장치, PRAM(Phase-change RAM), MRAM(Magnetic RAM), RRAM(Resistive RAM), FRAM(Ferroelectric RAM)과 같은 불휘발성 메모리, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 광학적 판독 매체 예를 들어 시디롬, 디브이디 등과 같은 형태의 저장매체일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.At least some of the bump joint characteristic analysis method according to the embodiment of the present invention can be written as a program that can be executed on a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable recording medium. . Computer-readable recording media include volatile memory such as SRAM (Static RAM), DRAM (Dynamic RAM), SDRAM (Synchronous DRAM), ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable ROM), EPROM (Electrically Programmable ROM), Nonvolatile memory such as Electrically Erasable and Programmable ROM (EEPROM), flash memory device, phase-change RAM (PRAM), magnetic RAM (MRAM), resistive RAM (RRAM), ferroelectric RAM (FRAM), floppy disk, hard disk, or The optical reading medium may be, for example, a storage medium such as a CD-ROM or DVD, but is not limited thereto.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
100 : 테이블 200 : 고정부재
300 : 고정 지그 400 : 인장기
500 : 분석모듈 520 : 분석부
530: 변형측정 센서부 540: 연성-취성 천이 변형률 측정부
550: 파단특성 측정부 560: 파단모드 분석부100: table 200: fixing member
300: fixing jig 400: tensioner
500: analysis module 520: analysis unit
530: strain measurement sensor unit 540: ductile-brittle transition strain measurement unit
550: fracture characteristic measurement unit 560: fracture mode analysis unit
Claims (16)
상기 테스트 시료의 제1기판을 지면에 수평한 수평 자세로 고정시킨 상태에서 인장기에 의해 상기 제1 기판에 대해 상기 제2 기판을 상기 지면에 수직한 방향들 중 일 방향으로만 인장시키는 다이 풀 테스트 단계;
상기 다이 풀 테스트를 진행한 테스트 시료의 스트레스-스트레인 관계를 도출하여 연신률(Elongation) 특성을 측정하는 단계; 그리고
상기 연신률 특성을 기반으로 상기 테스트 시료의 파단 모드 및 접합부 특성을 분석하는 단계를 포함하고,
상기 다이 풀 테스트 단계는 상기 인장기에 의해 상기 테스트 시료와 관련된 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 상기 제2 기판을 인장시키고,
상기 연성-취성 천이 변형률은 연성 파단 모드에서 취성 파단 모드로 전환되는 기준이 되는 파단모드 전환 변형률이고,
복수의 기준 시료들에 대한 스트레스-스트레인 플롯들을 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 측정하는 단계를 더 포함하고,
상기 연성-취성 천이 변형률을 측정하는 단계는,
상기 기준 시료들 별로 상기 인장기의 변형률을 상이하게 적용하여 다수의 변형률에 대해 상기 스트레스-스트레인 플롯들을 생성하는 단계; 그리고
상기 스트레스-스트레인 플롯들을 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 판단하는 단계를 포함하고,
상기 연신률 특성을 측정하는 단계는,
상기 다이 풀 테스트 단계에서 측정된 축력-변형 플롯을 스트레인-스트레스 플롯으로 변환하는 단계; 그리고 상기 스트레인-스트레스 플롯을 기반으로 상기 테스트 시료의 연신률을 측정하는 단계를 포함하고,
상기 파단 모드 및 접합부 특성을 분석하는 단계는,
상기 테스트 시료의 연신률에 따라 상기 테스트 시료를 연성 파단 모드 또는 취성 파단 모드로 평가하는 범프 접합부 특성 분석 방법.A bump junction characteristic analysis method for evaluating the bump junction reliability of a test sample in which a first substrate and a second substrate are interconnected by bumps, the method comprising:
A die pull test in which the second substrate is tensioned with respect to the first substrate by a tensioner in a state in which the first substrate of the test sample is fixed in a horizontal posture horizontal to the ground in only one direction among directions perpendicular to the ground step;
measuring an elongation characteristic by deriving a stress-strain relationship of the test sample subjected to the die pull test; and
Comprising the step of analyzing the fracture mode and junction characteristics of the test sample based on the elongation characteristic,
wherein the die pull test step tensions the second substrate based on a ductile-brittle transition strain associated with the test sample by the tensioner;
The ductile-brittle transition strain is a fracture mode conversion strain that is a criterion for switching from the ductile fracture mode to the brittle fracture mode,
The method further comprises: measuring the ductile-brittle transition strain based on stress-strain plots for a plurality of reference samples,
Measuring the ductile-brittle transition strain comprises:
generating the stress-strain plots for a plurality of strains by applying different strains of the tensioner to each of the reference samples; and
determining the ductile-brittle transition strain based on the stress-strain plots,
Measuring the elongation characteristic is,
converting the axial force-strain plot measured in the die pull test step into a strain-stress plot; and measuring the elongation of the test sample based on the strain-stress plot,
The step of analyzing the fracture mode and characteristics of the junction is,
A bump joint characteristic analysis method for evaluating the test sample in a ductile fracture mode or a brittle fracture mode according to an elongation rate of the test sample.
상기 연성-취성 천이 변형률을 판단하는 단계는,
상기 다수의 변형률에 대한 상기 스트레스-스트레인 플롯들의 연신률들을 측정하는 단계;
상기 다수의 변형률 순으로 상기 스트레스-스트레인 플롯들의 연신률들의 변화량들을 측정하는 단계; 그리고
상기 연신률들의 변화량들을 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 결정하는 단계를 포함하는 범프 접합부 특성 분석 방법.According to claim 1,
The step of determining the ductile-brittle transition strain comprises:
measuring elongations of the stress-strain plots for the plurality of strains;
measuring changes in elongations of the stress-strain plots in the order of the plurality of strains; and
and determining the ductile-brittle transition strain based on changes in the elongations.
상기 연성-취성 천이 변형률을 결정하는 단계는,
상기 다수의 변형률 중에서 설정된 기준값을 초과하는 변화량을 가지는 2개의 변형률을 결정하고, 상기 2개의 변형률 중 적어도 하나를 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 결정하는 범프 접합부 특성 분석 방법.4. The method of claim 3,
The step of determining the ductile-brittle transition strain comprises:
Bump joint characteristic analysis method for determining two strains having a change amount exceeding a set reference value from among the plurality of strains, and determining the ductile-brittle transition strain based on at least one of the two strains.
상기 테스트 시료의 제1기판을 지면에 수평한 수평 자세로 고정시킨 상태에서 상기 제1 기판에 대해 상기 제2 기판을 상기 지면에 수직한 방향들 중 일 방향으로만 인장시키는 인장기를 포함하는 다이 풀 테스트 장치;
상기 다이 풀 테스트를 진행한 테스트 시료의 스트레스-스트레인 관계를 도출하여 연신률(Elongation) 특성을 측정하는 파단특성 측정부; 및
상기 연신률 특성을 기반으로 상기 테스트 시료의 파단 모드 및 접합부 특성을 분석하는 파단모드 분석부를 포함하고,
상기 다이 풀 테스트 장치는 상기 인장기에 의해 상기 테스트 시료와 관련된 연성-취성 천이 변형률을 기준으로 상기 제2 기판을 인장시키고,
상기 연성-취성 천이 변형률은 연성 파단 모드에서 취성 파단 모드로 전환되는 기준이 되는 파단모드 전환 변형률이고,
복수의 기준 시료들에 대한 스트레스-스트레인 플롯들을 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 측정하는 연성-취성 천이 변형률 측정부를 더 포함하고,
상기 연성-취성 천이 변형률 측정부는,
상기 기준 시료들 별로 상기 인장기의 변형률을 상이하게 적용하여 다수의 변형률에 대해 상기 스트레스-스트레인 플롯들을 생성하고; 그리고
상기 스트레스-스트레인 플롯들을 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 판단하도록 구성되고,
상기 파단특성 측정부는,
상기 다이 풀 테스트 단계에서 측정된 축력-변형 플롯을 스트레인-스트레스 플롯으로 변환하고; 그리고 상기 스트레인-스트레스 플롯을 기반으로 상기 테스트 시료의 연신률을 측정하고,
상기 파단모드 분석부는,
상기 테스트 시료의 연신률에 따라 상기 테스트 시료를 연성 파단 모드 또는 취성 파단 모드로 평가하는 범프 접합부 특성 분석 장치.A bump junction characteristic analysis apparatus for evaluating the bump junction reliability of a test sample in which a first substrate and a second substrate are interconnected by bumps, the apparatus comprising:
A die pull including a tensioner for tensioning the second substrate with respect to the first substrate in only one direction among directions perpendicular to the ground in a state in which the first substrate of the test sample is fixed in a horizontal position horizontal to the ground test device;
a rupture characteristic measuring unit for measuring an elongation characteristic by deriving a stress-strain relationship of the test sample subjected to the die pull test; and
And a fracture mode analyzer for analyzing the fracture mode and junction characteristics of the test sample based on the elongation characteristic,
wherein the die pull test apparatus tensions the second substrate based on a ductile-brittle transition strain associated with the test sample by the tensioner;
The ductile-brittle transition strain is a fracture mode conversion strain that is a criterion for switching from the ductile fracture mode to the brittle fracture mode,
A ductile-brittle transition strain measuring unit for measuring the ductile-brittle transition strain based on stress-strain plots for a plurality of reference samples,
The ductile-brittle transition strain measurement unit,
generating the stress-strain plots for a plurality of strains by applying different strains of the tensioner to each of the reference samples; and
and determine the ductile-brittle transition strain based on the stress-strain plots;
The fracture characteristic measurement unit,
converting the axial force-strain plot measured in the die pull test step into a strain-stress plot; and measuring the elongation of the test sample based on the strain-stress plot,
The fracture mode analysis unit,
A bump joint characteristic analysis apparatus for evaluating the test sample in a ductile fracture mode or a brittle fracture mode according to an elongation rate of the test sample.
상기 연성-취성 천이 변형률 측정부는,
상기 다수의 변형률에 대한 상기 스트레스-스트레인 플롯들의 연신률들을 측정하고;
상기 다수의 변형률 순으로 상기 스트레스-스트레인 플롯들의 연신률들의 변화량들을 측정하고; 그리고
상기 연신률들의 변화량들을 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 결정하도록 구성되는 범프 접합부 특성 분석 장치.9. The method of claim 8,
The ductile-brittle transition strain measurement unit,
measuring elongations of the stress-strain plots for the plurality of strains;
measure changes in elongations of the stress-strain plots in the order of the plurality of strains; and
and determine the ductile-brittle transition strain based on changes in the elongations.
상기 연성-취성 천이 변형률 측정부는,
상기 다수의 변형률 중에서 설정된 기준값을 초과하는 변화량을 가지는 2개의 변형률을 결정하고, 상기 2개의 변형률 중 적어도 하나를 기반으로 상기 연성-취성 천이 변형률을 결정하도록 구성되는 범프 접합부 특성 분석 장치.11. The method of claim 10,
The ductile-brittle transition strain measurement unit,
and determine two strains having a change amount exceeding a set reference value from among the plurality of strains, and determine the ductile-brittle transition strain based on at least one of the two strains.
상기 다이 풀 테스트 장치는,
상기 테스트 시료가 안착되는 테이블;
상기 테이블 상에 구비되어 상기 제1기판을 고정하는 역할을 수행하는 고정부재; 및
상기 테이블로부터 상부로 소정 거리 이격된 위치에 구비되며, 상하 이동에 따라 상기 제2기판의 상부면을 진공압으로 흡착 고정하는 고정 지그를 포함하고,
상기 인장기는, 상기 고정 지그의 일단에 연결되고, 상기 고정 지그에 인장을 인가하여 상기 고정 지그의 상하 이동이 가능하게 하는 범프 접합부 특성 분석 장치.9. The method of claim 8,
The die pull test device is
a table on which the test sample is seated;
a fixing member provided on the table to fix the first substrate; and
and a fixing jig provided at a position spaced apart from the table by a predetermined distance upward and adsorbing and fixing the upper surface of the second substrate by vacuum pressure according to vertical movement;
The tensioner is connected to one end of the fixing jig, and applies tension to the fixing jig to enable vertical movement of the fixing jig.
상기 고정 지그는 진공흡착용 다공성 진공척(Porous Vacuum Chuck)을 포함하는 범프 접합부 특성 분석 장치.15. The method of claim 14,
The fixing jig is a bump joint characteristic analysis device including a porous vacuum chuck for vacuum adsorption.
상기 고정 부재는 상기 테이블에 고정되는 홀더 및 상기 테이블 상에 제공되는 진공홀 중의 적어도 하나를 포함하고,
상기 홀더는 중앙에 상기 제2기판이 노출되도록 오픈된 개구부를 갖는 플레이트 형상으로 이루어지고,
상기 진공홀은 상기 제1기판의 저면으로 진공 흡착력을 제공하도록 구성되는 범프 접합부 특성 분석 장치.15. The method of claim 14,
The fixing member includes at least one of a holder fixed to the table and a vacuum hole provided on the table,
The holder is made in the shape of a plate having an opening in the center so that the second substrate is exposed,
The vacuum hole is configured to provide a vacuum adsorption force to the bottom surface of the first substrate.
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| KR1020190081440A KR102324404B1 (en) | 2019-07-05 | 2019-07-05 | Apparatus and method for monitoring bump joint properties |
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2019
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|---|
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Also Published As
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|---|---|
| KR20210005442A (en) | 2021-01-14 |
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