The Study on the Solidification Path of the Near Eutectic Compositions in Sn-Ag-Cu Lead-Free Solder System

Sn-Ag-Cu 삼원계 공정점 근처 여러 조성들의 미세조직 연구

본 연구에서는 계산을 통해 나온 Sn-Ag-Cu 삼원계 공정점(Sn-3.7Ag-0.9Cu)을 바탕으로 그 근처의 응고경로가 다른 6가지 조성(Sn-4.6Ag-0.4Cu, Sn-4.9Ag-1.0Cu, Sn-3.9Ag-1.3Cu, Sn-2.2Ag-1.2Cu, Sn-2Ag-0.7Cu, Sn-2.7Ag-0.3Cu)에 대한 솔더합금의 미세조직을 관찰하였다. 응고경로는 $L\;\rightarrow\;L+Primary\;\rightarrow\;L+Primary+Secondary\;\rightarrow\;Ternary\;Eutectic+Primary+Secondary$로 되며 6가지 경우를 예상할 수 있다 솔더합금의 미세조직은 느린 냉각으로 인하여 빠른 냉각, 보통 냉각에 비해 상대적으로 커다란 $\beta-Sn$ dendrite를 보였고 $Ag_3Sn,\;Cu_6Sn_5$과는 다르게 $\beta-Sn$는 약 $30^{\circ}C$의 과냉(DSC분석)이 존재하게 되어 Sn-4.6Ag-0.4Cu의 경우에는 $Ag_3Sn$상이, Sn-2.2Ag-1.2Cu의 경우에는 $Cu_6Sn_5$가 과대성장을 하였다. 솔더의 기계적 특성을 살펴보고자 Cu 기판위에서 각 조성의 솔더볼을 솔더링한 후 다양한 냉각 속도를 적용하여 reflow 솔더링을 하고 솔더/기판 접합에 대한 전단 강도 시험을 실시했다. 냉각 속도가 빠를수록 $\beta-Sn$의 dendrite가 미세해져서 높은 전단 강도를 보였고 6가지 조성의 솔더볼중 공정조직 분율이 낮은 Sn-2Ag-0.7Cu 조성의 경우에서 낮은 전단 강도가 나타났다.