• Journal of Welding and Joining
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• v.20 no.3
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• pp.16-23
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• 2002

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.76-76
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• 2010

무연솔더 재료를 자동차 전장품에 적용하기 위해서는 고온환경에 대한 내구성 및 진동 인자에 대한 영향을 고려해야한다. 특히, ELV(End of Life Vehicles) 지침이 개정됨에 따라 고온용 무연솔더 재료에 대한 재평가가 반드시 필요한 시점이다. 이에 대해 본연구에서는 현재 상용화 된 Pb-free솔더의 재료들 중 총 4종의 Solder을 선정하여 자동차 환경에 부합하는 진동조건하에서 시험해보았다. 그리고 미세조직의 특성, 접합부 형성시의 기계적 강도 및 접합부의 신뢰성을 평가하여 보았다. 각각의 조성에 대한 CHIP type과 QFP type의 실장부품을 준비하였으며, 각각의 조성별로 솔더 페이스트로 Daisy Chain PCB에 접합하여 조성에 따른 비교 데이터를 구축할 수 있었다. 리플로우 공정후 초기의 미세조직 및 전당강도, 저항값을 측정하여 진동시험에 따른 데이터와 비교하였다. 주파수는 10Hz~1,000Hz였으며, 진동가속도는 $29.4m/s^2$, 20시간의 랜덤진동이 적용되는 동안 챔버내의 온도는 상온으로 유지되었다. 진동시험과 이에 따른 저항측정을 통하여 진동 주파수와 시간에 따른 실장 부품이 받는 진동 영향과 실시간 저항값을 측정하였으며, 이때의 미세조직 비교를 통해 진동특성을 평가하였다. 진동 주파수에 따른 저항값의 변화가 있었으며, 진동전후 전단강도에도 영향을 주었다. QFP type에서는 SAC105가 진동에 가장 취약하였으며, CHIP type에서는 SACX0307이 진동에 가장 취약하였다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.77-77
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• 2009

ELV(; End of Life Vehicles)를 비롯한 최근 환경 동향은 자동차 전장 모듈에 대하여 다양한 무연 솔더 적용을 요구하고 있다. 특히 자동차 엔진룸과 트랜스미션은 가동 중 고온 및 진동의 지속적인 영향을 받기 때문에 이와 유사한 환경에서의 신뢰성 연구가 필요한 시점이다. 이에 본 연구에서는 Sn3.5Ag, Sn0.7Cu, Sn5.0Sb 솔더 조성에 대하여 복합환경 조건하에서 접합부 신뢰성을 평가하였다. 복합환경을 구현하기 위하여 $-40{\sim}150^{\circ}C$ 범위의 온도 사이클과 랜덤 진동을 동시에 인가하였으며, 진동 가속도 3G, 진동주파수는 10~1000Hz 로 설정하여 자동차 환경을 충족하였다. 복합시험의 1 cycle 은 20 시간이며, 총 120 시간의 시험 동안 진동의 영향 및 진동과 고온이 동시에 작용하였을 경우의 영향에 대해 비교하였다. 테스트 모듈 제작을 위해 450 um 의 솔더볼이 적용되었으며, 각 조성의 솔더볼을 이용하여 BGA test chip 제작하였고, 제작된 BGA test chip 은 다시 daisy chain PCB 위에 실장 및 리플로우 공정을 통해 접합되었다. 테스트 동안 In-situ 로 저항의 변화를 관찰하여 파단의 유무를 판단하였고 전자주사현미경을 통해 파괴 기전을 평가하였다. 복합시험 시간에 따른 전단강도를 측정하였으며, 각 조성에 대하여 상이한 전단강도 변화를 관찰하였다. 계면 IMC 형상은 전단강도 변화에 영향을 주었으며, 특히 높은 온도가 IMC 성장을 촉진시켜 전단강도 감소에 영향을 주었다. 본 복합환경 시험 조건에서는 Sn0.7Cu 가 가장 안정적이었으며, 파단면을 관찰한 결과 연성파괴 모드가 관찰되었다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2007.11a
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• pp.48-50
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• 2007

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.22 no.2
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• pp.47-53
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• 2015

The effects of electroless nickel immersion gold (ENIG) and organic solderability preservative (OSP) surface finishes on the in-situ intermetallics reaction and the electromigration (EM) reliability of Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) solder bump were systematically investigated. After as-bonded, $(Cu,Ni)_6Sn_5$ intermetallic compound (IMC) was formed at the interface of the ENIG surface finish at solder top side, while at the OSP surface finish at solder bottom side,$ Cu_6Sn_5$ and $Cu_3Sn$ IMCs were formed. Mean time to failure on SAC305 solder bump at $130^{\circ}C$ with a current density of $5.0{\times}10^3A/cm^2$ was 78.7 hrs. EM open failure was observed at bottom OSP surface finish by fast consumption of Cu atoms when electrons flow from bottom Cu substrate to solder. In-situ scanning electron microscope analysis showed that IMC growth rate of ENIG surface finish was much lower than that of the OSP surface finish. Therefore, EM reliability of ENIG surface finish was higher than that of OSP surface finish due to its superior barrier stability to IMC reaction.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.17 no.2
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• pp.41-47
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• 2010

The effect of PCB and BGA pad designs was investigated on the mechanical property of Pb-free solder joints. The mechanical property of solder joint was tested by three different test methods of drop impact tests, bending impact test, and high speed shear test. Two kinds of pad design such as NSMD (Non-Solder Mask Defined) and SMD (Solder Mask Defined) were applied with the OSP finished Pb-free solder (Sn-3.0Ag-0.5Cu, Sn-1.2Ag-0.5Cu). in the drop impact test and bending impact test, the characterized lifetime showed the same tendency, and SMD design showed better mechanical property of solder joint than NSMD regardless of test method, which was due to the different crack path. The fracture crack on SMD pad was propagated along the intermetallic compound (IMC) layer of solder joint, while the fracture crack on NSMD pad propagated through upper edge of land which shields pattern. In the high speed shear test, pad lift occurred on the solder joint of NSMD. SMD/SMD combination of pad design consequently illustrated the best mechanical property of BGA/PCB solder joint, followed by SMD/NSMD, NSMD/SMD, and NSMD/NSMD.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.8 no.3
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• pp.37-42
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• 2001

The concerns of the toxicity and health hazard of lead in solders have demanded the research to find suitable lead-free solder alloys. It was discussed that effect of the intermetallic formation and structure on the reliability of solder joints. In this study, lead-free solder alloys with compositions of Sn/3.5Ag/0.75Cu, Sn/2.0Ag/0.5Cu/2.0Bi were applied to the 48 $\mu$BGA packages. Also, the lead-free solder alloys compared with eutectic Sn/37Pb solder using shear test under various aging temperature. Common $\mu$BGA with solder components was aged at $130^{\circ}C$, $150^{\circ}C$ and $170^{\circ}C$. And the each temperature applied to 300, 600 and 900 hours. The thickness of the intermetallics was measured for each condition and the activation energy for their growth was computed. The fracture surfaces were analyzed using SEM (Scanning Electron Microscope) with EDS (Energy Dispersive Spectroscopy). These results for reliability of lead-free interconnections are discussed.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.35.2-35.2
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• 2009

최근 본 연구실에서 무연 솔더를 위한 새로운 Cu-Zn 합금 젖음층을 개발하였다. 전해도금을 통하여 Cu-Zn 합금층을 형성한 뒤 그 위에 Sn-4.0wt% Ag-0.5wt% Cu (SAC 405) 솔더를 리플로 솔더링을 통해 솔더접합부를 형성하였으며 계면에서 생성된 금속간 화합물의 형성 및 성장 거동을 연구하였다. SAC/Cu 시스템의 경우, $150^{\circ}C$에서 시효 처리를 실시하는 동안 솔더와 도금된 Cu 계면에서 $Cu_6Sn_5$ 상과 미세한 공공이 형성된 $Cu_3Sn$ 상이 발견되었다. 반면에 SAC/Cu-Zn 시스템에서는 계면에서 $Cu_6Sn_5$ 상만이 형성되었다. 또한 큰 판상형의 $Ag_3Sn$ 상이 SAC/Cu 시스템에 비해 현저하게 억제되었다. SAC/Cu-Zn 계면에서의 금속간 화합물의 성장 속도가 SAC/Cu 계면에서 형성된 금속간 화합물의 성장 속도보다 느리게 나타났다. Cu-Zn 젖음층의 Zn가 솔더와 Cu-Zn 층 사이에서 Cu와 Sn 원자의 상호 확산을 방해하기 때문이다. 본 연구에서는 Cu와 Cu-Zn 층을 이용한 솔더 접합부의 낙하 충격 신뢰성을 연구하였다. 낙하 충격 시험 시편은 두 개의 인쇄 회로 기판을 SAC 405 솔더볼을 이용하여 리플로를 통해 상호연결 하여 제조되었다. 이 때, 각각의 인쇄 회로 기판의 패드에는 Cu 층과 Cu-Zn층을 전해도금을 통하여 각각 $10{\mu}m$두께의 젖음층을 형성하였다. 낙하 시험 시편을 제조한 뒤, 시효 처리에 대한 낙하 저항 신뢰성의 특성을 연구하기 위해 250, 500 시간동안 시효처리를 한 후 각 조건에서 계면에 형성된 금속간 화합물의 성장 거동을 관찰하였으며, 낙하 충격 시험을 실시하였다. 낙하 시험은 daisy chain으로 연결된 시편의 저항이 100 Ohm 이상 측정되었을 때 중단되도록 하였다. Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 시편의 경우 초기 리플로를 하였을 때 불량이 발생하는 평균 낙하 수는 350이며, Cu/SAC/Cu 시편의 평균 낙하수는 200 미만으로 나타났다. Cu/SAC/Cu 시편의 경우, 시효처리 시간이 증가함에 따라 평균 낙하수는 큰 폭으로 감소하였지만, Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 시편은 불량이 발생하는 평균 낙하수의 감소폭이 보다 완만하게 나타났다. Cu 층에 Zn를 첨가함으로써 솔더와 젖음층 사이에서 형성된 금속간 화합물의 성장 및 미세 공공의 형성이 억제되었고, 솔더 접합부의 과냉을 감소시킴으로써 큰 판상형의 $Ag_3Sn$ 상의 형성을 억제함으로써 Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 솔더 접합부에서 Cu/SAC/Cu 솔더 접합부보다 낙하 충격에 대한 저항성 및 신뢰성이 향상되었다. 이는 무연 솔더에 Zn를 첨가하여 낙하 충격 신뢰성을 향상시킨 것과 동일한 효과를 나타냈음을 확인하였다. 본 연구는 한국 과학 기술 재단의 전자패키지 재료 연구 센터(CEPM)와 지식 경제부의 부품 소재 기술 개발 사업의 지원을 받아 수행되었습니다.

• Journal of Welding and Joining
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• v.25 no.2
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• pp.37-42
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• 2007

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.19 no.1
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• pp.47-53
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• 2012

Bonding strength of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder joint due to degradation characteristic of OSP surface finish was investigated, compared with SnPb finish. The thickness variation and degradation mechanism of organic solderability preservative(OSP) coating were also analyzed with the number of reflow process. To analyze the degradation degree of solder joint strength, FR-4 PCB coated with OSP and SnPb were experienced preheat treatment as a function of reflow number from 1st to 6th pass, respectively. After 2012 chip resistors were soldered with Sn-3.0Ag-0.5Cu on the pre-heated PCB, the shear strength of solder joints was measured. The thickness of OSP increased with increase of the number of reflow pass by thermal degradation during the reflow process. It was also observed that the preservation effect of OSP decreased due to OSP degradation which led Cu pad oxidation. The mean shear strength of solder joints formed on the Cu pads finished with OSP and SnPb were 58.1 N and 62.2 N, respectively, through the pre-heating of 6 times. Although OSP was degraded with reflow process, the feasibility of its application was proven.