Because of the need for packages which accommodate high pin count, high density and high speed device, PBGA(plastic ball grid array) package gets more spotlight. But the substrate material which is used for PBGA package is in nature susceptible to moisture penetration. The objective of the study is to find out the path of delamination in the stacked structure of substrate. To increase the adhesion between the cooper laminate and PSR(photo solder resist) which is the weakest part, experiments were performed by changing parameters of printing pre-treatment and post-treatment process. As a result of experiments, the factor effects on the adhesion between the cooper laminate and PSR is caused by all of the pre-treatment and post-treatment condition. A considerable change was observed depending on the amount of UV irradiation after thermal cure which is typical of printing post-treatment condition rather than pre-treatment condition.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.18
no.4
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pp.85-90
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2011
With regard to reliability of solder joint, the significant failures include open defects that occurs from alignment problem, Head in Pillow by PCB's warpage, the crack of solder by CTE mismatch, and the crack of IMC layer by mechanical impact. Especially as PCB down-sizing and surface finish is under progress, brittle failure of IMC layer between solder bump and PCB pad becomes a big issue. Therefore, it requires enhancing the level of difficulty in the existing assessment method and improving the measurement through the study on the mechanism of IMC formation, growth and brittle failure. Under this circumstance, this study is intended to suggest the direction of research for improving the reliability on the crack such as improvement of IMC brittle fracture.
The growth kinetics of intermetallic compound layers formed between the eutectic Sn-3.5Ag solder and the Cu and Ni/Cu pad by solid stateisothermal aging were examined. The interfacial reaction between the eutectic Sn-3.5Ag solder and the Cu and Ni/Cu pad was investigated at 70, 120, 150, $170^{\circ}C$ for various times. The intermetallic compound layer was composed of two phase: $Cu_6Sn_5$(${\varepsilon}-phase$) adjacent to the solder and $Cu_6Sn_5$(${\varepsilon}-phase$) adjacent to the copper and on solder/Ni pad the intermetallic compound layer was $Ni_3Sn_4$. Because the values of time exponent(n) have approximately 0.5, the layer growth of the intermetallic compound was mainly controlled by volume diffusion over the temperature range studied. The apparent activation energy for layer growth of total Cu-Sn($Cu_6Sn_5 + Cu_6Sn$), $Cu_6Sn_5$, $Cu_3Sn$ and $Ni_3Sn_4$ intermetallic compound were 64.82kJ/mol, 48.53kJ/mol, 89.06kJ/mol and 71.08kJ/mol, respectively.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.6
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pp.90-96
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2011
In this study, the characteristic of fractured portion and shape on solder joints were investigated according to the thermal shock test for Automotive Application Component using Sn-3.0Ag-0.5Cu solder, which has a outstanding property as Lead-free solder. The value of pull and shear strength was decreased in principle after 432 cycles thermal shock test. In addition, fracture mode was verified by using EDS and SEM to observe fractured shape on the solder joints before and after thermal shock. In before thermal shock test, the fracture mode revealed typically solder layer's fracture mode. In after thermal shock test, we identified multiple fracture mode of the ductile and brittle fracture. Even though same composition of solder was used to experimental for estimating. the fracture mode varied on the fracture portion's height and the directional angles of shear strength. In conclusion, we identified that mechanical strength was affected on the solder layer's fracture mode.
Proceedings of the Korean Society for Quality Management Conference
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2006.04a
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pp.375-380
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2006
Recently European Council(EU) published the RoHS(restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment) which is prohibit the use of Pb, Hg, Cd, $Cr^{+6}$, PBB or PBDE in the electrical and electronic equipments. So EU member States shall ensure that, from 1 July 2006, new electrical and electronic equipment put on the market does not contain 6 hazardous substances. So many kinds of projects is proceeding to ensure the reliability of Pb-free electronics in the worlds. Especially it is necessary to evaluate of Pb-free solder joints in electronics. Therefore, on this paper, we compared with solder joint strength of chip components, respectively SnPb, Pb-free solder as follows reliability test methods. We also measured the shear strength of solder joint and also compared the effects of environmental test methods. In this results, we analyzed and compared the shear strength variation as follows solder materials and reliability test conditions.
Ha, Sang-Ok;Ha, Sang-Su;Lee, Jong-Bum;Yoon, Jeong-Won;Park, Jai-Hyun;Chu, Yong-Chul;Lee, Jun-Hee;Kim, Sung-Jin;Jung, Seung-Boo
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.16
no.1
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pp.33-38
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2009
The use of portable devices has created the need for new reliability criterion of drop impact tests because of the tendency to accidentally drop in the use of these devices. The effects of different PCB surface finishes (organic solderability preservative (OSP) and electroless nickel immersion gold (ENIG)) and high temperature storage (HTS) test on the drop reliability were studied. Various drop test conditions were used to evaluate a drop reliability of assemblies to endure such impact and shock load. In the case of the as-reflowed samples (no HTS test), the SAC/OSP boards exhibited a better drop impact reliability than that of SAC/ENIG. However, the reverse was true if HTS test is performed. In addition, significant decrease of drop reliability was observed for both SAC/ENIG and SAC/OSP assemblies after HTS test. It was also observed that the thickness of intermetallic compound layer do play an important role in the brittle fracture of drop test.
Kim, Sung-Hyuk;Kim, Jae-Myeong;Yoo, Sehoon;Park, Young-Bae
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.19
no.4
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pp.57-64
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2012
Ball shear test was performed by test variables such as loading speed and annealing time in order to investigate the effect of surface finishes on the bonding strength of Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In Pb-free solder. The shear strength increased and the ductility decreased with increasing shear speed. With increasing shear speed, the electroless nickel immersion gold (ENIG) finish showed dominant brittle fracture mode, while organic solderability preservative (OSP) finish showed pad open fracture mode. The shear strength and toughness for both surface finishes decreased with increasing annealing time under the high-speed shear test of 500 mm/s. Typically, the thickness of intermetallic compound increased with increasing annealing time, which means that exposure of brittle fracture became much easier. With increasing annealing time, the both ENIG and OSP finishes exhibited the pad open fracture mode. Overall, ENIG finish showed higher shear strength rather than OSP finish due to its superior barrier stability.
Automotive today has been transforming to an electronic product by adopting a lot of convenience and safety features, suggesting that joining materials and their mechanical reliabilities are getting more important. In this study, a Sn-Cu-Cr-Ca solder composition having a high melting temperature ($>230^{\circ}C$) was fabricated and its joint properties and reliability was investigated with an aim to evaluate the suitability as a joining material for electronics of engine room. Furthermore, mechanical properties change under complex environment were compared with several existing solder compositions. As a result of contact angle measurement, favorable spreadability of 84% was shown and the average shear strength manufactured with corresponding composition solder paste was $1.9kg/mm^2$. Also, thermo-mechanical reliability by thermal shock and vibration test was compared with that of the representative high temperature solder materials such as Sn-3.5Ag, Sn-0.7Cu, and Sn-5.0Sb. In order to fabricate the test module, solder balls were made in joints with ENIG-finished BGA and then the BGA chip was reflowed on the OPS-finished PCB pattern. During the environmental tests, resistance change was continuously monitored and the joint strength was examined after tests. Sn-3.5Ag alloy exhibited the biggest degradation rate in resistance and shear stress and Sn-0.7Cu resulted in a relatively stable reliability against thermo-mechanical stress coming from thermal shock and vibration.
Environmental and health concerns over the lead have led to investigation of the alternative Pb-free solders to replace commonly used Pb-Sn solders in microelectronic packaging application. The leading candidates for lead-free solder alloys are presently the near eutectic Sn-Ag-Cu alloys. Therefore, extensive studies on reliability related with the composition have been reported. However, the insufficient drop property of the near eutectic Sn-Ag-Cu alloys has demanded solder compositions of low Ag content. In addition, the solder interconnections in automobile applications like a smart box require significantly improved vibration resistance. Therefore, this study investigated the effect of alloying elements (Ag, Bi, In) on the vibration fatigue strength. The vibration fatigue was conducted in 10~1000Hz frequency and 20Grms. The interface of the as-soldered cross section close to the Cu pad indicated the intermetallic compound ($Cu_6Sn_5$) regardless of solder composition. The type and thickness of IMC was not significantly changed after the vibration test. It indicates that no thermal activities occurred significantly during vibration. Furthermore, as a function of alloying composition, the vibration crack path was investigated with a focus on the IMCs. Vibration crack was initiated from the fillet surface of the heel for QFP parts and from the plating layer of chip parts. Regardless of the solder composition, the crack during a vibration test was propagated as same as that during a thermal fatigue test.
Cho Moon Gi;Lee Hyuck Mo;Booh Seong Woon;Kim Tae-Gyu
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.12
no.2
s.35
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pp.95-103
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2005
The interfacial reaction between 42Sn-58Bi solder (in wt.$\%$ unless specified otherwise) and electroless Ni-P/immersion Au has been investigated before and after thermal aging, with a focus on formation and growth of an intermetallic compound (IMC) layer, consumption of under bump metallurgy (UBM), and bump shear strength. The immersion Au layer with thicknesses of 0 (bare Ni), 0.1, and $1{\mu}m$ was plated on the $5{\mu}m$ thick electroless Ni-P ($14{\~}15 at.\%$P) layer. Then, the 42Sn-58Bi solder balls were fabricated on three different UBM structures by screen-printing and pre-reflow. The $Ni_3Sn_4$ layer (IMC1) was formed at the joint interface after pre-reflow for all the three UBM structures. On aging at $125^{\circ}C$, a quaternary phase (IMC2) was observed above the $Ni_3Sn_4$ layer in the Au-containing UBM structures, which was identified as $Sn_{77}Ni{15}Bi_6Au_2$ (in at.$\%$). The thick $Sn_{77}Ni{15}Bi_6Au_2$ layer deteriorated the integrity of the solder joint and the shear strength of the solder bump was decreased by about $40\%$ compared with non-aged joints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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