• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.18 no.2
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• pp.17-27
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• 2011

This paper describes an experimental study and finite element analysis (FEA) carried out for investigating thermal deformation behavior of solders, resulting from temperature change in the solder. With such a goal in mind, a shear specimen that was composed of two metal bars having different coefficient of thermal expansion and solder blocks placed between two bars was designed and fabricated. Two different types of solder blocks, eutectic solder (Sn/36Pb/ 2Ag) and lead-free solder (Sn/3.0Ag/0.5Cu) were tested as well. Fringe patterns for several temperature steps were recorded and analyzed for three temperature cycles using a real-time moir$\acute{e}$ setup. The experimental data was verified with FEA and used to evaluate the suitability for numerous solder constitutive models available in literatures. FEA employing Anand material model suggested by Darveaux et al. and Chang et al. were found to be in an excellent agreement with the experimental results for the eutectic solder and the lead-free solder, respectively. In addition, numerical predictions on bending displacement, shear strain and viscoplastic distortion energy are documented and viscoplastic deformation behavior of two types of solder material are compared.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.29 no.2
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• pp.91-97
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• 2022

The wettability and rheological properties of solder paste with the size of the solder powder were evaluated. To formulate the solder paste, three types of solder powder were used: T4 (20~28 ㎛), T5 (15~25 ㎛), and T6 (5~15 ㎛). The viscosities of the T4, T5, and T6 solder pastes at 10 RPM were 155, 263, and 418 Pa·s, respectively. After 7 days, the viscosity of the T4 solder paste slightly increased by 2.6% and that of T5 was increased by 20.6%. The viscosity of the T6 solder paste after 7 days could not be measured due to high viscosity. The viscosity variation with solder particle size also affected on the printability of the solder. In the case of the T4 solder paste, printability, slump, bridging, and soldering properties were excellent. On the other hand, T5 showed slight dewetting and solder ball defects. Especially, T6, which the smallest powder size, showed poor printability and dewetting at the edge of solder.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.8 no.1
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• pp.5-11
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• 2001

Melting behavior and bridge phenomenon of solder paste, which is essential for surface mount technology in pachaging, were investigated. Solder paste of Sn-37%Pb was printed on Cu-pattern of PCB, and heated over melting point. Melting behavior of the paste was observed using CCD-camera. In order to modelize the melting and agglomeration phenomena of paste, two solder balls of 0.76 mm diameter were used. As experimental results, the paste start to melt from the margin of the printed shape. The height of the melted paste decreased from 270 $\mu\textrm{m}$ to 200 $\mu\textrm{m}$ firstly, and finally recovered to 250 $\mu\textrm{m}$ During the melting procedure, pores were evolved from the molted paste. Concerning melting model of solder ball, relationship between contact area of solder ball and soldering time was derived as $\chi^2/t=4r \; \gamma/\eta=7.56 m^2$/s at $280^{\circ}C$.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.10 no.3
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• pp.37-42
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• 2003

In soldering of electronic packaging, the research on substituting lead-free solder materials for Pb-Sn alloys has become active due to environmental and health concerns over the use of lead. The reliability of the solder joint is very important in the development of solder materials and it is known that it is related to wettability of the solder over the substrate and microstructural evolution during soldering. It is also highly affected by type and extent of the interfacial reaction between solder and substrate and therefore, it is necessary to understand the interfacial reaction between solder and substrate completely. In order to predict the intermetallic compound (IMC) phase which forms first at the substrate/solder interface during the soldering process, a thermodynamic methodology has been suggested. The activation energy for the nucleation of each IMC phases is represented by a function of the interfacial energy and the driving force for phase formation. From this, it is predicted that the IMC phase with the smallest activation energy forms first. The grain morphology of the IMC at the solder joint is also explained by the calculations which use the energy. The Jackson parameter of the IMC grain with a rough surface is smaller than 2 but it is larger than 2 in the case of faceted grains.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2006.10a
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• pp.187-189
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• 2006

최근 유연솔더에서 무연솔더로 전환함에 따라서 PCB의 도금이 솔더접합부의 각도에 미치는 영향이 중요하게 되었다. 현재 PCB 도금은 Sn, Au, OSP 등으로 다양하게 진행되고 있다. 그러나 PCB 도금이 솔더접합부의 강도에 미치는 영향에 대한 연구는 아직 미비하다. 따라서 본 연구에서는 PCB 도금(Sn, Au, OSP)이 무연솔더(Sn-3.0Ag-0.5Cu) 접합부의 초기 전단강도에 미치는 영향과 열사이클시험 후 솔더접합부의 전단강도에 미치는 영향에 대해서 연구하였다.

• Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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• 2002.05a
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• pp.189-192
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• 2002

Sn-Cu-Ni계 솔더 합금에 소량의 Bi와 In을 첨가하여 새로운 무연솔더 합금 개발을 진행하였다. Sn-0.7%(Cu+Ni)에 2~5% Bi, 2~10% In을 첨가하여 각각의 열적, 전기적, 기계적 특성을 평가하였다. 솔더합금의 융점은 200~222$^{\circ}C$, 응고온도범위는 20~37$^{\circ}C$로 중.고온계 솔더로서 적용이 가능하다. 실험 조성별 솔더 합금중 실용적, 경제적인 면을 고려하여 Sn-0.7%(Cu+Ni)-3.5%Bi-2%In이 최적의 합금조성으로 판단된다. 이 합금은 융점이 22$0^{\circ}C$정도이며 응고범위는 $25^{\circ}C$, 강도 면에서는 타 합금에 비해 상당히 우수한 값을 나타내었으며 연신율은 비교적 낮은 값을 나타내었다. 다른 기계적, 전기적 특성은 타 솔더 합금과 유사하거나 우수한 편이었으며 젖음특성도 양호하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2004.05a
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• pp.49-49
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• 2004

고도화로 정밀해진 현대 과학기기에는 여러 가지 전자 팩키징 제품들이 쓰이고 있으나 이 제품들은 여러 가지 파손인자들의 영향 때문에 고유의 수명을 다하지 못하고 고장이 발생하게 된다. 전자부품 실장에 이용되는 솔더 조인트의 열화에 관련되는 열 피로와 이온 마이그레이션(Migration) 현상이 솔더 조인트의 신뢰성에 영향을 미치는 가장 중요한 인자로 알려져 있고 이러한 인자 이외에도 여러 가지 요인들이 복합적으로 작용하여 솔더의 접합부분에 피로파괴를 일으킨다.(중략)

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2011.05a
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• pp.186-186
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• 2011

최근 전자제품의 소형화로 인해 패키징 방법 또한 고밀도 실장법이 연구되고 있다. 고밀도실장을 위해 칩과 솔더간의 간격이 줄어들고, 칩의 두께 또한 얇아지고 있다. 칩과 회로간 연결 소재로는 주석 계열 솔더가 사용 중인데, 고밀도 실장을 위해 산업계에서는 미세 피치에 적합한 솔더를 이용하고 있다. 이에 대한 기초 연구로 순도가 높은 Sn의 wetting 및 기초 솔더링 특성을 평가하였다. 솔더의 spreading, wetting 시험을 실시하였으며, EDS 및 EPMA의 성분분석 평가도 실시하였다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2003.05a
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• pp.37-39
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• 2003

• 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.