• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
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• pp.18-18
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• 2007

지난 수년 동안 Sn-3.0Ag-0.5Cu 합금은 전자산업의 표준 무연솔더 조성으로 전자제품의 제작에 사용되어져 왔으며, 그 신뢰성도 충분히 검증되어 대표적인 무연 솔더 조성으로의 입지를 굳혀왔다. 그러나 전자제품의 mobile화에 따른 내충격 신뢰성에 대한 요구와 최근의 급격한 Ag 가격의 상승은 Ag 함량의 축소에 의한 원가절감을 요청하게 되었으며, 이에 따라 소량의 Ag를 함유하는 솔더 조성 개발에 대한 연구가 산업 현장을 중심으로 절실히 요청되고 있다. Sn-Ag-Cu의 3원계 함긍에서 Ag는 합금의 융점을 낮추고, 강도와 같은 합금의 기계적 특성을 증가시키는 한편, 모재에 대한 합금의 젖음성을 향상시키는데 필수적인 원소로 인식되고 있다. 따라서 Sn-Ag-Cu의 3원계 함금에서 Ag의 함량을 감소시키게 되면, 합금액 액상선 온도와 고상선 온도가 벌어져 pasty range(또는 mush zone)가 증가하게 되고, wettability도 감소하게 되어 솔더 합금으로서의 요구 특성을 많이 상실하게 된다. 또한 Ag 함량을 감소시키게 되면 합금의 elongation이 향상되면서 내 impact 수명이 향상되는 효과를 볼 수 있으나, 합금의 creep 특성 및 기계적인 강도는 감소하면서 열싸이클링 수명은 감소하는 경향을 나타내게 된다. 따라서 솔더 합금의 내 impact 수명과 열싸이클링 수명을 동시에 만족시키지 위해서는 Ag 함량을 최적화하기 위한 고려가 필요하며, 합금원소에 대한 연구가 요청된다고 하겠다. 한편 Ag의 함량을 3wt.% 이상으로 첨가할 경우에도 비교적 느린 응고 속도에서는 조대한 판상의 $Ag_3Sn$ 상을 형성하는 경향이 있어 외관 물량을 야기 시킬 가능성이 매우 커지는 현상도 보고되고 있다. 따라서 Ag의 첨가량을 최적화 하면서 솔더 재료로서의 특성을 계속적으로 유지하기 위해서는 제 4 원소의 함유가 필수적이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 Sn-Ag-Cu계에 첨부하는 제 4원소로서 In을 선택하였다. 비록 In은 Ag보다 고가이기 때문에 산업적인 적용을 위한 솔더 합금 원소로는 거의 각광받지 못했으나, 본 연구의 결과로는 In은 매우 소량 첨가할 경우에도 Sn-Ag-Cu계 합금, 특히 소량의 Ag를 함유하는 Sn-Ag-Cu계 합금의 wettabilty와 기계적 특성 향상에 매우 효과적임을 알 수 있었다. 결론적으로 본 연구를 통해 구현된 Sn-Ag-Cu-In계 최적 솔더 조성의 경우 Sn-3.0Ag-0.5Cu의 표준 조성에 비하여 약 18%의 원자재 가격 절감을 도모할 수 있을 것으로 예상되는 한편. Sn-3.0Ag-0.5Cu에 유사하거나 우수한 wettability 특성을 나타내었고. Sn-1.0Ag-0.5Cu 또는 Sn-l.2Ag-0.5Cu-0.05Ni 조성보다는 월등히 우수한 wettability 특성을 나타내었다. 더구나 Sn-Ag-Cu-In계 최적 솔더 조성은 합금의 강도 저하는 최소화 시키면서 합금의 elongation은 극적으로 향상시켜 합금의 toughness 값이 매우 우수한 특성을 가짐을 알 수 있었다. 이렇게 우수한 toughness 값은 솔더 조인트의 대표적 신뢰성 요구 특성인 열싸이클링 수명과 내 impact 수명을 동시에 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다. 요컨대 본 연구를 통해 구현된 Sn-Ag-Cu-In계 솔더 조성은 최적 솔더 조성에서 요구되는 4가지 인자, 즉, 저렴한 원재료 가격, 우수한 wettability 특성, 합금 자체의 높은 toughness, 안정하고 낮은 성장 속도의 계면 반응층 생성을 모두 만족시키는 특징을 가짐으로서 기존 무연솔더 조성의 새로운 대안으로 자리 잡을 것으로 기대된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제29권3호
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• pp.55-61
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• 2022

본 연구에서는 용융온도가 중온계 무연 솔더인 Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)와 저온계 무연 솔더인 Sn-57Bi-1Ag를 사용하여 형성된 복합 무연 솔더 접합부의 특성에 대하여 보고 하였다. SAC305 솔더볼이 형성된 ball grid array(BGA) 패키지와 Sn-57Bi-1Ag 솔더 페이스트가 도포된 flame retardant-4(FR-4) 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 리플로우 솔더링 공정을 이용하여 복합 무연 솔더 접합부를 형성 하였다. 공정 온도 프로파일을 두 가지 형태로 달리하여 리플로우 솔더링 공정을 진행하였으며 리플로우 솔더링 공정 조건에 따른 계면 반응, 금속간화합물(intermetallic compound, IMC)의 형성, Bi의 확산 거동 등 복합 무연 솔더 접합부 계면 특성을 비교 분석 하였다. 또한, 열 충격 시험을 통하여 리플로우 솔더링 공정에 따른 복합 무연 솔더 접합부의 신뢰성 특성을 비교하고 열 충격 시험 전후 전단 시험을 진행하여 접합부의 기계적 특성 변화를 분석하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제9권2호
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• pp.39-43
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• 2002

48 $\mu$BGA 패키지에 Sn-37Pb 공정 솔더와 Sn-0.7Cu, Sn-3.5 Ag, Sn-2.0Ag-0.75Cu, Sn-2.0Ag-0.7Cu-3.0Bi 4종류의 무연 솔더를 적용하여, 미세 솔더 볼의 경도와 조성에 따른 솔더 접합부의 전단강도에 대해서 연구하였다. 실험 결과, 솔더 볼의 짖눌림은 Sn-2.0Ag-0.7Cu-3.0Bi에서 0.043mm로 큰 경도값을 얻었다. 또한 전단 강도 값은 무연 솔더가 Sn-37Pb 솔더보다 높았으며, Sn-2.0Ag-0.7Cu-3.0 Bi에서 최대 52% 높은 값을 나타내었다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2003년도 기술심포지움 논문집
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• pp.114-117
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• 2003

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.

• 한국진공학회지
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• 제13권3호
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• pp.127-131
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• 2004

BGA(ball grid array) package에서 솔더볼의 피로강도에 대한 솔더 조성에 대한 영향을 조사하기 위하여 패키지 신뢰성 시험을 실시하였다. 공정조성 솔더 63Sn/37Pb, 62Sn/36Pb/2Ag, 63Sn/34.4Pb/2Ag/0.5Sb 솔더를 이용하여 제조된 시편을 MRT Lv3 (moisture resistance test level) 조건에서 전처리 후 T/C(temperature cycle test) 실험을 수행하였다. 각각의 신뢰성 시험에 대하여 전단강도를 측정하였으며, 미세 조직 사진을 얻었다. 또한, SEM (scanning electron microscope)과 EDX (energy dispersive X-ray)를 이용하여 파괴 기구에 대한 분석을 실시하였다. Sn63Pb34.5Ag2Sb0.5 솔더에서 Au-Sn 성장비는 63Sn/37Pb, 62Sn/36Pb/2Ag 솔더에 비해 느리다 솔더 조성에 따른 솔더볼의 전단응력 저하에 대하여 논의하였다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.76-76
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• 2009

눈부신 전자산업의 발달로 대부분의 전자제품이 다기능/경박단소화 되고 있어, 고밀도 실장 기술인 양면 표면실장과 고집적 패키징 기술인 패키지 적층 공정의 적용이 점차 확대되고 있다. 따라서 양면 표면실장 및 패키지 적층 공정에 사용되는 저온 접합용 무연 솔더 즉, $183^{\circ}C$(Sn-37Pb 공정 솔더 융점) 이하의 융점을 가지는 저온 무연 솔더에 대한 관심이 높아지고 있다. 한편, 미세피치 적용 분야에 있어 ACF/P를 이용한 COG 접속 분야 외에도 최근 저온 접합용 무연 솔더를 이용한 접속 분야가 각광을 받고 있다. 따라서, 접속피치 미세화에 대응하기 위해 스크린 인쇄성을 향상시킬 수 있는 저온 무연 솔더 paste 제조 및 공정 기술의 개발이 필요한 실정이다. 현재 대표적인 저온 무연 솔더 조성은 Sn-Bi계($138^{\circ}C$ 융점)와 Sn-In계($120^{\circ}C$ 융점)이다. 하지만, 이들 조성의 신뢰성 등에 있어 개선의 여지가 있으므로 이를 해결하기 위한 무연솔더 조성의 개발이 필요하다. 이와 같은 관점에서, 본 연구는 $137^{\circ}C$의 융점을 갖는 Sn-57.6Ag-0.4Ag 저온 무연 솔더 paste를 $217^{\circ}C$의 융점을 갖는 Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더 paste와 비교하여 인쇄성, reflow 특성, void inspection, 미세조직 관찰 및 underfill 적용 등의 실험을 실시하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권1호
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• pp.17-29
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• 2023

본 논문에서는 전자제품의 소형화와 고성능화에 따라 패키징 기술에서 핵심적인 역할을 하는 솔더 조인트의 신뢰성 평가 방법을 소개한다. 우선, 다양한 합금 조성과 제품 형태에 따른 솔더의 특성을 설명하고, 여러 패키지에서의 솔더 조인트 구조에 대한 개요를 제시한다. 그 다음 솔더 합금의 조성과 미시구조가 솔더의 열적 및 기계적 특성에 미치는 영향을 분석하며, 솔더 크리프 거동에 대해 간략히 소개한다. 이어서, 신뢰성 평가를 위한 크리프 모델과 피로 모델 등을 고려한 분석 기법들을 소개하고, 솔더 조인트의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 방안에 대해 논의한다. 본 연구는 반도체 패키징 기술 분야에서 솔더 조인트의 신뢰성 평가와 개선에 유익한 정보를 제공할 것으로 기대된다.

• 한국신뢰성학회지:신뢰성응용연구
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• 제5권3호
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• pp.327-342
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• 2005

전자 패키지가 열을 받을 때 회로기판과 칩의 열팽창계수 차이에 의해 발생되는 응력은 솔더 조인트의 파손에 영향을 미친다. 본 연구에서는 이 영향을 정량적으로 규명하기 위하여 열충격시험기를 이용해 얻어진 솔더 조인트의 전기저항 변화와 수명과의 상관관계를 규명하였고, BGA솔더 조인트의 수명을 정량적으로 도출하였다. 또한 Sn-3.5Ag-0.5Cu 무연 솔더와 63Sn-37Pb 유연 솔더를 위의 실험에 동시에 적용시켜 건전성을 FORM(first-order reliability method)과 Weibull Function Model을 이용해 비교하였다.

• 한국신뢰성학회:학술대회논문집
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• 한국신뢰성학회 2005년도 학술발표대회 논문집
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• pp.287-294
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• 2005

전자 패키지가 열을 받을 때 회로기판과 칩의 열팽창계수 차이에 의해 발생되는 응력은 솔더 조인트의 파손에 영향을 미친다. 본 연구에서는 이 영향을 정량적으로 규명하기 위하여 열충격시험기를 이용해 얻어진 솔더조인트의 전기저항 변화와 수명과의 상관관계를 규명하였고, BGA 솔더조인트의 수명을 정량적으로 도출하였다. 또한 Sn-3.5Ag-0.5Cu 무연솔더와 63Sn-37Pb 유연솔더를 위의 실험에 동시에 적용시켜 건전성을 FORM(first-order reliability method)과 Weibull Function Model을 이용해 비교하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제14권4호
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• pp.21-25
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• 2007

본 연구에서는 시차주사열량법, 젖음성 시험기, 비커스 경도계와 인장 시험기를 이용하여 Sn-0.7wt%Cu-Xwt%Re(X=$0.01{\sim}1.0$) 솔더의 특성에 관하여 평가하였다. 희토류 금속의 함량이 증가함에 따라 솔더의 용융 온도가 약간 상승하는 경향을 나타내었으나 $0.01{\sim}1.0%$의 희토류 금속이 첨가된 범위에서는 $233.9{\sim}234.7^{\circ}C$의 작은 용융 온도 범위를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 솔더의 젖음성 시험 결과로부터 Sn-0.7Cu-0.1Re 솔더의 젖음성이 다른 솔더보다 우수한 것을 확인할 수 있었으며, Sn-0.7Cu-0.1Re 솔더의 젖음성이 Sn-0.7wt%Cu-0.01wt%P 솔더보다 우수한 것을 확인할 수 있었다. 또한 희토류 금속의 함량이 증가할수록 솔더의 경도와 인장 강도가 증가하는 경향을 확인할 수 있었다.