• Resources Recycling
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• v.26 no.5
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• pp.22-28
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• 2017

In-Bi-Sn alloy sheet has been used as a thermal fusible parts of secondary battery safety system. This study offers a simple process to make In-Bi-Sn alloy fusible parts. The process consists of two procedures, melting and sheeting by tape casting. 62.5 wt%-In 20.0 wt%-Bi 17.5 wt%-Sn (M.P. $92.4^{\circ}C$) alloy sheet obtained by tape casting was used as the thermal fusible sheet of thermal fuse system for mobile telephone. The performance test of the system was carried out in oil bath, and the fusible alloy sheet was melted and cut off at $95^{\circ}C$. This results confirmed the possibility that the alloy sheet obtained by tape casting can be usable as a thermal fusible parts of battery safety system. And this process can be applied as a simple process to recycle the In-Bi-Sn alloy scrap separated from the used thermal fuse system.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.26 no.4
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• pp.163-169
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• 2019

Sn-Pb solder alloys in electronics rapidly has been replaced to Pb free solder alloys because of various environmental regulations such as restriction of hazardous substances directive (RoHS), European Union waste electrical, waste electrical and electronic equipment (WEEE), registration evaluation authorization and of chemicals (REACH) etc. Because Sn58%Bi (in wt.%) solder alloy has low melting point and higher mechanical properties than that of Sn-Pb solder, it has been studied to manufacture electronic components. However, the reliability of Sn58%Bi solder could be lowered because of the brittleness of Bi element included in the solder alloy. Therefore, we observed the microstructures of Sn58%Bi composite solders with various contents of Sn-decorated multiwalled carbon nanotube (Sn-MWCNT) particles and evaluated bonding strength of the FR-4 components assembled with Sn58%Bi composite solder. Also, microstructures and bonding strengths of the Sn58%Bi composite solder joints were evaluated with the number of reflows from 1 to 7 times, respectively. Bonding strengths and fracture energies of the Sn58%Bi composite solder joints were measured by die shear test. Microstructures and fracture modes were observed with scanning electron microscope (SEM). Microstructures in the Sn58%Bi composite solder joints were finer than that of only Sn58%Bi solder joint. Bonding strength and fracture energy of Sn58%Bi composite solder including 0.1 wt.% of Sn-decorated MWCNT particles increased up to 20.4% and 15.4% at 5 times in reflow, respectively.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.9 no.1
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• pp.21-28
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• 2002

Bismuth and Indium added Sn-Cu-Ni solder alloy was investigated for a new lead free solder. The thermal, electrical and mechanical properties were characterized for the Sn-0.7%(Cu+Ni) solder alloy by adding 2~5% Bi and 2~ 10% In. The melting point of solder alloy was in range of 200 to $222^{\circ}C$ and the mushy zone was in range of 20 to $37^{\circ}C$. This alloys could be adapted to middle and high temperature solder materials. A new solder alloy composition. Sn-0.7%(Cu+Ni) -3.5%Bi-2%In is very promising with high performance and effective cost. The melting point was $220^{\circ}C$, the mushy zone range was $25^{\circ}C$, and mechanical, electrical and wetting properties were competitive with those of other lead-free solder except the lower elongation value.

• 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 International Microelectronics And Packaging Society Conference
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• 2003.11a
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• pp.128-132
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• 2003

무전해 Ni-P UBM과 3가지 경우의 무연 솔더간의 계면연구를 통해 Bi가 솔더의 합금원소로 들어감에 따라 계면반응에 어떠한 영향을 줄 수 있는 가를 연구했다. 3가지 다른 무연 솔더는 Bi가 각각 $0wt\%,\;4.8wt\%,\;58wt\%$들어간 Sn3.5Ag, Sn3.5Ag4.8Bi, Sn58Bi 이다. reflow를 수행한 후에 세 가지 솔더에서 나타나는 계면에서의 IMC는 $Ni_3Sn_4$로서 어떤 다른 솔더도 Bi를 함유한 IMC가 계면에선 관찰되지 않았다. 다만 SnAgBi 솔더의 경우 특이하게 솔더내에서 침상의 $Ni_3Sn_4$가 reflow후에 관찰되었다. 또한 반응속도의 척도가 되는 Ni-P UBM소모속도를 비교해 보면 reflow후의 SnAg와 SnAgBi의 경우에는 비슷하나 SnBi의 경우에는 알서 두 솔더에 비해 눈에 띠게 느림을 관찰하였다. 이러한 Ni-P UBM의 소모경향을 Bi의 함량, 그에 따른 Sn의 상대적인 함량의 관점에서 고찰하고자 한다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 1997.05a
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• pp.87-87
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• 1997

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.12 no.1 s.34
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• pp.47-52
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• 2005

Worldwide movement for prohibition of Pb usage drives imminent implementation of Pb-free solders in microelectronic packaging industry. Reliability information of Pb-free solders has not been completely constructed yet. One of the potential reliability concerns of Pb-free solders is allotropic transformation of Sn known as tin pest. Volume increase during the formation of tin pest could deteriorate the reliability of solder joints. It was also reported that the addition of soluble elements (i.e. Pb, Bi, and Sb) into Sn can effectively suppress the tin pest. However, the mechanical properties of the tin pest resistant alloys have not been studied in detail. In this study, lap shear creep test was conducted with Sn and Sn-0.7Cu based solder alloys doped with minor amount of Bi or Sb. Shear strain rates of the alloy were generally higher than those of Sn-3.5Ag based alloys. Rupture strains and corresponding Monkman- Grant products were largest for Sn-0.5Bi alloy and smallest for Sn-0.7Cu-0.5Sb alloy. Rupture surface Sn-0.5Bi alloy showed highly elongated $\beta$-Sn globules necked to rupture by shear stresses, while elongation of $\beta$-Sn globules of Sn-0.7Cu-0.5Sb alloy was relatively smaller.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.8 no.3
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• pp.238-244
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• 1998

Sn-rich합금의 석출 현상을 조사하였다. 첫째, 대기중과 진공 중에서 용해된 90Sn-o10Bi(wt%)합금을 $140^{\circ}C$에서 용체화 처리한 후 석출반응을 조사하였다. 90Sn-10Bi(wt%)합금은 불연속 석출(DP)현상을 나타냈다. 공기 중에서 용융된 시료의 DP반응이 진공 중에서 용융된 시료보다 빠르게 진행되었다. 이것은 공기 중에서 용융하는 과정에서 시료에 용존된 산소에 의해 입계 에너지가 감소한 것에 기인하는 것으로 판단된다. 둘째, 용융 후 서냉 응고된 Sn-Bi(-In)합금을 $140^{\circ}C$이하의 온도에서 열처리하여 미세조직 변화를 조사하였다. 명확한 고경각 입계가 존재하지 않는 응고조직에서, 편석영역으로부터 DP반응이 진행되어 석출셈이 형성되었다. DP반응선단에는 반응계면이 관찰되었다. 이 현상은, 이제까지 알려진 바와는 다르게, DP반응이 반응 전에 존재하는 고경각 입계뿐만 아니라 재결정현상에 의해 새로운 석출계면이 생성될 수 있음을 의미한다. 이러한 재결정 현상은 확산에 의한 정합변형(coherency strain)으로 설명된다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.79-79
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• 2010

저온용 무연 솔더의 대표 조성으로 고려되고 있는 Sn-58Bi(융점: $138^{\circ}C$) 공정(eutectic) 조성은 우수한 강도에도 불구하고 연성(ductility) 측면에서의 문제점이 지속적으로 보고되고 있다. 따라서 이 합금계의 연성을 최대로 개선시킬 수 있으면서도 실제 상용화가 가능한 합금 조성의 개발 연구가 요청된다. 본 연구에서는 Sn-Bi 2원계 조성에서 최대의 연성을 나타내는 것으로 보고된 Sn-40Bi 조성에 미량의 합금원소를 첨가함으로써 최대의 연성을 확보하는 한편, 그 연성 특성이 변형속도에 어느 정도 민감한지를 인장 실험을 통해 결정하고자 하였다. 합금원소로는 0.1~0.5 wt%의 Ag, Mn, In, Cu를 선택하였으며, 인장 시편을 제조하여 $10^{-2}$, $10^{-3}$, $10^{-4}\;s^{-1}$의 3종류로 변형속도를 변형시켜가며 응력-변형 곡선(stress-strain curve)을 측정하였고, 조성별, 변형속도별로 최대인장강도(ultimate tensile stress, UTS) 및 연신율 결과들을 정리하였다. 합금원소를 첨가한 조성의 경우는 모든 시험 조건에서 Sn-40Bi보다 우수한 연신률을 나타내는 것으로 측정되었으나, $10^{-2}\;s^{-1}$의 빠른 변형속도에서는 그 향상 정도가 상대적으로 감소하는 경향이 관찰되었다. 특히 Sn-40Bi-0.5Ag 조성의 경우 느린 변형속도에서 특히 눈에 띄는 연신률 값을 나타내며, 모든 변형속도 조건에서 가장 우수한 연성을 나타내었다. 한편 Sn-40Bi-0.1Cu 조성의 경우 변형속도에 따른 연신률의 변화 정도, 즉, 변형속도에 따른 연신률의 민감도가 매우 커 $10^{-4}\;s^{-1}$ 속도에서는 Sn-40Bi-0.5Ag에 버금가는 연신률 값이 측정되었으나, $10^{-2}\;s^{-1}$ 속도에서는 가장 나쁜 연신률 특성을 보여주었다. Sn-40Bi-0.2Mn 조성은 최고의 연신률 향상 특성을 나타내지는 않았으나, In을 첨가한 경우보다는 대체적으로 우수한 연성을 나타내었다. 이상의 각 합금별 연성 특성은 인장시험 전의 미세조직 관찰 결과와 인장시험 후 파면부의 조직변화 관찰 결과로부터 해석되었다. 그 결과 석출상의 형성 여부, 인장 시험 중 재결정 조직의 형성 여부, 라멜라(lamellar) 조직의 분율과 라멜라 간격(lamellar spacing)의 정도 또는 $\beta$-Sn과 라멜라 조직 사이의 결정립계와 라멜라 조직 내 결정립계에서의 슬라이딩 모드(sliding mode) 변형 정도, 석출상의 크기와 분포 정도 등이 연신률 및 변형속도 민감도와 같은 연성 특성에 가장 큰 영향을 미치는 인자인 것으로 분석되었다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.8 no.4
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• pp.25-33
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• 2001

Sn-3.5Ag-xBi alloys with five different levels of Bi (0, 2.5, 4.8, 7.5, 10 wt%) were prepared for evaluating creep properties. Cast alloys were roiled and heat treated to provide stable microstructures during the subsequent creep tests, which were conducted under constant load using dog-bone specimens. For the Bi containing alloys, creep strength showed the maximum around 2.5 wt%Bi and tended to decrease with increasing Bi content. The stress exponent of the alloy was around 4, suggesting typical dislocation creep, but the exponent was 2 for the 10 wt%Bi alloy, suggesting creep assisted by grain boundary Sliding. For the Bi containing alloys, the brittle fracture mode appeared showing small amount of reduction of area, while the ductile fracture mode was true for the Bi free alloy. Microstructural examination of ruptured specimens showed cavitations on grain boundaries normal to the load axis, and a significant of grain boundary sliding for the Bi containing alloys.