Lee, Jung-Il;Paeng, Jong Min;Cho, Hyun Su;Yang, Su Min;Ryu, Jeong Ho
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.28
no.3
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pp.130-134
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2018
In the past few years, various solder compositions have been a representative material to electronic packages and surface mount technology industries as a replacement of Pb-base solder alloy. Therefore, extensive studies on process and/or reliability related with the low Ag composition have been reported because of recent rapid rise in Ag price. In this study, Sn-3.0Ag-0.5Cu, Sn-0.7Cu and Sn-0.3Ag-0.5Cu solder bar samples were fabricated by melting of Sn, Ag and Cu metal powders. Crystal structure and element concentration were analyzed by XRD, XRF, optical microscope, FE-SEM and EDS. The fabricated solder samples were composed of ${\beta}-Sn$, ${\varepsilon}-Ag_3Sn$ and ${\eta}-Cu_6Sn_5$ phases.
Sn was selected as an alloying element of Cu. The Cu-Sn thin layers were deposited on the Si substrates by the electroplating method and their properties were studied. By rapidly thermal annealing(RTA) up to 40$0^{\circ}C$ after electroplating, sheet resistance decreased and adhesion strength increased, but that trend was reversed at the 50$0^{\circ}C$ RTA. Cu-Sn particles grew dense and the surface was uniform up to 40$0^{\circ}C$, but at 50$0^{\circ}C$, empty area was introduced and the surface became rough owing to oxidation and particle coarsening and agglomeration. Deposited layer contained significant amount of Si, while pure Cu-Sn layer with the composition ratio of 90:10 was present only on the top surface. However, no significant change in the Cu composition within alloy layers occured by the RTA regardless of its temperature. This indicates that the Cu diffusion into the Si was suppressed by the presence of Sn.
In this study, Cu-10Sn and Cu-10Sn-2Ni-0.2Si alloys have been manufactured by spray casting in order to achieve a fine scale microstructure and high tensile strength, and investigated in terms of microstructural evolution, aging characteristics and tensile properties. Spray cast alloys had a much lower microhardness than continuous cast billet because of an improved homogenization and an extended Sn solid solubility. Spray cast Cu-Sn-Ni-Si alloy was characterized by an equiaxed grain microstructure with a small-sized (Ni, Si)-rich precipitates. Cold rolling of Cu-Sn-Ni-Si alloy increased a tensile strength to 1220 MPa, but subsequent ageing treatment reduced a ultimate tensile strength to 780 MPa with an elongation of 18%.
Kim, Nam-Soo;Chi, Dong-Chul;Cho, Kyung-Mok;Park, Ik-Min
Journal of Korea Foundry Society
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v.12
no.3
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pp.238-247
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1992
A carbon fiber(CF) reinforced Cu-10%Sn alloy matrix composite was successfully fabricated by squeeze casting method employing preheated graphite mold and proper process controlling factors. The matrix solidification microstructure of the Cu-10%Sn/CF composite reveals ${\alpha}-dendrite$ and ${\alpha}+{\delta}$ eutectoid. To compare the squeeze cast Cu-10%Sn/CF compostie with PM route fabricated Cu-graphite composites for electric contact material, mechanical wear and electrical arc wear tests were performed. Mechanical wear rate of the Cu-10%Sn/CF is much lower than that of the Cu-graphite composite. Weight loss with a variation of contact number in electrical arc wear tests shows a similar trend between the squeeze cast Cu-10%Sn/CF and PM Cu-graphite composites.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.11
no.4
s.33
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pp.43-48
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2004
Electromigration of Sn-3.5Ag-0.5Cu solder bumps was investigated with current densities of $3{\~}4{\times}10^4 A/cm^2$ at temperatures of $130{\~}160^{\circ}C$ using flip chip specimens which consisted of upper Si chip and lower Si substrate. Electromigration failure of the Sn-3.5Ag-0.5Cu solder bump occurred with complete consumption of Cu UBM and void formation at cathode side of the solder bump. The activation energies for electromigration of the Sn-3.5Ag-0.5Cu solder bump were measured as 0.61 eV at current density of $3{\times}10^4 A/cm^2$, 0.63 eV at $3.5{\times}10^4 A/cm^2$, and 0.77 eV at $4{\times}10^4 A/cm^2$, respectively.
Effect of Sn addition on the fatigue properties of Al-Cu-Mn cast alloy was investigated by low and high cycle fatigue tests. Fatigue life showed the maximum value of 5450cycles in the Al-Cu-Mn alloy containing 0.10%Sn, but decreased rapidly beyond 0.20% of Sn additions. It was found that the fatigue strength was 132MPa and fatigue ratio was 0.31 in the alloy containing 0.10%Sn. Metallographic observation revealed that the fatigue crack initiated at the surface and propagated along the grain boundary. This propagation path was attributed to the presence of PFZ along the grain boundary. The tensile strength increased from 330MPa in 7he Sn-free Al-Cu-Mn cast alloy to 429MPa in the alloy containing 0.10%Sn. But above 0.20%Sn additions, tensile strength was decreased by the segregation of Sn.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.20
no.2
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pp.59-64
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2013
In-situ annealing tests of Cu/Ni/Au/Sn-Ag/Cu micro-bump for 3D IC package were performed in an scanning electron microscope chamber at $135-170^{\circ}C$ in order to investigate the growth kinetics of intermetallic compound (IMC). The IMC growth behaviors of both $Cu_3Sn$ and $(Cu,Ni,Au)_6Sn_5$ follow linear relationship with the square root of the annealing time, which could be understood by the dominant diffusion mechanism. Two IMC phases with slightly different compositions, that is, $(Cu,Au^a)_6Sn_5$ and $(Cu,Au^b)_6Sn_5$ formed at Cu/solder interface after bonding and grew with increased annealing time. By the way, $Cu_3Sn$ and $(Cu,Au^b)_6Sn_5$ phases formed at the interfaces between $(Cu,Ni,Au)_6Sn_5$ and Ni/Sn, respectively, and both grew with increased annealing time. The activation energies for $Cu_3Sn$ and $(Cu,Ni,Au)_6Sn_5$ IMC growths during annealing were 0.69 and 0.84 eV, respectively, where Ni layer seems to serve as diffusion barrier for extensive Cu-Sn IMC formation which is expected to contribute to the improvement of electrical reliability of micro-bump.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.16
no.6
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pp.549-554
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2003
The purpose of this paper is to investigate the solder properties by the change of P mass percentage. Tension test, wetting balance test, spread test, and analysis of intermetallic compound after isothermal aging of Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.005P, Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.01P, Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.02P, Sn-0.7Cu-0.005P were performed. Adding P in the solder alloys resulted in improvement of tensile strength, reduction of intermetallic compound growth, reduction of oxidization in fusible solders under wave soldering. After comparing solder alloy containing P with tin-lead eutectic solder alloy, P contained solders alloys showed much better solder properties than eutectic solder alloy. Furthermore, this solder alloy presented remarkable properties than any other lead-free solder alloy.
The electroplating process for a solder bump which can be applied for a flip chip was studied. Si-wafer was used for an experimental substrate, and the substrate were coated with UBM (Under Bump Metallization) of Al(400 nm)/Cu(300 nm)Ni(400 nm)/Au(20 nm) subsequently. The compositions of the bump were Sn-Cu and eutectic Sn-Pb, and characteristics of two bumps were compared. Experimental results showed that the electroplated thickness of the solders were increased with time, and the increasing rates were TEX>$0.45 <\mu\textrm{m}$/min for the Sn-Cu and $ 0.35\mu\textrm{m}$/min for the Sn-Pb. In the case of Sn-Cu, electroplating rate increased from 0.25 to $2.7\mu\textrm{m}$/min with increasing current density from 1 to 8.5 $A/dm^2$. In the case of Sn-Pb the rate increased until the current density became $4 A/dm^2$, and after that current density the rate maintains constant value of $0.62\mu\textrm{m}$/min. The electro plated bumps were air reflowed to form spherical bumps, and their bonded shear strengths were evaluated. The shear strength reached at the reflow time of 10 sec, and the strength was of 113 gf for Sn-Cu and 120 gf for Sn-Pb.
Sn-based lithium-ion batteries have low cost and high theoretical specific capacity. However, one of major problem is the capacity fading caused by volume expansion during lithiation/delithiation. In this study, 3-dimensional foam structure of Cu-Sn alloy is prepared by co-electrodeposition including large free space to accommodate the volume expansion of Sn. The Cu-Sn foam structure exhibits highly porous and numerous small grains. The result of EDX mapping and XPS spectrum analysis confirm that Cu-Sn foam consists of $SnO_2$ with a small quantity of CuO. The Cu-Sn foam structure electrode shows high reversible redox peaks in cyclic voltammograms. The galvanostatic cell cycling performances show that Cu-Sn foam electrode has high specific capacity of 687 mAh/g at a current rate of 50 mA/g. Through SEM observation after the charge/discharge processes, the morphology of Cu-Sn foam structure is mostly maintained despite large volume expansion during the repeated lithiation/delithiation reactions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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