Heeyeon Kim;Chun Woong Park;Won Hee Lee;Young Do Kim
Journal of Powder Materials
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v.30
no.4
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pp.339-345
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2023
This study investigates the melting point and brazing properties of the aluminum (Al)-copper (Cu)-silicon (Si)-tin (Sn) alloy fabricated for low-temperature brazing based on the alloy design. Specifically, the Al-20Cu-10Si-Sn alloy is examined and confirmed to possess a melting point of approximately 520℃. Analysis of the melting point of the alloy based on composition reveals that the melting temperature tends to decrease with increasing Cu and Si content, along with a corresponding decrease as the Sn content rises. This study verifies that the Al-20Cu-10Si-5Sn alloy exhibits high liquidity and favorable mechanical properties for brazing through the joint gap filling test and Vickers hardness measurements. Additionally, a powder fabricated using the Al-20Cu-10Si-5Sn alloy demonstrates a melting point of around 515℃ following melting point analysis. Consequently, it is deemed highly suitable for use as a low-temperature Al brazing material.
Kim, Sung-Hyuk;Park, Gyu-Tae;Lee, Byeong-Rok;Kim, Jae-Myeong;Yoo, Sehoon;Park, Young-Bae
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.22
no.2
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pp.47-53
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2015
The effects of electroless nickel immersion gold (ENIG) and organic solderability preservative (OSP) surface finishes on the in-situ intermetallics reaction and the electromigration (EM) reliability of Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) solder bump were systematically investigated. After as-bonded, $(Cu,Ni)_6Sn_5$ intermetallic compound (IMC) was formed at the interface of the ENIG surface finish at solder top side, while at the OSP surface finish at solder bottom side,$ Cu_6Sn_5$ and $Cu_3Sn$ IMCs were formed. Mean time to failure on SAC305 solder bump at $130^{\circ}C$ with a current density of $5.0{\times}10^3A/cm^2$ was 78.7 hrs. EM open failure was observed at bottom OSP surface finish by fast consumption of Cu atoms when electrons flow from bottom Cu substrate to solder. In-situ scanning electron microscope analysis showed that IMC growth rate of ENIG surface finish was much lower than that of the OSP surface finish. Therefore, EM reliability of ENIG surface finish was higher than that of OSP surface finish due to its superior barrier stability to IMC reaction.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.26
no.3
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pp.81-88
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2019
In this study, the effects of graphene oxide (GO) addition on electromigration (EM) lifetime of Sn-3.0Ag-0.5Cu Pb-free solder joint between a ball grid array (BGA) package and printed circuit board (PCB) were investigated. After as-bonded, $(Cu,Ni)_6Sn_5$ intermetallic compound (IMC) was formed at the interface of package side finished with electroplated Ni/Au, while $Cu_6Sn_5$ IMC was formed at the interface of OSP-treated PCB side. Mean time to failure of solder joint without GO solder joint under $130^{\circ}C$ with a current density of $1.0{\times}10^3A/cm^2$ was 189.9 hrs and that with GO was 367.1 hrs. EM open failure was occurred at the interface of PCB side with smaller pad diameter than that of package side due to Cu consumption by electrons flow. Meanwhile, we observed that the added GO was distributed at the interface between $Cu_6Sn_5$ IMC and solder. Therefore, we assumed that EM reliability of solder joint with GO was superior to that of without GO by suppressing the Cu diffusion at current crowding regions.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.11
no.3
s.32
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pp.1-7
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2004
Tin plating on component finishes may grow whiskers under certain conditions, which may cause failures in electronics equipment. To protect the environment, 'lead-free' among component finishes is being promoted worldwide. This paper presents the evaluation results of whiskers on two kinds of lead-free plating materials at the plating temperature and under the reliability test. The rising plating temperature caused increasing the size of plating grain and shorting the growth of whisker. The whisker was grown under the temperature cycling the bent type in matt Sn plating and striated type in malt Sn-Bi. The whisker growth in Sn-Bi plating was shorter than that in Sn plating. In FeNi42 leadframe, the $7.0{\~}10.0{\mu}m$ diameter and the $25.0{\~}45.0{\mu}m$ long whisker was grown under 300 cycles. In the 300 cycles of Cu leadframe, only the nodule(nuclear state) grew on the surface, and in the 600 cycles, a $3.0{\~}4.0{\mu}m$ short whisker grew. After 600 cycles, the ${\~}0.34{\mu}m$ thin $Ni_3Sn_4$ formed on the Sn-plated FeNi42. However, we observed the amount of $0.76{\~}1.14{\mu}m$ thick $Cu_6Sn_5$ and ${\~}0.27{\mu}m$ thin $Cu_3Sn$ intermetallics were observed between the Sn and Cu interfaces. Therefore, the main growth factor of a whisker is the intermetallic compound in the Cu leadframe, and the coefficient of thermal expansion mismatch in FeNi42.
Joint properties of electric control unit (ECU) module using Sn-Cu-(X)Al(Si) lead-free solder alloy were investigated for automotive electronics module. In this study, Sn-0.5Cu-0.01Al(Si) and Sn-0.5Cu-0.03Al(Si) (wt.%) lead-free alloys were fabricated as bar type by doped various weight percentages (0.01 and 0.03 wt.%) of Al(Si) alloy to Sn-0.5Cu. After fabrications of lead-free alloys, the ball-type solder alloys with a diameter of 450 um were made by rolling and punching. The melting temperatures of 0.01Al(Si) and 0.03Al(Si) were 230.2 and $230.8^{\circ}C$, respectively. To evaluation of properties of solder joint, test printed circuit board (PCB) finished with organic solderability perseveration (OSP) on Cu pad. The ball-type solders were attached to test PCB with flux and reflowed for formation of solder joint. The maximum temperature of reflow was $260^{\circ}C$ for 50s above melting temperature. And then, we measured spreadability and shear strength of two Al(Si) solder materials compared to Sn-0.7Cu solder material used in industry. And also, microstructures in solder and intermetallic compounds (IMCs) were observed. Moreover, thickness and grain size of $Cu_6Sn_5$ IMC were measured and then compared with Sn-0.7Cu. With increasing the amounts of Al(Si), the $Cu_6Sn_5$ thickness was decreased. These results show the addition of Al(Si) could suppress IMC growth and improve the reliability of solder joint.
The reactions between a Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloy and electroless Ni/electroless Pd/immersion Au (ENEPIG) surface finishes with various Pd layer thicknesses (0, 0.05, 0.1, 0.2, $0.4{\mu}m$) were examined for the effect of the Pd layer on the massive spalling of the $(Cu,Ni)_6Sn_5$ layer during reflow at $235^{\circ}C$. The thin layer deposition of an electroless Pd (EP) between the electroless Ni ($7{\mu}m$) and immersion Au ($0.06{\mu}m$) plating on the Cu substrate significantly retarded the massive spalling of the $(Cu,Ni)_6Sn_5$ layer during reflow. Its retarding effect increased with an increasing EP layer thickness. When the EP layer was thin (${\leq}0.1{\mu}m$), the retardation of the massive spalling was attributed to a reduced growth rate of the $(Cu,Ni)_6Sn_5$ layer and thus to a lowered consumption rate of Cu in the bulk solder during reflow. However, when the EP layer was thick (${\geq}0.2{\mu}m$), the initially dissolved Pd atoms in the molten solder resettled as $(Pd,Ni)Sn_4$ precipitates near the solder/$(Cu,Ni)_6Sn_5$ interface with an increasing reflow time. Since the Pd resettlement requires a continuous Ni supply across the $(Cu,Ni)_6Sn_5$ layer from the Ni(P) substrate, it suppressed the formation of $(Ni,Cu)_3Sn_4$ at the $(Cu,Ni)_6Sn_5/Ni(P)$ interface and retarded the massive spalling of the $(Cu,Ni)_6Sn_5$ layer.
In 1993, many bronze artifacts were excavated from the Sanoesa Temple(思惱寺), Chongju, Chungbuk. Twelve items were selected and chemically analyzed with AA Spectrometry and ICP-Atomic Emission Spectrometry. They were also observed under the optical microscopy and SEM. According to the results from chemical analysis, production method and use, these artifacts were classified into four groups: casting, wrought and welding products, and bells. Cast products, probably used for ritual, were alloy of 70% Cu, 10% Sn and 20% Pb. They showed ${\alpha}+{\beta}$ phase as a typical microstructure of casting. The ${\delta}$ phase was rarely observed due to the small amount of Sn. These artifacts included more lead than other alloys. They showed segregation like island-shape on the lead part. Wrought products used for daily too1s. were alloy of 80% Cu and 20% Sn. Since they were consist of ${\alpha}$ phase and martensite ${\beta}$ phase, it could be presumed that they were heat-treated. The production method could be identified from twinned grains in ${\alpha}$ phase. Lead was not included in because it had a bad effect to alloy. The bells were alloyed with 85% Cu, 10% Sn, 5% Pb or 90% Cu and 10% Sn. They show the dendrite structure because they were cast and alloyed with many tin. Weldinged were alloyed with 83% Cu, 12% Sn and 5% Pb. lt showed the fine dendrite structure because of fast cooling in air.
Formation of Sn through-silicon-via (TSV) and its interconnection processes were studied in order to form a three-dimensional interconnection structure of chip-stack packages. Different from the conventional formation of Cu TSVs, which require a complicated Cu electroplating process, Sn TSVs can be formed easily by Sn electroplating and reflow. Sn via-filling behavior did not depend on the shape of the Sn electroplated layer, allowing a much wider process window for the formation of Sn TSVs compared to the conventional Cu TSV process. Interlocking joints were processed by intercalation of Cu bumps into Sn vias to form interconnections between chips with Sn TSVs, and the mechanical integrity of the interlocking joints was evaluated with a die shear test.
The purpose of this study is to develop a zirconium-based alloy with low modulus and magnetic susceptibility to prevent the stress-shielding effect and the generation of artifacts. Zr-7Cu-xSn (x = 1, 5, 10, 15 mass%) alloys are prepared by an arc melting process. Microstructure characterization is performed by microscopy and X-ray diffraction. Mechanical properties are evaluated using micro Vickers hardness and compression test. The magnetic susceptibility is evaluated using a SQUID-VSM. The average magnetic susceptibility value of the Zr-7Cu-xSn alloy is 1.176 × 10-8 cm3g-1. Corrosion tests of zirconium-based alloys are conducted through polarization test. The average Icorr value of the Zr-7Cu-xSn alloy is 0.1912 ㎂/cm2. The elastic modulus value of 14 ~ 18 GPa of the zirconium-based alloy is very similar to the elastic modulus value of 15 ~ 30 GPa of the human bone. Consequently, the Sn added zirconium alloy, Zr-7Cu-xSn, is very interesting and attractive as a biomaterial that reduces the stress-shielding effect caused by differences of elastic modulus between human bone and metallic implants. In addition, this material has the potential to be used in metallic dental implants to effectively eliminate artifacts in MRI images due to low magnetic susceptibility.
Cu$_{6}$Sn$_{5}$-dispersed 63Sn-37Pb solder bumps of 760$\mu\textrm{m}$ size were fabricated on Au(0.5$\mu\textrm{m}$)/Ni(5$\mu\textrm{m}$)/Cu(27$\pm$20$\mu\textrm{m}$) BGA substrates by screen printing process, and their shear strength were characterized with variations of dwell time at reflow peak temperature and aging time at 15$0^{\circ}C$ . With dwell time of 30 seconds at reflow peak temperature, the solder bumps with Cu$_{6}$Sn$_{5}$ dispersion exhibited higher shear strength than the value of the 63Sn-37Pb solder bump. With increasing the dwell time longer than 60 seconds, however the shear strength of the Cu$_{6}$Sn$_{5}$-dispersed solder bumps became lower than that the 63Sn-37Pb solder bumps. The failure surface of the solder bumps could be divided into two legions of slow crack propagation and critical crack propagation. The shear strength of the solder bumps was inversely proportional to the slow crack propagation length, regardless of the dwell time at peak temperature, aging time at 150 $^{\circ}C$ and the volume fraction of Cu$_{6}$Sn$_{5}$ dispersion.> 5/ dispersion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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