• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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• pp.450-455
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• 2002

Cu-cored Sn-Ag solder balls were fabricated by coating pure Sn and Ag on Cu balls. The melting behavior and the solderability of the BGA joint with the Ni/Au coated Cu pad were investigated and were compared with those of the commercial Sn-Ag and Sn-Ag-Cu balls. DSC analyses clarified the melting of Cu-cored solders to start at a rather low temperature, the eutectic temperature of Sn-Ag-Cu. It was ascribed to the diffusion of Cu and Ag into Sn plating during the heating process. After reflow soldering the microstructures of the solder and of the interfacial layer between the solder and the Cu pad were analyzed with SEM and EPMA. By EDX analysis, formation of a eutectic microstructure composing of $\beta$-Sn, Ag$_3$Sn, ad Cu$_{6}$Sn$_{5}$ phases was confirmed in the solder, and the η'-(Au, Co, Cu, Ni)$_{6}$Sn$_{5}$ reaction layer was found to form at the interface between the solder and the Cu pad. By conducting shear tests, it was found that the BGA joint using Cu-cored solder ball could prevent the degradation of joint strength during aging at 423K because of the slower growth me of η'-(Au, Co, Cu, Ni)$_{6}$Sn$_{5}$ reaction layer formed at the solder, pad interface. Furthermore, Cu-cored multi-component Sn-Ag-Bi balls were fabricated by sequentially coating the binary Sn-Ag and Sn-Bi solders on Cu balls. The reflow property of these solder balls was investigated. Melting of these solder balls was clarified to start at the almost same temperature as that of Sn-2Ag-0.75Cu-3Bi solder. A microstructure composing of (Sn), Ag$_3$Sn, Bi and Cu$_{6}$Sn$_{5}$ phases was found to form in the solder ball, and a reaction layer containing primarily η'-(Au, Co, Cu, Ni)$_{6}$Sn$_{5}$ was found at the interface with Ni/Au coated Cu pad after reflow soldering. By conducting shear test, it was found that the BGA joints using this Cu-core solder balls hardly degraded their joint shear strength during aging at 423K due to the slower growth rate of the η'-(Au, Cu, Ni)$_{6}$Sn$_{5}$ reaction layer at the solder/pad interface.he solder/pad interface.

• 한국재료학회지
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• 제13권2호
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• pp.133-136
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• 2003

Sn-2.5Cu alloy layers were deposited on the Alloy 42 lead-frame substrates by the electroplating method, and their microstructures, adhesion strength, and electrical resistivity were measured to evaluate the applicability of Sn-Cu alloy as a surface finishing material of electronic parts. The Sn-2.5Cu layers were electroplated in the granular form, and composed of pure Sn and Cu$_{6}$Sn$_{5}$ intermetallic compound. Surfaces of the electroplated Sn-2.5Cu layers were rather rough and also the thickness variance was large. The adhesion strength of the Sn-2.5Cu electroplated layers was highly comparable to that of the electroplated Cu alloy layer and the electrical conductivity was about 10 times higher than the pure Sn. After the 20$0^{\circ}C$ 30 min. annealing of the electroplated Sn-2.5Cu layers, the surface roughness was reduced, and adhesion strength and conductivity were improved. These results showed the Sn-Cu alloys can be used as an excellent surface finishing material.ial.

• 대한금속재료학회지
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• 제49권2호
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• pp.180-186
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• 2011

Isothermal annealing and electromigration tests were performed at $125^{\circ}C$ and $125^{\circ}C$, $3.6{\times}10_4A/cm^2$ conditions, respectively, in order to compare the growth kinetics of the intermetallic compound (IMC) in the Cu/thin Sn/Cu bump. $Cu_6Sn_5$ and $Cu_3Sn$ formed at the Cu/thin Sn/Cu interfaces where most of the Sn phase transformed into the $Cu_6Sn_5$ phase. Only a few regions of Sn were not consumed and trapped between the transformed regions. The limited supply of Sn atoms and the continued proliferation of Cu atoms enhanced the formation of the $Cu_3Sn$ phase at the Cu pillar/$Cu_6Sn_5$ interface. The IMC thickness increased linearly with the square root of annealing time, and increased linearly with the current stressing time, which means that the current stressing accelerated the interfacial reaction. Abrupt changes in the IMC growth velocities at a specific testing time were closely related to the phase transition from $Cu_6Sn_5$ to $Cu_3Sn$ phases after complete consumption of the remaining Sn phase due to the limited amount of the Sn phase in the Cu/thin Sn/Cu bump, which implies that the relative thickness ratios of Cu and Sn significantly affect Cu-Sn IMC growth kinetics.

• 한국재료학회지
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• 제9권9호
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• pp.926-931
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• 1999

Sn-3.5g 무연합금을 Cu 및 Alloy42 리드프레임에 납땜접합 (solder joint)하고 미세조직, 젖음성, 전단강도, 시효 효과를 측정하여 비교하였다. Cu의 경우, 땜납의 Sn기지상안에 Ag(sub)3Sn과 Cu(sub)6Sn(sub)5상이, 그리고 땜납/리드프레임의 경계면에는 $1~2\mu\textrm{m}$ 두께의 Cu(sub)6Sn(sub)5 상이 형성되었다. Alloy42의 경우, 기지상내에 낮은 밀도의 $Ag_3Sn$상만이, 그리고 계면에는 $0.5~1.5\mu\textrm{m}$ 두께의 $FeSn_2$이 형성되었다. 한편, Cu에 비해 Alloy42 리드프레임에서 퍼짐면적은 크고 접촉각은 작아 더 우수한 젖음성을 나타내었으나, 전단강도는 35%, 연산율은 75%로 낮았다. $180^{\circ}C$에서 1주일간 시효처리 후, Cu 리드프레임에는 계면 $\eta-Cu_6Sn_5$ 층외에 $\xi-Cu_3Sn$층이 성장하였고, Alloy42 리드프레임에는 기지상내에 $Ag_3Sn$이 구형으로 조대하게 성장하였고, 계면에는$FeSn_2$층만이 약 $1.5\mu\textrm{m}$로 성장하였다.

• 한국결정성장학회지
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• 제28권3호
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• pp.130-134
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• 2018

솔더(solder) 재료는 수 천년 이상 인류 문명과 함께해온 대표적인 금속 합금으로서 현재까지도 전자 패키징(electronic packaging) 및 표면 실장(SMT, surface mount technology) 분야의 핵심 소재로 사용되고 있다 그러나 최근 Ag 가격의 급격한 상승과 전자산업의 저가격화 전략으로 인해 솔더 재료에서의 Ag 함량의 감소가 지속적으로 요구되고 있다. 본 연구에서는 Sn-3.0Ag-0.5Cu, Sn-0.7Cu 및 Sn-0.3Ag-0.5Cu(weight%) 조성의 무연납 솔더바 샘플을 주조법으로 합금화 하였다. 제조한 Sn-3.0Ag-0.5Cu, Sn-0.7Cu 및 Sn-0.3Ag-0.5Cu 샘플에 대한 결정구조, 화학조성 및 미세구조를 XRD, XRF, 광학현미경, FE-SEM 및 EDS 분석을 이용하여 조사하였다. 분석결과, 제조된 샘플은 ${\beta}-Sn$, ${\varepsilon}-Ag_3Sn$ 및 ${\eta}-Cu_6Sn_5$ 결정으로 구성되어 있었을 확인할 수 있었다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2003년도 기술심포지움 논문집
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• pp.110-113
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• 2003

여러가지 Sn-Ag-Cu 솔더조성과 솔더링 후의 냉각속도에 따라 솔더링 접합부에서의 계면 미세조직의 다양한 변화를 관찰해 보았다. 현재까지 Sn-Ag-Cu 3원계 공정점에 대한 정확한 연구가 미흡하고, 상용으로 제품화되고 있는 Sn-Ag-Cu 합금계는 3원계 공정조성에서 약간 벗어난 조성들을 선택하고 있다고 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서 사용한 Sn-Ag-Cu 합금 조성은 Sn-3.5Ag, Sn-3Ag-0.7Cu, Sn-3Ag-1.5Cu, Sn-3.7Ag-0.9Cu, Sn-6Ag-0.5Cu로 선택하였으며, 각 조성에서 Lap Shear Joint를 제조하였다. 사용한 Solder pad는 Cu pad와 Cu pad 위에 Au/Ni를 plating한 것을 이용하였다. 리플로우 솔더링 조건은 $250^{\circ}C$ 이상의 온도에서 60초 실시하였으며, 리플로우 솔더링 후의 냉각속도를 달리하여 냉각시켰다. 솔더링 후의 냉각속도가 느려질수록 계면 금속간화합물(IMC)의 두께가 더욱 증가하며, 조대화되었다. 또한 솔더 조성의 영향에서 Cu와 Ag의 함량이 높을수록 계면 IMC의 두께가 증가되었으며, 이는 솔더내부에 형성된 IMC 입자들이 조대화되어 계면 IMC층에 결합되어 나타났기 때문이다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제16권4호
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• pp.9-15
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• 2009

Cu pillar 범프를 사용한 플립칩 기술은 솔더범프를 사용한 플립칩 공정에 비해 칩과 기판 사이의 거리를 감소시키지 않으면서 미세피치 접속이 가능하다는 장점이 있다. Cu pillar 범프를 사용한 플립칩 공정은 미세피치화와 더불어 기생 캐패시턴스를 억제하기 위해 칩과 기판 사이에 큰 거리가 요구되는 RF 패키지에서도 유용한 칩 접속공정이다. 본 연구에서는 Sn 캡을 형성한 Cu pillar 범프와 Sn 캡이 없는 Cu pillar 범프를 전기도금으로 형성한 후 플립칩 접속하여 Cu-Sn-Cu 샌드위치 접속구조를 형성하였다. Cu pillar 범프 상에 Sn 캡의 높이를 변화시키며 전기도금한 후, Sn 캡의 높이에 따른 Cu-Sn-Cu 샌드위치 접속구조의 접속저항과 칩 전단하중을 분석하였다. 직경 $25\;{\mu}m$, 높이 $20\;{\mu}m$인 Cu pillar 범프들을 사용하여 형성한 Cu-Sn-Cu 샌드위치 접속구조에서 $10{\sim}25\;{\mu}m$ 범위의 Sn 캡 높이에 무관하게 칩과 기판 사이의 거리는 $44\;{\mu}m$으로 유지되었으며, 접속부당 $14\;m{\Omega}$의 평균 접속저항을 나타내었다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2006년도 춘계 학술대회 개요집
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• pp.30-32
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• 2006

The interfacial reaction and reliability of eutectic Sn-Pb and Pb-free eutectic Sn-Ag ball-grid-array (BGA) solders with an immersion Ag-plated Cu substrate were evaluated following isothermal aging at $150^{\circ}C$. During reflowing, the topmost Ag layer was dissolved completely into the molten solder, leaving the Cu layer exposed to the molten solder for both solder systems. A typical scallop-type Cu-Sn intermetallic compound (IMC) layer was formed at both of the solder/Cu interfaces during reflowing. The thickness of the Cu-Sn IMCs for both solders was found to increase linearly with the square root of isothermal aging time. The growth of the $Cu_3Sn$ layer for the Sn-37Pb solder was faster than that for the Sn-3.5Ag solder, In the case of the Sn-37Pb solder, the formation of the Pb-rich layer on the Cu-Sn IMC layer retarded the growth of the $Cu_6Sn_5$ IMC layer, and thereby increased the growth rate of the $Cu_3Sn$ IMC layer. In the ball shear test conducted on the Sn-37Pb/Ag-plated Cu joint after aging for 500h, fracturing occurred at the solder/$Cu_6Sn_5$ interface. The shear failure was significantly related to the interfacial adhesion strength between the Pb-rich and $Cu_6Sn_5$ IMC layers. On the other hand, all fracturing occurred in the bulk solder for the Sn-3.5Ag/Ag-plated Cu joint, which confirmed its desirable joint reliability.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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• pp.481-486
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• 2002

We have investigated the effects of plating materials for Cu lead (Sn-lOPb, AwPdJNi, Sn-3.5Ag, Sn-3Bi and Sn-0.7Cu) on properties of QFP joints using a Sn-8Zn-3Bi solder. The results were compared with the joints using Sn-3. 5Ag-0. 7Cu and Sn-37Pb solders. As a result, the joints with the Sn-3.5Ag, Sn-3Bi and Sn-0.7Cu plated Cu lead had the reliability comparable to those of the Sn-3.5Ag-0.7Cu and Sn-37Pb soldered joints with respect to the joint strength after the high temperature holding tests at 348K to 423k. In particular, the joint with the Sn-3.5Ag plated Cu lead had the best reliability. This is caused by the low growth rate of a Cu-Sn interfacial reaction layer that degrades the joint strength of the soldered joints. Consequently, the Sn-3.5Ag plating was found to be most feasible plating for the Sn-8Zn-3Bi soldered joint.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2003년도 기술심포지움 논문집
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• pp.76-79
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• 2003

본 실험에서는 $S0.7wt\%Cu,\;Sn3.8wt\%Ag0.7wt\%Cu$ solder와 금속층으로서의 좋은 특성을 가지고 있지만 아직 연구 보고 된 적 없는 Pt층과의 리플로 반응에 의해 형성되는 계면금속간화합물의 상 분석을 시도 하였다 또한 솔더내 Cu함량에 따른 계면금속간화합물의 변화에 대하여 연구하기 위해 $Sn1.7wt\%Cu$솔더와 Pt층의 계면반응 현상에 대한 연구도 수행하였다. $Sn0.7(1.7)wt\%Cu$솔더는 순수한 Sn과 Cu를 이용하여 중량비로 제조하였고, $Sn3.8wt\%Ag0.7wt\%Cu$솔더는 솔더페이스트를 사용하였다. 분석은 SEM, EDS, XRD를 이용하였다. 분석 결과 세 가지 무연솔더 모두에서 $PtSn_4$가 계면 금속간화합물로 존재함을 발견하였으며 $1.7wt\%Cu$를 포함한 솔더와 Pt와의 반응에서는 고용도 이상으로 첨가된 Cu에 의해 솔더 내부에 조대한 형상의 $Cu_6Sn_5$가 존재함을 SEM 및 EDS분석을 통하여 발견 하였다.