• 대한금속재료학회지
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• 제48권3호
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• pp.248-255
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• 2010

The effect of various alloying elements and melt treatment on the microstructural control of Al-Sn metallic bearing alloy was investigated. The thickness of tin film crystallized around primary aluminum decreased with the addition of 5% Cu in Al-Sn alloy, with tin particles being reduced in size by intervening the Ostwald ripening. With the addition of Si in Al-10%Sn alloy, the tin particles were crystallized with eutectic silicon, resulting in uniform distribution of tin particles. With the addition of Cu and Si in Al-Sn alloy, both the tensile strength and yield strength increased, with the increasing rate of yield strength being less than that of tensile strength. Although the Al-10%Sn-7%Si alloy has similar tensile strength compared with Al-10%Sn-5%Cu, the former showed superior abrasion resistance, resulting from preventing the tin particles from movement to the abrasion surface.

• Corrosion Science and Technology
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• 제6권2호
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• pp.50-55
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• 2007

The smaller size and higher integration of advanced electronic package systems result in severe electrochemical reliability issues in microelectronic packaging due to higher electric field under high temperature and humidity conditions. Under these harsh conditions, electronic components respond to applied voltages by electrochemical ionization of metal and the formation of a filament, which leads to short-circuit failure of an electronic component, which is termed electrochemical migration. This work aims to evaluate electrochemical migration susceptibility of the pure Sn, Sn-3.5Ag, Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloys in $Na_{2}SO_{4}$. The water drop test was performed to understand the failure mechanism in a pad patterned solder alloy. The polarization test and anodic dissolution test were performed, and ionic species and concentration were analyzed. Ag and Cu additions increased the time to failure of Pb-free solder in 0.001 wt% $Na_{2}SO_{4}$ solution at room temperature and the dendrite was mainly composed of Sn regardless of the solders. In the case of SnAg solders, when Ag and Cu added to the solders, Ag and Cu improved the passivation behavior and pitting corrosion resistance and formed inert intermetallic compounds and thus the dissolution of Ag and Cu was suppressed; only Sn was dissolved. If ionic species is mainly Sn ion, dissolution content than cathodic deposition efficiency will affect the composition of the dendrite. Therefore, Ag and Cu additions improve the electrochemical migration resistance of SnAg and SnAgCu solders.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제9권1호
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• pp.21-28
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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 합금 조성으로 판단된다. 이 합금은 융점이 $220^{\circ}C$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.

• 한국재료학회지
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• 제11권5호
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• pp.405-412
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• 2001

본 연구에서는 $360^{\circ}C$ 물 및 $360^{\circ}C$, 70ppm LiOH 수용액 분위기의 static autoclave를 이용하여 새롭게 개발한 Zr 신합금 (Zr-0.4Nb-0.8Sn-xFeCrMn, Zr-0.2Nb-1.1Sn-xFeCrMn, Zr-1.0Nb-xFeCu) 의 부식 특성을 평가하였다. 합금의 미세구조를 광학현미경과 TEM을 이용하여 관찰하였고, 부식시험 중에 생성된 산화막은 SEM과 XRD를 이용하여 단면 및 결정구조를 조사하였다. 부식시험 결과, 3종의 합금 모두 $360^{\circ}C$ 물 분위기보다 $360^{\circ}C$, 70ppm LiOH 수용액 분위기에서의 부식저항성이 감소하였으며 특히, High Nb 합금의 경우 급격한 가속 부식현상을 나타내었다. 합금원소 첨가량과 관련하여 Nb의 함량을 고용도 이내로 줄이고 Sn을 적절히 첨가한 조성의 합금이 Sn을 첨가하지 않고 고용도 이상의 Nb을 가진 합금보다 우수한 부식저항성을 나타내었다. 또한 최종열처리가 부식에 미치는 영향의 경우에, 완전재결정 조직의 합금이 부분재결정 조직을 가진 합금보다 부식저항성이 감소되었는데 이는 기지조직에서 석출하늘 제 2상의 크기 및 분포에 의한 영향으로 사료된다.

• 한국재료학회지
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• 제8권9호
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• pp.807-812
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• 1998

Sn-Bi-X(X:2Cu, 2Sb, 5In) 계 땜납과 Cu 기판과의 계면반응 및 기계적성질에 대하여 고찰하였다. Cu판과 땜납의 접합부는 $100^{\circ}C$에서 60일까지 열처리하여 광학현미경, SEM, EDS,분석을 통하여 시효처리에 따른 미세조직과 계면반응을 분석하였으며, 인장강도 및 연신율은 제조된 시편을 30일까지 열처리 한 후 0.3mm $\textrm{min}^{-1}$로 인장하여 시험하였다. 미세조직 분석결과 Cu의 첨가로 미세조직이 미세화 됨을 알 수 있으며, 계면에 형성된 화합물은 첨가원소에 따라 다르게 나타났다. 인장시험 결과 열처리 초기에는 땜납쪽에서의 파괴가 발생하였으나 열처리 시간이 증가하면서 계면반응층고 땜납의 계면에서 파괴가 발생하였다. 열처리에 따른 인장강도는 Cu를 첨가한 경우에 가장 높은 값을 나타냈다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2001년도 추계 기술심포지움
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• pp.141-145
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• 2001

Sn-3.5Ag 무연 솔더에 Cu를 첨가한 3원계 합금을 만든 후 압연과 열처리한 후 크리프 특성을 연구하였다. 모든 솔더 합금에서 1차 크리프는 거의 관찰되지 않았으며, 2차와 3차 크리프가 대부분을 차지하였고, 최소 크리프 변형율은 Cu 함량이 0.75 wt %에서 최소이었고, 응력 지수는 약 4이었으며, 파단 시간 또한 0.75 wt% Cu에서 가장 길었다. 크리프 기구는 격자 확산에 의한 전위의 상승과 전위 활주에 의한 고온 크리프임을 앞 수 있었으며, Cu의 첨가는 1 wt% 가지 연성에 큰 영향을 주지 않았으나, 1.5 wt% 첨가했을 경우 연성은 크게 감소하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제8권3호
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• pp.37-42
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• 2001

지금 까지 전자패키지 접합에 사용되어온 Sn/37Pb 솔더는 낮은 용융온도와 우수한 물리적 특성, 그리고 저렴한 가격 등으로 널리 사용되었다. 그러나 납의 독성으로 인한 환경문제와 인체 유해성이 문제화되면서 이를 대체할 무연솔더의 요구가 시급한 실정이다. 또한 제품의 소형화에 따른 접합부의 미세화로 인한 접합부신뢰성이 요구되고 있다. 본 연구에서는 현재 Sn/37Pb 솔더를 사용하여 제품에 사용되고 있는 48 $\mu$BGA 패키지를 사용하여 Sn/Ag 계열 의 두 무연솔더인 Sn/3.5Ag/0.75Cu와 Sn/2.0Ag/0.5Cu/2.0Bi를 접합하여 장기신뢰성을 시효처리를 통하여 제시하였다. 시효처리는 $130^{\circ}C$, $150^{\circ}C$, $170^{\circ}C$ 온도에서 각각 300, 600, 900 시간동안 하였으며, 시효처리에 따른 전단강도와 각 솔더의 활성화에너지를 구하여 Sn/37Pb 솔더와 비교하였다. 두 무연솔더의 시효강도는 Sn/37Pb 솔더 보다 우수하였으며, 시효처리에 따라 형성된 솔더내부의 금속간화합물의 형상으로부터 균열의 성장과 형성에 대하여 논하였다. 이런 실험결과들로부터 두 무연솔더의 장기신뢰성 측면에서 대체가능성을 제시하였다.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제16권7호
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• pp.919-926
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• 2002

In this study, the numerical prediction of the thermal fatigue lie? of a $\mu$BGA (Micro Ball Grid Array) solder joint was focused. Numerical method was performed using the three-dimensional finite element analysis for various solder alloys such as Sn-37%Pb, Sn-3.5%Ag, Sn-3.5%Ag-0.7%Cu and Sn-3.5%Ag-3%In-0.5%Bi during a given thermal cycling. Strain values obtained by the result of mechanical fatigue tests for solder alloys, were used to predict the solder joint fatigue life using the Coffin-Manson equation. The numerical results showed that Sn-3.5%Ag with the 50-degree ball shape geometry had the longest thermal fatigue life in low cycle fatigue. A practical correlation for the prediction of the thermal fatigue life was also suggested by using the dimensionless variable γ. Additionally Sn-3.5Ag-0.75Cu and Sn-2.0Ag-0.5Cu-2.0Bi were applied to 6$\times$8$\mu$BGA obtained from the 63Sn-37Pb Solder. This 6$\times$8$\mu$BGA were tested at different aging conditions at 130$\^{C}$, 150$\^{C}$, 170$\^{C}$ for 300, 600 and 900 hours. Thickness of the intermetallic compound layer was measured thor each condition and the activation energy thor their growth was computed. The fracture surfaces were analyzed using SEM (Scanning Electron Microscope) with EDS ( Energy Dispersive Spectroscopy).

• Journal of Welding and Joining
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• 제16권3호
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• pp.157-166
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• 1998

Recently as environmental pollution caused by Pb has posed a serious threat to the global environment, the trend to regulate the usage of Pb in electronic industry is one the rise. Currently, the solder alloy with high Pb content, Sn-37%Pb, is utilized in the electronic assembly therefore, the objective of this study is to develop an alternative solder alloy for the existing Sn-37%Pb solder alloy. First thing, this work choosed Sn-5%Pb-1.5%Ag, Sn-5%Pb-1.5%Ag-x%Bi(x=1~5%) for candidate solder alloys, and examined their properties such as melting range, wettability, microhardness, tensile property, oxidation behavior and microstructure. Wettability was on the same level of Sn-37%Pb. Dissolution of Pb ion in Sn-5%Pb solder was 0.46ppm. This solder alloy revealed cellular dendrite microstructure $\beta$-Sn matrix, Pb-rich phase, Ag/Sn, and Cu/Sn Intermetallic compounds. The range of solidification temperature was within 3$0^{\circ}C$. Also these alloy displayed higher tensile strength and lower elongation than Sn-37%Pb. The resistance of oxidation in Sn-5%Pb-1.5%Ag solder alloy was superior to that of Sn-37%Pb solder alloy. But that of Sn-5%Pb-1.5%Ag-5%Bi solder alloy was equal to that of Sn-37%Pb solder alloy.

• 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.