• 한국재료학회지
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• 제10권12호
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• pp.853-863
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• 2000

Cu 칩의 Cu 패드 위에 솔더 플립칩 공정에 응용하기 위한 무전해 구리/니켈 UBM (Under Bump Metallurgy) 층을 형성하고 그 특성을 조사하였다. Sn-36Pb-2Ag 솔더 범프와 무전해 구리 및 무전해 니켈 충의 사이의 계면 반응을 이해하고, UBM의 종류와 두계에 따른 솔더 범프 접합(joint) 강도 특성의 변화를 살펴보았다. UBM의 종류에 따른 계면 미세 구조, 특히 금속간 화합물 상 및 형태가 솔더 접합 강도에 크게 영향을 미치는 것을 확인하였다. 무전해 구리 UBM의 경우에는 솔더와의 계면에서 연속적인 조가비 모양의 Cu$_{6}$Sn$_{5}$상이 빠르게 형성되어 파단이 이 계면에서 발생하여 낮은 범프 접합 강도 값을 나타내었다. 무전해 니켈/무전해 구리 UBM에서는 금속간 화합물 성장이 느리고, 비정질로 도금되는 무전해 Ni의 륵성으로 인해 금속간 화합물과의 결정학적 불일치가 커져 다각형의 Ni$_3$Sn$_4$상이 형성되어 무전해 구리 UBM의 경우에 비해 범프 접합 강도가 높게 나타났다. 따라서 무전해 도금을 이용하여 Cu 칩의 Cu pad 위에 솔더 플립칩 공정에 응용하기 위한 UBM 제작시 무전해 니켈/무전해 구리 UBM을 선택하는 것이 접합 강도 측면에서 유리하다는 것을 확인하였다.다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제22권2호
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• pp.47-53
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• 2015

인쇄회로기판 솔더 상부 및 하부 접합부의 서로 다른 표면처리 조건에 따른 Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) 접합부의 열처리 및 전류 인가에 따른 금속간 화합물 성장거동을 비교하기 위하여 in-situ 미세구조분석 및 electromigration (EM) 수명평가를 실시하였다. 솔더 접합 직후, 상부 접합부의 electroless nickel immersion gold (ENIG) 표면처리에서는 $(Cu,Ni)_6Sn_5$, 하부 접합부의 organic solderability preservative (OSP) 표면처리에서는$ Cu_6Sn_5$, $Cu_3Sn$ 금속간 화합물이 접합 계면에서 생성되었다. EM 수명평가 결과 온도 $130^{\circ}C$, 전류밀도 $5.0{\times}10^3A/cm^2$ 하에서 평균파괴시간이 약 78.7 hrs으로 도출되었고, 하부 OSP 표면처리에서 전자가 솔더로 빠져나가는 부분에서 Cu의 소모에 의한 단락이 주 손상기구로 확인되었다. In-situ 주사전자현미경을 통해 계면 미세구조 분석 결과 상부 접합부 ENIG 표면처리에서 전자의 방향에 따른 미세구조의 큰 차이가 없고 뚜렷한 손상이 관찰되지 않았으나, 하부 접합부 OSP 표면처리의 경우 전자가 솔더로 유입되는 부분에서 빠른 Cu 소모로 인한 보이드 성장이 관찰되었다. 따라서, SAC305무연솔더 접합부에서 ENIG 표면처리가 OSP 표면처리보다 보다 우수한 EM확산방지막 역할을 하여 금속간 화합물 성장을 억제하고 보다 우수한 EM 신뢰성을 보이는 것으로 판단된다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2004년도 ISMP Pb-free solders and the PCB technologies related to Pb-free solders
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• pp.233-241
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• 2004

A new alloy definition will be presented concerning increasing demands for the board level reliability of miniaturized interconnections. The damage mechanism for LFBGA components on different board finishes is not quite understood. Further demands from mobile phones are the drop test, characterizing interface performance of different package constructions in relation to decreased pad constructions and therefore interfaces. The paper discusses the characterization of interfaces based on SnPb, SnPbXYZ, SnAgCu and SnAgCuInNd ball materials and SnAgCuInNd as solder paste, the stability after accelerated tests and the description of modified interfaces strictly related to the assembly conditions, dissolution behavior of finishes on board side and the influence of intermetallic formation. The type of intermetallic as well as the quantity of intermetallics are observed, primaliry the hardness, E modules describing the ability of strain/stress compensation. First results of board level reliability are presented after TCT-40/+150. Improvement steps from the ball formulation will be discussed in conjunction to the implementation of lead free materials In order to optimize ball materials for area array devices accelareted aging conditions like TCTs were used to analyze the board level reliability of different ball materials for BGA, LFBGA, CSP, Flip Chip. The paper outlines lead-free ball analysis in comparison to conventional solder balls for BGA and chip size packages. The important points of interest are the description of processability related to existing ball attach procedures, requirements of interconnection properties and the knowledge gained the board level reliability. Both are the primary acceptance criteria for implementation. Knowledge about melting characteristic, surface tension depend on temperature and organic vehicles, wetting behavior, electrical conductivity, thermal conductivity, specific heat, mechanical strength, creep and relaxation properties, interactions to preferred finishes (minor impurities), intermetallic growth, content of IMC, brittleness depend on solved elements/IMC, fatigue resistance, damage mechanism, affinity against oxygen, reduction potential, decontamination efforts, endo-/exothermic reactions, diffusion properties related to finishes or bare materials, isothermal fatigue, thermo-cyclic fatigue, corrosion properties, lifetime prediction based on board level results, compatibility with rework/repair solders, rework temperatures of modified solders (Impurities, change in the melting point or range), compatibility to components and laminates.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2004년도 ISMP Pb-free solders and the PCB technologies related to Pb-free solders
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• pp.211-219
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• 2004

A new alloy definition will be presented concerning increasing demands for the board level reliability of miniaturized interconnections. The damage mechanism for LFBGA components on different board finishes is not quite understood. Further demands from mobile phones are the drop test, characterizing interface performance of different package constructions in relation to decreased pad constructions and therefore interfaces. The paper discusses the characterization of interfaces based on SnPb, SnPbXYZ, SnAgCu and SnAgCuInNd ball materials and SnAgCuInNd as solder paste, the stability after accelerated tests and the description of modified interfaces stric시y related to the assembly conditions, dissolution behavior of finishes on board side and the influence of intermetallic formation. The type of intermetallic as well as the quantity of intermetallics are observed, primaliry the hardness, E modules describing the ability of strain/stress compensation. First results of board level reliability are presented after TCT-40/+150. Improvement steps from the ball formulation will be discussed in conjunction to the implementation of lead free materials. In order to optimize ball materials for area array devices accelareted aging conditions like TCTs were used to analyze the board level reliability of different ball materials for BGA, LFBGA, CSP, Flip Chip. The paper outlines lead-free ball analysis in comparison to conventional solder balls for BGA and chip size packages. The important points of interest are the description of processability related to existing ball attach procedures, requirements of interconnection properties and the knowledge gained the board level reliability. Both are the primary acceptance criteria for implementation. Knowledge about melting characteristic, surface tension depend on temperature and organic vehicles, wetting behavior, electrical conductivity, thermal conductivity, specific heat, mechanical strength, creep and relaxation properties, interactions to preferred finishes (minor impurities), intermetallic growth, content of IMC, brittleness depend on solved elements/IMC, fatigue resistance, damage mechanism, affinity against oxygen, reduction potential, decontamination efforts, endo-/exothermic reactions, diffusion properties related to finishes or bare materials, isothermal fatigue, thermo-cyclic fatigue, corrosion properties, lifetime prediction based on board level results, compatibility with rework/repair solders, rework temperatures of modified solders (Impurities, change in the melting point or range), compatibility to components and laminates.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제14권2호
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• pp.35-40
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• 2007

Sn-8Zn-3Bi 무연 솔더 페이스트의 접합부신뢰성 및 적합성을 평가하기 위해 유(SnPb) 무연(Sn, SnBi)도금된 Cu 리드프레임 QFP(Quad Flat Packager)를 사용하여 열충격 조건 하에서의 인장 강도의 변화 및 파괴 기구에 대한 분석을 실시하였다. 리드 도금의 종류에 상관없이 모든 시험 시편에서 열충격 사이클 수의 증가에 비례하여 접합부의 취성 특성이 강화되어 인장 강도가 감소하는 것을 확인하였다. 하지만, 접합부에는 열팽창 계수의 차이에 의해 야기될 수 있는 미세 균열은 발견되지 않았다. 단면 관찰 및 변위 이력 곡선 분석을 통하여 열충격 사이클 수의 증가에 따른 인강 강도의 감소는 접합부의 파괴 기구의 변화에 기인되었음을 확인하였다. 본 실험을 통해 Sn-3Zn-3Bi 솔더의 유 무연 도금 Cu 리드프레임과의 우수한 작업 특성과 열충격 환경 하에서도 우수한 기계적 접합 특성을 유지하는 것을 확인할 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권4호
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• pp.1-7
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• 2008

본 실험에서는 두가지 리플로 시스템에 따라 솔더 범프 내에 생성되는 금속간 화합물의 성장거동에 대하여 연구하였다. 산화막이 증착된 Si 기판 위에 직류 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 Ti(50 nm), Cu($1{\mu}m$), Au(50 nm), Ti(50 nm)의 박막을 형성한 후, 전해 도금을 이용하여 $5{\mu}m$두께의 Cu 범프와 $20{\mu}m$ 두께의 Sn 범프를 형성하였다. 급속열처리장치(RTA)와 일반 리플로를 이용하여 전해 도금으로 형성된 Sn($20{\mu}m$)/Cu($5{\mu}m$) 범프를 동일한 온도에서 각각 리플로 공정을 진행한 결과, 급속열처리장치를 이용하여 리플로를 할 때, 플럭스를 사용하지 않고 범프로 형성할 수 있었으며, 솔더 계면에 형성된 금속간 화합물이 일반 리플로의 경우보다 더 얇게 형성되었다.

• 한국재료학회지
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• 제24권3호
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• pp.166-173
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• 2014

The effects of printed circuit board electroless nickel immersion gold (ENIG) and organic solderability preservative (OSP) surface finishes on the electromigration reliability and shear strength of Sn-3.5Ag Pb-free solder bump were systematically investigated. In-situ annealing tests were performed in a scanning electron microscope chamber at 130, 150, and $170^{\circ}C$ in order to investigate the growth kinetics of intermetallic compound (IMC). Electromigration lifetime and failure modes were investigated at $150^{\circ}C$ and $1.5{\times}10^5A/cm^2$, while ball shear tests and failure mode analysis were conducted under the high-speed conditions from 10 mm/s to 3000 mm/s. The activation energy of ENIG and OSP surface finishes during annealing were evaluated as 0.84 eV and 0.94 eV, respectively. The solder bumps with ENIG surface finish showed longer electromigration lifetime than OSP surface finish. Shear strengths between ENIG and OSP were similar, and the shear energies decreased with increasing shear speed. Failure analysis showed that electrical and mechanical reliabilities were very closely related to the interfacial IMC stabilities.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제26권3호
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• pp.43-49
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• 2019

본 연구에서는 그래핀 산화(graphene oxide, GO) 분말 복합 Sn-3.0Ag-0.5Cu(in wt.%) 솔더페이스트를 이용한 플렉시블 기판과 SOP(small outline package) 사이의 솔더 접합부의 굽힘 신뢰성 향상에 관한 새로운 접근을 제안하였다. 솔더페이스트에 GO의 첨가는 녹는점에 약간의 영향을 미치었으나 그 차이는 미미한 것으로 나타났다. 한편, GO의 첨가는 리플로우 공정 동안 솔더 접합부의 금속간화합물(intermetallic compound, IMC) 성장과 두께를 억제 할 수 있음을 확인하였다. 더욱이 접합부의 신뢰성에 미치는 영향을 살펴보고자 반복 굽힘 시험을 진행하였으며 GO 분말의 첨가로 솔더 접합부의 반복 굽힘 신뢰성 향상 시킬 수 있었다. 0.2 wt.%의 GO가 첨가된 솔더 접합부의 경우 GO가 첨가되지 않은 경우에 비하여 굽힘 수명은 20% 가량 증가하는 것으로 나타났다. GO가 첨가된 경우 솔더 접합부의 인장 강도와 연성이 증가하게 나타났는데 이러한 GO 첨가에 의한 기계적 특성 향상이 솔더 접합부의 반복 굽힘 신뢰성 향상에 기여한 것으로 추측된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제20권3호
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• pp.45-51
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• 2013

3차원 적층 패키지를 위한 Cu/Sn-3.5Ag 미세범프의 솔더 구조에 따른 금속간화합물 성장거동을 분석하기 위해 솔더 두께가 각각 $6{\mu}m$, $4{\mu}m$인 서로 다른 구조의 미세범프를 $130^{\circ}C$, $150^{\circ}C$, $170^{\circ}C$ 조건에서 실시간 주사전자현미경을 이용하여 실시간 금속간화합물 성장 거동을 분석하였다. Cu/Sn-3.5Ag($6{\mu}m$) 미세범프의 경우, 많은 양의 솔더로 인해 접합 직후 솔더가 넓게 퍼진 형상을 나타내었고, 열처리 시간경과에 따라 $Cu_6Sn_5$ 및 $Cu_3Sn$금속간화합물이 성장한 후, 잔류 Sn 소모 시점 이후 $Cu_6Sn_5$가 $Cu_3Sn$으로 상전이 되는 구간이 존재하였다. 반면, Cu/Sn-3.5Ag($4{\mu}m$) 미세범프의 경우, 적은양의 솔더로 인해 접합 직후 솔더의 퍼짐 현상이 억제 되었고, 접합 직후 잔류 Sn상이 존재하지 않아서 금속간화합물 성장구간이 억제되고, 열처리 시간경과에 따라 $Cu_6Sn_5$가 $Cu_3Sn$으로 상전이 되는 구간만 존재하였다. 두 시편의 $Cu_3Sn$상의 활성화 에너지의 값은 Cu/Sn-3.5Ag($6{\mu}m$) 및 Cu/Sn-3.5Ag($4{\mu}m$) 미세범프가 각각 0.80eV, 0.71eV로 나타났고, 이러한 차이는 반응기구 구간의 차이에 따른 것으로 판단된다. 따라서, 솔더의 측면 퍼짐 보다는 접합 두께가 미세범프의 금속간화합물 반응 기구를 지배하는 것으로 판단된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제18권3호
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• pp.9-17
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• 2011

Nano-composite solders have been studied to improve the properties of Pb-free solder joints. The nanoparticles in the composite solders were carbon nanotubes(CNTs), metals (Ag, Ni, Cr, etc.), ceramics (SiC, $ZrO_2$, $TiB_2$, etc.). To fabricate the nano-composite solders, mechanical mixing methods and in-situ fabrication method has been used for well-dispersed nano phase. The characteristic properties of the nano-composite solders were high creep resistance, low undercooling, low IMC growth rate and fine microstructures. More researches on the nano-composite solders are required to improve the processibility and the reliability of the nano-composite solder joints.