Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.12
no.1
s.34
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pp.47-52
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2005
Worldwide movement for prohibition of Pb usage drives imminent implementation of Pb-free solders in microelectronic packaging industry. Reliability information of Pb-free solders has not been completely constructed yet. One of the potential reliability concerns of Pb-free solders is allotropic transformation of Sn known as tin pest. Volume increase during the formation of tin pest could deteriorate the reliability of solder joints. It was also reported that the addition of soluble elements (i.e. Pb, Bi, and Sb) into Sn can effectively suppress the tin pest. However, the mechanical properties of the tin pest resistant alloys have not been studied in detail. In this study, lap shear creep test was conducted with Sn and Sn-0.7Cu based solder alloys doped with minor amount of Bi or Sb. Shear strain rates of the alloy were generally higher than those of Sn-3.5Ag based alloys. Rupture strains and corresponding Monkman- Grant products were largest for Sn-0.5Bi alloy and smallest for Sn-0.7Cu-0.5Sb alloy. Rupture surface Sn-0.5Bi alloy showed highly elongated $\beta$-Sn globules necked to rupture by shear stresses, while elongation of $\beta$-Sn globules of Sn-0.7Cu-0.5Sb alloy was relatively smaller.
Reflow soldering characteristics of Sn-3.5Ag and Sn-37Pb balls for BGA(Ball grid Array) were investigated. Diameter of 0.76mm ball was set on a Cu/Ni/Au-coated pad and reflowed in air with changing peak soldering temperature and conveyor speed. Peak temperatures were changed from 240 to 28$0^{\circ}C$ for Sn-3.5Ag, and from 220 to 26$0^{\circ}C$ for Sn-37Pb balls. As results, heights of solder balls increased and widths decreased with peak soldering temperature. Through aging treatment at 10$0^{\circ}C$ for 1.000 hrs, average hardness of Sn-3.5Ag balls bonded at 25$0^{\circ}C$ cecreased from 14.90Hv to 12.83Hv And with same aging conditions, average shear strength of Sn-3.5Ag balls bonded at 26$0^{\circ}C$ decreased from 1727gf to 1650gf.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.10
no.3
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pp.19-27
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2003
Surface finishes of PCB laminates are important in the solder joint reliability of flip chip package because the types and thicknesses of intermetallic compound(IMC), and compositions and hardness of solders are affected by them. In this study, effects of surface finishes of PCB on the low cycle fatigue resistance of Sn-based lead-free solders; Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-XCu(X=0.75, 1.5), Sn-3.5Ag-XBi(X=2.5, 7.5) and Sn-0.7Cu were investigated for the Cu and Au/Ni surface finish treatments. Displacement controlled room temperature lap shear fatigue tests showed that fatigue resistance of Sn-3.5Ag-XCu(X=0.75, 1.5), Sn-3.5Ag and Sn-0.7Cu alloys were more or less the same each other but much better than that of Bi containing alloys regardless of the surface finish layer used. In general, solder joints on the Au/Ni finish showed better fatigue resistance than those on the Cu finish. Cross-sectional fractography revealed microcracks nucleation inside of the interfacial IMC near the solder mask edge, more frequently on the Cu than the Au/Ni surface finish. Macro cracks followed the solder/IMC interface in the Bi containing alloys, while they propagated in the solder matrix in other alloys. It was ascribed to the Bi segregation at the solder/IMC interface and the solid solution hardening effect of Bi in the $\beta-Sn$ matrix.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.13
no.2
s.39
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pp.21-26
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2006
We developed a bonding at low temperature using fine pitch Sn and In bumps, and studied the reliability of the fine pitch In-Sn solder joints. The $30{\mu}m$ pitch Sn and In bumps were joined together at $120^{\circ}C$. A non conductive adhesive (NCA) was applied during solder joining. Thermal cycling test ($0^{\circ}C-100^{\circ}C$, 2 cycles/h) of up to 2000 cycles was carried out to evaluate the reliability of the solder joints. The bondability was evaluated by measuring the contact resistance (Rc) of the joints through the four point probe method. As the content of filler increased, the reliability improved in the solder joints during thermal cycling test because the contact resistance increased little. The filler redistributed the stress and strains from the thermal shock over the entire joint area.
This paper introduces the partial melting process for solder application and characterization of its feasibility using Sn-Ag, and Sn-Cu solder alloys. ill order to show that the liquid phase in the semi-liquid state maintains the similar wettability as single-phase liquid, the wetting balance tests are conducted with varying temperatures and compositions. Also, as a new soldering technology, the microstructural and mechanical test were investigated. The results from this research indicate that the partial melting can yield satisfactory sider joints as long as the liquid phase acquires sufficient chemical activity. At a condition where the partial melting is effective, a direct correlation between the wettability and the surface tension is found to exist.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.20
no.3
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pp.53-57
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2013
Although the lowering of Ag content in Sn-3.0Ag-0.5Cu is known to improve the mechanical shock reliability of the solder joint, it is also known to be detrimental to the solderbility. In this study, the quaternary alloying effect of In and the minor alloying effects of Mn and Pd on the solderability, thermal cycling and mechanical shock reliabilities of the low Ag content Sn-1.2Ag-0.7Cu solder were investigated using board-level BGA packages. The solderability of Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In was proved to be comparable to that of Sn-3.0Ag-0.5Cu but its thermal cycling reliability was inferior to that of Sn-3.0Ag-0.5Cu. While the 0.03 wt% Pd addition to the Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In decreased the solderability and reliabilities of solder joint, the 0.1 wt% Mn addition was proved to be beneficial especially for the mechanical shock reliability compared to those of Sn-3.0Ag-0.5Cu and Sn-1.0Ag-0.5Cu compositions. It was considered to be due that the Mn addition decreased the Young's modulus of low Ag content Pb-free solders.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.18
no.2
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pp.17-27
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2011
This paper describes an experimental study and finite element analysis (FEA) carried out for investigating thermal deformation behavior of solders, resulting from temperature change in the solder. With such a goal in mind, a shear specimen that was composed of two metal bars having different coefficient of thermal expansion and solder blocks placed between two bars was designed and fabricated. Two different types of solder blocks, eutectic solder (Sn/36Pb/ 2Ag) and lead-free solder (Sn/3.0Ag/0.5Cu) were tested as well. Fringe patterns for several temperature steps were recorded and analyzed for three temperature cycles using a real-time moir$\acute{e}$ setup. The experimental data was verified with FEA and used to evaluate the suitability for numerous solder constitutive models available in literatures. FEA employing Anand material model suggested by Darveaux et al. and Chang et al. were found to be in an excellent agreement with the experimental results for the eutectic solder and the lead-free solder, respectively. In addition, numerical predictions on bending displacement, shear strain and viscoplastic distortion energy are documented and viscoplastic deformation behavior of two types of solder material are compared.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.19
no.2
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pp.35-39
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2012
We studied interfacial reaction and bonding characteristics of a flip chip bonding with the viewpoint of formation behavior of intermetallic compounds. For this purpose, Sn-0.7Cu and Sn-3Cu solders were reflowed on the Al/Cu and Al/Ni UBMs. When Sn-0.7Cu was reflowed on the Al/Cu UBM, no intermetallic compounds were formed at the solder/UBM interface. The $Cu_6Sn_5$ intermetallic compounds formed by reflowing Sn-3Cu solder on the Al/Cu UBM were spalled from the interface, resulting in delamination of the solder/UBM interface. On the other hand, the $(Cu,Ni)_6Sn_5$ intermetallic compounds were formed by reflowing of Sn-0.7Cu and Sn-3Cu on the Al/Ni UBM and the interfacial bonding between the Sn-Cu solders and the Al/Ni UBM was kept stable.
The fluxless wetting properties of UBM-coated Si-wafer to the binary lead-free solders(Sn-Ag, Sn-Sb, Sjn-In, Sn0Bi) were estimated by wetting balance method. With the new wettability indices from the wetting curves of one side coated specimen, the wetting property estimation of UBM-coated Si-wafer was possible. For UBM of Si-chip, Au/Cu/Cr UBm was better than au/Ni/TI in the point of wetting time/ At general reflow process temperature, the wettability of high melting point solders(Sn-Sb, Sn-Ag) was better than that of low melting point one(Sn-Bi, Sn-In). The contact angle of the one side coated Si-plate to the solder could be calculated from the force balance equation by measuring the static state force and the tilt angle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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