Three different kinds of substrate used in this study : bare Cu, electroless Ni/Cu substrate with a Nilayer thickness of $5\mu\textrm{m}$, immersion Au/electroless Ni/Cu substrate with the Au and Ni layer of $0.15\mu\textrm{m}$ and $5\mu\textrm{m}$ thickness, respectively. The wettability and interfacial tension between various substrate and Sn-3.5Ag solder were examined as a function of soldering temperature, types of flux. The wettability of Sn-3.5Ag solder increased with soldering temperature and solid content of flux. The wettability of Sn-3.5Ag solder was affected by the substrate metal finish used, i.e., nickel, gold and copper. Intermetallic compound formation between liquid solder and substrate reduced the interfacial energy and decreased wettability.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.29
no.2
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pp.1-10
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2022
Recently, semiconductor devices have been used in many fields owing to various applications of mobile electronics, wearable and flexible devices and substrates. During the semiconductor chip bonding process, the mismatch of coefficient of therm al expansion (CTE) between the substrate and the solder, and the excessive heat applied to the entire substrate and components affect the performance and reliability of the device. These problems can cause warpage and deterioration of long-term reliability of the electronic packages. In order to improve these issues, many studies on low-melting temperature solders, which is capable of performing a low-temperature process, have been actively conducted. Among the various low-melting temperature solders, such as Sn-Bi and Sn-In, Sn-58Bi solder is attracting attention as a promising low-temperature solder because of its advantages such as high yield strength, moderate mechanical property, and low cost. However, due to the high brittleness of Bi, improvement of the Sn-Bi solder is needed. In this review paper, recent research trends to improve the mechanical properties of Sn-Bi solder by adding trace elements or particles were introduced and compared.
Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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2000.04a
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pp.73-73
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2000
Shear strength of BGA solder joints on Cu pad was studied for Cu-contained Sn n.5 a and 2.5wt.% Cu) and Sn-Pb (o.5wt.% Cu) solders, with emphasis on the roles of the C Cu-Sn intermetallic layer thickness and the roughness of the interface between the i intermetallic layer and solder. The shear strength test was performed both for a as-soldered s이der joints with soldering reaction times of 1, 2, 4 min and for aged s이der j joints at 170 C up to 16 days. The Cu addition to both pure Sn and eutectic Sn-Pb s solders increased the intermetallic layer thickness at both soldering and aging t temperatures. The Cu addition also resulted in changes in the roughness of the interface b between the intermetallic layer and solder at as-soldered states. With increasing Cu c content. the interface roughened for Sn-Cu solders whereas it flattened for Sn-Pb-Cu s solders. The shear fractures in all solder joints investigated were confined in the bulk s solder rather than through the intermetallic layer. Therefore, the effect of Cu content in s solders on the shear strength of the solder joints was primarily attributed to its i influence on the micros$\sigma$ucture of bulk solder, such as the size and spatial distributions of CU6Sn5 precipitates. In addition, the critical intermetallic layer thickness for a m maximum shear strength seemed to depend on the Cu content in bulk solder.older.
Sn-3.0Ag-0.5Cu lead fee solder was generally utilized in electronics assemblies. But it is insufficient to research about activation energy(Q) that is applying to evaluate the solder joint reliability of environmental friendly electronics assemblies. Therefore this study investigated Q values which are needed to IMC formation and growth of Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu and Sn-40pb/Cu solder joints during aging treatment. We bonded Sn-3.0Ag-0.5Cu and Sn-40Pb solders on FR-4 PCB with Cu pad$(t=80{\mu}m)$. After reflow soldering, to observe the IMC formation and growth of the solder joints, test specimens were aged at 70, 150 and $170^{\circ}C$ for 1, 2, 5, 20, 60, 240, 960, 15840, 28800 and 43200 min, respectively. SEM and EDS were utilized to analysis the IMCS. From these results, we measured the total IMC$(Cu_6Sn_5+Cu_3Sn)$ thickness of Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu and Sn-40Pb/Cu interface, and then obtained Q values for the IMC$(Cu_6Sn_5,\;Cu_3Sn)$ growth of the solder joints.
The effective charge number and the critical current density of electromigration in eutetic SnPb and Pb Free $(SnAg_{3.8}Cu_{0.7)$ flip chip solder bumps are studied. The effective charge number of electromigration in eutectic SnPb solder is obtained as 34 and the critical current density is $j=0.169{\times}({\delta}_{\sigma}/{\delta}_x})\;A/cm^2,\;where\;({\delta}_{\sigma}/{\delta}_x})$ is the electromigration-induced compressive stress gradient along the length of the line. While the effect of electromigration in Pb free solder is much smaller than that in eutectic SnPb, the product of diffusivity and effective charge number $DZ^{\ast}$ has been assumed as $6.62{\times}10^{-11}$. The critical length for electromigration are also discussed.
In electronic industry, the trend of future electronics will be flexible, bendable, wearable electronics. Until now, there is few study on bonding technology and reliability of bonding joint between chip with micro solder bump and flexible substrate. In this study, we investigated joint properties of Si chip with eutectic Sn-58Bi solder bump on Cu pillar bump bonded on flexible substrate finished with ENIG by flip chip process. After flip chip bonding, we observed microstructure of bump joint by SEM and then evaluated properties of bump joint by die shear test, thermal shock test, and bending test. After thermal shock test, we observed that crack initiated between $Cu_6Sn_5IMC$ and Sn-Bi solder and then propagated within Sn-Bi solder and/or interface between IMC and solder. On the other hands, We observed that fracture propated at interface between Ni3Sn4 IMC and solder and/or in solder matrix after bending test.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2000.07a
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pp.640-644
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2000
The microstructure, wettability, shear strength and aging effect of Sn-3.5Ag/Cu and Alloy42 lead-frame solder joints were measured for comparison. In the case of Sn-3.5Ag/Cu, Ag$_3$Sn and Cu$\sub$6/Sn$\sub$5/ phases in the matrix Sn and 1∼2$\mu\textrm{m}$ thick Cu$\sub$6/Sn$\sub$5/ Phase at the interface of solder/lead-frame were formed. In the case of Sn-3.5AAg/A11oy42, only Ag$_3$Sn Phase of low density in the matrix Sn and 0.5∼1.5$\mu\textrm{m}$ thick FeSn$_2$phase at the interface of solder/lead-frame were formed. Comparing to Cu, Alloy42 shear strength of Alloy 42 solder joints was smaller than that of Cu and all declined after aging. After aging at 180$^{\circ}C$ for 1 week, η-Cu$\sub$6/Sn$\sub$5/ layer was formed on Cu lead-frame, while AgSn$_3$ phase in the matrix and thickened FeSn$_2$at the interface were formed on Alloy42 lead-frame.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.14
no.4
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pp.21-25
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2007
In this study, the properties of Sn-0.7wt%Cu-Xwt%Re(X=$0.01{\sim}1.0$) older were investigated by using DSC(differential scanning calorimetry), wetting balance, victors hardness and tensile testers. The melting temperature of solder was increased with increasing the contents of rare earth element, and the melting temperature range of Sn-0.7Cu-($0.01{\sim}1.0$)Re solder was $233.9{\sim}234.7^{\circ}C$. The wettability with Sn-0.7Cu-0.1Re solder was higher than that of Sn-0.7Cu-0.01Re and Sn-0.7Cu-1.0Re solders, and the wettability of Sn-0.7Cu-0.1Re solder was higher than that of Sn-0.7wt%Cu-0.01w%P solder. Also, the hardness and tensile strength of solder were increased with increasing the contents of rare earth element.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.15
no.4
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pp.217-220
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2014
We studied the plating properties of Sn-Pb solder according to the shape of the Cu wire's cross-section for photovoltaic ribbon. The thickness of the Sn-Pb layer largely decreased to 29% on a curved Cu surface, compared to a flat Cu surface. This phenomenon is caused by the geometrical decrease in the contact angle of the liquid Sn-Pb solder and an increase in the surface energy of the solid/vapor on the curved Cu surface. We suggest a new ribbon's design where the Cu wire's cross-section is a semi-ellipse. These semi-ellipse ribbons can decrease the use of Sn-Pb solder to 64% and increase the photovoltaic efficiency, by reducing the contact area between the ribbon and cell, to 84%. We also see an improvement of reflectivity in the curved surface.
The object of this study is to estimate Sn-Ag-Bi-Ga solder alloy as a substitute for Sn-37Pb alloy. For Sn-Ag-Bi-Ga alloys, Ag, Bi and Ga contents are varied. (Ag : 1~5%, Ga : 3%, Bi : 3~6%) Comparing to Sn-37Pb alloy Sn-Ag-Bi-Ga alloys have wider melting temperature range up to max. $18.7^{\circ}C$. With increasing Ag, Bi contents, the wettability of the alloys increased up to max. 6.6 mN. The vickers hardness of the alloys was max. 46.4 Hv. The ultimate tensile stress of the alloys was max. 60.3 MPa and the elongation was max. 1.2%. The joint strength between circuit board and solder was max. 55.5 N and the joint strength between connector and solder was max. 176.1 N. There were no cracks in this alloys after thermal shock test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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