• 대한금속재료학회지
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• 제48권11호
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• pp.1035-1040
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• 2010

The research efforts on GaN-based light-emitting diodes (LEDs) keep increasing due to their significant impact on the illumination industry. Surface mount technology (SMT) is widely used to mount the LED packages for practical application. In surface mount soldering both the device body and leads are intentionally heated by a reflow process. We studied on the effects of multiple reflows on microstructural variation and joint strength of the solder joints between the LED package and the substrate. In this study, Pb-free Sn-3.0Ag-0.5Cu solder and a finished pad with organic solderability preservatives (OSP) were employed. A $Cu_6Sn_5$ intermetallic compound (IMC) layer was formed during the multiple reflows, and the thickness of the IMC layerincreased with an increasing number of reflows. The shear force decreased after three reflows. From the observation of the fracture surface after a shear test, partially brittle fractures were observed after five reflows.

• 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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• 제28권2호
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• pp.65-70
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• 2021

본 연구에서는 레이저 접합 공정을 이용하여 flame retardant-4 (FR-4) 인쇄회로기판 (printed circuit board, PCB)의 organic solderability preservative (OSP) 표면처리 된 Cu pad와 전자부품을 Sn-57Bi-1Ag 저온 솔더 페이스트로 접합을 한 후 접합부의 계면 특성과 기계적 특성에 대하여 보고 하였다. 레이저 접합 공정은 레이저 파워 및 시간 등을 다르게 진행하여 접합 공정 조건이 접합부의 계면 및 기계적 특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 레이저 접합 공정의 산업적 적용을 위하여 산업적으로 많이 이용되고 있는 리플로우 접합 공정을 이용한 접합부의 특성과도 비교 하였다. 레이저 접합 공정 적용 결과 2, 3 s의 짧은 공정 시간에도 계면에 Cu₆Sn₅ 금속간화합물 (intermetallic compound, IMC)를 생성하여 접합부를 안정적으로 형성함을 확인 하였다. 또한, 리플로우 공정과 비교해 보았을 때 레이저 접합 공정을 적용할 경우 접합부의 보이드 형성이 억제됨을 확인할 수 있었으며 접합부의 전단강도도 리플로우 공정 접합부보다 높은 기계적 강도를 나타냈다. 따라서, 레이저 접합 공정을 적용할 경우 짧은 접합 공정 시간에도 불구하고 안정적인 접합부 형성 및 높은 기계적 강도를 확보할 수 있는 것으로 기대된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제29권3호
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• pp.55-61
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• 2022

본 연구에서는 용융온도가 중온계 무연 솔더인 Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)와 저온계 무연 솔더인 Sn-57Bi-1Ag를 사용하여 형성된 복합 무연 솔더 접합부의 특성에 대하여 보고 하였다. SAC305 솔더볼이 형성된 ball grid array(BGA) 패키지와 Sn-57Bi-1Ag 솔더 페이스트가 도포된 flame retardant-4(FR-4) 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 리플로우 솔더링 공정을 이용하여 복합 무연 솔더 접합부를 형성 하였다. 공정 온도 프로파일을 두 가지 형태로 달리하여 리플로우 솔더링 공정을 진행하였으며 리플로우 솔더링 공정 조건에 따른 계면 반응, 금속간화합물(intermetallic compound, IMC)의 형성, Bi의 확산 거동 등 복합 무연 솔더 접합부 계면 특성을 비교 분석 하였다. 또한, 열 충격 시험을 통하여 리플로우 솔더링 공정에 따른 복합 무연 솔더 접합부의 신뢰성 특성을 비교하고 열 충격 시험 전후 전단 시험을 진행하여 접합부의 기계적 특성 변화를 분석하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제25권2호
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• pp.1-8
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• 2018

In the soldering industry, a variety of lead-free solders have been developed as a part of restricting lead in electronic packaging. Sn-Ag-Cu (SAC) lead-free solder is regarded as one of the most superior candidates, owing to its low melting point and high solderability as well as the mechanical property. On the other hand, the mechanical property of SAC solder is directly influenced by intermetallic compounds (IMCs) in the solder joint. Although IMCs in SAC solder play an important role in bonding solder joints and impart strength to the surrounding solder matrix, a large amount of IMCs may cause poor strength, due to their brittle nature. In other words, the mechanical properties of SAC solder are of some concern because of the formation of large and brittle IMCs. As the IMCs grow, they may cause poor device performance, resulting in the failure of the electronic device. Therefore, new solder technologies which can control the IMC growth are necessary to address these issues satisfactorily. There are an advanced nanotechnology for microstructural refinement that lead to improve mechanical properties of solder alloys with nanoparticle additions, which are defined as nano-reinforced solders. These nano-reinforced solders increase the mechanical strength of the solder due to the dispersion hardening as well as solderability of the solder. This paper introduces the nano-reinforced solders, including its principles, types, and various properties.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권4호
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• pp.87-92
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• 2008

본 논문에서는 Cu위에 Zn를 전기도금 한 후, Sn-3.5Ag 솔더와 반응에 의해서 형성되는 계면의 금속간 화합물의 변화를 관찰하였으며, 그에 따른 계면의 충격 신뢰성을 분석하였다. Sn-3.5Ag 솔더와 Zn 표면층이 반응하는 동안, Zn 표면층은 솔더 내부로 들어가며, 그 양은 Zn의 도금 두께에 비례하였다. 특히, Zn가 솔더 내로 들어가면서, 계면에서 Cu-Sn 금속간화합물을 억제하는 대신, $Cu_5Zn_8$와 $Ag_5Zn_8$이 형성되고, 이로 인해 계면의 충격 신뢰성이 크게 증가하였다. 또한, 솔더 내에 Zn가 약 3.8wt%정도 들어갔을 때 가장 우수한 계면 신뢰성을 유도하였다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제35권3호
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• pp.1-6
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• 2017

The effect of metal turnover (MTO) of electroless Ni plating bath on the brittle fracture behavior of electroless nickel electroless palladium immersion gold (ENEPIG)/Sn-3.0wt%Ag-0.5wt%Cu(SAC305) solder joint was evaluated in this study. The MTOs of the electroless Ni for the ENEPIG surface finish were 0 and 3. As the MTO increased, the interfacial IMC thickness increased. The brittle fracture behavior of the ENEPIG/SAC305 solder joint was evaluated with high speed shear (HSS) test. The HSS strength decreased with increasing the MTO of the electroless Ni bath. The brittle fracture increased with increasing the shear speed of the HSS test. The percentage of the brittle fracture for the 3 MTO sample was much higher than that for the 0 MTO sample.

• Journal of Welding and Joining
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• 제30권5호
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• pp.64-69
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• 2012

Sn-Bi eutectic alloy has been widely used as one of the key solder materials for step soldering at low temperature. The Sn-58Bi solder paste containing chloride flux was adopted to compare with that using the chloride-free flux. The paste was applied on the electroless nickel-immersion gold (ENIG) surface finish by stencil printing, and the reflow process was then performed at $170^{\circ}C$ for 10 min. After reflow, the solder joints were aged at $125^{\circ}C$ for 100, 200, 300, 500 and 1000 h in an oven. The interfacial microstructures were obtained by using scanning electron microscopy (SEM), and the composition of intermetallic compounds (IMCs) was analyzed using energy dispersive spectrometer (EDS). Two different IMC layers, consisting of $Ni_3Sn_4$ and relatively very thin Sn-Bi-Ni-Au were formed at the solder/surface finish interface, and their thickness increased with increasing aging time. The wettability of solder joints was investigated by wetting balance test. The mechanical property of each aging solder joint was evaluated by the ball shear test in accordance with JEDEC standard (JESD22-B117A). The results show that the highest shear force was measured when the aging time was 100 h, and the fracture mode changed from ductile fracture to brittle fracture with increasing aging time. On the other hand, the chloride flux in the solder paste did not affect the shear force and fracture mode of the solder joints.

• 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.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제16권3호
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• pp.11-17
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• 2009

휴대폰 및 휴대기기의 낙하 충격에 대한 관심이 증가되고 있는 상황에서 솔더 볼 접합부의 낙하 충격특성은 패드의 종류와 리플로우 횟수에 영향을 받게 되어 이에 따른 신뢰성 평가가 요구된다. 이와 관련한 평 가법으로 일반적으로는 JEDEC에서 제정한 낙하충격 시험법을 사용하고 있으나 이 방법은 고 비용과 장시간이 소모되는 문제가 있어 본 연구에서는 낙하충격 특성을 간접적으로 평가하는 시험항목인 고속 전단시험을 실시하여 리플로우 횟수에 의해 성장하는 금속간 화합물 층과 OSP(Organic Solderability Preservative), ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold) 및 ENEPIG(Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) 등 표면처리에 따른 고속 전단특성을 비교, 분석하였다. 그 결과 리플로우 횟수가 증가함에 따라 IMC 층의 성장으로 고속 전단강도와 충격 에너지 값은 점차 감소하였다. 리플로우 횟수가 1회일 때는 ENEPIG, ENIG, OSP 순으로 고속 전단강도와 충격 에너지 값이 높았고 8회일 때는 ENEPIG, OSP, ENIG 순으로 충격 에너지 값이 높게 측정되었다.