• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2003년도 기술심포지움 논문집
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• pp.80-83
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• 2003

본 연구에서는 고온 솔더 범프와 저온 솔더 패드를 이용하여 $140^{\circ}C$에서 1분간의 리플로 공정을 통해 접합에 성공하였다. 고온 솔더 범프로 Sn-4.0Ag-0.5Cu 솔더 볼을 사용하였고, 저온 솔더는 In-48Sn $(mp:\;117^{\circ}C)$ 솔더를 기판에 evaporation 방법으로 두께 $20\;{\mu}m$의 패드 형태로 증착하였다. $140^{\circ}C$에서 1분간의 리플로 공정을 통해 칩과 기판을 접합하였으며, 접합 단면을 관찰해 본 결과 저온 솔더가 녹아 고온 솔더에 wetting된 것을 관찰하였다. 이 시편을 상온에서 시효처리를 실시한 결과 시간의 경과에 따라 저온 솔더와 고온 솔더가 상호 확산하여 약 $40\;{\mu}m$였던 확산층의 범위가 점차 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한, 리플로 공정변수에 따른 솔더의 미세구조 변화 및 ball shear strength등의 기계적 특성에 대해 고찰하였다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2003년도 기술심포지움 논문집
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• pp.76-79
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• 2003

본 실험에서는 $S0.7wt\%Cu,\;Sn3.8wt\%Ag0.7wt\%Cu$ solder와 금속층으로서의 좋은 특성을 가지고 있지만 아직 연구 보고 된 적 없는 Pt층과의 리플로 반응에 의해 형성되는 계면금속간화합물의 상 분석을 시도 하였다 또한 솔더내 Cu함량에 따른 계면금속간화합물의 변화에 대하여 연구하기 위해 $Sn1.7wt\%Cu$솔더와 Pt층의 계면반응 현상에 대한 연구도 수행하였다. $Sn0.7(1.7)wt\%Cu$솔더는 순수한 Sn과 Cu를 이용하여 중량비로 제조하였고, $Sn3.8wt\%Ag0.7wt\%Cu$솔더는 솔더페이스트를 사용하였다. 분석은 SEM, EDS, XRD를 이용하였다. 분석 결과 세 가지 무연솔더 모두에서 $PtSn_4$가 계면 금속간화합물로 존재함을 발견하였으며 $1.7wt\%Cu$를 포함한 솔더와 Pt와의 반응에서는 고용도 이상으로 첨가된 Cu에 의해 솔더 내부에 조대한 형상의 $Cu_6Sn_5$가 존재함을 SEM 및 EDS분석을 통하여 발견 하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권3호
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• pp.1-7
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• 2004

주석 도금은 특정 환경하에서 위스커를 발생시키며, 이는 전자부품의 불량을 초래한다. 최근 세계곳곳에서는 환경보호를 위해 "무연"의 사용을 권고하고 있다. 본 논문에서는 두 종류 무연 도금 재료에서 도금 온도와 신뢰성시험 하에서 성장하는 위스커를 평가하였다. 도금 온도가 높아질수록 표면에 형성되는 도금 입자의 크기는 커지고, 위스커의 성장은 작아진다. 또한 온도 순환시험에서 성장한 위스커는 무광택 Sn 도금은 굽은 모양을, 무광택 Sn-Bi에서는 줄무의 모양이 관찰되었고, Sn 도금에 비해 Sn-Bi에서 위스커가 작게 성장하였다. 무광택 Sn 도금된 FeNi42 리드프레임은 TC 300 사이클에서 직경이 $7.0{\~}10.0{\mu}m$이고, 길이가 $25.0{\~}45.0{\mu}m$인 위스커가 성장하였다. 또한 Cu는 300 사이클에서는 표면에 노듈(핵 상태)만이 관찰되었고, 600 사이클에서 길이가 $3.0{\~}4.0{\mu}m$의 위스커로 성장하였다. TC 600 사이클 후 FeNi42는 계면에서 ${\~}0.34{\mu}m$의 얇은 $Ni_3Sn_4$가, Cu에서는 두께가 $0.76{\~}l.14{\mu}m$인 $Cu_6Sn_5$와 ${\~}0.27{\mu}m$의 $Cu_3Sn$ 화합물들이 두껍게 성장하였다. 따라서 FeNi42 리드프레임은 열팽창계수의 차이, Cu에서는 금속간 화합물의 형성이 위스커의 성장에 영향을 미치는 주요 인자이다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제10권3호
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• pp.19-27
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• 2003

플립칩 전자패키지에서 칩과 기판(PCB)를 연결할 때, 통상적으로 칩쪽은 금속패드/UBM 처리를 기판 쪽은 표면처리를 한 후 솔더로 연결하는데, 이 때 사용되는 UBM이나 표면처리에 따라, 칩/솔더, PCB/솔더에 생성되는 금속간 화합물의 종류와 두께 및 솔더의 조성이 변하게 되어 궁극적으로 솔더 접합부의 기계적 신뢰성에 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 Cu와 Au/Ni의 두가지 금속 패드가 무연솔더의 저주기 피로특성에 어떠한 영향을 미치는 지에 대해 고찰해 보았다. 저주기 피로 실험은 Cu나 Au/Ni이 표면처리 된 기판에 무연솔더 (Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-1.5Cu, Sn-3.5Ag-XBi(X=2.5, 7.5), Sn-0.7Cu)를 리플로하여 총변위를 변화시키면서 상온에서 시행하였다. 기판의 표면처리에 관계없이 Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-XCu(X-0.75, 1.5), Sn-0.7Cu 합금이 Sn-3.5Ag-7.5Bi 합금보다 피로저항성이 현격히 좋았으며, Au/Ni 표면처리한 솔더 접합부가 Cu 처리한 경우보다 피로저항성이 뛰어난 것으로 나타났다. 파괴 후 단면을 조사한 결과 계면에 형성된 금속간 화합물 내에 미세균열이 발견되었는데, Cu 표면처리를 사용한 경우 더 많은 미세균열이 생성된 것을 볼 수 있었다. Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-Cu(X=0.75, 1.5), Sn-0.7Cu 합금의 경우 금속간 화합물 내에 생기는 미세 균열이 거시 균열로 성장하지 않고 파단은 항상 솔더 내부로 일어난 반면. Bi를 함유한 솔더의 경우, 기판의 표면처리에 상관없이 금속간 화합물/솔더 계면으로 균열이 생성 진전되어 다른 솔더합금에 비해 열악한 피로저항성을 나타내는 것으로 보인다. 이것은 Bi의 금속간화 합물/솔더 입계 편석이나 Bi 합금이 다른 합금에 비해 높은 경도값을 가지는 것에 인한 것으로 보여 진다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제19권2호
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• pp.17-28
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• 2012

WB-PBGA 패키지를 구성하는 솔더볼 재료나 수지 복합재의 열-기계적 물성치는 온도에 대단히 큰 영향을 받을 뿐 아니라, 온도가 유지되는 시간에도 큰 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 본 논문에서는 무연 솔더 WB-PBGA 패키지의 변형 거동을 신뢰성 있게 해석하기 위하여 재료의 비선형성을 고려한 유한요소 해석을 수행하고 무아레 간섭계 실험결과와 비교하였다. 먼저 수지 복합재의 점탄성 거동을 파악하기 위해 수지 접합재와 패키지 기판으로 구성된 이종접합체를 대상으로 하여 수지 복합재의 온도와 시간에 종속적인 점탄성 거동에 대해 유한요소 해석을 수행하고 결과를 분석하였다. 무연 솔더가 실장된 WB-PBGA의 열-기계적 거동을 파악하기 위하여 솔더는 점소성 물성치를, 수지 복합재는 점탄성 물성치를 적용하여 온도 변화에 따르는 유한요소 변형해석을 수행하여 실험결과와 비교하였다. 결과적으로 패키지의 변형은 수지 복합재의 재료 모델에 따라 대단히 크게 달라지며, 수지 복합재는 온도와 시간에 영향을 받는 점탄성 물성으로 해석해야 함을 알 수 있었다. 본 논문에서와 같은 SAC 계열 무연 솔더 WB-PBGA 패키지의 경우 유리전이 온도가 $135^{\circ}C$ 정도로 비교적 높은 B-type 수지 복합재의 점탄성 물성치를 적용했을 때 상대적으로 신뢰성 있는 해석 결과를 얻을 수 있는 것으로 밝혀졌다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.217-220
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• 2009

Conductive adhesives have been investigated for use in microelectronics packaging as a lead-free solder substitute due to their advantages, such as low bonding temperature. However, high resistivity and poor mechanical behavior may be the limiting factors for the development of conductive adhesives. The metal fillers and the polymer resins provide electrical and mechanical interconnections between surface mount device components and a substrate. As metal fillers used in conductive adhesives, silver is the most commonly used due to its high conductivity and the stability. However the cost of conductive adhesives with silver fillers is much higher than usual lead-free solders and silver has poor electro-migration performance. So, copper can be a promising candidate for conductive filler metal due to its low resistivity and low cost, but oxidation causes this metal to lose its conductivity. In this study, electrically conductive adhesives (ECAs) using surface modified copper fillers were developed. Especially, in order to overcome the problem associated with the oxidation of copper, copper particles were coated with silver, and the silver-coated copper was tested as a filler metal. Especially the effect of silver coating on the electrical resistance just after curing and after aging was investigated. As a result, it was found that the electrical resistance of ECA with silver-coated copper filler was clearly lower and more stable than that of ECA with pure copper filler after curing process. And, during high temperature storage test, the degradation rate of electrical resistance for ECA with silver coated copper filler was quite slower than that for ECA with pure copper filler.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.35.2-35.2
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• 2009

최근 본 연구실에서 무연 솔더를 위한 새로운 Cu-Zn 합금 젖음층을 개발하였다. 전해도금을 통하여 Cu-Zn 합금층을 형성한 뒤 그 위에 Sn-4.0wt% Ag-0.5wt% Cu (SAC 405) 솔더를 리플로 솔더링을 통해 솔더접합부를 형성하였으며 계면에서 생성된 금속간 화합물의 형성 및 성장 거동을 연구하였다. SAC/Cu 시스템의 경우, $150^{\circ}C$에서 시효 처리를 실시하는 동안 솔더와 도금된 Cu 계면에서 $Cu_6Sn_5$ 상과 미세한 공공이 형성된 $Cu_3Sn$ 상이 발견되었다. 반면에 SAC/Cu-Zn 시스템에서는 계면에서 $Cu_6Sn_5$ 상만이 형성되었다. 또한 큰 판상형의 $Ag_3Sn$ 상이 SAC/Cu 시스템에 비해 현저하게 억제되었다. SAC/Cu-Zn 계면에서의 금속간 화합물의 성장 속도가 SAC/Cu 계면에서 형성된 금속간 화합물의 성장 속도보다 느리게 나타났다. Cu-Zn 젖음층의 Zn가 솔더와 Cu-Zn 층 사이에서 Cu와 Sn 원자의 상호 확산을 방해하기 때문이다. 본 연구에서는 Cu와 Cu-Zn 층을 이용한 솔더 접합부의 낙하 충격 신뢰성을 연구하였다. 낙하 충격 시험 시편은 두 개의 인쇄 회로 기판을 SAC 405 솔더볼을 이용하여 리플로를 통해 상호연결 하여 제조되었다. 이 때, 각각의 인쇄 회로 기판의 패드에는 Cu 층과 Cu-Zn층을 전해도금을 통하여 각각 $10{\mu}m$두께의 젖음층을 형성하였다. 낙하 시험 시편을 제조한 뒤, 시효 처리에 대한 낙하 저항 신뢰성의 특성을 연구하기 위해 250, 500 시간동안 시효처리를 한 후 각 조건에서 계면에 형성된 금속간 화합물의 성장 거동을 관찰하였으며, 낙하 충격 시험을 실시하였다. 낙하 시험은 daisy chain으로 연결된 시편의 저항이 100 Ohm 이상 측정되었을 때 중단되도록 하였다. Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 시편의 경우 초기 리플로를 하였을 때 불량이 발생하는 평균 낙하 수는 350이며, Cu/SAC/Cu 시편의 평균 낙하수는 200 미만으로 나타났다. Cu/SAC/Cu 시편의 경우, 시효처리 시간이 증가함에 따라 평균 낙하수는 큰 폭으로 감소하였지만, Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 시편은 불량이 발생하는 평균 낙하수의 감소폭이 보다 완만하게 나타났다. Cu 층에 Zn를 첨가함으로써 솔더와 젖음층 사이에서 형성된 금속간 화합물의 성장 및 미세 공공의 형성이 억제되었고, 솔더 접합부의 과냉을 감소시킴으로써 큰 판상형의 $Ag_3Sn$ 상의 형성을 억제함으로써 Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 솔더 접합부에서 Cu/SAC/Cu 솔더 접합부보다 낙하 충격에 대한 저항성 및 신뢰성이 향상되었다. 이는 무연 솔더에 Zn를 첨가하여 낙하 충격 신뢰성을 향상시킨 것과 동일한 효과를 나타냈음을 확인하였다. 본 연구는 한국 과학 기술 재단의 전자패키지 재료 연구 센터(CEPM)와 지식 경제부의 부품 소재 기술 개발 사업의 지원을 받아 수행되었습니다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제24권12호
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• pp.949-954
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• 2011

In this study, the characteristics and error ranges of the mechanical bonding strength were analyzed according to before and after thermal shock test for various chips of automotive application component using Sn-3.0Ag-0.5Cu solder. In the after thermal shock test, the mechanical bonding strengths tend to decrease, meanwhile decreasing rates of mechanical strengths were less then 12% at specimen's bonding area below 3.5$mm^2$, and were from 17 to 21% at specimen's bonding area above 12 $mm^2$. On the other hand, Specimen's mean deviation rates were about 5% at specimen's bonding area more than 12 $mm^2$. Inversely, at specimen's bonding area is less then 3.5 $mm^2$, mean deviation rates were increased to about 8%. It means that the smaller device size is, the larger mean deviation rate. In addition, error ranges and deviation rates of the mechanical bonding strengths may differ slightly depending on their bonding area. Furthermore, process conditions as well as method of mechanical reliability evaluation should be established to reduce the error ranges of bonding strength.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2005년도 추계학술발표대회 개요집
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• pp.228-230
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• 2005

Sn-8wt%Zn-3wt%Bi (이하, Sn-8Zn-3Bi) 솔더의 장기 신뢰성을 평가하기 위하여 고용고습시험을 행하였다. 고온 고습 시험은 $85^{\circ}C$/85RH 조건에서 1000 시간 동안 하였다. 접합 기판으로는 각각 OSP (Organic Solderability Preservative), Sn 그리고 Ni/Au 처리를 한 PCB(Printed Circuit Board) 패드를 사용하였다. 접합에 사용한 부품은 1608Chip 으로 MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor 이하, 1608C) 와 Chip Resister(이하, 1608R)을 사용하였으며, 이 두 부품의 전극부위에 Sn-10wt%Pb(이하 Sn-l0PB), Sn을 각각 도금하였다. 솔더링 후 1608C 와 1608R의 전단 접합 강도와 솔더링부에서 Zn상의 변화를 관찰하였다. 측정결과, Sn-8Zn-3Bi 솔더의 초기 전단 접합 강도는 기판의 표면처리에 상관없이 약 40N 이었다. 그러나 고온 고습 시험 1000 시간 후에는 기판의 표면처리에 상관없이 약 30N 까지 감소하였다. 하지만 이는 reference인 Sn-37Pb 솔더의 강도값과 거의 유사하며, 이는 Sn-8Bi-3Zn 솔더의 고온 고습 시험 후 전단강도 특성은 기존 유연솔더와 비교하여 동등이상이라고 평가할 수 있다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2000년도 Proceedings of 5th International Joint Symposium on Microeletronics and Packaging
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• pp.74-79
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• 2000

In an attempt to estimate the wetting properties of wettable metal layers by wetting balance method, an analysis of wetting curves of the coating layer was performed. Based on the analysis, wetting properties of UBM-coated Si-plate were estimated by the new wettability indices. The wetting curves of the one and both sides-coated UBM layers have the similar shape and show the similar tendency to the temperature. So the wetting property estimation of one side coating is possible with wetting balance method. For UBM of Si-chip, Cr/Cu/Au UBM is better than Ti/Ni/Au in the point of wetting time. At general reflow temperature, the wettability of high melting point solders(Sn-Sb, Sn-Ag) is better than that of few melting point ones(Sn-Bi, Sn-In).The contact angle of the one side coated plate to the solder can be calculated from the farce balance equation by measuring the static state force and the tilt angle.