• Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
• /
• 2003.11a
• /
• pp.114-117
• /
• 2003

본 연구에서는 계산을 통해 나온 Sn-Ag-Cu 삼원계 공정점(Sn-3.7Ag-0.9Cu)을 바탕으로 그 근처의 응고경로가 다른 6가지 조성(Sn-4.6Ag-0.4Cu, Sn-4.9Ag-1.0Cu, Sn-3.9Ag-1.3Cu, Sn-2.2Ag-1.2Cu, Sn-2Ag-0.7Cu, Sn-2.7Ag-0.3Cu)에 대한 솔더합금의 미세조직을 관찰하였다. 응고경로는 $L\;\rightarrow\;L+Primary\;\rightarrow\;L+Primary+Secondary\;\rightarrow\;Ternary\;Eutectic+Primary+Secondary$로 되며 6가지 경우를 예상할 수 있다 솔더합금의 미세조직은 느린 냉각으로 인하여 빠른 냉각, 보통 냉각에 비해 상대적으로 커다란 $\beta-Sn$ dendrite를 보였고 $Ag_3Sn,\;Cu_6Sn_5$과는 다르게 $\beta-Sn$는 약 $30^{\circ}C$의 과냉(DSC분석)이 존재하게 되어 Sn-4.6Ag-0.4Cu의 경우에는 $Ag_3Sn$상이, Sn-2.2Ag-1.2Cu의 경우에는 $Cu_6Sn_5$가 과대성장을 하였다. 솔더의 기계적 특성을 살펴보고자 Cu 기판위에서 각 조성의 솔더볼을 솔더링한 후 다양한 냉각 속도를 적용하여 reflow 솔더링을 하고 솔더/기판 접합에 대한 전단 강도 시험을 실시했다. 냉각 속도가 빠를수록 $\beta-Sn$의 dendrite가 미세해져서 높은 전단 강도를 보였고 6가지 조성의 솔더볼중 공정조직 분율이 낮은 Sn-2Ag-0.7Cu 조성의 경우에서 낮은 전단 강도가 나타났다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
• /
• v.16 no.1
• /
• pp.33-38
• /
• 2009

The use of portable devices has created the need for new reliability criterion of drop impact tests because of the tendency to accidentally drop in the use of these devices. The effects of different PCB surface finishes (organic solderability preservative (OSP) and electroless nickel immersion gold (ENIG)) and high temperature storage (HTS) test on the drop reliability were studied. Various drop test conditions were used to evaluate a drop reliability of assemblies to endure such impact and shock load. In the case of the as-reflowed samples (no HTS test), the SAC/OSP boards exhibited a better drop impact reliability than that of SAC/ENIG. However, the reverse was true if HTS test is performed. In addition, significant decrease of drop reliability was observed for both SAC/ENIG and SAC/OSP assemblies after HTS test. It was also observed that the thickness of intermetallic compound layer do play an important role in the brittle fracture of drop test.

• Korean Journal of Materials Research
• /
• v.15 no.8
• /
• pp.528-535
• /
• 2005

It is inclined to increase that use of hazardous substances such as lead(Pb), mercury (Hg), cadmium(Cd) etc. are prohibited in the electronics according to environmental friendly policies of an advanced nation for protecting environment of earth. As this reasons, many researches for ensuring the reliability were proceeding in Pb free soldering process. n the flux remains on the PCB(printed circuit board) in the soldering process or the electronics exposed to corrosive environment, it becomes the reasons of breakdown or malfunction of the electronics caused by corrosion. Therefore in this studies we researched the polarization and Tafel properties of Sn40Pb and SnCu system solders based on the electrochemical theory. The experimental polarization curves were measured in distilled ionized water and 1 mole $3.5 wt\%$ NaCl electrolyte of $40^{\circ}C$, pH 7.5. Ag/AgCl and graphite were utilized by reference and counter electrodes, respectively. To observe the electrochemical reaction, polarization test was conducted from -250mV to +250mV. From the polarization curves composed of anodic and cathodic curves, we obtained Tafel slop, reversible electrode potential(Ecorr) and exchange current density((cow). In these results, we compared the corrosion rate of SnPb and SnCu solders.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
• /
• v.12 no.4 s.37
• /
• pp.307-313
• /
• 2005

Electromigration behavior in the Sn96.5Ag3.0Cu0.5 solder lines was investigated and compared Sn96.5Ag3.0Cu0.5 with eutectic SnPb. Measurements were made for relevant parameters for electromigration of the solder, such as drift velocity, threshold current density, activation energy, as well as the product of diffusivity and effective charge number (DZ$\ast$). The threshold current density were measured to be $2.38{\times}10^4A/cm^2$ at $140^{\circ}C$ and the value represented the maximum current density which the SnAgCu solder can carry without electromigration damage at the stressing temperatures. The electromigration energy was measured to 0.56 eV in the temperature range of $110-160^{\circ}C$. The measured products of diffusivity and the effective charge number, DZ$\ast$ were $3.12{\times}10^{-10} cm^2/s$ at $110^{\circ}C$, $4.66{\times}10^{-10} cm^2/s$ at $125^{\circ}C$, $8.76{\times}10^{-10} cm^2/s$ at $140^{\circ}C$, $2.14{\times}10^{-9}cm^2/s$ at $160^{\circ}C$ SnPb solder existed incubation stage, while SnAgCu did not have incubation stage. It was thought that the diffusion mechanism of SnAgCu was different from that of SnPb.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
• /
• v.11 no.3 s.32
• /
• pp.37-45
• /
• 2004

Electroless Ni(P) has been widely used for under bump metallization (UBM) of flip chip and surface finish layer in microelectronic packaging because of its excellent solderability, corrosion resistance, uniformity, selective deposition without photo-lithography, and also good diffusion barrier. However, the brittle fracture at solder joints and the spatting of intermetallic compound (IMC) associated with electroless Ni(P) are critical issues for its successful applications. In the present study, the mechanism of IMC spatting and microstructure change of the Ni(P) film were investigated with varying P content in the Ni(P) film (4.6,9, and $13 wt.\%$P). A reaction between Sn penetrated through the channels among $Ni_3Sn_4$ IMCs and the P-rich layer ($Ni_3P$) of the Ni(P) film formed a $Ni_3SnP$ layer. Thickening of the $Ni_3SnP$ layer led to $Ni_3Sn_4$ spatting. After $Ni_3Sn_4$ spatting, the Ni(P) film directly contacted the molten solder and the $Ni_3P$ phase further transformed into a $Ni_2P$ phase. During the crystallization process, some cracks formed in the Ni(P) film to release tensile stress accumulated from volume shrinkage of the film.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
• /
• 2006.05a
• /
• pp.585-586
• /
• 2006

In this paper, we present a design, analysis, fabrication and performance test of the novel DoD metal-jet system for application to the high-density and high-temperature-melting materials. Based on the theoretical analysis, we design the metal-jet print head system and fabricate the metal-jet system, which can eject the droplet of lead-free metal solder in the high-temperature. In the experimental test, we set up the test apparatus for visualization of the droplet ejection and measure the Ejected droplet volume and velocity. As a result, the diameter, volume and the velocity of the ejected droplet are about $65-70{\mu}m$, 145-180 pl and 4m/sec. We also fabricate vertical and inclined 3D micro column structures using the present molten metal inkjet system. The measured geometries of the micro column structures are about height of $2,100{\mu}m$, diameter of $200{\mu}m$ and aspect ratio of 10.5 for vertical micro column and $1,400{\mu}m$ of height and $150{\mu}m$ of diameter for $65^{\circ}$-inclined micro column, respectively.

• Proceedings of the KWS Conference
• /
• 2009.11a
• /
• pp.77-77
• /
• 2009

ELV(; End of Life Vehicles)를 비롯한 최근 환경 동향은 자동차 전장 모듈에 대하여 다양한 무연 솔더 적용을 요구하고 있다. 특히 자동차 엔진룸과 트랜스미션은 가동 중 고온 및 진동의 지속적인 영향을 받기 때문에 이와 유사한 환경에서의 신뢰성 연구가 필요한 시점이다. 이에 본 연구에서는 Sn3.5Ag, Sn0.7Cu, Sn5.0Sb 솔더 조성에 대하여 복합환경 조건하에서 접합부 신뢰성을 평가하였다. 복합환경을 구현하기 위하여 $-40{\sim}150^{\circ}C$ 범위의 온도 사이클과 랜덤 진동을 동시에 인가하였으며, 진동 가속도 3G, 진동주파수는 10~1000Hz 로 설정하여 자동차 환경을 충족하였다. 복합시험의 1 cycle 은 20 시간이며, 총 120 시간의 시험 동안 진동의 영향 및 진동과 고온이 동시에 작용하였을 경우의 영향에 대해 비교하였다. 테스트 모듈 제작을 위해 450 um 의 솔더볼이 적용되었으며, 각 조성의 솔더볼을 이용하여 BGA test chip 제작하였고, 제작된 BGA test chip 은 다시 daisy chain PCB 위에 실장 및 리플로우 공정을 통해 접합되었다. 테스트 동안 In-situ 로 저항의 변화를 관찰하여 파단의 유무를 판단하였고 전자주사현미경을 통해 파괴 기전을 평가하였다. 복합시험 시간에 따른 전단강도를 측정하였으며, 각 조성에 대하여 상이한 전단강도 변화를 관찰하였다. 계면 IMC 형상은 전단강도 변화에 영향을 주었으며, 특히 높은 온도가 IMC 성장을 촉진시켜 전단강도 감소에 영향을 주었다. 본 복합환경 시험 조건에서는 Sn0.7Cu 가 가장 안정적이었으며, 파단면을 관찰한 결과 연성파괴 모드가 관찰되었다.

• Proceedings of the KWS Conference
• /
• 2009.11a
• /
• pp.72-72
• /
• 2009

전자부품의 내부접속 및 파워반도체의 다이본딩과 같은 1차실장에는 고온환경에서의 사용과 2차실장에서의 재용융방지를 위해 높은 액상선온도 및 고상선온도를 필요로 하여, Pb-5wt%Sn, Pb-2.5wt%Ag로 대표되는 납성분 85%이상의 고온솔더가 널리 사용되고 있다. 생태계와 인체에 대한 납의 유해성이 보고된 이래, 무연솔더에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으나, Sn-Ag-Cu계로 대표되는 Sn계 합금으로 대체 중인 중온용 솔더와는 달리, 고온용 솔더에 대해서는 대체합금에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 대체재의 부재로 인해 기존의 납을 다량함유한 솔더로 1차실장이 지속됨으로서, 2차실장의 무연화에도 불구하고 전자부품 및 기기의 재활용에 큰 어려움을 겪고 있다. 지금까지 고온용 무연솔더로서는 융점에 근거해 Au-(Sn, Ge, Si)계, Bi-Ag계, Zn-(Al, Sn)계의 극히 제한된 합금계만이 보고되어 왔다. Au계 솔더는 현재 플럭스를 사용하지 않는 광학, 디스플레이 분야 등 고부가가치 공정에 사용되고 있으나, 합금가격이 매우 비싸며 가공성이 나빠 대체재료로서는 적합하지 않다. Bi-Ag계 솔더 또한 취성합금으로 와이어 및 박판으로 가공하는데 어려움이 크며, 솔더로서 중요한 특성중 하나인 전기전도도 및 열전도도가 나쁜 편이다. 이에 비해, Zn계 합금은 비교적 낮은 합금가격, 적절한 가공성과 뛰어난 인장강도, 우수한 전기전도도 및 열전도도를 지녀, 고온용솔더 대체재료의 유력한 후보로 생각된다.이전 연구에서, 필자의 연구그룹은 Zn-Sn계 합금을 고온용 무연솔더로서 제안한 바 있다. Zn-Sn계 합금은 충분히 높은 융점과 함께, 금속간화합물이 없는 미세조직, 우수한 기계적 특성, 높은 전기전도도 및 열전도도 등의 장점을 나타내었다. 본 연구에서는 기초합금특성상 고온솔더로서 다양한 장점을 지닌 Zn-30wt%Sn합금을 고온용 솔더의 대표적인 적용의 하나인 다이본딩에 적용하여, 접합부의 강도 및 미세조직, 열피로 신뢰성에 대해 분석을 함으로서 실제 공정에의 적용가능성에 대해 검토하였다. Zn-30wt%Sn을 이용해 Au/TiN(Titanium nitride) 코팅한 Si다이를 AlN-DBC(aluminum nitride-direct bonded copper)기판에 접합한 결과, 양측에 완전히 젖은 기공이 없는 양호한 다이접합부를 얻었으며, 솔더내부에는 금속간화합물을 형성하지 않았다. Si다이와의 계면에는 TiN만이 존재하였으며, Cu와의 계면에는 Cu로부터 $Cu_5Zn_8,\;CuZn_5$의 반응층을 형성하였다. 온도사이클시험을 통한 열피로특성평가에서, Zn-30wt%Sn를 이용한 다이접합부는 1500사이클 지점에서 Cu와 Cu-Zn금속간화합물의 사이에서 피로균열이 형성되며, 접합강도가 크게 감소하였다. 열피로특성 향상을 위해 Cu표면에 TiN코팅을 하여 Zn-30wt%Sn 솔더로 다이접합한 결과, Si다이와 기판 양측에 TiN만으로 구성된 계면을 형성하였으며, TEM관찰을 통해 Zn-30wt%Sn과 극히 미세한 접합계면이 형성하고 있음을 확인하였다. Zn-wt%30Sn솔더와 TiN층의 병용으로 2000사이클까지 미세조직의 변화 및 강도저하가 없는 극히 안정된 고신뢰성의 다이접합부를 얻을 수가 있었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
• /
• v.38 no.8
• /
• pp.695-700
• /
• 2014

In the present study, the melting temperature depression of Sn nanoparticles manufactured using the modified evaporation method was investigated. For this purpose, a modified evaporation method with mass productivity was developed. Using the manufacturing process, Sn nanoparticles of 10 nm size was manufactured in benzyl alcohol solution to prevent oxidation. To examine the morphology and size distribution of the nanonoparticles, a transmission electron microscope was used. The melting temperature of the Sn nanoparticles was measured using a Differential scanning calorimetry (DSC) which can calculate the endothermic energy during the phase changing process and an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) used for observing the manufactured Sn nanoparticle compound. The melting temperature of the Sn nanoparticles was observed to be $129^{\circ}C$, which is $44^{\circ}C$ lower than that of the bulk material. Finally, the melting temperature was compared with the Gibbs Thomson and Lai's equations, which can predict the melting temperature according to the particle size. Based on the experimental results, the melting temperature of the Sn nanoparticles was found to match well with those recommended by the Lai's equation.