• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제25권3호
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• pp.13-19
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• 2018

본 연구에서는 태양광 접속함 모듈 적용을 위한 유연 솔더(Sn-Pb) 및 무연 솔더(Sn-3.0Ag-0.5Cu 및 Sn-1.0Ag-0.7Cu-1.6Bi-0.2In)의 특성을 비교 평가하였다. 접속함 내에는 전압 및 전류 검출용 모듈, 고내압용 다이오드가 실장된 정류모듈 등 다양한 모듈이 내장되어있다. 본 연구에서는 솔더링특성, 인쇄성, 솔더형상 검사, X-ray를 이용한 솔더 내 void 검사 및 접합강도를 측정하였고, 무연 솔더 합금의 공정최적화는 step 1과 step 2로 구분하여 검토를 실시하였다. Step 1은 유연 솔더와 무연 솔더 페이스트 인쇄 검사 시험을 1차와 2차로 나누어 실험을 진행하였고 printability는 void 함량 및 접합강도의 상관관계로 검토하였다. 전체적으로 유연 솔더의 특성은 무연 솔더에 비하여 상대적으로 우수하였다. Step 2는 리플로우 공정의 최고점 온도 변화에 따른 접합부 특성 변화를 관찰하였다. 리플로우 최고 온도가 증가할수록 접합부 내의 void 함량이 2~4% 정도 감소하였고, 접합강도는 약 0.5 kgf 범위내에서 큰 차이 없이 나타났다. 기판 표면처리종류에 있어서는 ENIG 표면처리가 OSP 및 Pb-free 솔더 표면처리보다 우수한 접합강도를 나타내었다. 1종류의 무연솔더와 OSP 표면처리로 접합된 태양광 접속함 모듈의 500 싸이클 열충격 신뢰성시험 전후에 전기적 특성변화는 0.3% 내의 범위에서 안정적으로 작동함을 확인하였다.

• 한국표면공학회지
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• 제36권5호
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• pp.386-392
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• 2003

The electroplating process for a solder bump which can be applied for a flip chip was studied. Si-wafer was used for an experimental substrate, and the substrate were coated with UBM (Under Bump Metallization) of Al(400 nm)/Cu(300 nm)Ni(400 nm)/Au(20 nm) subsequently. The compositions of the bump were Sn-Cu and eutectic Sn-Pb, and characteristics of two bumps were compared. Experimental results showed that the electroplated thickness of the solders were increased with time, and the increasing rates were TEX>$0.45 <\mu\textrm{m}$/min for the Sn-Cu and $ 0.35\mu\textrm{m}$/min for the Sn-Pb. In the case of Sn-Cu, electroplating rate increased from 0.25 to $2.7\mu\textrm{m}$/min with increasing current density from 1 to 8.5 $A/dm^2$. In the case of Sn-Pb the rate increased until the current density became $4 A/dm^2$, and after that current density the rate maintains constant value of $0.62\mu\textrm{m}$/min. The electro plated bumps were air reflowed to form spherical bumps, and their bonded shear strengths were evaluated. The shear strength reached at the reflow time of 10 sec, and the strength was of 113 gf for Sn-Cu and 120 gf for Sn-Pb.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권1호
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• pp.25-31
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• 2010

본 연구에서는 무연 솔더 중 우수한 특성을 보여 실용화된 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성의 솔더를 사용하여 2주 동안의 시효조건에서 W의 함량이 무전해 Ni-W-P 도금층과 솔더와의 계면에서의 IMC 생성에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 도금층내 인의 함량은 8 wt.%로 고정하였고, 텅스텐의 함량은 각각 0, 3, 6 및 9 wt.%로 변화시켰으며, 모든 시료는 $255^{\circ}C$에서 리플로우한 후, $200^{\circ}C$에서 2주 동안 시효처리하였다. 각각의 시료에서 $(Cu,Ni)_6Sn_5$와 $(Ni,Cu)_3Sn_4$의 IMC가 관찰되었으며, 시효처리시간의 증가에 따라 UBM과 무연납의 계면에서 생성된 IMC가 증가함을 보였고, W의 함량이 높을수록 열적 안정성이 증가하여 $Ni(W)_3P$의 생성 속도를 늦춰 그에 따른 영향으로 IMC의 두께가 증가함을 보였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제26권4호
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• pp.163-169
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• 2019

전자제품에서 사용되던 Sn-Pb계 솔더합금은 RoHS, WEEE, REACH 등의 환경규제에 의해 무연솔더합금(Pb free solder alloy)으로 빠르게 대체되고 있다. 그 중에서도 Sn58%Bi(in wt.%) 합금은 융점이 낮고 Sn-Pb계 합금에 비해 기계적특성이 우수하여, 전자제품 솔더합금으로 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그러나 Sn58%Bi 솔더합금은 구성 원소인 Bi의 취성으로 인해 기계적인 신뢰성이 저하되는 문제를 개선할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 함량의 Sn-MWCNT (multiwalled carbon nanotube) 입자를 첨가한 Sn58%Bi 복합솔더를 제조한 후, OSP처리된 FR-4 기판 및 FR-4 컴포넌트를 리플로우(reflow) 횟수를 1회부터 7회까지 진행하였다. 접합시편의 접합강도 및 파괴에너지는 전단시험(die shear test)을 통해 측정하였고, 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 미세조직 및 파괴모드를 분석하였다. Sn-MWCNT 첨가에 의해 Sn58%Bi 복합솔더 접합부에서 조직 미세화가 관찰되었고, 함량이 0.1 wt.%일때 접합강도와 파괴에너지는 각각 20.4%, 15.4% 만큼 증가하였다. 또한 파단면에서 연성파괴(ductile failure) 영역이 관찰되었으며, F-x(force-displacement to failure) 그래프를 통해 Sn-MWCNT의 첨가가 복합솔더의 연성(ductility)을 증가시킨 것을 확인할 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권4호
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• pp.77-86
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• 2008

본 연구에서는 유연솔더인 63Sn37Pb와 무연 솔더인 95.5Sn4.0Ag0.5Cu와 97Sn2.5Ag0.5Cu BGA(Ball Grid Array) 패키지를 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)에 위치에 따라 장착하고 보드레벨의 낙하시험(Board Level Drop Test)을 실시하여 충격에 대한 유 무연 솔더의 특성을 분석하였고 4점굽힘시험(board Level 4-point Bending Test)을 실시하여 굽힘에 대한 솔더볼의 기계적 저항특성을 분석하였다. 또한 유한요소법(Finite Element Modeling, FEM)을 이용해 낙하시험과 4점굽힘시험에서 솔더 조인트에 미치는 응력과 변형률을 해석하였으며, 시험 설계 시에 솔더 조인트의 응력변화에 영향을 미칠 수 있는 변수를 고려하여 해석하고 결과를 비교 분석하였다. 낙하시험과 4점굽힘시험에서 모두 무연솔더는 유연솔더보다 2배 이상 높은 신뢰성을 보였으며, PCB의 중앙에 위치한 패키지는 외각에 위치한 패키지 보다 매우 낮은 신뢰성을 보였다. 유한요소법을 통해 해석한 결과 최외각 솔더에서 가장 큰 응력이 발생하였고, 솔더의 조성과, 시험설계변수에 의해 응력의 발생 정도가 다름을 나타내었다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2002년도 추계기술심포지움논문집
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• pp.55-58
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• 2002

The possibility of SnCuX Solder as alternative for Pb-free Solder have been investigated in this study. SnCuX Solder balls(500${\mu}{\textrm}{m}$) were placed on Si-wafer which is Al/Ni/Cu(500nm/$4{\mu}{\textrm}{m}$/$4{\mu}{\textrm}{m}$)UBM layer. After reflow soldering at $250^{\circ}C$, shear strength and microstructure were analyzed. The results showed that the shear strength(500gf) of SnCuX was higher than that of SnCuX at $230^{\circ}C$ and $Cu_6Sn_5$ intermetallic compounds were formed between Cu and SnCuX Solder layers

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제14권2호
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• pp.35-40
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• 2007

Sn-8Zn-3Bi 무연 솔더 페이스트의 접합부신뢰성 및 적합성을 평가하기 위해 유(SnPb) 무연(Sn, SnBi)도금된 Cu 리드프레임 QFP(Quad Flat Packager)를 사용하여 열충격 조건 하에서의 인장 강도의 변화 및 파괴 기구에 대한 분석을 실시하였다. 리드 도금의 종류에 상관없이 모든 시험 시편에서 열충격 사이클 수의 증가에 비례하여 접합부의 취성 특성이 강화되어 인장 강도가 감소하는 것을 확인하였다. 하지만, 접합부에는 열팽창 계수의 차이에 의해 야기될 수 있는 미세 균열은 발견되지 않았다. 단면 관찰 및 변위 이력 곡선 분석을 통하여 열충격 사이클 수의 증가에 따른 인강 강도의 감소는 접합부의 파괴 기구의 변화에 기인되었음을 확인하였다. 본 실험을 통해 Sn-3Zn-3Bi 솔더의 유 무연 도금 Cu 리드프레임과의 우수한 작업 특성과 열충격 환경 하에서도 우수한 기계적 접합 특성을 유지하는 것을 확인할 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권1호
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• pp.33-37
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• 2008

Kirkendall void는 전해도금 Cu/Sn-Ag 솔더 접합부에서 형성되었으며 Cu 도금욕에 함유되는 첨가제에 의존한다. 첨가제로 사용된 SPS의 함량의 증가와 함께 $150^{\circ}C$에서 열처리 후 많은 양의 Kirkendall void가 $Cu/Cu_3Sn$ 계면에 존재하였다. AES 분석은 void 표면에 S가 편석되어 있음을 보여주었다. $Cu/Cu_3Sn$ 계면을 따라 파괴된 시편에서 Cu, Sn, S peak만 검출되었고 AES 깊이 프로파일에서 S는 급격하게 감소하였다. $Cu/Cu_3Sn$ 계면에서 S 편석은 계면에너지를 낮추고 Kirkendall void 핵생성을 위한 에너지장벽을 감소시킨다. 낙하충격시험은 SPS를 사용하여 도금된 Cu의 경우 Kirkendall void가 형성된 $Cu/Cu_3Sn$ 계면에서 파괴가 진행되고 급격하게 신뢰성이 감소됨을 보였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제20권3호
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• pp.53-57
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• 2013

Sn-3.0Ag-0.5Cu 무연솔더에서 Ag 함량의 감소는 기계적 충격 신뢰성 향상에 도움이 되는 반면 솔더링성을 저하시키는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 저 Ag함유 무연솔더의 솔더링성 향상을 위해 In을 첨가한 Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In 4원계 조성과 여기에 미량의 Mn 및 Pd을 첨가한 무연솔더 조성에 대하여 솔더 젖음성을 평가하고, 보드 레벨 BGA 패키지의 열싸이클링 및 기계적 충격 신뢰성을 평가하였다. Sn-1.2Ag-0.7Cu 조성에 0.4 wt% In을 첨가한 합금의 젖음성은 Sn-3.0Ag-0.5Cu에 근접한 수준으로 향상되었으나, 패키지의 열싸이클링 신뢰성은 Sn-3.0Ag-0.5Cu에 미치지 못하는 것으로 나타났다. Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In 조성에 0.03 wt% Pd의 첨가는 솔더 젖음성 및 패키지 신뢰성을 저하시킨 반면에 0.1 wt% Mn을 첨가한 합금은 특히 기계적 충격 신뢰성이 Sn-3.0Ag-0.5Cu는 물론 Sn-1.0Ag-0.5Cu보다도 우수한 수준으로 향상되었는데, 이는 Mn 첨가가 합금의 모듈러스를 감소시킨 데에 기인하는 것으로 생각된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제13권1호통권38호
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• pp.63-72
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• 2006

최근에 모바일 기기의 사용이 늘어남에 따라 굽힘 응력에 대한 패키지 접합부의 신뢰성에 대한 관심이 다시 높아지고 있다. 기존의 굽힘실험은 생산공정 및 운반 등에 파손을 방지하기 위해서 수행되었으나 최근에는 모바일 기기의 이동 및 사용에 따라 발생되는 응력에 대한 저항성 평가나 드롭시험의 대용으로 수행되고 있다. 본 연구에서는 정확한 4점 굽힘 실험 방법을 도입하여 유연 솔더 조인트와 무연 솔더 조인트의 굽힘 피로 시험에 대한 저항성을 평가하고, 단면 관찰과 유한요소법을 이용한 해석을 수행하였다. 높은 하중이 작용하게 되면, 유연 솔더 조인트가 보다 긴 피로수명을 갖으며, 낮은 하중이 작용할 때는 무연 솔더 조인트가 긴 수명을 가지게 된다. 크랙은 시편의 외각에서 발생되어 안쪽으로 진행하게 되며, 소성변형이 손상의 대부분을 자치하게 된다.