• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제18권2호
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• pp.49-55
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• 2011

전자기기에서의 고장 중 대부분은 작동 중 발생하는 열과 충격에 기인한다. 이 열과 충격은 PCB(Printed Board) 부품의 접합부 계면에 균열을 야기 시키고, 이 균열은 금속간 화합물(Intermetallic Compound: IMC)의 형성과 밀접한 관계를 가진다. 본 연구에서는 Sn-Ag-Cu계의 Ag함량을 변화한 Sn-1.0Ag-0.5Cu와 Sn-1.2Ag-0.5Cu 및 Sn-3.0Ag-0.5Cu의 3가지 조성의 솔더로 접합한 소재를 대상으로 1000시간 까지 등온시효(Isothermal Aging) 하였다. 등온시효 동 안 솔더(Solder)의 계면에 발생하는 IMC(Intermetallic Compound) 성장이 관찰되었으며, solder 접합부의 기계적 특성은 굽힘충격 시험법을 이용하여 평가되었다. 그 결과 시효처리 전에는 Ag 함량이 낮은 solder의 굽힘충격 특성이 우수하게 나타났으나, 시효처리 후에는 반대의 결과를 나타내었다. 이 결과는 IMC layer 주변에 생성된 미세한 $Ag_3Sn$ 및 조대한 $Cu_6Sn_5$와 관련되어, 미세한 $Ag_3Sn$이 충격을 완화한 것으로 나타나 이에 따라 굽힘충격 특성에 차이가 나타남을 알 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제18권3호
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• pp.9-17
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• 2011

Nano-composite solders have been studied to improve the properties of Pb-free solder joints. The nanoparticles in the composite solders were carbon nanotubes(CNTs), metals (Ag, Ni, Cr, etc.), ceramics (SiC, $ZrO_2$, $TiB_2$, etc.). To fabricate the nano-composite solders, mechanical mixing methods and in-situ fabrication method has been used for well-dispersed nano phase. The characteristic properties of the nano-composite solders were high creep resistance, low undercooling, low IMC growth rate and fine microstructures. More researches on the nano-composite solders are required to improve the processibility and the reliability of the nano-composite solder joints.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2010년도 춘계학술발표대회 초록집
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• pp.82-82
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• 2010

표면실장 공법을 통해 CSP 패키지를 보드에 실장 하는데 있어 무연솔더 접합부의 신뢰성에 영향을 미치는 인자 중 가장 중요한 것은 접합부에 형성되는 IMC (Intermetallic compound, 금속간화합물)인 것으로 알려져 있다. 접합부의 칩 부분에는 솔더와 칩의 UBM (Under bump metalization)이 접합하여 IMC가 형성되나, 보드 부분에는 솔더와 보드의 UBM 뿐만 아니라 그 사이에 솔더 페이스트가 함께 접합되어 IMC가 형성된다. 본 연구에서는 패키지의 신뢰성 연구를 위해 솔더 페이스트의 유무 및 두께에 따른 무연 솔더 접합부의 미세조직의 변화를 분석하였다. 본 실험에서는 Sn-3.0(Wt.%)Ag-0.5Cu 조성과 본 연구진에 의해 개발된 Sn-Ag-Cu-In 조성의 직경 $450{\mu}m$ 솔더 볼을 사용하였으며, 솔더 페이스트는 상용 Sn-3.0Ag-0.5Cu (ALPHA OM-325)를 사용하였다. 칩은 ENIG (Electroless nickel immersion gold) finish pad가 형성된 CSP (Chip scale package)를, 보드는 OSP (Organic solderability preservative)/Cu finish pad가 형성된 것을 사용하였다. 실험 방법은 보드를 솔더 페이스트 없이 플라즈마 처리 한 것, 솔더 페이스트를 $30{\mu}m$ 두께로 인쇄한 것, $120{\mu}m$의 두께로 인쇄한 것, 이렇게 3가지 조건으로 준비한 후, 솔더 볼이 bumping된 칩을 mounting하여, $242^{\circ}C$의 peak 온도 조건의 oven(1809UL, Heller)에서 reflow를 실시하여 패키지를 형성하였다. 이후 시편은 정밀 연마한 후, OM(Optical Microscopic)과 SEM(scanning electron microscope) 및 EDS(energy dispersive spectroscope)를 사용하여 솔더 접합부 IMC의 미세조직을 관찰, 분석하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권1호
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• pp.77-85
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• 2004

플라즈마 리플로우 솔더링에서 솔더볼의 접합성을 향상시키기 위해 UBM(Under Bump Metallization)을 Ar-10vol%$H_2$플라즈마로 클리닝하는 방법을 연구하였다. UBM층은 Si 웨이퍼 위에 Au(두께; 20 nm)/ Cu(4 $\mu\textrm{m}$)/ Ni(4 $\mu\textrm{m}$)/ Al(0.4 $\mu\textrm{m}$)을 웨이퍼 측으로 차례대로 증착하였다. 무연 솔더로는Sn-3.5wt%Ag, Sn-3.5wt%Ag-0.7wt%Cu를 사용하였고 Sn-37wt%Pb를 비교 솔더로 사용하였다. 지름이500 $\mu\textrm{m}$인 솔더 볼을 플라즈마 클리닝 처리를 한 UBM과 처리하지 않은 UBM위에 놓고, Ar-10%$H_2$플라즈마 분위기에서 플럭스 리스 솔더링하였다. 이 결과는 플럭스를 사용하여 대기 중에서 열풍 리플로우한 결과와 비교하였다. 실험 결과, 플라즈마 클리닝 후 플라즈마 리플로우한 솔더의 퍼짐율이 클리닝 하지 않은 플라즈마 솔더링보다 20-40%정도 더 높았다. 플라즈마 클리닝 후 플라즈마 리플로우한 솔더 볼의 전단 강도는 약58-65MPa로, 플라즈마 클리닝 하지 않은 플라즈마 리플로우보다 60-80%정도 높았으며, 플럭스를 사용한 열풍 리플로우보다는 15-35%정도 높았다. 따라서 Ar-10%$H_2$가스를 사용하여 UBM에 플라즈마 클리닝하는 공정은 플라즈마 리플로우 솔더 볼의 접합강도를 향상시키는데 상당한 효과가 있는 것으로 확인되었다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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• pp.450-455
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• 2002

Cu-cored Sn-Ag solder balls were fabricated by coating pure Sn and Ag on Cu balls. The melting behavior and the solderability of the BGA joint with the Ni/Au coated Cu pad were investigated and were compared with those of the commercial Sn-Ag and Sn-Ag-Cu balls. DSC analyses clarified the melting of Cu-cored solders to start at a rather low temperature, the eutectic temperature of Sn-Ag-Cu. It was ascribed to the diffusion of Cu and Ag into Sn plating during the heating process. After reflow soldering the microstructures of the solder and of the interfacial layer between the solder and the Cu pad were analyzed with SEM and EPMA. By EDX analysis, formation of a eutectic microstructure composing of $\beta$-Sn, Ag$_3$Sn, ad Cu$_{6}$Sn$_{5}$ phases was confirmed in the solder, and the η'-(Au, Co, Cu, Ni)$_{6}$Sn$_{5}$ reaction layer was found to form at the interface between the solder and the Cu pad. By conducting shear tests, it was found that the BGA joint using Cu-cored solder ball could prevent the degradation of joint strength during aging at 423K because of the slower growth me of η'-(Au, Co, Cu, Ni)$_{6}$Sn$_{5}$ reaction layer formed at the solder, pad interface. Furthermore, Cu-cored multi-component Sn-Ag-Bi balls were fabricated by sequentially coating the binary Sn-Ag and Sn-Bi solders on Cu balls. The reflow property of these solder balls was investigated. Melting of these solder balls was clarified to start at the almost same temperature as that of Sn-2Ag-0.75Cu-3Bi solder. A microstructure composing of (Sn), Ag$_3$Sn, Bi and Cu$_{6}$Sn$_{5}$ phases was found to form in the solder ball, and a reaction layer containing primarily η'-(Au, Co, Cu, Ni)$_{6}$Sn$_{5}$ was found at the interface with Ni/Au coated Cu pad after reflow soldering. By conducting shear test, it was found that the BGA joints using this Cu-core solder balls hardly degraded their joint shear strength during aging at 423K due to the slower growth rate of the η'-(Au, Cu, Ni)$_{6}$Sn$_{5}$ reaction layer at the solder/pad interface.he solder/pad interface.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제16권1호
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• pp.7-11
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• 2009

본 연구에서는 electroless nickel / immersion gold (ENIG) 처리된 printed circuit board (PCB)를 무연 솔더인 Sn-3.5(wt%)Ag로 접합하였다. 리플로우 횟수를 1회부터 10회까지 다양하게 하여 리플로우 횟수가 증가함에 따른 솔더 접합부의 기계적, 전기적 특성의 변화에 대해 연구하였다. 접합부의 미세 조직 관찰을 위해 접합부 단면을 폴리싱 하여 금속간 화합물의 두께를 측정하고 종류를 분석하였다. 접합부의 기계적 특성을 평가하기 위해서 die 전단 시험을 하였는데, 리플로우 횟수가 4-5회일 때까지 전단 강도 값이 증가하다가 5회 이후로 감소하였다. 전기적 특성을 알아보기 위해 전기 저항 값을 측정하였는데, 리플로우 횟수가 증가할수록 접합부의 전기 저항 값은 점점 증가하였다.

• 한국주조공학회지
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• 제22권2호
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• pp.89-96
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• 2002

This study examined the effects of adding Zn to Sn-3.5Ag solder on the microstructure changes and behavior of interface reaction of the solder joint with Cu substrate. The solder/Cu joints were examined with microscope to observe the characteristics of microstructure changes and interfacial reaction layer with aging treatment for up to 120 days at $150^{\circ}C$. Results of the microstructure changes showed that the microstructures were coarsened with aging treatment, while adding 1%Zn suppresses coarsening microstructures. The Sn-3.5Ag/Cu had a fast growth rate of the reaction layer in comparison with the Sn-3.5Ag-1Zn at the aging temperature of $150^{\circ}C$. Through the SEM/EDS analysis of solder joint, it was proved that intermetallic layer was $Cu_6Sn_5$ phase and aged specimens showed that intermetallic layer grew in proportion to $t^{1/2}$, and the precipitate of $Ag_3Sn$ occur to both inner layer and interface of layer and solder. In case of Zn-containing composite solder, $Cu_6Sn_5$ phase formed at the side of substrate and Cu-Zn-Sn phase formed at the other side in double layer. It seems that Cu-Zn-Sn phase formed at solder side did a roll of banrier to suppress the growth of the $Cu_6Sn_5$ layer during the aging treatment.

• International Journal of Korean Welding Society
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• 제5권1호
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• pp.15-28
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• 2005

The ball shear test was investigated in terms of the effects of test parameters, i.e., shear height and shear speed, with an experimental and non-linear finite element analysis for evaluating the solder joint integrity of area array packages. Two representative Pb-free solder compositions were examined in this work: Sn-3.5Ag-0.75Cu and In-48Sn. The substrate was a common SMD type with solder bond pad openings of 460 $\mu$m in diameter. The microstructural investigations were carried out using SEM, and the IMCs were identified with EDS. Shear tests were conducted with the two varying test parameters. It could be observed that increasing shear height, at fixed shear speed, has the effect of decreasing shear force for both Sn-3.5Ag-0.75Cu and In-48Sn solder joints, while the shear force increased with increasing shear speed at fixed shear height. Too high shear height could cause some undesirable effects on the test results such as unexpected high standard deviation values or shear tip sliding from the solder ball. The low shear height conditions were favorable for screening the type of brittle interfacial fractures or the degraded layers in the interfaces. The shear speed conditions were discussed with the stress analyses of the solder ball, and we cannot find any conspicuous finding which is related to optimum shear speed from the stress analyses.

• Journal of Welding and Joining
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• 제30권6호
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• pp.1-5
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• 2012

• Journal of Welding and Joining
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• 제30권3호
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• pp.44-50
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• 2012