• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제20권3호
• /
• pp.53-57
• /
• 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
• /
• 제25권3호
• /
• pp.13-19
• /
• 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.

• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제21권2호
• /
• pp.91-97
• /
• 2014

본 연구에서는 고속 전단시험의 변형속도를 500 mm/s로 설정한 상태에서 Sn-Ag-Cu계(Sn-1.0wt.%Ag-0.5Cu 및 Sn-4.0Ag-0.5Cu)뿐만이 아니라 4종의 4원계 Sn-Ag-Cu-In 조성(Sn-1.0Ag-0.5Cu-1.0In, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.6In, Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In)을 포함하는 무연 솔더 접합부의 솔더링 직후 및 시효 시간에 따른 파면 생성결과, 접합강도 및 접합부 파괴에너지값의 변화를 측정, 비교해 보았다. 그 결과, 리플로우 솔더링 직후 및 $125^{\circ}C$에서의 500 시간 시효까지 주로 연성 파괴모드 및 준연성 파괴모드가 관찰되었으며, 준연성 파괴모드의 발생 빈도를 분석할 때 고속 전단조건에서 상용 무연 솔더 조성인 Sn-3.0Ag-0.5Cu 이상의 연성파괴 특성을 나타내는 것으로 파악되었다. 또한 4원계 무연 솔더 조인트는 평균적으로 Sn-Ag-Cu계 조성 수준의 파단에너지값을 나타내었는데, 약 100 시간의 시효 후 최고의 파단에너지값이 관찰되었으나 500 시간의 시효 후에는 파단에너지값의 확연한 감소가 관찰되어 500 시간의 시효시점부터 솔더 접합 계면부의 신뢰성 감소가 가속화되는 경향을 관찰할 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제7권3호
• /
• pp.55-61
• /
• 2000

직경 0.3 mm의 Sn-37Pb 및 Sn-3.5Ag-0.7Cu 솔더볼을 솔더링 온도와 기판의 이송속도 (conveyer speed)를 변화시켜 가며 리플로 솔더링 하였다. 리플로 솔더링 온도범위는 Sn-37Pb의 경우 220~$240^{\circ}C$, Sn-3.5Ag-0.7Cu의 경우는 230~ $260^{\circ}C$로 하였다. 실험결과, 전단강도 측면에서 최적 솔더링 조건을 Sn-37Pb의 경우 솔더링 온도 및 컨베이어 속도가 각각 $230^{\circ}C$, 0.7~0.8 m/min이고, Sn-3.5Ag-0.7Cu의 경우 각각 $250^{\circ}C$, 0.6 m/min으로 나타났다. 또한 최고 전단강도 값은 Sn-37Pb의 경우는 555 gf 이고 Sn-3.5Ag-0.7Cu의 경우는 617gf이다. 접합계면의 분석결과 Cu6Sn5층의 두께는 Sn-37Pb의 경우는 1.13~1.45 $\mu\textrm{m}$이고 Sn-3.5Ag-0.7Cu의 경우는 2.5~4.3 $\mu\textrm{m}$이다.

• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제15권4호
• /
• pp.51-57
• /
• 2008

저 Ag 함유 Sn-Ag-Cu계 무연솔더 조성, 즉, Sn-0.3Ag-0.7Cu 조성의 젖음 특성과 반응 특성을 Sn-1.0Ag-0.5Cu 및 Sn-3.0Ag-0.5Cu 합금 조성의 결과와 비교, 분석하였다. 또한 Sn-0.3Ag-0.7Cu 조성의 용융 특성을 시차주사열량계(differential scanning calorimeter, DSC)로 측정하고, 인장시험을 통한 응력-변형률 곡선을 관찰하였다. 아울러 Sn-0.3Ag-0.7Cu 조성의 젖음 특성을 향상시키기 위해 halide의 함유량이 많은 플럭스(flux)를 적용하거나 Sn-0.3Ag-0.7Cu 조성에 0.2wt.%의 In을 첨가하여 그 젖음 특성의 개선 정도를 분석해 보았다. 그 결과 halide 함유량이 높은 플럭스를 사용한 경우보다 미량의 In을 첨가한 경우가 $230{\sim}240^{\circ}C$의 저온 영역에서 wettability의 향상에 보다 효과적임을 관찰할 수 있었다.

• Journal of Welding and Joining
• /
• 제23권3호
• /
• pp.61-67
• /
• 2005

Since lead (Pb)-free solders for electronics have higher melting points than that of eutectic Sn-Pb solder, they need higher soldering temperatures. In order to decrease the soldering temperature we tried to coat Sn-Bi layer on $Sn-3.5\%Ag$ solder by electroplating, which applies the mechanism of transient liquid phase bonding to soldering. During heating Bi will diffuse into the $Sn-3.5\%Ag$ solder and this results in decreasing soldering temperature. As bonding samples, the 1608 capacitor electroplated with Sn, and PCB, its surface was finished with electroless-plated Ni/Au, were selected. The $Sn-95.7\%Bi$ coated Sn-3.5Ag was supplied as a solder between the capacitor and PCB land. The samples were reflowed at $220^{\circ}C$, which was lower than that of normal reflow temperature, $240\~250^{\circ}C$, for the Pb-free. As experimental result, the joint of $Sn-95.7\%Bi$ coated Sn-3.5Ag showed high shear strength. In the as-reflowed state, the shear strength of the coated solder showed 58.8N, whereas those of commercial ones were 37.2N (Sn-37Pb), 31.4N (Sn-3Ag-0.5Cu), and 40.2N (Sn-8Zn-3Bi). After thermal shock of 1000 cycles between $-40^{\circ}C$ and $+125^{\circ}C$, shear strength of the coated solder showed 56.8N, whereas the previous commercial solders were in the range of 32.3N and 45.1N. As the microstructures, in the solder $Ag_3Sn$ intermetallic compound (IMC), and along the bonded interface $Ni_3Sn_4$ IMC were observed.

• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제19권4호
• /
• pp.57-64
• /
• 2012

표면처리에 따른 Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In 솔더범프의 접합 강도 평가를 위하여 전단 속도 및 열처리 시간에 따른 볼 전단강도 시험을 실시하였다. 전반적으로, 전단속도가 증가함에 따라 전단강도는 증가하였지만 인성은 감소하는 경향을 나타내었다. 파괴모드 관찰 결과, 전단 속도가 증가함에 따라 파괴모드의 경우, ENIG(electroless nickel immersion gold) 처리는 취성파괴가 대부분 지배적으로 존재하였고, OSP(organic solderability preservative) 처리는 pad open이 주로 발생하였다. 또한, 500 mm/s의 고속전단시험에서는 열처리 시간이 증가함에 따라 표면처리별 전단강도와 인성 값 모두 감소하는 경향을 보였다. ENIG 표면처리가 OSP 표면처리 보다 좋은 접합강도 특성을 보이는 것은 솔더범프 계면의 금속간화합물의 물성 및 두께와 밀접한 연관이 있는 것으로 판단된다.

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

• 자원리싸이클링
• /
• 제31권3호
• /
• pp.61-72
• /
• 2022

주요성분이 Sn(93.0 %)-Ag(3.26 %)-Cu(0.89 %)로 구성되는 SAC 폐무연솔더로부터 주석과 은을 회수하기 위한 전기화학적인 방법을 연구하였다. 폐무연솔더의 건식용해, 주조를 통해 제조한 작업전극을 사용하여 분극거동 조사와 정전류 전해용해를 실시하였다. 분극시험 시 활성화영역의 산화전류피크는 전해액의 황산 농도가 높아질수록 감소하였으며, 1 molL^-1 황산농도가 전해용해를 위해 가장 적절한 것으로 나타났다. 정전류 용해 시 전극표면의 부동태층인 양극슬라임이 두꺼워짐에 따라 전극전위가 지속적으로 높아졌으며, 10 mAcm^-2에서 25시간동안 지속적인 전해용해가 가능한 반면 50 mAcm^-2에서는 2.5 시간 이후부터 전극전위가 급상승하여 전해용해반응이 중단되었다. 정전류 전해용해 시 은은 양극슬라임에 농축되었으며, 전해액내 염소이온의 농도가 0.3 molL^-1인 경우 농축율이 미첨가 조건보다 12.7% 높은 94.3%를 나타내었다. 또한 염소이온의 첨가에 의해 전해액내 주석이온의 안정성을 높이고 주석의 전착전류효율을 향상시킬 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
• /
• pp.226-226
• /
• 2008

지난 10여년 동안 Sn-3.0Ag-0.5(wt%)Cu 합금은 대표 무연솔더 조성으로 다양한 전자제품의 실장 및 접합에 적용되어 왔으며, 그 신뢰성 역시 충분히 검증된 바 있다. 그러나 최근 Ag 가격의 급격한 상승과 솔더 접합부의 내 충격 신뢰성을 보다 향상시키고자 하는 업계의 동향은 Ag의 함량이 낮은 무연솔더 조성의 적용 확대를 유도하고 있다. 이에 따라 본 연구자들은 저 Ag 함유 무연슬더로 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성을 제안한 바 있는데, 이는 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성 이상의 solderability를 가지면서도 그 금속원료 가격이 약 20% 가량 저렴한 특징을 가진다. 또한 열 싸이클링 (cycling) 테스트를 통한 슬더 조인트의 신뢰성을 평가한 결과, Sn-3.0Ag-0.5Cu에 크게 뒤떨어지지 않는 양호한 특성이 관찰되었다. 따라서 본 연구에서는 열 싸이클링 테스트와 더불어 최근 그 중요성이 지속적으로 커지고 있는 내 충격 신뢰성 평가 시험을 실시하여 개발된 4원계 무연솔더 조성의 기계적 특성을 기존 무연솔더 조성과 비교, 분석해 보았다. 각 솔더 조성은 솔더 볼 형태로 제조되어 CSP(Chip Scale Package) 상에 범핑 (bumping)되었으며, CSP를 PCB(Printed Circuit Board) 상에 실장하는 공정에서도 Sn-3.0Ag-0.5Cu 및 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In의 두 종류의 솔더 페이스트가 사용되었다. 본 연구에서의 내 충격 신뢰성 시험에는 자체 제작한 rod drop 시험기를 사용하였는데, 고정된 CSP 실장 board의 후면 부위를 일정한 높이에서 추를 반복적으로 자유 낙하시켜 급격한 충격을 주는 방식으로 실험을 실시하였다. 이 때 추의 무게는 30g, 낙하 높이는 10cm 였으며, 추의 낙하 시 측정된 board 의 휨 변위량은 약 0.7mm로 측정되었다. 사용된 CSP와 PCB 는 모두 daisy chain 방식으로 연결되어 있기 때문에 저항측정기를 사용한 간단한 실시간 저항 측정 방법으로 시험 이력에 따른 파단부의 발생 시점과 대략의 위치를 손쉽게 확인할 수 있었다. 솔더 조인트의 파단 기준 저항값으로 $1000\Omega$을 설정하였으며. 각 조건 당 5 개 이상의 샘플에 대해 평가를 실시한 후 그 평균값을 조사하였다. 시험 결과 제안된 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성은 대표적인 저 Ag 함유 조성인 Sn-1.0Ag-0.5Cu에 비해서는 떨어지는 내 충격 신뢰성을 나타내었지만, 우수한 연성에 기인하여 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성에 비해서는 약 2 배 이상 우수한 신뢰성이 관찰되었다. 또한 CSP의 실장 시 Sn-3.0Ag-0.5Cu보다 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성 솔더 페이스트를 적용한 경우에서 보다 우수한 내 충격 신뢰성을 나타내어 기본적으로 개발된 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 솔더 페이스트가 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성의 기존 솔더 페이스트 보다 내 충격 신뢰성이 우수함을 검증할 수 있었다. 각 조성의 솔더 조인트를 $150^{\circ}C$ 에서 500시간 aging한 후 실시한 내 충격 신뢰성 평가에서는 모든 조성에서 그 신뢰성이 급감하는 경항을 나타내었으나, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In가 Sn-l.0Ag-0.5Cu보다도 그 상대적인 신뢰성이 우수한 것으로 관찰되었다. 이와 같이 aging 후 실시하는 충격시험은 가장 실제적인 상황과 유사한 조건이므로 상기의 실험 결과는 매우 고무적이었으며, 이에 대한 보다 면밀한 분석이 요청되었다. 마지막으로 파면 및 미세조직 관찰을 통하여 각 조성에서의 충격 파단 특성을 비교, 분석해 보았다.