• 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.9 no.2
• /
• pp.39-43
• /
• 2002

The eutectic solder Sn-37Pb and the lead free solder alloys with the compositions of Sn-0.7Cu, Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-0.75Cu, Sn-2.0Ag-0.7Cu-3.0Bi were applied to the 48 BGA packages, and then it was discussed for the shear strength at the solder joints as the hardness and the composition of the small solder ball. As a result of experiments, the high degree of hardness with the displacement of 0.043 mm was obtained in Sn-2.0Ag-0.7Cu-3.0Bi. The shear strength of the lead free solder was higher than that of Sn-37Pb solder, and it can be obtained the maximum value of about 52% in Sn-2.0Ag-0.7Cu-3.0Bi.

• Korean Journal of Metals and Materials
• /
• v.47 no.12
• /
• pp.842-851
• /
• 2009

The long-term reliability of Sn-0.3wt%Ag-0.7wt%Cu solder joints was evaluated and compared with Sn-3.0wt%Ag-0.5wt%Cu under thermal shock conditions. Test vehicles were prepared to use Sn-0.3Ag-0.7Cu and Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloys. To compare the shear strength of the solder joints, 0603, 1005, 1608, 2012, 3216 and 4232 multi-layer ceramic chip capacitors were used. A reflow soldering process was utilized in the preparation of the test vehicles involving a FR-4 material-based printed circuit board (PCB). To compare the shear strength degradation following the thermal shock cycles, a thermal shock test was conducted up to 2,000 cycles at temperatures ranging from $-40^{\circ}C$ to $85^{\circ}C$, with a dwell time of 30 min at each temperature. The shear strength of the solder joints of the chip capacitors was measured at every 500 cycles in each case. The intermetallic compounds (IMCs) of the solder joint interfaces werealso analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The results showed that the reliability of Sn-0.3Ag-0.7Cu solder joints was very close to that of Sn-3.0Ag-0.5Cu. Consequently, it was confirmed that Sn-0.3Ag-0.7Cu solder alloy with a low silver content can be replaced with Sn-3.0Ag-0.5Cu.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
• /
• v.28 no.3
• /
• pp.130-134
• /
• 2018

In the past few years, various solder compositions have been a representative material to electronic packages and surface mount technology industries as a replacement of Pb-base solder alloy. Therefore, extensive studies on process and/or reliability related with the low Ag composition have been reported because of recent rapid rise in Ag price. In this study, Sn-3.0Ag-0.5Cu, Sn-0.7Cu and Sn-0.3Ag-0.5Cu solder bar samples were fabricated by melting of Sn, Ag and Cu metal powders. Crystal structure and element concentration were analyzed by XRD, XRF, optical microscope, FE-SEM and EDS. The fabricated solder samples were composed of ${\beta}-Sn$, ${\varepsilon}-Ag_3Sn$ and ${\eta}-Cu_6Sn_5$ phases.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
• /
• v.20 no.3
• /
• pp.53-57
• /
• 2013

Although the lowering of Ag content in Sn-3.0Ag-0.5Cu is known to improve the mechanical shock reliability of the solder joint, it is also known to be detrimental to the solderbility. In this study, the quaternary alloying effect of In and the minor alloying effects of Mn and Pd on the solderability, thermal cycling and mechanical shock reliabilities of the low Ag content Sn-1.2Ag-0.7Cu solder were investigated using board-level BGA packages. The solderability of Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In was proved to be comparable to that of Sn-3.0Ag-0.5Cu but its thermal cycling reliability was inferior to that of Sn-3.0Ag-0.5Cu. While the 0.03 wt% Pd addition to the Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In decreased the solderability and reliabilities of solder joint, the 0.1 wt% Mn addition was proved to be beneficial especially for the mechanical shock reliability compared to those of Sn-3.0Ag-0.5Cu and Sn-1.0Ag-0.5Cu compositions. It was considered to be due that the Mn addition decreased the Young's modulus of low Ag content Pb-free solders.

• Proceedings of the KWS Conference
• /
• 2007.11a
• /
• pp.211-214
• /
• 2007

Sn-0.3Ag-0.7Cu 조성의 젖음 특성과 반응 특성을 Sn-1.0Ag-0.5Cu 및 Sn-3.0Ag-0.5Cu 합금의 결과와 비교, 분석하였다. 또한 Sn-0.3Ag-0.7Cu 조성의 용융 및 응고 특성을 DSC로 측정하고, 인장시험을 통한 stress-strain curve를 관찰하였다. 아울러 할로겐 함유량이 많은 플럭스를 사용하여 Sn-0.3Ag-0.7Cu 조성의 젖음 특성을 향상 시킬 수 있는지를 조사하였으며, Sn-0.3Ag-0.7Cu 조성에 미량의 In을 첨가하여 젖음 특성의 개선 정도를 분석하였다. 그 결과 할로겐 함유량이 높은 플럭스를 사용한 경우보다 미량의 In을 첨가한 경우에서 wettability의 향상을 보다 효과적으로 유도할 수 있음을 관찰할 수 있었다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
• /
• v.7 no.3
• /
• pp.55-61
• /
• 2000

Sn-37Pb and Sn-3.5Ag-0.7Cu solder balls of 0.3 mm diameter were reflow soldered with the variation of soldering peak temperature and conveyer speed of reflow machine. The peak temperatures far soldering were changed in the range of 220~$240^{\circ}C$ for Sn-37Pb and 230~$260^{\circ}C$ for Sn-3.5Ag-0.7Cu. As the results of experiments, optimum soldering condition for Sn-37Pb was $230^{\circ}C$ of soldering temp., 0.7~0.8 m/min of conveyer speed. The optimum condition for the Sn-3.5Ag-0.7Cu was $250^{\circ}C$ and 0.6 m/min. The maximum shear strength for the soldered joints of Sn-37Pb was 555 gf and of Sn-3.5Ag-0.7Cu was 617 gf. Thickness of the intermetallic compound Cu6Sn5 on the soldered interface was 1.13~1.45 $\mu\textrm{m}$ for Sn-37Pb and 2.5~4.3 $\mu\textrm{m}$ for Sn-3.5Ag-0.7Cu.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
• /
• v.21 no.2
• /
• pp.91-97
• /
• 2014

With Pb-free solder joints containing Sn-Ag-Cu-based ternary alloys (Sn-1.0 wt.%Ag-0.5Cu and Sn-4.0Ag-0.5Cu) and Sn-Ag-Cu-In-based quaternary alloys (Sn-1.0Ag-0.5Cu-1.0In, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.6In, and Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In), fracture-mode change, shear strengths, and fracture energies were observed and measured under a high-speed shear test of 500 mm/s. The samples in each composition were prepared with as-reflowed ones or solid-aged ones at $125^{\circ}C$ to 500 h. As a result, it was observed that ductile or quasi-ductile fracture modes occurs in the most of Sn-Ag-Cu-In samples. The happening frequency of a quasi-ductile fracture mode showed that the Sn-Ag-Cu-In joints possessed ductile fracture properties more than that of Sn-3.0Ag-0.5Cu in the high-speed shear condition. Moreover, the Sn-Ag-Cu-In joints presented averagely fracture energies similar to those of Sn-Ag-Cu joints. While maximum values in the fracture energies were measured after the solid aging for 100 h, clear decreases in the fracture energies were observed after the solid aging for 500 h. This result indicated that reliability degradation of the Sn-Ag-Cu-In solder joints might accelerate from about that time.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
• /
• v.27 no.2
• /
• pp.94-98
• /
• 2017

In the past few years, Sn-3.0Ag-0.5Cu (weight%) solder composition has been a representative material to electronic industries as a replacement of Pb-base solder alloy. Therefore, extensive studies on process and/or reliability related with the composition have been reported. However, recent rapid rise in Ag price has demanded solder compositions of low Ag content. In this study, Sn-3.0Ag-0.5Cu solder bar sample was fabricated by melting of Sn, Ag and Cu metal powders. Crystal structure and element concentration were analyzed by XRD, optical microscope, FE-SEM and EDS. The Sn-3.0Ag-0.5Cu solder sample was composed of ${\beta}$-Sn, ${\varepsilon}-Ag_3Sn$ and ${\eta}-Cu_6Sn_5$ phases.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
• /
• 2007.06a
• /
• pp.18-18
• /
• 2007

지난 수년 동안 Sn-3.0Ag-0.5Cu 합금은 전자산업의 표준 무연솔더 조성으로 전자제품의 제작에 사용되어져 왔으며, 그 신뢰성도 충분히 검증되어 대표적인 무연 솔더 조성으로의 입지를 굳혀왔다. 그러나 전자제품의 mobile화에 따른 내충격 신뢰성에 대한 요구와 최근의 급격한 Ag 가격의 상승은 Ag 함량의 축소에 의한 원가절감을 요청하게 되었으며, 이에 따라 소량의 Ag를 함유하는 솔더 조성 개발에 대한 연구가 산업 현장을 중심으로 절실히 요청되고 있다. Sn-Ag-Cu의 3원계 함긍에서 Ag는 합금의 융점을 낮추고, 강도와 같은 합금의 기계적 특성을 증가시키는 한편, 모재에 대한 합금의 젖음성을 향상시키는데 필수적인 원소로 인식되고 있다. 따라서 Sn-Ag-Cu의 3원계 함금에서 Ag의 함량을 감소시키게 되면, 합금액 액상선 온도와 고상선 온도가 벌어져 pasty range(또는 mush zone)가 증가하게 되고, wettability도 감소하게 되어 솔더 합금으로서의 요구 특성을 많이 상실하게 된다. 또한 Ag 함량을 감소시키게 되면 합금의 elongation이 향상되면서 내 impact 수명이 향상되는 효과를 볼 수 있으나, 합금의 creep 특성 및 기계적인 강도는 감소하면서 열싸이클링 수명은 감소하는 경향을 나타내게 된다. 따라서 솔더 합금의 내 impact 수명과 열싸이클링 수명을 동시에 만족시키지 위해서는 Ag 함량을 최적화하기 위한 고려가 필요하며, 합금원소에 대한 연구가 요청된다고 하겠다. 한편 Ag의 함량을 3wt.% 이상으로 첨가할 경우에도 비교적 느린 응고 속도에서는 조대한 판상의 $Ag_3Sn$ 상을 형성하는 경향이 있어 외관 물량을 야기 시킬 가능성이 매우 커지는 현상도 보고되고 있다. 따라서 Ag의 첨가량을 최적화 하면서 솔더 재료로서의 특성을 계속적으로 유지하기 위해서는 제 4 원소의 함유가 필수적이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 Sn-Ag-Cu계에 첨부하는 제 4원소로서 In을 선택하였다. 비록 In은 Ag보다 고가이기 때문에 산업적인 적용을 위한 솔더 합금 원소로는 거의 각광받지 못했으나, 본 연구의 결과로는 In은 매우 소량 첨가할 경우에도 Sn-Ag-Cu계 합금, 특히 소량의 Ag를 함유하는 Sn-Ag-Cu계 합금의 wettabilty와 기계적 특성 향상에 매우 효과적임을 알 수 있었다. 결론적으로 본 연구를 통해 구현된 Sn-Ag-Cu-In계 최적 솔더 조성의 경우 Sn-3.0Ag-0.5Cu의 표준 조성에 비하여 약 18%의 원자재 가격 절감을 도모할 수 있을 것으로 예상되는 한편. Sn-3.0Ag-0.5Cu에 유사하거나 우수한 wettability 특성을 나타내었고. Sn-1.0Ag-0.5Cu 또는 Sn-l.2Ag-0.5Cu-0.05Ni 조성보다는 월등히 우수한 wettability 특성을 나타내었다. 더구나 Sn-Ag-Cu-In계 최적 솔더 조성은 합금의 강도 저하는 최소화 시키면서 합금의 elongation은 극적으로 향상시켜 합금의 toughness 값이 매우 우수한 특성을 가짐을 알 수 있었다. 이렇게 우수한 toughness 값은 솔더 조인트의 대표적 신뢰성 요구 특성인 열싸이클링 수명과 내 impact 수명을 동시에 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다. 요컨대 본 연구를 통해 구현된 Sn-Ag-Cu-In계 솔더 조성은 최적 솔더 조성에서 요구되는 4가지 인자, 즉, 저렴한 원재료 가격, 우수한 wettability 특성, 합금 자체의 높은 toughness, 안정하고 낮은 성장 속도의 계면 반응층 생성을 모두 만족시키는 특징을 가짐으로서 기존 무연솔더 조성의 새로운 대안으로 자리 잡을 것으로 기대된다.