• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제20권3호
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• pp.45-51
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• 2013

3차원 적층 패키지를 위한 Cu/Sn-3.5Ag 미세범프의 솔더 구조에 따른 금속간화합물 성장거동을 분석하기 위해 솔더 두께가 각각 $6{\mu}m$, $4{\mu}m$인 서로 다른 구조의 미세범프를 $130^{\circ}C$, $150^{\circ}C$, $170^{\circ}C$ 조건에서 실시간 주사전자현미경을 이용하여 실시간 금속간화합물 성장 거동을 분석하였다. Cu/Sn-3.5Ag($6{\mu}m$) 미세범프의 경우, 많은 양의 솔더로 인해 접합 직후 솔더가 넓게 퍼진 형상을 나타내었고, 열처리 시간경과에 따라 $Cu_6Sn_5$ 및 $Cu_3Sn$금속간화합물이 성장한 후, 잔류 Sn 소모 시점 이후 $Cu_6Sn_5$가 $Cu_3Sn$으로 상전이 되는 구간이 존재하였다. 반면, Cu/Sn-3.5Ag($4{\mu}m$) 미세범프의 경우, 적은양의 솔더로 인해 접합 직후 솔더의 퍼짐 현상이 억제 되었고, 접합 직후 잔류 Sn상이 존재하지 않아서 금속간화합물 성장구간이 억제되고, 열처리 시간경과에 따라 $Cu_6Sn_5$가 $Cu_3Sn$으로 상전이 되는 구간만 존재하였다. 두 시편의 $Cu_3Sn$상의 활성화 에너지의 값은 Cu/Sn-3.5Ag($6{\mu}m$) 및 Cu/Sn-3.5Ag($4{\mu}m$) 미세범프가 각각 0.80eV, 0.71eV로 나타났고, 이러한 차이는 반응기구 구간의 차이에 따른 것으로 판단된다. 따라서, 솔더의 측면 퍼짐 보다는 접합 두께가 미세범프의 금속간화합물 반응 기구를 지배하는 것으로 판단된다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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• pp.481-486
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• 2002

We have investigated the effects of plating materials for Cu lead (Sn-lOPb, AwPdJNi, Sn-3.5Ag, Sn-3Bi and Sn-0.7Cu) on properties of QFP joints using a Sn-8Zn-3Bi solder. The results were compared with the joints using Sn-3. 5Ag-0. 7Cu and Sn-37Pb solders. As a result, the joints with the Sn-3.5Ag, Sn-3Bi and Sn-0.7Cu plated Cu lead had the reliability comparable to those of the Sn-3.5Ag-0.7Cu and Sn-37Pb soldered joints with respect to the joint strength after the high temperature holding tests at 348K to 423k. In particular, the joint with the Sn-3.5Ag plated Cu lead had the best reliability. This is caused by the low growth rate of a Cu-Sn interfacial reaction layer that degrades the joint strength of the soldered joints. Consequently, the Sn-3.5Ag plating was found to be most feasible plating for the Sn-8Zn-3Bi soldered joint.

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

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2003년도 기술심포지움 논문집
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• pp.110-113
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• 2003

여러가지 Sn-Ag-Cu 솔더조성과 솔더링 후의 냉각속도에 따라 솔더링 접합부에서의 계면 미세조직의 다양한 변화를 관찰해 보았다. 현재까지 Sn-Ag-Cu 3원계 공정점에 대한 정확한 연구가 미흡하고, 상용으로 제품화되고 있는 Sn-Ag-Cu 합금계는 3원계 공정조성에서 약간 벗어난 조성들을 선택하고 있다고 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서 사용한 Sn-Ag-Cu 합금 조성은 Sn-3.5Ag, Sn-3Ag-0.7Cu, Sn-3Ag-1.5Cu, Sn-3.7Ag-0.9Cu, Sn-6Ag-0.5Cu로 선택하였으며, 각 조성에서 Lap Shear Joint를 제조하였다. 사용한 Solder pad는 Cu pad와 Cu pad 위에 Au/Ni를 plating한 것을 이용하였다. 리플로우 솔더링 조건은 $250^{\circ}C$ 이상의 온도에서 60초 실시하였으며, 리플로우 솔더링 후의 냉각속도를 달리하여 냉각시켰다. 솔더링 후의 냉각속도가 느려질수록 계면 금속간화합물(IMC)의 두께가 더욱 증가하며, 조대화되었다. 또한 솔더 조성의 영향에서 Cu와 Ag의 함량이 높을수록 계면 IMC의 두께가 증가되었으며, 이는 솔더내부에 형성된 IMC 입자들이 조대화되어 계면 IMC층에 결합되어 나타났기 때문이다.

• 한국재료학회지
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• 제17권8호
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• pp.402-407
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• 2007

In electronics manufacturing processes, soldering process has generally been used in surface mounting technology. Because of environmental restriction, lead free solders as like a SnAgCu ternary system are being used widely. After soldering process, the formation and growth of intermetalic compounds(IMCs) are formed in the interface between solder and Cu substrate as follows isothermal temperature and time. In this studies, therefore, we investigated the effects of the Cu substrate thickness on the IMC formation and growth of Sn-40Pb/Cu and Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu solder joints, respectively. The effect of the Cu thickness in PCB Cu pad and pure Cu plate was analyzed as measuring of thickness of each IMC. After solder was soldered on PCB and Cu plate which have different Cu thickness, we measured the IMC thickness in solder joints respectively. Also we compared with the effectiveness of Cu thickness on the IMC growth. From these results, we calculated the activation energy.

• 한국생산제조학회지
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• 제20권2호
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• pp.193-201
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• 2011

Recently, mechanical reliabilities including a drop test have been a hot issue. In this paper, solder balls with new components which are Sn-3.0Ag-0.5Cu and Sn-1.0Ag-0.5Cu-0.05N are introduced, and board level drop test for them are conducted under JEDEC standard in which the board with 15 flip chips is dropped as 1,500g acceleration during 0.5ms. The drop simulations are studied by using a implicit method in the ANSYS LS-DYNA, and modal analysis is made. Through both analyses, the solder balls with new components are evaluated under the drop. It is found that the maximum stress of each chip is occurred between the solder ball and the PCB, and the highest value among the maximum stresses in the chips is occurred on the chip nearest to fixed holes on the board in the drop tests and simulations.

• Journal of Welding and Joining
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• 제29권1호
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• pp.41-45
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• 2011

SnAgCu lead-free solder alloy is considered as the best alternative to eutectic tin-lead solder. However, the detailed material properties of SnAgCu solder are not available in public. Hence, this paper presents an estimation of mechanical properties of SnAgCu lead-free solder. In particular, the weight percent of Ag was varied as 1.0wt%, 2.5wt%, 3.0wt%, and 4.5wt% in order to estimate the effect of Ag in the Sn-xAg-0.5Cu ternary alloy system. For this purpose, four types of SnAgCu bars were first molded by casting and then standard specimens were cut out of molded bars. Micro-Vickers hardness, tensile tests were finally performed to estimate the variations in mechanical properties according to the weight percent of Ag. Test results reveal that the higher the weight percent of Ag is, the higher the hardness, yield strength, and ultimate tensile strength become. More material properties will be further investigated in the future work.

• 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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• 제12권1호
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• pp.41-46
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• 2005

무전해 Ni(P)과 솔더와의 반응 중 발견되는 취성파괴 현상과 계면 화학반응시의 금속간화합물 spalling과의 연관성을 전단 파괴실험을 통하여 체계적으로 연구하였다. 취성파괴는 무전해 Ni(P)과 Sn-3.5Ag 솔더와의 반응 후에만 나타났고 Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더와의 반응시에는 연성파괴만이 관찰되었다. Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더와의 반응시 $(Ni,Cu)_3Sn_4$와 $(Cu,Ni)_6Sn_5$의 삼성분계 금속간화합물이 생성되었고 spatting은 발생하지 않았다. 반면, Sn-3.5Ag 솔더와의 반응시에는 $Ni_3Sn_4$ 금속간화합물이 spatting된 솔더패드에서 취성파괴가 발생하였다. 파괴표면을 면밀히 분석한 결과 취성파괴는 $Ni_3Sn_4$ 금속간화합물과 Ni(P) 금속층 사이에 형성된 $Ni_3SnP$ 층에서 발생하는 것을 알 수 있었다. $Ni_3SnP$ 금속간화합물 층은 $Ni_3Sn_4$ 금속간화합물이 spatting되는 과정 중에 두껍게 성장하므로 무진해 Ni(P) 사용시 기계적 신뢰성을 보장하기 위해서는 금속간화합물의 spatting을 방지하는 것이 매우 중요하다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2000년도 하계학술대회 논문집
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• pp.640-644
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• 2000

Sn-3.5Ag 무연합금을 Cu 및 Alloy42 리드프레임에 납땜접합(solder joint)하고 미세조직, 젖 음성, 전단강도, 시효효과를 측정하여 비교하였다. CU의 경우, 납땜의 Sn기지상안에 Ag$_3$Sn$_{5}$상이, 그리고 땜납/리드프레임의 경계면에는 1~2$\mu\textrm{m}$ 두께의 Cu$_{6}$Sn$_{5}$상이 형성되었다. Alloy42의 경우, 기지상내에는 낮은 밀도의 Ag$_3$Sn상만이, 그리고 계면에는 0.5~1.5$\mu\textrm{m}$ 두께의 FeSn$_2$이 형성되었다. 한편. Cu에 비해 Alloy42 리드프레임에서 전단강도는 낮았으며, 시효 시간에 따라 전단강도는 모두 감소하였다. 18$0^{\circ}C$에서 1주일간 시효처리 후, Cu 리드프레임에는 계면에 η-Cu$_{6}$Sn$_{5}$ 층이 15-20$\mu\textrm{m}$ 성장하였고, A11oy42 리드프레임에는 기지상내에 AgSn$_3$이 조대하게 성장하였으며, 계면에는 FeSn$_2$층만이 약 $1.5\mu\textrm{m}$로 성장하였다.성장하였다.