• Electronic Materials Letters
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• 제14권6호
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• pp.678-688
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• 2018

The repeated-bending properties of Sn-0.7Cu, Sn-0.3Ag-0.7Cu (SAC0307), and Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) solders mounted on flexible substrates were studied using highly accelerated stress testing (HAST), followed by repeated-bending testing. In the Sn-0.7Cu joints, the $Cu_6Sn_5$ intermetallic compound (IMC) coarsened as the HAST time increased. For the SAC0307 and SAC305 joints, the $Ag_3Sn$ and $Cu_6Sn_5$ IMCs coarsened mainly along the grain boundary as the HAST time increased. The Sn-0.7Cu solder had a high contact angle, compared to the SAC0307 and SAC305 solders; consequently, the SAC0307 and SAC305 solder joints displayed smoother fillet shapes than the Sn-0.7Cu solder joint. The repeated-bending for the Sn-0.7Cu solder produced the crack initiated from the interface between the Cu lead wire and the solder, and that for the SAC solders indicated the cracks initiated at the surface, but away from the interface between the Cu lead wire and the solder. Furthermore, the oxide layer was thickest for Sn-0.7Cu and thinnest for SAC305, regardless of the HAST time. For the SAC solders, the crack initiation rate increased as the oxide layer thickened and roughened. $Cu_6Sn_5$ precipitated and grew along the grain and subgrain boundaries as the HAST time increased, embrittling the grain boundary at the crack propagation site.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권1호
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• pp.55-62
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• 2023

본 연구에서는 서로 다른 Pore per inch (PPI, 1 inch 당 pore의 수)를 갖는 Ni-foam 사이에 Sn-3.0Ag-0.5Cu(wt.%, SAC305) 솔더 침지 공정을 수행하여 Ni-foam/SAC305 복합 솔더를 제조한 후, 이를 천이액상 확산 접합(Transient liquid Phase bonding, TLP bonding) 공정에 적용하여 형성된 접합부의 미세구조 분석 및 기계적 특성 평가가 수행되었다. 제조된 Ni-foam/SAC305 복합 솔더 프리폼 (Solder preform)은 Ni-foam 및 SAC305로 구성되었으며, Ni-foam 계면에는 (Ni,Cu)₃Sn₄ 조성의 금속간 화합물이 형성되었다. TLP 접합 공정 수행 시, Ni-foam 계면의 금속간 화합물은 (Ni,Cu)₃Sn₄+Au로 변환 되었으며, 접합 시간이 증가할수록 Ni-foam과 SAC305가 지속적으로 반응하면서 접합부는 금속간 화합물로 변환되었다. 130 PPI Ni-foam/SAC305 복합 솔더 접합부가 가장 빠른 속도로 금속간 화합물로 변화되는 것을 확인하였다. 기계적 특성에 미치는 Ni-foam의 영향을 확인하기 위해 전단 시험 수행 결과, TLP 접합 초기에 모든 조건의 솔더 접합부는 50 MPa 이상의 우수한 기계적 특성을 나타내었으며, 접합 시간이 증가할수록 전단 강도는 증가하는 경향을 나타내었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제28권1호
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• pp.31-37
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• 2021

Sn-3wt%Ag-0.5wt%Cu (SAC305) solder is most popular solder in electronics industry. However, SAC305 has also drawbacks such as growth of β-Sn phase, intermetallic compounds (IMCs) of Ag3Sn, Cu6Sn5 and Cu3Sn which can result in deterioration of solder joints in terms of metallurgically, mechanically and electrically. Thus, improvement of SAC305 solders have been investigated continuously by addition of alloying elements, nano-particles and etc. In this paper, recent improvements of SAC solders including nano-composite alloys and related solderabilty and metallurgical and mechanical properties are investigated.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제27권3호
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• pp.29-34
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• 2020

본 연구에서는 무전해 니켈 도금액 pH 변화에 따른 electroless nickel immersion gold (ENIG)/Sn-3.0wt.%Ag-0.5wt.%Cu(SAC305) 솔더 접합부 취성 파괴 거동에 대하여 평가하였다. ENIG 표면처리를 위한 무전해 니켈 도금액의 pH는 4.0에서 5.5로 변화 시켰다. 무전해 니켈 도금 후 Ni-P 표면 관찰 결과, 도금액의 pH가 낮아질수록 Ni-P 층 nodule 표면에 핀홀이 증가하였다. 솔더링 후 접합부 계면에서는 (Cu,Ni)6Sn5 금속간화합물이 형성되었으며, 무전해 니켈 도금액의 pH가 증가할수록 솔더접합부의 계면 금속간화합물의 두께는 증가하였다. 고속전단 시험을 통하여 ENIG/SAC305 솔더 접합부의 취성파괴 거동을 확인하였으며, 무전해 니켈 도금액의 pH가 증가할수록 솔더접합부의 전단강도는 감소하는 경향을 보였다. 또한, 솔더 접합부의 취성 파괴율은 pH가 5일 때 가장 높은 값을 보였다.

• 대한금속재료학회지
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• 제47권8호
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• pp.500-507
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• 2009

Pb-free solder has recently been used in electronics in efforts to meet environmental regulations, and a number of Pb-free solder alloy choices beyond the near-eutectic SnAgCu solder are now available. With increased demand for thin and portable electronics, the high cost of alloys containing significant amounts of silver and their poor mechanical shock performance have spurred the development of low Ag SnAgCu solder, which provides improved mechanical performance at a reasonable cost. Although low Ag SnAgCu solder exhibits significantly higher fracture resistance under high-strain rates, little thermal fatigue data exist for this solder. Therefore, it is necessary to investigate thermal fatigue reliability of low Ag SnAgCu solder under variation of thermal stress in order to allow its implementation in electronic products with high reliability requirements. In this study, the reliability of Sn0.3Ag0.7Cu(SAC0307), a low Ag solder alloy, is discussed and compared with that of Sn3Ag0.5Cu(SAC305). Three sample types and six samples size are evaluated. Mechanical properties and microstructure of the solder joint are investigated under thermal shock cycles. It was observed that the mechanical strength of SAC0307 dropped slightly with thermal cycling relative to that of SAC305. This reveals that the failure mode of SAC0307 is different from that SAC305 under this critical condition.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제22권2호
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• pp.47-53
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• 2015

인쇄회로기판 솔더 상부 및 하부 접합부의 서로 다른 표면처리 조건에 따른 Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) 접합부의 열처리 및 전류 인가에 따른 금속간 화합물 성장거동을 비교하기 위하여 in-situ 미세구조분석 및 electromigration (EM) 수명평가를 실시하였다. 솔더 접합 직후, 상부 접합부의 electroless nickel immersion gold (ENIG) 표면처리에서는 $(Cu,Ni)_6Sn_5$, 하부 접합부의 organic solderability preservative (OSP) 표면처리에서는$ Cu_6Sn_5$, $Cu_3Sn$ 금속간 화합물이 접합 계면에서 생성되었다. EM 수명평가 결과 온도 $130^{\circ}C$, 전류밀도 $5.0{\times}10^3A/cm^2$ 하에서 평균파괴시간이 약 78.7 hrs으로 도출되었고, 하부 OSP 표면처리에서 전자가 솔더로 빠져나가는 부분에서 Cu의 소모에 의한 단락이 주 손상기구로 확인되었다. In-situ 주사전자현미경을 통해 계면 미세구조 분석 결과 상부 접합부 ENIG 표면처리에서 전자의 방향에 따른 미세구조의 큰 차이가 없고 뚜렷한 손상이 관찰되지 않았으나, 하부 접합부 OSP 표면처리의 경우 전자가 솔더로 유입되는 부분에서 빠른 Cu 소모로 인한 보이드 성장이 관찰되었다. 따라서, SAC305무연솔더 접합부에서 ENIG 표면처리가 OSP 표면처리보다 보다 우수한 EM확산방지막 역할을 하여 금속간 화합물 성장을 억제하고 보다 우수한 EM 신뢰성을 보이는 것으로 판단된다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제35권3호
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• pp.7-14
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• 2017

The effect of high temperature-moisture on corrosion and mechanical properties for Sn-0.7Cu, Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) solders on flexible substrate was studied using Highly Accelerated Temperature/Humidity Stress Test (HAST) followed by three-point bending test. Both Sn-0.7Cu and SAC305 solders produced the internal $SnO_2$ oxides. Corrosion occurred between the solder and water film near flexible circuit board/copper component. For the SAC305 solder with Ag content, furthermore, octahedral corrosion products were formed near Ag3Sn. For the SAC305 and Sn-0.7Cu solders, the amount of internal oxide increased with the HAST time and the amount of internal oxides was mostly constant regardless of Ag content. The size of the internal oxide was larger for the Sn-0.7Cu solder. Despite of different size of the internal oxide, the fracture time during three-point bending test was not significantly changed. It was because the bending crack was always initiated from the three-point corner of the chip. However, the crack propagation depended on the oxides between the flexible circuit board and the Cu chip. The fracture time of the three-point bending test was dependent more on the crack initiation than on the crack propagation.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제26권3호
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• pp.81-88
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• 2019

본 연구에서는 그래핀 산화(graphene oxide, GO) 분말 첨가가 ball grid array(BGA) 패키지와 printed circuit board(PCB)간 Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305) 무연솔더 접합부의 electromigration(EM) 수명에 미치는 영향에 대하여 보고 하였다. 솔더 접합 직후, Ni/Au표면처리된 패키지 접합계면에서는 $(Cu,Ni)_6Sn_5$가 생성되었으며 organic solderability preservative(OSP) 표면처리 된 PCB 접합계면에서는 $Cu_6Sn_5$ 금속간화합물(intermetallic compound, IMC)이 생성되었다. $130^{\circ}C$, $1.0{\times}10^3A/cm^2$ 전류밀도 하에서 EM 수명평가 결과, GO를 첨가하지 않은 솔더 접합부의 평균 파괴 시간은 189.9 hrs으로 도출되었고, GO를 첨가한 솔더 접합부의 평균 파괴 시간은 367.1 hrs으로 도출되었다. EM에 의한 손상은 패키지 접합계면에 비하여 pad 직경이 작은 PCB 접합계면에서 전자 유입에 의한 Cu의 소모로 인하여 발생하였다. 한편, 첨가된 GO는 하부계면의 $Cu_6Sn_5$ IMC와 솔더 사이에 분포하는 것을 확인하였다. 따라서, SAC305 무연솔더에 첨가된 GO가 전류 집중 영역에서 Cu의 빠른 확산을 억제하여 우수한 EM 신뢰성을 갖는 것으로 생각된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제29권3호
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• pp.55-61
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• 2022

본 연구에서는 용융온도가 중온계 무연 솔더인 Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)와 저온계 무연 솔더인 Sn-57Bi-1Ag를 사용하여 형성된 복합 무연 솔더 접합부의 특성에 대하여 보고 하였다. SAC305 솔더볼이 형성된 ball grid array(BGA) 패키지와 Sn-57Bi-1Ag 솔더 페이스트가 도포된 flame retardant-4(FR-4) 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 리플로우 솔더링 공정을 이용하여 복합 무연 솔더 접합부를 형성 하였다. 공정 온도 프로파일을 두 가지 형태로 달리하여 리플로우 솔더링 공정을 진행하였으며 리플로우 솔더링 공정 조건에 따른 계면 반응, 금속간화합물(intermetallic compound, IMC)의 형성, Bi의 확산 거동 등 복합 무연 솔더 접합부 계면 특성을 비교 분석 하였다. 또한, 열 충격 시험을 통하여 리플로우 솔더링 공정에 따른 복합 무연 솔더 접합부의 신뢰성 특성을 비교하고 열 충격 시험 전후 전단 시험을 진행하여 접합부의 기계적 특성 변화를 분석하였다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제16권3호
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• pp.112-116
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• 2015

This work studied the thickness and contact angle of solder joints between SAC 305 lead-free solder alloy and a Copper (Cu) substrate. Intermetallic compound (IMC) thickness and contact angle of 3Sn-Ag-0.5Cu (SAC 305) leadfree solder were measured using varying aging times, at a fixed temperature at 30℃. The thickness of IMC and contact angle depend on the aging time. IMC thickness increases as the aging increases. The contact angle gradually decreased from 39.49° to 27.59° as aging time increased from zero to 24 hours for big solder sample. Meanwhile, for small solder sample, the contact angle increased from 32.00° to 40.53° from zero to 24 hours. The IMC thickness sharply increased from 0.007 mm to 0.011 mm from zero to 24 hours aging time for big solder. In spite of that, for small solder the IMC thickness gradually increased from 0.009 mm to 0.017 mm. XRD analysis was used to confirm the intermetallic formation inside the sample. Cu₆Sn₅, Cu₃Sn, Ni₃Sn and Ni₃Sn₂ IMC layers were formed between the solder and the copper substrate. As the aging time increased, the strength of the solder joint mproved due to reduced contact angle.