• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.79-79
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• 2010

저온용 무연 솔더의 대표 조성으로 고려되고 있는 Sn-58Bi(융점: $138^{\circ}C$) 공정(eutectic) 조성은 우수한 강도에도 불구하고 연성(ductility) 측면에서의 문제점이 지속적으로 보고되고 있다. 따라서 이 합금계의 연성을 최대로 개선시킬 수 있으면서도 실제 상용화가 가능한 합금 조성의 개발 연구가 요청된다. 본 연구에서는 Sn-Bi 2원계 조성에서 최대의 연성을 나타내는 것으로 보고된 Sn-40Bi 조성에 미량의 합금원소를 첨가함으로써 최대의 연성을 확보하는 한편, 그 연성 특성이 변형속도에 어느 정도 민감한지를 인장 실험을 통해 결정하고자 하였다. 합금원소로는 0.1~0.5 wt%의 Ag, Mn, In, Cu를 선택하였으며, 인장 시편을 제조하여 $10^{-2}$, $10^{-3}$, $10^{-4}\;s^{-1}$의 3종류로 변형속도를 변형시켜가며 응력-변형 곡선(stress-strain curve)을 측정하였고, 조성별, 변형속도별로 최대인장강도(ultimate tensile stress, UTS) 및 연신율 결과들을 정리하였다. 합금원소를 첨가한 조성의 경우는 모든 시험 조건에서 Sn-40Bi보다 우수한 연신률을 나타내는 것으로 측정되었으나, $10^{-2}\;s^{-1}$의 빠른 변형속도에서는 그 향상 정도가 상대적으로 감소하는 경향이 관찰되었다. 특히 Sn-40Bi-0.5Ag 조성의 경우 느린 변형속도에서 특히 눈에 띄는 연신률 값을 나타내며, 모든 변형속도 조건에서 가장 우수한 연성을 나타내었다. 한편 Sn-40Bi-0.1Cu 조성의 경우 변형속도에 따른 연신률의 변화 정도, 즉, 변형속도에 따른 연신률의 민감도가 매우 커 $10^{-4}\;s^{-1}$ 속도에서는 Sn-40Bi-0.5Ag에 버금가는 연신률 값이 측정되었으나, $10^{-2}\;s^{-1}$ 속도에서는 가장 나쁜 연신률 특성을 보여주었다. Sn-40Bi-0.2Mn 조성은 최고의 연신률 향상 특성을 나타내지는 않았으나, In을 첨가한 경우보다는 대체적으로 우수한 연성을 나타내었다. 이상의 각 합금별 연성 특성은 인장시험 전의 미세조직 관찰 결과와 인장시험 후 파면부의 조직변화 관찰 결과로부터 해석되었다. 그 결과 석출상의 형성 여부, 인장 시험 중 재결정 조직의 형성 여부, 라멜라(lamellar) 조직의 분율과 라멜라 간격(lamellar spacing)의 정도 또는 $\beta$-Sn과 라멜라 조직 사이의 결정립계와 라멜라 조직 내 결정립계에서의 슬라이딩 모드(sliding mode) 변형 정도, 석출상의 크기와 분포 정도 등이 연신률 및 변형속도 민감도와 같은 연성 특성에 가장 큰 영향을 미치는 인자인 것으로 분석되었다.

• Korean Journal of Metals and Materials
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• v.46 no.2
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• pp.80-87
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• 2008

Many researches related to the reliability of Pb-free solder joints with PCB (printed circuit board) surface finish under thermal or vibration stresses are in progress, because the electronics is operating in hash environment. Therefore, it is necessary to assess Pb-free solder joints life with PCB surface finish under thermal and mechanical stresses. We have investigated 4-points bending fatigue lifetime of Pb-free solder joints with OSP (organic solderability preservative) and ENIG (electroless nickel and immersion gold) surface finish. To predict the bending fatigue life of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder joints, we use the test coupons mounted 192 BGA (ball grid array) package to be added the thermal stress by conducting thermal shock test, 500, 1,000, 1,500 and 2,000 cycles, respectively. An 4-point bending test is performed in force controlling mode. It is considered that as a failure when the resistance of daisy-chain circuit of test coupons reaches more than $1,000{\Omega}$. Finally, we obtained the solder joints fatigue life with OSP and ENIG surface finish using by Weibull probability distribution.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.18 no.3
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• pp.67-74
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• 2011

Keys to high wiring density semiconductor packages include flip-chip bonding and build-up substrate technologies. The current issues are the establishment of a fine pitch flip-chip bonding technology and a low coefficient of thermal expansion (CTE) substrate technology. In particular, electromigration and thermomigration in fine pitch flipchip joints have been recognized as a major reliability issue. In this paper, electromigration and thermomigration in Cu/Sn-3Ag-0.5Cu (SAC305)/Cu flip-chip joints and electromigration in Cu/In/Cu flip chip joints are investigated. In the electromigration test, a large electromigration void nucleation at the cathode, large growth of intermetallic compounds (IMCs) at the anode, a unique solder bump deformation towards the cathode, and the significantly prolonged electromigration lifetime with the underfill were observed in both types of joints. In addition, the effects of crystallographic orientation of Sn on electromigration were observed in the Cu/SAC305/Cu joints. In the thermomigration test, Cu dissolution was accelerated on the hot side, and formation of IMCs was enhanced on the cold side at a thermal gradient of about $60^{\circ}C$/cm, which was lower than previously reported. The rate of Cu atom migration was found comparable to that of electromigration under current conditions.

• Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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• v.23 no.3
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• pp.237-242
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• 2014

Recently much research are has been done into the compositions of lead-free solders. As a result, there has been a rapid increase in the number of new compositions. In the past, the properties of these new compositions were determined and verified through drop-impact tests. However, these drop tests were expensive and it took a long time to obtain a result. The main goal of this study was to establish an analytical method capable of predicting the impact life-time of a new solder composition for board-level flip chips though the application of drop simulations using LS-DYNA. Based on the reaction load obtain with LS-DYNA, the drop-impact fracture cycles were predicted. The study was performed using a Sn-3.0Ag-0.5Cu solder (305 composition). To verify the reliability of the proposed analytical method, the results of the drop-impact tests and life-time analysis were compared, and were found to be in good agreement. Thus, the new analytical method was shown to be very useful and effective.

• Journal of Applied Reliability
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• v.5 no.3
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• pp.327-342
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• 2005

전자 패키지가 열을 받을 때 회로기판과 칩의 열팽창계수 차이에 의해 발생되는 응력은 솔더 조인트의 파손에 영향을 미친다. 본 연구에서는 이 영향을 정량적으로 규명하기 위하여 열충격시험기를 이용해 얻어진 솔더 조인트의 전기저항 변화와 수명과의 상관관계를 규명하였고, BGA솔더 조인트의 수명을 정량적으로 도출하였다. 또한 Sn-3.5Ag-0.5Cu 무연 솔더와 63Sn-37Pb 유연 솔더를 위의 실험에 동시에 적용시켜 건전성을 FORM(first-order reliability method)과 Weibull Function Model을 이용해 비교하였다.

• Korean Journal of Metals and Materials
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• v.48 no.11
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• pp.1035-1040
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• 2010

The research efforts on GaN-based light-emitting diodes (LEDs) keep increasing due to their significant impact on the illumination industry. Surface mount technology (SMT) is widely used to mount the LED packages for practical application. In surface mount soldering both the device body and leads are intentionally heated by a reflow process. We studied on the effects of multiple reflows on microstructural variation and joint strength of the solder joints between the LED package and the substrate. In this study, Pb-free Sn-3.0Ag-0.5Cu solder and a finished pad with organic solderability preservatives (OSP) were employed. A $Cu_6Sn_5$ intermetallic compound (IMC) layer was formed during the multiple reflows, and the thickness of the IMC layerincreased with an increasing number of reflows. The shear force decreased after three reflows. From the observation of the fracture surface after a shear test, partially brittle fractures were observed after five reflows.

• Proceedings of the Korean Reliability Society Conference
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• 2005.06a
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• pp.287-294
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• 2005

전자 패키지가 열을 받을 때 회로기판과 칩의 열팽창계수 차이에 의해 발생되는 응력은 솔더 조인트의 파손에 영향을 미친다. 본 연구에서는 이 영향을 정량적으로 규명하기 위하여 열충격시험기를 이용해 얻어진 솔더조인트의 전기저항 변화와 수명과의 상관관계를 규명하였고, BGA 솔더조인트의 수명을 정량적으로 도출하였다. 또한 Sn-3.5Ag-0.5Cu 무연솔더와 63Sn-37Pb 유연솔더를 위의 실험에 동시에 적용시켜 건전성을 FORM(first-order reliability method)과 Weibull Function Model을 이용해 비교하였다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.77-77
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• 2010

본 연구에서는 Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) 무연솔더의 최적 인쇄성을 위한 PCB 및 마스크설계, 스크린프린팅 공정변수의 최적값을 실험계획법을 통해 평가하였다. 사용된 칩은 가로 0.4mm 세로 0.2mm의 0402 MLCC칩이며, 사용된 시험보드는 OSP 표면처리된 PCB이었다. 인쇄성을 판단하기 위한 공정인자는 금속마스크 두께, 마스크홀 크기, 패드크기 및 모양, 인쇄각도, 인쇄속도, 판분리속도이었다. ANOVA분석을 통해 주인자를 파악하였으며, 인쇄성에 영향을 미치는 주인자는 마스크두께와 인쇄각도임이 확인되었다. 그 후 중심 합성법을 이용하여 인쇄성 최적 조건을 확인하였다. 결과로 나타난 등고선/표면도를 통해, 마스크두께가 작을 때에는 인쇄각도가 작아야 높은 인쇄성을 갖으며, 또한 마스크 두께가 클 경우에는 인쇄각도가 커야 높은 인쇄성을 가짐을 알 수 있었다. 추가실험을 통해서 인쇄성 표면도의 정확도를 확인하였으며, 실험값은 표면도에서 표시된 인쇄성값과 비슷함을 알 수 있었다. 또한, 인쇄성이 낮은 영역과 높은 영역에서 접합강도값을 측정하였으며, 인쇄성이 좋은 영역에서 접합강도도 높음을 알 수 있었다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.77-77
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• 2009

ELV(; End of Life Vehicles)를 비롯한 최근 환경 동향은 자동차 전장 모듈에 대하여 다양한 무연 솔더 적용을 요구하고 있다. 특히 자동차 엔진룸과 트랜스미션은 가동 중 고온 및 진동의 지속적인 영향을 받기 때문에 이와 유사한 환경에서의 신뢰성 연구가 필요한 시점이다. 이에 본 연구에서는 Sn3.5Ag, Sn0.7Cu, Sn5.0Sb 솔더 조성에 대하여 복합환경 조건하에서 접합부 신뢰성을 평가하였다. 복합환경을 구현하기 위하여 $-40{\sim}150^{\circ}C$ 범위의 온도 사이클과 랜덤 진동을 동시에 인가하였으며, 진동 가속도 3G, 진동주파수는 10~1000Hz 로 설정하여 자동차 환경을 충족하였다. 복합시험의 1 cycle 은 20 시간이며, 총 120 시간의 시험 동안 진동의 영향 및 진동과 고온이 동시에 작용하였을 경우의 영향에 대해 비교하였다. 테스트 모듈 제작을 위해 450 um 의 솔더볼이 적용되었으며, 각 조성의 솔더볼을 이용하여 BGA test chip 제작하였고, 제작된 BGA test chip 은 다시 daisy chain PCB 위에 실장 및 리플로우 공정을 통해 접합되었다. 테스트 동안 In-situ 로 저항의 변화를 관찰하여 파단의 유무를 판단하였고 전자주사현미경을 통해 파괴 기전을 평가하였다. 복합시험 시간에 따른 전단강도를 측정하였으며, 각 조성에 대하여 상이한 전단강도 변화를 관찰하였다. 계면 IMC 형상은 전단강도 변화에 영향을 주었으며, 특히 높은 온도가 IMC 성장을 촉진시켜 전단강도 감소에 영향을 주었다. 본 복합환경 시험 조건에서는 Sn0.7Cu 가 가장 안정적이었으며, 파단면을 관찰한 결과 연성파괴 모드가 관찰되었다.

• Journal of Welding and Joining
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• v.33 no.3
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• pp.25-31
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• 2015

Due to environmental regulations (RoHS, WEEE and ELV) of the European Union, electronics and automotive electronics have to eliminate toxic substance from electronic devices and system. Specifically, reliability issue of lead-free solder joint have an increasing demand for the car electronics caused by ELV banning. The authors prepared engine control unit and cabin electronics soldered with Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305). To compare with the degradation characteristics of solder joint strength, thermal cycling test (TC), power-thermal cycling test (PTC) and series tests were conducted. Series tests were conducted for TC and PTC combined stress test using the same sample in sequence and continuously. TC test was performed at $-40{\sim}125^{\circ}C$ and soak time 10 min for 1000 cycles. PTC test was applied by pulse power and full function conditions during 100 cycles. Combined stress test was tested in accordance with automotive company standard. Solder joint degradation was observed by optical microscopy and environment scanning electron microscopy (ESEM). In addition, to compare with deterioration of bond strength of quad flat package (QFP) and chip components, we have measured lead pull and shear strength. Based on the series test results, consequently, we have validated of series test method for lifetime and reliability of Pb-free solder joint in automotive electronics.