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

• Journal of Welding and Joining
• /
• 제16권3호
• /
• pp.157-166
• /
• 1998

Recently as environmental pollution caused by Pb has posed a serious threat to the global environment, the trend to regulate the usage of Pb in electronic industry is one the rise. Currently, the solder alloy with high Pb content, Sn-37%Pb, is utilized in the electronic assembly therefore, the objective of this study is to develop an alternative solder alloy for the existing Sn-37%Pb solder alloy. First thing, this work choosed Sn-5%Pb-1.5%Ag, Sn-5%Pb-1.5%Ag-x%Bi(x=1~5%) for candidate solder alloys, and examined their properties such as melting range, wettability, microhardness, tensile property, oxidation behavior and microstructure. Wettability was on the same level of Sn-37%Pb. Dissolution of Pb ion in Sn-5%Pb solder was 0.46ppm. This solder alloy revealed cellular dendrite microstructure $\beta$-Sn matrix, Pb-rich phase, Ag/Sn, and Cu/Sn Intermetallic compounds. The range of solidification temperature was within 3$0^{\circ}C$. Also these alloy displayed higher tensile strength and lower elongation than Sn-37%Pb. The resistance of oxidation in Sn-5%Pb-1.5%Ag solder alloy was superior to that of Sn-37%Pb solder alloy. But that of Sn-5%Pb-1.5%Ag-5%Bi solder alloy was equal to that of Sn-37%Pb solder alloy.

• Journal of Welding and Joining
• /
• 제20권4호
• /
• pp.505-509
• /
• 2002

Pb is considered to be eliminated from solder, due to its toxicity. However, melting temperatures of most Pb-free solders are known higher than that of Sn37Pb. Therefore, there is a difficulty to apply Pb-free solders to electronic industry. Since Sn3Ag8Bi5In has relatively lower melting range as $188~200^{\circ}C$, on this study. Wettability and soldering characteristics of Sn3Ag8Bi5In solder in BGA were investigated to solve for what kind of problem. Zero cross time, wetting time, and equilibrium force of Sn3Ag8Bi5In solder for Cu and plated Cu such as Sn, Ni, and Au/Ni-plated on Cu were estimated. Plated Sn on Cu showed best wettability for zero cross time, wetting time and equilibrium farce. Shear strength of the reflowed joint with Sn3Ag8Bi5In ball in BGA was investigated. Diameter of the ball was 0.5mm, UBM(under bump metallurgy) was $Au(0.5\mu\textrm{m})Ni(5\mu\textrm{m})/Cu(18\mu\textrm{m})$ and flux was RMA type. For the reflow soldering, the peak reflow temperature was changed in the range of $220~250^{\circ}C$, and conveyor speed was 0.6m/min.. The shear strength of Sn3Ag8Bi5In ball showed similar level as those of Sn37Pb. The soldered balls are aged at $110^{\circ}C$ for 36days and their shear strengths were evaluated. The shear strength of Sn3Ag8Bi5In ball was increased from 480gf to 580gf by aging for 5 days.

• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제10권3호
• /
• pp.19-27
• /
• 2003

플립칩 전자패키지에서 칩과 기판(PCB)를 연결할 때, 통상적으로 칩쪽은 금속패드/UBM 처리를 기판 쪽은 표면처리를 한 후 솔더로 연결하는데, 이 때 사용되는 UBM이나 표면처리에 따라, 칩/솔더, PCB/솔더에 생성되는 금속간 화합물의 종류와 두께 및 솔더의 조성이 변하게 되어 궁극적으로 솔더 접합부의 기계적 신뢰성에 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 Cu와 Au/Ni의 두가지 금속 패드가 무연솔더의 저주기 피로특성에 어떠한 영향을 미치는 지에 대해 고찰해 보았다. 저주기 피로 실험은 Cu나 Au/Ni이 표면처리 된 기판에 무연솔더 (Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-1.5Cu, Sn-3.5Ag-XBi(X=2.5, 7.5), Sn-0.7Cu)를 리플로하여 총변위를 변화시키면서 상온에서 시행하였다. 기판의 표면처리에 관계없이 Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-XCu(X-0.75, 1.5), Sn-0.7Cu 합금이 Sn-3.5Ag-7.5Bi 합금보다 피로저항성이 현격히 좋았으며, Au/Ni 표면처리한 솔더 접합부가 Cu 처리한 경우보다 피로저항성이 뛰어난 것으로 나타났다. 파괴 후 단면을 조사한 결과 계면에 형성된 금속간 화합물 내에 미세균열이 발견되었는데, Cu 표면처리를 사용한 경우 더 많은 미세균열이 생성된 것을 볼 수 있었다. Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-Cu(X=0.75, 1.5), Sn-0.7Cu 합금의 경우 금속간 화합물 내에 생기는 미세 균열이 거시 균열로 성장하지 않고 파단은 항상 솔더 내부로 일어난 반면. Bi를 함유한 솔더의 경우, 기판의 표면처리에 상관없이 금속간 화합물/솔더 계면으로 균열이 생성 진전되어 다른 솔더합금에 비해 열악한 피로저항성을 나타내는 것으로 보인다. 이것은 Bi의 금속간화 합물/솔더 입계 편석이나 Bi 합금이 다른 합금에 비해 높은 경도값을 가지는 것에 인한 것으로 보여 진다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 1999년도 추계학술발표강연 및 논문개요집
• /
• pp.110-110
• /
• 1999

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
• /
• 한국마이크로전자및패키징학회 2002년도 춘계 기술심포지움 논문집
• /
• pp.85-91
• /
• 2002

Even though electroless Hi and Sn-Ag-Cu solder are widely used materials in electronic packaging applications, interfacial reactions of the ternary Ni-Cu~Sn system have not been known well because of their complexity. Because the growth of intermetallics at the interface affects reliability of solder joint, the intermetallics in Ni-Cu-Sn system should be identified, and their growth should be investigated. Therefore, in present study, interfacial reactions between electroless Ni UB7f and 95.5Sn-4.0Ag-0.5Cu alloy were investigated focusing on morphology of the IMCs, thermodynamics, and growth kinetics. The IMCs that appear during a reflow and an aging are different each other. In early stage of a reflow, ternary IMC whose composition is Ni$_{22}$Cu$_{29}$Sn$_{49}$ forms firstly. Due to the lack of Cu diffusion, Ni$_{34}$Cu$_{6}$Sn$_{60}$ phase begins growing in a further reflow. Finally, the Ni$_{22}$Cu$_{29}$Sn$_{49}$ IMC grows abnormally and spalls into the molten solder. The transition of the IMCs from Ni$_{22}$Cu$_{29}$Sn$_{49}$ to Ni$_{34}$Cu$_{6}$Sn$_{60}$ was observed at a specific temperature. From the measurement of activation energy of each IMC, growth kinetics was discussed. In contrast to the reflow, three kinds of IMCs (Ni$_{22}$Cu$_{29}$Sn$_{49}$, Ni$_{20}$Cu$_{28}$Au$_{5}$, and Ni$_{34}$Cu$_{6}$Sn$_{60}$) were observed in order during an aging. All of the IMCs were well attached on UBM. Au in the quaternary IMC, which originates from immersion Au plating, prevents abnormal growth and separation of the IMC. Growth of each IMC is very dependent to the aging temperature because of its high activation energy. Besides the IMCs at the interface, plate-like Ag3Sn IMC grows as solder bump size inside solder bump. The abnormally grown Ni$_{22}$Cu$_{29}$Sn$_{49}$ and Ag$_3$Sn IMCs can be origins of brittle failure.failure.

• 마이크로전자및패키징학회지
• /
• 제30권1호
• /
• pp.55-62
• /
• 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
• /
• 제25권2호
• /
• pp.25-30
• /
• 2018

Sn-Pb솔더는 그동안 자동차 전장품에서 많이 사용되어 왔다. 그러나 최근에 환경과 인체에 대한 유해성 때문에 end-of-life vehicle (ELV)과 같은 국제 환경 규제로 인하여 Pb의 사용이 금지되었다. 이러한 이유로 자동차 전장품을 위한 Pb-free 솔더링에 관한 많은 연구들이 보고 되어 왔다. 한편, 자동차의 연료 효율성과 공간 활용을 위하여 유연성과 경량의 특성을 가지는 플렉시블 기판이 자동차 전장품에 사용되고 있다. 자동차 전장품에 대한 Pb-free 솔더 접합부 특성에 관한 연구들이 많이 진행되었음에도 불구하고 자동차의 사용 환경을 고려한 플렉시블 기판 솔더 접합부에 대한 신뢰성 특성에 관한 연구는 아직 부족한 실정이다. 본 연구에서는 organic solderability preservative (OSP) 및 electroless nickel immersion gold (ENIG) 표면처리 된 플렉시블 기판 위 Sn3.0Ag0.5Cu, Sn0.7Cu, Sn0.5Cu0.01Al(Si) 세 가지 Pb-free 솔더 접합부에 대한 특성을 보고 하였다. 솔더 조성과 기판 표면처리에 따른 접합부의 특성 및 신뢰성을 비교 평가 하기 위하여 인장 강도 시험, 열 충격 시험과 반복 굽힘 시험을 진행 하고 그 결과를 분석하였다. OSP 표면처리 된 기판 접합부에 대한 반복 굽힘 시험 결과 세 종류의 솔더 접합부 모두 파괴는 솔더 내부에서 일어 났으며 Sn3.0Ag0.5Cu 솔더의 접합부에서 반복 굽힘 수명이 가장 길게 나타났다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
• /
• 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.

• 한국생산제조학회지
• /
• 제18권5호
• /
• pp.449-454
• /
• 2009

This paper presents an experimental study on the failure characteristics of SnAgCu lead-free solder balls. To estimate the effect of Ag, three types of SnAgCu balls are first prepared by varying the weight percent of Ag(1.0, 3.0, 4.0 wt%) and then analyzed by reliability tests such as thermal shock, high speed ball shear, and drop tests. Thermal shock test reveals that the higher the weight percent of Ag is, the longer the fatigue lift becomes. To the contrary, high speed ball-shear test and drop test show that the shear strength and the fracture toughness of solder balls are inversely proportional to the weight percent of Ag, respectively, Reasons for these observations will be further investigated In the future work.