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.
This study investigates crack propagation behavior of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder under pull-push loading conditions. Fatigue Crack Growth (FCG) tests were conducted on Center Cracked Plate (CCP) specimens in fast-fast (pp) strain waveform. The fast-slow (pc), slow-fast (cp) and slow-slow (cc) strain waveforms were also used to study the effect of strain rates. The crack propagation rates for the four strain waveforms were correlated with J-integral range and a scatter band of factor 4 was found. The crack growth rates for the pc waveform was highest, followed by cp, cc and then pp waveforms.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.35
no.1
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pp.47-52
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2002
Intermetallic compound on the soldered interface plays important role on the bondability and mechanical properties of soldered joint. The formation of intermetallic compounds are influenced by many factors such as temperature, holding time, base metals and so on. On this study the effect of number of reflow times on the intermetallic growth was investigated. For the experimental materials, Sn-3.5Ag-0.7Cu solder ball of 0.3mm diameter and RMA-type flux were used. Thickness of intermetallic compound of solder ball by 2nd reflow showed nearly 60% higher than that of 1st reflow, and shear strength showed 10% higher value. Thickness and shear strength according to the position of interface such as upper side or lower side between two substrates were also investigated.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.25
no.2
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pp.25-30
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2018
Sn-Pb solder has been used in automotive electronics for decades. However, recently, due to the environmental and health concerns, some international environmental organizations such as the end-of-life vehicle (ELV) enacted legislation banning of the Pb usage in automotive electronics. For this reason, many studies to develop and promote Pb-free soldering have been significantly reported. Meanwhile, because of flexibility and lightweight, flexible printed circuit boards (FPCBs) have been increasingly used in automotive electronics for lightweight to improve fuel efficiency and space utilization. Although the properties of lead-free solders for automotive electronics have been widely studied, there is a lack of research on the reliability performance of the lead-free solder joint on FPCB under user conditions. This study reported the properties of solder joints between Pb-free solders such as Sn3.0Ag0.5Cu, Sn0.7Cu and Sn0.5Cu0.01Al (Si), and various FPCBs finished with organic solderability preservative (OSP) and electroless nickel immersion gold (ENIG). To evaluate on joint properties and reliabilities with different solder compositions and surface-finishing materials, pull strength test, thermal shock test, and bending cycle test were performed and analyzed. After the bending cycle test of solder joint on OSP-finishing, the fractures were occurred in solder and the lifetime of Sn3.0Ag0.5Cu solder joint was the longest.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.12
no.1
s.34
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pp.35-40
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2005
The oxidation of pure Sn and Sn-0.7Cu, Sn-3.5Ag, Sn-lZn, and Sn-9Zn alloys at $150^{\circ}C$ was investigated. Both the chemical nature and the amount of oxides were characterized using electrochemical reduction analysis by measuring the electrolytic reduction potential and total transferred electrical charges. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was also conducted to support the results of reduction analysis. The effect of Cu, Ag and Zn addition on surface oxidation of Sn alloys is reported. For Sn, Sn-0.7Cu and Sn-3.5Ag, SnO grew first and then the mixture of SnO and $SnO_2$ was found. $SnO_2$ grew predominantly for a long-time aging. For Zn containing Sn alloys, both ZnO and $SnO_2$ were formed. Zn promotes the formation of $SnO_2$. Sn oxide growth rate of Pb-free solder alloys was also discussed in terms of alloying elements.
Kim, Jang Baeg;Seo, Seong Min;Kang, Hye Jun;Cho, Do Hoon;Rajendran, Sri Harini;Jung, Jae Pil
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.28
no.1
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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.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.20
no.2
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pp.29-32
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2013
The surface roughness and reflectivity of electroless-plated Sn-3.5 wt%Ag on a LED (light emitting diode) lead frame were investigated. Cu electroplating was carried out prior to electroless plating of Sn-3.5Ag to improve the reflectivity of the Sn-3.5Ag deposit. In order to investigate the effect of stirring speed and temperature of the plating solution, surface roughness and reflectivity was measured. The experimental results revealed that the thickness of the deposit layer increased with stirring speed and temperature of the plating solution. Stirring speed is increased from 100 to 300 rpm, the surface roughness was reduced from 0.513 to 0.266 ${\mu}m$, and the reflectivity increased from 1.67 to 1.84 GAM. As temperature of the plating solution increased from 25 to $45^{\circ}C$, the surface roughness reduced from 0.507 to 0.350 ${\mu}m$, and the reflectivity increased from 1.68 to 1.84 GAM.
Park, Ji-Ho;Lee, Hee-Yul;Jhun, Ji-Heon;Cheon, Chu-Seon;Jung, Jae-Pil
Journal of Welding and Joining
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v.26
no.5
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pp.43-48
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2008
Characteristics of Sn-1.7%Bi-0.7%Cu-0.6%In (hereafter, SBIC) lead-free solder was investigated in this study. The results from SBIC were compared to other lead-free solders such as Sn-3.5%Ag-0.7%Cu (hereafter, SAC), Sn-0.7%Cu (hereafter, SC), and lead-bearing Sn-37%Pb (hereafter, SP) alloy. Tensile properties of bulk solder, wettability, spreading index, bridge and dross were evaluated. As experimental results, tensile strength and elongation of SBIC was 62.5MPa and 21.5%, respectively. The tensile strength was comparable to that of SP solder. The wetting time of SBIC was 1.2 sec at $250^{\circ}C$, and its wetting properties including wetting force were as good as the SAC alloy. However, wettability of the SC was not so good as the SBIC and SAC. The spreading index of SBIC at $250^{\circ}C$ was 71 %, and it was similar level to those of SAC and SC solders. Bridging was not found for all solders of SBIC, SAC and SC in the range from 240 to $260^{\circ}C$. In dross test at $250^{\circ}C$ for an hour, the amount of dross produced from SBIC was about 57% compared to that from SAC.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.18
no.1
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pp.35-39
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2011
Shearing characteristics of Sn-3.0wt%Ag-0.5wt%Cu ball for standardization of high speed shear test were investigated. The solder ball of 450 ${\mu}m$ in diameter was reflowed at $245^{\circ}C$ on FR4 PCB (Printed Circuit Board) to prepare a sample for the high-speed shear test. The metal pads on the PCB were OSP (Organic Solderability Preservative, Cu pad) and ENIG (Electroless Nickel/Immersion Gold, i.e CulNi/Au). Shearing speed was varied from 0.5 to 3.0 m/s, and tip height from 10 to 135 ${\mu}m$. As experimental results, for the OSP pad, a ductile fracture increased with tip height, and it decreased with shearing speed. In the case of ENIG pad, the ductile fracture increased with the tip height. The tip height of 10 ${\mu}m$ (2% of solder ball diameter) was unsuitable since the fracture mode was mostly pad lift. Shear energy increased with increasing shearing tip height from 10 to 135 ${\mu}m$ for both of OSP and ENIG pads.
Sn-Ag계 합금은 대표적인 무연 솔더 조성으로 전자제품의 실장 및 접합에 적용되어 왔으며, 태양전지 분야에서도 모듈의 전극과 bus바로 사용되는 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 그러나 최근 Ag 가격의 급격한 상승과 솔더 접합부의 신뢰성을 보다 향상시키고자 Ag의 함량을 줄이고 다원계 합금 조성의 무연 솔더 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 실험에서는 기존의 연구 결과를 바탕으로 Sn-1.0Ag-0.5Cu-0.4In 4원계 무연솔더 조성에 Bi를 첨가하여 최적의 융점과 용융구간을 가지는 5원계 Sn-Ag-Cu-In-Bi 계 솔더 합금을 설계하였다. 이 설계된 합금은 기존의 유연 솔더인 Sn-Pb와 대표적인 무연 솔더인 Sn-3.5Ag와 각각의 특성을 비교 분석하였다. 젖음성을 평가하기 위하여 wetting balance tester를 이용하여 실험을 행하였고 Differential Scanning Calorimetry(DSC)를 분석하여 젖음 정도와 조성 분석 및 고상점과 액상점 등의 녹음 거동을 확인하였다. 또한 각각의 조성별 전단응력에 따른 파괴 거동을 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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