• Tribology and Lubricants
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• 제37권3호
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• pp.83-90
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• 2021

In this study, an ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) was used to improve the mechanical properties, scratch resistance and tribological performance of Cu-based bimetals, which are usually used to manufacture sliding bearings and bushings for internal combustion engines (ICEs). Two different Cu-based bimetals, namely CuPb10Sn10 and CuSn10Bi7, were sintered onto a low carbon steel substrate. The mechanical properties and dry tribological performance using a tensile tester and micro-tribo tester were evaluated, respectively. The scratch resistance was assessed using a micro-scratch tester at an incremental load. The tensile test results showed that the yield strength (YS) and ultimate tensile strength (UTS) of both Cu-based bimetals increased after UNSM. Furthermore, the scratch and tribological tests results revealed that the scratch resistance and tribological performance of both Cu-based bimetals were improved by the application of UNSM. These improvements were mainly attributed to the eliminated pores, increased hardness and reduced roughness after UNSM. CuSn10Bi7 demonstrated better mechanical properties, scratch resistance and tribological performance than CuPb10Sn10. It was found that the presence of Bi in CuSn10Bi7 formed a Cu₁₁Bi₇ intermetallic phase, which is harder than Cu₃Sn. Hence, CuSn10Bi7 demonstrated higher strength and wear resistance than CuPb10Sn10. In addition, a CuSn10Bi7 formed both SnO₂ and Bi₂O₃ that prevented adhesion and improved the tribological performance. It can be expected that under dry tribological conditions, ICEs can utilize UNSM bearings and bushings made of CuSn10Bi7 instead of CuPb10Sn10 under oil-lubricated conditions.

• 대한금속재료학회지
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• 제47권3호
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• pp.202-208
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• 2009

The effects of aging time on the microstructure and shear strength of the Low Temperature Co-fired Ceramic (LTCC)/Ag pad/Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG)/BGA solder joints were investigated through isothermal aging at $150^{\circ}C$ for 1000 h with conventional Sn-37Pb and Sn-3Ag-0.5Cu. $Ni_3Sn_4$ intermetallic compound (IMC) layers was formed at the interface between Sn-37Pb solder and LTCC substrate as-reflowed state, while $(Ni,Cu)_3Sn_4$ IMC layer was formed between Sn-3Ag-0.5Cu solder and LTCC substrate. Additional $(Cu,Ni)_6Sn_5$ layer was found at the interface between the $(Ni,Cu)_3Sn_4$ layer and Sn-3Ag-0.5Cu solder after aging at $150^{\circ}C$ for 500 h. Thickness of the IMC layers increased and coarsened with increasing aging time. Shear strength of both solder joints increased with increasing aging time. Failure mode of BGA solder joints with LTCC substrate after shear testing revealed that shear strength of the joints depended on the adhesion between Ag metallization and LTCC. Fracture mechanism of Sn-37Pb solder joint was a mixture of ductile and pad lift, while that of Sn-3Ag-0.5Cu solder joint was a mixture of ductile and brittle $(Ni,Cu)_3Sn_4$ IMC fracture morphology. Failure mechanisms of LTCC/Ag pad/ENIG/BGA solder joints were also interpreted by finite element analyses.

• 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.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2006년 추계학술발표대회 개요집
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• pp.202-204
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• 2006

The reliability of insert mounted components has been considered as their life time was getting increased. The spread of crack and the growth of IMC(intermetallic compound) were observed by SEM(scanning electron microscope) and EDS(energy dispersive spectroscope). The cracks in Sn-37wt%Pb under thermal shock test were found earlier than other solders(Sn-3.0wt%Ag-0.5wt%Cu and Sn-0.7wt%Cu-0.01wt%P). The IMC thickness was increased with increasing number of thermal shock cycles in the following order : Sn-0.7Cu-0.01P; Sn-3.0Ag-0.5Cu; Sn-37Pb

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제9권1호
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• pp.35-41
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• 2002

솔더 범프를 이용한 플립 칩 접속 기술은 시스템의 고속화, 고집적화, 소형화 요구 덴 마이크로 일렉트로닉스의 성능은 향상시키기 위해 필요한 기술이다. 본연구 에서는 Cr/Cr-Cu/cu UBM 구조에서 고 용융점 솔더 범프와 저 용융점 솔더 범프를-시효처리 후 전단 강도를 평가하였다. 계면에서 관찰된 금속간 화합물의 성장과 접합상태를 SEM과 TEM으로 분석하였으며, 유한요소법을 통하여 전단하중을 적용하였을때 집중되는 응력을 해석하였다. 실험결과 Sn-97wt%Pb와 Sn-37wt%Pb에서 900시간 시효 처리된 시편의 전단강도는 최대 값에서 각각 25%, 20% 감소하였다. 시효처리를 통해 금속간화합물인 $Cu_6/Sn_5$와 $Cu_3Sn$의 성장을 확인하였으며, 파단 경로는 초기의 솔더 내부에서 IMC층의 계면으로 이동하는 경향을 알 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권4호
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• pp.65-70
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• 2008

본 연구에서는 BGA(Ball Grid Array) 솔더 접합부에 high impact가 가해졌을 경우 접합부의 기계적 특성에 대해서 연구하였다. 시편은 ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold) 표면 처리된 FR-4 기판 위에 직경이 500 ${\mu}m$인 Sn-37Pb 솔더볼을 BGA 방식으로 배열하고 리플로우(Reflow)를 통하여 제작하였다. HTS(High Temperature Storage) 테스트를 위해, 시편을 일정한 온도의 $120^{\circ}C$에서 250시간 동안 시효처리(Aging)를 실시하였다. 시효처리 후, 각각의 시편은 고속 전단 시험기(Dage-4000HS)를 이용하여 속도 변수는 0.01, 0.1, 1, 3 m/s로 설정하여 고속전단 시험을 실시하였다. 전단시험 후, 솔더 접합 계면과 파면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 통하여 관찰하였다. 솔더 접합 계면에는 $Ni_3Sn_4$의 금속간 화합물이 성장하였으며, 시효처리 후, 솔더 접합 계면에 생성된 금속간 화합물의 두께가 증가하는 것을 관찰 할 수 있었다. 전단 시험 결과, 전단 속도가 빨라짐에 따라 전단 강도값은 증가하는 경향을 나타내었다. 솔더 접합부의 파단은 전단 속도와 시효처리 시간에 따라 다양한 파괴 모드로 진행됨을 알 수 있었다. 또한, 파괴 모드는 연성파괴 형상을 보이다가 전단속도가 증가함에 따라 취성 파괴 형상으로 변하는 것을 알 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제9권4호
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• pp.1-9
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• 2002

Ball grid array (BGA) substrate 상의 0.5 $\mu\textrm{m}$Au/5 $\mu\textrm{m}$Ni/Cu 층으로 구성된 접촉 패드(pad)와 In-15(wt.%)Pb-5Ag 솔더 볼 사이에서 리플로우 및 고상 시효동안 일어나는 금속학적 반응 특성이 조사되었다. 1-5 분의 리플로우 시간에 따라 솔더/패드 계면에서 $AuIn_2$ 또는 Ni-In 금속간 화합물층이 형성됨이 관찰되었다. 리플로우 동안 용융 In-l5Pb-5Ag 솔더 내로의 Au 층의 용해 속도는 $2\times 10^{-3}$ $\mu\textrm{m}$/sec 정도로 측정되어 공정 Sn-37Pb와 비교하여 매우 느린 것으로 관찰되었다. $130^{\circ}C$에서 500시간의 고상 시효 후에는 초기 리플로우 시간에 관계없이 $Ni_{28}In_{72}$ 금속간 화합물층이 약 3 $\mu\textrm{m}$까지 성장하였다. 이를 통하여 솔더 합금에서의 In 원자들은 아래의 Ni 층과 반응하기 위하여 리플로우 동안 형성된 $AuIn_2$상을 통하여 확산하는 것으로 관찰되었다. 미세구조 관찰과 전단 시험을 통하여 In-l5Pb-5Ag합금의 경우는 Sn-37Pb 조성과는 달리 Au/Ni surface finish 상에 사용시에도 솔더 접합부에서의 Au-embrittlement를 야기 시키지 않는 것으로 분석되었다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2005년도 춘계학술발표대회 개요집
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• pp.19-21
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• 2005

The ball shea. tests for ball grid array (BGA) and flip chip packages were carried out with different displacement rates to find out the optimum condition of the displacement rate for this test. The BGA packages consisted of two different kinds of solder balls (eutectic Sn-37wt.%Pb and Sn-3.5wt.%Ag) and electroplated Au/Ni/Cu substrate, whereas the flip chip package consisted of electroplated Sn-37Pb solder and Cu UBM. The packages were reflowed up to 10 times, or aged at 443 K up to 21 days. The variation of the displacement rate resulted in the variations of the shear properties such as shear force, displacement rate at break, fracture mode and strain rate sensitivity. The increase in the displacement rate led to the increase of the shear force and brittleness of solder joints.

• 대한기계학회논문집A
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• 제28권12호
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• pp.1856-1863
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• 2004

In the last 50 years, lead-contained solder materials have been the most popular interconnect materials used in the electronics industry. Recently, lead-free solders are about to replace lead-contained solders for preventing environmental pollutions. However, the reliability of lead-free solders is not yet satisfactory. Several researchers reported that lead-contained solders have a good fatigue property. The others published that the lead-free solders have a longer thermal fatigue life. In this paper, the reason for the contradictory results published on the estimation of fatigue life of lead-free solder is investigated. In the present study, fatigue behavior of 63Sn37Pb, and two types of lead-free solder joints were compared using pseudo-power cycling testing method, which provides more realistic load cycling than chamber cycling method does. Pseudo-power cycling test was performed in various temperature ranges to evaluating the shear strain effect. A nonlinear finite element model was used to simulate the thermally induced visco-plastic deformation of solder ball joint in BGA packages. It was found that lead-free solder joints have a good fatigue property in the small temperature range condition. That condition induce small strain amplitude. However in the large temperature range condition, lead-contained solder joints have a longer fatigue life.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2005년도 추계학술발표대회 개요집
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• pp.228-230
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• 2005

Sn-8wt%Zn-3wt%Bi (이하, Sn-8Zn-3Bi) 솔더의 장기 신뢰성을 평가하기 위하여 고용고습시험을 행하였다. 고온 고습 시험은 $85^{\circ}C$/85RH 조건에서 1000 시간 동안 하였다. 접합 기판으로는 각각 OSP (Organic Solderability Preservative), Sn 그리고 Ni/Au 처리를 한 PCB(Printed Circuit Board) 패드를 사용하였다. 접합에 사용한 부품은 1608Chip 으로 MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor 이하, 1608C) 와 Chip Resister(이하, 1608R)을 사용하였으며, 이 두 부품의 전극부위에 Sn-10wt%Pb(이하 Sn-l0PB), Sn을 각각 도금하였다. 솔더링 후 1608C 와 1608R의 전단 접합 강도와 솔더링부에서 Zn상의 변화를 관찰하였다. 측정결과, Sn-8Zn-3Bi 솔더의 초기 전단 접합 강도는 기판의 표면처리에 상관없이 약 40N 이었다. 그러나 고온 고습 시험 1000 시간 후에는 기판의 표면처리에 상관없이 약 30N 까지 감소하였다. 하지만 이는 reference인 Sn-37Pb 솔더의 강도값과 거의 유사하며, 이는 Sn-8Bi-3Zn 솔더의 고온 고습 시험 후 전단강도 특성은 기존 유연솔더와 비교하여 동등이상이라고 평가할 수 있다.