• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제21권4호
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• pp.97-103
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• 2014

다양한 무연솔더합금 가운데 Sn-58Bi solder는 저융점이며 상대적으로 높은 인장강도를 갖고 있지만 취성적이라는 단점을 갖고 있다. 이러한 Sn-58Bi 솔더의 기계적 강도를 보완하기 위해 epoxy를 함유한 Sn-58Bi 솔더가 연구되어져왔다. 본 연구는 Sn-58Bi 솔더와 Sn-58Bi 에폭시 복합솔더를 이용하여 PCB 기판에 접합한 후, 시효처리에 따른 솔더/기판 계면 미세구조와 기계적 특성변화를 연구하였다. OSP 표면처리된 PCB 기판에 솔더볼을 형성 한 후 85, 95, 105, $115^{\circ}C$에서 100~1000 시간동안 시효처리하였으며, 기계적 특성평가로 저속전단시험을 진행하였다. 시효 처리 시간 및 온도의 증가에 따라 Cu6Sn5 금속간화합물층은 성장하였으며 Sn-58Bi 솔더 금속간화합물층이 Sn-58Bi 에폭시 복합솔더보다 두꺼웠다. 전단시험 결과, Sn-58Bi 에폭시 복합솔더가 Sn-58Bi 솔더보다 약 2배 높은 전단강도 값을 나타냈으며 시효시간이 증가할수록 전단강도 값은 감소하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제26권4호
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• pp.163-169
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• 2019

전자제품에서 사용되던 Sn-Pb계 솔더합금은 RoHS, WEEE, REACH 등의 환경규제에 의해 무연솔더합금(Pb free solder alloy)으로 빠르게 대체되고 있다. 그 중에서도 Sn58%Bi(in wt.%) 합금은 융점이 낮고 Sn-Pb계 합금에 비해 기계적특성이 우수하여, 전자제품 솔더합금으로 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그러나 Sn58%Bi 솔더합금은 구성 원소인 Bi의 취성으로 인해 기계적인 신뢰성이 저하되는 문제를 개선할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 함량의 Sn-MWCNT (multiwalled carbon nanotube) 입자를 첨가한 Sn58%Bi 복합솔더를 제조한 후, OSP처리된 FR-4 기판 및 FR-4 컴포넌트를 리플로우(reflow) 횟수를 1회부터 7회까지 진행하였다. 접합시편의 접합강도 및 파괴에너지는 전단시험(die shear test)을 통해 측정하였고, 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 미세조직 및 파괴모드를 분석하였다. Sn-MWCNT 첨가에 의해 Sn58%Bi 복합솔더 접합부에서 조직 미세화가 관찰되었고, 함량이 0.1 wt.%일때 접합강도와 파괴에너지는 각각 20.4%, 15.4% 만큼 증가하였다. 또한 파단면에서 연성파괴(ductile failure) 영역이 관찰되었으며, F-x(force-displacement to failure) 그래프를 통해 Sn-MWCNT의 첨가가 복합솔더의 연성(ductility)을 증가시킨 것을 확인할 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제10권2호
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• pp.61-67
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• 2003

고집적 플립 칩 기술을 위한 $50{\mu}m$ 직경의 극미세 58Bi-42Sn 솔더 범프와 Au/Ni/Ti UBM의 계면 반응에 따른 금속간 화합물을 분석하였다. 증발증착법과 lift-off 방법으로 극미세 Bi-Sn 솔더 범프를 형성하고 급속열처리 장비를 이용하여 리플로 공정을 실시하였다. 리플로 공정에서의 냉각속도를 변화시키면서 제작한 솔더 범프의 표면과 단면을 주사전자현미경으로 관찰하였다 $Au(0.1{\mu}m)$/Ni/Ti UBM 위의 극미세 58Bi-42Sn 솔더 범프의 표면과 내부에서 facet 특성을 갖는 다각형의 금속간 화합물들이 다수 관찰되었다. 주사전자현미경의 EDS 분석과 X-선 회절분석으로 확인한 결과 이 금속간 화합물은 $(Au_xBi_yNi_{1-x-y})Sn_2$상임을 확인하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제28권2호
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• pp.95-103
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• 2021

대표적인 저온솔더인 Sn-58Bi에 Ru nanoparticles을 첨가하여 Sn-58Bi-xRu 복합솔더를 제작하고 Cu/OSP 및 ENIG 표면처리된 PCB 기판과 반응시켜 계면반응 및 솔더조인트 신뢰성을 분석하였다. Cu/OSP와의 반응에서 형성된 Cu₆Sn₅ IMC는 Ru 함량에 따른 두께 변화가 거의 없고 100hr aging 후에도 큰 변화없이 고속 전단시험시 솔더 내부로 연성파괴가 발생하였다. ENIG 와의 반응시에는 Ru 함량이 증가함에 따라서 Ni₃Sn₄ IMC 두께가 감소하는 경향을 보였으며 일부 시편에서 ENIG 특유의 취성파괴 현상이 발견되었다. Ru 원소는 계면 부근에서 발견되지 않아서 계면반응에 크게 관여하지 않는 것으로 판단되며 주로 Bi phase와 함께 존재하는 것으로 분석되고 있는데 어떠한 형태로 두 원소가 공존하고 있는지에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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• pp.487-492
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• 2002

The growth kinetics of intermetallic compound layers formed between eutectic Sn-58Bi solder and (Cu, electroless Ni-P/Cu) substrate were investigated at temperature between 70 and 120 C for 1 to 60 days. The layer growth of intermetallic compound in the couple of the Sn-58Bi/Cu and Sn-58Bi/electroless Ni-P system satisfied the parabolic law at given temperature range. As a whole, because the values of time exponent (n) have approximately 0.5, the layer growth of the intermetallic compound was mainly controlled by volume diffusion over the temperature range studied. The apparent activation energies of Cu$_{6}$Sn$_{5}$ and Ni$_3$Sn$_4$ intermetallic compound in the couple of the Sn-58Bi/Cu and Sn-58Bi/electroless Ni-P were 127.9 and 81.6 kJ/mol, respectively.ely.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제29권2호
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• pp.1-10
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• 2022

최근 반도체 소자는 모바일 전자제품과 wearable 및 flexible한 소자와 기판의 다양한 활용으로 많은 분야에서 폭넓게 사용되고 있다. 이들 반도체 칩 접합 공정 중 기판과 솔더의 열팽창 계수(CTE)의 차이와 기판 및 부품 전체에 인가되는 과도한 열 영향은 소자의 성능 및 신뢰성에 영향을 주며, 최종적으로 휨(warpage) 현상 및 장기 신뢰성 저하 등을 초래한다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 저온에서 공정이 가능한 저융점 솔더에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Sn-Bi, Sn-In 등 다양한 저융점 솔더 합금 중 Sn-Bi 솔더는 높은 항복 강도, 적절한 기계적 특성 및 저렴한 가격 등의 이점이 있어 유망한 저온 솔더로 각광받고 있다. 그러나 Bi의 높은 취성 특성 등 단점으로 인해 솔더 합금의 개선이 필요하다. 본 review 논문에서는 다양한 미량 원소와 입자를 첨가하여 Sn-Bi 소재의 기계적 특성 개선을 위한 연구 동향을 소개하며 이를 비교 분석하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제12권2호
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• pp.95-103
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• 2005

42Sn-58Bi 솔더(이하 wt.$\%$에 의한 표기)와 무전해 Ni-P/치환 Au under bump metallurgy (UBM) 간의 계면 반응을 intermetallic compound (IMC)의 형성과 성장, UBM의 감소, 그리고 범프 전단강도의 영향 관점에서 시효 처리 전 후에 어떠한 변화가 생기는 지를 알아보고자 하였다. 치환 Au 층을 $5{\mu}m$ 두께의 무전해 Ni-P ($14{\~}15 at.\%$ P)위에 세 가지 각기 다른 두께, 즉 $0{\mu}m$(순수한 무전해 Ni-P UBM), $0.1{\mu}m$, $1{\mu}m$로 도금하였다. 그 후 42Sn-58Bi 솔더 범프를 세 가지 다른 UBM 구조에 스크린프린팅 방식으로 형성하였다. 범프 형성 직후에는 세 가지 다른 UBM구조에서 솔더와 UBM 사이에 공통적으로 $Ni_3Sn_4$ IMC (IMC1) 만이 형성됐다. 하지만, 이를 $125^{\circ}C$에서 시효 처리를 할 경우 특이하게 Au를 함유한 UBM 구조에서는 $Ni_3Sn_4$ 위로 또 다른 4원계 화합물 (IMC2)이 관찰되었다. 원자 비로 $Sn_{77}Ni{15}Bi_6Au_2$인 4원계 화합물로 확인되었다. $Sn_{77}Ni{15}Bi_6Au_2$ 층은 솔더 조인트의 접합성에 매우 치명적인 영향을 미쳤다. 시효 처리를 거친 Au를 함유한 UBM 구조에서 솔더 범프의 전단 강도 값은 시효 처리 전에 비해 $40\%$ 이상의 감소를 보였다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2003년도 기술심포지움 논문집
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• pp.68-71
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• 2003

The reaction of ultra-small eutectic 58Bl-42Sn solder bump with Au/Ni/Ti and Au/Cu/Ti UBMs during reflow was studied. The eutectic Bi-Sn solder bumps of $46{\mu}m$ diameter were fabricated by using the evaporation method and were reflowed using the rapid thermal annealing system. The intermetallic compound was characterized using a SEM, an EDS, and an XRD. The $(Cu_xAu_{1-x})_6Sn_5$ compounds formed at the interface between Bi-Sn solder and Au/Cu/Ti UBM. On the other hand, in the Bi-Sn solder bump on Au/Ni/Ti UBM, the faceted and rectangular intermetallic compounds were observed on the solder bump surface and inside the solder bump as well as at the UBM interface. These intermetallic compounds were Identified as $(Au_{l-x-y}Bi_xNi_y)Sn_2$ phase.

• Journal of Welding and Joining
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• 제23권3호
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• pp.61-67
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• 2005

Since lead (Pb)-free solders for electronics have higher melting points than that of eutectic Sn-Pb solder, they need higher soldering temperatures. In order to decrease the soldering temperature we tried to coat Sn-Bi layer on $Sn-3.5\%Ag$ solder by electroplating, which applies the mechanism of transient liquid phase bonding to soldering. During heating Bi will diffuse into the $Sn-3.5\%Ag$ solder and this results in decreasing soldering temperature. As bonding samples, the 1608 capacitor electroplated with Sn, and PCB, its surface was finished with electroless-plated Ni/Au, were selected. The $Sn-95.7\%Bi$ coated Sn-3.5Ag was supplied as a solder between the capacitor and PCB land. The samples were reflowed at $220^{\circ}C$, which was lower than that of normal reflow temperature, $240\~250^{\circ}C$, for the Pb-free. As experimental result, the joint of $Sn-95.7\%Bi$ coated Sn-3.5Ag showed high shear strength. In the as-reflowed state, the shear strength of the coated solder showed 58.8N, whereas those of commercial ones were 37.2N (Sn-37Pb), 31.4N (Sn-3Ag-0.5Cu), and 40.2N (Sn-8Zn-3Bi). After thermal shock of 1000 cycles between $-40^{\circ}C$ and $+125^{\circ}C$, shear strength of the coated solder showed 56.8N, whereas the previous commercial solders were in the range of 32.3N and 45.1N. As the microstructures, in the solder $Ag_3Sn$ intermetallic compound (IMC), and along the bonded interface $Ni_3Sn_4$ IMC were observed.

• ETRI Journal
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• 제38권6호
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• pp.1163-1171
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• 2016

Integration technologies involving flexible substrates are receiving significant attention owing the appearance of new products regarding wearable and Internet of Things technologies. There has been a continuous demand from the industry for a reliable bonding method applicable to a low-temperature process and flexible substrates. Up to now, however, an anisotropic conductive film (ACF) has been predominantly used in applications involving flexible substrates; we therefore suggest low-temperature lead-free soldering and bonding processes as a possible alternative for flex-on-flex applications. Test vehicles were designed on polyimide flexible substrates (FPCBs) to measure the contact resistances. Solder bumping was carried out using a solder-on-pad process with Solder Bump Maker based on Sn58Bi for low-temperature applications. In addition, thermocompression bonding of FPCBs was successfully demonstrated within the temperature of $150^{\circ}C$ using a newly developed fluxing underfill material with fluxing and curing capabilities at low temperature. The same FPCBs were bonded using commercially available ACFs in order to compare the joint properties with those of a joint formed using solder and an underfill. Both of the interconnections formed with Sn58Bi and ACF were examined through a contact resistance measurement, an $85^{\circ}C$ and 85% reliability test, and an SEM cross-sectional analysis.