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

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제29권3호
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• pp.63-71
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• 2022

본 연구에서는 Sn-Ag-Cu (SAC)솔더와 electroless nickel autocatalytic gold (ENAG) 표면처리 간 계면반응 및 낙하충격 신뢰성을 연구하였다. ENAG 솔더 접합부의 특성은 다른 Ni계 표면처리인 electroless nickel immersion gold(ENIG)와 electroless nickel electroless palladium immersion gold (ENEPIG)와 비교 평가 하였다. SAC솔더와 Ni계 표면처리 계면에서는 (Cu, Ni)6Sn5 intermetallic compound (IMC)가 형성되었다. IMC 두께는 SAC/ENAG와 SAC/ENEPIG는 1.15 ㎛, 1.12 ㎛로 비슷하였고, SAC/ENIG는 IMC 두께가 2.99 ㎛로 SAC/ENAG보다 2배 정도 높았다. 또한 솔더 접합부의 IMC두께는 무전해 Ni(P) 도금액의 metal turnover (MTO)조건에 영향을 받는 다는 것을 알 수 있었고, MTO가 0에서 3으로 증가하면 IMC두께가 증가함을 알 수 있었다. 전단강도는 SAC/ENEPIG의 접합강도가 가장 높았고, SAC/ENAG, SAC/ENIG 순이었다. 또한, MTO가 증가하면, 전단강도가 낮아짐을 알 수 있었다. 취성파괴도 SAC/ENEPIG가 세가지 접합부 중 가장 낮았으며, SAC/ENAG, SAC/ENIG 순이였고, 마찬가지로 MTO가 증가하면 취성파괴가 높아짐을 알 수 있었다. 낙하충격 시험에서도 0 MTO조건이 3 MTO조건보다 높은 평균파괴횟수를 갖는 것을 확인하였고, 평균파괴횟수도 SAC/ENEPIG, SAC/ENAG, SAC/ENIG순으로 높았다. 낙하 충격 후 파단면을 관찰한 결과 크랙은 IMC와 Ni(P)층 사이에서 진행되었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제16권3호
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• pp.11-17
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• 2009

휴대폰 및 휴대기기의 낙하 충격에 대한 관심이 증가되고 있는 상황에서 솔더 볼 접합부의 낙하 충격특성은 패드의 종류와 리플로우 횟수에 영향을 받게 되어 이에 따른 신뢰성 평가가 요구된다. 이와 관련한 평 가법으로 일반적으로는 JEDEC에서 제정한 낙하충격 시험법을 사용하고 있으나 이 방법은 고 비용과 장시간이 소모되는 문제가 있어 본 연구에서는 낙하충격 특성을 간접적으로 평가하는 시험항목인 고속 전단시험을 실시하여 리플로우 횟수에 의해 성장하는 금속간 화합물 층과 OSP(Organic Solderability Preservative), ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold) 및 ENEPIG(Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) 등 표면처리에 따른 고속 전단특성을 비교, 분석하였다. 그 결과 리플로우 횟수가 증가함에 따라 IMC 층의 성장으로 고속 전단강도와 충격 에너지 값은 점차 감소하였다. 리플로우 횟수가 1회일 때는 ENEPIG, ENIG, OSP 순으로 고속 전단강도와 충격 에너지 값이 높았고 8회일 때는 ENEPIG, OSP, ENIG 순으로 충격 에너지 값이 높게 측정되었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제19권4호
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• pp.57-64
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• 2012

표면처리에 따른 Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In 솔더범프의 접합 강도 평가를 위하여 전단 속도 및 열처리 시간에 따른 볼 전단강도 시험을 실시하였다. 전반적으로, 전단속도가 증가함에 따라 전단강도는 증가하였지만 인성은 감소하는 경향을 나타내었다. 파괴모드 관찰 결과, 전단 속도가 증가함에 따라 파괴모드의 경우, ENIG(electroless nickel immersion gold) 처리는 취성파괴가 대부분 지배적으로 존재하였고, OSP(organic solderability preservative) 처리는 pad open이 주로 발생하였다. 또한, 500 mm/s의 고속전단시험에서는 열처리 시간이 증가함에 따라 표면처리별 전단강도와 인성 값 모두 감소하는 경향을 보였다. ENIG 표면처리가 OSP 표면처리 보다 좋은 접합강도 특성을 보이는 것은 솔더범프 계면의 금속간화합물의 물성 및 두께와 밀접한 연관이 있는 것으로 판단된다.

• 한국재료학회지
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• 제24권3호
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• pp.166-173
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• 2014

The effects of printed circuit board electroless nickel immersion gold (ENIG) and organic solderability preservative (OSP) surface finishes on the electromigration reliability and shear strength of Sn-3.5Ag Pb-free solder bump were systematically investigated. In-situ annealing tests were performed in a scanning electron microscope chamber at 130, 150, and $170^{\circ}C$ in order to investigate the growth kinetics of intermetallic compound (IMC). Electromigration lifetime and failure modes were investigated at $150^{\circ}C$ and $1.5{\times}10^5A/cm^2$, while ball shear tests and failure mode analysis were conducted under the high-speed conditions from 10 mm/s to 3000 mm/s. The activation energy of ENIG and OSP surface finishes during annealing were evaluated as 0.84 eV and 0.94 eV, respectively. The solder bumps with ENIG surface finish showed longer electromigration lifetime than OSP surface finish. Shear strengths between ENIG and OSP were similar, and the shear energies decreased with increasing shear speed. Failure analysis showed that electrical and mechanical reliabilities were very closely related to the interfacial IMC stabilities.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제22권2호
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• pp.47-53
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• 2015

인쇄회로기판 솔더 상부 및 하부 접합부의 서로 다른 표면처리 조건에 따른 Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) 접합부의 열처리 및 전류 인가에 따른 금속간 화합물 성장거동을 비교하기 위하여 in-situ 미세구조분석 및 electromigration (EM) 수명평가를 실시하였다. 솔더 접합 직후, 상부 접합부의 electroless nickel immersion gold (ENIG) 표면처리에서는 $(Cu,Ni)_6Sn_5$, 하부 접합부의 organic solderability preservative (OSP) 표면처리에서는$ Cu_6Sn_5$, $Cu_3Sn$ 금속간 화합물이 접합 계면에서 생성되었다. EM 수명평가 결과 온도 $130^{\circ}C$, 전류밀도 $5.0{\times}10^3A/cm^2$ 하에서 평균파괴시간이 약 78.7 hrs으로 도출되었고, 하부 OSP 표면처리에서 전자가 솔더로 빠져나가는 부분에서 Cu의 소모에 의한 단락이 주 손상기구로 확인되었다. In-situ 주사전자현미경을 통해 계면 미세구조 분석 결과 상부 접합부 ENIG 표면처리에서 전자의 방향에 따른 미세구조의 큰 차이가 없고 뚜렷한 손상이 관찰되지 않았으나, 하부 접합부 OSP 표면처리의 경우 전자가 솔더로 유입되는 부분에서 빠른 Cu 소모로 인한 보이드 성장이 관찰되었다. 따라서, SAC305무연솔더 접합부에서 ENIG 표면처리가 OSP 표면처리보다 보다 우수한 EM확산방지막 역할을 하여 금속간 화합물 성장을 억제하고 보다 우수한 EM 신뢰성을 보이는 것으로 판단된다.

• 대한금속재료학회지
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• 제46권2호
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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.

• 대한금속재료학회지
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• 제47권4호
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• pp.261-266
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• 2009

The mechanical and electrical properties of ball grid array (BGA) solder joints were measured, consisting of Sn-3.5Ag, with organic solderability preservative (OSP)-finished Cu pads and Electroless Nickel/Immersion Gold (ENIG) surface finishes. The mechanical properties were measured by die shear test. When ENIG PCB was upper joint and OSP PCB was lower joint, the highest shear force showed at the third reflow. When OSP PCB was upper joint and ENIG PCB was lower joint, the highest shear force showed at the forth reflow. For both joints, after the die shear results reached the highest shear force, shear force decreased as a function of increasing reflow number. Electrical property of the solder joint decreased with the function of increasing reflow number. The scanning electron microscope results show that the IMC thickness at the bonding interface gets thicker while the number of reflow increases.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.412-412
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• 2008

ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold)is a surface treatment method that is used most widely at fine pitch's SMT and BGA packaging process. ENIG has good diffusion barrier of Ni against solder and good wettability due to Au finish. But when the discoloration occurred on the Au finish of ENIG, some key characteristics related to the quality and reliability of PCB such as bondability, solderability and electrical flowing of packaging process could be deteriorated. In this paper, we have performed the water dip test ($88^{\circ}C$ purified water) which accelerates the galvanic corrosion of Ni diffused from the Ni-P layer. That is, the excessive oxidation of the Ni layer could result in non-wetting of the solder because the flux may not be able to remove excessive oxides. Though Au discoloration have been reported to be caused by Ni oxides in many literature, it is still open to verify and discuss The microstructures and chemical compositions have been investigated using FE-SEM, TEM, FIB, EDS and XPS. As a result, authors have found that the Au discoloration in ENIG type is severely caused by the oxidation of the Ni and the mechanism of Au discoloration can be confirmed through the experiment result of water dip test.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2010년도 춘계학술발표대회 초록집
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• pp.82-82
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• 2010

표면실장 공법을 통해 CSP 패키지를 보드에 실장 하는데 있어 무연솔더 접합부의 신뢰성에 영향을 미치는 인자 중 가장 중요한 것은 접합부에 형성되는 IMC (Intermetallic compound, 금속간화합물)인 것으로 알려져 있다. 접합부의 칩 부분에는 솔더와 칩의 UBM (Under bump metalization)이 접합하여 IMC가 형성되나, 보드 부분에는 솔더와 보드의 UBM 뿐만 아니라 그 사이에 솔더 페이스트가 함께 접합되어 IMC가 형성된다. 본 연구에서는 패키지의 신뢰성 연구를 위해 솔더 페이스트의 유무 및 두께에 따른 무연 솔더 접합부의 미세조직의 변화를 분석하였다. 본 실험에서는 Sn-3.0(Wt.%)Ag-0.5Cu 조성과 본 연구진에 의해 개발된 Sn-Ag-Cu-In 조성의 직경 $450{\mu}m$ 솔더 볼을 사용하였으며, 솔더 페이스트는 상용 Sn-3.0Ag-0.5Cu (ALPHA OM-325)를 사용하였다. 칩은 ENIG (Electroless nickel immersion gold) finish pad가 형성된 CSP (Chip scale package)를, 보드는 OSP (Organic solderability preservative)/Cu finish pad가 형성된 것을 사용하였다. 실험 방법은 보드를 솔더 페이스트 없이 플라즈마 처리 한 것, 솔더 페이스트를 $30{\mu}m$ 두께로 인쇄한 것, $120{\mu}m$의 두께로 인쇄한 것, 이렇게 3가지 조건으로 준비한 후, 솔더 볼이 bumping된 칩을 mounting하여, $242^{\circ}C$의 peak 온도 조건의 oven(1809UL, Heller)에서 reflow를 실시하여 패키지를 형성하였다. 이후 시편은 정밀 연마한 후, OM(Optical Microscopic)과 SEM(scanning electron microscope) 및 EDS(energy dispersive spectroscope)를 사용하여 솔더 접합부 IMC의 미세조직을 관찰, 분석하였다.