• 대한금속재료학회지
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• 제49권2호
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• pp.180-186
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• 2011

Isothermal annealing and electromigration tests were performed at $125^{\circ}C$ and $125^{\circ}C$, $3.6{\times}10_4A/cm^2$ conditions, respectively, in order to compare the growth kinetics of the intermetallic compound (IMC) in the Cu/thin Sn/Cu bump. $Cu_6Sn_5$ and $Cu_3Sn$ formed at the Cu/thin Sn/Cu interfaces where most of the Sn phase transformed into the $Cu_6Sn_5$ phase. Only a few regions of Sn were not consumed and trapped between the transformed regions. The limited supply of Sn atoms and the continued proliferation of Cu atoms enhanced the formation of the $Cu_3Sn$ phase at the Cu pillar/$Cu_6Sn_5$ interface. The IMC thickness increased linearly with the square root of annealing time, and increased linearly with the current stressing time, which means that the current stressing accelerated the interfacial reaction. Abrupt changes in the IMC growth velocities at a specific testing time were closely related to the phase transition from $Cu_6Sn_5$ to $Cu_3Sn$ phases after complete consumption of the remaining Sn phase due to the limited amount of the Sn phase in the Cu/thin Sn/Cu bump, which implies that the relative thickness ratios of Cu and Sn significantly affect Cu-Sn IMC growth kinetics.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권1호
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• pp.55-62
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• 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
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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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• 제10권3호
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• pp.37-42
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• 2003

전자 패키징에 사용되는 솔더합금에 납을 함유됨으로써 인하여 야기되는 환경적 문제와 인체 유해성 때문에 Pb-Sn 합금계를 대체할 수 있는 새로운 무연 솔더 재료의 필요성이 대두되고 있다. 새로운 솔더합금의 개발에 있어서 솔더 조인트의 신뢰성이 가장 중요한 문제라고 할 수 있는데, 솔더 조인트의 신뢰성은 솔더와 기판 사이의 계면 반응 형태와 그 정도에 의해서 크게 영향을 받기 때문에 솔더와 기판 사이의 계면 현상에 관한 더 깊은 이해가 필요하게 된다 솔더링 동안 기판/솔더 계면에서 가장 먼저 생성되는 금속간 화합물의 상을 예측하기 위한 열역학적인 방법이 제안되었다. 계면 에너지와 석출 구동력의 함수로 표현되는 각각의 금속간 화합물에 대한 핵생성 활성화 에너지를 비교함으로써 활성화 에너지가 가장 낮은 금속간 화합물이 가장 먼저 생성된다고 예측하였다. 거기에 더해 에너지를 기반으로 한 계산을 통하여 솔더 조인트에서 금속간 화합물의 입자 형상을 설명하였다. 울퉁불퉁한 계면을 가진 금속간 화합물의 Jackson의 parameter 값은 2보다 작은 반면 평평한 입자의 경우 2보다 크게 된다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2006년도 춘계 학술대회 개요집
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• pp.30-32
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• 2006

The interfacial reaction and reliability of eutectic Sn-Pb and Pb-free eutectic Sn-Ag ball-grid-array (BGA) solders with an immersion Ag-plated Cu substrate were evaluated following isothermal aging at $150^{\circ}C$. During reflowing, the topmost Ag layer was dissolved completely into the molten solder, leaving the Cu layer exposed to the molten solder for both solder systems. A typical scallop-type Cu-Sn intermetallic compound (IMC) layer was formed at both of the solder/Cu interfaces during reflowing. The thickness of the Cu-Sn IMCs for both solders was found to increase linearly with the square root of isothermal aging time. The growth of the $Cu_3Sn$ layer for the Sn-37Pb solder was faster than that for the Sn-3.5Ag solder, In the case of the Sn-37Pb solder, the formation of the Pb-rich layer on the Cu-Sn IMC layer retarded the growth of the $Cu_6Sn_5$ IMC layer, and thereby increased the growth rate of the $Cu_3Sn$ IMC layer. In the ball shear test conducted on the Sn-37Pb/Ag-plated Cu joint after aging for 500h, fracturing occurred at the solder/$Cu_6Sn_5$ interface. The shear failure was significantly related to the interfacial adhesion strength between the Pb-rich and $Cu_6Sn_5$ IMC layers. On the other hand, all fracturing occurred in the bulk solder for the Sn-3.5Ag/Ag-plated Cu joint, which confirmed its desirable joint reliability.

• 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.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제9권2호
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• pp.1-9
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• 2002

실제 BGA패키지에서 Sn-Ag-(Cu) 솔더와 금속패드가 반응하여 생성된 금속간 화합물의 특성을 Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS)f) X-ray Diffractometer (XRD)를 사용하여 분석하였다. EDS로 분석한 결과를 보면 BGA 패키지에서 Sn-Ag-Cu 솔더와 Au/Ni/Cu 금속층간의 반응으로 생성된 금속간화합물은 $(Cu,Ni)_6Sn_5$로 예상되며 . Cu의 편석은 솔더와 Ni 층 사이에서 발견되었다. XRD 분석결과 Cu를 함유하고 있는 Sn-Ag-Cu 솔더와 Ni층 사이에서는 $\eta -Cu_6 Sn_5$ 타입의 금속간화합물이 분석되었으며 Sn-Ag 솔더와 Ni층 사이에서는 $Ni_3$Sn_4$가 분석되었다. 계면에 생성된 금속간화합물은 리플로 회수와솔더내의 Cu의 함량에 따라증가하였다

• Journal of Welding and Joining
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• 제33권2호
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• pp.56-61
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• 2015

IRW(Inverter Resistance Welding) process and DSW(Delta-spot welding) process for dissimilar materials of DP590 and Al5052 were performed to evaluate the welding quality and mechanical properties. IRW experiment was carried out with changing the welding current. The other welding parameters such as pressure force, weld time, squeezing time and holding time were fixed. On the anther hand, DSW experiment was performed using the process tape at welding current of 11.5kA. The other conditions were same as IRW conditions. The various testes such as shear tensile strength, nugget diameters, EDS, SEM and cross-sectional observation for weld zone was performed. As a result, IMC(Inter Metallic Compound) thickness at 11.5kA was thinner than those of 9.5kA and 10.5kA conditions. In addition, thined IMC layer was observed when high electric current apply to the materials(DP590 and Al5052) in a short time throught dissimilar resistance spot welding controling welding conditions. The relationship between the thickeness of IMC and current intensity was after discussed.

• Journal of Welding and Joining
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• 제31권5호
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• pp.54-58
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• 2013

Joint properties of vehicle ECU (Electric Control Unit) module which was manufactured by using Sn-Cu-Cr-Ca alloy were investigated. A new solder which has a middle melting temperature about $231^{\circ}C$ was fabricated as the type of 300um solder ball and paste type. The prototype modules were made by reflow process and measured spreadability, wettability shear strength and estimated interface reaction. The spreadability of the alloy was about 84% from the measurement of contact angle of the solder ball and the wetting force was measured 2mN. The average shear strength of the module which was manufactured by using the solder paste, was 1.9 $kg/mm^2$. Also, the thickness of IMC(intermetallic compound) was evaluated with various aging temperature and time in order to understand Cr effect on Sn-0.7Cu solder. $Cu_6Sn_5$ IMC was formed between Cu pad and the solder alloy and the average thickness of the $Cu_6Sn_5$ IMC was measured about 4um and it was about 50% of thickness of $Cu_6Sn_5$ IMC in Sn-0.7Cu. It is expected to have a positive effect on reliability of the solder joint.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권3호
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• pp.37-45
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• 2004

무전해 Ni(P)는 솔더링 특성과 부식저항성이 우수하고 표면 거칠기가 적으며 원하는 금속 상에 선택적으로 도금이 가능하여 전자패키지에서 반도체칩과 기판의 표면 금속층으로 촉 넓게 사용되고 있다. 그러나 솔더와의 반응 중 금속간 화합물의 spalling과 솔더 조인트에서의 취성파괴 문제가 성공적인 적용의 걸림돌이 되어 왔다. 본 연구에서는 각각 조성이 다른 세가지 Ni(P)막 (4.6,9, and $13 wt.\%$ P)을 사용하곡 솔더와의 반응시 무전해 Ni(P)막의 미세구조 및 상 변화와 금속간화합물의 spatting 거동을 면밀히 조사하였다. $Ni_3Sn_4$ 화합물 아래로 침투한 Sn과 P-rich layer ($Ni_3P$)와의 반응에 의해 $Ni_3SnP$ 층이 형성되며 $Ni_3SnP$ 층이 성장함에 따라 $Ni_3Sn_4$가 spalling됨이 관찰되었다. Spalling 후에는 Ni(P)막이 용융된 솔더와 직접 접촉하게 되어 Ni(P)막의 결정화가 가속화되고 $Ni_3P$상이 $Ni_2P$상으로 변태되었다. 또한 이러한 결정화 과정 중 Ni(P)막의 부피가 감소됨에 따라서 인장응력이 발생하여 막 내부에 크랙이 발생하였다.