• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.24 no.3
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• pp.35-40
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• 2017

Aluminium alloys have been used widely since hundreds of years in automotive joining. Silicon is an excellent alloying element that increases the fluidity, depresses the melting temperature and prevents shrinkage defects during solidification, and is cost effective raw material. In recent few decades, research on cast Al-Si alloys has been expanding globally in military, automobile and aerospace industries. These alloys are good wear and corrosion resistant which depends on processing parameters and service conditions. However, the formation of big Si-needles in Al-Si alloys is a serious issue in joining industries. Silicon modification treatments are generally carried out to improve their durability and strength. This paper covers an elaborative study of various Al-Si alloys, the modification strategies to refine the Si-needles, effect of processing parameters and joining characteristics for automotive applications.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.06a
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• pp.226-226
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• 2008

지난 10여년 동안 Sn-3.0Ag-0.5(wt%)Cu 합금은 대표 무연솔더 조성으로 다양한 전자제품의 실장 및 접합에 적용되어 왔으며, 그 신뢰성 역시 충분히 검증된 바 있다. 그러나 최근 Ag 가격의 급격한 상승과 솔더 접합부의 내 충격 신뢰성을 보다 향상시키고자 하는 업계의 동향은 Ag의 함량이 낮은 무연솔더 조성의 적용 확대를 유도하고 있다. 이에 따라 본 연구자들은 저 Ag 함유 무연슬더로 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성을 제안한 바 있는데, 이는 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성 이상의 solderability를 가지면서도 그 금속원료 가격이 약 20% 가량 저렴한 특징을 가진다. 또한 열 싸이클링 (cycling) 테스트를 통한 슬더 조인트의 신뢰성을 평가한 결과, Sn-3.0Ag-0.5Cu에 크게 뒤떨어지지 않는 양호한 특성이 관찰되었다. 따라서 본 연구에서는 열 싸이클링 테스트와 더불어 최근 그 중요성이 지속적으로 커지고 있는 내 충격 신뢰성 평가 시험을 실시하여 개발된 4원계 무연솔더 조성의 기계적 특성을 기존 무연솔더 조성과 비교, 분석해 보았다. 각 솔더 조성은 솔더 볼 형태로 제조되어 CSP(Chip Scale Package) 상에 범핑 (bumping)되었으며, CSP를 PCB(Printed Circuit Board) 상에 실장하는 공정에서도 Sn-3.0Ag-0.5Cu 및 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In의 두 종류의 솔더 페이스트가 사용되었다. 본 연구에서의 내 충격 신뢰성 시험에는 자체 제작한 rod drop 시험기를 사용하였는데, 고정된 CSP 실장 board의 후면 부위를 일정한 높이에서 추를 반복적으로 자유 낙하시켜 급격한 충격을 주는 방식으로 실험을 실시하였다. 이 때 추의 무게는 30g, 낙하 높이는 10cm 였으며, 추의 낙하 시 측정된 board 의 휨 변위량은 약 0.7mm로 측정되었다. 사용된 CSP와 PCB 는 모두 daisy chain 방식으로 연결되어 있기 때문에 저항측정기를 사용한 간단한 실시간 저항 측정 방법으로 시험 이력에 따른 파단부의 발생 시점과 대략의 위치를 손쉽게 확인할 수 있었다. 솔더 조인트의 파단 기준 저항값으로 $1000\Omega$을 설정하였으며. 각 조건 당 5 개 이상의 샘플에 대해 평가를 실시한 후 그 평균값을 조사하였다. 시험 결과 제안된 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성은 대표적인 저 Ag 함유 조성인 Sn-1.0Ag-0.5Cu에 비해서는 떨어지는 내 충격 신뢰성을 나타내었지만, 우수한 연성에 기인하여 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성에 비해서는 약 2 배 이상 우수한 신뢰성이 관찰되었다. 또한 CSP의 실장 시 Sn-3.0Ag-0.5Cu보다 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 조성 솔더 페이스트를 적용한 경우에서 보다 우수한 내 충격 신뢰성을 나타내어 기본적으로 개발된 Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In 솔더 페이스트가 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성의 기존 솔더 페이스트 보다 내 충격 신뢰성이 우수함을 검증할 수 있었다. 각 조성의 솔더 조인트를 $150^{\circ}C$ 에서 500시간 aging한 후 실시한 내 충격 신뢰성 평가에서는 모든 조성에서 그 신뢰성이 급감하는 경항을 나타내었으나, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In가 Sn-l.0Ag-0.5Cu보다도 그 상대적인 신뢰성이 우수한 것으로 관찰되었다. 이와 같이 aging 후 실시하는 충격시험은 가장 실제적인 상황과 유사한 조건이므로 상기의 실험 결과는 매우 고무적이었으며, 이에 대한 보다 면밀한 분석이 요청되었다. 마지막으로 파면 및 미세조직 관찰을 통하여 각 조성에서의 충격 파단 특성을 비교, 분석해 보았다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.15 no.4
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• pp.51-57
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• 2008

In this paper, wetting and interfacial reaction properties for low Ag containing Sn-Ag-Cu Pb-free solder alloy, i.e., Sn-0.3Ag-0.7Cu were investigated and compared with those of Sn-1.0Ag-0.5Cu and Sn-3.0Ag-0.5Cu. Melting behavior and stress-strain curves of some Sn-xAg-xCu alloys were also measured using a differential scanning calorimeter(DSC) and a tensile test machine, respectively. In order to enhance insufficient wetting properties of Sn-0.3Ag-0.7Cu alloy, the improvement of wetting properties were analyzed by applying fluxes containing higher content of halide or indium adding of 0.2wt.% into the solder alloy. It was concluded that the small addition of indium is more effective for the improvement of wettability in low temperature range of $230{\sim}240^{\circ}C$ than applying flux containing higher content of halide.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.20 no.4
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• pp.7-11
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• 2013

As thermosonic ball bonding is developed for more and more advanced applications in the electronic packaging industry, the control of process stresses induced on the integrated circuits becomes more important. If Cu bonding wire is used instead of Au wire, larger ultrasonic levels are common during bonding. For advanced microchips the use of Cu based wire is risky because the ultrasonic stresses can cause chip damage. This risk needs to be managed by e.g. the use of ultrasound during the impact stage of the ball on the pad ("pre-bleed") as it can reduce the strain hardening effect, which leads to a softer deformed ball that can be bonded with less ultrasound. To find the best profiles of ultrasound during impact, a numerical model is reported for ultrasonic bonding with capillary dynamics combined with a geometrical model describing ball deformation based on volume conservation and stress balance. This leads to an efficient procedure of ball bond modelling bypassing plasticity and contact pairs. The ultrasonic force and average stress at the bond zone are extracted from the numerical experiments for a $50{\mu}m$ diameter free air ball deformed by a capillary with a hole diameter of $35{\mu}m$ at the tip, a chamfer diameter of $51{\mu}m$, a chamfer angle of $90^{\circ}$, and a face angle of $1^{\circ}$. An upper limit of the ultrasonic amplitude during impact is derived below which the ultrasonic shear stress at the interface is not higher than 120 MPa, which can be recommended for low stress bonding.