Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.27
no.3
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pp.29-34
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2020
The behavior of brittle fracture of electroless nickel immersion gold (ENIG) /Sn-3.0wt.%Ag-0.5wt.%Cu (SAC305) solder joints was evaluated. The pH of the electroless nickel plating solution for ENIG surface treatment was changed from 4.0 to 5.5. As the pH of the Ni plating solution increased, pin hole in the Ni-P layer increased. The thickness of the interfacial intermetallic compound (IMC) of the solder joint increased with pH of Ni plating solution. The high speed shear strength of the SAC305 solder joint on ENIG surface finish decreased with the pH of the Ni plating solution. In addition, the brittle fracture rate of the solder joint was the highest when the pH of the Ni plating solution was 5.
When the electronics are tested with thermal shock for Pb-free solder joint reliability, there are temperature conditions with use environment but number of cycles for test don't clearly exist. To obtain the long term reliability data, electronic companies have spent the cost and times. Therefore this studies show the test method and number of thermal shock cycles for evaluating the solder joint reliability of electronic components and also research bonding strength variation with formation and growth of intermetallic compounds (IMC). SMD (surface mount device) 3216 chip resistor and 44 pin QFP (quad flat package) was utilized for experiments and each components were soldered with Sn-40Pb and Sn-3.0 Ag-0.5 Cu solder on the FR-4 PCB(printed circuit board) using by reflow soldering process. To reliability evaluation, thermal shock test was conducted between $-40^{\circ}C\;and\;+125^{\circ}C$ for 2,000 cycles, 10 minute dwell time, respectively. Also we analyzed the IMCs of solder joint using by SEM and EDX. To compare with bonding strength, resistor and QFP were tested shear strength and $45^{\circ}$ lead pull strength, respectively. From these results, optimized number of cycles was proposed with variation of bonding strength under thermal shock.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.20
no.2
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pp.187-192
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2011
UBM(Under Bump Metallurgy) is very important for successful realization of Flip-Chip technology. In this study, it is investigated the interfacial reactions between various Sn-Ag solder alloys and Ni-P/Au UBM and Cu plate finish. It is also evaluated the shear strength by using the micro shear-punch test method for Sn-37Pb alloy, binary and ternary alloys of environment-friendly Pb-free solder alloys which are applied in the electronic packages. In terms of interfacial microstructure, the Pb-free solder joints have thicker IMCs than the Sn-Pb solder joints. The thickness of IMC is related to Reflow time. The IMC has been observed to grow with the increase in Reflow time. As a result of the shear test, in case of Max. shear strength, Pb-free solder showed the highest strength value and Sn-37Pb showed the lowest strength value 10 be generally condition of Reflow time.
Pb-free solder has recently been used in electronics in efforts to meet environmental regulations, and a number of Pb-free solder alloy choices beyond the near-eutectic SnAgCu solder are now available. With increased demand for thin and portable electronics, the high cost of alloys containing significant amounts of silver and their poor mechanical shock performance have spurred the development of low Ag SnAgCu solder, which provides improved mechanical performance at a reasonable cost. Although low Ag SnAgCu solder exhibits significantly higher fracture resistance under high-strain rates, little thermal fatigue data exist for this solder. Therefore, it is necessary to investigate thermal fatigue reliability of low Ag SnAgCu solder under variation of thermal stress in order to allow its implementation in electronic products with high reliability requirements. In this study, the reliability of Sn0.3Ag0.7Cu(SAC0307), a low Ag solder alloy, is discussed and compared with that of Sn3Ag0.5Cu(SAC305). Three sample types and six samples size are evaluated. Mechanical properties and microstructure of the solder joint are investigated under thermal shock cycles. It was observed that the mechanical strength of SAC0307 dropped slightly with thermal cycling relative to that of SAC305. This reveals that the failure mode of SAC0307 is different from that SAC305 under this critical condition.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.10
no.2
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pp.19-26
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2003
Plastic and creep deformations of a solder joint on thermal cycle play an important role in the reliability of optical telecommunication components. Solder joint strain is increased with the thermal cycle time and it causes mis-alignments and power loss in the optical component. Furthermore, the component can be failed since the deformation exceed the limitation of the fatigue life. We applied the finite element analysis method to solve the problem of the solder joint reliability on thermal cycle. Plastic and creep deformations are calculated by the finite element method. And, the fatigue lire is predicted by using creep-fatigue prediction models with calculated strains. The temperature conditon of the analysis was referred from the Telcordia reliability schedule (-40 to 75). Also, the three ramp renditions, 1/min, 10/min and 50/min, and dwelling time were considered to analyze the differences of results.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.1
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pp.137-143
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2008
Thermal fatigue life prediction for solder joints becomes the most critical issue in present microelectronic packaging industry. And lead-free solder is quickly becoming a reality in electronic manufacturing fields. This trend requires life prediction models for new solder alloy systems. This paper describes the life prediction models for SnAgCu and SnPb solder joints, based upon non-linear finite element analysis (FEA). In case of analyses of the SnAgCu solder joints, two kinds of shapes are used. As a result, it is found that the SnAgCu solder has longer fatigue life than the SnPb solder in temperature cycling analyses.
Choe Jae Hun;Jeon Seong U;Jeong Bu Yang;O Tae Seong;Kim Yeong Ho
Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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2003.11a
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pp.103-105
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2003
COG (Chip on Glass) technology using solder bump reflow has been investigated to attach IC chip directly on glass substrate of LCD panel. As It chip and LCD panel have to be heated to reflow temperature of the so]der bumps for COG bonding, it is necessary to use low-temperature solders to prevent the damage of liquid crystals of LCD panel. In this study, using the Sn-52In solder bumps of $40{\mu}m$ pitch size, solder joints between Si chip and glass substrate were made at temperature below $150^{\circ}C$. The contact resistance of the solder joint was $8.58m\Omega$, which was much lower than that of the joint made using the conventional ACF bonding technique. The Sn-52In solder joints with underfill showed excellent reliability at a hot humid environment.
Proceedings of the Korean Society for Quality Management Conference
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2006.04a
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pp.375-380
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2006
Recently European Council(EU) published the RoHS(restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment) which is prohibit the use of Pb, Hg, Cd, $Cr^{+6}$, PBB or PBDE in the electrical and electronic equipments. So EU member States shall ensure that, from 1 July 2006, new electrical and electronic equipment put on the market does not contain 6 hazardous substances. So many kinds of projects is proceeding to ensure the reliability of Pb-free electronics in the worlds. Especially it is necessary to evaluate of Pb-free solder joints in electronics. Therefore, on this paper, we compared with solder joint strength of chip components, respectively SnPb, Pb-free solder as follows reliability test methods. We also measured the shear strength of solder joint and also compared the effects of environmental test methods. In this results, we analyzed and compared the shear strength variation as follows solder materials and reliability test conditions.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.14
no.2
s.43
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pp.23-33
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2007
The growing environmental regulation governs the use of lead by RoHS, WEEE, and then. The electronic industry is moving to replace Pb-bearing solder with Pb-free solder. To use the Pb-free solder, microelectronic industry needs consequently the new reliability appraisal such as the packaging for high temperature process, various mechanical change caused by new solder, and the development of Pb-free sloder for long life of product. The evaluation of solder bar and mechanical properties of joint were performed compared with international standard, and new appraisal standard was established. The solderability and spread ability of Sn-0.7Cu solder material showed up to the standard. Shear test of solder joint using by the solder resulted that the shear strengths after thermal shock or after aging were not much lower than the shear strength of as-soldered and that they were also up to the standard.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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