A miniature single solder ball joint is designed to mimic the actual solder joints used in the micro-electric industries. Shear tests were conducted to evaluate the mechanical behavior of miniature single solder joints at intermediate strain rates from $0.019\;s^{-1}$ to $2.16\;s^{-1}$ at room temperature. The shear fracture strength of the present solder ball joints generally increased with increasing shear strain rate, ranging from 32 to 51MPa. This behavior is affected by the sensitivity of bulk solder strength to strain rate. Shear fracture mode changed from brittle to partial ductile (failure inside the bulk solder) with an increase of shear speed. The unloading shear fracture toughness is generally consistent with the measure of the amount of bulk solder on the fractured surface.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.630-633
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2004
Generally, component and FR-4 board are connected by solder joint. Because material properties of components and FR-4 board are different, component and FR-4 board show different coefficients of thermal expansion (CTE) and thus strains in component and board are different when they are heated. That is, the differences in CTE of component and FR-4 board cause the dissimilarity in shear strain and BGA solder joint s failure. The first order Taylor series expansion of the limit state function incorporating with thermal fatigue models is used in order to estimate the failure probability of solder joints under heated condition. A model based on plastic-strain rate such as the Coffin-Manson Fatigue Model is utilized in this study. The effects of random variables such as frequency, maximum temperature, and temperature variations on the failure probability of the BGA solder joint are systematically investigated by using a failure probability model with the first order reliability method(FORM).
This paper presents the investigations on the initial strength and its variation of Sn-Pb solder joint using different lead frames, such as are 42 alloy lead and Cu alloy lead. As the result of the lack of initial strength at solder joints, whose pitch is from 0.3 to 0.4mm, short circuit often occured at the solder joint by thermal shock or external impact. Therefore, in this paper investigations were performed on the initial strength and its variation of Sn-Pb solder joint as well as fractured mode with using different lead frames.
Joint strength between a solder ball and a pad on a substrate is one of the major factors which have effects on electronic device reliability. The effort to improve solder joint strength via surface cleaning, heat treatment and solder composition change have been in progress. This paper will discuss the method of solder ball joint strength improvement using LF hydrogen radical cleaning treatment and focus on the effects of surface treatment condition on the solder ball shear strength and interfacial reactions. In the joint without radical cleaning, voids were observed at the interface. However, the specimens cleaned by hydrogen-radical didn't have voids at the interface regardless of cleaning time. The shear strength between the solder ball and the pad was increased over 120%(about 800gf) when compared to that without the radical treatment (680gf) under the same reflow condition. Especially, at the specimen treated for 5minutes, ball shear strength was considerably increased over 150%(1150gf). Through the observation of fracture surface and cross-section microstructure, the increase of joint strength resulted from the change of fracture mode, that is, from the solder ball fracture to IMC/Ni(P) interfacial fracture. The other cases like radical treated specimen for 1, 3, 7, 9min. showed IMC/solder interfacial fracture rather than fracture in the solder ball.
The increase in high speed, multi-function and high I/O pin semiconductor devices highly demands high pin count, very thin, and high density packages. BGA is one of the solutions, but the package has demerits in package reliability, surface mounting problems due to the PCB warpage and solder joint crack related with TCE mismatch between the materials. On this study to verify the thermal fatigue lifetime of the solder joint FEM and experiments were performed after surface mounting BGA with different solder composition and reliability conditions. FEM showed optimum composition of Ag3.2-Sn96.5 and under the composition minimum creep deformation of the solder joint was calculated, and the thermal fatigue lifetime was improved. In view of temperature cycle condition, the conditions of $-65^{\circ}C$to $150^{\circ}C$ showed minimum lifetime and t was 1/3 of $0^{\circ}C$ to $125^{\circ}C$ condition. Test board was prepared and solder joint crack was verified. Until 1000cycle on soder joint crack was observed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.2
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pp.138-144
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2004
The initiation and the propagation of solder joint crack depend on its environmental conditions, such as high temperature creep and thermal fatigue. Creep is known to be the most important factor for the mechanical failure of solder joints in micro-electronic components and micro-systems. This is mainly caused by the different thermal expansion coefficients of the materials used in the micro-electronic packages. To determine the reliability of solder joints and consequently the electronic components, the characterization of the creep behavior of this group of materials is crucial. This paper is to apply the theory of creep into solder joints and to provide related technical information needed for evaluation of reliability of solder joint to failure. 63Sn-37Pb solder was used in this study. This paper experimentally shows a way to enhance the reliability of solder joints.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.6
no.8
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pp.710-718
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2000
In this paper we described an approach to automation of visual inspection of solder joint defects of SMC(Surface Mounted Components) on PCBs(Printed Circuit Board) by using neural network and fuzzy rule-based classification method. Inherently the surface of the solder joints is curved tiny and specular reflective it induces difficulty of taking good image of the solder joints. And the shape of the solder joints tends to greatly vary with the soldering condition and the shapes are not identical to each other even though the solder joints belong to a set of the same soldering quality. This problem makes it difficult to classify the solder joints according to their qualities. Neural network and fuzzy rule-based classification method is proposed to effi-ciently make human-like classification criteria of the solder joint shapes. The performance of the proposed approach is tested on numerous samples of commercial computer PCB boards and compared with the results of the human inspector performance and the conventional Kohonen network.
In order to rpovide proper SMT design criteria in a systematic way, a mathematical formulation has been developed to predict the configuration of the solder fillet formed between the gullwing type lead and rectangular pad. Effects of SMT design parameters such as the solder volume and pad dimension on the solder profile are investigated using the FEM that calculates the 3D configuration by minimizing the energy due to surface tension and gravity in the equilibrium state. Design criteria of QFP and SOP are illustrated by plotting the acceptable range of the solder volume with respect to the length and width ratios of the pad and lead. The results show that the acceptable design range increases with increase in the pad length and width. The pad length has more significant effects on design criteria compared with the pad width, and Bond number can be utilized to predict the joint quality.
In this paper, a new approach to acquire the cross-sentional image for automatic solder joint inspection of double-sided PCB using X-ray source is presented. We designed the apparatus with fixed X-ray source to realize the cross-sectional image by tunning object and detector synchronously. The cross-sectional images are captured at several view angle of X-ray source, the geometric image distortions caused by view angle and the shape of image intensifier are compensated. The precision variation of cross-sectional image by the change of view angle was investigated. Also we acquired the cross-sectional image to the solder joint of double-sided PCB and reconstructed the shape of solder joint.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.5
no.8
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pp.995-1000
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1999
This paper presents a optic system and a visual inspection algorithm looking for solder joint defects of J-lead chip which are more integrate and smaller than ones with Gull-wing on PCBs(Printed Circuit Boards). The visual inspection system is composed of three sections : host PC, imaging and driving parts. The host PC part controls the inspection devices and executes the inspection algorithm. The imaging part acquires and processes image data. And the driving part controls XY-table for automatic inspection. In this paper, the most important five features are extracted from input images to categorize four classes of solder joint defects in the case of J-lead chip and utilized to a back-propagation network for classification. Consequently, good accuracy of classification performance and effectiveness of chosen five features are examined by experiment using proposed inspection algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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