• Journal of Welding and Joining
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• 제30권5호
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• pp.64-69
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• 2012

Sn-Bi eutectic alloy has been widely used as one of the key solder materials for step soldering at low temperature. The Sn-58Bi solder paste containing chloride flux was adopted to compare with that using the chloride-free flux. The paste was applied on the electroless nickel-immersion gold (ENIG) surface finish by stencil printing, and the reflow process was then performed at $170^{\circ}C$ for 10 min. After reflow, the solder joints were aged at $125^{\circ}C$ for 100, 200, 300, 500 and 1000 h in an oven. The interfacial microstructures were obtained by using scanning electron microscopy (SEM), and the composition of intermetallic compounds (IMCs) was analyzed using energy dispersive spectrometer (EDS). Two different IMC layers, consisting of $Ni_3Sn_4$ and relatively very thin Sn-Bi-Ni-Au were formed at the solder/surface finish interface, and their thickness increased with increasing aging time. The wettability of solder joints was investigated by wetting balance test. The mechanical property of each aging solder joint was evaluated by the ball shear test in accordance with JEDEC standard (JESD22-B117A). The results show that the highest shear force was measured when the aging time was 100 h, and the fracture mode changed from ductile fracture to brittle fracture with increasing aging time. On the other hand, the chloride flux in the solder paste did not affect the shear force and fracture mode of the solder joints.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.35.2-35.2
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• 2009

최근 본 연구실에서 무연 솔더를 위한 새로운 Cu-Zn 합금 젖음층을 개발하였다. 전해도금을 통하여 Cu-Zn 합금층을 형성한 뒤 그 위에 Sn-4.0wt% Ag-0.5wt% Cu (SAC 405) 솔더를 리플로 솔더링을 통해 솔더접합부를 형성하였으며 계면에서 생성된 금속간 화합물의 형성 및 성장 거동을 연구하였다. SAC/Cu 시스템의 경우, $150^{\circ}C$에서 시효 처리를 실시하는 동안 솔더와 도금된 Cu 계면에서 $Cu_6Sn_5$ 상과 미세한 공공이 형성된 $Cu_3Sn$ 상이 발견되었다. 반면에 SAC/Cu-Zn 시스템에서는 계면에서 $Cu_6Sn_5$ 상만이 형성되었다. 또한 큰 판상형의 $Ag_3Sn$ 상이 SAC/Cu 시스템에 비해 현저하게 억제되었다. SAC/Cu-Zn 계면에서의 금속간 화합물의 성장 속도가 SAC/Cu 계면에서 형성된 금속간 화합물의 성장 속도보다 느리게 나타났다. Cu-Zn 젖음층의 Zn가 솔더와 Cu-Zn 층 사이에서 Cu와 Sn 원자의 상호 확산을 방해하기 때문이다. 본 연구에서는 Cu와 Cu-Zn 층을 이용한 솔더 접합부의 낙하 충격 신뢰성을 연구하였다. 낙하 충격 시험 시편은 두 개의 인쇄 회로 기판을 SAC 405 솔더볼을 이용하여 리플로를 통해 상호연결 하여 제조되었다. 이 때, 각각의 인쇄 회로 기판의 패드에는 Cu 층과 Cu-Zn층을 전해도금을 통하여 각각 $10{\mu}m$두께의 젖음층을 형성하였다. 낙하 시험 시편을 제조한 뒤, 시효 처리에 대한 낙하 저항 신뢰성의 특성을 연구하기 위해 250, 500 시간동안 시효처리를 한 후 각 조건에서 계면에 형성된 금속간 화합물의 성장 거동을 관찰하였으며, 낙하 충격 시험을 실시하였다. 낙하 시험은 daisy chain으로 연결된 시편의 저항이 100 Ohm 이상 측정되었을 때 중단되도록 하였다. Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 시편의 경우 초기 리플로를 하였을 때 불량이 발생하는 평균 낙하 수는 350이며, Cu/SAC/Cu 시편의 평균 낙하수는 200 미만으로 나타났다. Cu/SAC/Cu 시편의 경우, 시효처리 시간이 증가함에 따라 평균 낙하수는 큰 폭으로 감소하였지만, Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 시편은 불량이 발생하는 평균 낙하수의 감소폭이 보다 완만하게 나타났다. Cu 층에 Zn를 첨가함으로써 솔더와 젖음층 사이에서 형성된 금속간 화합물의 성장 및 미세 공공의 형성이 억제되었고, 솔더 접합부의 과냉을 감소시킴으로써 큰 판상형의 $Ag_3Sn$ 상의 형성을 억제함으로써 Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 솔더 접합부에서 Cu/SAC/Cu 솔더 접합부보다 낙하 충격에 대한 저항성 및 신뢰성이 향상되었다. 이는 무연 솔더에 Zn를 첨가하여 낙하 충격 신뢰성을 향상시킨 것과 동일한 효과를 나타냈음을 확인하였다. 본 연구는 한국 과학 기술 재단의 전자패키지 재료 연구 센터(CEPM)와 지식 경제부의 부품 소재 기술 개발 사업의 지원을 받아 수행되었습니다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제28권2호
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• pp.45-50
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• 2021

Flip chip 제품의 난이도 증가에 따라 solder wetting 및 신뢰성 관점에서 강점을 갖는 flux 소재에 대한 관심이 높아지고 있다. 지용성 flux의 경우 별도의 세정 공정이 없기 때문에 공정 효율화 측면에서 유리하나, 리플로우 공정이후 반응을 마친 잔여물이 잔존하게 되는 경우 Cu migration 및 delamination을 발생시킬 수 있다. 본 연구에서는 저잔사 flux 구현을 위해 신규 resin에 적합한 solvent 및 activator를 변경 하였으며, package 환경에서 non-wet 및 신뢰성 개선 유무를 확인하였다. 저장 안정성 평가를 통해 신규 소재에 대한 안정성을 확보하였으며, boiling point가 상이한 solvent와 activator 2종 적용 및 activator 함량 증대를 통해 non-wet 미 발생 flux 소재를 확보하였다. 해당 소재에 대한 신뢰성 검증 이후 평면 분석 결과 flux residue 기인성 delamination 현상은 발견되지 않았으며, 이를 통해 저잔사 flux에 대한 최종 조성을 확보하였다.

• 폴리머
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• 제34권1호
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• pp.52-57
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• 2010

고 신뢰도와 높은 물성을 갖는 이방성 전도성접착제(anisotropic conductive adhesive, ACA)용 레진 개발을 위하여, 환원특성을 갖는 카르복실산을 포함한 bisphenol F계열의 에폭시 레진에 저융점 솔더입자(low melting point alloys, LMPA)를 분산시켜 제조하였다. LMPA의 융점에서의 에폭시 레진의 경화특성 및 온도에 따른 유변학 특성을 동적 시차 주사 열량계(differential scanning calorimeter, DSC)와 레오미터(rheometer)로 측정하여 최적화된 ACA 접합 공정을 설계하였다. 접합 공정시 LMPA 표면에 생성되는 산화막을 제거하여 높은 전기전도도와 안정적인 전기적 특성을 얻을 수 있도록 세가지 종류의 카르복실산을 환원제로 사용하여 각각의 젖음(wetting) 특성을 확인하였다. 부틸 카르복실산은 $28^{\circ}$의 낮은 젖음각을 나타내었으나, 경화반응 중 다량의 기포가 발생하는 문제가 있었다. 그러나, 이관능성 카르복실산(1,3-bis(2-carboxypropyl)tetramethyl disaoxane(2-CTMS)) 및 1,3-bis(3-carboxypropyl)tetramethyl disiloxane(3-CTMS))의 경우, 기포의 발생 없이 각각 $18^{\circ}$와 $20.3^{\circ}$의 매우 우수한 젖음 특성을 보였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.113.2-113.2
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• 2011

Sn-Ag계 합금은 대표적인 무연 솔더 조성으로 전자제품의 실장 및 접합에 적용되어 왔으며, 태양전지 분야에서도 모듈의 전극과 bus바로 사용되는 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 그러나 최근 Ag 가격의 급격한 상승과 솔더 접합부의 신뢰성을 보다 향상시키고자 Ag의 함량을 줄이고 다원계 합금 조성의 무연 솔더 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 실험에서는 기존의 연구 결과를 바탕으로 Sn-1.0Ag-0.5Cu-0.4In 4원계 무연솔더 조성에 Bi를 첨가하여 최적의 융점과 용융구간을 가지는 5원계 Sn-Ag-Cu-In-Bi 계 솔더 합금을 설계하였다. 이 설계된 합금은 기존의 유연 솔더인 Sn-Pb와 대표적인 무연 솔더인 Sn-3.5Ag와 각각의 특성을 비교 분석하였다. 젖음성을 평가하기 위하여 wetting balance tester를 이용하여 실험을 행하였고 Differential Scanning Calorimetry(DSC)를 분석하여 젖음 정도와 조성 분석 및 고상점과 액상점 등의 녹음 거동을 확인하였다. 또한 각각의 조성별 전단응력에 따른 파괴 거동을 분석하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제7권2호
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• pp.63-68
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• 2000

This paper introduces the partial melting process for solder application and characterization of its possibility using off-eutectic Pb-Sn alloy. In order to show that the liquid phase in the semi-liquid state maintains the wettability as the single-phase liquid, the wetting balance test are conducted with varying temperatures and compositions. The results are then compared with the surface tension of liquid, both measured and calculated, to examine the correlation. The results from this investigation indicate that the partial melting can yield satisfactory solder joints as long as the liquid phase acquires sufficient chemical activity. At a condition where the partial melting is effective, a direct correlation between the wettability and the surface tension is found to exist. All alloys are found to show a reasonable wettability in semi-liquid state.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제12권3호
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• pp.253-258
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• 2005

도금전류밀도에 따른 Ni박막의 결정립 크기, 전기비저항, 솔더 wetting angle 및 금속간화합물의 성장속도를 분석하였다. 도금전류밀도를 $5\;mA/cm^2$에서 $40\;mA/cm^2$로 증가시킴에 따라 Ni 박막의 표면 nodule의 크기가 감소하고 결정립이 미세화 되었으며, 전기비저항이 $7.37\mu\Omega-cm$에서 $9.13\mu\Omega-cm$로 증가하였다. $5\;mA/cm^2$ 및 $10\;mA/cm^2$에서 도금한 Ni 박막이 $40\;mA/cm^2$에서 형성한 Ni 박막에 비해 전기비저항이 낮고 dense하며 계면 금속간화합물의 성장속도가 느리기 때문에 무연솔더의 UBM 용도로 더 적합할 것이다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제34권1호
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• pp.98-104
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• 2014

Photovoltaic (PV) cell is considered as one of the finest ways to utilize the solar power. A study of improving solar cell's efficiency is important because the lifetime of solar cell is determined by photovoltaic module technology. Therefore, oxidation (and/or corrosion) of solder materials will be one of the primary yield and long-term reliability risk factor. Recently, the development of lead-free solder alloy has been done actively about lead-free solder alloys of the thermodynamic and mechanical properties. However, the oxidation behavior have rarely been investigated In this study, the oxidations of 60 wt% Sn-40 wt% Pb, 62 wt% Sn-36 wt% Pb -2 wt% Ag, 50wt% Sn-48 wt% Bi-2 wt% Ag alloys for the interconnect ribbon after exposure in atmosphere at $100^{\circ}C$ for several times were investigated. The wettability of 62 wt% Sn-36 wt% Pb-2 wt% Ag and 50 wt% Sn-48 wt% Bi-2 wt% Ag solders was also studied to compare with that of 60 wt% Sn-40 wt% Pb alloy. The results howed that the zero cross time and the wetting time of 50 wt% Sn-48 wt% Bi-2 wt% Ag solder were better than other two samples. The surface of tested samples was analyzed by XPS. The XPS result showed that in all samples, SnO grew first and then the mixture of SnO and $SnO_2$ was detected. $SnO_2$ grew predominantly for the long time aging. Moreover XPS depth profile analysis has found surface enrichment of tin oxide.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2004년도 ISMP Pb-free solders and the PCB technologies related to Pb-free solders
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• pp.211-219
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• 2004

A new alloy definition will be presented concerning increasing demands for the board level reliability of miniaturized interconnections. The damage mechanism for LFBGA components on different board finishes is not quite understood. Further demands from mobile phones are the drop test, characterizing interface performance of different package constructions in relation to decreased pad constructions and therefore interfaces. The paper discusses the characterization of interfaces based on SnPb, SnPbXYZ, SnAgCu and SnAgCuInNd ball materials and SnAgCuInNd as solder paste, the stability after accelerated tests and the description of modified interfaces stric시y related to the assembly conditions, dissolution behavior of finishes on board side and the influence of intermetallic formation. The type of intermetallic as well as the quantity of intermetallics are observed, primaliry the hardness, E modules describing the ability of strain/stress compensation. First results of board level reliability are presented after TCT-40/+150. Improvement steps from the ball formulation will be discussed in conjunction to the implementation of lead free materials. In order to optimize ball materials for area array devices accelareted aging conditions like TCTs were used to analyze the board level reliability of different ball materials for BGA, LFBGA, CSP, Flip Chip. The paper outlines lead-free ball analysis in comparison to conventional solder balls for BGA and chip size packages. The important points of interest are the description of processability related to existing ball attach procedures, requirements of interconnection properties and the knowledge gained the board level reliability. Both are the primary acceptance criteria for implementation. Knowledge about melting characteristic, surface tension depend on temperature and organic vehicles, wetting behavior, electrical conductivity, thermal conductivity, specific heat, mechanical strength, creep and relaxation properties, interactions to preferred finishes (minor impurities), intermetallic growth, content of IMC, brittleness depend on solved elements/IMC, fatigue resistance, damage mechanism, affinity against oxygen, reduction potential, decontamination efforts, endo-/exothermic reactions, diffusion properties related to finishes or bare materials, isothermal fatigue, thermo-cyclic fatigue, corrosion properties, lifetime prediction based on board level results, compatibility with rework/repair solders, rework temperatures of modified solders (Impurities, change in the melting point or range), compatibility to components and laminates.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제18권3호
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• pp.53-57
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• 2011

In the modern packaging technologies highly condensed metal interconnects are typically formed by highcost processes. These methods inevitably require the precise controls of mutually dependant process parameters, which usually cause the difficulty of the change in the layout design for interconnects of chip to-chip, or chip-to-substrate. In order to overcome these problems, the unique concept and methodology of self-assembly even in micro-meter scale were developed. In this report we focus on the factors which influenced the self-formed bumps by analyzing the phenomenon experimentally. In case of RMA flux, homogenous pattern was obtained in both plain surface and cross-section surface observation. By using RA flux, the phenomena were accelerated although the self-formtion results was inhomogenous. With ussage of moderate RA flux, reaction rate of the self-formation was accelerated with homogeneous pattern.