• 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.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2005년도 추계학술발표대회 개요집
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• pp.228-230
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• 2005

Sn-8wt%Zn-3wt%Bi (이하, Sn-8Zn-3Bi) 솔더의 장기 신뢰성을 평가하기 위하여 고용고습시험을 행하였다. 고온 고습 시험은 $85^{\circ}C$/85RH 조건에서 1000 시간 동안 하였다. 접합 기판으로는 각각 OSP (Organic Solderability Preservative), Sn 그리고 Ni/Au 처리를 한 PCB(Printed Circuit Board) 패드를 사용하였다. 접합에 사용한 부품은 1608Chip 으로 MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor 이하, 1608C) 와 Chip Resister(이하, 1608R)을 사용하였으며, 이 두 부품의 전극부위에 Sn-10wt%Pb(이하 Sn-l0PB), Sn을 각각 도금하였다. 솔더링 후 1608C 와 1608R의 전단 접합 강도와 솔더링부에서 Zn상의 변화를 관찰하였다. 측정결과, Sn-8Zn-3Bi 솔더의 초기 전단 접합 강도는 기판의 표면처리에 상관없이 약 40N 이었다. 그러나 고온 고습 시험 1000 시간 후에는 기판의 표면처리에 상관없이 약 30N 까지 감소하였다. 하지만 이는 reference인 Sn-37Pb 솔더의 강도값과 거의 유사하며, 이는 Sn-8Bi-3Zn 솔더의 고온 고습 시험 후 전단강도 특성은 기존 유연솔더와 비교하여 동등이상이라고 평가할 수 있다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권1호
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• pp.81-88
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• 2010

Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더범프의 금속간화합물 성장거동에 미치는 PCB 표면처리의 영향을 알아보기 위해서 PCB 패드 표면에 각각 OSP, immersion Sn, 그리고 ENIG를 처리하였고, 열처리는 $150^{\circ}C$ 조건에서 실험을 실시하였다. 또한, 전류인가시 Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더범프의 접합부 계면반응에 미치는 표면처리의 영향을 알아보기 위해서 $150^{\circ}C$, $4{\times}10^3\;A/cm^2$ 조건에서 electromigration특성을 비교 평가하였다. 열처리시 OSP와 immersion Sn의 금속간화합물 성장거동은 서로 비슷한 경향을 보인 반면, ENIG는 다른 표면처리에 비해 훨씬 느린 성장거동을 보였다. electromigration특성 평가결과 열처리에 비해 금속간화합물의 성장이 가속화되나 표면처리별 경향은 유사하였고, 전자 이동 방향에 따른 음극-양극에서 금속간화합물 형성의 차이를 보이는 극성효과(polarity effect)가 나타나는 것을 알 수 있었다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제23권6호
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• pp.93-98
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• 2005

The purpose of this study is to investigate the characteristics of pb-free $Zn-(3\~6)\%Al-(1\~6)\%Cu$ solder alloys for ultra high temperature(>573K) which applied to air craft, space satellite, automotive, oil, gas well exploration and data logging of geo-thermal wells. Melting range, solderability, electric resistivity, microstructure and mechanical properties were examined with solder alloys casted in Ar gas atmosphere. $Zn-4\%Al-(1\~3)\%Cu,\;Zn-5\%Al-(2\~4)\%Cu\;and\;Zn-6\%Al-(3\~5)\%Cu$ alloys satisfied the optimum melting range of 643 to 673k for ultra high temperature solder. A melting temperature increased with increasing Cu content, but decreased with increasing Al content. The spreadability was improved with increasing hi content. But the content of Cu had no effect on the spreadability. The electric resistivity was lowered with increasing Al and decreasing Cu content. In all Zn-Al-Cu solder alloys, primary dendritic $\varepsilon$ phase(Zn-Cu), dendritic $\eta$ phase(Zn-Cu-Al), $\alpha(Al-Zn)-\eta$ eutectic and eutectoid phase were observed. The addition of Al increased the volume fraction of eutectic and eutectoid phase and it decreased f phases. Also, the addition of Cu increased slightly the volume fraction of e, the eutectic and eutectoid phases. With increasing total content of Al and Cu, a hardness and a tensile strength were linearly increased, but anelongation was linearly decreased.

• 한국재료학회지
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• 제15권9호
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• pp.598-603
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• 2005

To develope new lead-free solders with the melting temperature close to that of Sn-37Pb$(183^{\circ}C)$, Sn-0.7Cu-5Pb-1Ga, Sn-0.7Cu-5Pb-1Ag, Sn-0.7Cu-5Pb-5Bi-1Ag, and Sn-0.7Cu-SBi-1Ag alloys were composed by adding low-netting elements such as Ga, Bi, Pb, and Ag to Sn-0.7Cu. Then the melting temperatures, microstructures, wettability, and adhesion properties of these alloys were evaluated. DSC analysis showed that the melting temperature of Sn-0.7Cu-SPb-1Ga was $211^{\circ}C$, and those of other alloys was in the range of $192\~200^{\circ}C$. Microstructures of these alloys after heat-treatment at $150^{\circ}C$ for 24 hrs were basically composed of coarsely- grown $\beta-Sn$ grains, and $Cu_6Sn_5$ and $Ag_3Sn$ intermetallic precipitates. Sn-0.7Cu-5Pb-1Ga and Sn-0.7Cu-5Pb-5Bi-1Ag showed excellent wettability, while Sn-0.7Cu-5Bi-1Ag and Sn-0.7Cu-5Pb-5Bi-1Ag revealed good adhesion strength with the Cu substrates. Among 4 alloys, Sn-0.7Cu-5Pb-5Bi-1Ag with the lowest melting temperature $(192^{\circ}C)$ and relatively excellent wettability and adhesion strength was suggested to be the best candidate solder to replace Sn-37Pb.

• 대한금속재료학회지
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• 제48권11호
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• pp.1035-1040
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• 2010

The research efforts on GaN-based light-emitting diodes (LEDs) keep increasing due to their significant impact on the illumination industry. Surface mount technology (SMT) is widely used to mount the LED packages for practical application. In surface mount soldering both the device body and leads are intentionally heated by a reflow process. We studied on the effects of multiple reflows on microstructural variation and joint strength of the solder joints between the LED package and the substrate. In this study, Pb-free Sn-3.0Ag-0.5Cu solder and a finished pad with organic solderability preservatives (OSP) were employed. A $Cu_6Sn_5$ intermetallic compound (IMC) layer was formed during the multiple reflows, and the thickness of the IMC layerincreased with an increasing number of reflows. The shear force decreased after three reflows. From the observation of the fracture surface after a shear test, partially brittle fractures were observed after five reflows.

• 대한금속재료학회지
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• 제49권3호
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• pp.237-242
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• 2011

The effect of shearing speed on the shear force and energy of Sn-0Ag-0.5Cu solder ball was investigated. Various UBM (under bump metallurgy)'s on Cu pads were used such as ENEPIG (Electroless Nickel, Electroless Palladium, Immersion Gold; Ni/Pd/Au), ENIG (Electroless Nickel, Immersion Gold; Ni/Au), OSP (Organic Solderability Preservative). To fabricate a shear test specimen, a solder ball, $300{\mu}m$ in diameter, was soldered on a pad of FR4 PCB (printed circuit board) by a reflow soldering machine at $245^{\circ}C$. The solder bump on the PCB was shear tested by changing the shearing speed from 0.01 m/s to 3.0 m/s. As experimental results, the shear force increased with a shearing speed of up to 0.6 m/s for the ENIG and the OSP pads, and up to 0 m/s for the ENEPIG pad. The shear energy increased with a shearing speed up to 0.3 m/s for the ENIG and the OSP pads, and up to 0.6 m/s for the ENEPIG pad. With a high shear speed of over 0 m/s, the ENEPIG showed a higher shear force and energy than those of the ENIG and OSP. The fracture surfaces of the shear tested specimens were analyzed, and the fracture modes were found to have closer relationship with the shear energy than the shear force.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권3호
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• pp.27-33
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• 2008

PDA, 핸드폰과 같은 포터블 제품의 사용이 급증함에 따른 전자 제품의 사용 환경의 변화는 제품의 솔더 조인트 신뢰성을 더욱 필요로 하게 되었다. 무전해 니켈/금 도금 표면 처리는 솔더링 특성이 우수하고, 표면처리 두께가 균일하며 패키징 공정에서 사용되는 광학설비에서 인식이 잘되기 때문에 미세피치 SMT 디바이스와 BGA 기판에 폭넓게 사용되고 있다. 그러나 무전해 니켈/금 도금 표면과 솔더 계면에서 발생되는 취성 파괴가 문제점으로 지적되고 있다. 솔더의 취성 파괴는 솔더링시 금속간 화합물과 무전해 니켈층 사이에 형성된 P-rich 영역의 갈바닉 니켈 부식에 의한 black pad 현상에 기인한다. 이론적으로 평탄한 무전해 Ni표면은 무전해 금도금 과정 중 도금액의 균일하게 순환되기 때문에 black pad 발생을 억제하는 장점을 가지고 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 무전해 Ni층의 표면형상을 어떻게 제어 할지에 대한 연구는 충분히 이루어 지지 않고 있다. 본 연구에서는 Cu 하지층의 표면 형상이 무전해 Ni층의 표면 형상에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 이를 위해 Cu 에칭액과 Cu에칭 처리 횟수를 변화시켜 Cu 하지층의 표면 형상을 다양하게 변화시켰다.

• 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.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제7권4호
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• pp.7-15
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• 2000

질소분위기 중에서 솔더 접합부의 특성 및 solderability을 검토하기 위하여 대기분위기와 질소분위기에서의 젖음성을 평가하였다. 또한 솔더접합부의 브리지결함(bridge defect)을 대기와 질소분위기 중에서 비교 검토하였다. 이 결과, 질소분위기 중에서 Cu표면을 사포로 연마한 시편, Cu표면에 Sn-Pb 및 Sn으로 도금한 시편에서 젖음성이 향상되었다. 대기분위기에 비해 젖음시간은 약 0.2~0.45초 정도 시간이 감소하였고, 최대젖음력 ($F_{max}$)도 대기중에 비해 약 1.8~2.8 N 정도가 커졌다. 질소유량에 따른 젖음시간($t_2$)과 젖음력을 측정한 견과 질소유량이 10 1/min에서 30 1/min으로 증가함에 따라 대기중 분위기에 비해 젖음시간($t_2$)는 약 0.25초 정토 감소하였고, 젖음력은 2.3 N 정도 상승하였다. 따라서, 질소분위 기에서 무세정용 플럭스를 사용해도 젖음성이 떨어지는 것을 보완 할 수 있다. 질소분위기에서는 젖음성을 향상시키고 산화물(dross)를 억제시켜주어 대기 중 보다 브리지 (Bridge)발생률이 25~76%정도 떨어졌다. 브리지 발생률은 피치간격이 미세할수록 질소분위기가 대기 중 보다 감소하였다.