Wettability is an important factor to decide solderability of solder, flux, other soldering-related materials and soldering conditions. The wettability also affects the reliability of solder joint. Wetting balance test is a good method for quantitatively measuring wettability between solder and substrate. The wetting balance test is easy to reproduce the wetting experiment and to measure the wetting time and force. And this test provides wetting curve to calculate the surface tension of the molten solder. Development of new solder has been continued in accordance with various and harsh environment in the electronics industry. In this paper, the principle of wetting balance test and recent research issues including nano-composite solder are explained.
Recently, there has been a continuous researches on solders having sophisticated and improved performance due to demand for high-density and miniaturization of electronics, and development of solder for automotive electronics which can be used in harsh environment. When developing a new solder alloy, there is a wettability of solder on substrate for things to consider, and the wetting balance test is one of the methods for measuring that one. In this paper, the wetting balance test is introduced, and the calculus of the surface tension of solder and the contact angle between solder and substrate using wetting curve obtained is introduced too. In detail, the principle and test method of the wetting balance test, the introduction of the parameters with important meaning in the wetting curve, the method of calculating the contact angle as well as the surface tension of the solder using the shape of the solder meniscus.
TSM(Top Surface Metallurgy)이 증착된 유리기판의 Pb-free 솔더에 대한 젖음성을 무플럭스하에서 wetting balance법으로 평가하였다. TSM 층의 젖음성을 단면 증착시편의 wetting balance법으로부터 도출된 새로운 젖음성 지수들로 평가할 수 있었다. 유리기판의 TSM층으로는, Cu를 젖음층으로 하고 Au를 Cu의 산화 방지 층으로 사용하는 경우가 Au 자체를 젖음층으로 사용하는 경우보다 우수하였다. SnSb 솔더는 SnAg, SnBi, SnIn 솔더보다 TSM층에 대한 젖음특성이 우수하였다. 유리기판에 단면 증착된 TSM과 Pb-free솔더의 접촉각을 $F_{s}$와 기울어짐각을 측정하고, 메니스커스의 정적 상태에서 힘의 평형으로부터 유도된 식을 이용하여 계산할 수 있었다.
The fluxless wetting properties of UBM-coated Si-wafer to the binary lead-free solders(Sn-Ag, Sn-Sb, Sjn-In, Sn0Bi) were estimated by wetting balance method. With the new wettability indices from the wetting curves of one side coated specimen, the wetting property estimation of UBM-coated Si-wafer was possible. For UBM of Si-chip, Au/Cu/Cr UBm was better than au/Ni/TI in the point of wetting time/ At general reflow process temperature, the wettability of high melting point solders(Sn-Sb, Sn-Ag) was better than that of low melting point one(Sn-Bi, Sn-In). The contact angle of the one side coated Si-plate to the solder could be calculated from the force balance equation by measuring the static state force and the tilt angle.
The purpose of solderability assessment is to predict the effectiveness of soldering process. It is important for companies pursuing zero defects manufacturing because poor solderability is the major cause of two third of soldering failures. The most versatile solderability method is wetting balance method. However, there exist so many indices for wettability in the wetting balance test e.g. time to reach 2/3 values of maximum wetting force, tine to reach zero wetting force, maximum withdrawal force. In this study, three solderability assessment methods, which were the maximum withdrawal force, the wetting balance and the dynamic contact angle (DCA), were evaluated by comparing each other. The wetting balance technique measures the solderability by recording the forces exerted from the specimen after being dipped into the molten solder. Then the force at equilibrium state can be used to calculate a contact angle, which is known as static contact angles. The DCA measures contact angles occurred during advancing and withdrawing of the specimen and the contact angles are known as dynamic contact angles. The maximum withdrawal force uses the maximum force during withdrawal movement and then a contact angle can be calculated. In this study, the maximum withdrawal force method was found to be an objective index for measuring the solderability and the experiment results indicated good agreement between the maximum withdrawal force and the wetting balance method.
Si-wafer에 단면 코팅된 UBM(Under Bump Metallurgy)의 젖음성을 Sn-Pb 솔더에서 평가하기 위하여 wetting balance 법을 사용하였다. 단면 코팅된 UBM의 젖음곡선은 양면 코팅된 시편의 젖음 곡선과 비교할 때, 젖음곡선의 모양이 비슷하고 젖음곡선을 특징짓는 변수들의 온도에 대한 변화경향이 일치하였다. 단면 코팅된 금속층의 젖음성을 젖음곡선으로부터 정의한 새로운 젖음 지수 $F_{min}$, $F_{s}t_{s}$로 평가할 수 있었다. Au/Cu/Cr UBM은 젖음시간의 측면에서 Au/Ni/Ti UBM보다 젖음성이 우수하였다 Si-wafer에 단면 코팅된 UBM과 Sn-Pb 솔더의 접촉각을 $F_{s}$와 기울어짐각을 측정하고 메니스커스의 정적상태에서 힘의 평형으로부터 유도된 식을 이용하여 계산할 수 있었다.
Effects of non-cleaning and cleaning fluxes on the wetting properties and defects at flow soldered joints were investigated. Non-cleaning flux (R-type of 3.3% solid content) and cleaning flux (RMA-type of 15% solid content) were used. Wetting test was accomplished by wetting balance method with changing surface state of wetting specimen, CU. Sn-37%Pb solder was used for wetting test and flow soldering. As experimental results, the wetting time for vertical force from the surface tension being zero was mainly affected by surface state of the wetting specimen. Non-cleaning flux had a good wettability compared with cleaning flux. In case of non-cleaning flux, conveyor speed had a great affection to defects of bridge, icicle, and poor solder.
The purpose of this paper is to investigate the solder properties by the change of P mass percentage. Tension test, wetting balance test, spread test, and analysis of intermetallic compound after isothermal aging of Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.005P, Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.01P, Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.02P, Sn-0.7Cu-0.005P were performed. Adding P in the solder alloys resulted in improvement of tensile strength, reduction of intermetallic compound growth, reduction of oxidization in fusible solders under wave soldering. After comparing solder alloy containing P with tin-lead eutectic solder alloy, P contained solders alloys showed much better solder properties than eutectic solder alloy. Furthermore, this solder alloy presented remarkable properties than any other lead-free solder alloy.
한국표면공학회 2011년도 춘계학술대회 및 Fine pattern PCB 표면 처리 기술 워크샵
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pp.184-185
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2011
In this study, in order to obtain a high reflectivity for the LED lead frame, tin dip coating and tin plating were conducted respectively, and wettability of LED lead frame with tin solder also was tested by wetting balance tester. A Cu sheet was plated in Cu brighten electroplating bath and followed by immersion in a Sn electro-less plating bath [1]. On the other hand, in the dip coating process, a Cu sheet was dipped into molten tin. In the progress of wetting test, besides wetting balance curve, the maximum measured force($F_m$), the maximum withdrawal force($F_w$) and zero-cross time($t_0$) were obtained in various temperatures. With the maximum withdrawal force, the surface tension was calculated at different temperatures. The Cu sheet plated with bright Cu and Sn show a silver bright property while that of Cu dipped with Sn possessed a high reflectance density of 1.34GAM at $270^{\circ}C$.
Ceramic Fiber separator is the promising material for thermal battery system because it reduces the production cost and offers the potential to a new application compared to a pellet type electrolyte. The molten salt electrolytes for thermal battery were prepared by the impregnation of the commercial glass filters such as GF-A, C and F (Whatman, USA) with two types of molten-lithium salts, LiCl-KCl and LiK-LiBr-LiF. The wetting properties were evaluated by wetting balance test and wetting angle measurement. The wetting behaviors were strongly affected by the composition of the molten salts and the pore structure of the glass separators. The optimum wetting conditions for maximum loading and effective retention of the molten electrolyte were also studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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