• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제13권1호통권38호
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• pp.63-72
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• 2006

최근에 모바일 기기의 사용이 늘어남에 따라 굽힘 응력에 대한 패키지 접합부의 신뢰성에 대한 관심이 다시 높아지고 있다. 기존의 굽힘실험은 생산공정 및 운반 등에 파손을 방지하기 위해서 수행되었으나 최근에는 모바일 기기의 이동 및 사용에 따라 발생되는 응력에 대한 저항성 평가나 드롭시험의 대용으로 수행되고 있다. 본 연구에서는 정확한 4점 굽힘 실험 방법을 도입하여 유연 솔더 조인트와 무연 솔더 조인트의 굽힘 피로 시험에 대한 저항성을 평가하고, 단면 관찰과 유한요소법을 이용한 해석을 수행하였다. 높은 하중이 작용하게 되면, 유연 솔더 조인트가 보다 긴 피로수명을 갖으며, 낮은 하중이 작용할 때는 무연 솔더 조인트가 긴 수명을 가지게 된다. 크랙은 시편의 외각에서 발생되어 안쪽으로 진행하게 되며, 소성변형이 손상의 대부분을 자치하게 된다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2010년도 춘계학술발표대회 초록집
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• pp.76-76
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• 2010

무연솔더 재료를 자동차 전장품에 적용하기 위해서는 고온환경에 대한 내구성 및 진동 인자에 대한 영향을 고려해야한다. 특히, ELV(End of Life Vehicles) 지침이 개정됨에 따라 고온용 무연솔더 재료에 대한 재평가가 반드시 필요한 시점이다. 이에 대해 본연구에서는 현재 상용화 된 Pb-free솔더의 재료들 중 총 4종의 Solder을 선정하여 자동차 환경에 부합하는 진동조건하에서 시험해보았다. 그리고 미세조직의 특성, 접합부 형성시의 기계적 강도 및 접합부의 신뢰성을 평가하여 보았다. 각각의 조성에 대한 CHIP type과 QFP type의 실장부품을 준비하였으며, 각각의 조성별로 솔더 페이스트로 Daisy Chain PCB에 접합하여 조성에 따른 비교 데이터를 구축할 수 있었다. 리플로우 공정후 초기의 미세조직 및 전당강도, 저항값을 측정하여 진동시험에 따른 데이터와 비교하였다. 주파수는 10Hz~1,000Hz였으며, 진동가속도는 $29.4m/s^2$, 20시간의 랜덤진동이 적용되는 동안 챔버내의 온도는 상온으로 유지되었다. 진동시험과 이에 따른 저항측정을 통하여 진동 주파수와 시간에 따른 실장 부품이 받는 진동 영향과 실시간 저항값을 측정하였으며, 이때의 미세조직 비교를 통해 진동특성을 평가하였다. 진동 주파수에 따른 저항값의 변화가 있었으며, 진동전후 전단강도에도 영향을 주었다. QFP type에서는 SAC105가 진동에 가장 취약하였으며, CHIP type에서는 SACX0307이 진동에 가장 취약하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제21권2호
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• pp.91-97
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• 2014

본 연구에서는 고속 전단시험의 변형속도를 500 mm/s로 설정한 상태에서 Sn-Ag-Cu계(Sn-1.0wt.%Ag-0.5Cu 및 Sn-4.0Ag-0.5Cu)뿐만이 아니라 4종의 4원계 Sn-Ag-Cu-In 조성(Sn-1.0Ag-0.5Cu-1.0In, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.6In, Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In)을 포함하는 무연 솔더 접합부의 솔더링 직후 및 시효 시간에 따른 파면 생성결과, 접합강도 및 접합부 파괴에너지값의 변화를 측정, 비교해 보았다. 그 결과, 리플로우 솔더링 직후 및 $125^{\circ}C$에서의 500 시간 시효까지 주로 연성 파괴모드 및 준연성 파괴모드가 관찰되었으며, 준연성 파괴모드의 발생 빈도를 분석할 때 고속 전단조건에서 상용 무연 솔더 조성인 Sn-3.0Ag-0.5Cu 이상의 연성파괴 특성을 나타내는 것으로 파악되었다. 또한 4원계 무연 솔더 조인트는 평균적으로 Sn-Ag-Cu계 조성 수준의 파단에너지값을 나타내었는데, 약 100 시간의 시효 후 최고의 파단에너지값이 관찰되었으나 500 시간의 시효 후에는 파단에너지값의 확연한 감소가 관찰되어 500 시간의 시효시점부터 솔더 접합 계면부의 신뢰성 감소가 가속화되는 경향을 관찰할 수 있었다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2001년도 추계 기술심포지움
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• pp.141-145
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• 2001

Sn-3.5Ag 무연 솔더에 Cu를 첨가한 3원계 합금을 만든 후 압연과 열처리한 후 크리프 특성을 연구하였다. 모든 솔더 합금에서 1차 크리프는 거의 관찰되지 않았으며, 2차와 3차 크리프가 대부분을 차지하였고, 최소 크리프 변형율은 Cu 함량이 0.75 wt %에서 최소이었고, 응력 지수는 약 4이었으며, 파단 시간 또한 0.75 wt% Cu에서 가장 길었다. 크리프 기구는 격자 확산에 의한 전위의 상승과 전위 활주에 의한 고온 크리프임을 앞 수 있었으며, Cu의 첨가는 1 wt% 가지 연성에 큰 영향을 주지 않았으나, 1.5 wt% 첨가했을 경우 연성은 크게 감소하였다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제24권2호
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• pp.10-16
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• 2006

본 논문에서는 전자 패키징의 고밀도 실장 프로세스와 관련하여 많은 연구와 개발이 이루어지고 있는 무연 솔더의 양산적용시의 문제점 침 도전성 접착제 및 3차원 패키징 기술과 신뢰성 평가방법 등을 개략적으로 소개하였다. 현재 국제적 규약에 의한 무연 솔더의 사용이 의무화되어 가고, 이에 따라 기존 솔더의 전기적 접속성, 열 도전성, 접합성 등의 특성을 확보하기 위한 새로운 재료 및 공정에 대한 연구 및 개발이 필요한 시점이다. 또한 기존의 접합 방법에서의 고집적화 및 미세 피치의 한계를 넘기 위한 3차원 패키징 기술 등이 시도되고 있다. 따라서 신소재 개발 및 공정 변화에 맞는 새로운 신뢰성 평가 방법의 도출도 필요하다. 아울러 국내 대학 및 관련 연구소에서도 국제 경쟁력을 향상시키고 차세대 첨단 산업 분야의 신기술을 확보하고 이를 선도하기 위한 체계적인 연구 활동이 요구된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제25권3호
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• pp.13-19
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• 2018

본 연구에서는 태양광 접속함 모듈 적용을 위한 유연 솔더(Sn-Pb) 및 무연 솔더(Sn-3.0Ag-0.5Cu 및 Sn-1.0Ag-0.7Cu-1.6Bi-0.2In)의 특성을 비교 평가하였다. 접속함 내에는 전압 및 전류 검출용 모듈, 고내압용 다이오드가 실장된 정류모듈 등 다양한 모듈이 내장되어있다. 본 연구에서는 솔더링특성, 인쇄성, 솔더형상 검사, X-ray를 이용한 솔더 내 void 검사 및 접합강도를 측정하였고, 무연 솔더 합금의 공정최적화는 step 1과 step 2로 구분하여 검토를 실시하였다. Step 1은 유연 솔더와 무연 솔더 페이스트 인쇄 검사 시험을 1차와 2차로 나누어 실험을 진행하였고 printability는 void 함량 및 접합강도의 상관관계로 검토하였다. 전체적으로 유연 솔더의 특성은 무연 솔더에 비하여 상대적으로 우수하였다. Step 2는 리플로우 공정의 최고점 온도 변화에 따른 접합부 특성 변화를 관찰하였다. 리플로우 최고 온도가 증가할수록 접합부 내의 void 함량이 2~4% 정도 감소하였고, 접합강도는 약 0.5 kgf 범위내에서 큰 차이 없이 나타났다. 기판 표면처리종류에 있어서는 ENIG 표면처리가 OSP 및 Pb-free 솔더 표면처리보다 우수한 접합강도를 나타내었다. 1종류의 무연솔더와 OSP 표면처리로 접합된 태양광 접속함 모듈의 500 싸이클 열충격 신뢰성시험 전후에 전기적 특성변화는 0.3% 내의 범위에서 안정적으로 작동함을 확인하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제10권3호
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• pp.19-27
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• 2003

플립칩 전자패키지에서 칩과 기판(PCB)를 연결할 때, 통상적으로 칩쪽은 금속패드/UBM 처리를 기판 쪽은 표면처리를 한 후 솔더로 연결하는데, 이 때 사용되는 UBM이나 표면처리에 따라, 칩/솔더, PCB/솔더에 생성되는 금속간 화합물의 종류와 두께 및 솔더의 조성이 변하게 되어 궁극적으로 솔더 접합부의 기계적 신뢰성에 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 Cu와 Au/Ni의 두가지 금속 패드가 무연솔더의 저주기 피로특성에 어떠한 영향을 미치는 지에 대해 고찰해 보았다. 저주기 피로 실험은 Cu나 Au/Ni이 표면처리 된 기판에 무연솔더 (Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-1.5Cu, Sn-3.5Ag-XBi(X=2.5, 7.5), Sn-0.7Cu)를 리플로하여 총변위를 변화시키면서 상온에서 시행하였다. 기판의 표면처리에 관계없이 Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-XCu(X-0.75, 1.5), Sn-0.7Cu 합금이 Sn-3.5Ag-7.5Bi 합금보다 피로저항성이 현격히 좋았으며, Au/Ni 표면처리한 솔더 접합부가 Cu 처리한 경우보다 피로저항성이 뛰어난 것으로 나타났다. 파괴 후 단면을 조사한 결과 계면에 형성된 금속간 화합물 내에 미세균열이 발견되었는데, Cu 표면처리를 사용한 경우 더 많은 미세균열이 생성된 것을 볼 수 있었다. Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-Cu(X=0.75, 1.5), Sn-0.7Cu 합금의 경우 금속간 화합물 내에 생기는 미세 균열이 거시 균열로 성장하지 않고 파단은 항상 솔더 내부로 일어난 반면. Bi를 함유한 솔더의 경우, 기판의 표면처리에 상관없이 금속간 화합물/솔더 계면으로 균열이 생성 진전되어 다른 솔더합금에 비해 열악한 피로저항성을 나타내는 것으로 보인다. 이것은 Bi의 금속간화 합물/솔더 입계 편석이나 Bi 합금이 다른 합금에 비해 높은 경도값을 가지는 것에 인한 것으로 보여 진다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2002년도 춘계 기술심포지움 논문집
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• pp.189-192
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• 2002

Sn-Cu-Ni계 솔더 합금에 소량의 Bi와 In을 첨가하여 새로운 무연솔더 합금 개발을 진행하였다. Sn-0.7%(Cu+Ni)에 2~5% Bi, 2~10% In을 첨가하여 각각의 열적, 전기적, 기계적 특성을 평가하였다. 솔더합금의 융점은 200~222$^{\circ}C$, 응고온도범위는 20~37$^{\circ}C$로 중.고온계 솔더로서 적용이 가능하다. 실험 조성별 솔더 합금중 실용적, 경제적인 면을 고려하여 Sn-0.7%(Cu+Ni)-3.5%Bi-2%In이 최적의 합금조성으로 판단된다. 이 합금은 융점이 22$0^{\circ}C$정도이며 응고범위는 $25^{\circ}C$, 강도 면에서는 타 합금에 비해 상당히 우수한 값을 나타내었으며 연신율은 비교적 낮은 값을 나타내었다. 다른 기계적, 전기적 특성은 타 솔더 합금과 유사하거나 우수한 편이었으며 젖음특성도 양호하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권1호
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• pp.25-31
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• 2010

본 연구에서는 무연 솔더 중 우수한 특성을 보여 실용화된 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성의 솔더를 사용하여 2주 동안의 시효조건에서 W의 함량이 무전해 Ni-W-P 도금층과 솔더와의 계면에서의 IMC 생성에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 도금층내 인의 함량은 8 wt.%로 고정하였고, 텅스텐의 함량은 각각 0, 3, 6 및 9 wt.%로 변화시켰으며, 모든 시료는 $255^{\circ}C$에서 리플로우한 후, $200^{\circ}C$에서 2주 동안 시효처리하였다. 각각의 시료에서 $(Cu,Ni)_6Sn_5$와 $(Ni,Cu)_3Sn_4$의 IMC가 관찰되었으며, 시효처리시간의 증가에 따라 UBM과 무연납의 계면에서 생성된 IMC가 증가함을 보였고, W의 함량이 높을수록 열적 안정성이 증가하여 $Ni(W)_3P$의 생성 속도를 늦춰 그에 따른 영향으로 IMC의 두께가 증가함을 보였다.

• 한국신뢰성학회:학술대회논문집
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• 한국신뢰성학회 2001년도 정기학술대회
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• pp.151-156
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• 2001