• 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.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2006년 추계학술발표대회 개요집
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• pp.136-138
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• 2006

Recently a lots of problems have observed in high densified and high integrated electronic components. One of them is ion migration phenomena, which induce the electrical short of electrical circuit. Ion migration phenomena has been observed in the field of exposing the specific environment and using for a long time. Also as the RoHS restriction was started in July 1st, 2006, Pb-free solder was utilized in electronics assemblies. In this case, it is very important to compatible between components and printed circuit board(PCB), thus surface treatment materials of PCB was changed to Sn, Sn-3.0Ag-0.5Cu, Cu. Therefore these new application become to need to reevaluate the sensitivity about electrochemical ion migration. This study was evaluated the occurrence time of electrochemical ion migration using by water drop test. We utilized PCB(printed circuit board) having a comb pattern as follows 0.1, 0.318, 0.5, 1.0 mm pattern distance. Sn-3.0Ag-0.5Cu and Sn-37Pb were electroplated on the comb pattern. 6.5V and 15.0V were applied in the comb pattern and then we measured the electrical short time causing by occurring the ion migration. In these results, we evaluate the sensitivity and derived the prediction models of ion migration occurrence time depending on the pattern materials, applied voltage and pattern spacing of PCB conductor.

• 한국신뢰성학회지:신뢰성응용연구
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• 제5권3호
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• pp.327-342
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• 2005

전자 패키지가 열을 받을 때 회로기판과 칩의 열팽창계수 차이에 의해 발생되는 응력은 솔더 조인트의 파손에 영향을 미친다. 본 연구에서는 이 영향을 정량적으로 규명하기 위하여 열충격시험기를 이용해 얻어진 솔더 조인트의 전기저항 변화와 수명과의 상관관계를 규명하였고, BGA솔더 조인트의 수명을 정량적으로 도출하였다. 또한 Sn-3.5Ag-0.5Cu 무연 솔더와 63Sn-37Pb 유연 솔더를 위의 실험에 동시에 적용시켜 건전성을 FORM(first-order reliability method)과 Weibull Function Model을 이용해 비교하였다.

• 한국신뢰성학회:학술대회논문집
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• 한국신뢰성학회 2005년도 학술발표대회 논문집
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• pp.287-294
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• 2005

전자 패키지가 열을 받을 때 회로기판과 칩의 열팽창계수 차이에 의해 발생되는 응력은 솔더 조인트의 파손에 영향을 미친다. 본 연구에서는 이 영향을 정량적으로 규명하기 위하여 열충격시험기를 이용해 얻어진 솔더조인트의 전기저항 변화와 수명과의 상관관계를 규명하였고, BGA 솔더조인트의 수명을 정량적으로 도출하였다. 또한 Sn-3.5Ag-0.5Cu 무연솔더와 63Sn-37Pb 유연솔더를 위의 실험에 동시에 적용시켜 건전성을 FORM(first-order reliability method)과 Weibull Function Model을 이용해 비교하였다.

• 한국재료학회지
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• 제15권8호
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• pp.528-535
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• 2005

It is inclined to increase that use of hazardous substances such as lead(Pb), mercury (Hg), cadmium(Cd) etc. are prohibited in the electronics according to environmental friendly policies of an advanced nation for protecting environment of earth. As this reasons, many researches for ensuring the reliability were proceeding in Pb free soldering process. n the flux remains on the PCB(printed circuit board) in the soldering process or the electronics exposed to corrosive environment, it becomes the reasons of breakdown or malfunction of the electronics caused by corrosion. Therefore in this studies we researched the polarization and Tafel properties of Sn40Pb and SnCu system solders based on the electrochemical theory. The experimental polarization curves were measured in distilled ionized water and 1 mole $3.5 wt\%$ NaCl electrolyte of $40^{\circ}C$, pH 7.5. Ag/AgCl and graphite were utilized by reference and counter electrodes, respectively. To observe the electrochemical reaction, polarization test was conducted from -250mV to +250mV. From the polarization curves composed of anodic and cathodic curves, we obtained Tafel slop, reversible electrode potential(Ecorr) and exchange current density((cow). In these results, we compared the corrosion rate of SnPb and SnCu solders.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제24권12호
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• pp.949-954
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• 2011

In this study, the characteristics and error ranges of the mechanical bonding strength were analyzed according to before and after thermal shock test for various chips of automotive application component using Sn-3.0Ag-0.5Cu solder. In the after thermal shock test, the mechanical bonding strengths tend to decrease, meanwhile decreasing rates of mechanical strengths were less then 12% at specimen's bonding area below 3.5$mm^2$, and were from 17 to 21% at specimen's bonding area above 12 $mm^2$. On the other hand, Specimen's mean deviation rates were about 5% at specimen's bonding area more than 12 $mm^2$. Inversely, at specimen's bonding area is less then 3.5 $mm^2$, mean deviation rates were increased to about 8%. It means that the smaller device size is, the larger mean deviation rate. In addition, error ranges and deviation rates of the mechanical bonding strengths may differ slightly depending on their bonding area. Furthermore, process conditions as well as method of mechanical reliability evaluation should be established to reduce the error ranges of bonding strength.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권3호
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• pp.23-30
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• 2004

무연솔더 $Sn0.7wt{\%}Cu,\;Sn3.8wt{\%}Ag0.7wt{\%}Cu$ 솔더와 Pt층의 시효처리에 따른 계면반응에 대한 연구를 수행하였다. $250^{\circ}C$에서 30 초간 리플로한 $Sn3.8wt{\%}Ag0.7wt{\%}Cu/Pt$시편과, $260^{\circ}C$에서 30초간 리플로한 $Sn0.7wt{\%}Cu/Pt$ 시편을 이용하여 125, 150, $170^{\circ}C$에서 25-121 시간동안시효처리 하였다. 시효처리 온도와 시간에 따른 계면 금속간화합물의 두께 및 형상변화를 주사전자현미경 (scanning electron microscopy, SEM), energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS) 및 x-ray diffractometry (XRD)를 이용하여 분석하였다. 분석 결과 계면에서 $PtSn_4,\;PtSn_2$가 발견되었고, 이런 금속간화합물 성장은 확산에 의해 지배됨을 발견하였다. 시효처리 온도와 시간에 따른 금속간화합물의 두께 변화를 이용하여 각 솔더에서의 계면 금속간화합물의 생성 활성화 에너지를 구해본 결과 $Sn3.8wt{\%}Ag0.7wt{\%}Cu/Pt$는 145.3 kJ/mol, $Sn0.7wt{\%}Cu/Pt$는 165.1 kJ/mol의 값을 가지고 있었다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2000년도 Proceedings of 5th International Joint Symposium on Microeletronics and Packaging
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• pp.74-79
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• 2000

In an attempt to estimate the wetting properties of wettable metal layers by wetting balance method, an analysis of wetting curves of the coating layer was performed. Based on the analysis, wetting properties of UBM-coated Si-plate were estimated by the new wettability indices. The wetting curves of the one and both sides-coated UBM layers have the similar shape and show the similar tendency to the temperature. So the wetting property estimation of one side coating is possible with wetting balance method. For UBM of Si-chip, Cr/Cu/Au UBM is better than Ti/Ni/Au in the point of wetting time. At general reflow temperature, the wettability of high melting point solders(Sn-Sb, Sn-Ag) is better than that of few melting point ones(Sn-Bi, Sn-In).The contact angle of the one side coated plate to the solder can be calculated from the farce balance equation by measuring the static state force and the tilt angle.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.72-72
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• 2009

전자부품의 내부접속 및 파워반도체의 다이본딩과 같은 1차실장에는 고온환경에서의 사용과 2차실장에서의 재용융방지를 위해 높은 액상선온도 및 고상선온도를 필요로 하여, Pb-5wt%Sn, Pb-2.5wt%Ag로 대표되는 납성분 85%이상의 고온솔더가 널리 사용되고 있다. 생태계와 인체에 대한 납의 유해성이 보고된 이래, 무연솔더에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으나, Sn-Ag-Cu계로 대표되는 Sn계 합금으로 대체 중인 중온용 솔더와는 달리, 고온용 솔더에 대해서는 대체합금에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 대체재의 부재로 인해 기존의 납을 다량함유한 솔더로 1차실장이 지속됨으로서, 2차실장의 무연화에도 불구하고 전자부품 및 기기의 재활용에 큰 어려움을 겪고 있다. 지금까지 고온용 무연솔더로서는 융점에 근거해 Au-(Sn, Ge, Si)계, Bi-Ag계, Zn-(Al, Sn)계의 극히 제한된 합금계만이 보고되어 왔다. Au계 솔더는 현재 플럭스를 사용하지 않는 광학, 디스플레이 분야 등 고부가가치 공정에 사용되고 있으나, 합금가격이 매우 비싸며 가공성이 나빠 대체재료로서는 적합하지 않다. Bi-Ag계 솔더 또한 취성합금으로 와이어 및 박판으로 가공하는데 어려움이 크며, 솔더로서 중요한 특성중 하나인 전기전도도 및 열전도도가 나쁜 편이다. 이에 비해, Zn계 합금은 비교적 낮은 합금가격, 적절한 가공성과 뛰어난 인장강도, 우수한 전기전도도 및 열전도도를 지녀, 고온용솔더 대체재료의 유력한 후보로 생각된다.이전 연구에서, 필자의 연구그룹은 Zn-Sn계 합금을 고온용 무연솔더로서 제안한 바 있다. Zn-Sn계 합금은 충분히 높은 융점과 함께, 금속간화합물이 없는 미세조직, 우수한 기계적 특성, 높은 전기전도도 및 열전도도 등의 장점을 나타내었다. 본 연구에서는 기초합금특성상 고온솔더로서 다양한 장점을 지닌 Zn-30wt%Sn합금을 고온용 솔더의 대표적인 적용의 하나인 다이본딩에 적용하여, 접합부의 강도 및 미세조직, 열피로 신뢰성에 대해 분석을 함으로서 실제 공정에의 적용가능성에 대해 검토하였다. Zn-30wt%Sn을 이용해 Au/TiN(Titanium nitride) 코팅한 Si다이를 AlN-DBC(aluminum nitride-direct bonded copper)기판에 접합한 결과, 양측에 완전히 젖은 기공이 없는 양호한 다이접합부를 얻었으며, 솔더내부에는 금속간화합물을 형성하지 않았다. Si다이와의 계면에는 TiN만이 존재하였으며, Cu와의 계면에는 Cu로부터 $Cu_5Zn_8,\;CuZn_5$의 반응층을 형성하였다. 온도사이클시험을 통한 열피로특성평가에서, Zn-30wt%Sn를 이용한 다이접합부는 1500사이클 지점에서 Cu와 Cu-Zn금속간화합물의 사이에서 피로균열이 형성되며, 접합강도가 크게 감소하였다. 열피로특성 향상을 위해 Cu표면에 TiN코팅을 하여 Zn-30wt%Sn 솔더로 다이접합한 결과, Si다이와 기판 양측에 TiN만으로 구성된 계면을 형성하였으며, TEM관찰을 통해 Zn-30wt%Sn과 극히 미세한 접합계면이 형성하고 있음을 확인하였다. Zn-wt%30Sn솔더와 TiN층의 병용으로 2000사이클까지 미세조직의 변화 및 강도저하가 없는 극히 안정된 고신뢰성의 다이접합부를 얻을 수가 있었다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.77-77
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• 2009

ELV(; End of Life Vehicles)를 비롯한 최근 환경 동향은 자동차 전장 모듈에 대하여 다양한 무연 솔더 적용을 요구하고 있다. 특히 자동차 엔진룸과 트랜스미션은 가동 중 고온 및 진동의 지속적인 영향을 받기 때문에 이와 유사한 환경에서의 신뢰성 연구가 필요한 시점이다. 이에 본 연구에서는 Sn3.5Ag, Sn0.7Cu, Sn5.0Sb 솔더 조성에 대하여 복합환경 조건하에서 접합부 신뢰성을 평가하였다. 복합환경을 구현하기 위하여 $-40{\sim}150^{\circ}C$ 범위의 온도 사이클과 랜덤 진동을 동시에 인가하였으며, 진동 가속도 3G, 진동주파수는 10~1000Hz 로 설정하여 자동차 환경을 충족하였다. 복합시험의 1 cycle 은 20 시간이며, 총 120 시간의 시험 동안 진동의 영향 및 진동과 고온이 동시에 작용하였을 경우의 영향에 대해 비교하였다. 테스트 모듈 제작을 위해 450 um 의 솔더볼이 적용되었으며, 각 조성의 솔더볼을 이용하여 BGA test chip 제작하였고, 제작된 BGA test chip 은 다시 daisy chain PCB 위에 실장 및 리플로우 공정을 통해 접합되었다. 테스트 동안 In-situ 로 저항의 변화를 관찰하여 파단의 유무를 판단하였고 전자주사현미경을 통해 파괴 기전을 평가하였다. 복합시험 시간에 따른 전단강도를 측정하였으며, 각 조성에 대하여 상이한 전단강도 변화를 관찰하였다. 계면 IMC 형상은 전단강도 변화에 영향을 주었으며, 특히 높은 온도가 IMC 성장을 촉진시켜 전단강도 감소에 영향을 주었다. 본 복합환경 시험 조건에서는 Sn0.7Cu 가 가장 안정적이었으며, 파단면을 관찰한 결과 연성파괴 모드가 관찰되었다.