• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.130-130
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• 2017

Au 합금 도금층은 내마모성 및 내식성이 우수하고 접촉저항이 낮기 때문에, 커넥터, 인쇄회로기판 등과 같은 전자부품의 접속단자부에 널리 적용되고 있다. 각 부품들을 효과적으로 전기적 신호를 통해 연결하기 위해서는 낮은 접촉저항이 요구되며, 이러한 Au 합금 도금층의 접촉저항은 합금 원소의 종류 및 함량, 용융 솔더와 전자부품을 고정시키는 표면실장공정에서 받는 theremal aging의 온도와 시간에 따라 변화된다. 현재 전자부품용 커넥터에 실시되고 있는 금 합금도금은 Au-0.3wt%Co합금, Au-0.2wt%Ni합금도금이 대부분 적용되고 있으며, 높은 순도(금 함유량 99.7wt%이상)로 인하여 금 사용량을 절감하기 어려운 실정이다. Sn은 Au와 높은 고용률을 갖는 합금을 형성하는 장점을 갖고 있기에 금 사용량 절감에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 Sn을 합금 원소로 사용하여 높은 Sn함량을 갖는 Au 합금 도금층을 제작하고, 무연솔더의 융점보다 더 높은 온도인 533K에서 thermal aging을 실시하여, Sn함량별로 thermal aging에 따른 접촉저항과 솔더퍼짐성의 변화를 기존의 Co, Ni합금과 비교 조사하였다. 또한, 표면분석을 통하여 Au-Sn합금 도금층의 접촉저항이 변화하는 요인에 대해서도 고찰하였다. 표면적 $0.2dm^2$의 순수 동 시편 위에 약 $2{\mu}m$두께의 Ni도금을 실시한 후 Sn 함량을 다르게 준비한 도금 용액(Au 6g/L, Sn 1~8g/L)을 사용하여 Au-Sn합금 도금을 실시하였다. Au-Sn합금 도금층은 전류밀도 0.5ASD, 온도 $40^{\circ}C$에서 약 $0.1{\mu}m$두께가 되도록 도금하였으며, 두께는 형광X선 도금두께측정기로 측정하였다. 금 합금 도금층 내의 Sn함량은 Ti시편 위에 도금한 Au-Sn합금층을 왕수에 용해시킨 다음, ICP를 사용하여 분석하였다. Au-Sn합금 도금층의 접촉저항은 준비된 시편을 533K에서 1분 30초, 3분, 6분 간 열처리한 후, 5회 접촉저항을 측정하여 그 평균값으로 하중에 따른 금 합금 도금층의 접촉저항을 비교하였다. 솔더링성은 솔더볼을 합금 표면에 솔더페이스트를 이용하여 붙인 뒤 533K에서 30초간 열처리하고, 열처리 후 솔더볼의 높이 변화를 측정해 열처리 전 솔더볼의 높이에 비해 퍼진정도를 측정하였다. 또한, 도금층 내의 Sn함량에 따라서 접촉저항이 변화하는 요인을 분석하기 위해서 X선 광전자 분광기를 이용하여 도금층 표면의 정량 분석 및 화학적 결합상태를 분석하였다. ICP분석결과 Au-Sn합금층 내의 Sn함량은 도금용액의 조성별로 9~12wt% Sn 합금층이 형성된 것을 알 수 있었고 기존의 Au-Ni, Au-Co 합금층과 비교해 합금함량이 크게 증가된 것을 알 수 있었다. 또한 접촉저항 측정 결과, 기존의 Au-Ni, Au-Co합금층의 접촉저항과 비교했을 때 Au-Sn합금층의 접촉저항이 더 낮은 것을 알 수 있었다. 또한, 솔더퍼짐성 측정 결과 기존의 Au-Ni, Au-Co합금층과 비교해 솔더퍼짐성이 우수한 것을 확인할 수 있었다. 따라서 전자부품용 접점재료에 합금함량이 높은 Au-Sn합금층을 적용시키면 더 우수한 커넥터의 성능을 얻을 수 있을 뿐 아니라 경제적으로 큰 절약 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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• 2009.10a
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• pp.464-466
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• 2009

This study tried to examine the suitability of strip casting process such as PFC (Planar Flow Casting) method for soldering Au-Sn strip. The effect of heat treatment on the tensile behavior and mechanical properties of an Au-Sn strip was investigated through tensile test, micro hardness test, X-ray diffraction (XRD), SEM, and TEM observations. It was apparent that 20-mm width Au-Sn strip could be well produced by using planar flow casting process. Tensile results showed that tensile strength increased from 338.3MPa to 310MPa and plastic strain improved from 0% to 1.5% with heat treatment ($170^{\circ}C$/70 hrs.). The microstructure of Au-Sn strip mainly consisted of two phases; $Au_5Sn(\zeta)$ and AuSn($\sigma$). It was also found that inhomogeneous amorphous local structure continuously changed to the homogeneous two phases microstructure with heat treatment. The fractographical observation after tensile test indicated the cleavage fracture mode of as-casted Au-Sn strip. On the other hand, the heat treated Au-Sn strip showed that fracture propagated along interface between brittle AuSn and ductile $Au_5Sn$ phases. The deformation behavior of strip casted Au-Sn alloy with microstructural evolution and the improve method for ductility of this alloy was also suggested.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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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.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.11 no.3 s.32
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• pp.47-53
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• 2004

Eutectic Au-20Sn(compositions are all in weight percent unless specified otherwise) solder alloys were soldered on the Ni substrate with various time and temperature. The composition, phase identification and morphology of intermetallic compounds(IMC) at the interface were examined using Scanning Electron Microscopy(SEM). There were two types of IMCs, $(Au,Ni)_3Sn_2$ and $(Au,Ni)_3Sn$ at the interface. The transition in morphology of $(Au,Ni)_3Sn_2$ has been observed at $300{\~}400^{\circ}C$. The morphology transition of $(Au,Ni)_3Sn_2$ is due to the decrease of enthalpy of formation of $(Au,Ni)_3Sn_2$ phase and has been explained well by Jackson's parameter with temperature. Because the number of diffusion channel is different at each soldering temperature, IMC thickness is nearly same at all temperature.

• Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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• 2003.11a
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• pp.110-113
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• 2003

여러가지 Sn-Ag-Cu 솔더조성과 솔더링 후의 냉각속도에 따라 솔더링 접합부에서의 계면 미세조직의 다양한 변화를 관찰해 보았다. 현재까지 Sn-Ag-Cu 3원계 공정점에 대한 정확한 연구가 미흡하고, 상용으로 제품화되고 있는 Sn-Ag-Cu 합금계는 3원계 공정조성에서 약간 벗어난 조성들을 선택하고 있다고 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서 사용한 Sn-Ag-Cu 합금 조성은 Sn-3.5Ag, Sn-3Ag-0.7Cu, Sn-3Ag-1.5Cu, Sn-3.7Ag-0.9Cu, Sn-6Ag-0.5Cu로 선택하였으며, 각 조성에서 Lap Shear Joint를 제조하였다. 사용한 Solder pad는 Cu pad와 Cu pad 위에 Au/Ni를 plating한 것을 이용하였다. 리플로우 솔더링 조건은 $250^{\circ}C$ 이상의 온도에서 60초 실시하였으며, 리플로우 솔더링 후의 냉각속도를 달리하여 냉각시켰다. 솔더링 후의 냉각속도가 느려질수록 계면 금속간화합물(IMC)의 두께가 더욱 증가하며, 조대화되었다. 또한 솔더 조성의 영향에서 Cu와 Ag의 함량이 높을수록 계면 IMC의 두께가 증가되었으며, 이는 솔더내부에 형성된 IMC 입자들이 조대화되어 계면 IMC층에 결합되어 나타났기 때문이다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.9 no.4
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• pp.1-9
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• 2002

The metallurgical reaction properties between the pad consisted of 0.5 $\mu\textrm{m}$Au/5 $\mu\textrm{m}$Ni/Cu layers on a conventional ball grid array (BGA) substrate and In-15 (wt.%)Pb-5Ag solder ball were characterized during the reflow process and solid aging. During the reflow process of 1 to 5 minutes, it was observed that thin $AuIn_2$ or Ni-In intermetallic layer was formed at the interface of solder/pad. The dissolution rate of the Au layer into the molten solder was about $2\times 10^{-3}$ $\mu\textrm{m}$/sec which is remarkably low in comparison with a eutectic Sn-37Pb solder. After solid aging treatment for 500 hrs at $130^{\circ}C$, the thickness of $Ni_{28}In_{72}$ intermetallic layer was increased to about 3 $\mu\textrm{m}$ in all the conditions nevertheless the initial reflow time was different. These result show that In atoms in the solder alloy were diffused through the $AuIn_2$ phase to react with underlaying Ni layer during solid aging treatment. From the microstructural observation and shear tests, the reaction properties between In-15Pb-5Ag alloy and Au/Ni surface finish were analyzed not to trigger Au-embrittlement in the solder joints unlike Sn-37Pb composition.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.10 no.4
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• pp.39-46
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• 2003

Sn-Cu eutectic solder bump was fabricated by electroplating for flip chip and its characteristics were studied. A Si-wafer was used as a substrate and the UBM(Under Bump Metallization) of Al(400 nm)/Cu(300 nm)/Ni(400 nm)/Au(20 nm) was coated sequentially from the substrate to the top by an electron beam evaporator. The experimental results showed that the plating ratio of the Sn-Cu increased from 0.25 to 2.7 $\mu\textrm{m}$/min with the current density of 1 to 8 A/d$\m^2$. In this range of current density the plated Sn-Cu maintains its composition nearly constant level as Sn-0.9∼1.4 wt%/Cu. The solder bump of typical mushroom shape with its stem diameter of 120 $\mu\textrm{m}$ was formed through plating at 5 A/d$\m^2$ for 2 hrs. The mushroom bump changed its shape to the spherical type of 140 $\mu\textrm{m}$ diameter by air reflow at $260^{\circ}C$. The homogeneity of chemical composition for the solder bump was examined, and Sn content in the mushroom bump appears to be uneven. However, the Sn distributed more uniformly through an air reflow.

• Resources Recycling
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• v.18 no.4
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• pp.14-23
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• 2009

In terms of resources recycling and resolving waste disposal problems, it is very important to recover precious metals like Au, Ag and Pd and valuable metals like Cu, Sn and Ni from the scraps of waste electrical and electronic equipment(WEEE) that consists of detective electrical and electronic parts discarded during manufacturing electrical and electronic equipments and waste electrical and electronic parts generated during disassembling them. In general, the scraps of WEEE are composed of various metals and alloys as well as refractory oxides and plastic components. Precious and valuable metals from the scraps of WEEE can be recovered by gas-phase-volatilization, hydrometallurgical, or pyrometallurgical processes. However, the gas-phase-volatilization and hydrometallurgical processes have been suggested but not yet commercialized. At the present time, most of the commercial plants for recovering precious and valuable metals from the scraps of WEEE adopt pyrometallurgical processes. Therefore, in this paper, the technical and environmental aspects on the important pyrometallurgical processes through literature survey are reviewed, and the scale-up result of a new pyrometallurgical process for recovering the precious and valuable metals contained in the scraps of WEEE using waste copper slag is presented.