• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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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.

• 한국소성가공학회:학술대회논문집
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• 한국소성가공학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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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.

• 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.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권3호
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• pp.47-53
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• 2004

공정 Au-20Sn 솔더합금을 솔더링 시간과 온도를 달리하여 Ni위에서 솔더링하였다. 주사전자현미경 (SEM)을 사용하여 계면에 생성된 IMC의 조성, 상, 모양에 대해 조사하였다. 계면에는 $(Au,Ni)_3Sn_2$와 $(Au,Ni)_3Sn_2$의 두 가지 IMC가 생성되었다. 그 중 첫 번째 생성된 IMC인 $(Au,Ni)_3Sn_2$상은 솔더링 온도에 따라 모양의 변화가 관찰되었다. 이러한 모양의 변화로 인한 확산통로수의 변화는 모든 솔더링 온도에서 거의 비슷한 IMC 두께를 가지도록 한다. IMC, $(Au,Ni)_3Sn_2$상의 모양변화는 온도 증가에 의한 생성엔탈피의 감소 때문인데, 이는 Jackson's parameter로써 잘 설명될 수 있다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2003년도 기술심포지움 논문집
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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.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제9권4호
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• pp.1-9
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• 2002

Ball grid array (BGA) substrate 상의 0.5 $\mu\textrm{m}$Au/5 $\mu\textrm{m}$Ni/Cu 층으로 구성된 접촉 패드(pad)와 In-15(wt.%)Pb-5Ag 솔더 볼 사이에서 리플로우 및 고상 시효동안 일어나는 금속학적 반응 특성이 조사되었다. 1-5 분의 리플로우 시간에 따라 솔더/패드 계면에서 $AuIn_2$ 또는 Ni-In 금속간 화합물층이 형성됨이 관찰되었다. 리플로우 동안 용융 In-l5Pb-5Ag 솔더 내로의 Au 층의 용해 속도는 $2\times 10^{-3}$ $\mu\textrm{m}$/sec 정도로 측정되어 공정 Sn-37Pb와 비교하여 매우 느린 것으로 관찰되었다. $130^{\circ}C$에서 500시간의 고상 시효 후에는 초기 리플로우 시간에 관계없이 $Ni_{28}In_{72}$ 금속간 화합물층이 약 3 $\mu\textrm{m}$까지 성장하였다. 이를 통하여 솔더 합금에서의 In 원자들은 아래의 Ni 층과 반응하기 위하여 리플로우 동안 형성된 $AuIn_2$상을 통하여 확산하는 것으로 관찰되었다. 미세구조 관찰과 전단 시험을 통하여 In-l5Pb-5Ag합금의 경우는 Sn-37Pb 조성과는 달리 Au/Ni surface finish 상에 사용시에도 솔더 접합부에서의 Au-embrittlement를 야기 시키지 않는 것으로 분석되었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제10권4호
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• pp.39-46
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• 2003

플립칩용으로 Sn-Cu 공정 솔더 범프를 전해도금을 이용하여 제조하고 특성을 연구하였다. Si 웨이퍼 위에 UBM(Under Bump Metallization)으로 Al(400 nm)/Cu(300 nm)/Ni(400 nm)/Au(20 nm)를 전자빔 증착기로 증착하였다. 전류밀도가 1 A/d$\m^2$에서 8 A/d$\m^2$으로 증가함에 따라 Sn-Cu 솔더의 도금속도는 0.25 $\mu\textrm{m}$/min에서 2.7 $\mu\textrm{m}$/min으로 증가하였다. 이 전류밀도의 범위에서 전해도금된 Sn-Cu 도금 합금의 조성은 Sn-0.9∼1.4 wt%Cu의 거의 일정한 상태를 유지하였다. 도금 전류밀도 5 A/d$\m^2$, 도금시간 2hrs, 온도 $20^{\circ}C$의 조건에서 도금하였을 때, 기둥 직경 약 120 $\mu\textrm{m}$인 양호한 버섯 형태의 Sn-Cu 범프를 형성할 수 있었다. 버섯형 도금 범프를 $260^{\circ}C$에서 리플로우 했을 때 직경 약 140 $\mu\textrm{m}$의 구형 범프가 형성되었다. 화학성분의 균일성을 분석한 결과 버섯형 범프에서 존재하던 범프내 Sn 등 성분 원소의 불균일성은 구형 범프에서는 상당 부분 해소 되었다.

• 자원리싸이클링
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• 제18권4호
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• pp.14-23
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• 2009

각종 전기전자제품의 제조과정 또는 사용 후 해체 과정에서 배출되는 폐전기전자기기(WEEE) 스크랩으로부터 금, 은, 팔라듐등 귀금속과 구리, 주석, 니켈등 유가금속의 회수는 금속 재활용측면뿐만 아니라 환경 유해물질 저감의 측면에서도 매우 중요하다. 일반적으로 WEEE 스크랩은 여러 종류의 금속과 합금뿐만 아니라 내화 산화물과 플라스틱 성분 등으로 구성된 복합물질이다. WEEE 스크랩에 함유된 귀금속과 유가금속은 가스휘발공정, 건식공정 또는 습식공정으로 회수될 수 있다. 그러나 가스휘발공정과 습식공정은 아직 기초연구단계에 머물고 있는 실정으로, 현재 WEEE 스크랩으로부터 금, 은, 팔라듐 및 구리 등을 회수하기위한 상업적인 플랜트의 대부분은 건식공정으로 이루어지고 있다. 따라서 본 논문에서는 WEEE 스크랩으로부터 귀금속 및 유가금속을 회수하는 건식공정에 대하여 소개하고, 폐동슬래그를 슬래그 형성제로 활용하여 WEEE 스크랩으로부터 귀금속 및 유가금속을 회수하기 위한 규모 확대 실험에 대한 결과를 제시한다.