Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.19
no.1
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pp.47-53
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2012
Bonding strength of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder joint due to degradation characteristic of OSP surface finish was investigated, compared with SnPb finish. The thickness variation and degradation mechanism of organic solderability preservative(OSP) coating were also analyzed with the number of reflow process. To analyze the degradation degree of solder joint strength, FR-4 PCB coated with OSP and SnPb were experienced preheat treatment as a function of reflow number from 1st to 6th pass, respectively. After 2012 chip resistors were soldered with Sn-3.0Ag-0.5Cu on the pre-heated PCB, the shear strength of solder joints was measured. The thickness of OSP increased with increase of the number of reflow pass by thermal degradation during the reflow process. It was also observed that the preservation effect of OSP decreased due to OSP degradation which led Cu pad oxidation. The mean shear strength of solder joints formed on the Cu pads finished with OSP and SnPb were 58.1 N and 62.2 N, respectively, through the pre-heating of 6 times. Although OSP was degraded with reflow process, the feasibility of its application was proven.
Park, Yong-Sung;Kwon, Yong-Min;Son, Ho-Young;Moon, Jeong-Tak;Jeong, Byung-Wook;Kang, Kyung-In;Paik, Kyung-Wook
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.14
no.4
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pp.27-36
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2007
In this study, we investigated the interfacial reactions between various Sn-Ag-Cu(SAC) solder alloys and ENIG(Electroless Ni Immersion Gold) and Cu-OSP(Organic Solderability Preservative) pad finish. In the case of the interfacial reaction between Sb added SAC solder and ENlf thinner P-rich Ni layer was formed at the interface. In the case of the interfacial reaction between Ni added SAC solder and Cu-OSP, the uniform $Cu_6Sn_5$, intermetallic compounds(IMCs) were formed and $Cu_6Sn_5$ grain did not grow after multiple reflows. Thinner $Cu_3Sn$ IMCs were farmed at the interface between $Cu_6Sn_5$ and Cu-OSP after $150^{\circ}C$ thermal aging.
Kim, Sung-Hyuk;Park, Gyu-Tae;Lee, Byeong-Rok;Kim, Jae-Myeong;Yoo, Sehoon;Park, Young-Bae
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.22
no.2
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pp.47-53
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2015
The effects of electroless nickel immersion gold (ENIG) and organic solderability preservative (OSP) surface finishes on the in-situ intermetallics reaction and the electromigration (EM) reliability of Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) solder bump were systematically investigated. After as-bonded, $(Cu,Ni)_6Sn_5$ intermetallic compound (IMC) was formed at the interface of the ENIG surface finish at solder top side, while at the OSP surface finish at solder bottom side,$ Cu_6Sn_5$ and $Cu_3Sn$ IMCs were formed. Mean time to failure on SAC305 solder bump at $130^{\circ}C$ with a current density of $5.0{\times}10^3A/cm^2$ was 78.7 hrs. EM open failure was observed at bottom OSP surface finish by fast consumption of Cu atoms when electrons flow from bottom Cu substrate to solder. In-situ scanning electron microscope analysis showed that IMC growth rate of ENIG surface finish was much lower than that of the OSP surface finish. Therefore, EM reliability of ENIG surface finish was higher than that of OSP surface finish due to its superior barrier stability to IMC reaction.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.14
no.1
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pp.1-9
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2007
OSP(organic solderability preservatives) finish has been considered as a very effective process for substituting the metal surface treatment of Ni/Au finish because of lower cost, interface property and environmental issue of OSP finish. However, the discoloration of OSP layer is formed during assembly process consisting of various steps of temperature. The causes of discoloration and the characterization of solder joint were investigated with a degree of discoloration and the assembly process of OSP finished products, which was also compared statistically with that of conventional Ni/Au finished products. As the results, the solution of process trouble for OSP finished products is able to be offered.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.21
no.3
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pp.25-29
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2014
Plasma organic thin film for PCB surface finish is a potential replacement of the conventional PCB finishes because of environment-friendly process, high corrosion-resistance and long shelf life over 1 year. In this study, solder joint properties of the plasma organic surface finish were estimated and compared with OSP surface finish. The plasma surface finish was deposited by chemical vapor deposition from fluorine-based precursors. The thickness of the plasma organic coating was 20 nm. Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) solder was used as solder joint materials. From a salt spray test, the plasma organic coating had higher corrosion resistance than the OSP surface finish. The spreadability of SAC305 on plasma organic coating was higher than that on OSP surface finish. SEM and TEM micrographs showed that the interfacial microstructure of the plasma surface finish sample were similar to that of the OSP sample. Solder joint strength of the plasma finish sample was also similar to that of the OSP finished sample.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.22
no.1
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pp.15-19
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2015
We demonstrated an inspection system for detecting discoloration of PCB Cu ball pad with an OSP surface finish. Though the OSP surface finish has many advantages such as eco-friendly and low cost, however, it often shows a discoloration phenomenon due to a heating process. In this study, the discoloration was analyzed with device-independent CIELAB color space. First of all, the PCB samples were inspected with standard lamps and CCD camera. The measured data was processed with Labview program for detecting discoloration of Cu ball pad. From the original PCB sample image, the localized Cu ball pad image was selected to reduce the image size by the binarization and edge detection processes and it was also converted to device-independent CIELAB color space using $3{\times}3$ conversion matrix. Both acquisition time and false acceptance rate were significantly reduced with this proposed inspection system. In addition, $L^*$ and $b^*$ values of CIELAB color space were suitable for inspection of discoloration of Cu ball pad.
최근 유연솔더에서 무연솔더로 전환함에 따라서 PCB의 도금이 솔더접합부의 각도에 미치는 영향이 중요하게 되었다. 현재 PCB 도금은 Sn, Au, OSP 등으로 다양하게 진행되고 있다. 그러나 PCB 도금이 솔더접합부의 강도에 미치는 영향에 대한 연구는 아직 미비하다. 따라서 본 연구에서는 PCB 도금(Sn, Au, OSP)이 무연솔더(Sn-3.0Ag-0.5Cu) 접합부의 초기 전단강도에 미치는 영향과 열사이클시험 후 솔더접합부의 전단강도에 미치는 영향에 대해서 연구하였다.
In this study, three solders, Sn-37Pb, Sn-3.5Ag, and Sn-3.8Ag-0.7Cu were screen printed on both electroless Ni/Au and OSP metal finished micro-via PCBs (Printed Circuit Boards). The interfacial reaction between PCB metal pad finish materials and solder materials, and its effects on the solder bump joint mechanical reliability were investigated. The lead free solders formed a large amount of intermetallic compounds (IMC) than Sn-37Pb on both electroless Ni/Au and OSP (Organic Solderabilty Preservatives) finished PCBs during solder reflows because of the higher Sn content and higher reflow temperature. For OSP finish, scallop-like $Cu_{6}$ /$Sn_{5}$ and planar $Cu_3$Sn intermetallic compounds (IMC) were formed, and fracture occurred 100% within the solder regardless of reflow numbers and solder materials. Bump shear strength of lead free solders showed higher value than that of Sn-37Pb solder, because lead free solders are usually harder than eutectic Sn-37Pb solder. For Ni/Au finish, polygonal shaped $Ni_3$$Sn_4$ IMC and P-rich Ni layer were formed, and a brittle fracture at the Ni-Sn IMC layer or the interface between Ni-Sn intermetallic and P-rich Ni layer was observed after several reflows. Therefore, bump shear strength values of the Ni/Au finish are relatively lower than those of OSP finish. Especially, spalled IMCs at Sn-3.5Ag interface was observed after several reflow times. And, for the Sn-3.8Ag-0.7Cu solder case, the ternary Sn-Ni-Cu IMCs were observed. As a result, it was found that OSP finished PCB was a better choice for solders on PCB in terms of flip chip mechanical reliability.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.24
no.1
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pp.45-50
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2017
We investigated effect of Zn content on shear strengh of Sn-0.7Cu-xZn and OSP surface finished solder joints. Five pastes of Sn-0.7Cu-xZn (x=0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 wt.%) solders were fabricated by mixing of solder powder and flux using planatary mixer. $180{\mu}m$ diameter solder balls were formed on OSP surface finished Cu electrodes by screen print method, and the reflow process was performed. The shear strength was evaluated with two high shear speeds; 0.01 and 0.1 m/s. The thickness of the intermetallic compound(IMC) layer was decreased with increasing Zn content in Sn-0.7Cu-xZn solder. The highest shear strength was 3.47 N at the Zn content of 0.5 wt.%. As a whole, the shear strength at condition of 0.1 m/s was higher than that of 0.01 m/s because of impact stress. Fracture energies were calculated by F-x (Force-displacement) curve during high speed shear test and the tendency of fracture energy and that of shear strength were good agreement each other. Fracture took place within solder matrix at lower Zn content, and fracture occured near the interface of OSP surface finished Cu electrode and solder at higher Zn content.
Kim, Byungwoo;Choi, Hyeokgi;Jeon, Hyewon;Lee, Doyeong;Sohn, Yoonchul
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.28
no.2
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pp.95-103
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2021
Sn-58Bi-xRu composite solders were prepared by adding Ru nanoparticles to Sn-58Bi, a typical low-temperature solder, and the interfacial reaction and solder joint reliability were analyzed by reacting with Cu/OSP and ENIG surface treated PCB boards. The Cu6Sn5 IMC formed by the reaction with Cu/OSP had little change in thickness depending on the Ru content, and ductile fracture occurred inside the solder during the high-speed shear test without any significant change even after 100 hr aging. In reaction with ENIG, the Ni3Sn4 IMC thickness tended to decrease as the Ru content increased, and ENIG-specific brittle fracture was found in some specimens. Since Ru element is not found near the interface, it is judged not to be significantly involved in the interfacial reaction, and it is analyzed that it mainly exists together with the Bi phase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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