In this study, Cu-10Sn and Cu-10Sn-2Ni-0.2Si alloys have been manufactured by spray casting in order to achieve a fine scale microstructure and high tensile strength, and investigated in terms of microstructural evolution, aging characteristics and tensile properties. Spray cast alloys had a much lower microhardness than continuous cast billet because of an improved homogenization and an extended Sn solid solubility. Spray cast Cu-Sn-Ni-Si alloy was characterized by an equiaxed grain microstructure with a small-sized (Ni, Si)-rich precipitates. Cold rolling of Cu-Sn-Ni-Si alloy increased a tensile strength to 1220 MPa, but subsequent ageing treatment reduced a ultimate tensile strength to 780 MPa with an elongation of 18%.
Cu-Sn based alloys were manufactured by gas atomization spray casting route in order to achieve a fine scale microstructure and a high tensile strength. The spray cast Cu-10Sn-2Ni-0.2Si alloy had an equiaxed grain microstructure, with no formation of brittle ${\delta}-Cu_{41}Sn_{11}$ phase. Aging treatment promoted the precipitation of finely distributed particles corresponding to ${\delta}-Ni_2Si$ intermetallic phase throughout the $\alpha$-(CuSn) matrix. The cold-rolled Cu-Sn-Ni-Si alloy had a very high tensile strength of 1200 MPa and an elongation of 5%. Subsequent aging treatment at $450^{\circ}C$ for 1h slightly reduced the tensile strength to 700 MPa and remarkably increased the elongation up to 30%. This result has been explained by coarsening the precipitates due to over aging and reducing the dislocation density due to annealing effects.
The influence of aging treatment, addition elements and rolling reduction ratio on the microstructure, mechanical, electrical and bendability properties of Cu-Ni-Si-P-x (x = Fe, Sn, Zn) alloys for connector material application was investigated. SEM/EDS analysis exhibited that Ni2-Si precipitates with a size of 20~100 nm were distributed in grains. Fe, Sn, Zn elemnets in Cu-Ni-Si-P alloy imporved the mechanical strength but it was not favor in increasing of electrical conductivity. As higher final rolling reduction ratio, the strength and electrical conductivity is increased after aging treatment, but it indicated excellent bendability. Especially, Cu-2Ni-0.4Si-0.5Sn-0.1Fe-0.03P alloy show the tensile strength value of 700MPa and the electrical conductivity was observed to reach a maximum of 40%IACS. It is optimal for lead frame and connector.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.16
no.4
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pp.23-28
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2009
We investigated the wafer-level MEMS capping process for which cavity formation in Si wafer was not required. Ni caps were formed by electrodeposition on 4" Si wafer and Ni rims of the Ni caps were bonded to the Cu rims of bottom Si wafer by using epoxy. Then, top Si wafer was debonded from the Ni cap structures by using SnBi layer of low melting temperature. As-evaporated SnBi layer was composed of double layers of Bi and Sn due to the large difference in vapor pressures of Bi and Sn. With keeping the as-evaporated SnBi layer at $150^{\circ}C$ for more than 15 sec, SnBi alloy composed of eutectic phase and Bi-rich $\beta$ phase was formed by interdiffusion of Sn and Bi. Debonding between top Si wafer and Ni cap structures was accomplished by melting of the SnBi layer at $150^{\circ}C$.
Low carbon steels were oxidized isothermally at 1050 and $1180^{\circ}C$ for 4 hr in air in order to determine the effect of alloying elements Si, S, Cu, Sn, and Ni on oxidation. For oxidation resistance of low carbon steels, the beneficial elements were Si, Cu, and Ni, whereas the harmful elements were S and Sn. The most active alloying element, Si, was scattered inside the oxide scale, at the scale-alloy interface, and as an internal oxide precipitate. The relatively noble elements such as Cu and Ni tended to weakly segregate at the scale-alloy interface. Sulfur and Sn were weakly, uniformly distributed inside the oxide scale. Excessively thick, non-adherent scales containing interconnected pores formed at $1180^{\circ}C$.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.13
no.1
s.38
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pp.23-29
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2006
Ultrasonic soldering of Si-wafer to FR-4 PCB at ambient temperature was investigated. The UBM of Si-substrate was Cu/ Ni/ Al from top to bottom with thickness of $0.4{\mu}m,\;0.4{\mu}m$, and $0.3{\mu}m$ respectively. The pad on FR-4 PCB comprised of Au/ Ni/ Cu from top to bottom with thickness of $0.05{\mu}m,\;5{\mu}m$, and $18{\mu}m$ respectively. Sn-3.5wt%Ag foil rolled to $100{\mu}m$ was used for solder. The ultrasonic soldering time was varied from 0.5 s to 3.0 s and the ultrasonic power was 1,400 W. The experimental results show that a reliable bond by ultrasonic soldering at ambient temperature was obtained. The shear strength increased with soldering time up to a maximum of 65 N at 2.5 s. The strength decreased to 34 N at 3.0 s because cracks were generated along the intermetallic compound between Si-wafer and Sn-3.5wt%Ag solder. The Intermetallic compound produced by ultrasonic soldering between the Si-wafer and the solder was $(Cu,Ni)_{6}Sn_{5}$.
Kim, Jeong-Mo;Jo, Seon-Yeon;Kim, Gyu-Seok;Lee, Yeong-U;Jeong, Jae-Pil
Proceedings of the KWS Conference
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2005.06a
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pp.54-56
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2005
Ultrasonic soldering using of Si-wafer to FR-4 PCB atroom temperature was investigated. Sn3.5Ag foil rolled $100{\mu}m$ was used for solder. The UBM of Si-die was Cu/ Ni/ Al from top to bottom and its thickness was $0.4{\mu}m$, $0.4{\mu}m$, $0.3{\mu}m$ respectively. Pad on FR-4 PCB comprised of Au/ Ni/ Cu from top to bottom and its thickness was $0.05{\mu}m$, $5{\mu}m$, $18{\mu}m$ respectively. The ultrasonic soldering time was changed from 0.5sec to 3.0sec and its power 1400W. As experimental result, reliable bond joint by ultrasonic at room temperature was obtained. The shear strength increased with soldering time up to 2.5 sec. That means at 2.5sec, the shear strength showed maximum rate of 65.23N. The strength decreased to 33.90N at 3.0 sec because the cracks generated along the intermetallic compound between Si-wafer and Sn-3.5mass%Ag solder. intermetallic compound produced by ultrasonic between the solder and the Si-die was $(Cu, Ni)_{6}Sn_{5}$ and the intermetallic compound between solder and pad on FR-4 was $(Ni, Cu)_{3}Sn_{4}$.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.35
no.1
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pp.11-16
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2002
As environmental concerns increasing, the electronics industry is focusing more attention on lead free solder alternatives. In this research, we have researched wettability of intermediate solder of Sn3Ag9Bi5In, which include In and Bi and has similar melting temperature to Sn37Pb eutectic solder. We investigated the wetting property of Sn3Ag9Bi5In. To estimate wettability of Sn3Ag9Bi5In solder on various substrates, the wettability of Sn3Ag9Bi5In solder on high-pure Cu-coupon was measured. Cu-coupon that plated Sn, Ni and Au/Ni and Si-wafer adsorbed Ni/Cu under bump metallurgy on one side. As a result, the wetting property of Sn3Ag9Bi5In solder is a little better than that of Sn37Pb and Sn3.5Ag.
Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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2003.11a
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pp.84-87
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2003
Since Pb-free solder alloys have been used extensively in microelectronic packaging industry, the interaction between UBM (Under Bump Metallurgy) and solder is a critical issue because IMC (Intermetallic Compound) at the interface is critical for the adhesion of mechanical and the electrical contact for flip chip bonding. IMC growth must be fast during the reflow process to form stable IMC. Too fast IMC growth, however, is undesirable because it causes the dewetting of UBM and the unstable mechanical stability of thick IMC. UP to now. Ni and Cu are the most popular UBMs because electroplating is lower cost process than thin film deposition in vacuum for Al/Ni(V)/Cu or phased Cr-Cu. The consumption rate and the growth rate of IMC on Ni are lower than those of Cu. In contrast, the wetting of solder bumps on Cu is better than Ni. In addition, the residual stress of Cu is lower than that of Ni. Therefore, the alloy of Cu and Ni could be used as optimum UBM with both advantages of Ni and Cu. In this paper, the interfacial reactions of Sn-3.5Ag-0.7Cu solder on Ni-xCu alloy UBMs were investigated. The UBMs of Ni-Cu alloy were made on Si wafer. Thin Cr film and Cu film were used as adhesion layer and electroplating seed layer, respectively. And then, the solderable layer, Ni-Cu alloy, was deposited on the seed layer by electroplating. The UBM consumption rate and intermetallic growth on Ni-Cu alloy were studied as a function of time and Cu contents. And the IMCs between solder and UBM were analyzed with SEM, EDS, and TEM.
Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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2002.11a
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pp.55-58
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2002
The possibility of SnCuX Solder as alternative for Pb-free Solder have been investigated in this study. SnCuX Solder balls(500${\mu}{\textrm}{m}$) were placed on Si-wafer which is Al/Ni/Cu(500nm/$4{\mu}{\textrm}{m}$/$4{\mu}{\textrm}{m}$)UBM layer. After reflow soldering at $250^{\circ}C$, shear strength and microstructure were analyzed. The results showed that the shear strength(500gf) of SnCuX was higher than that of SnCuX at $230^{\circ}C$ and $Cu_6Sn_5$ intermetallic compounds were formed between Cu and SnCuX Solder layers
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[게시일 2004년 10월 1일]
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