Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.10
no.3
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pp.29-35
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2003
The Sn-based lead-free solders with varying microstructure were prepared by changing the cooling rate from the melt. Bulky as-cast SnAg, SnAgCu, and SnCu, alloys were cold rolled and thermally stabilized before the creep tests so that there would be very small amount of microstructural change during creep (TS), and thin specimens were water quenched from the melt (WQ) to simulate microstructures of the as-reflowed solders in flip chips. Cooling rates of the WQ specimens were 140∼150 K/sec, and the resultant $\beta-Sn$ globule size was 5∼10 times smaller than that of the TS specimens. Subsequent creep tests showed that the minimum strain rate of TS specimens was about $10_2$ times higher than that of the WQ specimens. Fractographic analyses showed that creep rupture of the TS-SnAgCu specimens occurred by the nucleation of voids on the $Ag_3Sn$ Sn or $Cu_6Sn_5$ particles in the matrix, their subsequent growth by the power-law creep, and inter-linkage of microcracks to form macrocracks which led to the fast failure. On the other hand, no creep voids were found in the WQ specimens due to the mode III shear rupture coming from the thin specimens geometry.
Twenty-seven bronze bowls excavated from the Goryo burial complex at Deobu-gol were examined for their microstructure and chemical composition to characterize the bronze technology practiced by commoners at the time. Results showed that the objects examined can be classified into four groups: 1) objects forged out of Cu-near 22%Sn alloys and then quenched; 2) objects cast from Cu-below 10% Sn alloys containing lead; 3) objects cast from Cu-10%~20% Sn alloys containing lead and then quenched; 4) objects forged out of Cu-10~20% Sn alloys containing lead and then quenched. This study revealed that the fabrication technique as determined by alloy compositions plays an important role in bronze technology. The use of lead was clearly associated with the selection of quenching temperatures, the character of inclusions and the color characteristics of bronze surfaces. It was found that the objects containing lead were quenched at temperatures of $520^{\circ}{\sim}586^{\circ}C$ while those without lead were quenched at the range of $586^{\circ}{\sim}799^{\circ}C$. The presence of selenium in impurity inclusions was detected only in alloys containing lead, suggesting that the raw materials, Cu and Sn, used in making the lead-free alloys for the first group were carefully selected from those smelted using ores without lead contamination. Furthermore, the addition of lead was found to have significant effects on the color characteristics of the surface of bronze alloys when they are subjected to corrosion during interment. In leaded alloys, corrosion turns the surface light green or dark green while in unleaded alloys, corrosion turns the surface dark brown or black. It was found that in fabrication, the wall thickness of the bronze bowls varies depending on the application of quenching; most of the quenched objects have walls 1mm thick or below while those without quenching have walls 1mm thick or above. Fabrication techniques in bronze making usually reflect social environments of a community. It is likely that in the late Goryo period, experiencing lack of skilled bronze workers, the increased demand for bronze was met in two ways; by the use of chief lead instead of expensive tin and by the use of casting suitable for mass production. The above results show that the Goryo bronze workers tried to overcome such a resource-limited environment through technological innovations as apparent in the use of varying fabrication techniques for different alloys. Recently, numerous bronze objects are excavated and available for investigation. This study shows that with the use of proper analytical techniques they can serve as a valuable source of information required for the characterization of the associated technology as well as the social environment leading to the establishment of such technology.
This study analyzed on alloys and by-product samples produced through the reproduction experiment of bronze mirror with geometric designs. The alloy ratio used in the first and second reproduction experiments was based on the analysis results of bronze mirror with geometric designs(Cu 61.68%, Sn 32.25%, Pb 5.46%) which is the national treasure No. 141. As a result of portable X-ray fluorescence analysis on the raw materials used in the reproduction experiment, the contents of copper raw materials were 98.85 wt% for Cu, tin raw materials were 99.03 wt% for Sn, and lead raw materials were 70.19 wt% for Pb, and 21.81 wt% for Sn. Sn and Pb were added 5 wt% more considering the evaporation amount of tin and lead during alloy melting. The result produced by the first reproduction experiment were 58.75 wt% for Cu, 36.87 wt% for Sn, 4.39 wt% for Pb, and the other result produced by the second reproduction experiment were 58.66 wt% for Cu, 35.89 wt% for Sn, and 5.50 wt% for Pb. The composition of the components was about 3.00 wt% in Cu and Sn respectively, and the microstructure was similar to the previous studies because the δ phase was observed mainly. The results of this study will be used as basic data for the materialistic characteristics of ancient bronze mirror in the future.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.21
no.3
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pp.134-141
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2013
Reflow soldering process is essential in electronic package. Reflow process for a long time results from the decrease of reliability because IMC is formed excessively. Solder alloys of Sn-37Pb and Sn-Ag with different kinds of Cu contents (0, 0.5 and 1 wt.%) as compared with Ni and Cu plate joints are investigated according to varying reflow time. The interfaces of solder joints are observed to analyze IMC (intermetallic compound) growth rate by scanning electron microscope (SEM). Shear test is also performed by using SP (Share-Punch) tester. The test results are compared with the solder joints of two different plates (Ni and Cu plate). $Cu_6Sn_5$ IMCs are formed on Cu plate interfaces after reflows in all samples. Ni3Sn4 and $(Cu,Ni)_6Sn_5$ IMCs are also formed on Ni plate interfaces. The IMC layer forms are affected by reflow time and contents of solder alloy. These results show that mechanical strength of solder joints strongly depends on thickness and shape of IMC.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2001.07a
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pp.104-107
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2001
In order to investigate the effect of Ge addition to the Cu matrix on the microstructure and the critical current density, four kinds of internal tin processed Nb$_3$Sn strands with pure Cu and Cu 0.2, 0.4, 0.6 wt % Ge alloys were drawn to 0.8 mm diameter. The microstructure and critical current of internal tin processed Nb$_3$Sn wires that were heat treated at temperatures ranging from 68$0^{\circ}C$ to 74$0^{\circ}C$ for 240h were investigated. The Ge addition to the matrix did not make workability worse. A Ge rich layer in the Cu-Ge matrix suppressed the growth of the Nb$_3$Sn layer and promoted grain coarsening. The greater the Ge content in the matrix, the lower the net Jc result after Nb$_3$sn reaction heat treatment. There was no significant variation in Jc observed with heat treatment temperature ranging from 68$0^{\circ}C$ to 74$0^{\circ}C$. The values of AC loss of Ge added wires were decreased to 40 % compare with no addition wire. Low AC loss was due to segregation of Ge rich layer in the Cu-Ge matrix. If Ge added wire with thin Nb filaments were fabricated, slow diffusion rate of Sn would be overcome and decreased AC loss that is weak Point of internal tin method.
Abd El-Rahman, H.A.;Gad-Allah, A.G.;Salih, S.A.;Abd El-Wahab, A.M.
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.3
no.3
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pp.123-134
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2012
The electrochemical performance of positive pole grids of lead-acid batteries made of Pb-0.08%Ca-1.1%Sn alloys without and with 0.1 wt% of each of Cu, As or Sb and with 0.1 wt% of Cu, As and Sb combined was investigated by electrochemical methods in 4.0 M $H_2SO_4$. The corrodibility of alloys under open-circuit conditions and constant current charging of the positive pole, the positive pole gassing and the self-discharge of the charged positive pole were studied. All impurities (Cu, As, Sb) were found to decrease the corrosion resistance, $R_{corr}$ after 1/2 hour corrosion, but after 24 hours an improvement in $R_{corr}$ was recorded for Sb containing alloy and the alloy with the three impurities combined. While an individual impurity was found to enhance oxygen evolution reaction, the impurities combined significantly inhibition this reaction and the related water loss problem was improved. Impedance results were found helpful in identification of the species involved in the charging/discharging and the self-discharge of the positive pole. Impurities individually or combined were found to increase the self-discharge during polarization (33-68%), where Sb containing alloy was the worst and impurities combined alloy was the least. The corrosion of the positive pole grid in the constant current charging was found to increase in the presence of impurities by 5-10%. Under open-circuit, the self-discharge of the charged positive grids was found to increase significantly (92-212%) in the presence of impurities, with Sb-containing alloy was the worst. The important result of the study is that the harmful effect of the studied impurities combined was not additive but sometimes lesser than any individual impurity.
In 1993, many bronze artifacts were excavated from the Sanoesa Temple(思惱寺), Chongju, Chungbuk. Twelve items were selected and chemically analyzed with AA Spectrometry and ICP-Atomic Emission Spectrometry. They were also observed under the optical microscopy and SEM. According to the results from chemical analysis, production method and use, these artifacts were classified into four groups: casting, wrought and welding products, and bells. Cast products, probably used for ritual, were alloy of 70% Cu, 10% Sn and 20% Pb. They showed ${\alpha}+{\beta}$ phase as a typical microstructure of casting. The ${\delta}$ phase was rarely observed due to the small amount of Sn. These artifacts included more lead than other alloys. They showed segregation like island-shape on the lead part. Wrought products used for daily too1s. were alloy of 80% Cu and 20% Sn. Since they were consist of ${\alpha}$ phase and martensite ${\beta}$ phase, it could be presumed that they were heat-treated. The production method could be identified from twinned grains in ${\alpha}$ phase. Lead was not included in because it had a bad effect to alloy. The bells were alloyed with 85% Cu, 10% Sn, 5% Pb or 90% Cu and 10% Sn. They show the dendrite structure because they were cast and alloyed with many tin. Weldinged were alloyed with 83% Cu, 12% Sn and 5% Pb. lt showed the fine dendrite structure because of fast cooling in air.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.20
no.2
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pp.187-192
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2011
UBM(Under Bump Metallurgy) is very important for successful realization of Flip-Chip technology. In this study, it is investigated the interfacial reactions between various Sn-Ag solder alloys and Ni-P/Au UBM and Cu plate finish. It is also evaluated the shear strength by using the micro shear-punch test method for Sn-37Pb alloy, binary and ternary alloys of environment-friendly Pb-free solder alloys which are applied in the electronic packages. In terms of interfacial microstructure, the Pb-free solder joints have thicker IMCs than the Sn-Pb solder joints. The thickness of IMC is related to Reflow time. The IMC has been observed to grow with the increase in Reflow time. As a result of the shear test, in case of Max. shear strength, Pb-free solder showed the highest strength value and Sn-37Pb showed the lowest strength value 10 be generally condition of Reflow time.
Microstructural phases of the dental amalgams have been studied by optical microscope, scanning electron microprobe and X-ray diffractometer. r1 ($Ag_2Hg_3$) phase and r2 ($Sn_{7-8}Hg$) phase are found on conventional compositioned alloys. On high copper single compositioned alloy, rl ($Ag_2Hg_3$) phase and V ($Cu_6Sn_5$) phase are found but brittle r2 ($Sn_(7-8)Hg$) phase.
For the fabrication of core-shell structure bimetallic lead-free solder balls, both the critical temperature ($T_{cr}$) for the phase separation of two immiscible liquid phases and the temperature coefficient of the interfacial tension between the two separated liquid phases are required. In order to obtain this information, the temperature dependence of the surface tension of 60%Bi-24%Cu-16%Sn(-REM) alloys was measured using the constrained drop method. The slope of the temperature dependence of the surface tension changed clearly at a critical temperature for the separation of two immiscible liquid phases. The critical temperature of the 60%Bi-24%Cu-16%Sn alloy was estimated to be 1097K. An addition of 0.05% Ce decreased the critical temperature to 1085K, whereas that of 0.05% La increased it to 1117K. It was found that the surface tension and its temperature coefficient of the 60%Bi-24%Cu-16%Sn alloy were slightly increased by the addition of 0.05% Ce and 0.05% La. In addition, additions of Ce and La increased the temperature coefficient of the interfacial tension.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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