• Journal of Welding and Joining
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• 제31권3호
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• pp.22-30
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• 2013

Due to ELV banning, automotive electronics cannot use four kinds of heavy metal element (Pb, Hg, Cd, $Cr^{6+}$) from 2016. Therefore, this study was focused on degradation characteristics of Sn-3.0Ag-0.5Cu Lead-free solder joint with OSP and ENIG finsh under various reliability assessment method, as like to thermal shock test and high temeprature/high humidity test with test duration for cabin electronics. Also, we compared bonding strength degradation to other advanced research results of electronic control unit for engine room because of difference service temperature with mount location in automotive. Whisker growth phenomenon and mitigation method which were essentially consideration items for Pb-free car electronics were examined. Conformal coating is a strong candidate for mitigating whisker growth in automotive electronics. Necessary condition to adapt Pb-free in car electronics was shown.

• 한국표면공학회지
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• 제55권5호
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• pp.299-307
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• 2022

Gold plating is used as a coating of connector in printed circuit boards, ceramic integrated circuit packages, semiconductor devices and so on, because the film has excellent electric conductivity, solderability and chemical properties such as durability to acid and other chemicals. In most cases, internal connection between device and package and external terminals for connecting packaging and printed circuit board are electroless Ni-P plating followed by immersion Au plating (ENIG) to ensure connection reliability. The deposition behavior and film properties of electroless Au plating are affected by P content, grain size and mixed impurity components in the electroless Ni-P alloy film used as the underlayer plating. In this study, the correlation between electroless nickel plating used as a underlayer layer and cyanide-free electroless Au plating using thiomalic acid as a complexing agent and aminoethanethiol as a reducing agent was investigated.

• 한국표면공학회지
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• 제55권4호
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• pp.202-214
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• 2022

Internal connections between device, package and external terminals for connecting packaging and printed circuit board are normally manufactured by electroless Ni-P plating followed by immersion Au plating (ENIG process) to ensure the connection reliability. In this study, a new non-cyanide-based immersion and electroless Au plating solutions using thiomalic acid as a complexing agent and aminoethanethiol as a reducing agent was investigated on different underlayer electroless Ni-P plating layers. As a result, it was confirmed that the deposition behavior and film properties of electroless Au plating are affected by grain size and impurity of the electroless Ni-P film, which is used as the plating underlayer. Au plating on the electroless Ni-P plating film with a dense surface structure showed the highest bonding strength. In addition, the electroless Au plating film on the Ni-P plating film has a smaller particle size exhibited higher bonding strength than that on the large particle size.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권3호
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• pp.27-33
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• 2008

PDA, 핸드폰과 같은 포터블 제품의 사용이 급증함에 따른 전자 제품의 사용 환경의 변화는 제품의 솔더 조인트 신뢰성을 더욱 필요로 하게 되었다. 무전해 니켈/금 도금 표면 처리는 솔더링 특성이 우수하고, 표면처리 두께가 균일하며 패키징 공정에서 사용되는 광학설비에서 인식이 잘되기 때문에 미세피치 SMT 디바이스와 BGA 기판에 폭넓게 사용되고 있다. 그러나 무전해 니켈/금 도금 표면과 솔더 계면에서 발생되는 취성 파괴가 문제점으로 지적되고 있다. 솔더의 취성 파괴는 솔더링시 금속간 화합물과 무전해 니켈층 사이에 형성된 P-rich 영역의 갈바닉 니켈 부식에 의한 black pad 현상에 기인한다. 이론적으로 평탄한 무전해 Ni표면은 무전해 금도금 과정 중 도금액의 균일하게 순환되기 때문에 black pad 발생을 억제하는 장점을 가지고 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 무전해 Ni층의 표면형상을 어떻게 제어 할지에 대한 연구는 충분히 이루어 지지 않고 있다. 본 연구에서는 Cu 하지층의 표면 형상이 무전해 Ni층의 표면 형상에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 이를 위해 Cu 에칭액과 Cu에칭 처리 횟수를 변화시켜 Cu 하지층의 표면 형상을 다양하게 변화시켰다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제14권4호
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• pp.79-85
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• 2007

본 연구의 목적은 OSP, 전해 Au과 무전해 Ni/Au로써 표면처리를 달리한 연성회로기판 상에 Au 스터드 플립칩 범프의 초음파 접합 가능성을 연구하는 것이었다. Au 스터드 범프는 표면처리 방법에 상관없이 성공적으로 연성회로기판의 패드 상에 초음파 접합되었다 접합 강도는 접합 시간에 민감하게 영향을 받았다. 접합 시간이 길어짐에 따라 접합 강도는 증가하였으나, 2초 이상의 접합 시간에서는 이웃 범프끼리 단락되는 bridge 현상이 발생하였다. 최적 접합조건은 OSP 처리된 가판상에 0.5초간 초음파 접합하는 것이었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권4호
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• pp.65-70
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• 2008

본 연구에서는 BGA(Ball Grid Array) 솔더 접합부에 high impact가 가해졌을 경우 접합부의 기계적 특성에 대해서 연구하였다. 시편은 ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold) 표면 처리된 FR-4 기판 위에 직경이 500 ${\mu}m$인 Sn-37Pb 솔더볼을 BGA 방식으로 배열하고 리플로우(Reflow)를 통하여 제작하였다. HTS(High Temperature Storage) 테스트를 위해, 시편을 일정한 온도의 $120^{\circ}C$에서 250시간 동안 시효처리(Aging)를 실시하였다. 시효처리 후, 각각의 시편은 고속 전단 시험기(Dage-4000HS)를 이용하여 속도 변수는 0.01, 0.1, 1, 3 m/s로 설정하여 고속전단 시험을 실시하였다. 전단시험 후, 솔더 접합 계면과 파면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 통하여 관찰하였다. 솔더 접합 계면에는 $Ni_3Sn_4$의 금속간 화합물이 성장하였으며, 시효처리 후, 솔더 접합 계면에 생성된 금속간 화합물의 두께가 증가하는 것을 관찰 할 수 있었다. 전단 시험 결과, 전단 속도가 빨라짐에 따라 전단 강도값은 증가하는 경향을 나타내었다. 솔더 접합부의 파단은 전단 속도와 시효처리 시간에 따라 다양한 파괴 모드로 진행됨을 알 수 있었다. 또한, 파괴 모드는 연성파괴 형상을 보이다가 전단속도가 증가함에 따라 취성 파괴 형상으로 변하는 것을 알 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제30권4호
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• pp.61-68
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• 2023

무연솔더에 Fe 입자를 첨가하여 Cu₃Sn 금속간화합물 성장을 억제하고 취성파괴를 방지하는 연구는 보고된 바 있으나 이러한 복합솔더를 TLP(transient liquid phase) 본딩에 적용한 경우는 아직 없다. 본 연구에서는 Sn계 무연솔더 내부에 Fe 입자의 함량을 적절히 조절하여 Sn-3.5Ag-15.0Fe 복합솔더를 제작하고 TLP 본딩에 적용하여 접합부 전체를 Sn-Fe 금속간화합물로 변화시킴으로써 고온 솔더로서의 적용 가능성을 탐색하였다. 접합공정 중에 형성되는 FeSn₂ 금속간화합물은 513℃의 고융점을 가지므로 사용 중 온도가 280℃까지 상승하는 전력반도체용 파워모듈에 안정적으로 적용이 가능하다. 칩과 기판에 ENIG(electroless nickel-immersion gold) 표면처리를 적용한 결과 접합부에 Ni₃Sn₄/FeSn₂/Ni₃Sn₄의 다층 금속간화합물 구조를 형성하였으며 전단시험시 파괴경로는 Ni₃Sn₄/FeSn₂ 계면에서 균열이 진전하다가 FeSn₂ 내부로 전파되는 양상을 보였다. TLP 접합공정 2시간 이후에는 30 MPa 이상의 전단강도를 얻었고 특히 200℃ 전단시험에서도 강도 저하가 전혀 없었다. 본 연구결과는 최근 활발히 연구되고 있는 전기자동차용 파워모듈에 적용할 수 있는 소재 및 공정으로 기대할 수 있다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제31권3호
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• pp.4-10
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• 2013

In electronic industry, the trend of future electronics will be flexible, bendable, wearable electronics. Until now, there is few study on bonding technology and reliability of bonding joint between chip with micro solder bump and flexible substrate. In this study, we investigated joint properties of Si chip with eutectic Sn-58Bi solder bump on Cu pillar bump bonded on flexible substrate finished with ENIG by flip chip process. After flip chip bonding, we observed microstructure of bump joint by SEM and then evaluated properties of bump joint by die shear test, thermal shock test, and bending test. After thermal shock test, we observed that crack initiated between $Cu_6Sn_5IMC$ and Sn-Bi solder and then propagated within Sn-Bi solder and/or interface between IMC and solder. On the other hands, We observed that fracture propated at interface between Ni3Sn4 IMC and solder and/or in solder matrix after bending test.

• Journal of Welding and Joining
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• 제34권1호
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• pp.26-34
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• 2016

Automotive today has been transforming to an electronic product by adopting a lot of convenience and safety features, suggesting that joining materials and their mechanical reliabilities are getting more important. In this study, a Sn-Cu-Cr-Ca solder composition having a high melting temperature ($>230^{\circ}C$) was fabricated and its joint properties and reliability was investigated with an aim to evaluate the suitability as a joining material for electronics of engine room. Furthermore, mechanical properties change under complex environment were compared with several existing solder compositions. As a result of contact angle measurement, favorable spreadability of 84% was shown and the average shear strength manufactured with corresponding composition solder paste was $1.9kg/mm^2$. Also, thermo-mechanical reliability by thermal shock and vibration test was compared with that of the representative high temperature solder materials such as Sn-3.5Ag, Sn-0.7Cu, and Sn-5.0Sb. In order to fabricate the test module, solder balls were made in joints with ENIG-finished BGA and then the BGA chip was reflowed on the OPS-finished PCB pattern. During the environmental tests, resistance change was continuously monitored and the joint strength was examined after tests. Sn-3.5Ag alloy exhibited the biggest degradation rate in resistance and shear stress and Sn-0.7Cu resulted in a relatively stable reliability against thermo-mechanical stress coming from thermal shock and vibration.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2010년도 춘계학술발표대회 초록집
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• pp.82-82
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• 2010

표면실장 공법을 통해 CSP 패키지를 보드에 실장 하는데 있어 무연솔더 접합부의 신뢰성에 영향을 미치는 인자 중 가장 중요한 것은 접합부에 형성되는 IMC (Intermetallic compound, 금속간화합물)인 것으로 알려져 있다. 접합부의 칩 부분에는 솔더와 칩의 UBM (Under bump metalization)이 접합하여 IMC가 형성되나, 보드 부분에는 솔더와 보드의 UBM 뿐만 아니라 그 사이에 솔더 페이스트가 함께 접합되어 IMC가 형성된다. 본 연구에서는 패키지의 신뢰성 연구를 위해 솔더 페이스트의 유무 및 두께에 따른 무연 솔더 접합부의 미세조직의 변화를 분석하였다. 본 실험에서는 Sn-3.0(Wt.%)Ag-0.5Cu 조성과 본 연구진에 의해 개발된 Sn-Ag-Cu-In 조성의 직경 $450{\mu}m$ 솔더 볼을 사용하였으며, 솔더 페이스트는 상용 Sn-3.0Ag-0.5Cu (ALPHA OM-325)를 사용하였다. 칩은 ENIG (Electroless nickel immersion gold) finish pad가 형성된 CSP (Chip scale package)를, 보드는 OSP (Organic solderability preservative)/Cu finish pad가 형성된 것을 사용하였다. 실험 방법은 보드를 솔더 페이스트 없이 플라즈마 처리 한 것, 솔더 페이스트를 $30{\mu}m$ 두께로 인쇄한 것, $120{\mu}m$의 두께로 인쇄한 것, 이렇게 3가지 조건으로 준비한 후, 솔더 볼이 bumping된 칩을 mounting하여, $242^{\circ}C$의 peak 온도 조건의 oven(1809UL, Heller)에서 reflow를 실시하여 패키지를 형성하였다. 이후 시편은 정밀 연마한 후, OM(Optical Microscopic)과 SEM(scanning electron microscope) 및 EDS(energy dispersive spectroscope)를 사용하여 솔더 접합부 IMC의 미세조직을 관찰, 분석하였다.