• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제26권3호
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• pp.43-49
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• 2019

본 연구에서는 그래핀 산화(graphene oxide, GO) 분말 복합 Sn-3.0Ag-0.5Cu(in wt.%) 솔더페이스트를 이용한 플렉시블 기판과 SOP(small outline package) 사이의 솔더 접합부의 굽힘 신뢰성 향상에 관한 새로운 접근을 제안하였다. 솔더페이스트에 GO의 첨가는 녹는점에 약간의 영향을 미치었으나 그 차이는 미미한 것으로 나타났다. 한편, GO의 첨가는 리플로우 공정 동안 솔더 접합부의 금속간화합물(intermetallic compound, IMC) 성장과 두께를 억제 할 수 있음을 확인하였다. 더욱이 접합부의 신뢰성에 미치는 영향을 살펴보고자 반복 굽힘 시험을 진행하였으며 GO 분말의 첨가로 솔더 접합부의 반복 굽힘 신뢰성 향상 시킬 수 있었다. 0.2 wt.%의 GO가 첨가된 솔더 접합부의 경우 GO가 첨가되지 않은 경우에 비하여 굽힘 수명은 20% 가량 증가하는 것으로 나타났다. GO가 첨가된 경우 솔더 접합부의 인장 강도와 연성이 증가하게 나타났는데 이러한 GO 첨가에 의한 기계적 특성 향상이 솔더 접합부의 반복 굽힘 신뢰성 향상에 기여한 것으로 추측된다.

• 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.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제12권1호
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• pp.41-46
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• 2005

무전해 Ni(P)과 솔더와의 반응 중 발견되는 취성파괴 현상과 계면 화학반응시의 금속간화합물 spalling과의 연관성을 전단 파괴실험을 통하여 체계적으로 연구하였다. 취성파괴는 무전해 Ni(P)과 Sn-3.5Ag 솔더와의 반응 후에만 나타났고 Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더와의 반응시에는 연성파괴만이 관찰되었다. Sn-3.0Ag-0.5Cu 솔더와의 반응시 $(Ni,Cu)_3Sn_4$와 $(Cu,Ni)_6Sn_5$의 삼성분계 금속간화합물이 생성되었고 spatting은 발생하지 않았다. 반면, Sn-3.5Ag 솔더와의 반응시에는 $Ni_3Sn_4$ 금속간화합물이 spatting된 솔더패드에서 취성파괴가 발생하였다. 파괴표면을 면밀히 분석한 결과 취성파괴는 $Ni_3Sn_4$ 금속간화합물과 Ni(P) 금속층 사이에 형성된 $Ni_3SnP$ 층에서 발생하는 것을 알 수 있었다. $Ni_3SnP$ 금속간화합물 층은 $Ni_3Sn_4$ 금속간화합물이 spatting되는 과정 중에 두껍게 성장하므로 무진해 Ni(P) 사용시 기계적 신뢰성을 보장하기 위해서는 금속간화합물의 spatting을 방지하는 것이 매우 중요하다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제20권2호
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• pp.17-22
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• 2013

본 연구에서는 Sn-58Bi 솔더를 이용한 경성 인쇄 회로 기판 (Rigid printed circuit board, RPCB)과 연성 인쇄회로 기판 (Flexible printed circuit board, FPCB) 간의 열압착 접합 시, 접합 조건에 따른 기계적 특성에 대하여 연구하였다. 접합 온도와 접합 시간을 변수로 열압착 접합을 실시하여 $90^{\circ}$ 필 테스트(Peel test)를 통해 접합 강도를 측정하고, 단면과 파단면을 관찰하였다. 접합 온도가 증가할수록 접합 강도가 증가하였으며, 접합 시간에 따른 접합 강도의 변화 또한 관찰할 수 있었다. 접합 시간이 증가하면서 접합부의 파괴에 영향을 미치는 요인이 솔더 층에서 금속간 화합물(Intermetallic compound, IMC) 층으로 변화하는 것을 관찰할 수 있었다. 필 테스트 과정의 F-x(Force-distance) curve를 통해 파괴 에너지를 계산하여 금속간 화합물이 접합 강도에 미치는 영향을 평가하였으며, 본 연구에서 $195^{\circ}C$, 7초 조건이 접합 강도와 파괴 에너지가 가장 높게 나타나는 최적 접합 조건으로 도출되었다.

• Journal of Welding and Joining
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• 제32권3호
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• pp.60-67
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• 2014

The ability of electronic packages and assemblies to resist solder joint failure is becoming a growing concern. This paper reports on a study of high speed shear energy of Sn-4.0wt%Ag-0.5wt%Cu (SAC405) solder with different electroless Ni-P thickness, with $HNO_3$ vapor's status, and with various pre-conditions. A high speed shear testing of solder joints was conducted to find a relationship between the thickness of Ni-P deposit and the brittle fracture in electroless Ni-P deposit/SAC405 solder interconnection. A focused ion beam (FIB) was used to polish the cross sections to reveal details of the microstructure of the fractured pad surface with and without $HNO_3$ vapor treatment. A scanning electron microscopy (SEM) and an energy dispersive x-ray analysis (EDS) confirmed that there were three intermetallic compound (IMC) layers at the SAC405 solder joint interface: $(Ni,Cu)_3Sn_4$ layer, $(Ni,Cu)_2SnP$ layer, and $(Ni,Sn)_3P$ layer. The high speed shear energy of SAC405 solder joint with $3{\mu}m$ Ni-P deposit was found to be lower in pre-condition level#2, compared to that of $6{\mu}m$ Ni-P deposit. Results of focused ion beam and energy dispersive x-ray analysis of the fractured pad surfaces support the suggestion that the brittle fracture of $3{\mu}m$ Ni-P deposit is the result of Ni corrosion in the pre-condition level#2 and the $HNO_3$ vapor treatment.

• Electronic Materials Letters
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• 제14권6호
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• pp.678-688
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• 2018

The repeated-bending properties of Sn-0.7Cu, Sn-0.3Ag-0.7Cu (SAC0307), and Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) solders mounted on flexible substrates were studied using highly accelerated stress testing (HAST), followed by repeated-bending testing. In the Sn-0.7Cu joints, the $Cu_6Sn_5$ intermetallic compound (IMC) coarsened as the HAST time increased. For the SAC0307 and SAC305 joints, the $Ag_3Sn$ and $Cu_6Sn_5$ IMCs coarsened mainly along the grain boundary as the HAST time increased. The Sn-0.7Cu solder had a high contact angle, compared to the SAC0307 and SAC305 solders; consequently, the SAC0307 and SAC305 solder joints displayed smoother fillet shapes than the Sn-0.7Cu solder joint. The repeated-bending for the Sn-0.7Cu solder produced the crack initiated from the interface between the Cu lead wire and the solder, and that for the SAC solders indicated the cracks initiated at the surface, but away from the interface between the Cu lead wire and the solder. Furthermore, the oxide layer was thickest for Sn-0.7Cu and thinnest for SAC305, regardless of the HAST time. For the SAC solders, the crack initiation rate increased as the oxide layer thickened and roughened. $Cu_6Sn_5$ precipitated and grew along the grain and subgrain boundaries as the HAST time increased, embrittling the grain boundary at the crack propagation site.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권2호
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• pp.41-47
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• 2010

PCB와 BGA 패드의 형태가 무연솔더 접합부의 기계적 특성에 미치는 영향을 연구하었다. 현재 BGA/PCB 패드의 형태는 NSMD (Non-Solder Mask Defined)와 SMD (Solder Mask Defined) 두 가지 구조로 형성되어 있다. 본 연구에서는 OSP 도금처리한 무연솔더(Sn-3.0Ag-0.5Cu, Sn-1.2Ag-0.5Cu)의 패드 형태를 NSMD, SMD로 달리하여 낙하충격시험, 굽힘충격시험, 고속전단시험을 통한 솔더 접합부의 기계적 특성을 연구하였다. 낙하충격과 굽힘충격시험의 경우 패드 구조에 따른 솔더볼 접합부의 특성수명은 동일한 경향을 나타내었으며, 솔더접합부의 기계적 특성은 SMD가 NSMD보다 우수하였다. 이 이유는 SMD의 경우 낙하충격 시험과 고속 전단시험 모두 IMC에서 파단이 일어난 반면에 NSMD의 경우 낙하충격 시험 후의 파단면은 패턴을 감싸고 있는 랜드 상단 모서리 부분에서 파단이 일어났기 때문인 것으로 판단된다. 전단시험의 경우에는 NSMD 접합부에서 패드 lift현상이 발생하였다. 따라서 BGA/PCB의 패드구조의 조합은 SMD/SMD > SMD/NSMD > NSMD/SMD > NSMD/NSMD 순으로 기계적 특성 수명이 우수하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제24권1호
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• pp.83-90
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• 2017

본 연구에서는 미세피치 패키지 적용을 위한 기초 실험으로 thin ENEPIG(Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) 도금층을 형성하여 솔더링 특성을 평가하였다. 먼저, Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) 솔더합금에 대한 thin ENEPIG 도금층의 젖음 특성이 평가되었으며, 순차적인 솔더와의 반응에 대한 계면반응 및 솔더볼 접합 후 고속 전단 시험을 통한 접합부 기계적 신뢰성이 평가되었다. 젖음성 시험에서 침지 시간이 증가함에 따라 최대 젖음력은 증가하였으며, 5초의 침지 시간 이후에는 최대 젖음력이 일정하게 유지되었다. 초기 계면 반응 동안에는 $(Cu,Ni)_6Sn_5$ 금속간화합물과 P-rich Ni 층이 SAC305/ENEPIG 계면에서 관찰되었다. 연장된 계면반응 후에는 P-rich Ni 층이 파괴 되었으며, 파괴된 P-rich Ni 층 아래에는 $(Cu,Ni)_3Sn$ 금속간화합물이 생성되었다. 고속 전단 시험의 경우, 전단속도가 증가함에 따라 취성 파괴율이 증가하였다.

• 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.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.102-102
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• 2018

Electronic industry had required the finer size and the higher performance of the device. Therefore, 3-D die stacking technology such as TSV (through silicon via) and micro-bump had been used. Moreover, by the development of the 3-D die stacking technology, 3-D structure such as chip to chip (c2c) and chip to wafer (c2w) had become practicable. These technologies led to the appearance of HBM (high bandwidth memory). HBM was type of the memory, which is composed of several stacked layers of the memory chips. Each memory chips were connected by TSV and micro-bump. Thus, HBM had lower RC delay and higher performance of data processing than the conventional memory. Moreover, due to the development of the IT industry such as, AI (artificial intelligence), IOT (internet of things), and VR (virtual reality), the lower pitch size and the higher density were required to micro-electronics. Particularly, to obtain the fine pitch, some of the method such as copper pillar, nickel diffusion barrier, and tin-silver or tin-silver-copper based bump had been utillized. TCB (thermal compression bonding) and reflow process (thermal aging) were conventional method to bond between tin-silver or tin-silver-copper caps in the temperature range of 200 to 300 degrees. However, because of tin overflow which caused by higher operating temperature than melting point of Tin ($232^{\circ}C$), there would be the danger of bump bridge failure in fine-pitch bonding. Furthermore, regulating the phase of IMC (intermetallic compound) which was located between nickel diffusion barrier and bump, had a lot of problems. For example, an excess of kirkendall void which provides site of brittle fracture occurs at IMC layer after reflow process. The essential solution to reduce the difficulty of bump bonding process is copper to copper direct bonding below $300^{\circ}C$. In this study, in order to improve the problem of bump bonding process, copper to copper direct bonding was performed below $300^{\circ}C$. The driving force of bonding was the self-annealing properties of electrodeposited Cu with high defect density. The self-annealing property originated in high defect density and non-equilibrium grain boundaries at the triple junction. The electrodeposited Cu at high current density and low bath temperature was fabricated by electroplating on copper deposited silicon wafer. The copper-copper bonding experiments was conducted using thermal pressing machine. The condition of investigation such as thermal parameter and pressure parameter were varied to acquire proper bonded specimens. The bonded interface was characterized by SEM (scanning electron microscope) and OM (optical microscope). The density of grain boundary and defects were examined by TEM (transmission electron microscopy).