Since lead (Pb)-free solders for electronics have higher melting points than that of eutectic Sn-Pb solder, they need higher soldering temperatures. In order to decrease the soldering temperature we tried to coat Sn-Bi layer on $Sn-3.5\%Ag$ solder by electroplating, which applies the mechanism of transient liquid phase bonding to soldering. During heating Bi will diffuse into the $Sn-3.5\%Ag$ solder and this results in decreasing soldering temperature. As bonding samples, the 1608 capacitor electroplated with Sn, and PCB, its surface was finished with electroless-plated Ni/Au, were selected. The $Sn-95.7\%Bi$ coated Sn-3.5Ag was supplied as a solder between the capacitor and PCB land. The samples were reflowed at $220^{\circ}C$, which was lower than that of normal reflow temperature, $240\~250^{\circ}C$, for the Pb-free. As experimental result, the joint of $Sn-95.7\%Bi$ coated Sn-3.5Ag showed high shear strength. In the as-reflowed state, the shear strength of the coated solder showed 58.8N, whereas those of commercial ones were 37.2N (Sn-37Pb), 31.4N (Sn-3Ag-0.5Cu), and 40.2N (Sn-8Zn-3Bi). After thermal shock of 1000 cycles between $-40^{\circ}C$ and $+125^{\circ}C$, shear strength of the coated solder showed 56.8N, whereas the previous commercial solders were in the range of 32.3N and 45.1N. As the microstructures, in the solder $Ag_3Sn$ intermetallic compound (IMC), and along the bonded interface $Ni_3Sn_4$ IMC were observed.
본 연구에서는 $430^{\circ}C$에서 Bi-10Cu-20Sb-0.3Ni 조성의 솔더 합금과 Cu간의 리플로루 솔더링 시 생성되는 계면 반응층을 분석하였고, 솔더링 시간에 따른 계면 반응층의 성장 속도를 측정하였다. 리플로우 솔더링 후 Bi-10Cu-20Sb-0.3Ni/Cu의 계면 반응층을 분석한 결과, $(Cu,Ni)_2Sb$ 및 $Cu_4Sb$ 금속간 화합물층, 그리고 Bi 조성과 $Cu_4Sb$ 상이 주기적으로 존재하는 아지랑이 형상층이 연속적으로 생성되었다. 또한 120 s까지의 솔더링 시간 영역에서는 계면 반응층의 총 두께가 솔더링 시간에 대해 직선적으로 증가하는 경향이 관찰되었다. 합금원소로 첨가된 Ni은 가장 두꺼운 $Cu_4Sb$ 반응층의 형성에 참여하지 않아 계면 금속간 화합물의 성장 속도를 억제시키는 작용을 나타내지 못했다.
For the development of superconducting fault current limiters(SFCLs) having large current capacity, we fabricated an SFCL element that consists of Bi-2212 superconductor and Cu-Ni alloy tubes. First, Ag was plated on the surface of the Bi-2212 for the enhancement of soldering process. On the Ag-plated Bi-2212 tube, a Cu-Ni alloy tube was soldered using optimized solders and soldering conditions. The BSCCO/Cu-Ni composite was processed mechanically to have a helical shape for the improvement of the SFCL characteristics. The total current path of the SFCL element was 1330 mm long with 12 turns, and had critical current of 340 A at 77 K. Finally, we carried out the fault test using the fabricated SFCL element. It showed successful current limiting performance under the fault condition of 50 $V_{rms}$ and 5.5 kA. From the results, the rated voltage of the SFCL element was decided to be 0.4 V/cm, and the power capacity was 12 kVA at 77 K. The fabrication process of the SFCL and the fault test results will be presented.
Pb is considered to be eliminated from solder, due to its toxicity. However, melting temperatures of most Pb-free solders are known higher than that of Sn37Pb. Therefore, there is a difficulty to apply Pb-free solders to electronic industry. Since Sn3Ag8Bi5In has relatively lower melting range as $188~200^{\circ}C$, on this study. Wettability and soldering characteristics of Sn3Ag8Bi5In solder in BGA were investigated to solve for what kind of problem. Zero cross time, wetting time, and equilibrium force of Sn3Ag8Bi5In solder for Cu and plated Cu such as Sn, Ni, and Au/Ni-plated on Cu were estimated. Plated Sn on Cu showed best wettability for zero cross time, wetting time and equilibrium farce. Shear strength of the reflowed joint with Sn3Ag8Bi5In ball in BGA was investigated. Diameter of the ball was 0.5mm, UBM(under bump metallurgy) was $Au(0.5\mu\textrm{m})Ni(5\mu\textrm{m})/Cu(18\mu\textrm{m})$ and flux was RMA type. For the reflow soldering, the peak reflow temperature was changed in the range of $220~250^{\circ}C$, and conveyor speed was 0.6m/min.. The shear strength of Sn3Ag8Bi5In ball showed similar level as those of Sn37Pb. The soldered balls are aged at $110^{\circ}C$ for 36days and their shear strengths were evaluated. The shear strength of Sn3Ag8Bi5In ball was increased from 480gf to 580gf by aging for 5 days.
As a material for SFCL(Superconducting Fault Current Limiter), BSCCO tube with metal stabilizer is a promising candidate, assuring the stability and large power capacity, For the application, the proper soldering technique, which overcome the difficulties of the joining between BSCCO and metal stabilizer, is required. In this study, after soldering In-Bi solder and In-Sn solder with BSCCO superconductor, welding properties between BSCCO and solders were investigated. Because ceramic materials is difficult to weld, Ag electro-plating on BSCCO 2212 is used for intermetallic layer. To find out the best welding condition for superconductor, soldering is tested in the maximum temperature from $155^{\circ}C\;to\;165^{\circ}C$ in the reflow oven. By investigating the composition and thickness of IMC (lntermetallic Compound) created in the reaction of Ag with solder, we analyzed the welding properties of High-Tc superconductor from a micro point of view.
In this study, In-base solder was applied to the interface between $Bi_2Sr_2Ca_1Cu_2O_x(Bi_{2212})$ superconductor and Cu-Ni shunt metal at the temperature lower than $150^{\circ}C$. Most of the cases, $Bi_{2212}$ superconductor was precoated with Ag by electroplating in order to improve the contact properties of the solder layer. When the superconductor was directly soldered on to the superconductor, the solder was easily separated without external force. The shear strength of the contact between superconductor and shunt metal increased from 69.2 kgf to 74.4 kgf and 80.1 kgf, as the current density of the Ag electroplating was changed from 63 mA to 96 mA and 126 mA, respectively. The contact strength also increased to 49.9 kgf and 69.2 kgf when thickness of the electroplated Ag layer increased to $5{\mu}m$ and $10{\mu}m$, reapectively.
본 연구에서는 용융온도가 중온계 무연 솔더인 Sn-3.0Ag-0.5Cu(SAC305)와 저온계 무연 솔더인 Sn-57Bi-1Ag를 사용하여 형성된 복합 무연 솔더 접합부의 특성에 대하여 보고 하였다. SAC305 솔더볼이 형성된 ball grid array(BGA) 패키지와 Sn-57Bi-1Ag 솔더 페이스트가 도포된 flame retardant-4(FR-4) 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 리플로우 솔더링 공정을 이용하여 복합 무연 솔더 접합부를 형성 하였다. 공정 온도 프로파일을 두 가지 형태로 달리하여 리플로우 솔더링 공정을 진행하였으며 리플로우 솔더링 공정 조건에 따른 계면 반응, 금속간화합물(intermetallic compound, IMC)의 형성, Bi의 확산 거동 등 복합 무연 솔더 접합부 계면 특성을 비교 분석 하였다. 또한, 열 충격 시험을 통하여 리플로우 솔더링 공정에 따른 복합 무연 솔더 접합부의 신뢰성 특성을 비교하고 열 충격 시험 전후 전단 시험을 진행하여 접합부의 기계적 특성 변화를 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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