Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.22
no.4
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pp.15-23
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2015
Lead-free bonding has attracted significant attention for automotive power device packaging due to the upcoming environmental regulations. Silver (Ag) is one of the prime candidates for alternative of high Pb soldering owing to its superior electrical and thermal conductivity, low temperature sinterability, and high melting temperature after bonding. In this paper, the bonding technology by Ag paste was introduced. We classified into two Ag paste bonding according to applied pressure, and each bonding described in detail including recent studies.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.24
no.1
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pp.27-34
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2017
Recently, a demand in sustainable green technologies is requiring the lead free bonding for high power module packaging due to the environmental pollution. The Transient-liquid phase (TLP) bonding can be a good alternative to a high Pb-bearing soldering. Basically, TLP bonding is known as the combination of soldering and diffusion bonding. Since the low melting temperature material is fully consumed after TLP bonding, the remelting temperature of joint layer becomes higher than the operating temperature of the power module. Also, TLP bonding is cost-effective process than metal nanopaste bonding such as Ag. In this paper, various TLP bonding techniques for power semiconductor were described.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.12
no.4
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pp.215-219
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2009
A packaging technology based on flip-chip bonding and Pb-free solder for silicon pressure sensors on printed circuit board (PCB) is presented. First, the bump formation process was conducted by Pb-free solder. Ag-Sn-Cu solder and the pressed-screen printing method were used to fabricate solder bumps. The fabricated solder bumps had $189-223{\mu}m$ width, $120-160{\mu}m$ thickness, and 5.4-6.9 standard deviation. Also, shear tests was conducted to measure the bump shear strength by a Dage 2400 PC shear tester; the average shear strength was 74 g at 0.125 mm/s of test speed and $5{\mu}m$ shear height. Then, silicon pressure sensor packaging was implemented using the Pb-free solder and bump formation process. The characteristics of the pressure sensor were analogous to the results obtained when the pressure sensor dice are assembled and packaged using the standard wire-bonding technique.
Since the 1960s, semiconductor packaging technology has developed into electrical joining techniques using lead frames or C4 bumps using tin-lead solder compositions based on traditional reflow processes. To meet the demands of a highly integrated semiconductor device, high reliability, high productivity, and an eco-friendly simplified process, packaging technology was required to use new materials and processes such as lead-free solder, epoxy-based non cleaning interconnection material, and laser based high-speed processes. For next generation semiconductor packaging, the study status of two epoxy-based interconnection materials such as fluxing and hybrid underfills along with a laser-assisted bonding process were introduced for fine pitch semiconductor applications. The fluxing underfill is a solvent-free and non-washing epoxy-based material, which combines the underfill role and fluxing function of the Surface Mounting Technology (SMT) process. The hybrid underfill is a mixture of the above fluxing underfill and lead-free solder powder. For low-heat-resistant substrate applications such as polyethylene terephthalate (PET) and high productivity, laser-assisted bonding technology is introduced with two epoxy-based underfill materials. Fluxing and hybrid underfills as next-generation semiconductor packaging materials along with laser-assisted bonding as a new process are expected to play an active role in next-generation large displays and Augmented Reality (AR) and Virtual Reality (VR) markets.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.29
no.3
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pp.152-158
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2016
The bonding characteristics of MLCCs (multi layer ceramic capacitor, C1608) lead-free solder (SAC305) joints were evaluated through thermal shock test ($-40^{\circ}C{\sim}125^{\circ}C$, total 1,800 cycle). After the test, IMCs( intermetallic compounds) growth and cracks were verified, also shear strengths were measured for degradation of solder joints. In addition, The thermal stress distributions at solder joints were analyzed to compare the solder joints changes before and after according to thermal shock test by FEA (finite elements analysis). We considered the effects of IMCs growth at solder joints. As results, the bonding characteristics degradation was occurred according to initial crack, crack propagations and thermal stress concentration at solder-IMCs interface, when the IMCs grown to solder inside.
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.
Ultrasonic bonding is the novel packaging method for flip-chip with high yield and low-temperature bonding. The bonding module is a core part of the bonding machine, which can transfer the ultrasonic energy into the bonding spot. In this paper, we propose topology optimization technique which can make new design of boding modules due to the constraints on resonance frequency and mode shapes. The designed bonding module using topology optimization was fabricated in order to evaluate the bonding performance and reliable operation during the continuous bonding process. The actual production models based on the proposed design satisfied the target frequency range and ultrasonic power. The bonding test was performed using flip-chip with lead-free Sn-based bumps, the results confirmed that the bonding strength was sufficient with the designed bonding modules. Also the performance degradation of the bonding module was not observed after the 300-hour continuous process with bonding conditions.
Kim, Min-Su;Ko, Yong-Ho;Bang, Jung-Hwan;Lee, Chang-Woo
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.19
no.3
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pp.15-20
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2012
In electronics industry, the coming electronic devices will be expected to be high integration and convergence electronics. And also, it will be expected that the coming electronics will be flexible, bendable and wearable electronics. Therefore, the demands and interests of bonding technology between flexible substrate and chip for mobile electronics, e-paper etc. have been increased because of weight and flexibility of flexible substrate. Considering fine pitch for high density and thermal damage of flexible substrate during bonding process, the micro solder bump technology for high density and low temperature bonding process for reducing thermal damage will be required. In this study, we researched on bonding technology of chip and flexible substrate by using 25um Cu pillar bumps and Sn-Bi solder bumps were formed by electroplating. From the our study, we suggest technology on Cu pillar bump formation, Sn-Bi solder bump formation, and bonding process of chip and flexible substrate for the coming electronics.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.20
no.4
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pp.65-68
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2013
A novel bumping process using solder bump maker (SBM) is developed for fine-pitch flip chip bonding. It features maskless screen printing process. A selective solder bumping mechanism without the mask is based on the material design of SBM. Maskless screen printing process can implement easily a fine-pitch, low-cost, and lead-free solder-on-pad (SoP) technology. Its another advantage is ternary or quaternary lead-free SoP can be formed easily. The process includes two main steps: one is the thermally activated aggregation of solder powder on the metal pads on a substrate and the other is the reflow of the deposited powder on the pads. Only a small quantity of solder powder adjacent to the pads can join the first step, so a quite uniform SoP array on the substrate can be easily obtained regardless of the pad configurations. Through this process, an SoP array on an organic substrate with a pitch of 130 ${\mu}m$ is, successfully, formed.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.24
no.12
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pp.949-954
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2011
In this study, the characteristics and error ranges of the mechanical bonding strength were analyzed according to before and after thermal shock test for various chips of automotive application component using Sn-3.0Ag-0.5Cu solder. In the after thermal shock test, the mechanical bonding strengths tend to decrease, meanwhile decreasing rates of mechanical strengths were less then 12% at specimen's bonding area below 3.5$mm^2$, and were from 17 to 21% at specimen's bonding area above 12 $mm^2$. On the other hand, Specimen's mean deviation rates were about 5% at specimen's bonding area more than 12 $mm^2$. Inversely, at specimen's bonding area is less then 3.5 $mm^2$, mean deviation rates were increased to about 8%. It means that the smaller device size is, the larger mean deviation rate. In addition, error ranges and deviation rates of the mechanical bonding strengths may differ slightly depending on their bonding area. Furthermore, process conditions as well as method of mechanical reliability evaluation should be established to reduce the error ranges of bonding strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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