• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제21권4호
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• pp.97-103
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• 2014

다양한 무연솔더합금 가운데 Sn-58Bi solder는 저융점이며 상대적으로 높은 인장강도를 갖고 있지만 취성적이라는 단점을 갖고 있다. 이러한 Sn-58Bi 솔더의 기계적 강도를 보완하기 위해 epoxy를 함유한 Sn-58Bi 솔더가 연구되어져왔다. 본 연구는 Sn-58Bi 솔더와 Sn-58Bi 에폭시 복합솔더를 이용하여 PCB 기판에 접합한 후, 시효처리에 따른 솔더/기판 계면 미세구조와 기계적 특성변화를 연구하였다. OSP 표면처리된 PCB 기판에 솔더볼을 형성 한 후 85, 95, 105, $115^{\circ}C$에서 100~1000 시간동안 시효처리하였으며, 기계적 특성평가로 저속전단시험을 진행하였다. 시효 처리 시간 및 온도의 증가에 따라 Cu6Sn5 금속간화합물층은 성장하였으며 Sn-58Bi 솔더 금속간화합물층이 Sn-58Bi 에폭시 복합솔더보다 두꺼웠다. 전단시험 결과, Sn-58Bi 에폭시 복합솔더가 Sn-58Bi 솔더보다 약 2배 높은 전단강도 값을 나타냈으며 시효시간이 증가할수록 전단강도 값은 감소하였다.

• 제어로봇시스템학회논문지
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• 제5권3호
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• pp.353-362
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• 1999

This paper presents a shape reconstruction method for automatic inspection of the solder joints on PCBs using X-ray. Shape reconstruction from X-ray radiographic image has been very important since X-ray equipment was used for improving the reliability of inspection result. For this purpose there have been lots of previous works using tomography, which reconstructs the correct shape, laminography or tomosynthesis, which are very fast algorithm. Latter two methods show outstanding performance in cross-sectional image reconstruction of lead type component, but they are also known to show some fatal limitations to some kinds of components such as BGA, because of shadow effect. Although conventional tomography does not have any shadow effect, the shape of PCB prohibits it from being applied to shape reconstruction of solder joints on PCB. This paper shows that tomography using Iterative Reconstruction Technique(IRT) can be applied to this difficult problem without any limitations. This makes conventional radiographic instrument used for shape reconstruction without shadow effect. This means that the new method makes cost down and shadow-free shape reconstruction. To verify the effectiveness of IRT, we develop three dimensional model of BGA solder ball, make projection model to obtain X-ray projection data. and perform a simulation study of shape reconstruction. To compare the performance of IRT with that of conventional laminography or tomosynthesis, reconstruction data are reorganized and error analysis between the original model are also performed.

• 한국생산제조학회지
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• 제23권3호
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• pp.237-242
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• 2014

Recently much research are has been done into the compositions of lead-free solders. As a result, there has been a rapid increase in the number of new compositions. In the past, the properties of these new compositions were determined and verified through drop-impact tests. However, these drop tests were expensive and it took a long time to obtain a result. The main goal of this study was to establish an analytical method capable of predicting the impact life-time of a new solder composition for board-level flip chips though the application of drop simulations using LS-DYNA. Based on the reaction load obtain with LS-DYNA, the drop-impact fracture cycles were predicted. The study was performed using a Sn-3.0Ag-0.5Cu solder (305 composition). To verify the reliability of the proposed analytical method, the results of the drop-impact tests and life-time analysis were compared, and were found to be in good agreement. Thus, the new analytical method was shown to be very useful and effective.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권4호
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• pp.77-86
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• 2008

본 연구에서는 유연솔더인 63Sn37Pb와 무연 솔더인 95.5Sn4.0Ag0.5Cu와 97Sn2.5Ag0.5Cu BGA(Ball Grid Array) 패키지를 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)에 위치에 따라 장착하고 보드레벨의 낙하시험(Board Level Drop Test)을 실시하여 충격에 대한 유 무연 솔더의 특성을 분석하였고 4점굽힘시험(board Level 4-point Bending Test)을 실시하여 굽힘에 대한 솔더볼의 기계적 저항특성을 분석하였다. 또한 유한요소법(Finite Element Modeling, FEM)을 이용해 낙하시험과 4점굽힘시험에서 솔더 조인트에 미치는 응력과 변형률을 해석하였으며, 시험 설계 시에 솔더 조인트의 응력변화에 영향을 미칠 수 있는 변수를 고려하여 해석하고 결과를 비교 분석하였다. 낙하시험과 4점굽힘시험에서 모두 무연솔더는 유연솔더보다 2배 이상 높은 신뢰성을 보였으며, PCB의 중앙에 위치한 패키지는 외각에 위치한 패키지 보다 매우 낮은 신뢰성을 보였다. 유한요소법을 통해 해석한 결과 최외각 솔더에서 가장 큰 응력이 발생하였고, 솔더의 조성과, 시험설계변수에 의해 응력의 발생 정도가 다름을 나타내었다.

• 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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• 제18권2호
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• pp.49-55
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• 2011

전자기기에서의 고장 중 대부분은 작동 중 발생하는 열과 충격에 기인한다. 이 열과 충격은 PCB(Printed Board) 부품의 접합부 계면에 균열을 야기 시키고, 이 균열은 금속간 화합물(Intermetallic Compound: IMC)의 형성과 밀접한 관계를 가진다. 본 연구에서는 Sn-Ag-Cu계의 Ag함량을 변화한 Sn-1.0Ag-0.5Cu와 Sn-1.2Ag-0.5Cu 및 Sn-3.0Ag-0.5Cu의 3가지 조성의 솔더로 접합한 소재를 대상으로 1000시간 까지 등온시효(Isothermal Aging) 하였다. 등온시효 동 안 솔더(Solder)의 계면에 발생하는 IMC(Intermetallic Compound) 성장이 관찰되었으며, solder 접합부의 기계적 특성은 굽힘충격 시험법을 이용하여 평가되었다. 그 결과 시효처리 전에는 Ag 함량이 낮은 solder의 굽힘충격 특성이 우수하게 나타났으나, 시효처리 후에는 반대의 결과를 나타내었다. 이 결과는 IMC layer 주변에 생성된 미세한 $Ag_3Sn$ 및 조대한 $Cu_6Sn_5$와 관련되어, 미세한 $Ag_3Sn$이 충격을 완화한 것으로 나타나 이에 따라 굽힘충격 특성에 차이가 나타남을 알 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권1호
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• pp.77-85
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• 2004

플라즈마 리플로우 솔더링에서 솔더볼의 접합성을 향상시키기 위해 UBM(Under Bump Metallization)을 Ar-10vol%$H_2$플라즈마로 클리닝하는 방법을 연구하였다. UBM층은 Si 웨이퍼 위에 Au(두께; 20 nm)/ Cu(4 $\mu\textrm{m}$)/ Ni(4 $\mu\textrm{m}$)/ Al(0.4 $\mu\textrm{m}$)을 웨이퍼 측으로 차례대로 증착하였다. 무연 솔더로는Sn-3.5wt%Ag, Sn-3.5wt%Ag-0.7wt%Cu를 사용하였고 Sn-37wt%Pb를 비교 솔더로 사용하였다. 지름이500 $\mu\textrm{m}$인 솔더 볼을 플라즈마 클리닝 처리를 한 UBM과 처리하지 않은 UBM위에 놓고, Ar-10%$H_2$플라즈마 분위기에서 플럭스 리스 솔더링하였다. 이 결과는 플럭스를 사용하여 대기 중에서 열풍 리플로우한 결과와 비교하였다. 실험 결과, 플라즈마 클리닝 후 플라즈마 리플로우한 솔더의 퍼짐율이 클리닝 하지 않은 플라즈마 솔더링보다 20-40%정도 더 높았다. 플라즈마 클리닝 후 플라즈마 리플로우한 솔더 볼의 전단 강도는 약58-65MPa로, 플라즈마 클리닝 하지 않은 플라즈마 리플로우보다 60-80%정도 높았으며, 플럭스를 사용한 열풍 리플로우보다는 15-35%정도 높았다. 따라서 Ar-10%$H_2$가스를 사용하여 UBM에 플라즈마 클리닝하는 공정은 플라즈마 리플로우 솔더 볼의 접합강도를 향상시키는데 상당한 효과가 있는 것으로 확인되었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제16권3호
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• pp.11-17
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• 2009

휴대폰 및 휴대기기의 낙하 충격에 대한 관심이 증가되고 있는 상황에서 솔더 볼 접합부의 낙하 충격특성은 패드의 종류와 리플로우 횟수에 영향을 받게 되어 이에 따른 신뢰성 평가가 요구된다. 이와 관련한 평 가법으로 일반적으로는 JEDEC에서 제정한 낙하충격 시험법을 사용하고 있으나 이 방법은 고 비용과 장시간이 소모되는 문제가 있어 본 연구에서는 낙하충격 특성을 간접적으로 평가하는 시험항목인 고속 전단시험을 실시하여 리플로우 횟수에 의해 성장하는 금속간 화합물 층과 OSP(Organic Solderability Preservative), ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold) 및 ENEPIG(Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) 등 표면처리에 따른 고속 전단특성을 비교, 분석하였다. 그 결과 리플로우 횟수가 증가함에 따라 IMC 층의 성장으로 고속 전단강도와 충격 에너지 값은 점차 감소하였다. 리플로우 횟수가 1회일 때는 ENEPIG, ENIG, OSP 순으로 고속 전단강도와 충격 에너지 값이 높았고 8회일 때는 ENEPIG, OSP, ENIG 순으로 충격 에너지 값이 높게 측정되었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제7권4호
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• pp.23-29
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• 2000

사용되는 metal구분 없이 반도체 공정장비들을 사용함으로써 cross-contamination을 유발시킬 수 있다. 특히, copper(Cu)는 확산이 쉽게 되어 cross-contamination에 의해 수 ppm정도가 wafer에 오염되더라도 트랜지스터의 leakage current발생 요인으로 작용할 수 있기 때문에 Si-IC성능에 치명적인 영향을 미칠 수 있는데, Si-LSI 실험실에서 할 수 있는 공정과 Si-LSI 실험실을 나와 할 수 있는 공정으로 구분하여 최대한 Si-LSI 장비를 공유함으로써 최소한의 장비로 Cu cross-contamination문제를 해결할 수 있다. 즉, 전기도금을 할 때 전극으로 사용되어지는 TiW/Al sputtering, photoresist (PR) coating, solder bump형성을 위한 via형성까지는 Si-LSI 실험실에서 하고, 독립적인 다른 실험실에서 Cu-seed sputtering, solder 전기도금, 전극 etching, reflow공정을 하면 된다. 두꺼운 PR을 얻기 위하여 PR을 수회 도포(multiple coaling) 하고, 유기산 주석과 유기산 연의 비를 정확히 액 조성함으로서 Sn:Pb의 조성비가 6 : 4인 solder bump를 얻을 수 있었다. solder를 도금하기 전에 저속 도금으로 Cu를 도금하여, PR 표면의 Cu/Ti seed층을 via와 PR표면과의 저항 차를 이용하여 PR표면의 Cu-seed를 Cu도금 중에 etching 시킬 수 있다. 이러한 현상을 이용하여 선택적으로 via만 Cu를 도금하고 Ti층을 etching한 후, solder를 도금함으로써 저 비용으로 folder bump 높이가 60 $\mu\textrm{m}$ 이상 높고, 고 균일/고 밀도의 solder bump를 형성시킬 수 있었다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2003년도 기술심포지움 논문집
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• pp.80-83
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• 2003

본 연구에서는 고온 솔더 범프와 저온 솔더 패드를 이용하여 $140^{\circ}C$에서 1분간의 리플로 공정을 통해 접합에 성공하였다. 고온 솔더 범프로 Sn-4.0Ag-0.5Cu 솔더 볼을 사용하였고, 저온 솔더는 In-48Sn $(mp:\;117^{\circ}C)$ 솔더를 기판에 evaporation 방법으로 두께 $20\;{\mu}m$의 패드 형태로 증착하였다. $140^{\circ}C$에서 1분간의 리플로 공정을 통해 칩과 기판을 접합하였으며, 접합 단면을 관찰해 본 결과 저온 솔더가 녹아 고온 솔더에 wetting된 것을 관찰하였다. 이 시편을 상온에서 시효처리를 실시한 결과 시간의 경과에 따라 저온 솔더와 고온 솔더가 상호 확산하여 약 $40\;{\mu}m$였던 확산층의 범위가 점차 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한, 리플로 공정변수에 따른 솔더의 미세구조 변화 및 ball shear strength등의 기계적 특성에 대해 고찰하였다.