• 대한기계학회논문집A
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• 제28권12호
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• pp.1856-1863
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• 2004

In the last 50 years, lead-contained solder materials have been the most popular interconnect materials used in the electronics industry. Recently, lead-free solders are about to replace lead-contained solders for preventing environmental pollutions. However, the reliability of lead-free solders is not yet satisfactory. Several researchers reported that lead-contained solders have a good fatigue property. The others published that the lead-free solders have a longer thermal fatigue life. In this paper, the reason for the contradictory results published on the estimation of fatigue life of lead-free solder is investigated. In the present study, fatigue behavior of 63Sn37Pb, and two types of lead-free solder joints were compared using pseudo-power cycling testing method, which provides more realistic load cycling than chamber cycling method does. Pseudo-power cycling test was performed in various temperature ranges to evaluating the shear strain effect. A nonlinear finite element model was used to simulate the thermally induced visco-plastic deformation of solder ball joint in BGA packages. It was found that lead-free solder joints have a good fatigue property in the small temperature range condition. That condition induce small strain amplitude. However in the large temperature range condition, lead-contained solder joints have a longer fatigue life.

• Journal of Welding and Joining
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• 제15권2호
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• pp.36-42
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• 1997

In this paper, stability of initial strength at solder joint with lead free solders, such as Sn-In (52-48%) and Sn-Ag (96.5-3.5wt%) was studied. To obtain at solder joint with high quality, it is very important to control the temperature at the interface of solder joints. It is found that the thermal EMF (electro motive force) occurs betwee lead frame and copper pad on a substrate during reflow soldering process using heated tip. As a result of control the temperature at interface of solder joints, variation of initial strength at solder joint decreases from about $\pm40%$ to $\pm20%$, and it is realized Pb free soldering process using Sn/In and Sn-Ag solder paste.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제22권3호
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• pp.1-7
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• 2015

In this study, properties of Pb-free solders for automotive electronics parts were discussed. Lead-free solders for electronics became important after RoHS (Restriction of the use of certain Hazardous Substances) to avoid environmental pollution. Also the growing electronic rate in automotive parts and ELV (End-of Life Vehicles) make Pb-free solder for automotive electronics to be inevitable trend. Definitely, Pb-free solder for automotive electronics should have good wettability, basic strength, but need more reliability than other solders, since it has harsh condition like high temperature, humidity and engine vibration. Thus, shear strength test, thermal shock, drop test and many others are needed to ensure the high reliability. This study describes the properties and requirements of Pb-free solders for automotive electronics.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제12권4호
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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.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제9권2호
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• pp.39-43
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• 2002

48 $\mu$BGA 패키지에 Sn-37Pb 공정 솔더와 Sn-0.7Cu, Sn-3.5 Ag, Sn-2.0Ag-0.75Cu, Sn-2.0Ag-0.7Cu-3.0Bi 4종류의 무연 솔더를 적용하여, 미세 솔더 볼의 경도와 조성에 따른 솔더 접합부의 전단강도에 대해서 연구하였다. 실험 결과, 솔더 볼의 짖눌림은 Sn-2.0Ag-0.7Cu-3.0Bi에서 0.043mm로 큰 경도값을 얻었다. 또한 전단 강도 값은 무연 솔더가 Sn-37Pb 솔더보다 높았으며, Sn-2.0Ag-0.7Cu-3.0 Bi에서 최대 52% 높은 값을 나타내었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권3호
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• pp.17-26
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• 2010

반도체 패키지에 사용되고 있는 유연 솔더는 환경 보호 필요성 대문에 무연 솔더로 빠르게 대체되고 있다. 이와 같은 무연 솔더에 대한 여구는 주로 재료의 발견과 공정 적응성의 관점에서 이루어졌을 뿐, 기계적인 성질이나 신뢰성의 관점에서의 연구는 많이 이루어지지 않았다. 본 논문에서는 무아레 간섭계를 이용하여 유연 솔더와 무연 솔더 실장 WB-PBGA 패키지 결합체의 온도변화에 대한 열-기게적 거동을 해석하였다. 실시간 무아레 간섭계를 이용하여 각 온도 단계에서 변위 분포를 나타내는 간섭무늬를 얻고, 그로부터 유연과 무연의 솔더 조인트를 갖는 WB-PBGA 패키지의 굽힘 변형 거동 및 솔더 볼의 변형률을 비교 분석하였다. 분석결과를 보면 유연 솔더 실장 패키지 결합체의 솔더 볼은 칩경계 부근인 #3 솔더 볼에서 발생하는 전단변형률이 파손에 큰 영향을 미치며, 무연 솔더가 실장된 패키지 결합체의 솔더 볼은 가장 바깥 부근인 #7 솔더 볼에서 발행하는 수직 변형률이 파손에 큰 영향을 미칠 것으로 예측된다, 또한 무연 솔더 실장 패키지 결합체는 같은 온도 조건에서 유연 솔더 실장된 패키지에 비해 굽힘 변형이 휠씬 크게 발생될 뿐 아니라 솔더 볼의 유효변형률도 10% 정도 크게 발생하는 것으로 나타나서 열변형에 의한 파손에 취약할 것으로 예측된다.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2003년도 추계학술발표대회 개요집
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• pp.86-88
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• 2003

The characteristic of induction heating solder bump(solder ball: Sn-37Pb, Sn-3.5Ag, Sn-3.0Ag-0.5Cu) has analyzed in this paper. The initial condition of induction heating depends on the time and current. The shape of lead-free solder bump is better than lead solder. The shear strength of lead solder bump has decreased with aging time. The average of shear strength of solder bump is about 10N, 11N, and 11N respectively. The lead-free solder bump's shear strength is better than lead solder and varies irregularly with aging time.

• 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.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제14권2호
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• pp.23-33
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• 2007

RoHS, WEEE 등에서의 각종 환경문제에 대한 제약으로 Pb의 사용에 대한 규제가 점차 증가 하고 있다. 따라서 무연 솔더에 대한 관심이 증폭되고 있으며, 마이크로 전자공학 산업에서 무연 솔더를 사용하기 위해서는 여러 가지 새로운 신뢰성 평가기준을 요구한다. 예를 들어 높은 온도공정을 만족하는 패키지, 새로운 솔더가 야기하는 복잡한 기계적 고장, 그리고 제품 수명을 최대한 유지시켜 줄 수 있는 무연 솔더 소재의 선택을 포함한다. 본 연구에서는 국내산 솔더바 소재를 사용하여 접합부의 기계적 특성 및 젖음성, 퍼짐성 등의 품질평가 방법을 해외규격과 비교하여 시험하고 새로운 평가기준을 찾고자 하였다. 젖음성 및 퍼짐성 시험 결과 Sn-0.7Cu 무연 솔더 소재는 평가기준을 충분히 만족하였다. 또한 이 소재를 사용한 솔더 접합부의 전단시험 결과, 열충격 및 고온방치 시험 후에도 솔더링 상태의 초기강도와 비교하여 접합부의 전단강도가 크게 저하하지 않은 상태에서 기준치를 크게 상회하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제25권2호
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• pp.25-30
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• 2018

Sn-Pb솔더는 그동안 자동차 전장품에서 많이 사용되어 왔다. 그러나 최근에 환경과 인체에 대한 유해성 때문에 end-of-life vehicle (ELV)과 같은 국제 환경 규제로 인하여 Pb의 사용이 금지되었다. 이러한 이유로 자동차 전장품을 위한 Pb-free 솔더링에 관한 많은 연구들이 보고 되어 왔다. 한편, 자동차의 연료 효율성과 공간 활용을 위하여 유연성과 경량의 특성을 가지는 플렉시블 기판이 자동차 전장품에 사용되고 있다. 자동차 전장품에 대한 Pb-free 솔더 접합부 특성에 관한 연구들이 많이 진행되었음에도 불구하고 자동차의 사용 환경을 고려한 플렉시블 기판 솔더 접합부에 대한 신뢰성 특성에 관한 연구는 아직 부족한 실정이다. 본 연구에서는 organic solderability preservative (OSP) 및 electroless nickel immersion gold (ENIG) 표면처리 된 플렉시블 기판 위 Sn3.0Ag0.5Cu, Sn0.7Cu, Sn0.5Cu0.01Al(Si) 세 가지 Pb-free 솔더 접합부에 대한 특성을 보고 하였다. 솔더 조성과 기판 표면처리에 따른 접합부의 특성 및 신뢰성을 비교 평가 하기 위하여 인장 강도 시험, 열 충격 시험과 반복 굽힘 시험을 진행 하고 그 결과를 분석하였다. OSP 표면처리 된 기판 접합부에 대한 반복 굽힘 시험 결과 세 종류의 솔더 접합부 모두 파괴는 솔더 내부에서 일어 났으며 Sn3.0Ag0.5Cu 솔더의 접합부에서 반복 굽힘 수명이 가장 길게 나타났다.