• ETRI Journal
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• 제41권6호
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• pp.820-828
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• 2019

A highly reliable conductive adhesive obtained by transient liquid-phase sintering (TLPS) technologies is studied for use in high-power device packaging. TLPS involves the low-temperature reaction of a low-melting metal or alloy with a high-melting metal or alloy to form a reacted metal matrix. For a TLPS material (consisting of Ag-coated Cu, a Sn96.5-Ag3.0-Cu0.5 solder, and a volatile fluxing resin) used herein, the melting temperature of the metal matrix exceeds the bonding temperature. After bonding of the TLPS material, a unique melting peak of TLPS is observed at 356 ℃, consistent with the transient behavior of Ag₃Sn + Cu₆Sn₅ → liquid + Cu₃Sn reported by the National Institute of Standards and Technology. The TLPS material shows superior thermal conductivity as compared with other commercially available Ag pastes under the same specimen preparation conditions. In conclusion, the TLPS material can be a promising candidate for a highly reliable conductive adhesive in power device packaging because remelting of the SAC305 solder, which is widely used in conventional power modules, is not observed.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제29권3호
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• pp.55-61
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• 2022

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.

• 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.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.35.2-35.2
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• 2009

최근 본 연구실에서 무연 솔더를 위한 새로운 Cu-Zn 합금 젖음층을 개발하였다. 전해도금을 통하여 Cu-Zn 합금층을 형성한 뒤 그 위에 Sn-4.0wt% Ag-0.5wt% Cu (SAC 405) 솔더를 리플로 솔더링을 통해 솔더접합부를 형성하였으며 계면에서 생성된 금속간 화합물의 형성 및 성장 거동을 연구하였다. SAC/Cu 시스템의 경우, $150^{\circ}C$에서 시효 처리를 실시하는 동안 솔더와 도금된 Cu 계면에서 $Cu_6Sn_5$ 상과 미세한 공공이 형성된 $Cu_3Sn$ 상이 발견되었다. 반면에 SAC/Cu-Zn 시스템에서는 계면에서 $Cu_6Sn_5$ 상만이 형성되었다. 또한 큰 판상형의 $Ag_3Sn$ 상이 SAC/Cu 시스템에 비해 현저하게 억제되었다. SAC/Cu-Zn 계면에서의 금속간 화합물의 성장 속도가 SAC/Cu 계면에서 형성된 금속간 화합물의 성장 속도보다 느리게 나타났다. Cu-Zn 젖음층의 Zn가 솔더와 Cu-Zn 층 사이에서 Cu와 Sn 원자의 상호 확산을 방해하기 때문이다. 본 연구에서는 Cu와 Cu-Zn 층을 이용한 솔더 접합부의 낙하 충격 신뢰성을 연구하였다. 낙하 충격 시험 시편은 두 개의 인쇄 회로 기판을 SAC 405 솔더볼을 이용하여 리플로를 통해 상호연결 하여 제조되었다. 이 때, 각각의 인쇄 회로 기판의 패드에는 Cu 층과 Cu-Zn층을 전해도금을 통하여 각각 $10{\mu}m$두께의 젖음층을 형성하였다. 낙하 시험 시편을 제조한 뒤, 시효 처리에 대한 낙하 저항 신뢰성의 특성을 연구하기 위해 250, 500 시간동안 시효처리를 한 후 각 조건에서 계면에 형성된 금속간 화합물의 성장 거동을 관찰하였으며, 낙하 충격 시험을 실시하였다. 낙하 시험은 daisy chain으로 연결된 시편의 저항이 100 Ohm 이상 측정되었을 때 중단되도록 하였다. Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 시편의 경우 초기 리플로를 하였을 때 불량이 발생하는 평균 낙하 수는 350이며, Cu/SAC/Cu 시편의 평균 낙하수는 200 미만으로 나타났다. Cu/SAC/Cu 시편의 경우, 시효처리 시간이 증가함에 따라 평균 낙하수는 큰 폭으로 감소하였지만, Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 시편은 불량이 발생하는 평균 낙하수의 감소폭이 보다 완만하게 나타났다. Cu 층에 Zn를 첨가함으로써 솔더와 젖음층 사이에서 형성된 금속간 화합물의 성장 및 미세 공공의 형성이 억제되었고, 솔더 접합부의 과냉을 감소시킴으로써 큰 판상형의 $Ag_3Sn$ 상의 형성을 억제함으로써 Cu-Zn/SAC/Cu-Zn 솔더 접합부에서 Cu/SAC/Cu 솔더 접합부보다 낙하 충격에 대한 저항성 및 신뢰성이 향상되었다. 이는 무연 솔더에 Zn를 첨가하여 낙하 충격 신뢰성을 향상시킨 것과 동일한 효과를 나타냈음을 확인하였다. 본 연구는 한국 과학 기술 재단의 전자패키지 재료 연구 센터(CEPM)와 지식 경제부의 부품 소재 기술 개발 사업의 지원을 받아 수행되었습니다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제8권3호
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• pp.37-42
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• 2001

지금 까지 전자패키지 접합에 사용되어온 Sn/37Pb 솔더는 낮은 용융온도와 우수한 물리적 특성, 그리고 저렴한 가격 등으로 널리 사용되었다. 그러나 납의 독성으로 인한 환경문제와 인체 유해성이 문제화되면서 이를 대체할 무연솔더의 요구가 시급한 실정이다. 또한 제품의 소형화에 따른 접합부의 미세화로 인한 접합부신뢰성이 요구되고 있다. 본 연구에서는 현재 Sn/37Pb 솔더를 사용하여 제품에 사용되고 있는 48 $\mu$BGA 패키지를 사용하여 Sn/Ag 계열 의 두 무연솔더인 Sn/3.5Ag/0.75Cu와 Sn/2.0Ag/0.5Cu/2.0Bi를 접합하여 장기신뢰성을 시효처리를 통하여 제시하였다. 시효처리는 $130^{\circ}C$, $150^{\circ}C$, $170^{\circ}C$ 온도에서 각각 300, 600, 900 시간동안 하였으며, 시효처리에 따른 전단강도와 각 솔더의 활성화에너지를 구하여 Sn/37Pb 솔더와 비교하였다. 두 무연솔더의 시효강도는 Sn/37Pb 솔더 보다 우수하였으며, 시효처리에 따라 형성된 솔더내부의 금속간화합물의 형상으로부터 균열의 성장과 형성에 대하여 논하였다. 이런 실험결과들로부터 두 무연솔더의 장기신뢰성 측면에서 대체가능성을 제시하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제19권1호
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• pp.47-53
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• 2012

무연 리플로우 공정 횟수에 따른 organic solderability preservative(OSP) 표면처리 두께변화 및 열화현상을 분석하였다. 무연솔더 접합부의 접합강도에 미치는 OSP 표면처리의 열화특성을 SnPb 표면처리 경우와 비교하여 조사하였다. 또한 리플로우 pass에 따른 무연솔더 접합강도 열화분석을 위해 OSP 및 SnPb 표면처리된 FR-4 재질 PCB를 각각 1-6회 리플로우 처리하였다. 이후 각 리플로우를 거친 PCB 위에 2012 칩 저항기를 실장한 후 접합강도 변화를 측정하였다. 그 결과, 리플로우 공정 중 열 노출에 의해 OSP 코팅두께가 감소되는 것이 관찰되었고, 코팅두께의 변화 및 OSP 코팅 층의 산화를 유발함으로써, 솔더의 젖음성이 감소될 수 있음을 확인할 수 있었다. OSP 열화에 따른 솔더 접합강도는 SnPb 표리처리시 평균 62.2 N 이였으며, OSP의 경우는 약 58.1 N 이였다. 리플로우 공정 노출에 따라 OSP 코팅 층은 열분해 되지만, 솔더 접합부의 접합강도 측면에서는 산업적으로 적용 가능성을 확인할 수 있었다.

• 한국마이크로전자및패키징학회:학술대회논문집
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• 한국마이크로전자및패키징학회 2003년도 기술심포지움 논문집
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• pp.151-155
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• 2003

The requirements for harsh environment electronic controllers in automotive applications have been steadily becoming more and more stringent. Electronic substrate technologists have been responding to this challenge effectively in an effort to meet the performance, reliability and cost requirements. An effect of the plasma cleaning at the alumina substrate and the IMC layer between $Sn-37wt\%Pb$ solder and Ag-Pd thick film conductor after reflow soldering has been studied. Organic residual carbon layer was removed by the substrate plasma cleaning. So the interfacial adhesive strength was enhanced. As a result of AFM measurement, Ag-Pd conductor pad roughness were increased from 304nm to 330nm. $Cu_6Sn_5$ formed during initial ref]ow process at the interface between TiWN/Cu UBM and solder grew by the succeeding reflow process so the grains had a large diameter and dense interval. A cellular-shaped $Ag_3Sn$ was observed at the interface between Ag-Pd conductor pad and solder. The diameters of the $Ag_3Sn$ grains ranged from about $0.1\~0.6{\mu}m$. And a needle-shaped $Ag_3Sn$ was also observed at the inside of the solder.

• 한국생산제조학회지
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• 제20권5호
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• pp.559-563
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• 2011

Drop impact reliability assessment of solder joints on the flip chip is one of the critical issues for micro system packaging. Our previous researches have been showing that new solder ball compositions of Sn-3.0Ag-0.5Cu has better mechanical reliability than Sn-1.0Ag-0.5Cu. In this paper, dynamic reliability analysis using Finite Element Analysis (FEA) is carried out to assess the factors affecting flip chip in drop simulation. The design parameters are size and thickness of chip, and size, pitch and array of solder ball with composition of Sn1.0Ag0.5Cu. The board systems by JEDEC standard including 15 chips, solder balls and PCB are modeled with various design parameter combinations, and through these simulations, maximum yield stress and strain at each chip are shown at the solder balls. It is found that larger chip size, smaller chip array, smaller ball diameter, larger pitch, and larger chip thickness have bad effect on maximum yield stress and strain at solder ball of each chip.

• 대한금속재료학회지
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• 제47권9호
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• pp.580-585
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• 2009

The effects of shear speed and tip height on the high speed shear test of Sn-3.0wt.%Ag-0.5wt.%Cu ball joints were investigated. Solder balls of $450{\mu}m$ in diameter were reflowed at $245^{\circ}C$ on a FR4 PCB (Printed Circuit Board) in order to obtain a sample for the high-speed shear test. The UBM was comprised of Cu/Ni/Au, and the shear speed and tip height varied from 0.5 to 3.0 m/s, and from 10 to $135{\mu}m$, respectively. According to the experimental results, faster shear speed enhanced the shear strength of the solder joints, regardless of the tip height. The fraction of ductile (solder) fracture decreased when the shearing speed was raised from 0.5 to 3.0 m/s. With an increasing tip height from 10 to 50 and $135{\mu}m$, the fracture mode changed from pad lift to mixed (ductile and brittle) and ductile fracture, respectively, while the shearing energy also increased in the same order. The shear energy had a proportional relationship with the fraction of the solder fracture.

• 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.