• 한국주조공학회지
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• 제22권2호
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• pp.89-96
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• 2002

This study examined the effects of adding Zn to Sn-3.5Ag solder on the microstructure changes and behavior of interface reaction of the solder joint with Cu substrate. The solder/Cu joints were examined with microscope to observe the characteristics of microstructure changes and interfacial reaction layer with aging treatment for up to 120 days at $150^{\circ}C$. Results of the microstructure changes showed that the microstructures were coarsened with aging treatment, while adding 1%Zn suppresses coarsening microstructures. The Sn-3.5Ag/Cu had a fast growth rate of the reaction layer in comparison with the Sn-3.5Ag-1Zn at the aging temperature of $150^{\circ}C$. Through the SEM/EDS analysis of solder joint, it was proved that intermetallic layer was $Cu_6Sn_5$ phase and aged specimens showed that intermetallic layer grew in proportion to $t^{1/2}$, and the precipitate of $Ag_3Sn$ occur to both inner layer and interface of layer and solder. In case of Zn-containing composite solder, $Cu_6Sn_5$ phase formed at the side of substrate and Cu-Zn-Sn phase formed at the other side in double layer. It seems that Cu-Zn-Sn phase formed at solder side did a roll of banrier to suppress the growth of the $Cu_6Sn_5$ layer during the aging treatment.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제21권2호
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• pp.91-97
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• 2014

본 연구에서는 고속 전단시험의 변형속도를 500 mm/s로 설정한 상태에서 Sn-Ag-Cu계(Sn-1.0wt.%Ag-0.5Cu 및 Sn-4.0Ag-0.5Cu)뿐만이 아니라 4종의 4원계 Sn-Ag-Cu-In 조성(Sn-1.0Ag-0.5Cu-1.0In, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.6In, Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In)을 포함하는 무연 솔더 접합부의 솔더링 직후 및 시효 시간에 따른 파면 생성결과, 접합강도 및 접합부 파괴에너지값의 변화를 측정, 비교해 보았다. 그 결과, 리플로우 솔더링 직후 및 $125^{\circ}C$에서의 500 시간 시효까지 주로 연성 파괴모드 및 준연성 파괴모드가 관찰되었으며, 준연성 파괴모드의 발생 빈도를 분석할 때 고속 전단조건에서 상용 무연 솔더 조성인 Sn-3.0Ag-0.5Cu 이상의 연성파괴 특성을 나타내는 것으로 파악되었다. 또한 4원계 무연 솔더 조인트는 평균적으로 Sn-Ag-Cu계 조성 수준의 파단에너지값을 나타내었는데, 약 100 시간의 시효 후 최고의 파단에너지값이 관찰되었으나 500 시간의 시효 후에는 파단에너지값의 확연한 감소가 관찰되어 500 시간의 시효시점부터 솔더 접합 계면부의 신뢰성 감소가 가속화되는 경향을 관찰할 수 있었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제11권4호
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• pp.43-48
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• 2004

상부 칩과 하부 기판이 모두 Si으로 구성되어 있는 플립칩 패키지 시편을 제조하여 $130{\~}160^{\circ}C$의 온도 범위에서 $3{\~}4{\times}10^4 A/cm^2$의 전류밀도를 가하여 주면서 플립칩 본딩된 Sn-3.5Ag-0.5Cu 솔더범프의 electromigration 거동을 분석하였다. Sn-3.5Ag-0.5Cu 솔더범프의 cathode로부터 anode로의 electromigration에 의해 Cu UBM이 완전히 소모되어 cathode부위에서 void가 형성됨으로써 파괴가 발생하였다. Sn-3.5Ag-0.5Cu 솔더범프의 electromigration에 대한 활성화 에너지는 $3{\times}10^4 A/cm^2$의 전류밀도에서는 0.61 eV, $3.5{\times}10^4 A/cm^2$의 전류밀도에서는 0.63 eV, $4{\times}10^4 A/cm^2$의 전류밀도에서는 0.77 eV로 측정되었다.

• 한국재료학회지
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• 제24권3호
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• pp.166-173
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• 2014

The effects of printed circuit board electroless nickel immersion gold (ENIG) and organic solderability preservative (OSP) surface finishes on the electromigration reliability and shear strength of Sn-3.5Ag Pb-free solder bump were systematically investigated. In-situ annealing tests were performed in a scanning electron microscope chamber at 130, 150, and $170^{\circ}C$ in order to investigate the growth kinetics of intermetallic compound (IMC). Electromigration lifetime and failure modes were investigated at $150^{\circ}C$ and $1.5{\times}10^5A/cm^2$, while ball shear tests and failure mode analysis were conducted under the high-speed conditions from 10 mm/s to 3000 mm/s. The activation energy of ENIG and OSP surface finishes during annealing were evaluated as 0.84 eV and 0.94 eV, respectively. The solder bumps with ENIG surface finish showed longer electromigration lifetime than OSP surface finish. Shear strengths between ENIG and OSP were similar, and the shear energies decreased with increasing shear speed. Failure analysis showed that electrical and mechanical reliabilities were very closely related to the interfacial IMC stabilities.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제12권2호
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• pp.121-128
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• 2005

전자 기기의 솔더 접합부는 고온에서 작동하고 온도 변화와 부품의 열팽창계수 차에 의해 소성변형을 겪게 된다. 그리고 변형된 솔더는 다시 고온에서 회복과 재결정의 과정을 겪는다. 이와 같은 일련의 열적 기계적 과정은 솔더의 미세구조와 기계적 특성을 변화시킨다. 본 연구에서는 전자 장치가 실제 작동할 때 솔더의 기계적 특성 변화를 예측하기 위해 여러 종류의 무연 솔더와 복합 솔더 (composite solder)의 미소경도 (micohardness)를 다양한 열적 기계적 환경에서 측정하였다. 측정된 무연 솔더에는 Sn, Sn-0.7Cu, Sn-3.5Ag-0.7Cu, Sn-2.8Ag-7.0Cu (복합 솔더), Sn-2.7Ag-4.9Cu-2.9Ni (복합 솔더)가 포함되어 있다. 솔더 시편은 $0.4{\~}7^{\circ}C$/sec의 냉각속도로 주조되었고 $30{\~}50\%$의 압축변형을 가한 후 $150^{\circ}C$에서 48시간 열처리하였다. 미소경도는 $25{\~}130^{\circ}C$에서 측정하였다. 각 시편의 미세구조 역시 관찰하여 미세구조와 비교하였다.

• Corrosion Science and Technology
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• 제6권2호
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• pp.50-55
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• 2007

The smaller size and higher integration of advanced electronic package systems result in severe electrochemical reliability issues in microelectronic packaging due to higher electric field under high temperature and humidity conditions. Under these harsh conditions, electronic components respond to applied voltages by electrochemical ionization of metal and the formation of a filament, which leads to short-circuit failure of an electronic component, which is termed electrochemical migration. This work aims to evaluate electrochemical migration susceptibility of the pure Sn, Sn-3.5Ag, Sn-3.0Ag-0.5Cu solder alloys in $Na_{2}SO_{4}$. The water drop test was performed to understand the failure mechanism in a pad patterned solder alloy. The polarization test and anodic dissolution test were performed, and ionic species and concentration were analyzed. Ag and Cu additions increased the time to failure of Pb-free solder in 0.001 wt% $Na_{2}SO_{4}$ solution at room temperature and the dendrite was mainly composed of Sn regardless of the solders. In the case of SnAg solders, when Ag and Cu added to the solders, Ag and Cu improved the passivation behavior and pitting corrosion resistance and formed inert intermetallic compounds and thus the dissolution of Ag and Cu was suppressed; only Sn was dissolved. If ionic species is mainly Sn ion, dissolution content than cathodic deposition efficiency will affect the composition of the dendrite. Therefore, Ag and Cu additions improve the electrochemical migration resistance of SnAg and SnAgCu solders.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제17권1호
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• pp.25-31
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• 2010

본 연구에서는 무연 솔더 중 우수한 특성을 보여 실용화된 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성의 솔더를 사용하여 2주 동안의 시효조건에서 W의 함량이 무전해 Ni-W-P 도금층과 솔더와의 계면에서의 IMC 생성에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 도금층내 인의 함량은 8 wt.%로 고정하였고, 텅스텐의 함량은 각각 0, 3, 6 및 9 wt.%로 변화시켰으며, 모든 시료는 $255^{\circ}C$에서 리플로우한 후, $200^{\circ}C$에서 2주 동안 시효처리하였다. 각각의 시료에서 $(Cu,Ni)_6Sn_5$와 $(Ni,Cu)_3Sn_4$의 IMC가 관찰되었으며, 시효처리시간의 증가에 따라 UBM과 무연납의 계면에서 생성된 IMC가 증가함을 보였고, W의 함량이 높을수록 열적 안정성이 증가하여 $Ni(W)_3P$의 생성 속도를 늦춰 그에 따른 영향으로 IMC의 두께가 증가함을 보였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제12권1호
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• pp.47-52
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• 2005

전세계 전자패키지 산업에서 납(Pb) 사용에 대한 환경규제 움직임이 본격화되고 있어 새로운 무연솔더의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 게다가 무연솔더의 신뢰성에 대한정보가 아직까지 많이 부족한 실정이다 무연솔더의 신뢰성에 영향을 줄수 있는 것 중의 하나가 Sn pest라고 알려진 동소체 변태이다. Sn pest가 형성될 때 동반되는 부피의 증가는 솔더 조인트의 신뢰성을 저하시킨다. 이미 보고된 바에 따르면, Sn 고용도가 있는 원소(Pb, Bi, Sb)들을 첨가시킬 경우 Sn pest가 효과적으로 억제된다. 그러나 Sn pest를 억제하는 합금에 대한 기계적인 특성에 연구가 거의 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 Sn과 Sn-0.7Cu를 기반으로 하여 Bi, Sb을 첨가한 솔더 합금을 사용하여 lap shear크리프 실험을 하였다. 본 연구에서 사용한 합금들의 변형율은 전체적으로 Sn-3.5Ag를 기반으로 하는 합금들보다 높았다. 파괴까지 이르는 변형량은 Sn-0.5Bi가 가장 크고 Sn-0.7Cu-0.5Sb 합금이 가장 작았는데 이러한 경향은 Sn-0.5Bi 합금의 파단면에 Sn globules이 길게 늘어나 있고 Sn-0.7Cu-0.5Sb 합금에서는 더 짧은 Sn globules 이 관찰되는 결과와 일치하였다.

• 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.

• 대한금속재료학회지
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• 제46권5호
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• pp.310-314
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• 2008

Electromigration test of flip chip solder bump is performed at $140^{\circ}C$ C and $4.6{\times}10^4A/cm^2$ conditions in order to compare electromigration with thermomigration behaviors by using electroplated Sn-3.5Ag solder bump with Cu under-bump-metallurgy. As a result of measuring resistance with stressing time, failure mechanism of solder bump was evaluated to have four steps by the fail time. Discrete steps of resistance change during electromigration test are directly compared with microstructural evolution of cross-sectioned solder bump at each step. Thermal gradient in solder bump is very high and the contribution of thermomigration to atomic flux is comparable with pure electromigration effect.