Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.9
no.2
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pp.39-43
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2002
The eutectic solder Sn-37Pb and the lead free solder alloys with the compositions of Sn-0.7Cu, Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-0.75Cu, Sn-2.0Ag-0.7Cu-3.0Bi were applied to the 48 BGA packages, and then it was discussed for the shear strength at the solder joints as the hardness and the composition of the small solder ball. As a result of experiments, the high degree of hardness with the displacement of 0.043 mm was obtained in Sn-2.0Ag-0.7Cu-3.0Bi. The shear strength of the lead free solder was higher than that of Sn-37Pb solder, and it can be obtained the maximum value of about 52% in Sn-2.0Ag-0.7Cu-3.0Bi.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.14
no.4
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pp.71-77
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2007
In this study, the mechanical and electrical properties of three different ball grid array (BGA) solder joints, consisting of Sn-37Pb, Sn-3.5Ag and Sn-3.5Ag-0.75Cu (all wt.%), with organic solderability preservative (OSP)-finished Cu pads were investigated as a function of reflow number. Based on scanning electron microscopy (SEM) analysis results, a continuous $Cu_6Sn5$, intermetallic compound (IMC) layer was formed at the solder/substrate interface, which grew with increasing reflow number. The ball shear testing results showed that the shear force peaked after 3 reflows (in case of Sn-Ag solder, 4 reflows), and then decreased with increasing reflow number. The electrical property of the joint gradually decreased with increasing reflow number.
The microstructure, wettability, shear strength and aging effect of Sn-3.5Ag/Cu and Alloy42 lead-frame solder joints were measured for comparison. In the case of Sn-3.5Ag/Cu, $Ag_3Sn and Cu_6Sn_5$ phases in the matrix Sn and $1~2\mu\textrm{m}$ thick $Cu_6Sn_5$ phase at the interface of solder/lead-frame were formed. In the case of Sn-3.5Agl Alloy42, only AgJSn phase of low density in the matrix Sn and $0.5~1.5\mu\textrm{m}$ thick $FeSn_2$, phase at the interface of solder/leadframe were formed. Comparing to Cu, Alloy42 showed wider area of spread and smaller contact angle, thus better wettability. But shear strength and ductility of Alloy 42 solder joints were only 33% and 75% of those of Cu, respectively After aging at $180^{\circ}C$ for 1 week, $\xi-Cu_3Sn$ layer on $\eta-Cu_6Sn_5$ layer was formed on Cu lead-frame, while coarsened circular $Ag_3Sn$ phase in the matrix and thickened $FeSn_2$, at the interface were formed on Alloy42 lead- frame.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.10
no.3
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pp.19-27
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2003
Surface finishes of PCB laminates are important in the solder joint reliability of flip chip package because the types and thicknesses of intermetallic compound(IMC), and compositions and hardness of solders are affected by them. In this study, effects of surface finishes of PCB on the low cycle fatigue resistance of Sn-based lead-free solders; Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-XCu(X=0.75, 1.5), Sn-3.5Ag-XBi(X=2.5, 7.5) and Sn-0.7Cu were investigated for the Cu and Au/Ni surface finish treatments. Displacement controlled room temperature lap shear fatigue tests showed that fatigue resistance of Sn-3.5Ag-XCu(X=0.75, 1.5), Sn-3.5Ag and Sn-0.7Cu alloys were more or less the same each other but much better than that of Bi containing alloys regardless of the surface finish layer used. In general, solder joints on the Au/Ni finish showed better fatigue resistance than those on the Cu finish. Cross-sectional fractography revealed microcracks nucleation inside of the interfacial IMC near the solder mask edge, more frequently on the Cu than the Au/Ni surface finish. Macro cracks followed the solder/IMC interface in the Bi containing alloys, while they propagated in the solder matrix in other alloys. It was ascribed to the Bi segregation at the solder/IMC interface and the solid solution hardening effect of Bi in the $\beta-Sn$ matrix.
Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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2001.11a
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pp.141-145
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2001
Sn-3.5Ag 무연 솔더에 Cu를 첨가한 3원계 합금을 만든 후 압연과 열처리한 후 크리프 특성을 연구하였다. 모든 솔더 합금에서 1차 크리프는 거의 관찰되지 않았으며, 2차와 3차 크리프가 대부분을 차지하였고, 최소 크리프 변형율은 Cu 함량이 0.75 wt %에서 최소이었고, 응력 지수는 약 4이었으며, 파단 시간 또한 0.75 wt% Cu에서 가장 길었다. 크리프 기구는 격자 확산에 의한 전위의 상승과 전위 활주에 의한 고온 크리프임을 앞 수 있었으며, Cu의 첨가는 1 wt% 가지 연성에 큰 영향을 주지 않았으나, 1.5 wt% 첨가했을 경우 연성은 크게 감소하였다.
Cu-cored Sn-Ag solder balls were fabricated by coating pure Sn and Ag on Cu balls. The melting behavior and the solderability of the BGA joint with the Ni/Au coated Cu pad were investigated and were compared with those of the commercial Sn-Ag and Sn-Ag-Cu balls. DSC analyses clarified the melting of Cu-cored solders to start at a rather low temperature, the eutectic temperature of Sn-Ag-Cu. It was ascribed to the diffusion of Cu and Ag into Sn plating during the heating process. After reflow soldering the microstructures of the solder and of the interfacial layer between the solder and the Cu pad were analyzed with SEM and EPMA. By EDX analysis, formation of a eutectic microstructure composing of $\beta$-Sn, Ag$_3$Sn, ad Cu$_{6}$Sn$_{5}$ phases was confirmed in the solder, and the η'-(Au, Co, Cu, Ni)$_{6}$Sn$_{5}$ reaction layer was found to form at the interface between the solder and the Cu pad. By conducting shear tests, it was found that the BGA joint using Cu-cored solder ball could prevent the degradation of joint strength during aging at 423K because of the slower growth me of η'-(Au, Co, Cu, Ni)$_{6}$Sn$_{5}$ reaction layer formed at the solder, pad interface. Furthermore, Cu-cored multi-component Sn-Ag-Bi balls were fabricated by sequentially coating the binary Sn-Ag and Sn-Bi solders on Cu balls. The reflow property of these solder balls was investigated. Melting of these solder balls was clarified to start at the almost same temperature as that of Sn-2Ag-0.75Cu-3Bi solder. A microstructure composing of (Sn), Ag$_3$Sn, Bi and Cu$_{6}$Sn$_{5}$ phases was found to form in the solder ball, and a reaction layer containing primarily η'-(Au, Co, Cu, Ni)$_{6}$Sn$_{5}$ was found at the interface with Ni/Au coated Cu pad after reflow soldering. By conducting shear test, it was found that the BGA joints using this Cu-core solder balls hardly degraded their joint shear strength during aging at 423K due to the slower growth rate of the η'-(Au, Cu, Ni)$_{6}$Sn$_{5}$ reaction layer at the solder/pad interface.he solder/pad interface.
In this study, the numerical prediction of the thermal fatigue lie? of a $\mu$BGA (Micro Ball Grid Array) solder joint was focused. Numerical method was performed using the three-dimensional finite element analysis for various solder alloys such as Sn-37%Pb, Sn-3.5%Ag, Sn-3.5%Ag-0.7%Cu and Sn-3.5%Ag-3%In-0.5%Bi during a given thermal cycling. Strain values obtained by the result of mechanical fatigue tests for solder alloys, were used to predict the solder joint fatigue life using the Coffin-Manson equation. The numerical results showed that Sn-3.5%Ag with the 50-degree ball shape geometry had the longest thermal fatigue life in low cycle fatigue. A practical correlation for the prediction of the thermal fatigue life was also suggested by using the dimensionless variable γ. Additionally Sn-3.5Ag-0.75Cu and Sn-2.0Ag-0.5Cu-2.0Bi were applied to 6$\times$8$\mu$BGA obtained from the 63Sn-37Pb Solder. This 6$\times$8$\mu$BGA were tested at different aging conditions at 130$\^{C}$, 150$\^{C}$, 170$\^{C}$ for 300, 600 and 900 hours. Thickness of the intermetallic compound layer was measured thor each condition and the activation energy thor their growth was computed. The fracture surfaces were analyzed using SEM (Scanning Electron Microscope) with EDS ( Energy Dispersive Spectroscopy).
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.8
no.3
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pp.37-42
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2001
The concerns of the toxicity and health hazard of lead in solders have demanded the research to find suitable lead-free solder alloys. It was discussed that effect of the intermetallic formation and structure on the reliability of solder joints. In this study, lead-free solder alloys with compositions of Sn/3.5Ag/0.75Cu, Sn/2.0Ag/0.5Cu/2.0Bi were applied to the 48 $\mu$BGA packages. Also, the lead-free solder alloys compared with eutectic Sn/37Pb solder using shear test under various aging temperature. Common $\mu$BGA with solder components was aged at $130^{\circ}C$, $150^{\circ}C$ and $170^{\circ}C$. And the each temperature applied to 300, 600 and 900 hours. The thickness of the intermetallics was measured for each condition and the activation energy for their growth was computed. The fracture surfaces were analyzed using SEM (Scanning Electron Microscope) with EDS (Energy Dispersive Spectroscopy). These results for reliability of lead-free interconnections are discussed.
The effects of operating temperature and stress on degradation of components in high temperature steam generator were investigated. Several 2.25CrlMo tubes which had operated over 20 years and an unused 9CrlMoVNb tube were tested. For the former samples, the amount of $\textrm{M}_{6}\textrm{C}$ carbide and its size are increased with the aging or operating time. The precipitation behavior of carbides ($\textrm{M}_{2}\textrm{O}$, $\textrm{M}_{6}\textrm{C}$) is changed with the operating temperature of the tubes. However, unused 9CrlMoVNb samples show a different carbide precipitation process due to high chromium, vanadium, and niobium contents. The amount of Cr-rich $\textrm{M}_{23}\textrm{C}_{6}$ carbide is significantly increased with aging time, but that of $\textrm{M}_{6}\textrm{C}$ type carbide is rarely changed with aging time at elevated temperatures.
One piece of Haedong-Tongue(해동통보) minted at 1,102 A.D. was excavated from No.20 wooden coffin, Sinbong-dong, Cheongju. It was analyzed by micro-XRF and ICP and determined the concentrations of ten elements such as Cu, Pb, Sn, Zn, Fe, Mn, Sb, Co, As, Ag and Ni. The measurement of lead isotope ratios was also carried out in order to predict the provenance of raw materials used for minting of Haedong-Tongbo. It was found that Haedong-Tongbo was minted with three compositions of $Cu\;75.5\%,\;Pb\;13.3\%\;and\;Sn\;6.0\%$, which were different from the typical composition of Chosen-Tongbo and Sangpyung-Tongbo used in Chosen dynasty. Lead isotope ratios of Haedong-Tongbo showed that the provenance of lead used for minting of it suggested the possibility to be originated from Southern part of Korea.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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