Recently as environmental pollution caused by Pb has posed a serious threat to the global environment, the trend to regulate the usage of Pb in electronic industry is one the rise. Currently, the solder alloy with high Pb content, Sn-37%Pb, is utilized in the electronic assembly therefore, the objective of this study is to develop an alternative solder alloy for the existing Sn-37%Pb solder alloy. First thing, this work choosed Sn-5%Pb-1.5%Ag, Sn-5%Pb-1.5%Ag-x%Bi(x=1~5%) for candidate solder alloys, and examined their properties such as melting range, wettability, microhardness, tensile property, oxidation behavior and microstructure. Wettability was on the same level of Sn-37%Pb. Dissolution of Pb ion in Sn-5%Pb solder was 0.46ppm. This solder alloy revealed cellular dendrite microstructure $\beta$-Sn matrix, Pb-rich phase, Ag/Sn, and Cu/Sn Intermetallic compounds. The range of solidification temperature was within 3$0^{\circ}C$. Also these alloy displayed higher tensile strength and lower elongation than Sn-37%Pb. The resistance of oxidation in Sn-5%Pb-1.5%Ag solder alloy was superior to that of Sn-37%Pb solder alloy. But that of Sn-5%Pb-1.5%Ag-5%Bi solder alloy was equal to that of Sn-37%Pb solder alloy.
The purpose of this study was to evaluate the tensile strength of solder joint between gold alloy and nickel-chromium alloy. The specimens were made with type III gold alloys and Ni-Cr-Be alloy and Degular Lot 2 solder. Eighteen paired specimens were made, and subdivided into three groups. Group I specimens were gold alloy-gold alloy combination, Group II specimens were gold alloy-Ni-Cr alloy combination, Group III specimens were Ni-Cr alloy-Ni-Cr alloy combination. Solder block were made with solder investment(Degussa A,G, Germany) and stored in room temperature for 24 hours. To reduce the formation of metallic oxide and increase wetting properties, flux was used before preheating and soldering procedure. The specimens were preheated at $650^{\circ}C$ and flux were applied again and gas-oxygen torch was used to solder the specimen. All soldered specimens were subjected to a tensile force in the Instron universal testing machine : the crosshead speed was 1 mm/mim. Tensile strength values of three soldered joint groups were 1. Gold alloy-Gold alloy solder joint : $$48.8kg/mm^2$$ 2. Gold alloy-Ni-Cr alloy solder joint : $$30.9kg/mm^2$$ 3. Ni-Cr alloy-Ni-Cr alloy solder joint : $$31.8kg/mm^2$$ The microscopic examination of fracture site showed cohesive and combination fracture modes in gold alloy specimens, but showed all adhesive fracture modes in Ni-Cr alloy containing specimens.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.16
no.6
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pp.549-554
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2003
The purpose of this paper is to investigate the solder properties by the change of P mass percentage. Tension test, wetting balance test, spread test, and analysis of intermetallic compound after isothermal aging of Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.005P, Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.01P, Sn-2.5Ag-0.7Cu-0.02P, Sn-0.7Cu-0.005P were performed. Adding P in the solder alloys resulted in improvement of tensile strength, reduction of intermetallic compound growth, reduction of oxidization in fusible solders under wave soldering. After comparing solder alloy containing P with tin-lead eutectic solder alloy, P contained solders alloys showed much better solder properties than eutectic solder alloy. Furthermore, this solder alloy presented remarkable properties than any other lead-free solder alloy.
This work designed Sn-5%Pb-1.5%Ag-x%In solder alloy to develop the solder alloy with low Pb content. This solder alloy doesn't cause environmental pollution. and this study reviewed the probability of replacement of Sn-37%Pb solder as evaluation of melting range, wettability. microstructure, microhardne'ss, tensile strength, drossability of this new solder alloys. The level of international regulation in dissolution amount of Pb ion was 3ppm. But dissolution amount of Pb ion in Sn-5%Pb solder alloy confirmed not to threat the global environmental is 0.46ppm. The melting range of this solder alloy was $183-192^{\circ}C$. Also the range of solidification was very narrow within $5^{\circ}C$. The wettability was similar to Sn-37%Pb solder, and the effect of amount of In addition of wettability couldn't be founded. The probability of replacement in the melting range and wettability is very high. And microhardness of this solder alloy was 1.5 times of conventional type solder. Tensile strength of new solder alloys was a little high than that of conventional type solder. With increasing amount of In% addition, tensile strength was increased, but elongation was decreased. The solder alloy of l%In addition revealed AgSn and Pb on dendrite microstructure boundary, and $Ag_3Sn$, $Ag_3In$ and Pb were revealed on it at the solder alloy of 3% In addition. The drossability was superior to Sn-37%Pb solder alloy and the solder alloys of 2% In addition was not generated for 3hrs.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.9
no.1
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pp.21-28
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2002
Bismuth and Indium added Sn-Cu-Ni solder alloy was investigated for a new lead free solder. The thermal, electrical and mechanical properties were characterized for the Sn-0.7%(Cu+Ni) solder alloy by adding 2~5% Bi and 2~ 10% In. The melting point of solder alloy was in range of 200 to $222^{\circ}C$ and the mushy zone was in range of 20 to $37^{\circ}C$. This alloys could be adapted to middle and high temperature solder materials. A new solder alloy composition. Sn-0.7%(Cu+Ni) -3.5%Bi-2%In is very promising with high performance and effective cost. The melting point was $220^{\circ}C$, the mushy zone range was $25^{\circ}C$, and mechanical, electrical and wetting properties were competitive with those of other lead-free solder except the lower elongation value.
The surface oxidation mechanism of lead-free solder alloys has been investigated with multiple reflow using X-ray photoelectron spectroscopy. It was found that the solder surface of Sn-Ag-Cu-In solder alloy is surrounded by a thin $InO_x$ layer after reflow process; this coating protects the metallic surface from thermal oxidation. Based on this result, we have performed a wetting balance test at various temperatures. The Sn-Ag-Cu-In solder alloy shows characteristics of both thermal oxidation and wetting balance better than those of Sn-Ag-Cu solder alloy. Therefore, Sn-Ag-Cu-In solder alloy is a good candidate to solve the two problems of easy oxidation and low wettability, which are the most critical problems of Pb-free solders.
Ham, Young Pil;Heo, Woo Jin;Yu, Hyo Sun;Yang, Sung Mo
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.21
no.1
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pp.145-153
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2013
In this study, shear punch-creep (SP-Creep) at Sn-4Ag/Cu pad the joint was tested by using environment-friendly Pb-free solder alloy Sn-4Ag of electronic components. Pb eutectic alloy (Sn-37Pb) joints limited to environmental issues with reflow time (10sec, 30sec, 100sec, 300sec) according to two types of solder alloy joints are compared and evaluated by creep strain rate, rupture time and IMC (Intermetallic Compound) behavior. As the results, reflow time increases with increasing thickness of IMC can be seen at overall 100sec later in case of two solder joints on the IMC thickness of Sn-4Ag solder joints thicker than Sn-37Pb solder joints. In addition, when considering creep evaluation factors, lead-free solder alloy Sn-4Ag has excellent creep resistance more than Pb eutectic alloy. For this reason, the two solder joints, such as in the IMC (Cu6Sn5) was formed. However, the creep resistance of Sn-4Ag solder joints was largely increased in the precipitation strengthening effect of dispersed Ag3Sn with interface more than Sn-37Pb solder joints.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.14
no.2
s.43
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pp.49-57
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2007
Au-Sn solder alloy were deposited in multilayer and co-sputtered film by rf-magnetron sputter and the composition control and analysis were studied. For the alloy deposition condition, each components of Au or Sn were deposited separately. On the basis of pure Sn and Au deposition, the deposition condition for Au-Sn solder alloy were set up. As variables, the substrate temperature, the rf-power, and the thickness ratio were used for the optimum composition. For multilayer solder alloy, the roughness and the composition of solder alloy were controlled more accurately at the higher substrate temperature. In contrast, for co-sputtered solder, the substrate temperature influenced little to the composition, but the composition could be controlled easily by rf-power. In addition, the co-sputtered solder film mostly consisted of intermetallic compound, which formed during deposition. The compound were confirmed by XRD. Without flux during bonding of solder alloy film on leadframe, the adhesion strength were measured. The maximum shear stress was $330(N/mm^2)$ for multilayer solder with Au 10wt% and $460(N/mm^2)$ for co-sputtered solder with Au 5wt%.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2000.07a
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pp.640-644
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2000
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$_3$Sn and Cu$\sub$6/Sn$\sub$5/ phases in the matrix Sn and 1∼2$\mu\textrm{m}$ thick Cu$\sub$6/Sn$\sub$5/ Phase at the interface of solder/lead-frame were formed. In the case of Sn-3.5AAg/A11oy42, only Ag$_3$Sn Phase of low density in the matrix Sn and 0.5∼1.5$\mu\textrm{m}$ thick FeSn$_2$phase at the interface of solder/lead-frame were formed. Comparing to Cu, Alloy42 shear strength of Alloy 42 solder joints was smaller than that of Cu and all declined after aging. After aging at 180$^{\circ}C$ for 1 week, η-Cu$\sub$6/Sn$\sub$5/ layer was formed on Cu lead-frame, while AgSn$_3$ phase in the matrix and thickened FeSn$_2$at the interface were formed on Alloy42 lead-frame.
This paper reviews our recent research works on the interconnection technologies in electronic packaging and assembly. At the aspect of advanced joining methods, laser-ultrasonic fluxless soldering technology was proposed. The characteristic of this technology is that the oxide film was removed through the vibration excitated by high frequency laser change in the molten solder droplet. Application researches of laser soldering technology on solder bumping of BGA packages were carried out. Furthermore, interfacial reaction between SnPb eutectic solder and Au/Ni/Cu pad during laser reflow was analyzed. At the aspect of soldered joints' reliability, the system for predicting and analyzing SMT solder joint shape and reliability(PSAR) has been designed. Optimization design method of soldered joints' structure was brought forward after the investigation of fatigue failure of RC chip devices and BGA packages under temperature cyclic conditions with FEM analysis and experimental study. At the aspect of solder alloy design, alloy design method based on quantum was proposed. The macroproperties such as melting point, wettability and strength were described by the electron parameters. In this way, a great deal of the experimental investigations was replaced, so as to realize the design and research of any kinds of solder alloys with low cost and high efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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