$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

[국내논문] Bi-10Cu-20Sb-0.3Ni 고온용 무연 솔더와 Cu와의 계면 반응 특성
Interfacial Reaction Characteristics of a Bi-20Sb-10Cu-0.3Ni Pb-free Solder Alloy on Cu Pad 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.17 no.1, 2010년, pp.1 - 7  

김주형 (서울산업대학교 신소재공학과) ,  현창용 (서울산업대학교 신소재공학과) ,  이종현 (서울산업대학교 신소재공학과)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

본 연구에서는 $430^{\circ}C$에서 Bi-10Cu-20Sb-0.3Ni 조성의 솔더 합금과 Cu간의 리플로루 솔더링 시 생성되는 계면 반응층을 분석하였고, 솔더링 시간에 따른 계면 반응층의 성장 속도를 측정하였다. 리플로우 솔더링 후 Bi-10Cu-20Sb-0.3Ni/Cu의 계면 반응층을 분석한 결과, $(Cu,Ni)_2Sb$$Cu_4Sb$ 금속간 화합물층, 그리고 Bi 조성과 $Cu_4Sb$ 상이 주기적으로 존재하는 아지랑이 형상층이 연속적으로 생성되었다. 또한 120 s까지의 솔더링 시간 영역에서는 계면 반응층의 총 두께가 솔더링 시간에 대해 직선적으로 증가하는 경향이 관찰되었다. 합금원소로 첨가된 Ni은 가장 두꺼운 $Cu_4Sb$ 반응층의 형성에 참여하지 않아 계면 금속간 화합물의 성장 속도를 억제시키는 작용을 나타내지 못했다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Interfacial reaction characteristics of a Bi-10Cu-20Sb-0.3Ni Pb-free alloy on Cu pad was investigated by reflow soldering at $430^{\circ}C$. The thickness of interfacial reaction layers with respect to the soldering time was also measured. After the reflow soldering, it was observed that ...

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • Takaku 등은 Thermo-Calc 또는 Pandat와 같은 소프트웨어와 데이터베이스를 사용하여 응고 시뮬레이션 및 용융상의 특성을 예측하는 방식으로 기계적 특성이 개선된 고온 솔더 합금의 설계 연구를 수행한 바 있다.9) 즉, miscibility gap을 가지는 Bi-Cu-X(Sb, Sn, Zn) 시스템으로부터 급냉을 통하여 특정한 미세구조를 형성함으로써 Bi 기반 솔더 합금의 기계적 특성을 보완하고자 하였으며, 이를 상용화 관점에서 고찰하였다. 그가 고려한 Bi-35Cu-15Sn, Bi-10Cu-20Sb 및 Bi-5Cu-5Zn 합금의 DSC 측정 결과를 살펴보면, Bi-35Cu-15Sn와 Bi-5Cu-5Zn 합금의 1차 흡열 피크의 시작온도는 Bi 기지의 융점 부근인 270℃에서 관찰된 반면, Bi-10Cu-20Sb는 290℃에서 1차 흡열피크를 나타내었다.
  • 따라서 고온용 무연 솔더 조성으로서 Bi-Cu-Sb 합금의 상용화 가능성을 보다 확보하기 위해서는 고온용 플럭스의 성분에 따른 젖음성의 변화 및 Cu 패드와의 과도한 반응 억제와 관련된 연구 결과가 필요한 것으로 분석되었다. 본 연구에서는 리플로우(reflow) 솔더링에 따른 Bi-10Cu-20Sb-0.3Ni/Cu 계면에서의 반응 조직을 면밀히 분석하면서 리플로우 시간에 따른 계면 반응층의 성장 거동을 관찰하고자 한다. 즉, Ni의 경우 Bi-10Cu-20Sb 조성과의 반응 시 수 µm 수준의 얇은 계면 반응층을 형성하는 데에 주목하여,9) Bi-10Cu-20Sb 조성 내에 소량의 Ni을 합금원소로 첨가하는 방법으로 계면 반응층의 조성 및 성장 속도 변화를 관찰하고자 하였다.

가설 설정

  • 문헌에 의하면 Cu2Sb 조성의 융점은 586℃로 보고되고 있어 430℃의 리플로우 솔더링 과정에서는 용융되지 않을 것이다.10) 그러나 리플로우 솔더링 과정에서 온도 상승에 의한 용융 솔더 기지의 고용량 상승 효과로 고상 상태 (Cu,Ni)2Sb 석출상의 분율은 일시적으로 감소할 것이다. 고용량은 이후의 냉각 과정에서 다시 감소할 것이고, 이때 배출되는 Ni은(Cu,Ni)2Sb 조성의 금속간 화합물 형태로 우선적인 석출상의 형성 위치인 계면 반응층부에 석출될 것으로 예상된다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
지난 10여 년 동안 전기, 전자산업의 표준 무연 솔더(Pb-free solder) 조성으로 사용된 것은? 지난 10여 년 동안 전기, 전자산업의 표준 무연 솔더(Pb-free solder) 조성으로는 Sn-3.0(wt%)Ag-0.5Cu 합금이 널리 사용되어져 왔다.1-4) 그에 비하여 200℃ 후반의 융점을 가지는 고온용 무연 솔더에 대한 연구 결과는 상대적으로 매우 미진하여 85% 이상의 Pb를 포함하는 고온용 솔더 조성은 오히려 아직까지도 유해물질규제지침(Restriction of Hazardous Substances, RoHS)의 예외 분야로 인정되고 있는 실정이다.
Au계 합금의 문제점은? 1에서 보인 다른 고온용 무연 솔더가 가지는 단점을 극복하고자 제시된 조성이다. 즉, Au계 합금은 원재료 가격이 너무 높아 산업적인 실용성이 떨어지는 단점을 가지며, Zn계 합금과 Al계 합금은 산화 특성이 강해 일반적인 수준의 플럭스(flux)로는 충분한 젖음성(wettability)의 확보가 이루어지지 않고 있다.5,6)뿐만 아니라 Zn계 합금은 갈바닉 부식(galvanic corrosion) 특성이 있어 장기적으로 접합부가 부식될 수 있는 위험성을 지니게 된다.
Bi-Cu-Sb 조성의 문제점은? 그럼에도 불구하고 Bi-Cu-Sb 조성 역시 다음과 같은 문제점들이 관찰되었다. 솔더링 공정과 같은 일반적인 공냉 조건에서는 문헌에서 제시된 것과 같은 미세한 조직을 확보할 수 없기 때문에 피로 수명이 크게 향상되는 복합(composite) 솔더의 장점을 확보할 수 없을 것으로 예측되었다. 또한 Ni 패드(pad)와는 다르게 Cu 패드와의 반응 조건에서는 미세조직적으로 응력 집중에 취약한 계면 금속간 화합물(intermetallic compound, IMC)층을 매우 두껍게 형성하는 것이 관찰되었다.9)
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (10)

  1. S. K. Kang, P. Lauro, D. -Y. Shih, D. W. Henderson, T. Gosselin, J. Bartelo, S. R. Cain, C. Goldsmith, K. J. Puttlitz, and T. -K, Hwang, "Evaluation of Thermal Fatigue Life and Failure Mechanisms of Sn-Ag-Cu Solder Joints with Reduced Ag Contents". Proc. 54th Electronic Components and Technology Conference (ECTC), Las Vegas, p.661, IEEE Components, Packaging and Manufacturing Technology Society (CPMT) (2004). 

  2. G. Henshall, R. Healy, R. S. Pandher, K. Sweatman, K. Howell, R. Coyle, T. Sack, P. Snugovsky, S. Tisdale, and F. Hua, "iNEMI Pb-free Alloy Alternatives Project Report: State of the Industry", SMTA J., 21, 11 (2008). 

  3. I. -N. Jang, J. -H. Park, and Y. -S. Ahn, "Effect of Reflow Number and Surface Finish on the High Shear Properties of Sn-Ag-Cu Lead-free Solder Bump", J. Microelectron. Packag. Soc., 16(3), 11 (2009). 

  4. J. -H. Lee, A. -M. Yu, J. -H. Kim, M. -S. Kim, and N. Kang, "Reaction Properties and Interfacial Intermetallics for SnxAg- 0.5Cu Solders as a Function of Ag Content", Met. Mater. -Int., 14, 649 (2008). 

  5. K. -L. Lin and T. -P. Liu, "The Electrochemical Corrosion Behavior of Pb-Free Al-Zn-Sn Solders in NaCl Solution", Mater. Chem. Phys., 56, 171 (1998). 

  6. Y. Takaku, K. Makino, K. Watanabe, I. Ohnuma, R. Kainuma, Y. Yamada, Y. Yagi, I. Nakagawa, T. Atsumi, and K. Ishida, "Interfacial Reaction between Zn-Al-Based High-Temperature Solders and Ni Substrate", J. Electron. Mater., 38(1), 54 (2008). 

  7. S. F. Corbin, "High-Temperature Variable Melting Point Sn- Sb Lead-Free Solder Pastes Using Transient Liquid-Phase Powder Processing", J. Electron. Mater., 34(7), 1016 (2005). 

  8. J. -M. Song, H. -Y. C., and Z. -M. Wu, "Interfacial Reactions between Bi-Ag High-Temperature Solders and Metallic Substrates", J. Electron. Mater., 35(5), 1041 (2006). 

  9. Y. Takaku, I. Ohnuma, R. Kainuma, Y. Yamada, Y. Yagi, Y. Nishibe, and K. Ishida, "Development of Bi-Base High-Temperature Pb-Free Solders with Second-Phase Dispersion: Thermodynamic Calculation, Microstructure, and Interfacial Reaction", J. Electron. Mater., 35(11), 1926 (2006). 

  10. W. F. Gale and T. C. Totemeier, Smithells Metalls Reference Book, 8th ed., Elsevier, Massachusetts (2004). 

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

BRONZE

출판사/학술단체 등이 한시적으로 특별한 프로모션 또는 일정기간 경과 후 접근을 허용하여, 출판사/학술단체 등의 사이트에서 이용 가능한 논문

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로