[논문]Ni-foam/Sn-3.0Ag-0.5Cu 복합 솔더 소재를 이용한 EV 파워 모듈 패키지용 천이 액상 확산 접합 연구

서영진; 허민행; 윤정원

doi:10.6117/kmeps.2023.30.1.055

Ni-foam/Sn-3.0Ag-0.5Cu 복합 솔더 소재를 이용한 EV 파워 모듈 패키지용 천이 액상 확산 접합 연구
A Study of Transient Liquid Phase Bonding with Ni-foam/Sn-3.0Ag-0.5Cu Composite Solder for EV Power Module Package Application 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.30 no.1, 2023년, pp.55 - 62

서영진 (충북대학교 신소재공학과) , 허민행 (충북대학교 신소재공학과) , 윤정원 (충북대학교 신소재공학과)

초록
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본 연구에서는 서로 다른 Pore per inch (PPI, 1 inch 당 pore의 수)를 갖는 Ni-foam 사이에 Sn-3.0Ag-0.5Cu(wt.%, SAC305) 솔더 침지 공정을 수행하여 Ni-foam/SAC305 복합 솔더를 제조한 후, 이를 천이액상 확산 접합(Transient liquid Phase bonding, TLP bonding) 공정에 적용하여 형성된 접합부의 미세구조 분석 및 기계적 특성 평가가 수행되었다. 제조된 Ni-foam/SAC305 복합 솔더 프리폼 (Solder preform)은 Ni-foam 및 SAC305로 구성되었으며, Ni-foam 계면에는 (Ni,Cu)₃Sn₄ 조성의 금속간 화합물이 형성되었다. TLP 접합 공정 수행 시, Ni-foam 계면의 금속간 화합물은 (Ni,Cu)₃Sn₄+Au로 변환 되었으며, 접합 시간이 증가할수록 Ni-foam과 SAC305가 지속적으로 반응하면서 접합부는 금속간 화합물로 변환되었다. 130 PPI Ni-foam/SAC305 복합 솔더 접합부가 가장 빠른 속도로 금속간 화합물로 변화되는 것을 확인하였다. 기계적 특성에 미치는 Ni-foam의 영향을 확인하기 위해 전단 시험 수행 결과, TLP 접합 초기에 모든 조건의 솔더 접합부는 50 MPa 이상의 우수한 기계적 특성을 나타내었으며, 접합 시간이 증가할수록 전단 강도는 증가하는 경향을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, Sn-3.0Ag-0.5Cu (wt.%, SAC305) solder dipping process was performed between Ni-foam skeleton with different pore per inch (PPI) to fabricate Ni-foam/SAC305 composite solder, and then applied to the transient liquid phase (TLP) bonding process to evaluate the microstructure and mechanical properties of the bonded joint. The Ni-foam/SAC305 composite solder preform consisted of Ni-foam and SAC305, and an intermetallic compound (IMC) having a (Ni,Cu)3Sn4 composition was formed at the Ni-foam interface. During TLP bonding process, the IMC at the Ni-foam interface was converted to (Ni,Cu)3Sn4+Au, and as the bonding time increased, the Ni-foam and SAC305 continuously reacted, and the bonded joint was converted into an IMC. And it was confirmed that the 130 PPI Ni-foam/SAC305 composite solder joint was converted into an IMC at the fastest rate. As a result of performing a shear test to confirm the effect of Ni-foam on mechanical properties, solder joints under all conditions exhibited excellent mechanical properties of 50 MPa or more in the early stages of the TLP bonding process, and the shear strength tends to increase as the bonding time increases.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Schematics of a) the electrical and heat transfer flow of the bonded joints, b1) crack propagation of solder paste and preform joints and b2) crack propagation of foam metal bonded joints.²⁰⁾
그림 Fig. 2. Top-view SEM images of Ni-foams with different PPI: a) 80 PPI, b) 110 PPI, c) 130 PPI.
그림 Fig. 4. Schematics of a) the chip/composite solder/substrate before TLP bonding and b) the thermo-compression bonding machine.
그림 Fig. 3. a) Schematic of the dipping process of Ni-foam, and top-view SM images of Ni-foam b) before and c) after dipping.
그림 Fig. 5. Schematics of die shear testing.
그림 Fig. 7. Cross-section SEM images of Ni-foam/SAC305 composite solder joints according to PPI: (a1-a4) 80 PPI, (b1-b4) 110 PPI, and (c1-c4) 130 PPI.
그림 Fig. 6. a) Cross-section SEM image, b) elemental point analysis results, and c) elemental mapping results of 130Ni-foam/SAC305 composite solder.
그림 Fig. 8. a) Elemental point analysis results and b) elemental mapping results of 110Ni-foam/SAC305 during 5 min bonding.
그림 Fig. 9. Shear strength variation of Ni-foam/SAC305 composite solder joints according to PPI.
그림 Fig. 10. Fracture surface SM images of Ni-foam/SAC305 composite solder joints according to PPI: a) 110Ni-foam/SAC305, b) 130Nifoam/SAC305 during 30 min bonding.
그림 Fig. 11. Fracture surface SEM images of Ni-foam/SAC305 composite solder joints according to PPI during 30 min bonding.: (a, c) 110Nifoam/ SAC305, (b, d) 130Ni-foam/SAC305, (a, b) ×40, (c, d) ×150.
그림 Fig. 12. Elemental point analysis results of Ni-foam/SAC305 composite solder during 30 min bonding: a) 110Ni-foam/SAC305, b) 130Ni-foam/SAC305.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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