리플로우 횟수와 표면처리에 따른 Sn-Ag-Cu계 무연솔더볼의 고속전단 특성평가 (초)

장임남,박재현,안용식 대한금속ㆍ재료학회 2009 대한금속재료학회 학술대회 개요집 Vol.2009 No.-

Sn-Ag-Cu계 무연 솔더볼 접합부의 굽힘충격 시험방법 표준화

장임남,박재현,안용식,Jang, Im-Nam,Park, Jai-Hyun,Ahn, Yong-Sik 한국마이크로전자및패키징학회 2010 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.17 No.1

본 연구에서는 무연솔더볼 접합부의 신뢰성평가를 위해 굽힘충격 시험법을 사용하였다. 시험 방법의 표준화를 위하여 시험 시의 주파수, +/-진폭의 크기 등을 각각 변화하여 가면서 각 조건이 결과치에 미치는 영향을 분석하고 굽힘충격 시험을 위한 최적조건을 도출하였다. 굽힘충격 시험을 위한 최적조건은 주파수 10 Hz, 진폭은 (+12/-1)~(+15/-1)의 범위이었다. 시험에 사용된 PCB 표면처리는 Cu-OSP(Organic Solderability Preservative)와 ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold) 및 ENEPIG(Electroless Nickel, Electroless Palladium, Immersion Gold)의 3종류를 사용하였고, 솔더 접합계면과 파단면을 관찰한 결과 Cu-OSP와 ENIG의 경우 금속간 화합물 층을 따라서 균열이 발생하여 파단이 일어났으나, ENEPIG의 경우에는 주로 솔더 영역에서만 균열이 생성되고 성장하였다. An impact bending test method was used to evaluate the reliability for the solder joint of lead-free solder ball. In order to standardize the test method, the four point impact bending test was applied under the conditions of various frequencies and amounts of +/-amplitude respectively. Effects on the results were analysed. The optimum condition for impact bending test achieved in this study was the frequency of 10 Hz, and the amplitude of (+12/-1)~(+15/-1). 3 kinds of surface finishes Cu-OSP (Organic Solderability Preservative), ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold), and ENEPIG (Electroless Nickel, Electroless Palladium, Immersion Gold) were used. Fracture surface showed that cracks were initiated and fractured along the intermetallic layer in the case of surface finishes of Cu-OSP and ENIG, while in the case of ENEPIG the cracks were initiated and propagated in the solder region.

리플로우 횟수와 표면처리에 따른 Sn-Ag-Cu계 무연 솔더 범프의 고속전단 특성평가

장임남,박재현,안용식,Jang, Im-Nam,Park, Jai-Hyun,Ahn, Yong-Sik 한국마이크로전자및패키징학회 2009 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.16 No.3

휴대폰 및 휴대기기의 낙하 충격에 대한 관심이 증가되고 있는 상황에서 솔더 볼 접합부의 낙하 충격특성은 패드의 종류와 리플로우 횟수에 영향을 받게 되어 이에 따른 신뢰성 평가가 요구된다. 이와 관련한 평 가법으로 일반적으로는 JEDEC에서 제정한 낙하충격 시험법을 사용하고 있으나 이 방법은 고 비용과 장시간이 소모되는 문제가 있어 본 연구에서는 낙하충격 특성을 간접적으로 평가하는 시험항목인 고속 전단시험을 실시하여 리플로우 횟수에 의해 성장하는 금속간 화합물 층과 OSP(Organic Solderability Preservative), ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold) 및 ENEPIG(Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) 등 표면처리에 따른 고속 전단특성을 비교, 분석하였다. 그 결과 리플로우 횟수가 증가함에 따라 IMC 층의 성장으로 고속 전단강도와 충격 에너지 값은 점차 감소하였다. 리플로우 횟수가 1회일 때는 ENEPIG, ENIG, OSP 순으로 고속 전단강도와 충격 에너지 값이 높았고 8회일 때는 ENEPIG, OSP, ENIG 순으로 충격 에너지 값이 높게 측정되었다. The drop impact reliability comes to be important for evaluation of the life time of mobile electronic products such as cellular phone. The drop impact reliability of solder joint is generally affected by the kinds of pad and reflow number, therefore, the reliability evaluation is needed. Drop impact test proposed by JEDEC has been used as a standard method, however, which requires high cost and long time. The drop impact reliability can be indirectly evaluated by using high speed shear test of solder joints. Solder joints formed on 3 kinds of surface finishes OSP (Organic Solderability Preservation), ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) and ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) was investigated. The shear strength was analysed with the morphology change of intermetallic compound (IMC) layer according to reflow number. The layer thickness of IMC was increased with the increase of reflow number, which resulted in the decrease of the high speed shear strength and impact energy. The order of the high speed shear strength and impact energy was ENEPIG > ENIG > OSP after the 1st reflow, and ENEPIG > OSP > ENIG after 8th reflow.

시효처리한 Sn-xAg-Cu계 무연솔더 조성에 따른 굽힘충격 특성평가

장임남,박재현,안용식,Jang, Im-Nam,Park, Jai-Hyun,Ahn, Yong-Sik 한국마이크로전자및패키징학회 2011 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.18 No.2

전자기기에서의 고장 중 대부분은 작동 중 발생하는 열과 충격에 기인한다. 이 열과 충격은 PCB(Printed Board) 부품의 접합부 계면에 균열을 야기 시키고, 이 균열은 금속간 화합물(Intermetallic Compound: IMC)의 형성과 밀접한 관계를 가진다. 본 연구에서는 Sn-Ag-Cu계의 Ag함량을 변화한 Sn-1.0Ag-0.5Cu와 Sn-1.2Ag-0.5Cu 및 Sn-3.0Ag-0.5Cu의 3가지 조성의 솔더로 접합한 소재를 대상으로 1000시간 까지 등온시효(Isothermal Aging) 하였다. 등온시효 동 안 솔더(Solder)의 계면에 발생하는 IMC(Intermetallic Compound) 성장이 관찰되었으며, solder 접합부의 기계적 특성은 굽힘충격 시험법을 이용하여 평가되었다. 그 결과 시효처리 전에는 Ag 함량이 낮은 solder의 굽힘충격 특성이 우수하게 나타났으나, 시효처리 후에는 반대의 결과를 나타내었다. 이 결과는 IMC layer 주변에 생성된 미세한 $Ag_3Sn$ 및 조대한 $Cu_6Sn_5$와 관련되어, 미세한 $Ag_3Sn$이 충격을 완화한 것으로 나타나 이에 따라 굽힘충격 특성에 차이가 나타남을 알 수 있었다. The failure of electronic instruments is mostly caused by heat and shock. This shock causes the crack initiation at the solder joint interface of PCB component which is closely related with the formation of intermetallic compound(IMC). The Ag content in Pb-free Sn-xAg-0.5Cu solder alloy used in this study was 1.0, 1.2 and 3.0 wt.%, respectively. After soldering with PCB component, isothermal aging was performed to 1000 hrs. The growth of IMC layer was observed during isothermal aging. The drop impact property of solder joint was evaluated by impact bending test method. The solder joint made with the solder containing lower Ag content showed better impact bending property compared with that with higher Ag content. On the contrary to this result, the solder joint made with solder containing higher Ag content showed better impact bending property after aging. It should be caused by the formation of fine $Ag_3Sn$, which relieved the impact. It showed consequently the different effect of fine $Ag_3Sn$ and coarse $Cu_6Sn_5$ particles formed in the IMC layer on the impact bending property.

패드 구조에 따른 Sn-Ag-Cu계 무연 솔더볼 접합부의 기계적 특성평가

장임남,박재현,안용식,Jang, Im-Nam,Park, Jai-Hyun,Ahn, Yong-Sik 한국마이크로전자및패키징학회 2010 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.17 No.2

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. The effect of PCB and BGA pad designs was investigated on the mechanical property of Pb-free solder joints. The mechanical property of solder joint was tested by three different test methods of drop impact tests, bending impact test, and high speed shear test. Two kinds of pad design such as NSMD (Non-Solder Mask Defined) and SMD (Solder Mask Defined) were applied with the OSP finished Pb-free solder (Sn-3.0Ag-0.5Cu, Sn-1.2Ag-0.5Cu). in the drop impact test and bending impact test, the characterized lifetime showed the same tendency, and SMD design showed better mechanical property of solder joint than NSMD regardless of test method, which was due to the different crack path. The fracture crack on SMD pad was propagated along the intermetallic compound (IMC) layer of solder joint, while the fracture crack on NSMD pad propagated through upper edge of land which shields pattern. In the high speed shear test, pad lift occurred on the solder joint of NSMD. SMD/SMD combination of pad design consequently illustrated the best mechanical property of BGA/PCB solder joint, followed by SMD/NSMD, NSMD/SMD, and NSMD/NSMD.

HIPPS용 Class 1500급 Trunnion 볼밸브의 신뢰성 평가

장임남(Im-Nam Jang),서진국(Jin-Kook Seo),이삼일(Sam-Il Lee),김능현(Neung Hyun Kim),이재훈(Jae-Hoon Lee) 대한기계학회 2019 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2019 No.5

HIPPS (High Integrity Pressure Protection System) is a kind of safety to prevent failure and accident caused by abnormal pressure. Generally, it is located at the front of the important equipment such as separator linked on pipe line. HIPPS system is consist of three parts, sensors to detect the high pressure, a logic solver to process input-pressure from sensors and final elements to perform actural shutting off action for the source of overpressure. One of the main final elements is ball valve, it is used for the purpose to obstruct the flow of the inside fluid. Thus ball valve sealing is very important to shut off fluid completely. This study address the analysis of structural stability and the result of the shall test and closure of Class 1500, trunnion type ball valve by the regulation, ASME B 16.34.

Sn-Ag-Cu계 무연솔더볼의 충격굽힘 특성에 미치는 패드 표면처리의 영향 (초)

박재현,장임남 대한금속ㆍ재료학회 2009 대한금속재료학회 학술대회 개요집 Vol.2009 No.-

고온비커스경도시험기를 통한 해양 플랜트 부품 소재에 대한 경도 측정

신상훈(Sang Hum Shin),권태웅(Tae Woong Gwon),노주영,김도형(Do Hyung Kim),장임남(Im Nam Jang) 대한기계학회 2018 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2018 No.12