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${Ni_3}Al-{Ni_3}V$ 준이원계 합금 포함 삼원계 시스템에서의 meso-scale 미세구조의 전산 모사에 관한 연구
박성일,이혁모,Park, Sung-Il,Lee, Hyuck-Mo 한국재료학회 2001 한국재료학회지 Vol.11 No.11
The meso-scale microstructure of the $Ni-Ni_3Al- Ni_3V$ system is crucial to obtain both high strength and high toughness. Its evolution may be predicted with the aid of computer simulation of the compositional separation for heat-treated alloys. In this study, computer simulations of the hypothetical A-B-C ternary system, which is similar to the $Ni-Ni_3Al- Ni_3V$ system in terms of phase equilibria, have been performed using the kinetic modeling. Simulated morphologies were changed with nominal compositions and model parameters. It was showed the current model was useful and the more realistic model was proposed.
시효 처리에 의한 42Sn-58Bi 솔더와 무전해 Ni-P/치환 Au UBM 간의 계면 반응
조문기,이혁모,부성운,김태규,Cho Moon Gi,Lee Hyuck Mo,Booh Seong Woon,Kim Tae-Gyu 한국마이크로전자및패키징학회 2005 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.12 No.2
42Sn-58Bi 솔더(이하 wt.$\%$에 의한 표기)와 무전해 Ni-P/치환 Au under bump metallurgy (UBM) 간의 계면 반응을 intermetallic compound (IMC)의 형성과 성장, UBM의 감소, 그리고 범프 전단강도의 영향 관점에서 시효 처리 전 후에 어떠한 변화가 생기는 지를 알아보고자 하였다. 치환 Au 층을 $5{\mu}m$ 두께의 무전해 Ni-P ($14{\~}15 at.\%$ P)위에 세 가지 각기 다른 두께, 즉 $0{\mu}m$(순수한 무전해 Ni-P UBM), $0.1{\mu}m$, $1{\mu}m$로 도금하였다. 그 후 42Sn-58Bi 솔더 범프를 세 가지 다른 UBM 구조에 스크린프린팅 방식으로 형성하였다. 범프 형성 직후에는 세 가지 다른 UBM구조에서 솔더와 UBM 사이에 공통적으로 $Ni_3Sn_4$ IMC (IMC1) 만이 형성됐다. 하지만, 이를 $125^{\circ}C$에서 시효 처리를 할 경우 특이하게 Au를 함유한 UBM 구조에서는 $Ni_3Sn_4$ 위로 또 다른 4원계 화합물 (IMC2)이 관찰되었다. 원자 비로 $Sn_{77}Ni{15}Bi_6Au_2$인 4원계 화합물로 확인되었다. $Sn_{77}Ni{15}Bi_6Au_2$ 층은 솔더 조인트의 접합성에 매우 치명적인 영향을 미쳤다. 시효 처리를 거친 Au를 함유한 UBM 구조에서 솔더 범프의 전단 강도 값은 시효 처리 전에 비해 $40\%$ 이상의 감소를 보였다. The interfacial reaction between 42Sn-58Bi solder (in wt.$\%$ unless specified otherwise) and electroless Ni-P/immersion Au has been investigated before and after thermal aging, with a focus on formation and growth of an intermetallic compound (IMC) layer, consumption of under bump metallurgy (UBM), and bump shear strength. The immersion Au layer with thicknesses of 0 (bare Ni), 0.1, and $1{\mu}m$ was plated on the $5{\mu}m$ thick electroless Ni-P ($14{\~}15 at.\%$P) layer. Then, the 42Sn-58Bi solder balls were fabricated on three different UBM structures by screen-printing and pre-reflow. The $Ni_3Sn_4$ layer (IMC1) was formed at the joint interface after pre-reflow for all the three UBM structures. On aging at $125^{\circ}C$, a quaternary phase (IMC2) was observed above the $Ni_3Sn_4$ layer in the Au-containing UBM structures, which was identified as $Sn_{77}Ni{15}Bi_6Au_2$ (in at.$\%$). The thick $Sn_{77}Ni{15}Bi_6Au_2$ layer deteriorated the integrity of the solder joint and the shear strength of the solder bump was decreased by about $40\%$ compared with non-aged joints.
무연 복합 솔더의 미소경도에 미치는 기계적 변형과 온도의 영향
이주원,강성권,이혁모,Lee Joo Won,Kang Sung K.,Lee Hyuck Mo 한국마이크로전자및패키징학회 2005 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.12 No.2
전자 기기의 솔더 접합부는 고온에서 작동하고 온도 변화와 부품의 열팽창계수 차에 의해 소성변형을 겪게 된다. 그리고 변형된 솔더는 다시 고온에서 회복과 재결정의 과정을 겪는다. 이와 같은 일련의 열적 기계적 과정은 솔더의 미세구조와 기계적 특성을 변화시킨다. 본 연구에서는 전자 장치가 실제 작동할 때 솔더의 기계적 특성 변화를 예측하기 위해 여러 종류의 무연 솔더와 복합 솔더 (composite solder)의 미소경도 (micohardness)를 다양한 열적 기계적 환경에서 측정하였다. 측정된 무연 솔더에는 Sn, Sn-0.7Cu, Sn-3.5Ag-0.7Cu, Sn-2.8Ag-7.0Cu (복합 솔더), Sn-2.7Ag-4.9Cu-2.9Ni (복합 솔더)가 포함되어 있다. 솔더 시편은 $0.4{\~}7^{\circ}C$/sec의 냉각속도로 주조되었고 $30{\~}50\%$의 압축변형을 가한 후 $150^{\circ}C$에서 48시간 열처리하였다. 미소경도는 $25{\~}130^{\circ}C$에서 측정하였다. 각 시편의 미세구조 역시 관찰하여 미세구조와 비교하였다. Solder joints in microelectronic devices are frequently operated at an elevated temperature in service. They also experience plastic deformation caused by temperature excursion and difference in thermal expansion coefficients. Deformed solders can go through a recovery and recrystallization process at an elevated temperature, which would alter their microstructure and mechanical properties. In this study, to predict the changes in mechanical properties of Pb-free solder joints at high temperatures, the high temperature microhardness of several Pb-free and composite solders was measured as a function of temperature, deformation, and annealing condition. Solder alleys investigated include pure Sn, Sn-0.7Cu, Sn-3.5Ag, Sn-3.8Ag-0.7Cu, Sn-2.8Ag-7.0Cu (composite), and Sn-2.7Ag-4.9Cu-2.9Ni (composite). Numbers are all in wt.$\%$ unless specified otherwise. Solder pellets were cast at two cooling rates (0.4 and $7^{\circ}C$/s). The pellets were compressively deformed by $30\%$ and $50\%$ and annealed at $150^{\circ}C$ for 2 days. The microhardness was measured as a function of indentation temperature from 25 to $130^{\circ}C$. Their microstructure was also evaluated to correlate with the changes in microhardness.
액상 Au-Sn 솔더와 Ni 기판의 계면현상에 대한 고찰
김성수,김종훈,정상원,이혁모,Kim Sung Soo,Kim Jong Hoon,Jeong Sang Won,Lee Hyuck Mo 한국마이크로전자및패키징학회 2004 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.11 No.3
공정 Au-20Sn 솔더합금을 솔더링 시간과 온도를 달리하여 Ni위에서 솔더링하였다. 주사전자현미경 (SEM)을 사용하여 계면에 생성된 IMC의 조성, 상, 모양에 대해 조사하였다. 계면에는 $(Au,Ni)_3Sn_2$와 $(Au,Ni)_3Sn_2$의 두 가지 IMC가 생성되었다. 그 중 첫 번째 생성된 IMC인 $(Au,Ni)_3Sn_2$상은 솔더링 온도에 따라 모양의 변화가 관찰되었다. 이러한 모양의 변화로 인한 확산통로수의 변화는 모든 솔더링 온도에서 거의 비슷한 IMC 두께를 가지도록 한다. IMC, $(Au,Ni)_3Sn_2$상의 모양변화는 온도 증가에 의한 생성엔탈피의 감소 때문인데, 이는 Jackson's parameter로써 잘 설명될 수 있다. Eutectic Au-20Sn(compositions are all in weight percent unless specified otherwise) solder alloys were soldered on the Ni substrate with various time and temperature. The composition, phase identification and morphology of intermetallic compounds(IMC) at the interface were examined using Scanning Electron Microscopy(SEM). There were two types of IMCs, $(Au,Ni)_3Sn_2$ and $(Au,Ni)_3Sn$ at the interface. The transition in morphology of $(Au,Ni)_3Sn_2$ has been observed at $300{\~}400^{\circ}C$. The morphology transition of $(Au,Ni)_3Sn_2$ is due to the decrease of enthalpy of formation of $(Au,Ni)_3Sn_2$ phase and has been explained well by Jackson's parameter with temperature. Because the number of diffusion channel is different at each soldering temperature, IMC thickness is nearly same at all temperature.
분자동역학을 이용한 흑연 위에서의 2종 합금 나노입자의 확산 거동 연구
박준우 ( Joon Woo Park ),이주성 ( Ju Seong Lee ),민찬호 ( Chan Ho Min ),이현석 ( Hyun Seok Lee ),류지훈 ( Ji Hoon Ryu ),서동화 ( Dong Hwa Seo ),이혁모 ( Hyuck Mo Lee ) 대한금속·재료학회 2009 대한금속·재료학회지 Vol.47 No.8
We study the diffusion of Ag based bimetallic nanoclusters supported on graphite. Using a molecular dynamics simulation, we reveal that the Ag clusters show rapid diffusion because of their hexagonal bottom layer. In order to decrease the rate of diffusion, we added Pt and Ni to distort the structure of the alloy cluster (i.e., the alloying method). We expected Pt to provide a stronger force on Ag atoms, and Ni to shorten the bond length and thereby change the structure of Ag cluster. However, the attempt was unsuccessful, because Pt and Ni atoms formed cores inside the Ag clusters. We therefore designed a collision system where large Ag clusters collide with small Pt or Ni clusters. Upon collision with Pt clusters, the diffusion showed little change, because Pt atoms are substituted at the Ag atomic site and form a perfectly ordered structure. The collision with Ni, however, deforms the bottom layer as well as the overall cluster structure and decreases diffusion. This outcome appoints toward the possibility of further application to the manufacture of durable nanocatalysts.