This study investigated the growth behavior and characteristics of compounds formed at the interface between a liquid Al-Si-Cu alloy and solid cast iron. Through microstructural analyses, it was observed that various AlFe and AlFeSi phases are formed at the interface, and the relative proportion of each phase changes when small amounts of strontium are added to the Al alloy. The results of the microstructural analysis indicate that the primary phases of the interfacial compounds in the Al-Si-Cu base alloy are Al8Fe2Si and Al4.5FeSi. However, in the Sr-added alloys, significant amounts of binary AlFe intermetallic compounds such as Al5Fe2 and Al13Fe4 formed, in addition to the AlFeSi phases. The inclusion of Sr has a slight diminishing effect on the rate at which the interfacial compounds layer thickens during the time the liquid Al alloy is in contact with the cast iron. The study also discusses the nano-indentation hardness and micro-hardness of the interfacial phases.

This study investigates the interfacial reaction between powder-metallurgy high-entropy alloys (HEAs) and cast aluminum. HEA pellets are produced by the spark plasma sintering of Al0.5CoCrCu0.5FeNi HEA powder. These sintered pellets are then placed in molten Al, and the phases formed at the interface between the HEA pellets and cast Al are analyzed. First, Kirkendall voids are observed due to the difference in the diffusion rates between the liquid Al and solid HEA phases. In addition, although Co, Fe, and Ni atoms, which have low mixing enthalpies with Al, diffuse toward Al, Cu atoms, which have a high mixing enthalpy with Al, tend to form Al–Cu intermetallic compounds. These results provide guidelines for designing Al matrix composites containing high-entropy phases.

Cu 칩의 Cu 패드 위에 솔더 플립칩 공정에 응용하기 위한 무전해 구리/니켈 UBM (Under Bump Metallurgy) 층을 형성하고 그 특성을 조사하였다. Sn-36Pb-2Ag 솔더 범프와 무전해 구리 및 무전해 니켈 충의 사이의 계면 반응을 이해하고, UBM의 종류와 두계에 따른 솔더 범프 접합(joint) 강도 특성의 변화를 살펴보았다. UBM의 종류에 따른 계면 미세 구조, 특히 금속간 화합물 상 및 형태가 솔더 접합 강도에 크게 영향을 미치는 것을 확인하였다. 무전해 구리 UBM의 경우에는 솔더와의 계면에서 연속적인 조가비 모양의 Cu6Sn5상이 빠르게 형성되어 파단이 이 계면에서 발생하여 낮은 범프 접합 강도 값을 나타내었다. 무전해 니켈/무전해 구리 UBM에서는 금속간 화합물 성장이 느리고, 비정질로 도금되는 무전해 Ni의 륵성으로 인해 금속간 화합물과의 결정학적 불일치가 커져 다각형의 Ni3Sn4상이 형성되어 무전해 구리 UBM의 경우에 비해 범프 접합 강도가 높게 나타났다. 따라서 무전해 도금을 이용하여 Cu 칩의 Cu pad 위에 솔더 플립칩 공정에 응용하기 위한 UBM 제작시 무전해 니켈/무전해 구리 UBM을 선택하는 것이 접합 강도 측면에서 유리하다는 것을 확인하였다.다.

Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-lZn Eoa납과 Cu기판과의 계면반응 및 접합특성에 관하여 검토하였다. Eoa납과 Cu기판이 접합된 시편은 100˚C와 160˚C에서 60일간 열처리하였으며, 전단하중을 가하여 강도를 측정하였다. 150˚C에서 열처리에 따른 계면반응층의 두게는 Sn-3.5Ag/Cu계면이 Sn-3.5A9-IZn/Cu계면보다 빠르게 성장하였으며, 반응생성물 성장은 t1/2에 비례하여 체적 확산 경향을 나타냈다. 계면 반응생성물은 Sn-3.5Ag/Cu계면의 경우 Cu6Sn5상이 형성되었고, Ag3Sn상은 반응층 내부 및 반응층과 땜납의 계면에 석출하였으며, Zn을 첨가한 경우에는 계면에 Cu6Sn5 상과 함께 Cu5Zn8상이 형성되었다. 땜납/기판의 전단강도는 Sn-3.5Ag합금에 Zn을 1% 첨가하면 증가하였으며, 열처리를 한 경우에는 감소하였다.

솔더 범프를 사용하는 플립 칩 접속기술에서 범프와 칩 사이에 위치하는 금속 충들의 조합을 UBM(Under Bump Metallurgy)라고 부르며 이 UBM을 어떤 조합으로 사용하는 가에 따라 접속의 안정성이 크게 좌우된다. 본 연구에서는 UBM중에서 솔더 접착 층으로 사용되는 구리 층의 두께를 1μm와 5μm로 하는 한편 barrier 층으로 사용되는 금속 층을 Ti, Ni, Pd으로 변화시키면서 이들 UBM과 공정 납-주석 사이의 계면반응을 살펴보았다. 이를 위해 100μm 크기의 솔더 범프를 전해도금법을 사용하여 제작하고 리플로 횟수와 시효시간에 따른 각 UBM에서의 금속간 화합물의 성장을 관찰하였다. Cu6Sn5 η'-상 금속간 화합물이 모든 조건에서 형성되었고 Cu층의 두께가 5μm로 두꺼운 경우에는 Cu3Sn ε-상도 관찰되었다. Pd을 사용한 UBM 구조에서는 시효 처리시에 Cu6Sn5 상 아래쪽에 PdSn4상이 형성되었다. 또한 이들 계면에서의 금속간 화합물의 성장은 솔더 범프의 접속강도 값과 밀접한 관계를 가진다.

Sn-Bi-X(X:2Cu, 2Sb, 5In) 계 땜납과 Cu 기판과의 계면반응 및 기계적성질에 대하여 고찰하였다. Cu판과 땜납의 접합부는 100˚C에서 60일까지 열처리하여 광학현미경, SEM, EDS,분석을 통하여 시효처리에 따른 미세조직과 계면반응을 분석하였으며, 인장강도 및 연신율은 제조된 시편을 30일까지 열처리 한 후 0.3mm min-1로 인장하여 시험하였다. 미세조직 분석결과 Cu의 첨가로 미세조직이 미세화 됨을 알 수 있으며, 계면에 형성된 화합물은 첨가원소에 따라 다르게 나타났다. 인장시험 결과 열처리 초기에는 땜납쪽에서의 파괴가 발생하였으나 열처리 시간이 증가하면서 계면반응층고 땜납의 계면에서 파괴가 발생하였다. 열처리에 따른 인장강도는 Cu를 첨가한 경우에 가장 높은 값을 나타냈다.

Sn-Zn계 solder에서 Zn함량의 변화에 따른 납땜성을 납땜분위기 및 용제를 달리하여 연구하였다. 계면에서의 미세조직 관찰은 열처리온도를 80˚C와 100˚C로 달리하여 100일간 열처리한 후 관찰하였다. 젖음성 측정 결과, Zn함량이 증가함에 따라 젖음성은 감소하였고 RMA-용제를 사용한 경우가 R-용제를 사용한 경우에 비해 젖음성이 향상되었다. Sn-9Zn의 접촉각은 약 45도이고, 공기중에서 보다 질소 분위기에서 납땜한 경우가 젖음성 개선을 나타냈다. Sn-9Zn땝납과 Cu기판에서의 계면반응을 XRD, EDS로 분석한 결과 계면화합물은 r상(Cu5Zn3)으로 구성되어 있음을 알 수 있으며, 시효처리에 따라 접합부의 solder쪽에는 Zn상의 고갈이 나타남을 확인할 수 있었다.