Sn-8Zn-3Bi 솔더의 리플로우 후 열충격 시험에 따른 신뢰성 확인을 위해 인장강도 측정 및 접합부의 미세구조 분석을 통하여 평가하였다. PCB(FR-4, 150x120x1.6(t)mm)는 OSP, ...
Sn-8Zn-3Bi 솔더의 리플로우 후 열충격 시험에 따른 신뢰성 확인을 위해 인장강도 측정 및 접합부의 미세구조 분석을 통하여 평가하였다. PCB(FR-4, 150x120x1.6(t)mm)는 OSP, Sn, Ni/Au의 세가지로 표면처리 하였고, QFP 부품 도금은 Sn-15Pb, 100Sn, Sn-3Bi 로 도금 처리하였다. 표면처리별 PCB에 세가지 도금 부품을 탑재 후 리플로우 하여 총 9가지 경우에 대한 도금별 접합을 실험하였디. 리플로우 후 초기 인장 강도 측정결과, Sn 표면처리 PCB와 Sn-15Pb 도금 부품을 사용한 조건에서 7.8~8.0N으로 가장 낮은 강도를 보였고, 나머지 조건에서는 약 12.2N~15.7N 정도의 강도를 나타내었다. 또한, 열충격 시험 1000cycle 후 인장강도 측정 결과 Sn 표면처리와 Sn-15Pb 도금 QFP 부품에서의 7.7~7.8N으로 강도가 가장 낮았고, 나머지 조건에서는 11.2N~14.7N의 강도를 나타였다.한편 강도 감소율은 OSP 표면처리 PCB와 Sn-10Pb 부품에서 약 21%로 가장 컸고, 나머지 조건에서는 약 8% 이하의 감소율을 나타내었다. 열충격 시험에 따른 인장강도 측면에서 Sn-8Zn-3Bi 솔더는 Sn 표면처리 PCB의 Sn-15Pb 도금 부품을 제외한 모든 조건에서 양호한 신뢰성을 확인할 수 있었다. 한편, 외관 관찰 결과 현저히 낮은 강도 값을 보였던 Sn 도금 기판의 Sn-15Pb 도금 부품의 솔더링부에서 크랙(crack)이 관찰되었다. 이에 대한 EPMA(Electron Probe X-ray Micro Analyzer) 분석을 한 결과 솔더링부 내부에서 Pb-Bi-Sn 의 저융점상을 발견할 수 있었다. 정량분석 결과 43Pb-28.5Bi-28.5Sn (액상선 137℃, 고상선 95℃)와 유사한 조성을 같은 저융점상으로 확인되었다. 이러한 저융점상은 초기 솔더링시 주변 금속과 달리 오랜 시간 액상으로 존재하여 크랙 생성에 영향을 주며, 열충격 시험시 주변 금속과의 열팽창률 차이로 인한 응력을 발생시켜 크랙의 성장을 도와 신뢰성을 떨어뜨리는 것으로 사료된다. 또한 저융점상이 생성되는 위치가 접합계면부와 가까울 경우 크랙의 발생에 많은 영향을 주는 것으로 사료된다. 크랙이 시작되는 위치는 접합계면부의 가장자리와 내부 접합계면부였으며, 접합계면부의 금속간 화합물을 따라 크랙이 성장되는 것으로 판단되었다.
Sn-8Zn-3Bi 솔더의 리플로우 후 열충격 시험에 따른 신뢰성 확인을 위해 인장강도 측정 및 접합부의 미세구조 분석을 통하여 평가하였다. PCB(FR-4, 150x120x1.6(t)mm)는 OSP, Sn, Ni/Au의 세가지로 표면처리 하였고, QFP 부품 도금은 Sn-15Pb, 100Sn, Sn-3Bi 로 도금 처리하였다. 표면처리별 PCB에 세가지 도금 부품을 탑재 후 리플로우 하여 총 9가지 경우에 대한 도금별 접합을 실험하였디. 리플로우 후 초기 인장 강도 측정결과, Sn 표면처리 PCB와 Sn-15Pb 도금 부품을 사용한 조건에서 7.8~8.0N으로 가장 낮은 강도를 보였고, 나머지 조건에서는 약 12.2N~15.7N 정도의 강도를 나타내었다. 또한, 열충격 시험 1000cycle 후 인장강도 측정 결과 Sn 표면처리와 Sn-15Pb 도금 QFP 부품에서의 7.7~7.8N으로 강도가 가장 낮았고, 나머지 조건에서는 11.2N~14.7N의 강도를 나타였다.한편 강도 감소율은 OSP 표면처리 PCB와 Sn-10Pb 부품에서 약 21%로 가장 컸고, 나머지 조건에서는 약 8% 이하의 감소율을 나타내었다. 열충격 시험에 따른 인장강도 측면에서 Sn-8Zn-3Bi 솔더는 Sn 표면처리 PCB의 Sn-15Pb 도금 부품을 제외한 모든 조건에서 양호한 신뢰성을 확인할 수 있었다. 한편, 외관 관찰 결과 현저히 낮은 강도 값을 보였던 Sn 도금 기판의 Sn-15Pb 도금 부품의 솔더링부에서 크랙(crack)이 관찰되었다. 이에 대한 EPMA(Electron Probe X-ray Micro Analyzer) 분석을 한 결과 솔더링부 내부에서 Pb-Bi-Sn 의 저융점상을 발견할 수 있었다. 정량분석 결과 43Pb-28.5Bi-28.5Sn (액상선 137℃, 고상선 95℃)와 유사한 조성을 같은 저융점상으로 확인되었다. 이러한 저융점상은 초기 솔더링시 주변 금속과 달리 오랜 시간 액상으로 존재하여 크랙 생성에 영향을 주며, 열충격 시험시 주변 금속과의 열팽창률 차이로 인한 응력을 발생시켜 크랙의 성장을 도와 신뢰성을 떨어뜨리는 것으로 사료된다. 또한 저융점상이 생성되는 위치가 접합계면부와 가까울 경우 크랙의 발생에 많은 영향을 주는 것으로 사료된다. 크랙이 시작되는 위치는 접합계면부의 가장자리와 내부 접합계면부였으며, 접합계면부의 금속간 화합물을 따라 크랙이 성장되는 것으로 판단되었다.
Reliability of a QFP (Quad flat package) according to thermal shock test was investigated. Sn-8wt%Zn-3wt%Bi (hereafter, Sn-8Zn-3Bi) was selected as a solder, and FR-4 PCB finished with Cu/OSP, Cu/Sn, Ni/Au were chosen as substrates. The lead of QFP was Cu and it was plated with Sn-15wt%Pb, 100%Sn, S...
Reliability of a QFP (Quad flat package) according to thermal shock test was investigated. Sn-8wt%Zn-3wt%Bi (hereafter, Sn-8Zn-3Bi) was selected as a solder, and FR-4 PCB finished with Cu/OSP, Cu/Sn, Ni/Au were chosen as substrates. The lead of QFP was Cu and it was plated with Sn-15wt%Pb, 100%Sn, Sn-3wt%Bi. The QFP was set on the substrate by Sn-8Zn-3Bi paste and reflowed in air atmosphere. The reflowed lead of QFP was tensile tested and its microstructure was examined. For the joint of the Sn-finished PCB and the Sn-15Pb plated lead, the tensile strength at the as-soldered state showed as low as 7.8~8.0N. Other combinations of the plated leads and the PCB-finishes gave good tensile strengths as 12.2N~15.7N. After 1,000 cycles of thermal shock, all samples except the Sn-15Pb plated lead showed 11.2N~14.7N.A low melting point phase, 43wt%Pb-28.5wt%Bi-28.5wt%Sn, which has solidus and liquidus as 95℃ and 137℃, respectively, was found in the soldered joint between the Sn-finished PCB and the Sn-15Pb plated lead. Crack was alsofound in the low melting point phase which existed at the interface between solder and the pad or the lead. This crack causes to decrease of the tensile strength of the joint.
Reliability of a QFP (Quad flat package) according to thermal shock test was investigated. Sn-8wt%Zn-3wt%Bi (hereafter, Sn-8Zn-3Bi) was selected as a solder, and FR-4 PCB finished with Cu/OSP, Cu/Sn, Ni/Au were chosen as substrates. The lead of QFP was Cu and it was plated with Sn-15wt%Pb, 100%Sn, Sn-3wt%Bi. The QFP was set on the substrate by Sn-8Zn-3Bi paste and reflowed in air atmosphere. The reflowed lead of QFP was tensile tested and its microstructure was examined. For the joint of the Sn-finished PCB and the Sn-15Pb plated lead, the tensile strength at the as-soldered state showed as low as 7.8~8.0N. Other combinations of the plated leads and the PCB-finishes gave good tensile strengths as 12.2N~15.7N. After 1,000 cycles of thermal shock, all samples except the Sn-15Pb plated lead showed 11.2N~14.7N.A low melting point phase, 43wt%Pb-28.5wt%Bi-28.5wt%Sn, which has solidus and liquidus as 95℃ and 137℃, respectively, was found in the soldered joint between the Sn-finished PCB and the Sn-15Pb plated lead. Crack was alsofound in the low melting point phase which existed at the interface between solder and the pad or the lead. This crack causes to decrease of the tensile strength of the joint.
Keyword
#reliability
#microstructure
#lead free solder
#thermal shock test
#Sn-8wt%Zn-3wt%Bi
#low melting point phase
학위논문 정보
저자
이영우
학위수여기관
서울시립대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
신소재공학과
지도교수
정재필
발행연도
2006
총페이지
51
키워드
reliability,
microstructure,
lead free solder,
thermal shock test,
Sn-8wt%Zn-3wt%Bi,
low melting point phase
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