[논문]전자부품의 새로운 고장

박명규

전자부품의 새로운 고장
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박명규 (연세대학교 준결정 재료 연구단)

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문제 정의

불량이 발생한 LSI의 특정단자사이가 단락한 것 같다. 불량이 발생한 LSI 단자 사이에 무슨 일이 일어나고 있는지 조사했다. 원소분석 결과, 단락한 단자 사이에 Ag, Cu, P 등 세 종류의 원소가 확인되었고, Ag가 단 한 단자 사이를 연결했었다.
여기서는 전자제품을 예로 하여, 새로운 고장의 문제에 대해서 논한다. 전자제품 분야에서 하이테크라는 것은 소형화, 고밀도화, 저전력화, 고기능화 등이 특징이지만, 이들 특징은 다음에 논하는 새로운 신뢰성 문제를 야기하게 된다.

대상 데이터

2002년 4월 말, 소니는 일본 약 1000사의 부품.재료메이커를 불러 자사의 환경비전에 기초한 새로운 그린 조달시스템을 설명했다.
그리고 이제 많은 기기 메이커나 LSI 메이커 등을 둘러싼 대소동으로 발전하고 있다. 원인은 Fig. 1에서와 같이 이기기에 탑재한 컨트롤러 LSI CL-SH 86기이 고장난 것으로, LSI 패키지 내부에서 단자 간 단락이 일어나서 동작불량이 일어난 것이다. 단자 간 단락의 원인은 LSI 패키지 봉지재에 난연제로 첨가한 적색 P 가 고온고습 환경에서 사용할 때, Ag 마이그레이션을 촉진시켜 단락을 일으키는 것으로 판명되었다.

성능/효과

1에서와 같이 이기기에 탑재한 컨트롤러 LSI CL-SH 86기이 고장난 것으로, LSI 패키지 내부에서 단자 간 단락이 일어나서 동작불량이 일어난 것이다. 단자 간 단락의 원인은 LSI 패키지 봉지재에 난연제로 첨가한 적색 P 가 고온고습 환경에서 사용할 때, Ag 마이그레이션을 촉진시켜 단락을 일으키는 것으로 판명되었다. 불행히도 여기에 사용된 적색 P는 미토모베이크라이트사(일) 에서 기존의 난연제 Br 화합물을 비할로겐계로 대체하여 개발한 'EME-U 시리즈를 적용한 봉지재이었다.
이온 마이그레이션이 잘 일어나는 것은 전극재료의 종류나 온도, 습도, 전계강도 등에 따라 결정된다. 우선 전드재료별로는 Ag가 사용되었고, 이온 마이그레이션은 Ag:Pb>Cu>Sn>Au 순으로 잘 일어난다는 것을 알 수 있다. 온도와 습도는 일반적으로 높을수록 이온 마이그 레이션이 잘 진행된다.
불량이 발생한 LSI 단자 사이에 무슨 일이 일어나고 있는지 조사했다. 원소분석 결과, 단락한 단자 사이에 Ag, Cu, P 등 세 종류의 원소가 확인되었고, Ag가 단 한 단자 사이를 연결했었다. Ag의 이온마이그레 이션이 아닐까?" 그러나 LSI 사양에서 단자 간격은 150 ㎛ 정도로, 단락한 단자 사이의 전위차는 10V 정도로 보통은 이 조건에서 이온마이그레이션으로 인한 단락이 길어날 수 없다.

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