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Sn-Ag-Cu계 무연 솔더볼 접합부의 굽힘충격 시험방법 표준화

Standardization of Bending Impact Test Methods of Sn-Ag-Cu Lead Free Solder Ball

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.17 no.1, 2010년, pp.55 - 61  

장임남 (부경대학교 신소재공학부) ,  박재현 (포항산업과학연구원) ,  안용식 (부경대학교 신소재공학부)

초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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 t...

주제어

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문제 정의

  • 국외 규격 (JESD22-B113)4)에서도 굽힘 시험에 대한 시험편 기판 규격 및 시험법에 대해서만 명시하고 있다. 본 연구에서는 BGA등 솔더볼 접합부의 굽힘충격시험에서 결과값에 미치는 인자를 분석하고, 낙하충격특성을 간접적으로 평가하기 위한 최적조건을 도출하며, 솔더볼의 조성 및 표면처리에 따른 굽힘충격 특성을 비교 분석 하였다.
  • 기판 표면처리 방법은 무전해 니켈 도금, Cu-OSP, 전해 Ni-Au도금, ENEPIG, 무전해 Sn 도금, 무전해 Ag 도금 등으로 변화하고 있다. 이 중에서 전기 전도성 및 표면 평활성이 우수한 OSP, ENIG 및 ENEPIG 표면처리가 가장 널리 이용되고있으므로 본 연구에서는 이 3가지 표면처리법을 의해 제조된 기판을 사용하여 결과를 비교하였다. 파단 후 파단면은 SEM에 의해 파단면 관찰을 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
솔더볼이란? 솔더볼은 반도체 패키징 시 칩과 기판을 연결해 전기신호를 전달하는 미세한 구모양의 재료로 휴대폰·노트북·TV 등 전자기기의 소형화 또는 슬림화 추세에 힘입어 꾸준히 수요가 늘고 있다. 최근 들어 반도체 패키징 방식이 볼그리드 어레이(BGA), 칩스케일 패키지(CSP), 플립칩 등으로 변화하면서 기존의 리드프레임을 빠르게 대체하고 있다.
최근 반도체 패키징 방식이 어떻게 변화하고 있는가? 솔더볼은 반도체 패키징 시 칩과 기판을 연결해 전기신호를 전달하는 미세한 구모양의 재료로 휴대폰·노트북·TV 등 전자기기의 소형화 또는 슬림화 추세에 힘입어 꾸준히 수요가 늘고 있다. 최근 들어 반도체 패키징 방식이 볼그리드 어레이(BGA), 칩스케일 패키지(CSP), 플립칩 등으로 변화하면서 기존의 리드프레임을 빠르게 대체하고 있다.1,2)
솔더 볼 접합부에 대한 신뢰성 평가를 위해 일반적으로 무엇을 사용하고 있는가? 솔더볼이 적용된 제품인 이동 전화, PDA와 같은 휴대용 디바이스는 사용 중에 부주의에 의해 떨어지는 경우가 종종 발생하며, 따라서 솔더 볼 접합부에 대한 신뢰성 평가가 요구된다. 접합부의 신뢰성 평가를 위하여 일반적으로 JEDEC에서 제정한 낙하충격 시험법을 사용하고 있으나 낙하충격 시험법은 고비용과 장시간이 필요한 단점이 있다.3)
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참고문헌 (14)

  1. R. Darveaux and A. Syed, "Reliability of area array solder joints in bending", SMTA International Proc. of the technical program, Rosemont, pp.313-324 (2000). 

  2. T. Huang and D. Lai, "Reliability and failure analysis of CSP under bending cycle test", Microelectronics Reliability, 47(12), 2197 (2007). 

  3. I. N. Jang, J. H. Park and Y. S. Ahn, "Effect of Reflow Number and Surface Finish on the High Speed Shear Properties of Sn-Ag-Cu Lead-Free Solder Bump", J. Microelectron. Packag. Soc., 16(3), 11 (2009). 

  4. JEDEC standard JESD22-B113, Board Level Cyclic Bend Test Method for Interconnect Reliability Characterization of Components for Handheld Electronic Products (2006). 

  5. MINITAB14 program. 

  6. 서순근, "Weibull distribution", MINITAB 신뢰성분석(in Korean), 박준선, 9, pp.52-54, (주)이레테크, (2002). 

  7. B. A. Robert, "Failure Distribution", in The New Weibull Handbook, R. B. Abernethy, 4, pp.3-15, RAC, North Palm Beach, Florida (1976). 

  8. W. H. Zhu, L. X. Pang, J. H. L. Zhang, X. R. Poh, E. Sun, Y. F. Sun, A. Y. S. Wang and C. K. Tan, "Drop reliability study of PBGA assemblies with SAC305, SAC105 and SAC105-Ni solder ball on Cu-OSP and ENIG surface finish", Proc. 58th Electronic Components and Technology Conference (ECTC), pp.1667-1672 (2008). 

  9. 이레테크 Minitab시험팀, "일원 분산분석", 새Minitab 실무완성(in Korean), 5, pp.483-489 (2004). 

  10. B. G. Milad and M. orduz, "Surface Finishes in a Lead-Free World", J. circuit world, 34(4), 4 (2008). 

  11. Y. S. Park, Y. M. Kwon, H. Y. Son, J. T. Moon, B. W. Jeong, K. I. Kang and K. W. Paik, "A Study of the Interfacial Reaction between Various Sn-Ag-Cu Solder Balls and ENIG (Electroless Ni Immersion Gold) and Cu-OSP (Organic Solderability Preservative) Metal Pad Finish", J. Microelectron. Packag. Soc., 14(4), 45 (2007). 

  12. X. X. Lei and W. T. Lee, "Drop Test Failure Analysis of SAC BGA Solder Joints Using Ni/Au and Cu-OSP Pad Finish", Electronic Packaging Technology, 7th International Conference, Shanghai, China, 1-4 (2006). 

  13. M. George and G. Don, "Getting the Lead Out of Surface Finishing", Metal Finishing, 104(1), pp.33-36 (2006). 

  14. J. M. Koo, C. Y. Lee and S. B. Jung, "Effect of Reflow Number on Mechanical and Electrical Properties of Ball Grid Array (BGA) Solder Joints", J. Microelectron. Packag. Soc., 14(4), 71 (2007). 

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