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[국내논문] 패드 구조에 따른 Sn-Ag-Cu계 무연 솔더볼 접합부의 기계적 특성평가
Mechanical Characteristic Evaluation of Sn-Ag-Cu Lead Free Solder Ball Joint on The Pad Geometry 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.17 no.2, 2010년, pp.41 - 47  

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

초록
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PCB와 BGA 패드의 형태가 무연솔더 접합부의 기계적 특성에 미치는 영향을 연구하었다. 현재 BGA/PCB 패드의 형태는 NSMD (Non-Solder Mask Defined)와 SMD (Solder Mask Defined) 두 가지 구조로 형성되어 있다. 본 연구에서는 OSP 도금처리한 무연솔더(Sn-3.0Ag-0.5Cu, Sn-1.2Ag-0.5Cu)의 패드 형태를 NSMD, SMD로 달리하여 낙하충격시험, 굽힘충격시험, 고속전단시험을 통한 솔더 접합부의 기계적 특성을 연구하였다. 낙하충격과 굽힘충격시험의 경우 패드 구조에 따른 솔더볼 접합부의 특성수명은 동일한 경향을 나타내었으며, 솔더접합부의 기계적 특성은 SMD가 NSMD보다 우수하였다. 이 이유는 SMD의 경우 낙하충격 시험과 고속 전단시험 모두 IMC에서 파단이 일어난 반면에 NSMD의 경우 낙하충격 시험 후의 파단면은 패턴을 감싸고 있는 랜드 상단 모서리 부분에서 파단이 일어났기 때문인 것으로 판단된다. 전단시험의 경우에는 NSMD 접합부에서 패드 lift현상이 발생하였다. 따라서 BGA/PCB의 패드구조의 조합은 SMD/SMD > SMD/NSMD > NSMD/SMD > NSMD/NSMD 순으로 기계적 특성 수명이 우수하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The effect of PCB and BGA pad designs was investigated on the mechanical property of Pb-free solder joints. The mechanical property of solder joint was tested by three different test methods of drop impact tests, bending impact test, and high speed shear test. Two kinds of pad design such as NSMD (N...

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문제 정의

  • 본 연구에서는 우수한 낙하충격 수명을 나타내는 패드형상을 연구하기 위하여 패드형상을 달리하여 고속전단 시험, 낙하충격 시험 및 굽힘충격 시험의 3가지 시험방법을 이용하여 패드형상에 따른 수명을 비교분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
낙하 시험이란? 이런 낙하 사고는 기기에 기계적인 고장을 일으킬 뿐만 아니라, 내부에 탑재된 PCB 부품에 전기적 고장을 발생시킨다. 휴대용 단말기 등은 사용 중의부주의 등에 의해 떨어뜨리는 현상이 종종 발생하며 이러한 현상을 재현하기 위한 신뢰성 시험 중의 하나로 완제품 단위가 아닌 PCB 패키지 레벨에서 평가하는 연구가 이루어지고 있으며 대표적인 시험법이 PCB 에 각종 부품 (BGA 반도체 부품 포함)을 장착 후 반복해서 일정높이에서 떨어뜨리는 시험이 있으며 이것이 솔더 접합부 기계적 충격특성방법중의 하나인 낙하 시험이다. 이러한 낙하 충격시험에 대하여 JEDEC (Joint Electron Device Engineer ing Council)의 규격에서 시험방법을 규정하고 있다.
휴대용 전자 제품이란 어떤 기기들을 말하는가? 휴대용 전자 제품은 카메라, 계산기, 휴대폰, 팜사이즈 PC, 스마트카드, 모바일 폰, PDA 와 다른 전자 제품 등을 포함하는데, 이것은 포켓 속에 편리하게 저장될 수 있고, 사용자의 손 안에서 사용된다. 이러한 휴대용 전자 제품 들은 크기와 무게가 작기 때문에 사용 동안 자주 떨어뜨리는 경우가 많다.
휴대용 전자 제품의 낙하 사고로 인하여 어떠한 문제가 발생하는가? 이러한 휴대용 전자 제품 들은 크기와 무게가 작기 때문에 사용 동안 자주 떨어뜨리는 경우가 많다. 이런 낙하 사고는 기기에 기계적인 고장을 일으킬 뿐만 아니라, 내부에 탑재된 PCB 부품에 전기적 고장을 발생시킨다. 휴대용 단말기 등은 사용 중의부주의 등에 의해 떨어뜨리는 현상이 종종 발생하며 이러한 현상을 재현하기 위한 신뢰성 시험 중의 하나로 완제품 단위가 아닌 PCB 패키지 레벨에서 평가하는 연구가 이루어지고 있으며 대표적인 시험법이 PCB 에 각종 부품 (BGA 반도체 부품 포함)을 장착 후 반복해서 일정높이에서 떨어뜨리는 시험이 있으며 이것이 솔더 접합부 기계적 충격특성방법중의 하나인 낙하 시험이다.
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참고문헌 (8)

  1. JEDEC Standard JESD22-B111, Board Level Drop test Method of Components for Handheld Electronic Products 

  2. RS D 0015, 무연 솔더볼, 산업자원부 기술표준원, (2003). 

  3. JEDEC Solid State Technology Association, JESD22B-117A Solder ball shear (2000). 

  4. I. N. Jang, J. H. Park and Y. S. Ahn, "Standardization of Bending Fatigue Impact test Method of Sn-Ag-Cu Lead-Free Solder Ball", J. Microelectronics Packag. Soc., 17(1) 55 (2010). 

  5. J. S. Jeong, Y. S. Lee, K. H. Shin, S. K. Cheong, D. Y. Jang, "A Study on the Failure Characteristics of Sn-xAg-0.5Cu Lead-Free Solder Balls", Journal of the Korean Society of Machine Tool Engineers, 18(5), 449 (2009). 

  6. 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). 

  7. 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. Microelectronics Packag. Soc., 16(3), 11 (2009). 

  8. C. H. Yu and K. S. Kim, "Thermal Cycling Analysis of Flip-Chip BGA Solder Joints", J. Microelectronics Packag. Soc., 10(1), 45 (2003). 

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