솔더 접합부의 품질 신뢰성 문제는 얼라인먼트(Alignment)문제로 발생한 오픈불량, 기판 휨에 의한 HIP(Head In Pillow)불량, 열팽차 차이에 의한 솔더자체 크랙과 기계적인 충격에 의한 IMC층의 크랙이 중요한 불량이다. 특히 기판 소형화와 표면처리의 변화가 진행 되면서, 솔더 범프와 기판 사이 IMC층의 취성파괴가 더욱 이슈화가 되면서 연구가 활발하다. IMC의 형성과 성장 및 취성파괴의 메카니즘 연구를 통하여 기존 평가방법의 변별력 향상, 계량화 등의 개선이 필요하고, IMC 취성의 수준 향상 등 크랙에 대한 신뢰성 향상 방향을 위한 연구 방향을 제시하고자 한다.
솔더 접합부의 품질 신뢰성 문제는 얼라인먼트(Alignment)문제로 발생한 오픈불량, 기판 휨에 의한 HIP(Head In Pillow)불량, 열팽차 차이에 의한 솔더자체 크랙과 기계적인 충격에 의한 IMC층의 크랙이 중요한 불량이다. 특히 기판 소형화와 표면처리의 변화가 진행 되면서, 솔더 범프와 기판 사이 IMC층의 취성파괴가 더욱 이슈화가 되면서 연구가 활발하다. IMC의 형성과 성장 및 취성파괴의 메카니즘 연구를 통하여 기존 평가방법의 변별력 향상, 계량화 등의 개선이 필요하고, IMC 취성의 수준 향상 등 크랙에 대한 신뢰성 향상 방향을 위한 연구 방향을 제시하고자 한다.
With regard to reliability of solder joint, the significant failures include open defects that occurs from alignment problem, Head in Pillow by PCB's warpage, the crack of solder by CTE mismatch, and the crack of IMC layer by mechanical impact. Especially as PCB down-sizing and surface finish is und...
With regard to reliability of solder joint, the significant failures include open defects that occurs from alignment problem, Head in Pillow by PCB's warpage, the crack of solder by CTE mismatch, and the crack of IMC layer by mechanical impact. Especially as PCB down-sizing and surface finish is under progress, brittle failure of IMC layer between solder bump and PCB pad becomes a big issue. Therefore, it requires enhancing the level of difficulty in the existing assessment method and improving the measurement through the study on the mechanism of IMC formation, growth and brittle failure. Under this circumstance, this study is intended to suggest the direction of research for improving the reliability on the crack such as improvement of IMC brittle fracture.
With regard to reliability of solder joint, the significant failures include open defects that occurs from alignment problem, Head in Pillow by PCB's warpage, the crack of solder by CTE mismatch, and the crack of IMC layer by mechanical impact. Especially as PCB down-sizing and surface finish is under progress, brittle failure of IMC layer between solder bump and PCB pad becomes a big issue. Therefore, it requires enhancing the level of difficulty in the existing assessment method and improving the measurement through the study on the mechanism of IMC formation, growth and brittle failure. Under this circumstance, this study is intended to suggest the direction of research for improving the reliability on the crack such as improvement of IMC brittle fracture.
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문제 정의
6) Board level package 솔더 조인트의 IMC층을 평가하기 위한 방법으로는 밴딩 테스트(bending test), 낙하 테스트(drop test), 나노 인덴테이션(nano_indentation) 등이 있지만, 플립칩의 범프 피치(Bump Pitch)가 급속히 소형화되면서 평가의 어려움을 겪고 있으며, 더욱 정확한 평가 방법을 개발하기 위한 연구도 필요한 실정이다.3) 따라서 본 연구에서는 이들 취성파괴의 연구 결과와 표준 평가에 대한 조사를 통하여 추가적인 연구 방향을 제안하고자 한다.
IMC는 표면처리된 기판과 솔더 사이의 계면 반응에 의하여 생성되기 때문에 IMC의 특성은 표면처리된 기판과 솔더의 종류 및 상호 반응에 의해 결정된다. 기존 연구를 통하여 취성의 문제를 발생시키는 취성파괴 메카니즘과 평가법에 대한 조사하였다.
• 시험방법 : 시험 규격의 온도 프로파일에 따라 열 사이클을 가해 균열이나 박리 등의 발생 유무를 평가한다. 접합부의 형상, 소성 변형율, 반복주파수, 온도범위 등에 의해 파단까지 이르는 시간(파괴수명)이 결정되고, Coffin-Manson의 수정식을 이용해 수명을 추정한다.
후속연구
정적 시험으로 전단, 당김, 압입시험 등의 상기 1)부터 4)까지에 해당하며, 동적 시험으로는 열과 기계적으로 다양한 환경에서 반복 시험을 진행할 수 있는 시험법들로 5)부터 7) 까지의 방법이 존재한다. 각 평가법에서 사용 목적에 따른 문제점이 존재하며, Pad pitch와 Bump pitch가 줄어들어 제품의 평가가 변별력이 떨어지고 평가 수준의 계량화가 되지 않아 현실 적용에 어려움을 해결할 연구가 필요하다.
• 한계 : 솔더볼의 다양한 조성 및 기하학적 차이, 기판의 유연성에 기인하여 시험의 재현성 문제가 발생한다. 또한 bump pitch가 작아짐에 따라 적용이 어려워지고, 다양한 BGA 및 CSP (Chip Scale Package) 패키지가 실용화되면서 이에 맞는 시험방법의 개선이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
솔더에 들어 있는 납성분을 유럽 연합에서 납이 포함된 전자제품의 판매를 금지하는 등 전 세계적으로 납의 사용을 규제하고 있는 이유는?
솔더에 들어 있는 납성분은 환경과 인체에 대한 유해성으로 인해 유럽 연합에서는 2006년 7월 이후로 납이 포함된 전자제품의 판매를 금지하는 등 전 세계적으로 납의 사용을 규제하고 있다. Zribi 외 연구자들은 RoHS 대응으로 납 대체용인 Sn/Ag계 무연 솔더에 Cu, In 등의 미량 합금원소를 첨가하여 재료의 물리적, 화학적 특성이 솔더로써 적합한지를 검토하였고, 기판의 종류, 솔더링 조건의 최적화와 함께 솔더 재료의 물성 향상도 지속적인 연구가 진행되었다.
솔더 접합부의 품질 신뢰성 문제란?
솔더 접합부의 품질 신뢰성 문제는 얼라인먼트(Alignment)문제로 발생한 오픈불량, 기판 휨에 의한 HIP(Head In Pillow)불량, 열팽차 차이에 의한 솔더자체 크랙과 기계적인 충격에 의한 IMC층의 크랙이 중요한 불량이다. 특히 기판 소형화와 표면처리의 변화가 진행 되면서, 솔더 범프와 기판 사이 IMC층의 취성파괴가 더욱 이슈화가 되면서 연구가 활발하다.
IT와 융합화 산업이 급속도로 발전하면서 핸드폰, 노트북, PDA 등 IT관련 소형 전자기기(mobile devices)의 소형화가 가속화되고 있는데 이는 무엇에 중요한 요소로 대두되고 있는가?
이는 Fig. 1에서와 같이 기판의 소형화 및 고다층화가 중요한 요소로 부각되면서 반도체 칩과 기판의 전기적 접속을 위한 솔더 조인트 (Solder joint)의 신뢰성도 같이 중요한 요소로 대두되고 있다. 하지만 IT 융합 가전기기의 소형화는 솔더 조인트의 취약성을 증대시켰고, 솔더 조인트와 관련된 대표적 불량은 다음과 같다.
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