[논문]Sn-8mass%Zn-3mass%Bi 무연 솔더의 신뢰성과 Zn의 거동

조선연; 이영우; 김규석; 정재필; 문영준; 이지원; 한현주; 김미진

[국내논문] Sn-8mass%Zn-3mass%Bi 무연 솔더의 신뢰성과 Zn의 거동
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조선연 (서울시립대학교 공과대학 신소재공학과) , 이영우 (서울시립대학교 공과대학 신소재공학과) , 김규석 (서울시립대학교 공과대학 신소재공학과) , 정재필 (서울시립대학교 공과대학 신소재공학과) , 문영준 (삼성전자 메카트로닉스 센터) , 이지원 (삼성전자 메카트로닉스 센터) , 한현주 (삼성전자 메카트로닉스 센터) , 김미진 (삼성전자 메카트로닉스 센터)

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문제 정의

따라서 본 연구에서 Sn-8Zn-3Bi 솔더의 신뢰성과 관련하여 고온 고습 시험 후 Zn상의 변화와 강도를 조사함으로써 Sn-8Zn-3Bi계 솔더의 신뢰성을 평가하였다.

제안 방법

. PCB 에 QFP 를 접합하기 위해 Sn-8Zn-3Bi 페이스트 솔더를 스크린 프린트법으로 인쇄한 후 QFP부품을 탑재하고 리플로우 솔더링을 하였다. 리플로우 솔더링은 피크 온도 230~235P 에서 시행하였다.
솔더링 접합부의 신뢰성을 평가하기 위하여 열충격 시험과 고온 고습 시험 후 접합강도와 미세조직을 관찰하였다.
행하였다. 인장 접합 강도는 45°방향에서 리드를 팁 속도 200/Ws로 당겨서 측정하였고 각 실험 조건 당 총 80개의 리드에 대해 강도를 측정하였다.
접합부의 미세 조직을 관찰하기 위해 FESEM 을 사용하였으며 솔더링 후의 금속간화합물 층의 성분을 조사하기 위해 EDS를 사용하였다.
Sn-8Zn-3Bi 솔더와 OSP PCB, Sn 도금 PCB, Lead의 Cu가 접하는 경우에 생성된 금속간화합물을 EDS 로 분석하였다. 분석 결과 Cu와 Zn의 비율이 약 36 : 64로 Cu-Zn 계금속간 화합물인 CusZns이 생성되는 것을 확인하였다, 또 Ni/Au 도금 PCB pad 와 Sn-8Zn-3Bi 솔더의 접합계면에서도 분석 결과 Ni-Zn 계 금속간 화합물인 NisZrm이 생성된 것을 확인하였다.
Zn상의 규명하기 위해하여 EDS를 사용하여 성분분석을 행하였으며 필렛 내부('a' 지점)와 리드 부('b, 지점) 두 지점에서 Zn상의 성분을 분석하였다. 분석결과 두 지점 모두 Zn, Sn, O로 구성되어있는 것을 확인하였다.
Sn-8Zn-3Bi 솔더를 사용하여 Sn-3Bi 도금된 QFP 를 각각 OSP, Sn 도금, Ni/Au 도금 PCB에 리플로우 솔더링을 통해 접합하였다. 또한 열충격 시험과 고온고습시험 후 신뢰성을 평가하는 연구를 수행하였다.
또한 열충격 시험과 고온고습시험 후 신뢰성을 평가하는 연구를 수행하였다. 본 연구에서 얻은 결과를 요약하면 다음과 같다.

대상 데이터

사용된 PCB 의 표면처리는 OSP(플럭스 0.3 ~0.4㎛도포), Sn 도금 (0.45 ㎛도금), Ni/Au 도금 (Ni 3㎛, Au 0.03/an도금)으로 하였다.
6㎛도금)를 갖는 QFP 를 사용하였다. 실험에 사용된 솔더로는 Sn- 8Zn-3Bi 조성의 페이스트 솔더를 사용하였다
사용한 부품으로는 208pin 0.5mm Pitch Cu 재질의 리드(Sn-3Bi 7.6㎛도금)를 갖는 QFP 를 사용하였다. 실험에 사용된 솔더로는 Sn- 8Zn-3Bi 조성의 페이스트 솔더를 사용하였다

성능/효과

변화하였다. 이러한 연구들을 종합해볼 때 Zn상은 침상으로 존재하다가 열처리 후 구상으로 변한다는 것을 알 수 있다.4-5)
열 충격 시험 1000 싸이클 후 인장강도는 레퍼런스보다 각각 4N, 3N, 6N 높았다. 따라 서열 충격에 대한 강도 특성은 기존의 연구들 6T) 의 결과같이 유연 솔더보다 양호하다고 할 수 있다.
EDS 로 분석하였다. 분석 결과 Cu와 Zn의 비율이 약 36 : 64로 Cu-Zn 계금속간 화합물인 CusZns이 생성되는 것을 확인하였다, 또 Ni/Au 도금 PCB pad 와 Sn-8Zn-3Bi 솔더의 접합계면에서도 분석 결과 Ni-Zn 계 금속간 화합물인 NisZrm이 생성된 것을 확인하였다.

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