[논문]Sn8Zn3Bi 솔더를 이용한 1608 칩 솔더링부의 고온고습 신뢰성 평가

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

Sn8Zn3Bi 솔더를 이용한 1608 칩 솔더링부의 고온고습 신뢰성 평가
Reliability evaluation of 1608 chip joint using Sn8Zn3Bi solder under high temperature and high humidity 원문보기

김규석 (서울시립대학교 공과대학 신소재공학과) , 이영우 (서울시립대학교 공과대학 신소재공학과) , 홍성준 (서울시립대학교 공과대학 신소재공학과) , 정재필 (서울시립대학교 공과대학 신소재공학과) , 문영준 (삼성전자 메카트로닉스센터) , 이지원 (삼성전자 메카트로닉스센터) , 한현주 (삼성전자 메카트로닉스센터) , 김미진 (삼성전자 메카트로닉스센터)

Sn-8wt%Zn-3wt%Bi (이하, Sn-8Zn-3Bi) 솔더의 장기 신뢰성을 평가하기 위하여 고용고습시험을 행하였다. 고온 고습 시험은 $85^{\circ}C$/85RH 조건에서 1000 시간 동안 하였다. 접합 기판으로는 각각 OSP (Organic Solderability Preservative), Sn 그리고 Ni/Au 처리를 한 PCB(Printed Circuit Board) 패드를 사용하였다. 접합에 사용한 부품은 1608Chip 으로 MLCC(Multi Layer Ceramic Capacitor 이하, 1608C) 와 Chip Resister(이하, 1608R)을 사용하였으며, 이 두 부품의 전극부위에 Sn-10wt%Pb(이하 Sn-l0PB), Sn을 각각 도금하였다. 솔더링 후 1608C 와 1608R의 전단 접합 강도와 솔더링부에서 Zn상의 변화를 관찰하였다. 측정결과, Sn-8Zn-3Bi 솔더의 초기 전단 접합 강도는 기판의 표면처리에 상관없이 약 40N 이었다. 그러나 고온 고습 시험 1000 시간 후에는 기판의 표면처리에 상관없이 약 30N 까지 감소하였다. 하지만 이는 reference인 Sn-37Pb 솔더의 강도값과 거의 유사하며, 이는 Sn-8Bi-3Zn 솔더의 고온 고습 시험 후 전단강도 특성은 기존 유연솔더와 비교하여 동등이상이라고 평가할 수 있다.

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문제 정의

따라서 본 연구에서 Sn-8Zn-3Bi 솔더의 신뢰성과 관련하여 강도를 조사함으로써 Sn-8Zn-3Bi계 솔더의 신뢰성을 평가하였다.

제안 방법

고온 고습 시험은 85"C/85RH 조건에서 1000 시간까지 행하였다.
PCB 에 1608C 와 1608R 를 접합하기 위해 Sn-8Zn-3Bi 페이스트 솔더를 스크린 프린트법으로 인쇄한 후 1608C와 1608R부품을 탑재하고 리플로우 솔더링을 하였다. 리플로우 솔더링은 피크 온도 230~235℃ 에서 시행하였다.
Sn-8Zn-3Bi 솔더를 사용하여 Sn-10Pb, Sn 도금된 1608C, 1608R Chip 을 각각 OSP, Sn도금, Ni/Au 도금 PCB에 리플로우 솔더링을 통해 접합하였다. 또한 고온고습시험 후 신뢰성을 평가하는 연구를 수행하였다.
통해 접합하였다. 또한 고온고습시험 후 신뢰성을 평가하는 연구를 수행하였다. 본 연구에서 얻은 결과를 요약하면 다음과 같다.
솔더링 접합부의 신뢰성을 평가하기 위하여 고온 고습 시험 후 접합강도와 미세조직을 관찰하였다.
전단 접합 강도는 팁 속도 200/zm/sec, 바닥으로부터 팀 높이 10㎛로 측정하였고 각 실험 조건 당 총 20개의 Chip에 대해 강도를 측정하였다. 그림 1은 전단시험의 모식도이다.
접합부의 미세 조직을 관찰하기 위해 FESEM 을 사용하였으며 솔더링 후의 금속간화합물층의 성분을 조사하기 위해 EDS를 사용하였다.

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㎛도금)으로 하였다.
사용한 부품으로는 Sn-37Pb, Sn으로 도금된 1608C 와 1608R 를 사용하였다. 실험에 사용된 솔더로는 Sn-8Zn-3Bi 조성의 페이스트 솔더를 사용하였다.
와 1608R 를 사용하였다. 실험에 사용된 솔더로는 Sn-8Zn-3Bi 조성의 페이스트 솔더를 사용하였다.

성능/효과

고온 고습 시험 1000시간 후 1608R 과 1608C 의 전단강도는 레퍼런스보다 0N~llN 정도 높은 값을 나타냈다. 이러한 경향에 따라 고온 고습에 대한 강도 특성은 기존의 유연 솔더보다 동등하거나 우수한 특성을 갖는다고 할 수 있다.

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