선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 앞서 언급한 시험방법의 대안으로 high speed lap-shear 시험 법을 고안하였다. 이 시험 방법은 솔더 접합부에 고속의 전단응력을 가하였을 때 솔더접합부의 기계적 기구분석을 통하여 drop reliability 를 평가한다.
제안 방법
- 본 연구에서 최고 ~ 500 mm/s 의 변위율로 리플로우 직후의 Sn-37Pb/Cu UBM 과 Sn-37Pb/무전해 니켈/침지 금도금(electroless nickel immersion gold, ENIG) UBM 시편으로 시험을 진행하였다. 또한 150 ℃, 170 ℃ 에서 120 시간 동안 각각 등온 시효 처리한 시편도 시험을 하였다. 리플로우 및 열처리 이후 기판의 금속 패드와 계면반응이 일어난 시편의 단면을 주사전자현미경 (scanning electron microscope, SEM) 를 이용해 관찰하였고 EDS (electron dispersive spectroscopy) 분석을 통하여 금속간화합물의 조성을 분석하였다.
- 우리는 다양한 고속 변형율로 솔더 접합부에 전단응력을 가하는 방법으로 Sn-37Pb/Cu 와 Sn37Pb/ENIG 솔더 접합부의 신뢰성을 평가 하였다. 또한 열처리로 인한 효과를 알아보고자 두 종류의 UBM 을 사용한 시편을 각각 120 시간 동안 150 ℃ 와 170 ℃ 에서 등온 시효 처리하였다.
- 또한 150 ℃, 170 ℃ 에서 120 시간 동안 각각 등온 시효 처리한 시편도 시험을 하였다. 리플로우 및 열처리 이후 기판의 금속 패드와 계면반응이 일어난 시편의 단면을 주사전자현미경 (scanning electron microscope, SEM) 를 이용해 관찰하였고 EDS (electron dispersive spectroscopy) 분석을 통하여 금속간화합물의 조성을 분석하였다.
- 리플로우 직후의 시편과 등온 시효 처리한 시편으로 Fig. 2 의 미소인장시험기(Tytron 250, MTS System Co., USA) 에서 실험을 진행하였다. 변위제어로 시험을 실시하였으며 0.
- , USA) 에서 실험을 진행하였다. 변위제어로 시험을 실시하였으며 0.01 mm/s, 0.1 mm/s, 1mm/s, 10mm/s, 100 mm/s, 500 mm/s 의 변위율로 시험을 진행하여 전단응력-전단변형률 선도를 얻었다.
- 시험 후에는 SEM 을 이용하여 파단면을 관찰하고 EDS 로 표면의 조성을 분석하였다.
- 1 처럼 솔더 접합부에 단순히 전단응력만 가해진다. 실제 전자제품을 떨어뜨렸을 때의 복잡한 환경을 한가지 응력으로 단순화하였다.
- 우리는 다양한 고속 변형율로 솔더 접합부에 전단응력을 가하는 방법으로 Sn-37Pb/Cu 와 Sn37Pb/ENIG 솔더 접합부의 신뢰성을 평가 하였다. 또한 열처리로 인한 효과를 알아보고자 두 종류의 UBM 을 사용한 시편을 각각 120 시간 동안 150 ℃ 와 170 ℃ 에서 등온 시효 처리하였다.
- 본 연구에서는 앞서 언급한 시험방법의 대안으로 high speed lap-shear 시험 법을 고안하였다. 이 시험 방법은 솔더 접합부에 고속의 전단응력을 가하였을 때 솔더접합부의 기계적 기구분석을 통하여 drop reliability 를 평가한다. Lap-shear 시험은 아래 Fig.
- 전단시험은 여러 변위율로 등온 시효 처리한 시편과 리플로우 직후의 시편으로 수행되었다. Fig.
대상 데이터
- Lap-shear 시험은 다양한 변형률로 시편에 전단응력을 가해줌으로써 솔더 접합부의 파괴기구에 관한 중요한 정보를 응력과 변형과의 관계로 알 수 있다. 본 연구에서 최고 ~ 500 mm/s 의 변위율로 리플로우 직후의 Sn-37Pb/Cu UBM 과 Sn-37Pb/무전해 니켈/침지 금도금(electroless nickel immersion gold, ENIG) UBM 시편으로 시험을 진행하였다. 또한 150 ℃, 170 ℃ 에서 120 시간 동안 각각 등온 시효 처리한 시편도 시험을 하였다.
- 솔더볼의 직경은 300 μm 이다. 솔더볼을 접합할 기판은 가로 세로 각각 15 mm, 4 mm 이며, 두께가 1 mm 인 인쇄회로기판 (PCB, FR-4) 을 사용하였다. 기판 위의 금속패드는 Cu 와 ENIG 로 각각 두 종류로 도금되었다.
- 실험에 사용된 솔더볼은 주석-납 2 원계 합금 솔더로 납의 조성이 37 weight %이다. 솔더볼의 직경은 300 μm 이다.
성능/효과
- Fig. 4(a) 의 리플로우 직후의 선도를 살펴보면 가장 낮은 변위율인 0.01 mm/s 의 최대 전단 강도는 약 39 MPa 이며 가장 빠른 500 mm/s 의 최대 전단 강도는 약 55 MPa 이다. 이 전단강도 값의 결과들은 낮은 변위율에서 리플로우 직후의 Sn-37Pb/Cu 시편의 최대 전단강도와 비슷한 반면 높은 변위율에서는 Sn37Pb/Cu 시편의 최대 전단강도가 상대적으로 더 높다.
- 마지막으로 평평한 면으로 균열이 진전되었지만 균열이 금속간화합물 층으로 균열이 진전된 파단 형태이다. EDS 로 파단면을 분석해보면, 주석과 구리가 주된 원소임을 확인할 수 있었다. 평평한 면의 반대면은 소성변형이 거의 없으며, 마찬가지로 금속간화합물 층이 있음을 확인하였다.
- 각각의 다른 변형률에 따른 시편의 주요 파단 형태를 확인함으로써 솔더 접합의 drop reliability는 금속간화합물에 영향을 미치는 열처리의 온도가 증가함에 따라 떨어지는 것을 알 수 있었다.
- 3(a)와 비교하여보면 몇 가지 흥미로운 점이 있다. 먼저 모든 유동응력은 점점 높은 온도로 열처리된 시편일수록 약간 낮아지며, 연신율은 상당히 감소하였다. 두 번째로 변형률에 의한 유동응력의 변화 또한 열처리된 시편의 선도에서도 마찬가지로 발견된다.
- 본 연구에서 성공적으로 고속 전단 시험법을 이용하여 솔더접합의 drop reliability 를 평가 할 수 있음을 확인하였다.
- 전단 시험 법으로부터 얻은 전단 응력-전단변형율 선도에서 세가지 형태의 파단형태의 유용한 정보를 제공 받을 수 있음 확인 할 수 있었다.
- EDS 로 파단면을 분석해보면, 주석과 구리가 주된 원소임을 확인할 수 있었다. 평평한 면의 반대면은 소성변형이 거의 없으며, 마찬가지로 금속간화합물 층이 있음을 확인하였다. 이 파단형태는 170 ℃ 에서 열처리한 두 금속패드에서 모두 발견되며, 두번째 파단형태와 혼재되어 높은 변위율 (10 mm/s ~ 500 mm/s) 에서 나타난다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.