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주석도금 피막에 관련한 위스커 성장
Growth of Whiskers Relating to plated Films of Tin 원문보기

한국표면공학회 2015년도 춘계학술대회 논문집, 2015 May 07, 2015년, pp.139 - 140  

김유상 (한국과학기술정보연구원)

초록
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주석(Sn)은 뛰어난 유연성을 나타내기 때문에 접촉저항을 감소시킬 목적으로 전자부품과 전자기기의 도선과 단자를 피복하는데 사용된다. 하지만 특정한 조건에서 시간경과와 함께 위스커라는 침상결정이 발생하여 회로 단락을 초래하는 것이 문제이다. 위스커는 직선형, 굴곡형, 곡선형의 형태로 성장하며 직경은 $1{\mu}m$, 길이는 수백 ${\mu}m$에서부터 수 mm에 이른다. 발생 초기단계에서 성장이 정지된 작은 덩어리도 위스커와 함께 관찰된다. 주석도금 피막에서 발생하는 위스커는 1940년대 미국의 전화교환기 단락원인으로 널리 알려지게 되었다. 이러한 위스커를 억제하는 방법으로 주석-납 도금이 개발되었다. 주석-납 도금피막에서는 작은 덩어리가 다수 발생하는 반면에 위스커는 발생하지 않는다. 하지만 2006년 7월에 시행된 RoHS(Restriction of the use of certain Hazardous Substances) 지령에서 수은, 카드뮴, 6가 크롬 및 납은 유해물질로 지정되어 사용이 엄격히 규제되고 있다. 주석 도금피막의 위스커가 발생하고, 성장하는 원인으로 도금피막 내부의 압축응력과 전위, 산화피막, 도금피막-기판계면에서 발생하는 금속간화합물 주변의 변형을 들 수 있다. 본고에서는 도금하여 얻은 주석피막 표면에 형성된 위스커를 중심으로 증착피막과 주석도금 피막을 용융 응고하여 형성된 합금의 경시변화를 비교하고, 작은 덩어리와 위스커의 발생 및 성장 기구에 관하여 기술하였다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • BEI에서 작은 납덩어리는 밝은 영역으로 나타났고, 주석-납 도금피막의 경우에는 주석 및 납의 작은 덩어리가 높은 빈도로 발생할 뿐, 위스커는 확인되지 않았다. 동 기판상 주석-납 도금피막(두께 10㎛)에 압축시험을 실시한 후의 표면과 단면에 대한 BEI를 관찰하였다. 압축시험 하중은 2.
  • 동 기판상에 10% 납을 함유한 도금액을 사용하여 두께 1㎛ 주석-납 도금피막을 형성한 경우에 표면에 형성된 작은 덩어리의 SEI 및 반사전자상(BEI: Backscattered Electron Image)을 관찰하였다. BEI에서 작은 납덩어리는 밝은 영역으로 나타났고, 주석-납 도금피막의 경우에는 주석 및 납의 작은 덩어리가 높은 빈도로 발생할 뿐, 위스커는 확인되지 않았다.
  • 이 때문에 Cu6Sn5 주변의 주석에 압축변형이 생기고 Cu6Sn5가 불균일하게 발생할 경우, 피막 내부에 변형에너지가 높은 불안정 영역과 낮은 영역인 안정영역이 발생할 것으로 사료된다. 알루미늄 전해콘덴서의 도선접합부에 발생한 위스커의 표면 이차전자상(SEI)과 단면 반사전자상(BEI)을 관찰했다. 접합부에서도 도금·증착피막의 경우와 같이 직선·곡선상의 위스커가 관찰되었다.
  • 주석도금에는 알카노슬폰산욕을 사용하였다. 알칼리 전해탈지를 실시한 동 기판표면에 두께 1㎛인 도금피막을 형성시켜 Auger 전자분광장치의 초고진공(10-8Pa) 분위기에서 위스커의 2차전자상(SEI)를 관찰하였다. 직선형의 위스커는 432ks에서 -x축 방향으로 변화했다.
  • 표면에서 발생하는 작은 덩어리·위스커에 대하여 경시변화의 사례와 위스커의 발생·성장 기구에 관하여 기술하였다.
  • 5at%Pb)로 금형주조를 이용하여 제조했다. 합금표면의 마무리 연마에는 Colloidal Silica 현탁액을 사용함과 동시에 정점관찰용의 표적을 도입하기 위하여 마이크로 비커스 경도 시험기를 사용했다. Al-5Sn은 알루미늄상과 주석상으로 구성되며 Al-5Sn-0.

대상 데이터

  • 본고에서는 도금피막의 특성변화에 관련한 사례로 동 기판상 주석도금피막, 동 기판상 주석증착피막, 알루미늄-주석합금, 알루미늄-주석-납 합금을 채택하였다. 표면에서 발생하는 작은 덩어리·위스커에 대하여 경시변화의 사례와 위스커의 발생·성장 기구에 관하여 기술하였다.
  • 주석도금에는 알카노슬폰산욕을 사용하였다. 알칼리 전해탈지를 실시한 동 기판표면에 두께 1㎛인 도금피막을 형성시켜 Auger 전자분광장치의 초고진공(10-8Pa) 분위기에서 위스커의 2차전자상(SEI)를 관찰하였다.
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