초록 ▼

1. 최종목표
낙하충격 50회 이상 신뢰성이 확보된 Sn-Ag-Cu 계 무연 솔더볼 개선
2. 신뢰성 저해요인 정밀진단 내용
일본 전자기기 제조업체들의 엔지니어들은 RoHS가 지정한 사용금지 물질을 제거하기 위해 열심히 노력해 왔는데, 그 중에서도 가장 큰 애로점은 솔더에서 납(Pb)을 제거하는 것이었다.
그리고 Sn-Pb 공정 솔더를 대체하기 위해 대다수의 장비, 부품 및 기타 제조업체들이 최종적으로 선택한 솔더가 바로 JEITA(Japan Electronics and Information Technology

1. 최종목표
낙하충격 50회 이상 신뢰성이 확보된 Sn-Ag-Cu 계 무연 솔더볼 개선
2. 신뢰성 저해요인 정밀진단 내용
일본 전자기기 제조업체들의 엔지니어들은 RoHS가 지정한 사용금지 물질을 제거하기 위해 열심히 노력해 왔는데, 그 중에서도 가장 큰 애로점은 솔더에서 납(Pb)을 제거하는 것이었다.
그리고 Sn-Pb 공정 솔더를 대체하기 위해 대다수의 장비, 부품 및 기타 제조업체들이 최종적으로 선택한 솔더가 바로 JEITA(Japan Electronics and Information Technology Industries Association)가 추천한 Sn-3Ag-0.5Cu 무연 솔더였다. 이 솔더는 당시 가장 큰 이슈였던 RoHS 규정에 적합하도록 전환하는데 어려움을 겪지 않을 것으로 전망됐고, 그 당시 판매되는 모든 무연솔더에 최고의 접합 신뢰성을 제공했다.
하지만 무연 솔더의 경우 많은 종류의 합금 원소들이 첨가되는데, 이 합금 원소들이 미량으로 첨가되어 있음에도 접합 공정 중 접속 단자의 금속 패드와 반응해 형성하는 금속간 화합물의 종류 및 형태가 달라지며, 이로 인한 차이가 최종적으로 신뢰성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 솔더 내에 첨가되는 합금 원소를 조절함으로써 금속 패드와의 계면 반응 시 형성되는 금속간 화합물을 제어하는 것이 BGA 패키지의 신뢰성에 있어 매우 중요하다.
Sn-3Ag-0.5Cu 와 Sn-1Ag-0.5Cu 무연 솔더는 현재 패키징 업체에서 가장 많이 사용하는 ENIG 패드와 Cu-OSP 패드와 반응 시, (Cu,Ni)6Sn5와 (Ni, Cu)3Sn4 그리고 Cu6Sn5와 Cu3Sn이라는 금속간화합물이 생성된다. 이러한 금속간 화합물층의 두께가 증가하여 계면 파괴의 가능성이 보다 높아지는 것으로 분석되었다.
3. 고장원인분석 및 대처결과
무연 솔더는 Pad와 접합 공정 중 금속간 화합물을 형성한다. 이러한 금속간 화합물은 합금의 원소와 함량에 따라서 그 종류 및 형태가 달라진다. 또한 화합물의 입계석출에 다른 입계가 약화된 상태에서 응력이 작용할 때 파괴가 일어나게 된다. 대처방안은 합금의 조성 및 함량을 조절함으로 가속충격 저항성이 뛰어난 솔더 볼의 특성을 이끌어 낼 수 있었다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서제출서 ... 2
• 제출문 ... 3
• 부품소재신뢰성기반기술확산사업 보고서 초록 ... 4
• 목차 ... 6
• 제 1 장 서론 ... 7
• 제 1 절 기술개발의 목적 및 중요성 ... 7
• 제 2 절 기대효과 ... 9
• 제 3 절 기술개발 내용 및 범위 ... 10
• 제 2 장 이론적 배경 ... 12
• 제 1 절 전자 패키징의 역할 및 체계 ... 12
• 제 2 절 무연 솔더 합금 ... 13
• 제 3 절 솔더와 UBM계면의 반응 ... 14
• 제 3 장 실험 방법 ... 16
• 제 1 절 솔더 제조 ... 16
• 제 2 절 신뢰성 평가 방법 ... 21
• 제 4 장 결과 및 고찰 ... 26
• 제 1 절 솔더 볼 품질 특성 평가 ... 26
• 제 2 절 리플로우 프로파일 최적화 ... 32
• 제 3 절 리플로우 후, 솔더볼 특성 평가 ... 36
• 제 4 장 결론 ... 48