일방향 다공성 구리를 활용한 솔더 접합부의 기공 분석

초록

최근 전력 반도체 및 전자 패키징 분야에서는 접합부의 신뢰성을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 연속주조 공정을 통해 제조된 일방향 다공성 금속(Unidirectional Porous Metal, UPM) 구조의 구리를 활용하여 니켈 코팅된 알루 미늄과 접합하고, 이때 형성되는 보이드 특성을 분석하였다. 실험은 리플로우 장비를 활용하여 대기, 진공, 질소 분위기에서 수행되었 으며, 솔더 페이스트를 이용하여 일방향 다공성 구리 및 벌크 구리를 각각 니켈 코팅된 알루미늄과 접합하였다. 접합부의 단면 미세 조직과 전단시험 후 파단면의 파괴 양상을 분석하기 위해 광학현미경(OM)과 주사전자현미경(SEM)을 활용하였고, X-ray CT를 이용 하여 접합부의 보이드율을 정량적으로 평가하였다. 분석 결과, 일방향 다공성 구리를 활용한 접합부에서 벌크 구리 대비 보이드율이 감소하는 경향을 보였다. 이는 다공성 구조가 플럭스 기화 시 발생하는 기체의 방출 통로로 작용하여 기포의 잔류를 억제하고, 보이 드 형성을 저감하는 역할을 했기 때문으로 판단된다. 본 연구를 통해 기공 구조를 활용하면 솔더 접합부의 보이드를 개선할 수 있 음을 확인하였으며, 일방향 다공성 금속이 접합 기술에 효과적으로 활용될 가능성을 제시하였다.