Sn-Ag-Cu 및 Sn-Bi 무연솔더의 기계적 충격 신뢰성 연구

초록

전자산업이 발전하면서 전자제품은 경박 단소화, 다기능, 고직접화 되고 있다. 이에 따라 전자패키지 역시 다핀화, 소형화의 추세로 발전하고 있다. 이러한 전자패키지의 소형화는 무연솔더접합부의 기계적 신뢰성의 감소를 유발할 수 있다. 전자패키지의 솔더접합부 기계적 신뢰성은 JEDEC 규격의 board level drop test와 Motorola에서 제안된 dynamic bending test로 평가할 수 있다. 일반적으로 사용되는 JEDEC의 board level drop test는 칩이 장착된 보드를 구속시켜 큰 충격에 대한 신뢰성을 평가하는 방법이지만, 같은 충격이 반복되는 피로 특성과도 관련이 깊다. 반면에 Motorola에서 제안된 dynamic bending test는 점진적으로 증가되는 충격에 의해 패키지의 자유 동적 굽힘에 대한 저항성을 평가하는 방법이다. 따라서 모바일 기기등과 같은 소형 전자제품의 충격에 대한 시험법으로는 dynamic bending test가 더 적절한 것으로 판단된다. 본 연구에서는 Motorola에서 제안한 dynamic bending test를 통해 솔더접합부의 기계적 충격 신뢰성을 확인하고자 하였다. 본 연구에서 진행된 dynamic bending test는 100g 추의 자유낙하높이를 점진적으로 증가시키면서 보드의 후면에 충격을 가하고, 충격시 데이지체인의 단선여부를 실시간 모니터링하여 패키지의 고장을 유발한 보드의 변형률을 측정하였다. 자유낙하높이에 따른 보드의 변형률은 스트레인게이지를 이용하여 보정하였으며 데이지체인의 단선여부는 샘플링속도 50kHz에서 100Ω 이상의 저항이 감지되는 것을 기준으로 하였다. 이때 무연솔더는 Sn-Ag-Cu-X계열과 Sn-Bi-X계열이 조성을 사용하였다.