Sn-3.5Ag 솔더의 벌크 특성과 Ni-P 하부 금속층과의 계면반응에 Co의 첨가가 미치는 영향

Abstract

최근 전자 패키징 분야에서 환경문제와 인체의 유해성으로 인해 납의 사용을 금지하였다. 그로 인해 기존의 Sn-Pb 솔더 합금을 대체 하기 위한 연구가 활발히 진행되었다. 그 결과 Sn-3.5Ag, Sn-0.7Cu, Sn-3.5Ag-0.7Cu 같은 합금들이 각광을 받고 있다. 하지만 이러한 Sn 합금의 경우 응고시 큰 과냉도로 인해 솔더 내부에 커다란 판상형태의 $Ag_3Sn$ 이 성장하고, 고상시효 시 기공이 생기는 등의 문제점이 여전히 존재하기 때문에 Co, Zn, Fe, Sb, Ni, In, Bi와 같은 원소들을 소량 첨가하여 이러한 문제점을 해결하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 Sn-3.5Ag 솔더에 Co를 0.01에서 0.7wt.%까지 첨가하였을 때 솔더의 벌크 특성과 Ni-P 하부 금속층과의 계면반응에 대해 알아보았다. 0.02wt.% 이상의 Co가 첨가되었을 때 Sn-3.5Ag 솔더의 과냉도가 급격히 감소하였으며, 공정조직의 양이 늘어나고 조직의 크기가 조대화 되었다. 미세경도도 Co의 첨가로 인해 증가 하였다. Ni-P 하부 금속층과 계면반응에서는 Co가 0.02wt.% 이상 첨가되면 리플로우 시 금속간 화합물의 spalling 현상이 억제되는 것을 확인 할 수 있었다. Co가 0.1wt.% 이상이 첨가되면 판상 형태를 갖는 새로운 Ni-Co-Sn 3원계 화합물이 형성되는 것을 확인 할 수 있었다. Co가 계면으로 확산되어 감으로 인해 Ni-Co-Sn 3원계 화합물이 먼저 형성이 된 후 뒤이어 (Ni,Co)3Sn4 상이 계면에 붙어서 형성된다. Co가 P-rich layer에 축적됨으로 인하여 금속간 화합물의 spalling이 억제된다.