금속패드가 Sn계 무연솔더의 저주기 피로저항성에 미치는 영향

Abstract

플립칩 전자패키지에서 칩과 기판(PCB)를 연결할 때, 통상적으로 칩쪽은 금속패드/UBM 처리를 기판 쪽은 표면처리를 한 후 솔더로 연결하는데, 이 때 사용되는 UBM이나 표면처리에 따라, 칩/솔더,PCB/솔더에 생성되는 금속간 화합물의 종류와 두께 및 솔더의 조성이 변하게 되어 궁극적으로 솔더 접합부의 기계적 신뢰성에 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 Cu와 Au/Ni의 두가지 금속 패드가 무연솔더의 저주기 피로특성에 어떠한 영향을 미치는 지에 대해 고찰해 보았다. 저주기 피로 실험은 Cu나 Au/Ni이 표면처리 된 기판에 무연솔더(Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-1.5Cu, Sn-3.5Ag-XBi(X=2.5, 7.5), Sn-0.7Cu)를 리플로하여 총변위를 변화시키면서 상온에서 시행하였다. 기판의 표면처리에 관계없이 Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-XCu(X-0.75, 1.5), Sn-0.7Cu 합금이 Sn-3.5Ag-7.5Bi 합금보다 피로저항성이 현격히 , Au/Ni 표면처리한 솔더 접합부가 Cu 처리한 경우보다 피로저항성이 뛰어난 것으로 나타났다. 파괴 후 단면을 조사한 결과 계면에 형성된 금속간 화합물 내에 미세균열이 발견되었은데, Cu 표면처리를 사용한 경우 더 많은 미세균열이 생성된 것을 볼 수 있었다. Sn-3.5Ag, Sn-3.5Ag-Cu(X=0.75, 1.5), Sn-0.7Cu 합금의 경우 금속간 화합물 내에 생기는 미세 균열이 거시 균열로 성장하지 않고 파단은 항상 솔더 내부로 일어난 반면, Bi를 함유한 솔더의 경우, 기판의 표면처리에 상관없이 금속간 화합물/솔더 계면으로 균열이 생성 진전되어 다른 솔더합금에 비해 열악한 피로저항성을 나타내는 것으로 보인다. 이것은 Bi의 금속간화합물/솔더 입계 편석이나 Bi 다른 합금에 비해 높은 경도값을 가지는 것에 인한 것으로 보여 진다.