Characteristic of Intermetallic Compounds for Aging of Lead Free Solders Applied to 48 $\mu$BGA

48 $\mu$BGA에 적용한 무연솔더의 시효처리에 대한 금속간화합물의 특성

The concerns of the toxicity and health hazard of lead in solders have demanded the research to find suitable lead-free solder alloys. It was discussed that effect of the intermetallic formation and structure on the reliability of solder joints. In this study, lead-free solder alloys with compositions of Sn/3.5Ag/0.75Cu, Sn/2.0Ag/0.5Cu/2.0Bi were applied to the 48 $\mu$BGA packages. Also, the lead-free solder alloys compared with eutectic Sn/37Pb solder using shear test under various aging temperature. Common $\mu$BGA with solder components was aged at $130^{\circ}C$, $150^{\circ}C$ and $170^{\circ}C$. And the each temperature applied to 300, 600 and 900 hours. The thickness of the intermetallics was measured for each condition and the activation energy for their growth was computed. The fracture surfaces were analyzed using SEM (Scanning Electron Microscope) with EDS (Energy Dispersive Spectroscopy). These results for reliability of lead-free interconnections are discussed.

지금 까지 전자패키지 접합에 사용되어온 Sn/37Pb 솔더는 낮은 용융온도와 우수한 물리적 특성, 그리고 저렴한 가격 등으로 널리 사용되었다. 그러나 납의 독성으로 인한 환경문제와 인체 유해성이 문제화되면서 이를 대체할 무연솔더의 요구가 시급한 실정이다. 또한 제품의 소형화에 따른 접합부의 미세화로 인한 접합부신뢰성이 요구되고 있다. 본 연구에서는 현재 Sn/37Pb 솔더를 사용하여 제품에 사용되고 있는 48 $\mu$BGA 패키지를 사용하여 Sn/Ag 계열 의 두 무연솔더인 Sn/3.5Ag/0.75Cu와 Sn/2.0Ag/0.5Cu/2.0Bi를 접합하여 장기신뢰성을 시효처리를 통하여 제시하였다. 시효처리는 $130^{\circ}C$, $150^{\circ}C$, $170^{\circ}C$ 온도에서 각각 300, 600, 900 시간동안 하였으며, 시효처리에 따른 전단강도와 각 솔더의 활성화에너지를 구하여 Sn/37Pb 솔더와 비교하였다. 두 무연솔더의 시효강도는 Sn/37Pb 솔더 보다 우수하였으며, 시효처리에 따라 형성된 솔더내부의 금속간화합물의 형상으로부터 균열의 성장과 형성에 대하여 논하였다. 이런 실험결과들로부터 두 무연솔더의 장기신뢰성 측면에서 대체가능성을 제시하였다.