무연솔더 도금된 리드프레임에서 Sn 위스커의 성장과 구조

Structure and Growth of Tin Whisker on Leadframe with Lead-free Solder Finish

주석 도금은 특정 환경하에서 위스커를 발생시키며, 이는 전자부품의 불량을 초래한다. 최근 세계곳곳에서는 환경보호를 위해 "무연"의 사용을 권고하고 있다. 본 논문에서는 두 종류 무연 도금 재료에서 도금 온도와 신뢰성시험 하에서 성장하는 위스커를 평가하였다. 도금 온도가 높아질수록 표면에 형성되는 도금 입자의 크기는 커지고, 위스커의 성장은 작아진다. 또한 온도 순환시험에서 성장한 위스커는 무광택 Sn 도금은 굽은 모양을, 무광택 Sn-Bi에서는 줄무의 모양이 관찰되었고, Sn 도금에 비해 Sn-Bi에서 위스커가 작게 성장하였다. 무광택 Sn 도금된 FeNi42 리드프레임은 TC 300 사이클에서 직경이 $7.0{\~}10.0{\mu}m$이고, 길이가 $25.0{\~}45.0{\mu}m$인 위스커가 성장하였다. 또한 Cu는 300 사이클에서는 표면에 노듈(핵 상태)만이 관찰되었고, 600 사이클에서 길이가 $3.0{\~}4.0{\mu}m$의 위스커로 성장하였다. TC 600 사이클 후 FeNi42는 계면에서 ${\~}0.34{\mu}m$의 얇은 $Ni_3Sn_4$가, Cu에서는 두께가 $0.76{\~}l.14{\mu}m$인 $Cu_6Sn_5$와 ${\~}0.27{\mu}m$의 $Cu_3Sn$ 화합물들이 두껍게 성장하였다. 따라서 FeNi42 리드프레임은 열팽창계수의 차이, Cu에서는 금속간 화합물의 형성이 위스커의 성장에 영향을 미치는 주요 인자이다.

Tin plating on component finishes may grow whiskers under certain conditions, which may cause failures in electronics equipment. To protect the environment, 'lead-free' among component finishes is being promoted worldwide. This paper presents the evaluation results of whiskers on two kinds of lead-free plating materials at the plating temperature and under the reliability test. The rising plating temperature caused increasing the size of plating grain and shorting the growth of whisker. The whisker was grown under the temperature cycling the bent type in matt Sn plating and striated type in malt Sn-Bi. The whisker growth in Sn-Bi plating was shorter than that in Sn plating. In FeNi42 leadframe, the $7.0{\~}10.0{\mu}m$ diameter and the $25.0{\~}45.0{\mu}m$ long whisker was grown under 300 cycles. In the 300 cycles of Cu leadframe, only the nodule(nuclear state) grew on the surface, and in the 600 cycles, a $3.0{\~}4.0{\mu}m$ short whisker grew. After 600 cycles, the ${\~}0.34{\mu}m$ thin $Ni_3Sn_4$ formed on the Sn-plated FeNi42. However, we observed the amount of $0.76{\~}1.14{\mu}m$ thick $Cu_6Sn_5$ and ${\~}0.27{\mu}m$ thin $Cu_3Sn$ intermetallics were observed between the Sn and Cu interfaces. Therefore, the main growth factor of a whisker is the intermetallic compound in the Cu leadframe, and the coefficient of thermal expansion mismatch in FeNi42.