Journal of the Microelectronics and Packaging Society (마이크로전자및패키징학회지)

The Korean Microelectronics and Packaging Society (한국마이크로전자및패키징학회)
권호 표지

Influence of Polarization Behaviors on the ECM Characteristics of SnPb Solder Alloys in PCB

PCB에서의 ECM 특성에 미치는 SnPb 솔더 합금의 분극거동의 영향

  • Lee Shin-Bok (School of Materials Science and Engineering, Seoul National University) ;
  • Yoo Young-Ran (School of Advanced Materials Engineering, Andong National University) ;
  • Jung Ja-Young (School of Advanced Materials Engineering, Andong National University) ;
  • Park Young-Bae (School of Advanced Materials Engineering, Andong National University) ;
  • Kim Young-Sik (School of Advanced Materials Engineering, Andong National University) ;
  • Joo Young-Chang (School of Materials Science and Engineering, Seoul National University)
  • 이신복 (서울대학교 재료공학부) ;
  • 유영란 (안동대학교 신소재공학부) ;
  • 정자영 (안동대학교 신소재공학부) ;
  • 박영배 (안동대학교 신소재공학부) ;
  • 김영식 (안동대학교 신소재공학부) ;
  • 주영창 (서울대학교 재료공학부)
  • Published : 2005.06.01
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Abstract

Smaller size and higher integration of electronic components make smaller gap between metal conducting layers in electronic package. Under harsh environmental conditions (high temperature/humidity), electronic component respond to applied voltages by electrochemically ionization of metal and metal filament formation, which lead to short failure and this phenomenon is termed electrochemical migration(ECM). In this work, printed circuit board(PCB) is used for determination of ECM characteristics. Copper leads of PCB are soldered by eutectic solder alloys. Insulation breakdown time is measured at $85^{\circ}C,\;85{\%}RH$. CAF is the main mechanism of ECM at PCB. Pb is more susceptible to CAF rather than Sn, which corresponds well to the corrosion resistance of solder materials in aqueous environment. Polarization tests in chloride or chloride-free solutions fur pure metal and eutectic solder alloys are performed to understand ECM characteristics. Lifetime results show well defined log-normal distribution which resulted in biased voltage factor(n=2) by voltage scaling. Details on migration mechanism and lifetime statistics will be presented and discussed.

전자 부품의 크기가 점점 줄어들고 고집적화됨에 따라 전자 패키지 내부에 사용되는 금속간 간격이 줄어들고 있다. 이에 더하여 고온 고습한 환경에서 금속간에 전압이 인가되면 금속의 이온화가 촉진, 금속으로 이루어진 필라멘트가 형성되어 결국 절연파괴에 이르게 된다. 이러한 현상이 electrochemical migration(ECM)이다. 이에 인쇄회로기판을 사용하여 ECM 특성 평가를 수행하였다. 항온/항습조건($85^{\circ}C,\;85{\%}RH$)에서 PCB의 $300 {\mu}m$의 단자간격을 가진 through-hole via 표면에서 발생하는 ECM 현상은 CAF가 절연파괴의 주된 메커니즘이었다. solder를 구성하는 Sn과 Pb 조성 분석을 통해 Pb 의 이온 이동도가 Sn의 이온 이동도보다 큰 것을 알 수 있었으며 이는 급격한 양극용해 거동을 보이는 pure Pb의 분극거동과 상관관계가 있는 것으로 사료된다. 또한 시간에 따른 절연파괴시간 시험을 통하여 ECM에 의한 절연파괴시간이 인가전압에 의존하며 인가전압 의존성 지수값(n)은 2로 나타났다.

Keywords