플렉시블 기판에 대한 무연 솔더 접합 신뢰성 평가 :Joint Reliability of Lead-free Solder on Flexible Substrate

안성도

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자료유형: 학위논문

저자정보: 안성도 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수: 현승균

발행연도: 2017

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2017

플렉시블 기판에 대한 무연 솔더 접합 신뢰성 평가

안성도 신소재공학과 2017.01 학위논문

2016

플렉시블 기판에 대한 무연솔더 접합부 신뢰성 평가

안성도 , 김상우 , 박상준 외 4명 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 2016.11 학술대회자료

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Sn-Pb 솔더는 전자 제품에서 저렴한 가격 및 우수한 물리적 특성 등 다양한 장점으로 인하여 널리 사용되었다. 하지만, Pb는 환경적인 유해성 때문에 striction of hazardous substances (RoHS), electronic equipment (WEEE), end-of-life vehicle (ELV)의 국제 환경 규제 때문에 사용이 제안되고 있다. 따라서 Pb를 대체하는 다양한 무연 솔더가 활발히 연구되고 있다. 그 중 Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305)와 같은 무연 솔더는 이미 가전제품 등 다양하게 연구 가 진행되었다. 자동차 전장품의 무연 솔더 경우에는 높은 온도, 습도, 진동 등 복합한 환경에 노출 때문에 다양한 연구가 요구된다. 그러나 자동차 전장품에 사용되는 무연 솔더에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
플렉시블 기판의 경우 경량화라는 장점으로 인하여 자동차 연비를 향상할 수 있다. 본 연구에서는 자동차 전장품용 플렉시블 기판에 대한 무연 솔더 접합부에 대한 연구를 진행하였다. 플렉시블 기판의 표면처리에서는 organic solderability preservative (OSP) 및 electroless nickel immersion gold (ENIG)가 사용되었다. 무연 솔더의 조성으로는 Sn-3.0Ag-0.5Cu, Sn-0.7Cu and Sn-0.5Cu-0.01Al(Si)를 사용되었다. 접합부의 신뢰성 평가를 위해 열 충격 시험을 -40 to 125°C에서 진행하였다. 열 충격 시험 후 접합강도 및 단면검사를 진행하였다. 또한 X-axis moving stage 장비를 이용하여 반복 굽힘 시험 후 접합부에 미치는 기계적 신뢰성을 평가하였다.

#Lead-free solders #Flexible Printed Circuits Board (FPCB) #Organic Solderability Preservative (OSP) #Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG)

국 문 초 록 iv
영 문 초 록 v
목 차 vi
List of Figures vii
List of Tables ix
1. 서 론 1
2. 이론적 배경 3
2.1 전자 패키지 연구 동향 3
2.2 Flexible electronics 연구 동향 5
2.3 무연 솔더 (Lead-free Solder) 8
2.3.1 무연 솔더 연구동향 8
2.3.2 고온용 무연 솔더 10
2.3.3 UBM (Under Bump Metallurgy) 11
2.3.4 금속간화합물 (Intermetallic compound) 11
2.3.5 Sn-Cu 계면반응 12
2.3.6 Ni-Sn 계면반응 14
2.3.7 Sn-Ag-Cu 솔더와 Cu/Ni UBM 계면 반응 16
2.3.8 Sn-Cu-(X)Al(Si) 솔더와 Cu UBM 계면 반응 18
2.4 접합부의 신뢰성 평가 18
2.4.1 접합강도 평가 (shear test) 18
2.4.2 열 충격 시험 (Thermal shock test) 19
2.4.3 반복 굽힘 시험 (Bending test) 19
3. 실험 방법 20
3.1 플렉시블 기판 제작 20
3.1.1 플렉시블 기판 설계 및 표면처리 20
3.1.2 솔더링 공정 21
3.1.3 리플로우 공정 최적 조건 도출 23
3.2 신뢰성 평가 25
3.2.1 열 충격 시험 (Thermal Shock Test) 25
3.2.2 접합강도 평가 (shear test) 27
3.2.3 반복 굽힘 시험 (Bending test) 28
4. 결과 및 고찰 30
4.1 신뢰성 평가 결과 30
4.1.1 열 충격 후 OSP 표면처리 계면분석 및 금속간화합물 두께 30
4.1.2 열 충격 후 OSP 표면처리 계면분석 및 금속간화합물 두께 37
4.1.3 접합강도 시험 결과 44
4.1.4 반복 굽힘 시험 결과 47
5. 결론 51
6. 참고논문 53

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