A Study on electrical and mechanical reliability assessment of Sn-3.5Ag solder joint

Sn-3.5Ag BGA 솔더 조인트의 전기적, 기계적 신뢰성에 관한 연구

패키징 구조의 발전이 점차 중요한 문제로 대두되어, 칩의 집적 기술의 발전에 따라 실장기술에서도 고속화, 소형화, 미세피치화, 고정밀화, 고밀도화가 요구되고있다. 최근 선진국을 중심으로 전자 전기기기 및 부품의 실장기술에서도 환경 친화적인 기술을 요구함에 따라, 저에너지 공정 및 무연 실장 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 기존의 SOP(Small Out-line Package), QFP(Quad Flat Package) 등은 소형화, 다핀화, 고속화, 실장성에 한계가 있기 때문에, SMT(Surface Mount Technology) 형식으로 된 BGA(Ball Grid Array)가 휴대형 전화를 비롯한 기타 전자 부품 실장에 널리 사용되고 있다. BGA ball shear 법은 BGA 모듈의 생산 및 취급 중에 발생할지도 모르는 기판에 수평으로 작용하는 기계적인 전단력에 BGA solder ball이 견딜 수 있는 정도를 측정하기 위해 사용되는 시험법이다. 전단 시험에 의한 전단 강도의 측정 외에 전기전도도 측정, 파면 관찰, 이동거리(displacement), 유한요소 해석법 등을 병행하여 시험법의 신뢰성 향상에 대한 연구가 이루어지고 있다. 본 실험에서는 지름이 $500{\mu}m$인 Sn-3.5Ag 솔더볼을 이용하여 세라믹 기판을 접합하여 BGA 패키지를 완성하였다. 상부 기판에 솔더볼을 정렬시켜 리플로우 방법으로 접합 한 후 솔더볼이 접합된 상부 기판과 하부 기판을 접합 하여 시편을 제작하였다. 접합된 시편들은 $150^{\circ}C$에서 0~800시간 열처리를 실시하였고, 열처리를 하면서 각각 $3{\times}10^2A/cm^2,\;5{\times}10^3A/cm^2$의 전류를 인가하였다. 시편들을 전단 시험기를 이용하여 솔더볼의 기계적 특성 평가를 하였으며, 계면 반응을 관찰하였다.