고온 시효 시험에 따른 Epoxy 솔더 접합부의 접합 특성 평가

Abstract

고온에 노출된 무연솔더 접합부는 금속간화합물이 성장하여 접합특성을 저하시킨다. 접합특성 저하를 보완하기 위해 에폭시가 함유된 솔더페이스트를 통해 솔더 접합부를 형성하였으며, 고온에의한 접합특성 저하를 비교 분석하였다. 실험시편은 R3216 규격 Chip으로 SAC305, Sn58Bi와 Epoxy를 함유한 솔더페이스트를 준비하여 OSP 마감된 PCB에 리플로우 공정을 통해 접합하였다. 솔더접합부의 고온의 접합특성을 분석하기 위해 150도의 고온 시효 시험을 14day(336h) 수행하였으며, 전단력 측정을 통해 접합특성을 비교 분석하였다. Epoxy를 함유한 솔더를 사용하여 접합공정을 수행한 결과, 솔더 접합부 외각 및 Chip과 Cu pad 사이에 Epoxy 경화가 발생하여 Epoxy 필렛을 형성하였다. 고온 시효 시험 후 솔더 접합부에는 Cu6Sn5의 금속간화합물이 형성되었으며, 이로 인해 기존의 솔더접합부의 전단력은 크게 감소하였다. 그러나 에폭시 솔더가 함유된 솔더 접합부의 전단력 저하는 크게 나타나지 않았으며, 솔더 접합부 외각에 경화된 Epoxy가 솔더 접합부를 지지하여 솔더 내부의 금속간화합물이 성장하였음에도 전단력의 저하는 크지 않았다. 에폭시를 통해 솔더 접합부에서 형성되는 금속간화합물 등 금속학적 조직변화에 대응하여 높은 접합특성을 확보할 수 있다.

Bonding properties of epoxy-containing solder joints were investigated by a high temperature aging test. Specimens were prepared by bonding an R3216 standard chip resistor to an OSP-finished PCB by a reflow process withtwo basic types of solder (SAC305 & Sn58Bi) pastes and two epoxy-solder (SAC305+epoxy & Sn58Bi+epoxy) pastes. In all epoxy solder joints, an epoxy fillet was formed in the hardened epoxy, lying around the outer edge of the solderjoint, between the chip and the Cu pad. In order to analyze the bonding characteristics of solder joints at hightemperatures, a high-temperature aging test at 150℃ was carried out for 14 days (336 h). After aging, the intermetalliccompound Cu6Sn5 was found to have formed in the solder joint on the Cu pad, and the shear stress on the conventionalsolder joint was reduced by a significant amount. The reason that the shear force did not decrease much, even thoughin epoxy solder, was thatbecause epoxy hardened at the outer edge of the supported solder joints. Using epoxy solder,strong bonding behavior can be ensured due to this resistance to shear force, even in metallurgical changes such as thosewhere intermetallic compounds form at solder joints.