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준성 시
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1 호 Solderability 개요 Solderability는부품이 Pb, SAC등과같은금속을통해두도체를접합하는솔더링에대한적합성을의미합니다. Solderability는재료, 설계및공정등다양한변수에의해결정되고있으며, 모재가솔더와얼마나좋은젖음성 (Wettability) 을갖는가를판정기준으로적용하고있습니다. 큐알티 기술매거진 반도체의소형화, 무연솔더의강제화로인해솔더접합부의신뢰성 / 품질이점점더중 요해지고있습니다. 이번호에서는반도체단품의솔더젖음특성을살펴볼수있는 Solderability 평가에대해간단하게살펴보도록하겠습니다. 반도체리드및단자에대한부식및산화는부품조립과정에서전반적인솔더링프로세스의 품질을떨어뜨리게되며, 이는제품의조립및실사용환경에서의주요불량원인이될수있습니 다. 좋은솔더접합부는... Smooth Bright Shiny Clean Concave fillet 반도체장기보관에따른리드열화의영향 반도체제조사 제품조립공정 장기보관환경 ( 리드부식및산화 ) 솔더접합불량 작성 : 김남호선임연구원 (namho.kim@qrtkr.com) 이에따라모든반도체 (IC, 능동소자, 수동소자등 ) 신뢰성보증항목에기본적으로포함되어있는 Solderability 평가는부품의리드및단자에요구되는솔더의젖음성을충족하는지살펴보고, 장기보관 (shelf-life: 통상 6개월이상 ) 및환경 ( 고온, 온도변화등 ) 에따른부정적인영향이없는지를검증하기위해진행합니다.

주요 Solderability 평가 Solderability 를평가하기위한주요평가방법은 Dip & Look, Surface Mount Reflow

우리는이러한평가를통해반도 체리드에대한솔더젖음성결과에대해정성적 (Quantitative Dip & Look, Surface Mount Process

평가항목 Through -Hole Mount Surface Mount Leadless Leaded BGA Dip & Look O O O X Surface

Dip & Look Dip & Look 평가는말그대로용융된솔더에담갔다가꺼내어젖음양상을관찰하는방법입니다.

(1) 전처리 (Preconditioning) 반도체신뢰성평가에서자주언급되는 전처리 (Preconditioning)

환경시험 ( 고온고습, 온도사이클등 ) 전에반도체의실장환경을사전모사하기위한전처리 (Bake, Soak, Reflow) 가있는반면,

환경시험전처리염수분무시험전처리 본문서에서는 Solderability 평가관련가장최신문서인 EIA/IPC/JEDEC J-STD-002D 규격을

Dip & Look [ 반도체패키지종류에따른적용가능항목 ] Wetting Balance Solder Pot Surface Mount Process

2 주요 Solderability 평가 Solderability 를평가하기위한주요평가방법은 Dip & Look, Surface Mount Reflow Simulation 및 Wetting Balance Solder Pot 등이있습니다. 우리는이러한평가를통해반도 체리드에대한솔더젖음성결과에대해정성적 (Quantitative Dip & Look, Surface Mount Process Simulation) 또는정량적 (Qualitative Wetting Balance Solder Pot Test) 으로확인 할수있습니다. 평가항목 Through -Hole Mount Surface Mount Leadless Leaded BGA Dip & Look O O O X Surface Mount Process Simulation X O O O Wetting Balance Solder Pot Test O O O X 1. Dip & Look Dip & Look 평가는말그대로용융된솔더에담갔다가꺼내어젖음양상을관찰하는방법입니다. 모든반도체규격에서기본적으로요구되는일반적인평가방법이며, 다른평가에비해쉽고간단하게적용할수있습니다. (1) 전처리 (Preconditioning) 반도체신뢰성평가에서자주언급되는 전처리 (Preconditioning) 라는용어는평가항목에따라다른절차를포함하는경우가있습니다. 환경시험 ( 고온고습, 온도사이클등 ) 전에반도체의실장환경을사전모사하기위한전처리 (Bake, Soak, Reflow) 가있는반면, 염수분무시험에서는염수가침투하기용이하도록반도체리드를구부렸다피는것또한전처리라고합니다. 환경시험전처리염수분무시험전처리 본문서에서는 Solderability 평가관련가장최신문서인 EIA/IPC/JEDEC J-STD-002D 규격을 통해반도체관련평가들을살펴보며, 기존규격과변경된사항들에대해정리토록하겠습니다. Dip & Look [ 반도체패키지종류에따른적용가능항목 ] Wetting Balance Solder Pot Surface Mount Process Simulation Bake Soak Reflow 30 리드구부림 1 회 [ 주요신뢰성평가의전처리항목들 ] 전처리 Solderability 에서의전처리는대상제품이사용되기전까지장기보관환경 ( 고온, 열충격등 ) 을고려하여리드표면의부식및산화를촉진시키는목적으로제품을고온건조 (dry) 또는고온 Solder Dipping Flux 적용 Solder Dipping Solder Paste Printing Reflow / 고습 (steam) 환경에노출시키는것입니다. 155 고온챔버 조건종류노출시간권장표면코팅 A 1 시간선택주석미포함 B 4 시간선택 All Steam C 8 시간선택주석미포함 결과판정확대검사 확대검사 / 젖음곡선검토 [ 주요 Solderability 평가절차 ] 확대검사 DEAD-BUG 형태로투입 D 16 시간선택 All E Dry Bake 4 시간기본 All [ Solderability 평가의전처리 ]

1. Dip & Look ( 계속 ) 리드의표면코팅이주로 Sn, SnPb였던 2000년대초반까지의전처리조건은고온 / 고습환경에노출시키는것이일반적이었습니다.

이에따라가장최근발행된규격인 J-STD-002D:2013 부터는고온건조가기본전처리조건으로진행되고있습니다. (2) Flux의적용좋지않은솔더접합의주요원인중하나는결합부의오염, 유분및산화막등과같은불순물입니다. 이러한불순물은물리 / 화학적인방법으로사전제거되기도하지만, 솔더링공정의높은온도에서대상금속들은다시산화될여지가있습니다.

ROL1 계열의 Flux 는송진에할로겐물질의첨가 ( 산성화 ) 를 통해금속에존재하는산화막을쉽게제거하고젖음성을증가시키는역할을합니다. 다만할로겐 첨가물의산성화로인해추가적인부식이발생할수있기때문에평가 ( 사용 ) 후에는세척을통 해잔여 Flux 를꼭제거해야합니다.

01 Isopropyl Alcohol(IPA) Balance Balance Weight of Chlorine as maximum & of Solids 0.2 0.

3 1. Dip & Look ( 계속 ) 리드의표면코팅이주로 Sn, SnPb였던 2000년대초반까지의전처리조건은고온 / 고습환경에노출시키는것이일반적이었습니다. 이후 Pb-free의강제화에따라다양한표면처리 (Pd 및합금등 ) 를사용하게되었으나 Solderability 평가전고온 / 고습전처리에서발생한오염이 Pd의용융을방해할뿐만아니라발생하는열화양상이실제보관환경과유사하지않다는사례가보고되었습니다. 이에따라가장최근발행된규격인 J-STD-002D:2013 부터는고온건조가기본전처리조건으로진행되고있습니다. (2) Flux의적용좋지않은솔더접합의주요원인중하나는결합부의오염, 유분및산화막등과같은불순물입니다. 이러한불순물은물리 / 화학적인방법으로사전제거되기도하지만, 솔더링공정의높은온도에서대상금속들은다시산화될여지가있습니다. Flux는이러한산화막에대한환원제로서솔더링공정중의산화를억제하고, 화학적으로부식을제거하는역할을합니다. 또한용융된솔더의표면장력을낮춰줌으로써쉽게젖을수있도록도움을주기도합니다. Solderability 평가에적용되는 Flux 는전자업계에서가장대중적으로사용하는소나무송진 (Rosin) 계열의 ROL1 을사용합니다. ROL1 계열의 Flux 는송진에할로겐물질의첨가 ( 산성화 ) 를 통해금속에존재하는산화막을쉽게제거하고젖음성을증가시키는역할을합니다. 다만할로겐 첨가물의산성화로인해추가적인부식이발생할수있기때문에평가 ( 사용 ) 후에는세척을통 해잔여 Flux 를꼭제거해야합니다. 구성성분 구성비율 (wt%) Flux #1(SnPb 만적용 ) Flux #2(Pb-free 용추가 ) Colophony 25 ± ± 0.5 Diethylammonium Hydrochloride 0.15 ± ± 0.01 Isopropyl Alcohol(IPA) Balance Balance Weight of Chlorine as maximum & of Solids [ Solderability 평가를위한표준 Flux ] 1) 산화막으로덮여있는금속표면 Oxide film Metal Substrate 4) 용융솔더의적용 Liquid solder 이전규격까지 ROL1 에대해별도구분이없었으나, J-STD-002D:2013 규격부터는 Standard Flux #1, #2 로구분하도록변경되었습니다. Flux #1 은 SnPb 평가에적용하며, 새로추가된 Flux #2 는 Pb-free 전용으로사용해야합니다. 2) Flux 적용 Flux Oxides being removed and converted to salts 5) Flux 기화 ( 금속표면보호 ) Liquid solder (3) 솔더 dipping 솔더 dipping 은용융된솔더에담금으로써모재에솔더가젖어들도록만듭니다. 3) Flux 의환원작용을통한산화막제거 6) 솔더결합완료 Flux IMC layer generated [ 반도체에대한 Dip & Look 평가 ] [ 솔더링간 Flux 의역할 ]

(4) 확대검사확대검사는해당리드에솔더가균일하게적용되었는지현미경을통해검사하는방법입니다.

base metal이노출된상태 ) 및 Pin hole( 솔더표면에작은구멍이형성된상태 ) 만불량으로판정하며, 이외현상 (e.g.

De-wetting Non-wetting Pin-hole Flux 및용융된솔더에대한담금각도및깊이는실제제품에솔더가적용되는면적을고려 (J- STD-002D Appendix 참조 )

일반 Through-hole 타입의반도체는보드 에실장되는환경을고려하여 90도, SMD(Surface Mount Device: 표면실장형부품 ) 는 20 ~

J-STD-002D:2013 규격부터는방열판이있는소자 ( 능동소자등 ) 에대한담금및판정기준이 신설되었으며, 해당제품은수평으로도적용할수있습니다.

4 1. Dip & Look ( 계속 ) 1.27 mm PTH (Plated Through Hole) [ 주요제품별담금각도 ] Leaded/Leadless SMD (BGA 제외 ) 20 ~ ~ 45 용융된솔더표면 (4) 확대검사확대검사는해당리드에솔더가균일하게적용되었는지현미경을통해검사하는방법입니다. Solderability 평가에서는 De-wetting(base metal이노출되지는않았지만, 솔더가불규칙한모양으로덮여있는상태 ), Non-wetting( 솔더가제대로덮여지지않고 base metal이노출된상태 ) 및 Pin hole( 솔더표면에작은구멍이형성된상태 ) 만불량으로판정하며, 이외현상 (e.g. bridging : 두리드가솔더로연결된상태등 ) 에대해서는불량으로판정하지않습니다. De-wetting Non-wetting Pin-hole Flux 및용융된솔더에대한담금각도및깊이는실제제품에솔더가적용되는면적을고려 (J- STD-002D Appendix 참조 ) 하여진행해야합니다. 일반 Through-hole 타입의반도체는보드 에실장되는환경을고려하여 90도, SMD(Surface Mount Device: 표면실장형부품 ) 는 20 ~ 45도가기본조건이나협의를통해 90도로담글수있습니다. J-STD-002D:2013 규격부터는방열판이있는소자 ( 능동소자등 ) 에대한담금및판정기준이 신설되었으며, 해당제품은수평으로도적용할수있습니다. Pb-free 제품에대한 Dip & Look 평가의주요파라미터는다음과같습니다. Solder 공정 Wave 솔더링 Reflow 솔더링 솔더종류 SAC305(default) Flux 종류 Standard Flux #2(Pb-free 용 ) Flux 담금시간 5 ~ 10 초 Flux 담금각도 ~ 45 솔더온도 245 ± 5 솔더담금시간 5 + 0/-0.5 초 솔더담금 / 복귀비율 25 ± 6 mm/sec 현미경의배율은리드의간격에따라 10 배 ~30 배 ( 필요시고배율도적용 ) 정도로관찰하고있 으며, 판정은제품의솔더적용면적대비상기불량이발생하지않은면적 ( 균일한솔더흔적 ) 의 비율로판정합니다. 판정기준 [ Solderability 평가불량 ] 리드 : 솔더적용면적의 95% 이상의젖음성확보 방열패드 : 주요면적의 80% 이상의젖음성확보 대용량패키지 ( 크기가크거나리드의수가많은 ) 의경우, 제품리드에솔더가충분히젖어들수 있도록솔더담금시간및속도를조절할수있습니다. [ 저배율현미경을통한확대검사 ]

2. Wetting Balance Solder Pot 수십년전부터사용되던 Dip & Look 평가는빠르고쉬울뿐만아니라저렴하게적용할수있지만반복성과재현성측면에서는좋지않은평가를받고있습니다. 동일한환경및절차로진행하더라도담당엔지니어의주관적인해석이포함되어결과가다르게나올수있기때문입니다.

5 2. Wetting Balance Solder Pot 수십년전부터사용되던 Dip & Look 평가는빠르고쉬울뿐만아니라저렴하게적용할수있지만반복성과재현성측면에서는좋지않은평가를받고있습니다. 동일한환경및절차로진행하더라도담당엔지니어의주관적인해석이포함되어결과가다르게나올수있기때문입니다. 이러한 Dip & Look 평가를개선하기위해제안된방법이 Wetting Balance Solder Pot Test 입니다. Wetting balance 측정은높은정확성 ( 기본분해능 : mn) 을보유한장비를통해진행하며 PTH 및 SMD 타입의부품에도모두적용할수있습니다. 결과판정 젖음곡선검토 용융된솔더의표면장력의변화를감지하여기록되는젖음곡선 (Wetting Curve) 의주요파 라미터를통해리드의젖음특성이얼마나좋은가를확인할수있습니다. 좋은 solderability 특 성을가진재료들은 meniscus 가높고빠른젖음속도 ( 젖음곡선의값이 (-) 에서 (+) 로빠르게 이동 ) 를볼수있습니다. Force/mm (un/mm) Equilibrium wetting force SET A Force/mm (un/mm) SET B 0 F2 AA F5 F2 AA F5 Buoyancy Corrected Zero Axis T0 Buoyancy Corrected Zero Axis T0 [ 제품을고려한 Wetting curve 판정기준설정 ] [ Wetting Balance 측정의개요 ] 금속이용융된솔더속으로담궈지면, Solder meniscus( 금속에솔더가젖어듬에따라자연적으로형성되는결합의모양, 일반적으로수직금속면과랜드평면에오목한삼각형형태를띄게됨 ) 의힘과속도를통해솔더가얼마나잘젖어드는가를평가할수있게됩니다. 평가절차해당평가절차중 (1) 전처리, (2) Flux 적용, (3) 솔더 Dipping 내용및 (4) 확대검사는 Dip & Look 절차와대부분동일하기때문에생략하도록하겠습니다. 파라미터 T0 F2 내용 영점보정된부력으로복귀시점 2 초 매우작은 SMD 소자의경우, un 단위의분해능이필요한경우가있기때문에 Globule 평가 가진행되어야할수있습니다만, 큐알티에서는 Globule 평가까지는다루지않기때문에별도 로설명하지는않겠습니다. Set A [ Wetting balance 판정기준 ] 판정기준 Set B 1 초이내 2 초이내 이론상최대젖음력대비 50% 이상 이전값대비높아야함 F5 5 초 F2 값의 90% 이상 F2 값의 90% 이상 AA Wetting curve 면적 이론상최대젖음면적대비 50% 이상 0 보다커야함

3. Surface Mount Process Simulation Solderability 주의사항 Surface Mount Process Simulation은 SMD 부품이보드에실장되는 reflow

평가절차 (1) 전처리 Dip & Look 절차참조 (2) Solder paste 인쇄 솔더적용부위 ( 리드아랫쪽 ) 의확대검사를위해서는 reflow

해당패키지정보 ( 리드또는볼패턴및간격 ) 를통해 solder mask(stencil) 를제작하고, solder paste를인쇄합니다.

(4) 확대검사 베이스기판과반도체소자를분리후, 확대검사를통해 95% 이상의젖음영역을확보하였는지확인합니다. [ Solder paste 인쇄 ] 전 Solderability 평가가실장환경을반영하나요?

Sensitivity Level) 의등급분류및 Full Body Immersion( 반도체단품전체를해당등급의용융된솔더에담그는평가 ) 로진행하고있습니다.

반도체 Solderability 평가는 IPC 협회에서반도체리드의열화특성에따른솔더젖음성을판단하기위해다양한연구사례를통해평가에최적화된실장프로세스조합중에하나입니다. 맺음말 앞으로솔더접합부에대한신뢰성은더욱중요한이슈가될것입니다.

6 3. Surface Mount Process Simulation Solderability 주의사항 Surface Mount Process Simulation은 SMD 부품이보드에실장되는 reflow 공정환경까지모사한평가입니다. SMD 부품에대해서는용융된솔더에담그는기존 Dip & Look 평가보다더적절한방법으로분류되고있으며, 또한 BGA와같이솔더 Dipping을적용하기어려운부품까지평가가능합니다. 평가절차 (1) 전처리 Dip & Look 절차참조 (2) Solder paste 인쇄 솔더적용부위 ( 리드아랫쪽 ) 의확대검사를위해서는 reflow 완료후기판과소자를분리해야하기때문에이를용이하게하기위해서아무것도인쇄되지않은세라믹기판을사용합니다. 해당패키지정보 ( 리드또는볼패턴및간격 ) 를통해 solder mask(stencil) 를제작하고, solder paste를인쇄합니다. (3) Reflow 일반적으로대류 (convection) 방식의 reflow 장비를사용하며, 최고온도 250 사이클을 1회진행합니다. (4) 확대검사 베이스기판과반도체소자를분리후, 확대검사를통해 95% 이상의젖음영역을확보하였는지확인합니다. [ Solder paste 인쇄 ] 전 Solderability 평가가실장환경을반영하나요? 반도체부품의실장온도및공정 (reflow 및 wave soldering) 대한강건성은수분민감성레벨 (MSL : Moisture Sensitivity Level), 프로세스민감성레벨 (PSL : Process Sensitivity Level) 의등급분류및 Full Body Immersion( 반도체단품전체를해당등급의용융된솔더에담그는평가 ) 로진행하고있습니다. 또한대규모양산조건의경우, 수많은 Flux와 Process의조합으로인해표준화가어렵습니다. 반도체 Solderability 평가는 IPC 협회에서반도체리드의열화특성에따른솔더젖음성을판단하기위해다양한연구사례를통해평가에최적화된실장프로세스조합중에하나입니다. 맺음말 앞으로솔더접합부에대한신뢰성은더욱중요한이슈가될것입니다. 반도체 solderability 평가는양산공정의 Safety margin을확보하기위한사전활동이자, 다양한실제솔더링공정을만족시킬수있는최소요구사항입니다. 해당평가를통해장기보관반도체에대한관리방안을수립하고, 실제공정에대한최적프로세스를찾아나가야합니다. 큐알티에서는반도체 ( 소형 ) 이외에도능동소자, 수동소자, 와이어및단자등솔더를통해접합되는모든재료에대해서도 Solderability 평가가가능합니다. 반도체이외의평가및관련규격평가방법에대해서도문의하시면상세하게안내해드리도록하겠습니다 후 QRT s Solderability 시험기 [ 제품결합 ] [ Reflow Process ] [ 확대검사 ] RHESCA SAT-5200 평가문의경기도이천시부발읍경충대로 2091 큐알티주식회사 [ Surface Mount Process Simulation 평가절차 ] 신뢰성기술팀정석환셀장 sukhwan.jung@qrtkr.com

歯칩저항자료(안내용)

歯칩저항자료(안내용) (Chip Resistor) HISTORY - - Fixed Thick Film Resistor - System ,,. ( ) RuO2 Supptering NiCr Carbon,,,,TCR HIGH POWER, TCR, Volumn chip - (ohm's law) - - 1 R = 1 1 = 1 + R1 R2 R = R1 + R2 = 2 + 3 = 5 I