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동완 담
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1 57 연구논문 NaBr 및 NaF 용액에대한 Sn-3.Ag-.5Cu 솔더합금의 Electrochemical Migration 특성 정자영 * 장은정 * 유영란 * 이신복 ** 김영식 * 주영창 ** 정태주 * 이규환 *** 박영배 * * 안동대학교신소재공학부 ** 서울대학교재료공학부 *** 한국기계연구원표면기술연구센터 Electrochemical Migration Characteristics of Sn-3.Ag-.5Cu Solder Alloy in NaBr and NaF Solutions Ja-Young Jung*, Eun-Jung Jang*, Young-Ran Yoo*, Shin-Bok Lee**, Young-Sik Kim*, Young-Chang Joo**, Tai-Joo Chung*, Kyu-Hwan Lee*** and Young-Bae Park* *School of Materials Science and Engineering, Andong National University, Andong , Korea **School of Materials Science and Engineering, Seoul National University, Seoul , Korea ***Surface Technology Research Center, Korea Institute of Machinery and Materials, Changwon 641-1, Korea Abstract Electrochemical migration characteristics of Pb-free solder alloys are quantitatively correlated with corrosion characteristics in harsh environment conditions. In-situ water drop test and corrosion resistance test for Sn-3.Ag-.5Cu solder alloys were carried out in NaBr and NaF solutions to obtain the electrochemical migration lifetime and pitting potential, respectively. Sn-3.Ag-.5Cu solder alloy shows similar ionization and electrochemical migration behavior with pure Sn because of Ag and Cu do not migrate due to the formation of resistant intermetallic compounds inside solder itself. Electrochemical migration lifetime in NaBr is longer than in NaF, which seems to be closely related to higher pitting potential in NaBr than NaF solution. Therefore, it was revealed that electrochemical migration lifetime of Sn-3.Ag-.5Cu solder alloys showed good correlation to the corrosion resistance, and also the initial ionization step at anode side is believed to be the rate-determining step during electrochemical migration of Pb-free solders in these environments. *Corresponding author : ybpark@andong.ac.kr (Received April 13, 27) Key Words : Electrochemical migration lifetime, SnAgCu, NaBr, NaF, Polarization, Corrosion 1. 서론 전자부품의급속한고성능화, 소형화, 및융합요구에대응하기위해다양한전자패키지에사용되는금속배선및접합층의선폭및간격이점점작아짐에따라기존에는심각하게발생하지않았던 electromigration 및 electrochemical migration(ecm) 등의전류, 전압, 습도, 환경등과복합적으로연관된새로운신뢰성 문제들이점점중요해지고있다 1,2). 또한최근환경규제방침에따른납사용의규제로인해현재까지널리사용되어오던공정조성 SnPb 대신 SnAgCu, SnCu, SnAg 등다양한무연솔더가많이연구되고실제전자부품에적용되고있으며 1-5), 이러한새로운솔더재료에대한신뢰성평가또한중요한관심대상이되고있다. 특히 ECM 은전기적으로절연되어있던두금속전극사이에오염물질등을함유하는수분의흡착과함께동시에전압이인가되었을때전기화학적으로불안정하 大韓熔接接合學會誌第 25 卷第 3 號, 27 年 6 月 279

2 58 정자영 장은정 유영란 이신복 김영식 주영창 정태주 이규환 박영배 게되어두전극사이에필라멘트가성장하여전기적단락을이루는현상이다 1,2,6-11). ECM은수분, 온도, 인가되는전압뿐만아니라전극사이의간격, 그리고공정과정에서발생할수있는불순물이온의흡착등으로인해더욱가속화될수있다. ECM 현상은전기화학적과정의하나로서부식및전기도금과매우유사한현상을보여주고있으며, 수분의흡착과함께전압이인가되게되면양극전극의이온화, 이온화된금속의이동, 그리고필라멘트의성장등의단계를거치며두전극사이의전기적단락을일으키게된다 6,7). ECM 현상에는양극에서이온화된금속이이동하여음극에서성장한덴드라이트 (dendrite) 가양극전극에연결되어전기적파괴가발생하는경우와양극에서성장한전도성양극필라멘트 (Conductive Anode Filament; CAF) 에의한절연파괴가있는데, 사용되는재료, 구조, 환경, 발생경로등에따라변하는경향을보인다 6-12). 빠른양극용해속도를가지는재료가 ECM 현상에보다민감하고, 부식저항성이크게나타나는재료가 ECM 수명이보다길다는일부결과가보고되고있다 1,2,6,11). 그리고 ECM 수명은흡착되는이온의종류에의해서도영향을받게되는데 9-11), Sn과 SnAgCu 솔더의경우 Cl - 이온이존재하는환경에서표면에형성된산화피막이열역학적으로좀더안정하고부식및이온화저항성이증가하여 SO 2-4 이온의경우보다 ECM 수명이보다길어진다고보고되고있다 11). 그리고 SnAgCu 솔더의경우 Ag나 Cu가순금속으로있을때는 ECM 에가장민감한금속이지만솔더에첨가되어있을때 Ag 3 Sn이나 Cu 6 Sn 5 등과같은금속간화합물로존재하기때문에용액내에서안정하게거동하여이온화거동에는거의영향을미치지않아서, 거의순수한 Sn으로서거동한다고보고되고있다 1,2). 한편, 반도체패키지는공정중에칭이나세척등의과정을거치면서 Cl, S, Br, F등의오염물이남아있게된다 13). 기존연구에서는 D.I Water 에서의 ECM 수명거동, 또는, 오염물의영향을살펴보는경우에도 Cl 이나 S의이온흡착에관해일부보고되었을뿐, 오염물로서많이검출되는 Br과 F 분위기에서의이온화경향성과무연솔더의 ECM 수명과의상관관계에대해서는보고된바가거의없다. 따라서본연구에서는 Br과 F 이온오염물들이존재하는환경인 1ppm NaBr 및 NaF 용액에서 Sn- 3.Ag-.5Cu(SnAgCu) 무연솔더합금에대해양극분극실험및 water drop test(wdt) 를실시하여무연솔더의부식거동과 ECM 수명사이의상관관계를이해하고자하였다. 2. 실험방법 2.1 양극분극실험을통한부식저항성평가 SnAgCu 솔더합금의부식및이온화저항성을평가하기위해양극분극실험을실시하였다 9,1). 먼저 p 형 <1> Si 웨이퍼에 Ni박막을.3 μm의두께로스퍼터증착한후, 1cm2의크기로절단하였다. 그위에준비된 Sn-3.Ag-.5Cu 솔더페이스트를리플로우 (Reflow) 하여도포하였다. 이때리플로우는 hot plate 에서 24 의온도로실시하였다. 리플로우된시편은양극분극실험 (Anode polarization test) 에서영향을줄수있는표면의영향을없애기위해 #4 번까지 SiC 샌드페이퍼로연마한후,.5 μm의알루미나페이스트를사용하여정밀연마하였으며, 미세구조안정및충분한금속간화합물성장을위해 15 에서 5시간 (hr) 동안열처리하였다. 시편표면에전압을인가하기위해 Sn-55Pb 를이용한솔더링하여 (Soldering) 리드와이어를연결한뒤 μm 2 의면적을남기고에폭시레진을사용하여실링하여 Fig. 1 와같이시편을준비하였다. 준비된시편으로 Potentiostat (Model Gamry, DC 15) 를사용하여양극분극실험을실시하였다. 이때보조전극은고밀도흑연봉을기준전극은포화감홍전극 (SCE, Saturated Calomel Electrode) 을사용하였다. 용액은 1 ml H 2O에.1g/l 의 NaBr 과 NaF 를용해하여 1ppm NaBr 과 NaF 용액을만들었고, 용액의 ph는 5.6으로유지시켰다. 양극분극실험전에 1ppm NaBr과 NaF 용액은용존산소의영향을배제하기위해 3분간 N 2 가스를일정한속도로주입하여탈기시켰으며, 25 를유지하면서 1분간환원처리후에 1mV/sec 의주사속도로전위증가에따른전류밀도의변화를측정하여부식특성을평가하였다. 그뒤주사전자현미경 (SEM) 을이용하여표면미세구조를관찰하였다. 2.2 Water drop test를통한 ECM 수명평가분극시편과같이준비된 Ni 박막웨이퍼를반도체공정을사용하여 Fig. 1 와같이 3 μm간격으로마주보는패드패턴을형성시켰다 9,1). 그뒤형성된 Ni 박막패드패턴위에 SnAgCu 솔더페이스트를리플로우하여도포하였다. 그리고전압인가시동일한전기장을갖게하기위해패드패턴을 1 μm의두께로정밀연마하였으며, 실험중변화될수있는미세구조를안정화시키고충분한금속간화합물을성장시키기위해 15 에서 5시간동안열처리하였다. 이때시편 28 Journal of KWJS, Vol. 25, No. 3, June, 27

3 NaBr 및 NaF 용액에대한 Sn-3.Ag-.5Cu 솔더합금의 Electrochemical Migration 특성 59 의두께는시료의표면에레이저 (48nm, UV) 를조사하여공촛점상의반사레이저를감지하여시편의 3 차원적인이미지를얻어폭, 각도, 단차등의측정이가능한공촛점레이져현미경 (Model; LEXT OLS3) 을통해측정하였다. Fig. 1 와같이만들어진 SnAgCu pad pattern 시편에마이크로실린지를이용하여용액 1μg을두전극사이에떨어뜨려 ECM 발생조건인수분과이온흡착의환경을만들어주었다. 이때용액은분극실험에서와같은방법으로만들었으며, 1ppm NaBr 과 NaF 용액에대해따로 WDT 를실시하여관찰하였다. WDT 는 Digital Source Meter (Model 24, Keithley) 를사용하여 3V의전압을인가하여시간에따른전류변화값을얻었으며, 덴드라이트 (Dendrite) 의성장모습은 CCD 카메라와디지털비디오카메라를통해녹화하였다. 덴드라이트성장에따른파괴시간 (failure time) 은시간에따른전류값이급격히증가되는시점으로정의하였으며, 실시간으로관찰한덴드라이트의성장모습을관찰한결과음극에서성장한덴드라이트가양극패드에연결되는시간과거의일치하였다. 이러한파괴시간을바탕으로 log-normal 분포를가정하여각조건에서 5개의시편에대한평균파괴시간을평가한후부식거동과비교평가하였으며, 주사전자현미경 (SEM) 및에너지분산형 X-선측정기 (EDS) 를통해미세구조및덴드라이트의성분분석을실시하였다. 3 mm 3 mm Exposed Solder Lead wire Epoxy resin / solder 8 3. 실험결과및고찰 두종류의 NaBr, NaF 용액에서 SnAgCu 솔더합금의부식거동과 ECM 수명사이의관계를살펴보기위해, 먼저 Fig. 2와같이 NaBr 및 NaF 용액에서양극분극실험을실시하였다. 1ppm NaF 용액에서의양극분극그래프를보면부식전위 (Corrosion potential) 는 -786 mv (SEC, Saturated Calomel Electrode) 의값을나타내고전위의증가에따른전류밀도의변화가없는비교적안정한부동태거동을하고있다. 부동태 (Passive film) 가파괴되기전의부동태전류밀도는 A/cm 2 의값을보이고부동태가파괴되면서나타나는공식전위 (Pitting potential) 는 -272mV (SEC) 의값을보이고있다. 1ppm NaBr 에서의양극분극거동을살펴보면, -46 mv (SEC) 의부식전위를나타내며, 부동태는안정한거동을하지못하고생성및파괴를반복하며거동한다. 그리고부동태전류밀도는 A/cm 2 의값으로 NaF 에서보다작게나타났다. 공식전위는 +65 mv (SEC) 의값으로 NaF 에서보다약 27 mv정도큰전위를가지고있다. 금속재료는환경과접함으로써열역학적으로불안정한상태가되는데안정화되기위해표면에부동태를형성시킴으로인해서부식속도를감소시키게된다 9-11,14). 부동태는산소에의해서덮여있게되며이러한피막이생성됨으로인해흡착된물분자가떨어져나가게되고, 금속이온의수화를포함하고있는양극용해속도가느려지게한다 14). 또한부동태피막은임계전류이상에서전류가급격히증가하면서국부적으로파괴되고, 이때를공식전위라한다. 공식전위는부동태가형성된재료에서나타나는특징으로공식전위가높다는것은그만큼용해속도가느리다는것으로판단된다 9-11,14). 두용액에서의부식거동을비교해보면, 부동태전류밀도가작을수록그리고공식 3 μm E, mv(sce) 4.1% NaBr, E P : 65mV Solder/ Ni 2 mm -4 Si - Wafer -8.1% NaF, E P : - 65mV Fig. 1 Schematics of test structure for polarization test and pad pattern structure for in-situ water drop test log i, A/cm 2 Fig. 2 Polarization curves of Sn-3.Ag-.5Cu solder alloy in a deaerated 1ppm NaBr and 1ppm NaF solutions 大韓熔接接合學會誌第 25 卷第 3 號, 27 年 6 月 281

그러나두용액에서모두부동태피막을형성하지만 NaBr 용액에서좀더열역학적으로안정한거동을하기때문에부식저항성이크게나타나는것으로판단된다. 두용액 NaBr, NaF 용액에서 SnAgCu 솔더합금의부식및이온화거동과 ECM 수명을비교하기위해 3V의전압을인가하여 Fig. 4와같이 WDT 실험을실시하였다.

4 6 정자영 장은정 유영란 이신복 김영식 주영창 정태주 이규환 박영배 전위가클수록부식저항성은일반적으로증가하게되므로, 13) NaBr 에서의부식및이온화저항성은 NaF 에서보다큰것으로판단된다. Fig. 3은 +4 mv (SCE) 까지양극분극실험을실시한후주사전자현미경을통해관찰한사진이다. Fig. 3 는 1ppm NaBr, 3 는 1ppm NaF 용액에서의관찰결과로서, 앞서말한부동태를형성한재료의경우국부적으로부식이되는공식 (pitting) 형태의부식이발생하게되는데이를잘나타내고있다. 그러나두용액에서모두부동태피막을형성하지만 NaBr 용액에서좀더열역학적으로안정한거동을하기때문에부식저항성이크게나타나는것으로판단된다. 두용액 NaBr, NaF 용액에서 SnAgCu 솔더합금의부식및이온화거동과 ECM 수명을비교하기위해 3V의전압을인가하여 Fig. 4와같이 WDT 실험을실시하였다. SnAgCu 솔더합금의 WDT 를실시한결과 NaF 용액에서덴드라이트성장에의한절연파괴시간은그림에서보는바와같이69초, NaBr 용액에서의파괴시간은 145초로 NaBr 용액에서 2배이상더길게나타났다. 이때파괴시간은앞서말했듯이시간에따른전류값이급격히증가되는시간으로정의하였으며, Fig. 6 에나타난것과같이음극에서성장한덴드라이트가양극전극에닿은시간과일치하였다. 통계적으로신뢰성있는수명평가를위해 Fig. 5에나타낸 Current (A 1-3 ) failure time : 69 sec.1% NaF.1% Na Br failure time : 145 sec Time (sec) Fig. 4 Water drop test results of Sn-3.Ag-.5Cu solder alloy for 3V in 1ppm NaBr and 1ppm NaF solutions CDF (%) NaF : t 5 =75., σ=.24 NaBr : t 5 =147.2, σ= TTF (sec) Fig. 5 Cumulative distribution function (CDF) plots of electrochemical migration lifetime for Sn-3.Ag-.5Cu solder alloy in 1ppm NaBr and 1ppm NaF solutions Fig. 3 SEM images after polarization test up to +4 mv (SEC) for Sn-3.Ag-.5Cu solder alloy in 1ppm NaBr and 1ppm NaF solutions 것과같이각각의조건에서시편 5개씩을실험하여 ECM 수명을평가하였다. ECM 파괴시간의변화를 lognormal 분포로나타내어평균파괴시간 (t 5 ) 및표준편차 (σ) 를구한결과, t 5 은 NaBr 용액에서는 초, NaF 용액에서는 75. 초로 NaBr 용액에서의평균파괴시간이더긴것으로분석되었다. Table 1에 ECM 평균파괴시간 (t 5 ), 표준편차 (σ), 공식전위평균값 (E p ) 을각각정리하여나타내었다. 여기서, 공식전위값은각각의조건에서 5개의시편에대해양극분극실험을하여공식전위를평균으로나타낸값이다. 표를보면알수있듯이 NaBr 용액에서의공식전위가 NaF 용액에서의공식전위보다큰값을가지며, 이에따른 ECM 수명또한길게나타나는것을알수있다. 이는 NaF 용액에서보다 NaBr 용액에서 SnAgCu 솔더합금의부식저항성이크게나타나기때문에용해속도가느려 NaBr 에서의 ECM 에의해전기적단락이일어날때까지의시간이길게나타나는것으로판단된다. 그리고 ECM 현상은부식과같은메커니즘을가지며, 큰양극용해속도 (Anode dissolution rate) 를가지는재료가 282 Journal of KWJS, Vol. 25, No. 3, June, 27

NaBr 및 NaF 용액에대한 Sn-3.Ag-.5Cu 솔더합금의 Electrochemical Migration 특성 61 ECM에민감하며수명또한짧아진다는기존결과와같은경향을보이고있다 6,11). SnAgCu 솔더합금의 Ag와 Cu가 ECM 현상에미치는영향을관찰하기위해 Fig.

양극패드의이온화된형상은 Fig. 3에서양극분극실험후관찰한표면사진결과처럼공식형태의이온화가된것을볼수있다. ECM 과정은일종의전기화학적반응의하나로서 SnAgCu 솔더에용액을떨어뜨리고전압을인가하게되면전기화학적전위의증가로이어지게된다. 그로인해솔더표면의산화피막의안정성이깨어지면서국부적으로이온화가발생하여공식과같은형상을보이는것으로판단된다.

6(d) 의덴드라이트의 EDS 분석결과를보면 Sn, Si, O가분석되었다. Si는시편의기판으로사용된 Si 웨이퍼에서온것으로판단되며, O는기판과덴드라이트의산화로인해검출된것으로판단된다. 덴드라이트의경우도금과같은형태로순수한금속이성장하게되지만 WDT 실험시수분이증발할때산화되어산화물의형태가되기쉬운특성을지니고있다.

5 NaBr 및 NaF 용액에대한 Sn-3.Ag-.5Cu 솔더합금의 Electrochemical Migration 특성 61 ECM에민감하며수명또한짧아진다는기존결과와같은경향을보이고있다 6,11). SnAgCu 솔더합금의 Ag와 Cu가 ECM 현상에미치는영향을관찰하기위해 Fig. 6에서보는것과같이 1ppm NaF 용액에서 WDT(Water Drop Test) 후양극패드및덴드라이트를분석하였다. Fig. 6 는덴드라이트성장에의한파괴시간인 69초에서의광학사진으로서, 양극과음극전극이덴드라이트에의해전기적으로연결되어있으며, 이로인해 Fig. 4에서와같이전류가급격히증가하게된다. Fig. 6 는 WDT 실시 24초후이온화된양극패드를관찰한사진이다. 양극패드의이온화된형상은 Fig. 3에서양극분극실험후관찰한표면사진결과처럼공식형태의이온화가된것을볼수있다. ECM 과정은일종의전기화학적반응의하나로서 SnAgCu 솔더에용액을떨어뜨리고전압을인가하게되면전기화학적전위의증가로이어지게된다. 그로인해솔더표면의산화피막의안정성이깨어지면서국부적으로이온화가발생하여공식과같은형상을보이는것으로판단된다. 또한이를통해 ECM 에의한양극전극의이온화는부식과같은표면이온화메커니즘을가지고있다고판단된다. Fig. 6(c) 와 (d) 는 WDT 후덴드라이트의모습과성분분석의결과를보여주고있다. 이온화된금속이음 극에서양극으로성장하여전기적단락을이룰때덴드라이트는도금과같은메커니즘으로 Fig. 6(c) 에서보는것과같이수지상의형태를띠며성장하게된다. 그리고 Fig. 6(d) 의덴드라이트의 EDS 분석결과를보면 Sn, Si, O가분석되었다. Si는시편의기판으로사용된 Si 웨이퍼에서온것으로판단되며, O는기판과덴드라이트의산화로인해검출된것으로판단된다. 덴드라이트의경우도금과같은형태로순수한금속이성장하게되지만 WDT 실험시수분이증발할때산화되어산화물의형태가되기쉬운특성을지니고있다. 따라서 SnAgCu 솔더합금은 NaF 용액에서순수한 Sn으로거동하고있으며, NaBr 용액에서도같은경향을나타내었다. 이는 SnAgCu 솔더합금의경우 D.I Water 뿐아니라 NaCl 및 Na 2SO 4 용액에서 ECM 현상이일어날때 Ag나 Cu가솔더내부나계면에금속간화합물을형성하게되므로이온화되지않아 Sn 만으로거동하는결과와일치하고있다 1,2,11-14). Fig. 7은 SnAgCu 솔더합금의 pad pattern 시편을제작하여 NaCl 용액에서 WDT를실시하여금속간화합물의거동을관찰한결과이다 11). Fig. 7 는 WDT 1분후양극패드의이온화된모습을관찰하였는데 SnAgCu 솔더내부에존재하는금속간화합물 Ag 3 Sn 는이온화되어덴드라이트성장에참여하지않고그자 cps 1 Si 5 Sn O Sn Energy (kev) (c) (d) Fig. 6 Water drop test results of Sn-3.Ag-.5Cu solder alloy under 3V and 1ppm NaF (Fig. 4); Optical micrographs of failed sample after 69sec in-situ water drop test, enlarged SEM image around dissolved region at anode pad, (c) enlarged FE-SEM image of dendrite, and (d) EDS analysis result of dendrite 大韓熔接接合學會誌第 25 卷第 3 號, 27 年 6 月 283

62 정자영 장은정 유영란 이신복 김영식 주영창 정태주 이규환 박영배 16 Lifetime, t 5 (sec) 3 ECM lifetime, t 5 (sec) 14 12 1 8 Pitting potential (Ep, mv) 15-15 Pitting Potential(E p, mv) 6.1% NaBr.1% NaF -3 Fig.

1% NaF solutions Table 1 lectrochemical migration lifetime and pitting potential statistics of Sn-3.Ag-.5Cu solder alloy Fig. 7 SEM image of Sn-3.Ag-.5Cu solder alloy anode pad after 1 mins and 2 mins of water drop test in.

6 62 정자영 장은정 유영란 이신복 김영식 주영창 정태주 이규환 박영배 16 Lifetime, t 5 (sec) 3 ECM lifetime, t 5 (sec) Pitting potential (Ep, mv) Pitting Potential(E p, mv) 6.1% NaBr.1% NaF -3 Fig. 8 Electrochemical migration lifetime(t5) and pitting potential(ep) of Sn-3.Ag-.5Cu solder alloy in.1% NaBr and.1% NaF solutions Table 1 lectrochemical migration lifetime and pitting potential statistics of Sn-3.Ag-.5Cu solder alloy Fig. 7 SEM image of Sn-3.Ag-.5Cu solder alloy anode pad after 1 mins and 2 mins of water drop test in.1% NaCl 리에남아있는것을볼수있다. 그리고 Fig 7 는 에서실험한시편을다시 1 분간추가로 WDT 를실시하여계면의금속간화합물 (Cu,Ni) 6Sn 5 가드러나도록충분히실험을실시한후관찰한결과이다. 이때솔더내부에존재하던 Ag 3 Sn은계속그자리에남아있었으며, 계면의금속간화합물을구성하는 Cu, Ni와함께 EDS결과분석되었으나덴드라이트에는 Sn만으로구성되어있었다 12). 이러한결과는 SnAg 합금에대해 H 2SO 4 용액에서침지실험을실시한후표면관찰을통해 Sn은우선적으로이온화되며, 합금내에존재하는금속간화합물 Ag 3 Sn은용액내에서안정하여용해되지않고표면에남아있다고보고된결과와일치하고있다 14). 기보고된연구결과와본실험의연구결과를통해 Ag 3 Sn등과같은금속간화합물은용액내에서안정하여이온화하지않고 SnAgCu 솔더합금은 Sn만이이온화되는것으로판단된다. Fig. 8은각각의용액에따른공식전위와평균파괴시간 t 5 을비교한그래프이고, 앞서 Table 1에서도언급한바와같이, NaBr 용액에서의공식전위가 NaF 용액에서의공식전위보다큰값을가지며, 이에따른 ECM 수명또한길게나타나는것을명확히알수있다. 보고된연구결과에의하면, SnAgCu 솔더합금의 ECM 거동은인가된전압으로인해양극에서 Sn만이용해되어 Sn 2+ 이온을형성하게된다 1). 동시에 Sn 2+ Lifetime Solutions E P(mV(SCE)) t 5( sec ) σ 1ppm NaBr ppm NaF 이온은직접적으로음극으로이동할수없기때문에물의전기분해로인해생성된 OH - 이온과결합하여 Sn (OH) 2 의형태로음극으로이동하게되며, 이때 Sn (OH) 2 로부터 Sn 2+ 이온은쉽게분리되어음극으로부터전자를받아 Sn이도금되는것과같은형태로덴드라이트성장을하게된다고말하고있다 1,11). 그리고 SnAgCu 솔더합금의경우표면에충분히산화피막이형성된경우형성된 SnO 2 의산화피막이 Sn의이온화를감소시켜그에따른 ECM 수명이길어지게되며, 표면의산화피막이열역학적으로안정하게거동하게되면이로인해이온화저항성이커져수명이길어진다고보고되고있다 1,2,11). 따라서보고된연구결과와본연구결과를통해볼때 SnAgCu 솔더합금의 ECM 수명이 NaF 용액에서보다길게나온이유는부식저항성과큰관련이있는것으로판단되며, 표면에형성된 Sn 산화피막이 NaBr 용액에서열역학적으로좀더안정하게작용하여부식및이온화저항성이증가하였기때문으로판단된다. 또한 SnAgCu 솔더합금은 Sn만으로 ECM 거동을하며, Br 및 F 이온이존재하는환경에서도양극전극의이온화, 이온화된금속의이동, 덴드라이트성장에의한전기적단락의세단계중양극에서의금속의이온화단계가 ECM 수명에가장큰영향을미치는것으로생각된다. 284 Journal of KWJS, Vol. 25, No. 3, June, 27

7 NaBr 및 NaF 용액에대한 Sn-3.Ag-.5Cu 솔더합금의 Electrochemical Migration 특성 결론 SnAgCu 솔더합금의 NaBr 및 NaF 용액에서의부식저항성과 ECM 수명비교를통해다음과같은결론을얻었다. 1) 1ppm NaBr 과 NaF 용액에서모두부동태거동을하여공식형태의부식경향성을나타내었으며, NaBr 용액에서의부식및이온화저항성이 NaF 용액에서보다크게나타났다. 2) ECM 수명평가결과 1ppm NaBr 용액에서의 t 5 은 초, NaF 용액에서는 75. 초로평가되었으며, NaF 용액에서보다부식및이온화저항성이큰 NaBr 용액에서의 ECM 수명이길게나타나서, 부식저항성과 ECM 수명사이에는매우밀접한관련이있는것으로판단된다. 3) SnAgCu 솔더합금은순수한 Sn으로거동하였고, 중성 ph 영역에서는 NaBr 용액에서좀더안정한부동태거동을하기때문에양극전극의이온화저항성이크며, 결국양극전극에서의이온화단계가 ECM 수명에가장큰영향을주는것으로판단된다. 후 기 이논문은 26 년도안동대학교특성화추진지원사업에의하여연구되었으며, 이에감사드립니다. 참고문헌 1. D. Q. Yu, W. Jillek, E. Schmitt, : Electrochemical migration of Sn-Pb and lead free solder alloys under distilled water, J Mater Sci, : Mater Electron, 17 (26), C.A. Tseng, J.C. Lin, Y.F. Hong, H.W. Chien: Influence of cooling rate of the reflowed Sn-9Zn- (~4)Ag solder on the electrochemical migration, 14th Asian-Pacific Corrosion control Conference, (26) 3. Udit S. Mohanty, K. L. Lin : Effect of Al on the electrochemical corrosion behavior of Pb free Sn-8.5Zn-.5Ag-XAl-.5Ga solder in 3.5% NaCl solution, Applied Surface Science., 252 (26), Udit Surya Mohanty, Kwang-Lung Lin: Electrochemical corrosion behavior of lead-free Sn-8.5Zn-XAg-.1Al-.5Ga solder in 3.5% NaCl solution, Material Science and Engineering A, 46 (25), Fei-Yi Hung, Hung-Mao Lin, Puo-Sheng Chen, Truan- Sheng Lui, Li-Hui Chen : A study of the thin film on the surface of Sn-3.5Ag/Sn-3.5Ag-2.Cu lead free alloy, Journal of Alloys and Compounds, 415 (26), T. Takemoto, R. M. Latanisioni, T. W. Eagart, A. Matsunawa: Electrochemical Migration Test of Solder alloys in Pure Water, Corrosion Science, 39-8 (1997), Hirokazu Tanaka, ESPEC TECHNOLOGY REPORT, No B. Rudra, D. Jennings: Failure-Mechanism Models for Conductive-Filament Formation, IEEE Transactions on reliability, 43-3 (1994), J. Y. Jung, S. B. Lee, Y. R. Yoo, Y. S. Kim, Y. C. Joo and Y. B. Park : Dominant migration Element in Electrochemical migration of Eutectic SnPb solder Alloy in D.I Water and NaCl solution, Journal of the Microelectronics & Packaging Society, 13-3 (26), 1-8 (in Korean) 1. J. Y. Jung, Y. R. Yoo, S. B. Lee, Y. S. Kim, Y. C. 2- Joo and Y. B. Park : Effect of SO 4 Ion on Corrosion and Electrochemical migration of Eutectic SnPb solder alloy, Korean journal of Material Research, 17-1 (27), (in Korean) 11. J. Y. Jung, S. B. Lee, E. J. Jang, Y. R. Yoo, Y. S. Kim, Y. C. Joo and Y. B. Park: Correlation between Corrosion Resistance and Electrochemical migration Lifetimes of solder alloys in Cl - 2- and SO 4 ion environment, the 14 th Korean Conference on Semiconductors (27) (in Korean) 12. Masato Mori, Kazuma Miura, Takeshi Sasaki, Toshiaki Ohtsuka: Corrosion of tin alloys in sulfuric and nitric acids, Corrosion Science, 44 (22) F. J. Grunthaner, T. W. Griswold, P. J. Clendening, Migratory gold resistive shorts: Chemical aspects of a failure mechanism, california Institute of technology Jet Propulsion lab., Denny A. Jones: Principles and Prevention of Corrosion (9th Edition), Macmillan Publishing Co., 1987 大韓熔接接合學會誌第 25 卷第 3 號, 27 年 6 月 285

<3132BEC6BBEAC1F6BFAA2E687770>

<3132BEC6BBEAC1F6BFAA2E687770> 아산지역부식지도 12-1. 수환경에대한채취및조사표 농촌 해안지방인아산지역의수도수, 하천수, 인공산성비, 해수등의 4가지환경에 서부식시험을수행하였다. 수도수및해수는충남아산시인주면에위치한아산만방조 제에서채취하였고, 하천수는아산시곡교천에서채취하였다. 인공산성비는주어진용액 조제방법을이용하여아산과가장근접한대전지역을중심으로 ph4.9의용액을조제하 여사용하였다. 각시험용액의채취날짜,