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온도 변화 환경에서 반도체와 PCB 사이의 땜납 접합 부위의 연결 신뢰성

1.배경

(1)개요

온도 변화가 심한 환경에서 PCB 실장품(보드)을 사용하는 경우、온도 변화의 반복에 따라、프린트 보드 내부 또는、스포츠 도박 사이트과 반도체 또는 전자 부품의 계면에 균열(균열)이 발생、전도 불량(오픈)이 될 수 있습니다。

보드의 신뢰성을 높이려면、스포츠 도박 사이트 재질 및 설계 사양 등、다양한 옵션이 있습니다。반도체 패키지 구조도 큰 영향을 미칠 것으로 예상됩니다。

그러나、이전에는 실험 결과 없음、신뢰성을 알지 못했습니다。

(2) 반도체 패키지의 영향

스포츠 도박 사이트에 BGA 패키지의 반도체를 실장했을 때、연결 사이트인 땜납 볼은 유연성이 낮기 때문에、온도 변화에 따른 PCB의 치수 변화에 대한 추종성이 리드를 갖는 QFP보다 열등한 것이 우려됩니다。

(3) 스포츠 도박 사이트의 재질의 영향

스포츠 도박 사이트의 재질로、일반 FR-4보다 할로겐 프리 FR-4나 저열팽창율재가 온도 변화에 따른 치수 변화가 작기 때문에、반도체와 PCB 사이의 연결 부위에 걸리는 스트레스는 작다、이 사이트의 신뢰성이 향상될 것으로 예상됨。

2. 방법

(1) 테스트 보드 사양

이번、반도체 패키지로 BGA 외、비교용으로 QFP와 QFN을 더한 3종류 사용、스포츠 도박 사이트의 재질로는 일반 FR-4、할로겐 프리 FR-4、저열팽창율재의 3종류、이 9가지 실장품을 작성했습니다(그림 1)。

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그림 1 반도체와 PCB 간의 연결 신뢰성 테스트 보드

(2) 온도 사이클 시험

이들에 대해 온도 사이클 테스트를 수행、반도체와 스포츠 도박 사이트 사이의 접속 부위의 신뢰성에 미치는 반도체 패키지 구조 및 스포츠 도박 사이트 재질의 영향을 검토했습니다。

여기、BGA 실장품에 대해서는 BGA 패드에 솔더 레지스트 피복의 유무、QFP·QFN 실장품에 대해서는 디바이스 중앙과 기판과의 땜납 접속의 유무의 영향에 대해서도 조사했습니다。

고장 유무의 판정은 도통 저항값 측정으로 행했습니다(그림 2)。

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그림 2 온도 사이클 시험 결과

(BGA 반도체(BGA 패드에 레지스트 피복 있음)·일반 FR-4재 기판의 경우)

일부 샘플에 대해서는 단면 관찰을 실시하였다(그림 3)。

그림 3 온도 사이클 후의 단면 관찰 결과

(BGA 반도체·일반 FR-4재 기판의 경우)

(3) 실제 환경에서의 수명 추정

이번 -65℃/+125℃ 등의 가속 시험조가、실제 시장 환경(예: 0°C/+85°C 등)에서 수년에 해당하는지 확인、수명을 추정했습니다。

3.결과

가속 시험으로 -40/80℃ 또는 -65℃/125℃의 온도 변화를 가했을 때、대부분의 경우에 실패하지 않았습니다。이 가속 시험을 시장 환경으로 0/80℃로 변환하면 약 9년에 해당합니다。따라서、이번에 시험한 반도체 패키지 종류와 PCB 재질의 모든 조합에서、높은 신뢰성을 확인했습니다。

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