Sn-Ag-Cu-In 4원계 무연솔더 조인트의 고속 전단 특성
High-Speed Shear Test Characterization of Sn-Ag-Cu-In Quaternary Solder Joint
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초록
본 연구에서는 고속 전단시험의 변형속도를 500 mm/s로 설정한 상태에서 Sn-Ag-Cu계(Sn-1.0wt.%Ag-0.5Cu및 Sn-4.0Ag-0.5Cu)뿐만이 아니라 4종의 4원계 Sn-Ag-Cu-In 조성(Sn-1.0Ag-0.5Cu-1.0In, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.6In, Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In)을 포함하는 무연 솔더 접합부의 솔더링 직후 및 시효 시간에 따른 파면 생성결과, 접합강도 및 접합부 파괴에너지값의 변화를 측정, 비교해 보았다. 그 결과, 리플로우 솔더링 직후 및 125oC에서의500 시간 시효까지 주로 연성 파괴모드 및 준연성 파괴모드가 관찰되었으며, 준연성 파괴모드의 발생 빈도를 분석할 때고속 전단조건에서 상용 무연 솔더 조성인 Sn-3.0Ag-0.5Cu 이상의 연성파괴 특성을 나타내는 것으로 파악되었다. 또한4원계 무연 솔더 조인트는 평균적으로 Sn-Ag-Cu계 조성 수준의 파단에너지값을 나타내었는데, 약 100 시간의 시효 후최고의 파단에너지값이 관찰되었으나 500 시간의 시효 후에는 파단에너지값의 확연한 감소가 관찰되어 500 시간의 시효시점부터 솔더 접합 계면부의 신뢰성 감소가 가속화되는 경향을 관찰할 수 있었다.
Abstract
With Pb-free solder joints containing Sn-Ag-Cu-based ternary alloys (Sn-1.0 wt.%Ag-0.5Cu and Sn-4.0Ag-0.5Cu) and Sn-Ag-Cu-In-based quaternary alloys (Sn-1.0Ag-0.5Cu-1.0In, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.4In, Sn-1.2Ag-0.5Cu-0.6In,and Sn-1.2Ag-0.7Cu-0.4In), fracture-mode change, shear strengths, and fracture energies were observed and measuredunder a high-speed shear test of 500 mm/s. The samples in each composition were prepared with as-reflowed ones orsolid-aged ones at 125oC to 500 h. As a result, it was observed that ductile or quasi-ductile fracture modes occurs in themost of Sn-Ag-Cu-In samples. The happening frequency of a quasi-ductile fracture mode showed that the Sn-Ag-Cu-Injoints possessed ductile fracture properties more than that of Sn-3.0Ag-0.5Cu in the high-speed shear condition. Moreover,the Sn-Ag-Cu-In joints presented averagely fracture energies similar to those of Sn-Ag-Cu joints. While maximum valuesin the fracture energies were measured after the solid aging for 100 h, clear decreases in the fracture energies were observedafter the solid aging for 500 h. This result indicated that reliability degradation of the Sn-Ag-Cu-In solder joints mightaccelerate from about that time.
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