납땜성 및 습윤성
표면에 대한 솔더의 젖음 및 확산은 강력하고 신뢰할 수 있으며 전도성이 뛰어난 접합부를 형성하는 데 필수적인 요소입니다. “납땜성”이라는 용어는 솔더가 표면에 얼마나 빠르고 고르게 확산되는지를 나타내는 개념으로, 젖음이 양호할 때만 강력하고 기공이 적은 납땜 접합부가 형성됩니다. 또한 이 용어는 동역학과 열역학의 요소를 모두 포함하고 있어 매우 포괄적인 개념입니다. 우수한 납땜성의 주된 원동력은 열역학적입니다. 즉, 액체 납이 고체 금속 표면에 접촉할 때 형성되는 금속간 화합물의 음의 형성 자유 에너지가 액체 금속과 금속 표면 간의 접촉을 촉진합니다.
그게 다예요.
납땜성 보존 코팅
보호 코팅과 같이 상황을 복잡하게 만드는 다른 요인도 있습니다. 이는 두 가지 형태가 있습니다:
OSP(유기 납땜성 보호제)와 같은 소실성 유기 물질은 주로 표면(대개 구리)에 화학 흡착되어 그 아래 금속의 산화 속도를 늦추지만, 리플로우 공정 중에 휘발과 플럭스 내 용해의 복합 작용을 통해 쉽게 제거되도록 설계되어 있습니다.
기저 금속 표면을 산화로부터 보호하는 역할을 마친 후 액체 솔더에 빠르게 용해되는 희생 금속층(SML). 대표적인 예로는 Ag/Ni 및 ENIG(Au/Ni)가 있으며, 두 경우 모두 납땜용 용해성 금속의 보호 작용으로 니켈 표면이 산화되지 않도록 유지됩니다. SML이 너무 얇거나 SML에 핀홀이 있으면 니켈이 산화될 수 있으며, 층이 너무 두꺼우면 SML과 납땜재 사이에 금속간 화합물이 형성되어 SML의 용해성과 납땜재의 습윤 속도를 모두 저해할 수 있습니다.
무효화
We know that goodsolderability (with its corollary:low voiding), is critical to power device manufacturers, with die-attach voiding criteria commonly set for discrete devices at 5% (single void) <10% (total), while IGBT voiding restrictions may go from <2% all the way down to <0.5%. In each case, the %voiding is an area percentage of the total solder joint area.
물론 고온 납땜의 경우 질소(산소 농도 낮음, ppm 단위) 리플로우가 매우 중요하며, 니켈이나 구리 같은 일부 표면의 경우 성형 가스(H2/N2) 를 사용하면 이점이 있는 경우도 있습니다. 대면적 다이(10x10mm 이상)에서 기공 발생을 극히 최소화하려면 일반적으로 진공 리플로우가 필수적입니다.
리드프레임 선택
최근 당사는 여러 고객사와 협력하여 표준 납 함유(Pb) 솔더 페이스트와 당사의 새로운 무납(Pb-free) 솔더 페이스트 기술인 BiAgX(®)를 모두 적용하는 과정에서 리드프레임 표면의 변경이 필요하게 되었습니다. 이 경우, 고객사들은 구리 기판에 귀금속 도금을 적용하던 방식에서 “베어(bare)” 구리 기판으로 전환하고 있으며, 이를 통해 비용 절감 효과를 얻을 뿐만 아니라 무연 다이 부착 솔더로의 전환도 가능하게 되었습니다.
다음은 전력 반도체 사용자가 적절한 리드프레임 또는 DBC 마감을 선택할 때 참고할 수 있는 가이드입니다.
제 동료인 카르틱 비자야마다반 (유럽), 세하르 사미아판 과 세페이 림 (동남아시아), 데이비드 후 (후 디)(중국), 그리고 장홍원 박사( 미국)께서 주신 의견과 조언에 깊이 감사드립니다.
