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박은주,권대일,사윤기,Park, Eunju,Kwon, Daeil,Sa, Yoonki 한국마이크로전자및패키징학회 2017 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.24 No.2
본 논문에서는 고온히터의 주 고장 원인이 되는 단자대 솔더 접합부의 손상 원인을 파악하여 사용 수명을 예측하는 방법을 제시하였다. 고온 히터 사용에 따르는 온도 스트레스로 인한 단자대 솔더 접합부의 영향을 알아보기 위해 동일한 부하 조건을 재현할 수 있는 고온히터 시편을 제작하였다. 고온히터 단자대의 단락은 주로 솔더접합부 내의 금속간 화합물이나 void로 인한 crack발생에서 기인한다. 가속시험을 통한 고장 재현을 위해 고온히터 시편을 $170^{\circ}C$의 오븐에서 장시간 동안 노출시키며 솔더 내부의 금속간 화합물 조성과 void의 변화를 측정하였다. 솔더 내의 금속간 화합물 층의 변화를 확인하기 위해서 주사전자현미경을 이용한 단면 분석을 시행하였고, 시편의 온도 스트레스로 인한 void 변화를 측정하기 위해 저항분광법을 이용한 특정 기준 주파수와 위상에 대한 신호를 실시간으로 측정하는 동시에 microCT를 이용하여 void 분율을 간헐적으로 관찰하였다. 시험결과 고온 노출 시간이 증가함에 따라 솔더 내부의 void의 분율이 증가하는 것을 확인하였으며 위상차 변화와 높은 상관관계가 있음을 확인하였다. 이 상관관계를 통해 온도 스트레스에 노출된 고온히터의 수명을 비파괴적으로 예측할 수 있음을 제시하였다. This paper proposes an approach to predict the reliability of high temperature heaters by identifying their primary failure modes and mechanisms in the field. Test specimens were designed to have the equivalent stress conditions with the high temperature heaters in the field in order to examine the effect of stress conditions on the solder joint failures. There failures often result from cracking due to intermetallic compound (IMC) or void formation within a solder joint. Aging tests have been performed by exposing the test specimens to a temperature of $170^{\circ}C$ in order to reproduce solder joint failures in the field. During the test, changes in IMC formation were investigated by scanning electron microscopy (SEM) on the cross-sections of the test specimens, while changes in void formation were monitored both by resistance spectroscopy and by micro-computed tomography (microCT), alternately. The test results demonstrated the void volume within the solder increased as the time at the high temperature increased. Also, the phase shift of high frequency resistance was found to have high correlation with the void volume. These results implied the failure of high temperature heaters can be non-destructively predicted based on the correlation.
고장물리에 기반한 고온용 온도센서 솔더접합부의 수명향상연구
박승일(SeungIl Park),제이콥스 솜닉(Jacobs Somnic),한창운(Changwoon Han),이현석(Hyeonseok Lee),안영기(YoungGi An),정재성(Jae Seong Jeong),류해용(Haeyoung Ryu),사윤기(Yoonki Sa) 대한기계학회 2018 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2018 No.12
Photo lithography is an important step in semiconductor process. This process affects the quality of the semiconductor. In recent report, the failures of solder joint is observed in a short span of time at the equipment carrying out the photo lithography process. One of the failures is fracture due to the condition of solder joints in high temperatures (~230°C). Result of analysis based on Physics-of-Failure confirmed that at high temperatures, excessive stress is generated in the solder joint due to viscoplasticity. For this situation, the failure mechanism of solder joints is assumed to be creep. In this paper, we suggest which solder better for the temperature sensor solder joint at high temperature based on Physics-of-Failure. In addition, we perform the life prediction for 97.5Pb2.5Sn solder. As a result, sintered nano-scale silver paste has longer lifetime than 97.5Pb2.5Sn due to lower stress values at high temperature conditions.