개요: 최근 유럽 연합(EU)에서는 유해물질 사용 제한 지침(RoHS)을 통해 전기 및 전자 부품에서 납(Pb)의 사용을 금지하고 있다. 이러한 규정으로 인해 조립 공정은 납을 사용하지 않아야 Pb-free 한다. DS2502 플립 칩 다이는 RoHS 규정으로부터 예외지만, Pb-Free 리플로우 공정에서 성공적으로 조립되고 있다. 이 애플리케이션 노트에서는 사용되는 Pb-Free 조립 공정 및 조립 후 거치는 신뢰성 테스트 (reliability stress)를 상세히 설명한다.
RoHS 지침에 따라 많은 조립 공정은 Pb-Free 리플로우 공정에서 Pb-Free 납땜을 사용하여 수행되어야 한다. Dallas Semiconductor는 250C 피크 리플로우 온도 조립 공정을 사용하여 396 플립 칩을 조립하였다. 조립 후 플립 칩은 산업 표준 신뢰성 테스트를 거쳤다. DS2502 플립 칩 다이는 치명적 불량(critical failure)이 제로였으며, 신뢰성 평가를 통과했다. 따라서, DS2502 플립 칩 다이는 이 문서에 제공된 파라미터를 사용하여 Pb-Free 리플로우 조립에 사용하기에 적합하다는 결정을 내릴 수 있다.
개요
유럽 연합(EU)의 최근 규정은 전기 및 전자 부품에서 납(Pb)의 사용을 제한하고 있다. 이 규정의 공식 명칭은 Directive 2002/95/EC이지만, 흔히 유해물질 사용 제한 지침 (RoHS)으로 불리운다.
RoHS 지침과 예외 항목이 수록된 부록 (페이지 5 참조)이 포함되어 있다. 부록의 7항은 "고온에서 용융하는 납땜에 사용되는 납 (즉, 85% 이상의 납이 함유된 주석-납 납땜 합금)"이라고 규정하고 있다. 일반적으로 "플립 칩"으로 알려져 있는 Dallas 범프 기술은 높은 융점, 95% 납 (Pb), 납땜 범프 구성으로 인해 RoHS의 적용을 받지 않는다. DS2502 자재의 상세한 분석에 대해서는 부록 A의 DS2502에 대한 유해 물질 정보를 참조한다.
RoHS 지침에 따라 많은 조립 공정은 Pb-Free 리플로우 공정에서 Pb-Free 납땜을 사용하여 수행되어야 한다. DS2502는 Pb-Free 공정에서 조립된 후 성공적으로 신뢰성 테스트를 통과했다. 이 문서에서는 사용된 리플로우 공정 및 수행된 신뢰성 테스트를 설명한다.
Pb-Free, 보드 조립 리플로우 공정
DS2502 플립 칩 보드는 170°C 이상의 Tg에서 고온의 FR4 보드 자재를 사용하여 조립되었다. 이 보드에 대한 CAD 도면은 부록 B에 있다. 플립 칩은 Indium Corporation of America?의 Indium5.1 Pb-Free 납땜용 페이스트 (solder paste)를 사용하여 부착되었다 (Indium5.1LS 제품 데이터 시트 참조). DS2502 보드는 조립을 위해 5-zone BTU 모델 SSA 70 리플로우 오븐 (reflow oven)을 통해 다음 공정으로 보내졌다. 오븐의 컨베이어는 분 당 25인치씩, Zone 1 ~ 5는 각각 185°C, 200°C, 215°C, 270°C 및 300°C로 설정되었다. 피크 리플로우 온도는 250°C였다. 리플로우 프로파일은 아래의 그림 1 및 부록 C에서 볼 수 있다.
그림 1. DS2502 리플로우 프로파일
DS2502 신뢰성 테스트
조립된 396 보드는 Pb-Free 조립 공정 후 산업 표준 신뢰성 테스트를 거쳤다. 이 테스트에는 동작 수명, 저장 수명, 온도 사이클, 온도 습도 바이어스 및 비편향 습도 저항이 포함된다. DS2502 플립 칩 다이는 모든 테스트를 완료한 후 치명적 불량이 제로였다. 수행된 모든 테스트 및 결과에 대한 신뢰성 보고서는 온라인에 제공된다.
요약
Dallas Semiconductor의 DS2502 플립 칩 다이는 RoHS 부록 7항의 진술에 따라 RoHS 규정의 예외항목이다. 그러나 다이는 Pb-Free 리플로우 조립 공정을 사용하여 계속 조립될 예정이다. Dallas Semiconductor는 250°C 피크 리플로우 온도의 조립 공정을 사용하여 396 플립 칩 보드를 조립했다. 조립 후 보드는 산업 표준 신뢰성 테스트를 거쳤다. DS2502 플립 칩 다이는 치명적 불량이 제로였으며, 신뢰성 평가를 통과했다. 따라서 DS2502 플립 칩 다이는 이 문서에 제공된 파라미터를 사용하여 Pb-Free 리플로우 조립 공정에 사용하기에 적합하다는 결정을 내릴 수 있다.
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