개요: 최근 유럽 연합에서는 전기 및 전자 부품에 대한 납(Pb) 사용을 유해 물질 사용 제한 지침(RoHS)을 통해 금지해오고 있다. 이러한 규정으로 어셈블리 공정을 lead-free(Pb-free)로 하지 않으면 안 된다. DS2761 플립 칩 다이는 RoHS 규정의 예외사항이긴 하지만 Pb-free 리플로우 공정으로 성공적으로 조립해 오고 있다. 이 애플리케이션 노트에서는 기존에 사용하고 있는 Pb-free 어셈블리 공정과 어셈블리 후 당면하는 신뢰성 문제에 대해 상세히 설명한다.
RoHS 지침 때문에 대다수의 어셈블리 공정은 Pb-free 리플로우 공정에서 Pb-free 솔더를 사용하여 수행되어야 한다. Dallas Semiconductor는 479개의 플립 칩을 조립하는 과정에서 +262°C 피크 리플로우 온도의 어셈블리 공정을 이용했다. 어셈블리 후에는 플립 칩 제품은 업계 표준 신뢰성 평가에 따라 좌우된다. DS2761 플립 칩 다이에는 치명적인 불량이 전혀 없었으며, 신뢰성 평가를 통과했다. 따라서 DS2761 플립 칩 다이가 이 문서에서 열거한 파라미터를 이용하여 Pb-free 리플로우 어셈블리 공정을 사용할 수 있다는 것이 확인되었다.
개요
최근 유럽 연합의 규정들은 전기 및 전자 부품에서의 납(Pb) 사용을 제한하고 있다. 이러한 규정들은 공식적으로는 지침 2002/95/EC를 따르고 있지만, 일반적으로 RoHS 지침을 참조하고 있다. RoHS에 포함된 사항은 부록(5 페이지)에 수록되어 있으며, RoHS 지침의 모든 예외조항도 나와 있다. 부록 가운데 조항 7에서는 "용해 온도가 높은 솔더 종류의 납(85% 이상의 납을 포함하는 주석 도금의 납 솔더 합금)"에 대해 언급하고 있다. Dallas의 범프 기술, 즉 일반적으로 "플립 칩"으로 알려진 이 기술은 용해점이 높고 95%의 납(Pb) 솔더 범프 구조를 띄고 있기 때문에 RoHS의 예외사항이다. DS2761 구성 물질에 대한 상세한 분석을 위해, DS2761 유해 구성 물질에 대한 사본이 부록 A에 수록되어 있다.
RoHS 지침 때문에 대다수의 어셈블리 공정은 Pb-free 리플로우 공정에서 Pb-free 솔더를 사용하여 수행되어야 한다. DS2761은 Pb-free 공정을 통해 어셈블리한 후 신뢰성 테스트를 성공적으로 통과했다. 이 글에서는 사용한 리플로우 공정과 중요한 신뢰성 문제를 설명한다.
Pb-free, 보드 어셈블리 리플로우 공정
DS2761 플립 칩 보드는 Tg > +170°C의 고온, FR4 PC 보드 재료를 사용하여 조립된다. 이 보드에 대한 CAD 작업은 부록 B에 나와 있다. 플립 칩은 Indium5.1 Pb-free 솔더 페이스트를 사용하여 보드에 접착시킨다. Indium5.1 Pb-free 솔더 페이스트는 Indium Corporation of America?의 것이며, Indium5.1 제품 데이터 시트)를 참조하길 바란다. DS2761 플립 칩은 어셈블리를 위해 5-zone BTU Model SSA 70 리플로우 오븐을 통과하도록 보내진다. 오븐의 컨베이어는 1분당 16.5인치로 설정되는데, 1-zone에서 5-zone의 온도는 각각 +250°C, +230°C, +240°C, +250°C 그리고 +280°C이다. 최대 리플로우 온도는 +262°C이다. 리플로우 프로파일은 아래 그림 1과 부록 C에 나와 있다.
그림 1. DS2761 리플로우 프로파일
DS2761 신뢰성 테스트
479개의 조립 보드는 Pb-free 어셈블리 공정 후에는 업계 표준의 신뢰성 평가에 따라 좌우된다. 테스트에는 동작 수명, 저장 수명, 온도 사이클, 온도 및 습도 상태에서의 구동, 구동하지 않은 상태에서의 습기 저항력 등을 포함한다. 모든 테스트를 거친 결과, DS2761 플립 칩 다이에는 치명적인 불량이 전혀 없었다. 모든 테스트 및 결과에 대한 신뢰성 보고서는 다운로드하여 볼 수 있다.
요약
Dallas Semiconductor의 DS2761 플립 칩 다이는 RoHS 부록 7번째 줄에 언급된 바와 같이, RoHS 지침에서 예외사항이다. 하지만 DS2761 다이는 계속해서 Pb-free 리플로우 어셈블리 공정을 이용하여 조립될 것이다. Dallas Semiconductor는 479개의 플립 칩 보드를 조립하는 과정에서 +262°C 피크 리플로우 온도의 어셈블리 공정을 이용했다. 어셈블리 후, 보드는 업계 표준의 신뢰성 평가에 따라 좌우된다. DS2761 플립 칩 다이에는 치명적인 불량이 전혀 없었으며, 신뢰성 평가를 통과했다. 따라서 DS2761 플립 칩 다이가 이 글에서 열거한 파라미터를 이용하여 Pb-free 리플로우 어셈블리 공정을 사용할 수 있다는 것이 확인되었다. DS2760 개정버전 C2와 DS2761 A2는 동일한 다이를 사용하므로 DS2760 C2에도 이러한 평가 내용을 적용할 수 있다.
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