그래핀 산화 분말을 첨가한 플렉시블 기판 솔더 접합부의 반복 굽힘 신뢰성 향상

Improving Joint Reliability of Lead-free Solder on Flexible Substrate under Cyclic Bending by Adding Graphene Oxide Powder

본 연구에서는 그래핀 산화(graphene oxide, GO) 분말 복합 Sn-3.0Ag-0.5Cu(in wt.%) 솔더페이스트를 이용한 플렉시블 기판과 SOP(small outline package) 사이의 솔더 접합부의 굽힘 신뢰성 향상에 관한 새로운 접근을 제안하였다. 솔더페이스트에 GO의 첨가는 녹는점에 약간의 영향을 미치었으나 그 차이는 미미한 것으로 나타났다. 한편, GO의 첨가는 리플로우 공정 동안 솔더 접합부의 금속간화합물(intermetallic compound, IMC) 성장과 두께를 억제 할 수 있음을 확인하였다. 더욱이 접합부의 신뢰성에 미치는 영향을 살펴보고자 반복 굽힘 시험을 진행하였으며 GO 분말의 첨가로 솔더 접합부의 반복 굽힘 신뢰성 향상 시킬 수 있었다. 0.2 wt.%의 GO가 첨가된 솔더 접합부의 경우 GO가 첨가되지 않은 경우에 비하여 굽힘 수명은 20% 가량 증가하는 것으로 나타났다. GO가 첨가된 경우 솔더 접합부의 인장 강도와 연성이 증가하게 나타났는데 이러한 GO 첨가에 의한 기계적 특성 향상이 솔더 접합부의 반복 굽힘 신뢰성 향상에 기여한 것으로 추측된다.

In this study, a new approach using graphene oxide (GO) powder-composited Sn-3.0Ag-0.5Cu(in wt.%) solder paste for improving the bending reliability of solder joints between a flexible substrate and small outline package (SOP) was suggested. The GO addition slightly affected the melting temperature, however, the change in the melting temperature was not significant. Meanwhile, we observed the addition of GO could suppress IMC growth and IMC thickness of solder joint during the reflow process. Moreover, the cyclic bending test was also performed for evaluation of reliability in solder joint and we could improve the cyclic bending reliability of solder joint by adding GO powders. For 0.2 wt.% of GO added to the solder joint, the bending lifetime was increased to 20% greater than that without GO. Pull strength and ductility of the solder joint with GO were also higher than those of the joint without GO and it was assumed that this effect by adding GO could contribute to improve cyclic bending reliability of solder joint.