고온고습 전압인가(Biased HAST) 시험에서 인쇄회로기판의 이온 마이그레이션 불량 메커니즘

Ion Migration Failure Mechanism for Organic PCB under Biased HAST

전자 제품의 경박 단소화 및 고집적화가 이루어 지면서 반도체 칩뿐만 아니라 유기 기판도 고집적화가 요구되고 있다. 본 연구는 인쇄회로기판의 미세 피치 회로에 대한 고온고습 전압인가 시험을 실시하여 불량 메커니즘을 연구하였다. 130℃/85%RH/3.3V와 135℃/90%RH/3.3V 시험조건에서 고온고습 전압시험(Biased HAST)의 가속 계수는 2.079로 계산되었다. 불량 메커니즘 분석을 위하여 집속이온빔(FIB) 분석이 이용되었다. (+)전극에서는 콜로이드 형태의 CuₓO와 Cu(OH)₂가 형성되었으며, (-)전극에서는 수지형태의 Cu가 관찰되었다. 이를 통해 Cu²⁺ 이온과 전자(e⁻)가 결합한 수지상 Cu에 의해 절연파괴가 일어난다는 것을 확인하였다.

By the trends of electronic package to be smaller, thinner and more integrative, organic printed circuit board is required to be finer Cu trace pitch. This paper reports on a study of failure mechanism for PCB with fine Cu trace pitch using biased HAST. In weibull analysis of the biased HAST lifetime, it is found that the acceleration factor (AF) of between 135℃/90%RH/3.3V and 130℃/85%RH/3.3V is 2.079. A focused ion beam (FIB) was used to polish the cross sections to reveal details of the microstructure of the failure mode. It is found that CuₓO/Cu(OH)₂ colloids and Cu dendrites were formed at anode (+) and at cathode (-), respectively. Thus, this gives the evidence that Cu dendrites formed at cathode by Cu²⁺ ion migration lead to a short failure between a pair of Cu nets.