자동차용 파워모듈 솔더접합부의 신뢰성 평가에 관한 연구

Abstract

파워모듈 패키지는 일반적인 전자제품들에서 필수적인 부품으로, 다른 전자 부품들에 필요한 전력을 공급한다. 많은 사람들은 차량을 이용할 때 편의성과 안정성을 중요하게 생각하게 되었고 따라서 파워모듈 패키지의 신뢰성 문제 역시 중요하다. 파워모듈은 고전압과 고전류에 의해 많은 발열이 일어나며, 패키지를 이루고 있는 재료들의 열팽창계수 차이에 의해 열 응력이 발생하는 문제가 있다. 본 연구에서는 패키지의 주요 문제부분인 Sn-Ag 합급계열 솔더와 Sn-Cu 합금계열 솔더의 기계적 물성치 획들을 위해 인장, TMA, 크리프 시험을 수행하였다. 시험결과를 통해 Sn-Ag 합금계열 솔더와 Sn-Cu 합금계열 솔더의 특성을 비교하고 특히 1차, 2차 크리프 구간에 대한 크리프 구성방정식을 얻었다. 또한 유한요소 법을 이용한 시뮬레이션을 통해 균열 발생이 의심되는 지점을 예측하였고 수명예측의 인자로 사용되는 응력, 소성 및 크리프 방출 에너지 밀도를 조사하였다. 크리프 방출에너지 밀도는 소성 방출에너지 밀도에 비해 크게 나타났으며, Sn-Ag 합금계열 솔더는 솔더조인트의 모서리 상단 부에서, Sn-Cu 합금계열 솔더는 모서리 하단부에서 방출에너지가 크게 나타났다.