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은 하이브리드 페이스트의 개발과 응용

전문가 제언: ○ 유럽에서 2006년 7월에 시행된 전기전자기기에 대한 납사용을 금지하는 유해화학물질규제(RoHS)로 땜납(solder)의 무연화가 급속하게 진행되고 있다. 그러나 전력반도체의 다이 본딩(die-bonding) 재료로 널리 사용되고 있는 Pb 85% 이상의 고온 땜납은 250℃ 이상의 내열성과 높은 신뢰성을 가지고 있다.

○ 현재 고온 땜납의 무연화 기술이 확립되어 있지 않아 RoHS지령의 대상에서 예외 규정을 적용받고 있다. 금후 고온 땜납도 규제대상이 될 것으로 예상되어 대체 재료의 개발이 활발하다. 현재 금속 나노입자를 균일하게 분산한 페이스트가 고온 땜납의 대체 재료로 검토되고 있다.

○ 이 기고에서는 은 나노입자와 마이크로 입자의 저온 소결성을 이용하여 이들을 결합시킨 은 하이브리드 페이스트를 제작하였다. 은 하이브리드 페이스트 소성막으로 와이어 본딩 시험에서 풀 강도가 높은 수치를 보여주며 본딩 패드로 사용되고 있는 은 도금의 대체 가능성이 있는 것이 밝혀졌다.

○ 국내에서는 최근 들어 금속가격, 특히 은의 급격한 가격 상승으로 많은 부품소재 업체들이 어려움을 겪고 있다. Sn-Ag-Cu계 무연솔더, 인듐(In)을 첨가해 은의 함량을 최소화하는 Sn-Ag-Cu-In계 등이 개발되어 기계적 물성향상과 신뢰성 향상을 위한 연구개발이 이루어지고 있다.

○ 최근에는 ETRI는 은 페이스트 대체용 하이브리드 구리 페이스트를 개발하였다. 이는 기존의 플럭스를 사용하지 않고 금속표면에 형성되어 있는 잔여 액체가 고체로 변환이 가능한 고분자 소재를 개발 국내외 특허 3건을 출원하였다. 그동안 고가의 은으로 사용하던 재료를 저가 구리로 대체할 수 있게 되어 PCB 기판, 전력반도체 소자의 다이 본딩 용 등의 전기전자기기 등에 적용될 수 있을 것으로 전망된다.

○ 현재 선진국에서도 은이나 구리 하이브리드 페이스트의 대체소재 개발이 활발하다. 특히, 이에 대응하기 위해 나노입자를 이용한 새로운 고온 하이브리드 페이스트 소재 연구는 산학연 등 정부 차원의 집중적인 투자와 연구 개발이 필요하다.

저자: Hiroshi Saitou
자료유형: 학술정보