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저온 실장용 Sn-Bi공정솔더의 연성과 접합신뢰성 개선

전문가 제언: ○ 최근의 정보통신용 이동통신기기는 소형 휴대형으로 개발되고 있다. 종래의 단자와 핀의 리드프레임 부품과는 달리 미세전류(㎃)를 사용한다. 반도체와 프린트기판을 일체화 하는 칩 스케일 패키지(CSP)에 내장하여 솔더 접합을 한다. 접합부는 열과 전기적인 저항차이는 잡음이나 화면 떨림의 직접적인 원인이 되며 고주파 신호전송에 큰 영향을 주기 때문에 솔더 재료와 접합부의 신뢰성 확보가 가장 우선이다.

○ 무연솔더에 합금으로 함유된 구리는 강도를 향상시키지만 점성을 증가시키고 고드름 같은 솔더 뿔을 만들므로 불순물로서 작용도 한다. 아연은 미량첨가 하여도 솔더 유동성이 나쁘고 광택이 없어진다. 금은 충격치를 감소시키고, 안티몬은 전기저항을 증가시킨다. 비소를 첨가하면 유동성이 감소하고 솔더 표면이 검은색으로 된다. 철은 용해되기 어렵고 자성을 띤다. 인을 첨가하면 유동성은 개선되지만 취성이 생긴다.

○ Sn-Bi솔더는 1990년도에 들면서부터 고가의 은사용을 대체하기 위해 개발된 프린트기판 부품접합용 솔더이다. 무연솔더에 제3의 원소인 은이나 구리를 미량 첨가하면 솔더 접합부의 융점을 낮출 수 있고, 기계적인 접합강도는 향상 시킬 수 있다. 하지만 연성이나 낙하충격성이 낮고 솔더 응고과정에서 금속간화합물이 생성하므로 고속송신의 신호전송 품질확보에 많은 어려움이 내재해 있다.

○ 국내외적으로 무연솔더는 친환경, 저비용, 고신뢰성 목적으로 개발되는 추세다. 시화공단의 알파메탈에서는 2003년부터 비스무스를 인듐으로 대체한 저온 저은형 Sn-Ag-Cu-In 친환경 무연솔더를 개발하여 프린트기판 업체에 공급하고 있다. 세일테크노 사는 프린트기판용 SMT부품의 접합신뢰성 검사를 위한 자동솔더링 신뢰성 검사기를 개발하여 S전기를 비롯한 프린트기판 제조업체에 공급중이다.

○ 프린트 기판용 웨이브 솔더링 작업에서 불순물의 허용량은 알루미늄0.006%, 철0.02%, 비소0.03%, 니켈0.01%, 카드뮴 0.005%로 알려져 있지만, 비스무스0.025%, 구리0.3%, 안티몬 0.5%아연함량도 0.005%로 제한하고 있어 무연솔더재 개발사용에 명확한 기술검증이 필요하다.

저자: Keisuke Uneishi
자료유형: 학술정보