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전기전자부품용의 나노적층형 Sn/Ag3Sn계 다층도금의 개발

전문가 제언: ○ 자동차에 탑재되는 전기접속용도의 단자 및 커넥터 소재는 엔진룸과 같은 고온 환경에서도 안정한 전기전도성을 유지할 수 있는 내열성, 즉 전기접속신뢰성이 요구된다. 통상의 구리합금 기재 상의 리플로우 Sn 도금이나 Ag 도금은 초기의 접촉저항치가 낮지만 어느 것이나 가열시간과 함께 서서히 상승하기 때문에 장기간의 고온 환경 하에서 전기접속신뢰성이 크게 저하하는 문제점을 가지고 있다. 특히, Sn 도금에서는 Sn 위스커(whisker)의 발생이 심각한 문제로 부각되고 있다.

○ 한편, LED용 리드프레임의 역할은 외부 회로와의 접속, 방열, 외부환경으로부터의 보호기능뿐 아니라 빛의 반사판 역할까지 담당한다. LED 리드프레임의 빛 반사 특성을 향상시키기 위해 일반적으로 Ag 도금을 실시하고 있다. Ag 도금은 전기적 특성 및 반사 특성이 우수하고 가격적인 면에서도 합당한 한편으로는 사용 환경에 따라 마이그레이션(migration)이 일어나기 쉽고, 황(S)에 의해 변색되기 쉽기 때문에 성능의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.

○ 이 글에서는 Ag 및 Sn 도금의 문제점을 보완하기 위해 S. Z. Kure-Chu 등이 개발한 Cu 합금 기재 상에 Ag와 Sn의 금속간화합물인 Ag3Sn 합금을 수십 ㎚ 두께의 복층으로 피복한 새로운 나노적층형의 Sn/Ag3Sn계 다층 도금을 소개하고 있다. 이 도금기술은 단순히 Sn 층 표면을 Ag 막으로 피복하는 것이 아니라 적절한 후처리에 의해 Ag를 화학적으로 안정한 Ag3Sn 합금으로 형성시키는 것이 중요한 요소이다.

○ 국내에서는 2006년 7월에 EU가 전기전자기기에 사용되는 특정 유해물질의 사용을 규제하는 지령(RoHS)을 발효함에 따라 무연화(lead-free) 솔더 및 도금기술의 개발이 활발하게 이루어져, 전자부품 도금설비제조 업체인 아이케이텍을 비롯하여 많은 기업들이 무연화 도금에 의한 전자부품을 제조함으로써 현재 대부분의 전자기기에 사용되고 있다. 한편, 전자부품연구원 신뢰성평가연구센터에서는 2013년 3월 13일에 LED 리드프레임의 부식방지를 위한 요인분석으로서 “리드프레임 내부식 메커니즘”이란 보고서를 발표한 바가 있다. 향후 무연화 도금기술과 Sn 위스커 대응에 관련한 다양한 연구노력이 필요한 시기라고 생각된다.

저자: Song-Zhu KURE-CHU
자료유형: 니즈학술정보