솔더링의 성배 저온 리플로우 – 고온 사용
여러분, 솔더링은 최신 전자 제품을 가능하게 합니다. 솔더가 없으면 전자제품이 존재하지 않습니다. 구리는 1085°C에서 녹지만 솔더를 사용하면 현재의 무연 솔더를 사용하여 약 235°C 이하에서 구리와 구리를 결합할 수 있습니다. 전자 패키지와 PWB는 235°C 이상의 온도를 견디지 못하는 폴리머 재료로 만들어지기 때문에 이런 낮은 온도가 필요합니다. RoHS가 등장하기 전에 주석-납 솔더는 무연 솔더보다 약 35°C 낮은 온도에서 녹았습니다. 따라서 오늘날 솔더링 온도는 역사상 가장 높습니다. 일부 응용 분야의 경우, 주석-납 온도에 더 가깝게 녹는 솔더를 사용하는 것이 바람직합니다. 이러한 욕구는 주석-비스무트 솔더와 같은 저 융점 솔더에 대한 관심을 증가시켰습니다. 공정 SnBi는 138°C에서 녹기 때문에 170°C 범위의 리플로우 오븐 온도를 사용할 수 있습니다. 이러한 낮은 리플로우 온도는 일부 깨지기 쉬운 부품 및 PWB에서 더 쉬우며 PWB 팝 코닝 및 메즐링과 같은 결함을 줄입니다. 그러나, SnBi 솔더의 낮은 융점은 자동차 및 군사 응용과 같은 많은 열악한 환경에서의 사용을 제한합니다. 경험 상, 솔더는 켈빈 스케일에서 융점의 80 ~ 90 % 이상으로 사용해서는 안됩니다. SnBi 솔더의 경우, 이 온도 범위는 55.8 - 96.9°C입니다. 이러한 온도는 일부 열악한 환경의 사용 온도보다 훨씬 낮습니다. 또한, SnBi 솔더는 부서지기 쉬우므로 낙하 충격 테스트에서 성능이 떨어집니다. 따라서, 전자업계는 200°C를 약간 넘는 온도에서 리플로우 할 수 있지만 여전히 사용 온도가 높은 솔더를 사용할 수 있습니다. 이런 상황은 풀 수 없는 수수께끼로 보일 것입니다. 그러나, Dr. Ning-Cheng Lee가 이끄는 Indium Corporation의 제 동료들이 이를 해결했습니다. 그들은 178°C에서 녹는 인듐 함유 솔더 파우더 Indalloy® 227을 사용하여 그것을 약 217°C에서 녹는 SAC305 분말과 혼합했습니다. 약 205°C에서 리플로우하면 Indalloy® 분말이 녹고 SAC 분말은 녹은 Indalloy®에 의해 용해됩니다. 이 효과를 얻으려면 205°C 온도를 약 2분 동안 유지해야 합니다. 최종 솔더 조인트의 재 용융 온도는 180°C 이상입니다. 저는 이전 게시글에서 액체 금속이 더 높은 온도에서 녹는 다른 금속을 용해하는 현상에 대해 논의했습니다. 이 효과의 극단적인 예는 실온에서의 수은의 금 용해입니다. 따라서, 금이나 은 장신구를 웨이브 솔더링 냄비에 떨어뜨리고 한 시간 후에 꺼낼 것이라고 기대하지 마세요! Indalloy® 227은 178°C까지 완전히 녹지는 않지만 일부는 113°C에서 일부는 140°C에서 녹기 때문에 그 자체로는 후보가 아닙니다. 위의 기준을 사용하면 재 용융 온도가 180°C 이상이므로 이 새로운 솔더 분말 혼합물의 사용 온도는 리플로우 후, 89.4-134.7°C 범위에 있을 수 있습니다. Lee 박사와 그의 팀이 수행한 테스트 결과 솔더 조인트가 우수한 열 사이클링과 낙하 충격 특성을 갖는 것으로 나타났습니다. 이 새로운 솔더 페이스트는 DurafuseTM LT라고 합니다. 그림 1-3은 Indalloy® 227/SAC305 분말이 205°C의 피크 리플로우 온도에서 어떻게 용융되는지를 개략적으로 보여줍니다.
그림 1. 실온 상태의 Indalloy® 227 및 SAC305 솔더 파우더
그림 2. 205°C에서 Indalloy® 227이 녹아 SAC305에 용해되기 시작합니다.
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