Indium 사의 블로그

아직 입증되지 않은 군사/우주항공 분야에서 사용되는 비납 솔더의 신뢰성

Monday, December 12, 2011

Manhatan Chart

안녕하세요,

제가 살고 있는 “미국에서 가장 아름다운 작은 마을”, 버몬트주의 우드스탁의 연례행사인 Wassail 주말 중에 시간을 내서 지난 주에 열린 ACI 워크숍에 관한 포스트를 올렸습니다.

Indium사의 동료인Ed Briggs 와 저는 “높은 생산성 및 신뢰성을 위한 비납 조립”에 관한 3시간에 걸친 프레젠테이션을 진행하였습니다. Ed의 “그레이핑” 및 “헤드-인-필로우” 결함에 관한 분석은 아주 좋았다고 생각합니다.

비납 솔더 페이스트와 소형화 부품들(즉, 아주 적은 양의 솔더 페이스트 사용)의 새로운 세계에서 솔더 페이스트 용매제가 직면하고 있는 도전들에 관한 열띤 토론이 있었습니다. 가장 관심을 집중시킨 토픽 중의 하나는 니트로겐과 비납SMT 조립이었습니다. 솔더 페이스트의 사용자들은 비납 솔더 페이스트가 니트로겐을 사용하지 않아도 어떤 PWB 패드 마감(즉, OSP 담금 실크, 비전착성 니켈 금 등)에서도 잘 적용될 수 있어야 한다는데는 의견의 일치를 보이는 것 같습니다. 니트로겐을 사용하면 비용이 드는 것을 물론, 보통 비석서기 현상을 더 악화시키기 때문입니다. 하지만, 대부분의 사람들은 니트로겐이 불순물의 형성을 줄여주기 때문에 웨이브 솔더링에서는 반드시 필요하다는 의견을 보이고 있습니다. 제값은 하고 있는 것이지요.

Ed 와 제가 프레젠테이션을 마친 뒤에, BTU의 Fred Dimock 가 환류 솔더링에 관하여 제가 가장 훌륭하게 생각하는 얘기를 하나 해주었습니다. 그는 열전대가 산화되지 않도록 하는 것의 중요성(산화되면 정확성이 떨어짐)을 포함하여, 열 프로파일링에 관하여 자세하게 설명하였습니다. 그는 또한 가열 도중에 온도가 너무 높아지지 않게 하고, 히터가 꺼져 있을 때는 온도가 너무 떨어지지 않게 하는 환류 오븐의 디자인에 관해서도 의견을 제시했습니다. 많은 비납 조립작업자들이 고민하는 온도 조절 문제와 관련하여 이러한 토픽들을 이해하는 것은 아주 중요한 일입니다.

ACI 의Fred Verdi 가 “우주항공 및 국방 분야에서의 비납 전자기기들”에 관한 아주 훌륭한 프레젠테이션으로 이번 미팅을 마무리하였습니다. Fred는 “맨해튼 프로젝트”에 사용된 연구에 관하여도 언급하였습니다. 전체 프로젝트 리포트를 여기에서 무료로 다운로드 받을 수 있습니다.

5년 정도의 수명을 갖는 일반 소비자 제품에서의 비납 신뢰성은 어느 정도 인정을 받고 있지만, 거친 서비스 조건에서 40년 정도까지를 지탱해야 하는 군사/항공우주 분야에서는 그렇지 못하다는 것에 모두 동의하는 것 같습니다. 이러한 광범위한 제품들의 수명과 실패율의 차이에 따른 영향을Fred의 차트(위)에서 확인할 수 있습니다. A 사분면에는 상업용 제품들이 들어 있고, 군사/항공우주 분야의 제품들은 D 사분면에 있습니다.

D 사분면의 제품들에게 있어 가장 큰 위험요소는 주석 단결정입니다. Fred는 이러한 흥미로운 현상을 설명하는데 상당한 시간을 할애했습니다. 이러한 위험으로 인한 어려움 중의 하나는, 가속화할 방법이 없기 때문에 가속화된 열 사이클링 또는 낙하충격과 동등한 테스트를 할 수 없다는 것입니다. Fred는 주석 단결정의 오류는 입증되었고 Toyota의 액셀러레이터 메커니즘으로 확인되었다고 언급하였습니다.

주석 단결정뿐 아니라, 열 사이클 및 다른 분야에서 D 사분면 제품들(40년 정도까지의 서비스 수명을 갖는)의 비납 신뢰도도 아직까지 관심분야입니다. 저는 이 사분면에서 흰 주석이 저온에서 회색가루가 되는 것은 문제점 리스트에 들어 있지 않았다고 언급하였습니다.

Fred 와 맨해튼 프로젝트 팀은 D 사분면 제품들의 비납 조립에 따른 위험을 결정하고 완화시키기 위해 언급되어야 할 많은 “간극들”을 확인하였습니다. 이들은 2013년에 약 1억달러 짜리 이 프로그램을 시작할 계획을 갖고 있습니다.