Indium 사의 블로그

합금 용융

Wednesday, April 8, 2015

여러분,

리처드씨가 다음과 같은 질문을 했습니다.

Ron 박사님께,

최근 우리는 주석으로 마무리한 부품 납 및 SAC305 솔더 페이스트에서 땜납성 문제를 겪었습니다. 우리의 엔지니어 중 한 명의 주장에 의하면, 주석 마감이 SAC305 솔더 페이스트를 용융하는 온도(Tm = 219°C)에 비해 너무 높은 온도(Tm= 232°C)에서 용융되는 게 문제였습니다.

제가 이해하기로는 232°C가 넘으면 이 두 요소는 확실히 용융하여 우수한 솔더 접합을 형성하지만, 232°C 이하 온도, 즉 225°C에서도 주석은 용융합니다. 이 현상을 설명해 주실 수 있습니까?

리처드씨,

질문을 해주셔서 감사합니다. 이 질문은 두 가지로 해석할 수 있습니다. 첫 번째 해석은 이 두 금속의 용융점보다 더 높은 온도로 설정된 리플로 오븐에서 용융 온도가 더 높은 금속은 용융 온도가 더 낮은 금속이 녹는 것을 방해합니다. 이 해석은 오류입니다. 두 금속은 리플로 오븐 내 공기 온도에서 녹기 때문입니다.

다른 해석은 리플로 오븐의 온도가 SAC305의 용융 온도보다는 더 높지만 주석의 용융 온도보다는 더 낮다는 것입니다. 그렇다면 주석은 어떻게 용융될 수 있을까요? 이러한 상황을 고려하여 오븐의 온도가 228°C라고 합시다. 납 또는 패드로 마감된 주석은 용융될까요? 답은 예입니다. 그렇지만 금과 주석이 관련된 현상을 먼저 이해해 봅시다.

용융점이 극도로 다른 금속들은 서로 용해될 때가 많습니다. 리처드씨가 지적한 것처럼, 주석 금속은 232°C에서 녹는 반면 금 금속은 1064°C에서 녹습니다.

Atomic Composition Ratio of Sn

이 상태도를 여기에서 참조하세요.

도1. 금 주석 상태도

금-주석 솔더를 만들려면 350°C 정도의 적당한 온도에서 주석욕을 해야 합니다. 금을 삽입하면 용융되면서 용용 상태의 주석으로 흘러들어 갑니다. 금 금속은 1064°C에서 용융되지만 이 내용은 맞습니다. 이 효과는 실험을 통해 입증될 수 있습니다. 금과 수은의 경우에도 유사한 현상이 발생합니다. 수은은 주변 온도에서 금과 반응합니다. 이 현상은 토양에서 금 소립자를 추출하는 데 사용될 수 있으며, 오늘날 영세 금채광에서 흔히 사용되고 있습니다. 그런데 문제는 수은의 독성이 광부에게 유해하고 환경을 오염시킬 때가 많다는 것입니다.

전자제품 어셈블리 솔더의 경우를 다시 고려하여, 일부 액체 주석-납 솔더를 200°C로 가열했다고 가정합시다. 도2a를 참조하세요. 이 도판에서 보는 바와 같이, 25°C에서 주석 볼은 용융 상태의 주석-납 솔더 위에 위치하고 있습니다. 도2b에서 주석 볼은 용용된 주석-납 솔더로 스며듭니다. 주석-납 솔더는 고체 주석 주위로 메니스커스를 형성합니다. 상온에서도 주석 원자는 진동하므로 주석 볼의 일부 진동하는 원자는 주석-납 솔더로 흘러 들어가게 됩니다. 이러한 움직임으로 인해 주석 볼에 진공이 생기며, 이는 주석-납 솔더의 납 원자에 의해 채워 질 수 있습니다. 새로 도착한 납 원자 주변에서는 주석-납 솔더의 용융 온도가 주석보다 더 낮기 때문에 주석-납 합금의 이 마이크로 스폿 용융 온도는 낮아질 것입니다. 이 과정은 도2C 및 도2f에 예시된 바와 같이 모든 주석이 주석 납 솔더로 혼합되어 유입될 때까지 계속됩니다.