여름철 차량 내부의 고온과 솔더 기술

솔더 접합부 사용 온도에 관한 실화 한 편을 소개합니다.

어제 퇴근길에 바깥 온도가 아주 높다는 것을 느꼈습니다. 차에 타자마자 AC를 켰지요.  그런 다음, 운전대가 엄청 뜨겁다는 걸 알았습니다.  그런데 정작 걱정은 딴 데 있었습니다. 차에 두었던 iPod가 아침에 프로그램해 두었던 것과 다른 곡을 재생하고 있었거든요.  그리고 기기가 과열되었으니 적절한 작동을 위해서는 냉각시켜야 한다는 경고가 표시되었습니다.  열을 식혀 주려고 iPod를 시원한 바람이 나오는 벤트 앞에 두고 운전을 했습니다.

솔더 업계에 종사하고 있는 저는 운전을 하면서 iPod 내 솔더 접합부 및 이 접합부가 받은 영향에 대해 생각해 보았습니다.  먼저, 차량 내부는 얼마나 뜨거웠을까요?  일기예보에 의하면, 실외 온도는 약 85°F(섭씨 약 29.4°C)였으므로, 햇볕을 받는 차량 내부 온도를 계산한 일부 연구를 비교하여 제 차의 내부 온도는 약 120°F(섭씨 약 48.9°C) 정도로 이를 초과하지는 않은 것으로 추산했습니다.

우리 업계에서 자주 사용되는 단위인 섭씨로 120°F를 전환하면 약 50°C가 됩니다.  안도의 숨을 내쉬며, 이 정도 온도는 iPod 내부 회로 기판에 사용될 가능성이 높은 합금의 용융 온도에 비해 훨씬 더 낮다는 사실에 만족했습니다.  일반적인 주석-비스무트 합금은 약 140°C에서 용융되고, 주석-납 합금은 183°C에서, 그리고 주석-은-동(SAC) 합금은 약 217°C에서 용융됩니다. iPod 내부 합금이 무엇인지 구체적으로는 모르지만, 이러한 일반 합금보다 더 낮은 온도에서 녹는 합금은 없을 거라 생각하여 솔더 접합부가 녹지 않았을 걸로 확신했습니다.

그런 다음, 솔더 자체에 대해 생각해 보았습니다. 한 가지 우려 사항은 솔더 접합부와 패드 간 인터페이스의 금속 간 층에 관한 것이었습니다.  시간이 지나면 열로 인해 금속 간 층이 커집니다.  오후 한 나절 태양 빛으로 솔더 접합부가 크게 변하지는 않았습니다.  벌크 솔더 접합부의 경우, 켈빈 단위로 작동 온도를 합금 고상 온도의 90%보다 더 낮게 유지하는 것이 하나의 원칙이라고 들었습니다.  솔더가 이 온도를 초과할 경우 솔더 접합부의 구조가 변하여 더 부숴지기 쉽습니다.  위에서 설명한 모든 합금의 경우를 감안할 때 저의 iPod는 여전히 안전했습니다.

제가 마지막으로 우려했던 것은 iPod 자체에서 생성된 열이었습니다.  다행히 저의 차는 시동이 꺼지면 USB 포트에 연결된 전원도 꺼지므로 iPod가 오후 내내 충전되고 있었던 것은 아닙니다.  과도한 충전은 배터리의 내부 열로 이어질 수 있습니다.  또한 많은 전자 기기는 사용 중 부품에 열이 발생하지만, 열이 부품에서 솔더 접합부를 통해 회로 기판 또는 주변으로 이전되도록 설계되어 있습니다.  이로 인해, 부품은 과열을 방지하고 제품 수명이 다하기 전에 타지 않습니다.  iPod의 열이 식고 있는 도중 음악을 계속 듣고 있었던 것은 제 실수였습니다.  주위에서 흡수한 열을 냉각시키는 중 iPod 자체에서 계속 내부 열이 생성되지 않도록, 껐어야 했던 거죠.

지금까지 iPod는 위에서 언급한 대로 문제없이 작동하는 것 같아, 이 정도 고온에 한 번 노출된 것이 큰 위험을 초래하지는 않았다고 믿습니다.  앞으로는 세워 둔 차에 iPod를 두고 내리지 않을 것입니다(휴대해야 할 것이 하나 더 늘었지만 그만한 가치가 있습니다).  iPod의 과열을 방지하는 다른 조언을 원하시면 이 기사를 읽으세요. 

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