금속간 화합물: 솔더링의 기적

여러분,

솔더링 과정에서 형성되는 구리-주석 금속간 화합물을 논의하는 대부분의 기사에서 그것은 필수적인 악재로 언급해요. 그 악재는 금속간 화합물이 부서지기 쉽고 열 순환이나 낙하 충격에 약할 수 있다는 인식에 있어요.

저는 상황을 다르게 보고 있어요. 저의 견해로는, 구리-주석 금속간 화합물의 형성은 솔더링의 기적이에요. 그것을 이런 식으로 보시죠. 즉, 전자제품 조립을 위해서는 폴리머가 있는 상태에서 (PWB 에폭시 및 구성요소 케이스) 구리 대 구리 (PWB 상의 패드에 구성요소의 납) 결합이 요구되죠. 이러한 폴리머 재질은 몇 분 동안 약 섭씨 250° 만 견딜 수 있어요. 구리는 섭씨 1083° 에서 녹기 때문에 폴리머가 존재할 때 구리와 구리를 결합시키는 것은 상당한 문제가 나타날 수 있어요. 주석 기반 솔더가 들어가게 하세요.

무연 (주석 기반) 솔더, 예를 들어 SAC305는 약 섭씨 219°에서 녹아요. 따라서, 리플로우 오븐에서 약 섭씨 245°의 피크 온도로, 솔더가 녹을 수 있고 납과 패드에서 구리의 전기 및 기계적인 결합을 형성할 수 있어요. 섭씨 245°에서, 많은 폴리머 재질은 90초 동안 손상되지 않으므로 이 온도에서 솔더링을 할 수 하죠.

그러나, 형성된 금속간 화합물의 재질의 속성은 어떤가요? 그들이 너무 부서지기 쉽지 않을까요?  리 (Lee)* 등은 솔더링시 형성된 금속간 화함물이 부서지기 쉽지 않다는 것을 제안하는 분석을 수행했어요. 그들의 작업은 또한 오류 모드가 금속간 화합물이 아니라, 금속간 화합물과 솔더, 구리 또는 다른 금속 간 화합물인 Cu₃Sn과 Cu₆Sn₅ 사이의 인터페이스에 있다고 제안하죠. 이러한 두 금속간 화합물이 아래 도표에서 나타나 있어요.

도표 2 - 섭씨150° 에서 32일 숙성 후,
구리 패드와 Sn-4Ag-0.5Cu
볼의 인터페이스에서의 금속간 화합물

도표: 로바우드 등의 구리 주석 금속간 화합물, “Mech에서 IM 성장에 미치는 영향. 무연 어셈블리의 강도, “APEX 2001.

금속간 화합물이 두꺼울수록 금속간 두께로 인한 파손의 위험이 더 큰 것으로 오래 전부터 추측해 왔어요. 리의 연구는 이러한 우려를 제기하는 것으로 보여요.

금속간 화합물과 그 안정성에 미치는 영향에 대해 계속되는 논의를 지켜봐 주세요.

업데이트: 계속해서 다음에 관한 다수의 기사가 있어요:

1. 너무 많은 사람들의 일을 앗아가서 위기를 초래할 로봇
2. 자율 주행 차량은 몇 년 밖에 걸리지 않아요

자동화: 2017년 4월 말에 제가 이 게시 글을 쓰면서, 우리가 자동화 출발점으로 포드의 1913 어셈블리 라인 사용을 선택한다면 자동화가 100년을 훨씬 넘습니다.  어셈블리 라인의 탄생시 세계 인구는 18억이었고 미국에서 기대 수명은 약 50년이었어요. 오늘날 세계 인구는 75억이고 미국의 기대 수명은 80년에 가까워요. 지속적인 자동화로 인해 야기되는 문제들을 최소화하고 싶지 않지만, 우리는 많은 개발 도상국에서 조차도 굶주림이 아닌 비만이 위험이 되는 몇 안되는 시대들 중 한 시대에 살고 있어요. 자동화와 과학에 의해서 우리에게 이러한 하사품과 건강이 대두되었어요. 물론, 혼란이 있을 것이나, 긍정적인 추세가 줄어들지 않을 것으로 보여요.

자율 주행 차량: 문제는 정의에 있어요: 자율 주행 차량과 트럭들이 정말로 혼란에 빠지지 않으려면 사람의 도움이 절대적으로 필요하죠. 도움이 필요하다면, 사람이 제어할 수 있어야 해요. 따라서, 만일 그 시간의 1% 동안 트럭이 사람의 도움을 필요로 한다면, 트럭 운전자가 여전히 필요하죠. 저는 자율 주행 차량의 경로를 따라 많은 진보를 고대하지만, 여전히 운전대 또는 가스 페달이 없는 자동차의 시대를 생각하는 것은 수 십년 후가 될 것이라고 생각해요.

감사합니다,

론 박사

* Lee, C. C. 외 "금속간 화합물이 정말 부서지기 쉬운가”, ppf 648, IEEE, 전자 부품 및 기술 컨퍼런스, 2007.