Soldering 101: The Simplicity of Soldering - The Complexity of Solder Paste

여러분,

주석-납 공정 솔더 또는 SAC305와 같은 일반적인 무연 솔더와 같은 주석 기반 솔더로 구리-구리를 솔더링하려면 주석-구리 금속간 결합 형성을 위해 액체 솔더와 구리만 필요해요. 한 번의 작은 아이디어인 이 간단함은 스피드라인 테크놀러지에서 일부 동료들이 저에게 전해주었어요. 그들은 스루홀 구성 요소가 장착된 PWB를 가져 와서 플럭스를 사용하지 않고 웨이브 솔더링 기계를 통과시켰어요. 결과는 우스웠어요. PWB에 커다란 솔더 아이스 원들이 메달려 있어서 무게가 10파운드였어요. 구리에 형성된 산화물이 이와 같이 엉망으로 만들었어요. 그렇지만 질소 블랭킷으로 다시 보드를 실행해서 납품 대기 상태가 완료된 솔더링이 매우 잘 된 보드가 만들어졌죠. 따라서 현실적으로 플럭스 또는 질소 중 하나, 선호적으로 둘 다 솔더-구리 이외에 성공적인 솔더링에 필요하고 또한 비교적 간단하기도 하죠.

1970년대 후반에서 1980년대 초의 솔더 과학자들이 측은해요. SMT는 새로운 기술이었고 세계는 솔더 페이스트를 사기 원했어요. 하지만 많은 솔더 과학자들의 유일한 경험은 웨이브 솔더링이었어요. 웨이브 솔더링에서 플럭스의 주요 임무는 PWB 패드와 구성요소에서 산화물을 제거하는 것이죠. 솔더는 용융 상태에 있고 그 산화는 주된 관점이 아니에요. 솔더링 공정에서 솔더는 단지 몇 초간만 보드에 닿기 때문에 보드는 이러한 짧은 시간에 오직 고온만 경험해요.

저는 초기 솔더 페이스트가 웨이브 솔더링에 사용된 것과 유사한 솔더 파우더 플럭스로 구성된 것을 상상해요. 만약 그렇다면, 아마도 작업이 너무 잘 안됐을 거에요. 웨이브 솔더링의 솔더와 비교하여 솔더 페이스트가 경험하는 극적인 차이점을 고려하세요. 솔더 페이스트의 "플럭스"는 PWB 패드, 구성요소 납 및 솔더 입자로부터 산화물을 제거해야 하며 또한 리플로우 오븐에 있는 몇 분 동안 재산화되지 않도록 모든 표면을 보호해야 해요. 이러한 보호를 달성하기 위해 "플럭스"는 산소 장벽 역할을 하는 물질을 포함해야 해요. 노-클린 솔더 페이스트에 사용되는 가장 일반적인 물질은 송진/수지에요. 송진, 즉 개질되었거나 합성된 송진인 수지는 일반적으로 중간 내지 고분자 80~90% 아비에트산 중량의 유기 화합물이에요. 그것들은 전형적으로 침엽수에서 발견되고 있어요. 송진/수지는 본질적으로 점착성이 있으며, 리플로우 공정 동안 일부 플럭싱 활성 및 내 산화성을 제공해요.

제가 위의 단락에서 "플럭스"를 썼던 이유는 대부분의 사람들이 솔더 페이스트에서 플럭스라고 부르는 것은 복합 물질 조합이기 때문이에요. 이러한 “플럭스”는 다음으로 구성되요:

·         송진/수지: 산화장벽 및 일부 플럭싱 활동용

·         유동적 첨가물: 최상의 프린팅 특성을 제공하기 위함. (예: 우수한 응답-일시정지, 우수한 전달 효율성, 뛰어난 슬럼프 저항, 우수한 점착력 등.)

·         용제 : 다른 물질 용해용

• 활성제: 주요 플럭스 작용 수행용 (산화물 제거)
  
  
  
  
• 그림. 솔더 페이스트는 최고의 공학 물질 중 하나에요.
  
  최신 솔더 페이스트는 우수한 산소 장벽 기능이 있어야 해요. 대부분의 리플로우 프로파일에서 솔더 페이스트는 150ºC 이상의 온도에서 수 분 이상 머물러요. 이 시간 동안, 솔더 입자와 패드 및 납 표면 모두를 보호해 줄 산소 장벽이 필요하죠.
  
  불충분한 솔더 장벽의 일반적인 예로는 그랩핑 불량이나 상대적인 헤드인필로우 불량이 있어요. 이와 같은 불량 중 하나가 발생하는 경우 더 나은 산소 차단 기능이 있는 솔더 페이스트가 도움이 될 거에요.
  
  리플로우 전에 솔더 페이스트는 잘 인쇄되어야 하고, 응답-일시정지가 우수해야야 하며, 얇은 전단이 아니며, 냉간 슬럼프 저항 및 배치후 구성요소를 지지하는 우수한 점착력이 있어야 해요. 리플로우 동안, 산소 장벽 문제 외에도,  솔더 페이스트는 고온 슬럼프를 드러내지 않아야 하고, “기포차단 (Avoid the Void)^TM,” 헤드인필로우” (HIP)를 불량을 생성하지 않아야 하며, 모든 일반적인 PWP 패드 마감에 작용해야 하며 열주기, 드롭쇼크, 및 진동 환경에서 신뢰할 수 있는 솔더 접합을 생성해야 해요. 휴! 문제가 꽤 복잡하네요.
  
  결과적으로 저는 솔더 페이스트가 세계에서 최고의 공학 물질이 될 수 있고, 그것은 확실이 상품이 아니라고 주장하고 싶어요.
  
  감사합니다,
  론 박사