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솔더 파우더: IPC "유형" 및 표면적

Monday, October 3, 2011

2011년 10월 3일, 월요일 / Andy Mackie [이력 보기]

솔더 분말의 입자 크기와 형태는 솔더 페이스트의 기능에 여러 측면에서 영향을 미칩니다: 프린팅/주입하기/적시기; 솔더볼링; 그레이핑; 방출; 끈기 등등.

이러한 이유로, 저는 업계 전반에 걸친(두 곳의 솔더 페이스트 공급사 및 두 곳의 솔더 페이스트 사용자) 그룹들을 주도하여, 현재 IPC 5-24b (Solder Paste Task Group)을 이끌고 있는 저의 오랜 친구 Brian Toleno가J-STD-005A의 최종 버전을 마무리할 수 있도록 도와주면서 흥미로운 두 달의 시간을 보냈습니다. 우리의 관심사항은 페이스트 안에 들어 있는 분말 크기를 정의하는 것이었습니다: 분포 및 “허용 가능한 최대의 입자 크기” 가 그것이지요. 우리는 업계 전반에 걸쳐 멋진 의견의 일치를 보았고, J-STD-005A 가 드디어 2012년에는 논문으로 발표될 수 있게 되었습니다. 또한, 최근에 저는 표면적에 미치는 입자 크기의 영향에 관한 업계 동료들의 발표도 본 적이 있습니다. 거기서 어떤 특이사항을 발견할 수 없었기 때문에, 이제 페이스트 내부의 솔더 분말 표면적을 계산하는 방법을 보여 드릴께요.

x%의 솔더 페이스트 중량이 로딩되는 것을 가정합니다. [노트: 솔더 분말의 크기(직경)가 줄어들면서, 입자 표면에 달라 붙는 요변성 용매제의 경계층을 상쇄하기 위해 금속 로딩도 역시 보통 0.5% 또는 그 이상 감소하지만, x가 입자의 크기와는 상관 없는 것으로 가정합니다.] 1그램의 솔더 페이스트에는 (x/100) 그램의 솔더 금속이 들어 있습니다.

만일 그 금속이r (rho)의 밀도를 갖고 있다면, 솔더 페이스트 그램 당 금속(v)의 부피는:

v = x / (r * 100) 입니다.

금속 입자가 균일하게 분산된 것으로 가정하면(즉: 모두 같은 직경(d)), 페이스트 그램 (n) 당 입자의 수는 단순히 v (그램 당 총 금속의 부피)를 입자 한 개의 부피(v_p)로 나눈 값이 됩니다.

n = v / v_p = x / (r * 100 * (4/3) * pi * (d/2)³)

이제 우리는n 및 솔더 분말 입자 당 표면적(s_p)을 갖고 페이스트 그램 당 솔더 분말의 표면적(s)을 계산할 수 있습니다:

s = n * s_p = n *4 * pi * (d/2)²

표면적과 부피의 비율은 단순히 입자의 반경 또는 직경에 반비례하는 것을 간단한 계산으로 보여줄 수 있습니다(여러분께 숙제로 드릴께요):

금속 로딩 =	90	90	90	90	%
금속 밀도 =	8.4	8.4	8.4	8.4	*g/cm3*
분말 입자 직경 =	60	40	20	10	*마이크론*
v(p) =	0.000107	0.000107	0.000107	0.000107	*m^3*
.: 1그램의 페이스트 내, n =	9.47E+08	3.20E+09	2.56E+10	2.05E+11	*입자들*
표면적 =	10.71	16.07	32.14	64.29	*m^2*

얼마 전에 저는 개체수에 대한 분말 유형의 영향을 보여주는 소규모의 엑셀 작업을 한 적이 있는데, 어느 정도의 분포폭에 관한 가정을 한다면, 분말의 “유형” (2,3,4,5 등등)이 표면적에 미치는 영향을 보여줄 수 있습니다. 그 결과는 아래에서 확인할 수 있듯이 여러분들이 기대하신 것들과 크게 다르지 않습니다. 유형 3 에서 유형6으로 가면서, 표면적이 10배 정도 늘어나는 것을 볼 수 있습니다.