[논문]Wetting Balance Test를 이용한 솔더의 젖음성 분석

정도현; 임동욱; 백범규; 임송희; 윤종혁; 정재필

doi:10.6117/kmeps.2017.24.2.001

Wetting Balance Test를 이용한 솔더의 젖음성 분석
Wettability Analysis of Solders using Wetting Balance Test 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.24 no.2, 2017년, pp.1 - 9

정도현 (서울시립대학교 신소재공학과) , 임동욱 (서울시립대학교 신소재공학과) , 백범규 ((주)경동원) , 임송희 ((주)경동원) , 윤종혁 ((주)경동원) , 정재필 (서울시립대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, there has been a continuous researches on solders having sophisticated and improved performance due to demand for high-density and miniaturization of electronics, and development of solder for automotive electronics which can be used in harsh environment. When developing a new solder alloy, there is a wettability of solder on substrate for things to consider, and the wetting balance test is one of the methods for measuring that one. In this paper, the wetting balance test is introduced, and the calculus of the surface tension of solder and the contact angle between solder and substrate using wetting curve obtained is introduced too. In detail, the principle and test method of the wetting balance test, the introduction of the parameters with important meaning in the wetting curve, the method of calculating the contact angle as well as the surface tension of the solder using the shape of the solder meniscus.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본고에서는 wetting balance test를 이용하여 얻은 젖음곡선의 해석과 이를 통한 솔더의 표면장력과 접촉각 계산 방법등에 대해 기술하고자 한다.
본고에서는 솔더의 젖음성을 평가하기 위한 방법 중 하나인 wetting balance test를 통해 얻은 젖음곡선과 젖음력의 해석 방법에 관하여 소개하였다. 이는 다른 젖음 평가 방법들에 비해 재현성이 뛰어날 뿐만 아니라, 솔더의 젖 음력과 젖음시간에 대해 정량적인 측정이 가능한 장점이 있다.

제안 방법

Ramli 등도 Sn-Cu-Ni 솔더 분말에 직경 20 μm 이하의 Si3N4 마이크로파우더를 함량별로 혼합하여 소결한 후 Cu 기판위에 리플로우하여 젖음성을 평가하였다.
7Cu 무연솔더의 젖음성을 평가하였다. 상기 무연 솔더 페이스트를 제조한 후, squeegee speed 20 mm/s, 8 kg의 압력, separation 속도 3 mm/s로 설정하여 페이스트를 기판에 인쇄한 후 Novostar 2000HT 리플로우 오븐을 이용하여 젖음성을 평가하였다. 젖음각 측정을 위해, FTA188 Analyser 장비가 사용되었다.
마이크로파우더를 함량별로 혼합하여 소결한 후 Cu 기판위에 리플로우하여 젖음성을 평가하였다. 실험에서 사용된 함량은 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0 wt%이며, 젖음성 시험 후 Si₃N₄ 함량에 따른 솔더의 접촉각을 측정하였다. 그 결과, 0 wt%일 때 솔더의 접촉각은 35.

대상 데이터

실험에 사용된 기판은 30×10×1 mm의 99.99% 무산소 Cu이며, 솔더의 용융 온도 250°C, 침지 시간 2.5 mm/s, 유지 시간 5초 후 젖음성을 평가하였다.

성능/효과

21) Wetting balance test를 통해 실험적으로 측정 가능한 물리적 성질은 솔더의 상승 높이(h)와 메니스커스의 무게, 즉 솔더가시편을 당기는 힘(F)이 있으며, 이로부터 접촉각과 표면장력을 계산하기 위해서 메니스커스의 물리적 모양을 수학적 표현으로 묘사하여야 한다. Viance는 Fig.
5) 결과적으로 솔더의 표면장력 및 기판과의 접촉각을 정확히 측정하는 일이 솔더링성 평가뿐만 아니라 솔더링부의 신뢰성 및 수명을 분석하기 위한 작업에서 가장 기초적인 단계이다.
그 결과, 0 wt%일 때 솔더의 접촉각은 35.60°로 측정되었고, Si3N4 함량이 0.25, 0.50, 0.75, 1.0 wt%로 증가함에 따라 접촉각은 각각 31.29, 29.38, 27.04, 24.76°으로 감소하였다.
5 mm/s, 유지 시간 5초 후 젖음성을 평가하였다. 그 결과, Fig. 11에서 보는 바와 같이, 0.05 wt%의 graphene을 첨가한 솔더의 경우 젖음시간이 0.61초로, 상용 SAC305의 젖음시간 1.08초에 비해 개선된 결과를 확인하였다.²⁵⁾
젖음각 측정을 위해, FTA188 Analyser 장비가 사용되었다. 그 결과, bare Cu 기판을 사용한 솔더의 경우, OSP 표면처리된 시편 대비 젖음각이 감소한 것을 확인하였으며, 표면 접촉 영역이 증가할수록 젖음각은 감소하는 경향을 보였다.²⁶⁾

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	솔더링(soldering)이란?	솔더링(soldering)은 전자산업에서 기판과 전자부품, 또는 기판과 반도체 칩의 접합을 위한 실장 방법으로, 최근 전자제품의 고밀도, 소형화 추세에 따라 보다 세밀하고 향상된 성능을 갖는 솔더의 연구가 계속되고 있다. 한편,RoHS(restriction of the use of hazardous substance), WEEE(waste electrical and electronic equipment) 및 ELV(end of life vehicles) 규제로 인해 납솔더의 사용이 금지됨에 따라, 가정용 전자제품부터 자동차용 전장품 분야까지 다양한 사용 환경에 대응할 수 있는 무연솔더의 개발이 요구되고 있다.
	솔더와 모재금속 간의 젖음성(wettability)이 너무 좋거나 불량할 경우 나타나는 문제점은?	솔더링에서 젖음(wetting)이란 용융 솔더가 모재금속, 즉 기판의 표면에 퍼져나가는 현상을 뜻하며, 양호한 솔더링부를 얻기 위해서는 적절한 젖음성을 갖는 솔더의 사용이 필요하다. 예를 들어, 미세피치 패키지에서 솔더의 젖음성이 불량하면 접합부의 기계적 특성이 저하되며, 반대로 너무 좋을 경우, 인접한 솔더끼리의 접합하는 브릿지(bridge) 현상이 발생할 수 있다.2)
	솔더의 젖음성을 평가하기 위한 방법은?	솔더의 젖음성을 평가하기 위한 방법으로는 현재 wetting balance test, globule test, dip test, area of spread test 등이 있으며, 이 중에서 wetting balance test가 가장 일반적으로 사용되고 있다. Wetting balance test는 젖음성 측정 결과를 젖음력(wetting force)과 시간의 그래프인 젖음 곡선(wetting curve)으로 나타내는데, 이를 해석함으로써 솔더링부의 형상 예측에 필요한 솔더의 표면장력 및 솔더와 기판 사이 접촉각 등을 계산할 수 있다.

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