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문제 정의
- 본 연구에서는 김치냉장고 고장에 대한 근본원인분석과 김치냉장고 PCB에 적용되고 있는 무연솔더(Sn-0.7Cu-0.01P)의 마이그레이션 발생에 영향을 미치는 인자를 분 석하고, 플럭스 조성비 변화에 의한 무연솔더(Sn-0.7Cu-0.01P, Sn-3.0Ag-0.5Cu) 절연 특성(내 마이그레이션)을 향상시킬 수 있는 플럭스 개발에 대해서 보고 하고자 한다.
제안 방법
- 특히 무연솔더의 경우는 무연솔더 단체에는 마이그레이션이 발생하지 않지만 플럭스의 성분에 상당한 영향을 많이 받는다. 따라서 PCB에 발생한 마이그레 이션의 성분분석을 하였다.
- 베란다나 외부환경의 경우 조석으로 기온의 차이가 심한 곳이기 때문에 온도차에 의한 수분 결로가 많이 발생하는 곳이다. 따라서 본 연구에서는 김치 냉 장고에 사용되는 3개의 PCB를 5℃, RH65% 30분 방치 후, 다시 45RH75%에서 30 분 방치하는 수분 결로 시험하였다. 또한 고장품의 고장재현을 위한 가속시험으로서 가습기를 사용하여 인위적으로 김치냉장고 PCB부위에 가습하여 가속시험에서 고장 난 PCB 고장품과 필더 고장품을 비교 .
- 5Cu) 절연특성(내 마이그레이션)을 향상시킬 수 있는 플럭스 개발에 대한 연구 결과, 김치냉장고의 고장은 메인PCB와 디스플레이 PCB의 마이컴 입력부와 출력부에 발생한 마이그레이션에 의한 것이었고, 마이그레이션 발생 에 영향을 미치는 인자는 플럭스 성분 중 활성물질성분(Br, C, F「)이 마이그레이션 발 생을 촉진시켰다. 또한 Water drop 가속시험을 이용하여 플럭스의 성분을 변화시킴으 로서 무연솔더 절연신뢰성을 향상시킬 수 있는 새로운 플럭스(SV-PBF-LP42)를 개발 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 김치 냉 장고에 사용되는 3개의 PCB를 5℃, RH65% 30분 방치 후, 다시 45RH75%에서 30 분 방치하는 수분 결로 시험하였다. 또한 고장품의 고장재현을 위한 가속시험으로서 가습기를 사용하여 인위적으로 김치냉장고 PCB부위에 가습하여 가속시험에서 고장 난 PCB 고장품과 필더 고장품을 비교 . 검토하였다.
- 무연솔더 PCB 내 마이그레이션 성을 고찰하기 위해서 FR1과 FR4 PCB의 동 패턴 위에 2종류(SV-PBF-302, SV-PBF-LP42)의 플럭스를 사용하여 동의 젖음성을 개선하고 무연솔더로 솔더링 한 후 마이그레이션 test를 하였다. 또한 패턴 과 패턴사이의 적하수는 이온수를 사용하였고 적하수량은 마이크로 실린지를 이용하여 1ul로 하였다.
- 무연솔더 패턴 간 마이그레 이션 발생 과정을 측정하기 위하여 Microscope를 사용하여 동영상 촬영을 하였다. 마 이그레이션 발생속도는 동영상을 이용하여 발생시간을 측정하여 산출하였고, 내 마이 그레이션용 플럭스 개발에 있어서는 기존의 플럭스 조성비를 변화 시키고, 변화된 플 럭스에 대한 마이그레이션 발생속도를 측정함으로서 내 마이그레이션성을 판단하였다.
- 본 연구에 사용한 패턴간의 거리는 C type의 656um를 사용하였고, 실험온도는 상온 에서 실시하였다. 무연솔더 PCB 내 마이그레이션 성을 고찰하기 위해서 FR1과 FR4 PCB의 동 패턴 위에 2종류(SV-PBF-302, SV-PBF-LP42)의 플럭스를 사용하여 동의 젖음성을 개선하고 무연솔더로 솔더링 한 후 마이그레이션 test를 하였다. 또한 패턴 과 패턴사이의 적하수는 이온수를 사용하였고 적하수량은 마이크로 실린지를 이용하여 1ul로 하였다.
- 실험에 있어서는 무연솔 더 표준 PCB test기판의 C type 패턴에 마이크로 실린지를 이용하여 적하수량 1ul를 적하하고 DC 전원공급장치로 10V의 전압을 인가하였다. 무연솔더 패턴 간 마이그레 이션 발생 과정을 측정하기 위하여 Microscope를 사용하여 동영상 촬영을 하였다. 마 이그레이션 발생속도는 동영상을 이용하여 발생시간을 측정하여 산출하였고, 내 마이 그레이션용 플럭스 개발에 있어서는 기존의 플럭스 조성비를 변화 시키고, 변화된 플 럭스에 대한 마이그레이션 발생속도를 측정함으로서 내 마이그레이션성을 판단하였다.
- 마이그레이션 발생에 영향을 미치는 인자로서는 PCB제조시 세정의 불충분 등에 의해 플럭스에 잔류해 있는 이온류, 사람의 인체로 부터의 오염(땀, 지문 등), 등이 있다. 본 연구에서는 마이그레이션 발생 인자 중 플럭스에 의한 영향을 고찰하기 위해 무연솔더(Sn-0.7Cu-0.01P)에 사용되는 기존의 플럭스(SV-PBF-302)를 이용하여 세척 수로 세정한 후, 세척수 종류에 따른 용출 성분을 분석하고 그 결과를 Table 1에 나타내었다. Table 1에서 알 수 있듯이, 세척수의 종류에 따라 마이그레이션 발생에 영향을 주는 Br, C1,F의 양이 동일한 플럭스에서도 세척수의 종류에 따라 상당한 차이를 보였다.
- 마이그레이션 발생시간의 정의는 무연솔더 표준시험편에 이온 수를 적하하고 전원을 인가했을 때부터 무연솔더 표면에서 마이그레이션 현상이 발생하는 순간까지의 시간으로 하였다. 평가에 있어서는 기존의 유연솔더 마이그레이션 발생시간을 기준으로 하였다. Table 2에서 알 수 있듯이 PCB와 무연솔더 종류에 따른 마이그레이션 발생시간은 크게 차이가 없지만, 플럭스의 종류에 따라서는 상당한 차이를 보이는 것을 알 수 있다.
대상 데이터
- 무연솔더용 플럭스의 내 마이그레이션 특성을 관찰하기 위해 본 연구에서 사용한 PCB 기판은 Water drop test용 표준 PCB 가속시험 기판으로서 Fig. 3에 나타내었다. 표준 PCB 가속시험 기판(Fig.
- 3(a))은 일본 ESPEC사에서 제조한 것으로 동 패턴은 왼쪽으로부터 패턴 A, B( C 3종류로 구성되어 있고, A, B, C 3종류의 패턴과 패턴사이의 거리는 195um(패턴폭: 120um), 337um(패턴폭:296um), 656um(패턴폭:603um)이다. 본 연구에 사용한 패턴간의 거리는 C type의 656um를 사용하였고, 실험온도는 상온 에서 실시하였다. 무연솔더 PCB 내 마이그레이션 성을 고찰하기 위해서 FR1과 FR4 PCB의 동 패턴 위에 2종류(SV-PBF-302, SV-PBF-LP42)의 플럭스를 사용하여 동의 젖음성을 개선하고 무연솔더로 솔더링 한 후 마이그레이션 test를 하였다.
성능/효과
- 이들의 고장은 PCB의 마이컴과 관련이 깊은 고장이 라 사료되어 PCB의 결로 시험을 하였다. 결로 시험 결과 PCB 앞/뒷면 모두 결로가 생성되었고 결로 생성에 의한 오작동은 3대중 1대가 오작동을 일으켰다.
- 김치냉장고 고장에 대한 근본원인 분석과 PCB에 적용되고 있는 무연솔더의 마이그 레이션 발생에 영향을 미치는 인자를 분석하고, 플럭스 조성비 변화에 의한 무연솔더 (Sn-0.7Cu-0.01P, Sn-3.0Ag-0.5Cu) 절연특성(내 마이그레이션)을 향상시킬 수 있는 플럭스 개발에 대한 연구 결과, 김치냉장고의 고장은 메인PCB와 디스플레이 PCB의 마이컴 입력부와 출력부에 발생한 마이그레이션에 의한 것이었고, 마이그레이션 발생 에 영향을 미치는 인자는 플럭스 성분 중 활성물질성분(Br, C, F「)이 마이그레이션 발 생을 촉진시켰다. 또한 Water drop 가속시험을 이용하여 플럭스의 성분을 변화시킴으 로서 무연솔더 절연신뢰성을 향상시킬 수 있는 새로운 플럭스(SV-PBF-LP42)를 개발 하였다.
- Table 1에서 알 수 있듯이, 세척수의 종류에 따라 마이그레이션 발생에 영향을 주는 Br, C1,F의 양이 동일한 플럭스에서도 세척수의 종류에 따라 상당한 차이를 보였다. 따라서 PCB제조과정에서 세척수의 사용이 마이그레이션 발생에 상당한 영향을 주는 것을 알았다.
- 따라서 본 연구에 있어서 필더 고장에 대한 재현실험으로 결로시험과 가속습기실험 이 타당하다는 것을 알았다.
- 새롭게 개발한 플럭스(SV-PBF-LP42)의 경우는 기판과 무연솔더의 종류와는 상관 없이 모두 300초 이상의 마이그레이션 발생시간을 나타내었고, 기존의 플럭스에 비흐!] 마이그레이션 발생시간을 상당히 지연시켰다. 또한 플럭스의 성분(Br , C1 , F:활성물질) 이 마이그레이션 발생에 많은 영향을 주는 것을 알았다.
- 무연솔더를 적용한 김치 냉장고의 필더 데이터를 분석한 결과 초기 고장율은 최대 0.9%를 차지하고 우발고장율은 0.4%, 마모고장율은 36개월 후 증가하는 전형적인 욕 조곡선을 나타내었다. 고장의 유형은 대표적으로 과냉, 약냉, button 오작동, LED 오 점등, sensor error를 나타내었다.
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