초록 ▼

V. 연구결과

□ 국방분야 적용을 위한 신뢰성 고려 사항 검토
ㅇ 국방분야의 제품 사용기간은 최대 20년까지도 요구되며, 보중기간도 10년으로 민수 전자제품 1년에 비해 장시간 신뢰성 보장 가능해야 한다. 사용 중 불량은 사람의 생명과 전쟁의 승패에 직접적인 관계로 불량률 0%가 요구된다. 따라서 솔더 접합 신뢰성을 평가하고 검증하기 위한 기준 확립이 요구 된다.
ㅇ 본 과제에서는 전자분야에서의 무연솔더 신뢰성평가 기준 분석을 통해 유도 무기체계에 대한 무연솔더 접합부에 대한 시험항목, 시험조건 등의 신뢰

V. 연구결과

□ 국방분야 적용을 위한 신뢰성 고려 사항 검토
ㅇ 국방분야의 제품 사용기간은 최대 20년까지도 요구되며, 보중기간도 10년으로 민수 전자제품 1년에 비해 장시간 신뢰성 보장 가능해야 한다. 사용 중 불량은 사람의 생명과 전쟁의 승패에 직접적인 관계로 불량률 0%가 요구된다. 따라서 솔더 접합 신뢰성을 평가하고 검증하기 위한 기준 확립이 요구 된다.
ㅇ 본 과제에서는 전자분야에서의 무연솔더 신뢰성평가 기준 분석을 통해 유도 무기체계에 대한 무연솔더 접합부에 대한 시험항목, 시험조건 등의 신뢰성 평가 기준안을 제안하였다. 이러한 신뢰성 평가 기준안은 기존 ESS 기준 및 국방규격을 최대한 준용하면서 무연솔더 접합부를 열화시키는 환경응력 인자를 반영하였다.

□ 무연솔더 신뢰성 확보를 위한 시험항목 및 시험기준 선정 방안 조사분석
ㅇ 민수분야 무연솔더링 적용제품의 신뢰성평가 방안은 주로 국제적 기준인 IEC 및 IPC, JEDEC 과 같은 기준을 참조한 후 선진업체(SONY, GE 등)와의 평가방안을 상호 비교함으로써 전자업체 자체 기준안을 제정하였으며 이러한 평가를 통해 자사 제품의 무연솔더링 신뢰성을 확보하고자 하였다.
ㅇ 무연솔더링 신뢰성평가는 크게 원자재 품질, 솔더 접합부 품질, 가속수명시험 등으로 나뉘어서 진행한다. 가속시험인 경우에는 B10 수명 최소 7년을 보증하는 것으로 구성되어 있으며 주로 열충격 시험을 수행한다. 원자재 품질보증은 PCB에 대해 열충격, 고온고습방치, 이온 시험 등을 진행한다. 마지막으로 솔더 접합부 평가는 기존 IPC에서 제시하는 시험 평가 방법과 유사하게 제정되었다.

□ 휘스커 평가 시험방법 조사 분석
ㅇ 휘스커 시험평가는 환경시험, 시료수, 휘스커 측정방법, 부품내 휘스커 측정 위치, 전처리 조건 등 다소 여러 가지 항목들을 고려해야 한다. 특히 다양한 휘스커 성장 메커니즘에 기반을 두어 열충격 시험, 고온고습시험, 상온유지시험 등을 진행한다.
ㅇ 휘스커 시험 평가방법은 주로 JEDEC의 JESD22A121A, JESD201 등에서 다루고 있으며 IEC는 IEC60068-82-2에서, JEITA는 ET-7410, RC-5241에서 다루고 있다. 특히 JEITA의 RC-5241은 휘스커의 기계적 응력환경에 대한 평가기준을 제시하고 있다.

□ 휘스커 억제를 위한 연구 동향 조사
ㅇ 현재 민수분야에서 제안되는 휘스커 억제기술은 주로 전자부품 표면처리 변경 및 열처리를 통한 억제 방향으로 기술개발이 되어 왔다. 민수 분야에서는 Bright pure Sn, SnCu, SnBi, SnAg인 경우에는 별도의 휘스커 대책 없이는 사용하지 않고 있으며 Matte Sn 두께가 7.5 ㎛ 이상, Ni 하지도금두께가 1.3 ㎛ 이상이 경우에는 조립 후 컨포멀 코팅 (conformal coating)을 권고하고 있다.
ㅇ 휘스커를 억제하기 위해 선진국의 기술개발 동향을 분석한 결과, DoD(Department of Defense), NASA(National Aeronautics and Space Administration) 에서는 컨포멀 코팅을 제안하고 있다. 휘스커가 컨포멀 코팅을 뚫고 성장하여도 부품 리드가 컨포멀 코팅에 의해 절연되어 전기적 단락이 발생할 수 있는 가능성이 현저히 낮아지는 것을 알 수 있다.

(출처 : 요약문 6p)

Abstract ▼

V. Results

□ Review the considerations of the application on the Pb-Free soldering to nation defense field
ㅇ Because the maximum life of the military supplies is expected to be more than 20 years and the assurance period is 10 years, the long-term reliability must be assured. As faults occ

V. Results

□ Review the considerations of the application on the Pb-Free soldering to nation defense field
ㅇ Because the maximum life of the military supplies is expected to be more than 20 years and the assurance period is 10 years, the long-term reliability must be assured. As faults occurs in use, many persons' life would be endangered and the war be defeated and zero fault rate is imperative in this area. Therefore, the criteria must be established to evaluate the reliability and validation of solder joint strength.
ㅇ This project develops the evaluation criteria, which includes the test procedure and conditions about missile system to apply to the Pb-Free solder joints, through the analysis of the evaluation criteria of reliability for Pb-Free solders. It reflects environmental crack resistance degrading the Pb-Free solder joints in compliance with ESS and KDS.

□ Analyze test procedures and criteria to guarantee the reliability of Pb-Free soldering
ㅇ The test and evaluation of Pb-Free solder products' reliability in industry is conducted by establishing the companies' own rules, which is made by comparative study on the evaluation of major companies (SONY, GE and etc. ) in compliance with IEC, IPC and JEDEC.
ㅇ The evaluation of Pb-Free soldering reliability is decomposed into the quality of material, solder joint, accelerated life testing, the accelerated life testing is for ensuring the B10 life of 7 years and mainly conducts thermal shock testing, the quality of material is assured by conducting thermal shock, high temperature/humidity exposure, ion testing. Finally, the methods to evaluate the solder joint are similar with them purposed by IPC.

□ Analyze the test methods to evaluate Whiskers
ㅇ The environmental test, samples, measurement methods of whisker, identification of whisker locations and preprocessing conditions should be considered to test and evaluation of whiskers. Especially, thermal shock, high temperature/humidity exposure, room temperature maintenance test is conducted to appreciate whiskers growth mechanism.
ㅇ the test methods of whisker is mainly handled by JESD22A121A, JESD201 and etc. IEC is from IEC60068-82-2, JEITA from ET-7410 and RC-5241. Especially, JEITA from RC-5241 suggests the evaluation criteria about the mechanical stress of whiskers.

□ Survey the research for whiskers mitigation
ㅇ Nowadays, the solutions for whisker mitigation are developed by improving surface treatment of electronics and the heat treatment technology. In the commercial area, Bright pure Sn, SnCu, SnBi, SnAg is not used without whiskers mitigation and the conformal coating is recommended for Matte Sn whose thickness is more than 7.5 ㎛ and Ni whose thickness is more than 1.3 ㎛.
ㅇ DoD(Department of Defense) and NASA(National Aeronautics and Space Administration) recommend the conformal coating to mitigate whiskers because the lead is insulated by the conformal coating and the probability of short is very low even if whiskers penetrate into it.

(출처 : SUMMARY 13p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• Summary ... 9
• 목차 ... 17
• 표목차 ... 23
• 그림목차 ... 28
• 제1장 서론 ... 35
• 제1절 연구의 배경 및 필요성 ... 35
• 1. 연구의 배경 ... 35
• 2. 국방 무연솔더 적용 필요성 ... 39
• 제2절 연구 목표 및 내용 ... 42
• 1. 연구 목표 ... 42
• 2. 연구 내용 및 범위 ... 43
• 3. 연구추진방법 및 업무구성 ... 44
• 제2장 솔더링의 개요 ... 47
• 제1절 솔더링의 개요 ... 47
• 1. 솔더링 ... 47
• 2. 솔더링성에 영향을 미치는 인자 ... 49
• 제2절 솔더링의 기초 지식 ... 51
• 1. 젖음 ... 51
• 2. 모세관 현상 ... 52
• 3. 확산 ... 53
• 4. 솔더링성 ... 53
• 제3절 솔더와 플럭스 ... 56
• 1. 솔더 ... 56
• 2. 플럭스 ... 61
• 제4절 솔더링 장치와 공정 ... 63
• 1. 웨이브 솔더링 ... 63
• 2. 리플로 솔더링 ... 65
• 제5절 솔더링부의 평가와 신뢰성 ... 70
• 1. 솔더링 후의 검사 ... 71
• 제3장 국제 표준 동향 및 미 국방성 추진실태 ... 85
• 제1절 환경규제현황 ... 85
• 1. 전기전자장비폐기물(WEEE)지침 ... 85
• 2. 유해물질사용제한지침 (RoHS) ... 87
• 제2절 국내외 연구현황 ... 97
• 1. EU 연구현황 ... 99
• 2. 일본 연구현황 ... 103
• 3. 미국 연구현황 ... 114
• 4. 우리나라 연구현황 ... 155
• 제3절 무연솔더관련 국제규격 현황분석 ... 157
• 1. IPC 규격현황 ... 157
• 2. IEC 규격현황 ... 164
• 3. JEDEC 규격현황 ... 172
• 4. JEITA 규격현황 ... 180
• 제4장 국방분야 유연솔더 적용실태 및 DB화 ... 185
• 제1절 현 국방분야 유연솔더 적용현황 ... 185
• 1. 도면에 기재된 솔더 및 솔더링 관련 규격 ... 185
• 제5장 국방분야 무연솔더 적용방안 및 대체 규격 연구 ... 188
• 제1절 민간분야 무연솔더 적용 현황 ... 188
• 제2절 무연솔더 특성 ... 191
• 1. 유연 및 무연솔더 특성 비교 ... 191
• 2. 무연솔더의 종류 ... 191
• 3. 상태도와 조직 ... 192
• 제3절 국방분야 무연솔더 적용방안을 위한 검토결과 ... 202
• 1. 공정변경에 따른 기존 부품 영향성 고려사항 ... 202
• 2. 무연부품 적용에 따른 방산업체 애로 사항 ... 204
• 3. 무연솔더 공정 적용 시 고려사항 ... 206
• 4. 국내외 무연솔더 적용을 위한 대응 사례 ... 207
• 제4절 국방분야 무연솔더 대체 규격 연구 ... 211
• 1. 유연 및 무연솔더 조성비 관련 KS 규격 ... 211
• 2. 무연솔더 후보 ... 212
• 3. 무연솔더 관련 대체 규격 ... 212
• 제6장 국방규격화 시 무연솔더 적용방안 ... 213
• 제1절 국방분야 표준화 절차 ... 213
• 1. 관련 규정 ... 213
• 2. 민군과제 연구결과 규격화 시 업무 흐름도 ... 214
• 제2절 국방분야 유연솔더 규격 항목 검토 ... 215
• 1. KS W 7214 항공기용 전기, 전자기기의 납땜 방법 ... 215
• 2. 국방 1410-0007 고 신뢰도, 전기 및 전자기기, 통신 및 레이더 제어시스템에서 수공형, 납땜의 절차 ... 216
• 제3절 국방분야 무연솔더 적용하기 위한 절차 ... 217
• 1. 미 국방분야에서 적용하고 있는 무연솔더 적용 절차 ... 217
• 제7장 부품단종 및 모조품 대응방안 ... 220
• 제1절 부품단종 대응방안 ... 220
• 1. 개요 ... 220
• 2. 부품단종에 대한 일반 고찰 ... 221
• 3. 미국의 부품단종 관리 실태 분석 ... 224
• 4. 국내 부품단종 관리실태 분석 ... 232
• 5. 부품 단종관리 방안 수립 ... 236
• 6. 부품단종 관리 정보체계 구축 방안 ... 239
• 7. 결론 ... 242
• 제2절 모조부품 대응방안 ... 244
• 1. 개요 ... 244
• 2. 선진국 발생 유형 및 현황 ... 244
• 3. 선진국 대응활동 ... 254
• 4. 대응방안 ... 267
• 5. 결론 ... 270
• 제8장 무연솔더 적용을 위한 신뢰성 검증방안 ... 272
• 제1절 민수분야 무연솔더 적용현황 분석 ... 272
• 제2절 민수분야 무연솔더 적용제품의 신뢰성평가 방안 분석 ... 278
• 1. 민수분야 무연솔더 적용제품의 신뢰성평가(환경시험) ... 279
• 2. 이온 마이그레이션 평가 ... 281
• 3. 솔더 접합부 접합강도 평가 ... 283
• 4. 솔더 접합부 고장원인 분석 방법 및 절차 ... 286
• 5. S전자의 무연 솔더링 신뢰성평가 방안 ... 289
• 6. L전자의 무연솔더링 신뢰성평가 방안 ... 291
• 7. H사의 무연솔더링 신뢰성평가 방안 ... 292
• 제3절 국방분야 환경시험 항목 및 조건 분석 ... 294
• 1. 국방 유도 전자장비의 환경스크린 스트레스 조건 ... 294
• 2. 국내 국방 유도무기 전자장비의 환경시험 ... 311
• 제4절 국방분야 무연솔더 적용제품의 신뢰성 검증방안 ... 322
• 1. 국방분야 무연솔더 적용을 위한 신뢰성 필요성 ... 322
• 2. 국방분야 무연솔더 적용을 위한 신뢰성 시험시 고려사항 ... 323
• 3. 유도무기 전자기기 무연솔더용 신뢰성평가 방안 ... 324
• 4. 무연솔더 신뢰성 시험 후 평가 및 분석 ... 341
• 제5절 국방분야 무연솔더 적용을 위한 신뢰성 평가항목(안) ... 345
• 1. 전자부품 및 PCB 표면처리 방안 ... 345
• 2. 실증적 실험을 통한 제품 검증 평가 ... 346
• 제6절 휘스커 대응방안 분석 ... 348
• 1. JEDEC의 시험방법 ... 348
• 2. 민수분야 시험방법 ... 352
• 3. 휘스커 발생 메카니즘 분석 ... 353
• 4. 휘스커 억제방안 선행 연구결과 분석 ... 355
• 5. 컨포멀 코팅 ... 357
• 6. 휘스커 검증을 위한 평가방안 분석 ... 358
• 7. 휘스커 성장 억제방안 분석 ... 361
• 제9장 무연솔더 합금의 접합강도 및 소재특성 ... 367
• 제1절 무연솔더 합금의 종류별 접합강도 및 소재 특성 ... 367
• 1. Sn-Ag-Cu계 무연 솔더의 Ag 합금 조성에 따른 강도 변화 및 기 확보 시편의 강도 변화 ... 367
• 2. Sn-Ag-Cu계 합금조성에서 첨가원소 (In, Bi, Zn, Al)등에 따른 변화 ... 373
• 3. 고온용 240℃급 및 210℃급의 무연솔더 ... 377
• 4. 무연솔더 별 접합계면의 금속간 화합물 종류 및 조성 내용 ... 381
• 5. 무연솔더 별 상태도, 전기전도도, 열전도도, 열팽창 계수 ... 387
• 제10장 국방분야 무연솔더 적용성 검토 ... 393
• 제1절 국방분야 무연솔더 적용의 문제점 ... 393
• 1. 무연솔더 적용에 따른 알려진 문제점(Issue) ... 393
• 2. 무연솔더 적용에 따른 원가(Cost) 증가 요소 ... 394
• 제2절 무연솔더 적용을 위한 방산분야 고려 사항 ... 396
• 제11장 연구 성과 및 기대효과 ... 399
• 제1절 연구기대 성과 ... 399
• 1. 연구 기대성과 ... 399
• 2. 파급효과 ... 399
• 제2절 목표 대비 연구실적 ... 401
• 제3절 향후 활용방안 ... 404
• 제4절 향후 연구추진 방향 ... 405
• 1. 무연화 적용시 문제점 검토 ... 405
• 제5절 향후 대응방안 ... 406
• 1. 국방분야 무연솔더 적용을 위한 솔더접합부 장기수명 확보를 위한 실험적 검증방안 활용 ... 406
• 2. 휘스커 검증 최적방안 도출 및 휘스커 성장 억제방안 도출 ... 407
• 3. 유무연 혼재 사용에 따른 솔더 접합부 수명검증 방안 및 혼재사용 타당성 검증 ... 407
• 4. 고온 접합공정에 따른 부품 열화 영향 검증 ... 407
• 5. 국방 무연솔더 적용 가능성에 대한 실증적 연구개발 및 검증 ... 408
• 제12장 참고문헌 ... 409
• 끝페이지 ... 414