은 함량이 적은 합금의 솔더 페이스트 재료 평가
Jennifer Nguyen 외 3명
Sn3.0Ag0.5Cu (SAC305)는 현재 제조 공정에서 가장 보편적으로 사용되는 근공융(near-eutectic) 무연 합금이다. 하지만 지난 몇 년간 은의 가격이 급격히 증가함에 따라 은 함량이 적은 합금에 대한 요구가 높아지면서, 은 함량이 낮거나 아예 없는 무연 솔더 합금이 현저히 증가하는 추세이다. 따라서 이에 대해 I-Connect007의 「SMT」지 최신호에 Jennifer Nguyen 외 3인은 “Feasibility of Low/No Silver Alloy Solder Paste Materials"에서 은 함량이 낮거나 아예 없는 은 합금 솔더 페이스트 각각의 성능과 공정에 대해 살펴보고 인쇄 품질, 젖음성 테스트, 슬럼프 테스트, 솔더볼 테스트, 보이딩 등에서 얻은 자료에 대해 자신의 견해를 밝혔다.
그 내용은 다음과 같다.
1. 인쇄 품질
대안으로 꼽히고 있는 은 함량이 적거나 없는 합금 솔더 페이스트는 t=0의 조건에서 SAC305만큼 좋은 품질을 보인다. 그러나 은 함량이 적거나 없는 일부 함금 솔더 페이스트 재료(A, D, E, F, K 등)는 SAC305 솔더 페이스트와 비교했을 때 4시간의 대기 시간이 지난 후에는 인쇄 품질이 뛰어나지 못했다. 이를 고려할 때 솔더 페이스트에서 플럭스 화학물질이 재료 인쇄 품질에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.
2. 젖음성
젖음성은 상당수의 은 함량이 낮거나 없는 합금 솔더에서 뛰어난 성능을 나타냈다. 합금 조성보다 플럭스 화학물질이 재료 성능에 큰 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있다.
3. 솔더 볼링 테스트
대안으로 꼽히는 합금 솔더 페이스트 중 일부가 솔더볼링 테스트에서 우수성을 입증할 수 있었으나, 은 함량이 적거나 없는 상당수의 페이스트가 과도한 솔더볼을 갖고 있었다.
한편 기존의 무연(SAC305) 솔더 페이스트는 평가 동안 거의 모든 재료에서 솔더볼링 테스트 결과 상태가 양호했으며, 과도한 솔더볼은 관찰되지 않았다.
4. 보이딩
일반적으로 은 함량이 낮거나 없는 합금 솔더 페이스트의 상당수는 SAC305 솔더 페이스트보다 보이딩이 많았고, 대안이 되는 일부 합금 솔더 페이스트는 BGA 솔더 조인트의 경우에 SAC305 솔더 페이스트와 유사한 보이딩 수준을 보였다.
이외에 QFN 구성요소의 경우에는 그림 15에 나타낸 것처럼 은 함량이 낮거나 없는 솔더 페이스트로 리플로우 된 샘플에서 보이딩 수준이 현저히 높은 것으로 밝혀졌다.
5. 프로세스 윈도우
은 함량이 낮거나 없는 합금 솔더 페이스트는 SAC305 솔더 페이스트보다 프로세스 윈도우가 좁았으며, 대안이 되는 합금의 상당수는 낮은 무연 프로파일에서 완벽히 리플로우 되지 않았다.
은 함량이 낮거나 없는 합금 솔더 페이스트를 대안으로 사용한다면 중간 또는 뜨거운 프로파일이 필요한 경우도 발생한다. 이로 인해 구성요소의 프로세스 온도 한계에 프로파일 온도가 미치는 영향에 대한 우려가 커졌다.
