고온용 무연솔더 설계와 솔더 접합부의 신뢰성 평가에 관한 연구

Abstract

그동안 고온용 솔더 재료는 국방 및 항공용 전자장치, 일부 반도체 패키징 등 제한적으로 사용되어왔다. 하지만 최근 자동차 제조 산업의 트랜드가 각종 복합편의기능을 증대하면서 전자화 되어가고 있어, 그에 따라 적용되는 전장품의 신뢰성에 대한 중요성도 커지고 있다. 또한 연비와 안전관련 규제 강화 및 시장의 첨단기능 요구가 맞물리면서 자동차 전장품 사용은 지속적으로 증가하여 2002년 20%에 불과했던 전장품 비율은 2010년 32%, 2015년 50%, 전기차 등 미래형 자동차에는 70% 이상으로 크게 증가할 것으로 전망하고 있다. 130℃ 정도의 사용환경 온도를 가지는 자동차 엔진룸용 전장품은 일반 전자제품에 비해 가혹한 열충격 및 고온진동에 노출된다. 전자분야에서 사용되고 있는 대표적 중온계 솔더인 Sn-3Ag-0.5Cu 합금의 경우 열충격 조건에서 고온영역이 증가함에 따라 강도가 현저히 저하되며 Creep 특성도 낮게 나타나 자동차 엔진룸용 접합소재로는 적합하지 않다. 본 연구에서는 융점 230℃ 이상을 갖는 친환경 Sn-Cu-X-(Y) 솔더의 모합금을 제작한 후 솔더볼 및 페이스트 형태로 제작하였다. 제작된 솔더볼을 이용한 접촉각 시험에서는 약 84%의 양호한 퍼짐성을 나타내었으며 솔더 페이스트를 적용한 칩의 접합강도는 1.9kg/mm으로 나타났다. 또한 고온방치 시간에 따른 접합부 특성을 평가하여 자동차 엔진룸용 고온 접합소재로서의 적합여부를 판단하고자 하였다.

Key words: 고온솔더, 자동차전장품, 친환경, 전자제어장치, 자동차폐차처리지침