여러분,
최신 자동차의 전자장치 사용 온도는 125°C보다 높을 수 있습니다. 이러한 높은 온도는 납땜 접합부에서 구리-주석 금속 간 성장에 대한 우려를 높입니다.
흔히 실온조차 주석의 녹는 온도(예: 293K/505K = 0.5802)의 상당 부분이라는 사실을 생각하지 않는 경우가 많습니다. 이러한 계산을 할 때는 켈빈 눈금을 사용해야 한다는 점을 기억하세요. 하지만 125℃는 주석의 녹는점까지 가는 길의 0.788입니다. 이 온도는 대장장이의 연철이 895℃에 있는 것과 같습니다. 그림 1은 대장장이의 단조 온도 차트를보여줍니다. 895℃는 매우 뜨겁다는 것을 의미합니다.
그림 1. 대장장이의 대장간 온도 차트
그렇다면 125℃에서 SAC 솔더의 구리-주석 금속 간 성장은 시간의 함수로서 어떻게 될까요? 픽의 확산 법칙에 따르면 금속 간 성장, D는 다음과 같이 주어집니다:
D = (k(T)t)^0.5 공식 1.
여기서 k(T)는 온도에 따른 성장률 상수이고 t는 시간입니다. Siewert etal[i]은 SAC 솔더에 대해 다양한 온도와 시간에 대해 D를 측정하는 실험을 수행했습니다. Siewert의 연구를 따라 시간을 시간 단위로 사용하겠습니다. SAC 솔더에 대한 그림 2a~2c의 데이터를 사용하여 그림 2를 참조하여 아레니우스 그래프에 k를 그릴 수 있었습니다.
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그림 2. 시버트 데이터의 아레니우스 플롯
그림 2에서 Ln k = -6784.7/T+ 14.81 또는 k = exp (14.81)*exp-(6784.7/T)를 확인할 수 있습니다. 따라서 125C 또는 398K에서 k = 0.1068입니다. 이 k 값을 사용하여 D를 시간의 함수로 그릴 수 있습니다. 결과는 그림 3에 나와 있습니다. 두 눈금 모두 로그 눈금이라는 점에 유의하세요. 1,000시간(42일) 동안 인터메탈리차는 10마이크론 성장했습니다. 3년 후에는 53마이크론에 도달합니다. Siewet의 데이터에는 오차 막대가 있으므로 주의해야 합니다. 하지만 제 생각에는 이 예측치가 오차 범위 내에 있다고 생각합니다.
그림 3. SAC 솔더의 125°C에서 시간에 따른 금속 간 성장.
열악한 자동차 환경에서 이 두꺼운 금속 간 금속이 어떤 영향을 미칠까요? 아무도 알 수 없지만 몇 가지 실험을 통해 알아볼 것을 권하고 싶습니다.
건배,
론 박사
[i] Siewert, T. A. etal, 무연 솔더와 구리 기판 사이의 인터페이스에서 금속 간 형성 및 성장, APEX 1994.
