자동차: 하단 단자형 부품의 기공 발생에 미치는 솔더 페이스트 입자 크기의 영향

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인디엄 코퍼레이션

자율주행 기술과 더불어 차량의 연결성 및 미디어 기능에 대한 고객 수요가 증가함에 따라, 자동차 내 전자 장치의 수가 급격히 늘어났습니다. 혹은 일부에서 말하듯, 자동차가 ‘바퀴 달린 컴퓨터’로 변모한 셈입니다. 자동차용 전자 장치와 소프트웨어 플랫폼, 설계 분야에 대한 관심이 폭발적으로 높아지고 시장이 급성장하고 있는 것이 과연 놀라운 일일까요? 이러한 모든 요구 사항을 충족하기 위해서는 자동차용 전자 장치에 더 빠른 처리 속도와 더 뛰어난 성능이 요구됩니다.

전자 프로세서의 속도가 빨라짐에 따라 전자 부품의 온도도 상승합니다. 자동차 전자 장치의 경우, 특히 차량 후드 내부와 같이 높은 열 부하와 가혹한 환경이 존재하는 상황에서 온도 상승은 우려를 낳습니다. 여기에 더해, 전자 장치가 10년 이상 견뎌내야 한다는 점과 자율주행 자동차라는 새로운 환경에서 요구되는 극도로 높은 신뢰성 문제도 우려 사항에 포함됩니다.

앞서 언급한 바와 같이, 집적회로의 클럭 속도와 연산 능력이 향상됨에 따라 컴퓨터의 발열량도 증가하고 있습니다. 집적 회로가 상당한 공극을 남기고 조립된 하단 단자형 부품(BTC)에 장착될 경우, 집적 회로에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 없습니다. 이러한 현상은 공극 내의 공기가 열 전도율이 매우 낮기 때문입니다. 총 공극 면적이 전달되는 총 열량에 영향을 미치기는 하지만, 경우에 따라 모든 공극 면적이 한 곳에 집중되어 있는 것이 더 심각한 문제를 야기할 수 있는데, 이는 부품 내에 핫스팟을 생성할 수 있기 때문입니다.

어떤 수준의 누설 전류가 허용 가능한지에 대해서는 합의된 바가 없으며, 이에 대한 IPC 규격도 존재하지 않습니다. 과거에는 누설 전류가 25% 수준이라면 허용 가능하다는 의견이 제기되기도 했습니다. 그러나 집적회로의 연산 능력이 향상됨에 따라 작동 온도가 상승하고 신뢰성에 대한 우려가 커지면서, 현재는 10% 이하를 목표로 삼는 경우가 많습니다.

공극 발생에 영향을 미치는 요인 중 하나는 입자 크기입니다. 부품의 크기가 작아질수록 이를 부착하는 데 필요한 솔더의 양도 줄어듭니다. 더 적은 양의 솔더를 도포하기 위해 스텐실 개구부를 축소하면 스텐실 인쇄 공정에 어려움이 따릅니다. 이에 따라 더 미세한 분말 솔더 페이스트의 사용을 검토하는 방향으로 논의가 흘러갑니다. 하지만 여기서 우려되는 점은, 이에 따른 타협점이 있는지 여부입니다. 분말 입자가 더 미세한 솔더 페이스트는 노출된 표면적이 더 넓어짐을 의미하며, 표면적이 넓어지면 표면 산화물이 더 많이 생성되어 보이드 발생량이 증가할 수 있습니다. 분말 크기가 보이드에 미치는 영향을 조사하기 위해 다음과 같은 DOE(실험 설계)가 수행되었습니다:

솔더 페이스트 플럭스 용매 (노클린)