모든 금속이 서로 잘 어울리는 것은 아닙니다. 이는 전자제품과 그 안에 사용되는 소재의 세계에도 적용됩니다. 비교적 새롭고 관련성이 높은 사례는 RoHS의 출현과 함께 SnPb(Ag) 솔더를 대체할 수 있는 "드롭인" 솔더를 찾고자 하는 욕구에서 비롯되었습니다. Sn(주석)과 Zn(아연)의 공융 혼합물은 가능한 대체재로 매우 매력적이었습니다. 91Sn 9Zn은 공융이고 RoHS 물질을 포함하지 않으며 199℃에서 녹아 공융 SnPb 솔더보다 16도 높고 일반적인 SAC 혼합물보다 20도 정도 낮으며 고가의 귀금속을 포함하지 않습니다.
하지만 합금에는 아연이 포함되어 있습니다. 이는 두 가지 이유에서 문제가 됩니다. 아연은 반응성이 매우 강하기 때문에 안정적인 솔더 페이스트를 만들 수 있는 플럭스 비히클을 만들기가 매우 어렵습니다(보관 수명이 길어야 함). 두 번째는 이 글에서 자세히 설명할 아연의 전극 전위입니다.
금속 간의 전극 전위 차이가 클수록 갈바닉 부식이 발생할 가능성이 높아집니다. Cu(구리)의 전극 전위는 +0.334V입니다. Sn(주석)과 Pb(납)의 전극 전위는 각각 -0.140V와 -0.126V입니다. 반면, Zn의 전극 전위는 -0.761V입니다. 따라서 Zn과 Cu가 우연히 접촉하면 1.095V의 전위차가 발생할 수 있습니다. 여기에 약간의 습도(수분)가 더해지면 갈바닉 부식이 발생할 수 있는 주요 시나리오가 완성됩니다. 이 문제는 할로겐화 이온(염수 분무)의 존재로 인해 더욱 악화될 수 있습니다.
그렇다면 이 모든 것을 고려할 때 91%Sn과 9%Zn의 솔더 합금이 문제가 될까요?
이를 알아보기 위해 간단한 실험을 해보았습니다.
저는 SnZn 납땜 리본과 구리 쿠폰을 가져다가 서로 겹쳐서 긴 노동절 주말(72시간 이상) 동안 85C/85%RH에 노출시켰습니다.
아래는 위에서 언급한 조건을 적용하기 전의 SnZn 솔더 리본 이미지입니다.
다음 이미지는 85C/85%RH에 72시간 이상 노출된 후의 SnZn 솔더 리본을 보여줍니다. 이 리본 샘플은 다른 금속과 접촉하지 않았습니다. 저는 이러한 조건에서 이 합금의 "정상적인" 산화가 어떤 것인지 확인하려고 했습니다. 구리 쿠폰도 마찬가지로 이렇게 했습니다. (다음 이미지)
이 마지막 이미지는 구리와 SnZn 솔더 리본의 부수적인 접촉의 효과를 보여줍니다. 구리 쿠폰의 산화/부식이 얼마나 더 심해지는지 주목하세요.
이 간단한 실험을 통해 SnZn 솔더 합금과 구리의 부수적인 접촉을 통해 발생하는 갈바닉 부식의 영향을 확인할 수 있습니다. 여기서 "우발적 접촉"이라고 하는 이유는 두 재료가 서로 접촉하고 있을 뿐 납땜되지 않았기 때문입니다. 물이 침투할 틈이 없는 상태에서 두 재료가 서로 접착된다면 그 효과가 얼마나 클지 지켜보는 것도 흥미로울 것입니다.
