기존 무연 솔더 페이스트 보다 개선된 성능
특정 애플리케이션에서 요구 커질 듯
수용성 솔더 페이스트로부터 멀어지려는 산업계의 움직임 때문에, 연구소 및 개발부서에서는 비-세척 기술에 중점을 두고 있다. 요즘 사용되고 있는 일부 수용성 솔더 페이스트는 이미 수년전, 아마도 무연 솔더링 시대 이전에 개발되었다. 비-세척 조성 노력이 널리 진행되었기 때문에, 수용성 솔더 페이스트 기술은 특히, 무연 솔더 합금을 함께 사용되는 비-세척 기술에 뒤쳐져 왔다. 그러나 특정 애플리케이션에 대한 오늘날의 요구사항을 충족시키기 위해 새로운 고성능의 수용성 솔더 페이스트가 필요해지고 있다. 본고에서는 현존 제품의 성능 특성을 향상시킨 새로운 수용성 무연 솔더 페이스트의 연구와 개발을 자세하게 다룬다.
수용성 무연 솔더 페이스트가 오늘날의 SMT 프로세스에 광범위하게 사용되고 있으나, 산업계에서는 비-세척 솔더 페이스트를 지지하여 수용성 솔더 페이스트로부터 서서히 멀어지고 있다. 솔더 페이스트 적용과 관련한 이러한 움직임은 수 세척 프로세스를 없애기 위한 노력에서부터 기인되었다. 일부 부품들은 수 세척이 허용되지 않고 있으며, 수 세척 공정의 제거는 합리적인 SMT 프로세스로 여겨지고 있다. 이 같은 이동에도 불구하고, 특정 애플리케이션에서는 수용성 솔더 페이스트의 활용이 필요하다. 고 신뢰성 애플리케이션에서는 플럭스 잔사 제거를 요구하고, 비-세척 플럭스 잔사보다 수용성 플럭스 잔사를 제거하는 게 더 쉽다. 이러한 현실 때문에 수용성 솔더 페이스트는 머지않은 미래에 많이 사용될 것으로 보인다.
수용성 솔더 페이스트로부터 멀어지려는 산업계의 움직임 때문에, 연구소 및 개발부서에서는 비-세척 기술에 중점을 두고 있다. 요즘 사용되고 있는 일부 수용성 솔더 페이스트는 이미 수년전, 아마도 무연 솔더링 시대 이전에 개발되었다. 비-세척 조성 노력이 널리 진행되었기 때문에, 수용성 솔더 페이스트 기술은 특히, 무연 솔더 합금을 함께 사용되는 비-세척 기술에 뒤쳐져 왔다. 그러나 특정 애플리케이션에 대한 오늘날의 요구사항을 충족시키기 위해 새로운 고성능의 수용성 솔더 페이스트가 필요해지고 있다.
본고에서는 현존하는 제품의 성능 특성을 향상시킨 새로운 수용성 무연 솔더 페이스트의 연구와 개발을 자세하게 다룬다. 이 솔더 페이스트의 주요 특성은 다음과 같다:
▶ 광범위한 조건에서의 환경적인 안정성
▶ 긴 스텐실 수명
▶ 월등한 프린트 특성
▶ 공칭 젖음
▶ 매우 낮은 솔더 볼링(balling) 및 그레이핑(graping)
▶ 플럭스 잔사의 쉬운 제거
이 솔더 페이스트 개발을 위해 여러 테스트 방법들을 적용하였고, 그 결과들을 본고에 자세하게 나타냈다. 새로운 수용성 솔더 페이스트에 관한 테스트 결과는 이미 존재하는 솔더 페이스트 제품군과 비교 및 대조하였다. 이 개발 작업은 현재 및 미래의 산업계 요구를 충족시키는 새로운 수용성 무연 솔더 페이스트를 만드는데 큰 도움이 될 것이다.
서문
새로운 수용성 솔더 페이스트 브랜드는 생산현장에서 성공의 역사를 쓰기 전까지 ‘미숙한 제품’으로 간주될 수도 있다. 일반적으로 솔더 페이스트는 시장에 출시되기 전에, 실제 프로세스를 구현하고 개발실에서의 성능을 검증하기 위해 테스트가 진행했다. 이 새로운 수용성 무연 솔더 페이스트 조성의 경우에도 마찬가지이다. 개선된 프로세스의 자세한 사항은 본고에서 자세하게 다룬다. 새로운 수용성 솔더 페이스트 테스트 결과들은 여러 해 동안 시장에서 사용되고 있는 기존 제품들로부터 얻은 데이터들과 비교하였다. 연구 및 개발 프로젝트의 목표는 현재의 요구사항을 충족하면서도 미래의 고성능 애플리케이션의 성능요구에 대응할 수 있는 새로운 수용성 무연 솔더 페이스트를 내놓는 것이다. 이 새로운 수용성 무연 솔더 페이스트는 ‘미래의 대세’가 될 것이다.
방법론
솔더 페이스트의 연구소 및 개발 프로세스는 상당히 간단하며 기본 개발 프로세스는 다음과 같다:
1. 재질에 대한 프로세스 및 성능 목표 설정.
2. 평가를 위한 조성 개발.
3. 다양한 조성의 소형 배치 생성.
4. 재질에 대한 성능 목표를 측정하기 위한 테스트 수행.
5. 잘 알려진 상업적인 기존 제품의 데이터들과 비교.
6. 신규 솔더 페이스트가 원하는 목표를 달성할 때까지 2번~5 번 단계를 반복.
새로운 고성능 수용성 무연 솔더 페이스트를 위한 프로세스와 성능 목표는 표 1에서 보여주고 있다.
성능 평가를 위해 해당 프로젝트에 사용된 테스트 방법은 하부의 주제로 설정하고 자세하게 설명했다. 이와 관련된 많은 테스트들은 이전 보고서에 사용된 방법을 적용했다. 기존 테스트 방법으로는 새로운 솔더 페이스트 평가하기 적절하지 못한 일부의 경우 새로운 테스트를 진행했다.
환경 안정성
솔더 페이스트는 매우 광범위하고 다양한 환경 하에서 사용되고 있다. 온도 및 상대습도는 지형적 위치 그리고 계절 변화에 따라 각기 다르다. 전형적인 SMT 프로세스 환경의 일반적인 온도 범위는 18~24℃이고, 상대습도의 일반 범위는 15~55%RH이다. 환경은 시간의 경과에 따라 솔더 페이스트에 영향을 미치고 변화를 주는 요인이다. 특히, 재료가 대기 중에 노출될 경우에는 바람직하지 못한 변화를 줄 수 있다. 낮은 상대습도 환경에서는 솔벤트가 솔더 페이스트 외부로 증발되어 건조현상(drying effect)이 발생한다. 반면, 높은 상대습도의 경우에는 솔더 페이스트가 대기로부터 수분을 흡수하여 박막현상(thinning effect)을 유발할 수도 있다. 반응이 솔더 페이스트에서 일어날 수 있으며, 특히 산소가 존재할 때 활성이 약화되고 때때로 걸쭉해지는 현상(thickening effect)이 발생한다. 온도가 상승할수록 이러한 반응 비율이 높아지고 솔더 페이스트의 가용 수명은 단축된다.
신규 수용성 솔더 페이스트의 환경 안정성 측정을 위해 일부 방법들을 사용하였다. 수용성 솔더 페이스트는 흡습(수분 흡습) 성향이 있고, 상당히 반응적인 모습을 보였다. 이상적인 솔더 페이스트는 광범위한 환경 조건을 견뎌낼 수 있고, 오랜 스텐실 수명 및 보관 수명을 제공한다. 이들 환경 테스트 방법들은 수용성 솔더 페이스트의 성능에서 중요한 차이를 보였다.
첫 번째 방법은 솔더 페이스트가 시간의 경과에 따라 대기 중에 노출된 채로 저장될 때 질량 변화를 간단하게 측정하는 것이다. 이 분석의 경우, 솔더 페이스트 초기 무게를 재고, 그 다음 다른 시간 간격으로 무게를 주기적으로 재고, 질량 변화의 퍼센티지를 계산하였다. 이 테스트는 낮은 습도와 높은 습도의 양쪽 환경 하에서 진행되었다. 이 테스트 방법을 통해서, 수용성 솔더 페이스트가 일반적으로 상당히 높은 속도로 질량을 얻었음을 알 수 있었다.
두 번째 방법은 시간의 경과에 따라 변화되는 점착력을 측정하는 것이다. 초기에 점착력을 측정한 다음에 여러 시간 동안 대기에 노출하고 저장한 이후 재측정했다. 수용성 솔더 페이스트의 점착력은 시간의 경과에 따라 심각하게 감소하는 경향이 있다. 그리고 때때로 솔더 페이스트 표면은 경화되어서 점착력이 완전히 손실되기도 했다.
마지막으로, 환경 안정성 평가에서는 솔더 페이스트의 반응성을 측정하였다. 이 테스트에는 대기 중에 노출시키면서 6시간 동안 지속적으로 솔더 페이스트를 혼합하는 작업을 포함시켰다. 그런 후에 페이스트는 용기에 밀봉해서 밤새 내내 저장했고, 이어서 점도를 측정해 초기 점도와 비교하였다. 점도의 상당한 증가는 일부 유형의 반응이 발생했음을 나타낸다. 프린트 및 리플로우 성능 역시 테스트 전후에 평가할 수 있었다. 프린트 및 리플로우 특성의 저하는 솔더 페이스트 내의 활동성/불안정성을 나타낸다.
스텐실 수명
일부 수용성 솔더 페이스트는 상대적으로 짧은 스텐실 수명을 가지고 있고, 자체 프린트 성능은 일반적인 8시간 작업교대 내에 현저하게 저하될 수 있다. 스크린프린터 주위의 상대습도가 높으면, 일부 수용성 솔더 페이스트는 단지 2시간 정도만 사용할 수 있을지도 모른다. 스텐실 수명 테스트를 위한 최상의 방법은 스크린프린터에 장착하여 장시간 운영해 보는 것이다. 이 방법에는 솔더 페이스트의 오픈 시간과 스크린프린터의 일시 정지에 대한 반응 테스트를 결합하여 포함하였다. 솔더 페이스트는 area ratio가 0.50인 작은 개구를 통해서 프린트시켰고, 체적은 SPI를 이용해 측정했다. 일정시간 동안 스크린프린터 상에서 유휴상태로 솔더 페이스트를 놓아두었고, 그런 다음에 프린트하고, 솔더 페이스트 체적을 재측정하였다. 8시간에 걸쳐 반복적으로 실시했다. 스텐실 수명 테스트를 위한 프로세스는 그림 1에서 자세히 보여주고 있다.
체적 데이터는 각 경과시간에 따라 비교되는 전사 효율의 평균과 표준 편차를 계산하기 위해 사용하였다. 일반적으로 평균 전사 효율은 시간의 경과에 따라 감소되고, 이 현상은 일부 솔더 페이스트에서 더 빠르게 발생했다. 이상적인 솔더 페이스트는 8시간 동안 안정적인 전사 효율을 유지해야만 한다.
프린트 특색
고성능 솔더 페이스트는 광범위한 프린트 속도에 사용될 수 있고(20mm/s~100mm/s), 놀랍지도 않게 일부 솔더 페이스트는 고속 프린트에서 더 적합한 모습을 보이기도 한다. 프린트 속도가 늘어나거나 혹은 감소함에도 불구하고 솔더 페이스트 침전 definition(벽돌 모양 같이)이 저하되지 않아야 한다. 이 테스트는 저속, 중속 그리고 고속의 전형적으로 다양한 프린트 속도 하에서 전사 효율의 평균과 표준편차를 단순하게 분석했다. 솔더 페이스트 brick definition이 각 속도별로 평가했으나 일반적으로 질량적 시각검사로 분석했다.
Wetting
견고한 솔더 조인트 생성을 위해 솔더 페이스트는 완전하게 wet되어야만 하고 패드의 가장자리까지 퍼져야만 되고, 부품 리드를 적셔야만 한다. 일부 회로보드 마감재는 다른 제품과 달리 wet하는 게 매우 어렵지만 매번 그런 것은 아니다. 일반적으로 솔더 페이스트는 리플로우 동안 OSP 마감처리 상태에 비해 ENIG 마감처리 상태에서 멀리 퍼진다. 마감처리, 산화성장, 부품 수명 및 보관 상태에 따라 부품 리드들을 확실하게 젖어들게 하는 것도 어렵다. Wetting의 평가를 위한 이 방법은 설계된 회로보드 패턴을 활용하였다. 그림 2에서 보여주고 있다.
이 회로보드는 12개의 수직구조 및 12개의 수평구조 회로라인으로 구성된 wetting 패턴을 가지고 있다. 15개의 솔더 페이스트 침전(벽돌 모양)은 가장자리의 0.4mm에서부터 중앙 근처의 0.1mm까지 다양한 피치로 각 라인을 따라 프린트되었다(그림 3 참조).
리플로우 동안 솔더 페이스트는 라인 아래로 함께 플로우되고(그림 4 참조), 이후에 퍼짐/wetting의 퍼센티지(%)를 계산하였다.
이 테스트는 ENIG와 OSP 표면마감재 양쪽의 상태에서 실시했다. 대개, ENIG 마감처리 상태의 wetting은 일반적으로 90%보다 더 컸고, OSP 표면마감처리 상태에서의 wetting은 15~30%의 일반적인 범위를 보였다.
솔더 볼링(Balling)과 그레이핑(Graping)
잘 조성된 솔더 페이스트는 어떠한 솔더 볼링(balling) 혹은 그레이핑(graping) 현상이 나타나지 않았다. 오늘날 시장에 형성된 수용성 무연 솔더 페이스트는 무-세척 제품에 비해 더 많은 솔더 볼링과 그레이핑 현상이 나타나는 경향을 보이고 있다. 솔더 볼링과 그레이핑 모두의 상태를 평가하기 위해 동일한 F2A 리플로우 회로보드(그림 2 참조)를 사용되었다. 풀백 패턴에는 솔더 볼링의 잠재성을 측정하기 위해 사용되는 오버프린트 영역의 영역을 가지고 있다(그림 5 참조). 데이터는 5개의 솔더볼보다 훨씬 낮은 가장 큰 오버프린트 백분율(%)과 10개의 솔더볼보다 훨씬 적은 솔더볼을 가진 가장 큰 오버프린트 백분율(%)로 요약하였다.
솔더 페이스트의 그레이핑 잠재성은 특별히 디자인된 패턴을 이용하여 분석하였다(그림 6 참조). 그레이핑은 전체 가능성 이외의 그레이핑 현상을 보이는 솔더 침전의 수를 세고, 그레이핑 백분율로 요약했다.
솔더 볼링 및 그레이핑은 서로 다른 타입의 리플로우 프로파일과 합금조성으로 분석할 수 있었다. 고성능 솔더 페이스트는 다양한 리플로우 프로파일 조건 하에서 낮은 솔더 볼링과 낮은 그레이핑 현상을 보여야만 한다.
수 세척성
수용성 솔더 페이스트는 잘못된 이름이다. 많은 수용성 솔더 페이스트는 물에서 실제로 녹지 않은 플럭스 잔사를 생성한다(그림 7 참조). 왼쪽 베이커에는 물에서 완전하게 용해되지 않는 플럭스 잔사가 함유되어 있다. 반면, 오른쪽 베이커에는 완전하게 용해되는 플럭스 잔사가 들어 있다.
물에서 완전하게 용해되지 않는 플럭스 잔사는 회로보드 상에서 씻어낼 수 있으나 완전하게 물에 용해된 잔사를 제거하는 것이 더 쉽다. 이상적인 솔더 페이스트 플럭스 잔사는 세척제 활용 없이 초순수(DI water)에서 쉽게 용해될 수 있는 것이다. 세척 성능은 리플로우 이후에 저압 수돗물로 세척 공정을 통해서 평가했고, 이후에 잔사들을 검사하였다. 세척 성능에 문제를 유발할 수 있는 가장 나쁜 유형의 세척이다.
리플로우 프로파일
이들 테스트에 적용된 리플로우 프로파일은 SAC305 합금에 맞춘 표준 직선형 램프 타입의 프로파일이었다. 리플로우 프로파일에 대한 자세한 사항은 표 2에서 보여주고 있다.
분석 결과물
신규 솔더 페이스트 개발의 결과는 하부에 주제별로 구분하여 설명하였다. 기존 2개의 제품(솔더 페이스트 A와 솔더 페이스트 B라고 명명된)들과 신규 솔더 페이스트를 함께 비교하였다. 솔더 페이스트 A와 솔더 페이스트 B는 모두 수년 동안 시장에 출시된 수용성 무연 솔더 페이스트 제품이다. 새로운 솔더 페이스트는 New SP로 명명했다. 이들 솔더 페이스트는 IPC 기준 Type 3의 솔더 파우더 사이즈로 된 SAC305 계열로 제작된 제품들이었다. 이들 솔더 페이스트의 모든 테스트 결과를 비교 및 대조하였다.
환경 안정성
솔더 페이스트의 질량 변화를 20% RH와 55% RH 하에서 24시간 동안 측정하였다. 질량 변화 결과는 표 3에서 보여주고 있다.
20% RH 상태에서 보관한 후 측정한 3개의 모든 솔더 페이스트에서는 질량 변화가 거의 없었다. 24시간 동안 0.01% 미만의 질량 변화는 좋은 환경 안정성을 의미한다. 55% RH 상태에서 보관한 후 3개의 모든 솔더 페이스트에서는 상당한 수준으로 질량이 늘어났다. 솔더 페이스트 B는 솔더 페이스트 A의 질량에 거의 2배가 육박했다. 이는 솔더 페이스트 B가 솔더 페이스트 A에 비해 흡습성이 훨씬 높다는 것을 의미한다. New SP는 55% RH 하에서 나타났던 솔더 페이스트 B의 성능이 개선되었다.
각 솔더 페이스트의 점착력 테스트는 대기 중에 개방된 상태로 보관하여 시간에 따라 측정하였다. 점착력 쿠폰은 실내 온도에서 보관했고, 72시간 동안 55% RH를 유지했고 점착력을 각 24시간 이후에 측정했다(그림 8 참조).
솔더 페이스트 A(파란색)은 이 테스트에서 최소의 점착력 변화를 보여 가장 안정적인 모습을 보였다. 솔더 페이스트 B(적색)은 24시간 이후 점착력이 큰 하락을 보였고, 48시간 이후에는 또 다른 하락 모습을 나타냈다. New SP(녹색)은 24시간 이후에 가장 큰 하락을 보였고 48시간 이후에는 점착력이 거의 남아있지 않았다. 이 테스트에서 솔더 페이스트 A는 최고의 환경 안정성을 보였다.
점착력 테스트를 8시간에 걸쳐 반복했다. 테스트용 점착력 쿠폰에 프린트하고, 실온을 유지하면서 55% RH의 챔버에 놓아두었다. 8시간 동안 점착력을 1시간마다 측정했고, 그 결과를 그림 9에 나타냈다.
전체 8시간 동안 3개의 모든 솔더 페이스트(A, B, New SP)는 점착력이 약간 줄어듦을 보였다. New SP(녹색) 및 솔더 페이스트 A(파란색)는 솔더 페이스트 B(적색)에 비해 점착력이 덜 떨어졌다. New SP는 이 테스트에서 솔더 페이스트 B 보다 더 나은 성능을 보였다.
6시간의 섞는 방법을 활용하여 반응성 테스트를 실시했다. 솔더 페이스트 A와 New SP를 대기 중에 개봉하고 6시간 동안 지속적으로 섞었다. 그들을 JAR 형태로 밀봉해서 밤새 내내 실온에서 보관하였다. 점성을 분석하였고, 표 4에서 나타낸 초기 점성과 비교했다.
20% 이상의 점성 변화는 6시간에 걸친 섞음 테스트 동안에 일부 반응 유형이 발생했음을 일반적으로 의미한다. 점성 증가는 솔더 페이스트 플럭스가 솔더 파우더 및 공기와 반응하여 솔더 페이스트의 산화 부산물을 생성한다는 것을 의미한다. 점성 증가는 솔더 페이스트에서 솔벤트의 증발을 유발할 수도 있어 건조 효과를 초래한다. 솔더 페이스트의 활발한 전단감소(shear thinning) 때문에 점성 감소가 예상된다. 20% 이상의 점성 감소가 관찰되면, 솔더 페이스트 내에 일부 불안정성이 있거나 혹은 공기 중의 수분 흡수로 인해 감소효과가 있음을 의미한다. 솔더 페이스트 A와 New SP는 우수한 안정성을 의미하는 10% 미만의 점성 변화를 보여주었다.
스텐실 수명
스텐실 수명은 8시간 프린트 테스트를 통해 평가되었다. 솔더 페이스트는 AR(area ratio) 0.50의 0.4mm 피치 BGA array 스텐실을 이용해 프린트되었다. 스텐실은 레이저 절단을 통해 8~9㎛ grain 사이즈의 미세 입자 스틸로 제작되었다. 스텐실 두께는 127㎛(5mil)이고, 개구 크기는 254㎛(10mil)이고 개구 외형은 둥근 사각형으로 만들었다. 프린트된 솔더 페이스트 체적을 스크린프린터 상의 초기 그리고 1, 2, 4 및 8시간째에 측정하였다. 평균 전사 효율을 계산하고 그림 10에 나타냈다.
솔더 페이스트 A(파란색)은 8시간 동안 상당히 일정한 전사 효율을 보였다. 솔더 페이스트 B(적색)은 균일하지 않는 모습을 보였다. 스크린프린터 상에서 4시간 그리고 8시간 이후에 급격히 하락하는 전사 효율을 나타냈다. New SP(녹색)는 전반적으로 매우 안정된 전사 효율을 보였다. New SP는 솔더 페이스트 A와 유사한 스텐실 수명과 일시정지 반응성을 나타냈고, 솔더 페이스트 B의 일시정지 반응성과 개선된 스텐실 수명을 보였다.
프린트 특성
프린트 특성은 20, 50 및 100mm/s 프린트 속도로 솔더 페이스트를 프린팅함으로써 테스트했다. 솔더 페이스트는 앞에서 설명한 스텐실 수명에 따라 테스트 스텐실과 개구 사이즈를 동일하게 하여 프린트되었다. 각각의 프린트 속도에서 각 솔더 페이스트에 대한 평균 전사 효율을 계산하였다(표 5 참조).
솔더 페이스트 A는 전체 프린트 속도에서 일정한 전사 효율을 보였다. 솔더 페이스트 B는 20mm/s와 50mm/s에서 일정한 전사 효율을 보였으나 100mm/s에서 약간의 전사 효율 손실이 있었다. 이러한 전사 효율 감소는 솔더 페이스트가 고속으로 프린트될 때 상당히 일반적인 현상이다. New SP도 역시 20mm/s와 50mm/s에서 일정한 전사 효율을 보였으나 100mm/s의 속도에 약간의 전사 효율 손실이 존재했다. 솔더 페이스트의 brick 이미지는 이들 솔더 페이스트의 프린트 특성에 따라 약간의 차이점을 보여주고 있다(그림 11 참조).
솔더 페이스트 B는 New SP에 비해 더 높은 spike를 지닌 솔더 페이스트 brick의 약간의 peak를 보여주는 경향이 있다. 신규 솔더 페이스트는 바람직한 품질인 균일한 둥근 솔더 페이스트 brick을 생성하는 경향이 있다.
Wetting
ENIG 및 OSP로 코팅된 F2A 리플로우 테스트 보드를 이용하여 각 솔더 페이스트에 대해 wet를 테스트하였다. 표 2의 표준 직선형 리플로우 프로파일이 이 테스트에 사용되었다. 각 표면마감재 상의 각 솔더 페이스트에 대한 wet 혹은 퍼짐 백분율은 그림 12에서 보여주고 있다.
3개의 모든 솔더 페이스트 퍼짐은 ENIG 표면마감 상에서 매우 좋았고 거의 100%의 젖음이 나타났다. 대부분의 페이스트가 ENIG 표면마감처리에 매우 잘 젖어드는 예상된 결과이다. OSP 표면마감(진한 적색)은 전체적으로 많이 저조한 wet를 보였다. 솔더 페이스트 A와 New SP는 솔더 페이스트 B 보다 OSP 표면마감처리에서 더 우수하게 젖었다(그림 13 참조).
솔더 볼링과 그레이핑
F2A 리플로우 테스트 보드를 이용해 각 솔더 페이스트에 대한 솔더 볼링과 그레이핑을 측정하였다. 표준 직선형 리플로우 프로파일(표 2 참조)가 이용되었고, 그 결과를 표 6에 요약하였다.
그레이핑은 그레이핑을 가진 침전의 수를 세고, 전체 가능성으로 나눔으로써 계산했다. 낮은 그레이핑 비율이 바람직하다. 솔더 페이스트 A는 공평하게 높은 그레이핑 비율을 나타냈다. 솔더 페이스트 B는 솔더 페이스트 A보다 많이 우수한 성능을 보였다. New SP는 솔더 페이스트 A의 성능에 비해 많이 우수한 낮은 그레이핑 비율을 생성했다.
솔더 볼링은 F2A 리플로우 테스트 보드의 오버프린트 영역을 검사함으로써 측정했다. 이 테스트에서 더 커진 오버프린트 비율이 바람직하다. 솔더 페이스트 B는 솔더 페이스트 A 보다 덜한 솔더 볼링을 생성했다. 신규 솔더 페이스트는 전체 솔더 볼링을 최소화해서 최상의 성능을 보였다.
수 세척성
리플로우 이후 회로보드는 어떠한 문지름도 없이 낮은 유량/압력의 뜨거운 수돗물을 이용해 세척되었다. 세척 이후 회로보드의 모습들은 솔더 페이스트 성능의 약간의 차이점을 보여주고 있다.
일반적으로, 3개의 모든 솔더 페이스트들은 매우 깨끗하게 세척되었고 세척 이후 매우 적은 잔사가 남았다. 솔더 페이스트 B는 솔더 침전 주위에 일부 약간의 잔사가 보인 반면, 솔더 페이스트 A와 신규 솔더 페이스트는 매우 적은 잔사를 보였다. 각 솔더 페이스트로 다층 회로보드를 세척하는데 사용된 물을 채취하였다. 물의 외형은 각 솔더 페이스트 플럭스 잔사의 수 용해성과 수 세척성의 일부분을 보여주고 있다(그림 15 참조).
솔더 페이스트 A의 플럭스 잔사는 물에 완전하게 녹아들지 않는데, 수세척 솔루션의 뿌연 모습이 그 증거이다. 솔더 페이스트 B와 신규 솔더 페이스트의 플럭스 잔사들은 상대적으로 선명한 수세척 솔루션을 보였다. 물 내의 플럭스 잔사의 용해성에 기반을 두면, 솔더 페이스트 A에 비해 솔더 페이스트 B와 신규 솔더 페이스트의 잔사 세척이 훨씬 쉬울 것이다.
실험결과들 정리
솔더 페이스트 A, 솔더 페이스트 B 그리고 신규 솔더 페이스트에 대한 모든 테스트 결과를 요약하여 표 7과 같이 정리하였다. 각 솔더 페이스트의 성능은 순위 시스템을 (0, +, -)로 표기하여 다른 솔더 페이스트와 비교하였다. (0)은 베이스라인 혹은 전형적인 솔더 페이스트 성능을 의미하고, (+)는 베이스라인 솔더 페이스트보다 향상된 성능을 가리킨다. (-)는 베이스라인 솔더 페이스트와 비교해 줄어든 성능을 의미한다.
New SP는 환경 안정성, 점착력 안정성, 반응 테스트, 스텐실 수명, 고속 프린팅, 젖음, 솔더 볼링 & 그레이핑 및 수 세척성과 같은 카테고리에서 기존 제품들의 성능보다 향상되었음을 알 수 있었다. 순위의 합계는 (+)는 더하고, (-)는 빼는 방식을 적용했을 때, 각 솔더 페이스트의 순위를 통해 전체 성능을 간단하게 나타낸다(표 7 참조).
결론
개발자 프로세스에서는 수 년 동안 시장에서 사용되어 온 2개의 솔더 페이스트의 전체 성능을 능가하는 새로운 고성능의 무연 수용성 솔더 페이스트를 개발했다. 솔더 페이스트 성능 평가에 이용된 테스트 방법들은 엄격하게 했고, 바람직한 솔더 페이스트가 갖춰야 하는 핵심 특색들을 평가하였다. New SP는 ‘미숙함’을 가지고 있을지는 모르나 ‘미래의 물결’이 될 것이라고 본다.
