Joint Reliability of Sn3.5Ag, Sn0.7Cu and Sn5.0Sb Pb-free Solder and Hybrids Joining Process for Application of Automobile Electric Module
자동차 전장모듈의 적용을 위한 Sn3.5Ag, Sn0.7Cu 및 Sn-5.0Sb 솔더와 이종공정에 대한 접합 신뢰성 연구 (I)

Myong-Suk Kang, Jung-Hwan Bang, Chang-Woo Lee
2012 Journal of Welding and Joining  
1. 서 론 지난 20여년간 WEEE, RoHS 등과 같은 친환경을 추구하는 법안들의 발효에 따라 전자모듈제조에 있어서 무연(Pb-free)솔더에 대한 연구가 진행되었다 1-2) . Sn-Pb 공정 솔더의 물성에 비해 젖음성, 퍼짐성, 솔더링성 등 의 기초물성이 열악한 무연솔더는 백색가전, 휴대용 전 자제품(노트북, 휴대용 전화기) 등을 중심으로 10여년 간의 급속한 발전을 이루면서 솔더의 신뢰성 평가를 3-4) 바탕으로 무연화가 성공적으로 진행되어 왔다. 친환경 규제의 산업적 범위가 확대됨에 따라 자동차 전장모듈 에도 무연솔더의 적용을 요구하는 ELV (End of Life Vehicle) 법안이 2016년 1월 발효될 예정이다. 이 법 안은 폐차에 대한 제조사의 책임을 규정한 법안으로 자 동차 전장모듈 (Electric Control Unit, ECU)의 전 반에 있어 무연솔더를 적용하는 것을 골자로 하고 있다. 자동차 전장모듈의 경우에는 사용환경이 기존의 백색 가전 및 휴대용
more » ... 전자제품에 비교하여 매우 열악한 조건 이기 때문에 기존의 무연솔더 물성에 보다 증진된 우수 물성이 요구되고 있다. 예를 들어 자동차의 오디오, 계 기판, 네비게이션 등과 같은 전장모듈이 작동되는 실내 환경은 온도와 습도가 일반 가전제품과 비슷한 환경을 지니고 있지만, 운행 중 잦은 진동영향을 받게 되고 더 욱이 엔지룸 안에 장착되어지는 IGBT module 등은 온도가 155℃에 이르고 습도도 일반 전자제품의 환경 에 비교하여 매우 높은 90%까지도 이르게 되며 내 충 격 및 고진동(최대 15-20G이상)의 환경에 노출되어 있다. 또한 자동차의 사용수명은 일반 전기제품과 달리 10년이상을 요구하고 있어 장기적 신뢰성에 대한 중요 도는 어떠한 전자모듈에 비교하여 매우 높다 5,6) . 현재까지 IPC, JEDEC 등이 제시하는 전자 모듈의 평가기준, 특히 기계적 특성시험 (전단강도시험, peel test 시험 등) 과 일반 신뢰성 시험 (열 충격시험, 항 온항습시험 등) 만으로는 실제 파괴모드에 이르는 환경 을 가속적으로 제공할 수 없어 이에 대한 정확한 신뢰 성을 평가할 수 없다. 더욱이 가전제품에 사용되는 무 연솔더로는 고온 사용 환경을 모두 반영할 수 없기 때 문에 고 융점의 솔더가 적용되어야 하며 이러한 고 융 점의 솔더에 대한 기본 물성과 신뢰성을 판단할 기본 평가기준이 필요하다. 현재까지 자동차 전장모듈에 적 용하는 솔더는 일반 Sn-Pb공정 솔더로서 진동에 대한 평가가 일부 이루어져 있어도 고온 무연솔더의 소재 특 성을 반영하여야 하기 때문에 무연을 적용하는 자동차 전장모듈에 대한 평가로는 볼 수 없다 7-9) . 사용 환경에 대한 신뢰성을 정확히 판단하기 어렵다. Table 1에 자 동차 신뢰성 평가에 대한 일반적 평가기준을 가전제품의 경우와 비교하여 나타내었다. 본 기술 강좌에서는 산업적으로 널리 사용되고 있는 Sn3.5Ag, Sn0.7Cu 및 Sn5.0Sb 솔더를 적용하여 자 동차 전장모듈 제조에 대한 joint 부의 열 충격, 열 사 이클 시험 평가를 한 결과와 고 신뢰성을 위해 접착방 기 술 강 좌
doi:10.5781/kwjs.2012.30.6.487 fatcat:yykt25ztbze3fevbpdgtujcm7e