Solder joint의 접착강도 측정방법

1. 접 착 강 도 측 정 배 경

Soldering이 완료되어 기구 조립을 마친 후 완제품이 시장에 출시되면, Set Maker의 입장에서 보면 "그 출시된 제품이 과연 시장 환경에서 얼마동안 문제 없이 사용될 것인가?"에 관심을 갖지 않을 수 없다. "혹시 문제가 있어서 소비자들로부터 외면을 받아 회사의 이미지에 나쁜 영향을 미치게 되는 것은 아닐까? 그렇다면 A/S비용을 어떻게 감당하나?" 이러한 근심은 항상 머리속에서 떠나지 않을 것이다.
그러나 이미 출시된 제품을 걱정하는 것은 아무런 의미가 없기 때문에 제품이 출시되기 전에 소위 신뢰성 시험이라는 것을 하게 된다. 신뢰성 시험의 종류 및 방법은 각 기업마다 다르고 또한 제품의 특성에 따라 달라지게 되므로 일률적으로 적용할 수는 없다. 다만 그 제품이 어떤 환경속에서 어떻게 사용되어지는 것인가에 맞춰 가능하면 짧은 시간에 비슷한 환경을 만들어서 시험을 할 필요가 있으므로 "가속수명시험"이라는 기법이 사용되고 있다. 즉 제품의 실제 사용 환경보다 더 가혹한 조건에서 짧은 시간 동안에 시험을 완료하여 그 결과를 바탕으로 실제 사용환경에서의 예상 수명을 예측하는 방법이다. 예상 수명을 예측할 때 흔히 Coffin-Mason 식을 이용하게 된다.
대표적인 신뢰성 시험 방법으로서 온.습도 사이클 시험, 진동 시험, 낙하 충격 시험등이 있다. 그러나 이러한 시험 방법들을 수행하는 것은 완성품을 가지고 하는 것이 보통이며 시간도 꽤 많이 필요하다.
Soldering Engineer의 입장에서는 Solder 접합부의 접착강도가 어느정도 되어야만 시장에 출시되어 문제없이 버텨 줄 것인가에 관심을 갖고 있을 것이다. 짧은시간에 Solderin g의 안 전 성 을 평 가 하 는 방 법 으 로 서 "Solder Joint의 접 착 강 도 측 정 법 " 이 널 리 사 용 되 고 있 다 .
이 방법의 장점은 가장 짧은 시간에 Solder Joint의 접착강도를 측정함으로써 시장 출시 후의 신뢰도 즉, 제품의 수명을 예측할 수 있다는 것이다. 간단한 Push-Pull Gauge만 보유하고 있다면 Soldering 후에 현장에서 직접 접착강도 Test가 가능하다. 그러나 이 방법은 시장 상황과는 어울리지 않는 측면도 있어서 절대값으로서 활용하는 데는 무리가 있다. 즉, 시장에서 Solder Joint에 가해지는 응력(Stress)은 주로 온도, 습도, 진동등에 기인하지만 접착강도 측정시에는 그러한 인자들이 배제되기 때문이다. 그래서 여러 공정 조건으로 샘플을 생산하여 동시에 접착강도를 측정하여 어느 조건에서 생산된 것이 상대적으로 접착강도가 높은지를 평가하는 상대평가에 주로 활용되고 있다.

2. 접 착 강 도 측 정 방 법
Soldering의 특성상 접착강도를 측정하는 것은 두 가지 방법이 있을 수 있다.
첫번째 방법은 QFP(Quad Flat Package), SOP(Small Outline Package)등의 리드
(Lead)의 접착강도의 측정 방법이다. 이들 리드의 형태는 갈매기 날개형태 즉,
Gull Wing 형태를 이루고 있으므로, PCB 방향을 기준으로 하여 45°각도로 당기
면서 측정해야 한다. 아래에 Gull Wing 형태의 리드의 접착강도를 측정하는 방법
에 대하여 그림으로 나타내었다.

두 번째 방법은 Gull Wing 형태의 부품을 제외한 일반 부품(저항,콘덴서등 다수)
의 접착강도를 측정하는 방법이다. Push(미는방향) 및 Pull(당기는 방향) 두 가지
방향으로 접착 강도를 측정한다.

 

3. 접 착 강 도 측 정 기 소 개
(주)에스엠티코리아에서는 회원들의 편의를 위하여 접착강도 측정기를 무료로
사용할 수 있도록 개방하고 있습니다. 참고로 (주)에스엠티코리아에서 보유하고
있는 접착강도 측정기를 소개하오니 필요로 하는 회원들께서는 활용하시기 바라
며, 특정 업체의 계측기를 홍보할 의도는 전혀 없음을 알려드립니다.

설비사양 및 사 진
○ Maker : Aikoh 社(일본)
○ Model : 1605 HTP
○ 설비사양

[용도]

○ Solder Paste, Chip Bond등 접합재료에 의하여 접합된 부분의
접착강도를 측정하여 재료의 특성 및 공정조건을 평가하며,
접착상태에 의한 제품의 신뢰성을 예측 평가함.

[측정방법]

○ 일반부품(R,C Chip부품)은 직각상태에서 Push/Pull 방법으로
측정하며, IC류 부품 등은 45˚로 기울여 측정할 수 있도록
필요한 Jig를 부착하고 있음.

4. 부 품 별 접 착 강 도 비 교
앞서 서술한 바와 같이 Soldering 관련 업무를 하고 있는 엔지니어라면 누구나
궁금해 하는 것이 "적정 접착강도는 어느 정도인가?" 하는 것이다.
그러나 애석하게도 현재까지 Solder Joint의 접착강도에 관한 규격은 세계적으로
도 정해져 있는 곳이 없다. 왜냐하면 그만큼 규격으로 접착강도를 정할 수 없을
많큼 어렵다는 것이다. Pad 설 계 사 양 , PCB표 면 처 리 , 부 품 전 극 부 의 표 면 처 리 ,
사 용 되 는 Solder Pa ste의 종 류 , 공 급 량 , 공 정 조 건 (장 착 위 치 , Reflow 온 도 )등
무 수 히 많 은 변 수 가 있 으 므 로 납 땜 강 도 의 기 준 을 규 격 으 로 정 한 다 는 것 은 무 리 가
따 를 수 밖 에 없 는 것 이 다 . 그래서 일부의 규격집에는 Solder Joint의 접착강도
를 측정하는 방법만을 기술하고 있는 실정이다.
당사에서는 오랜 동안의 접착강도를 측정한 Data를 근거로 하여, SMT 주요 부품
의 접착강도 참고치를 표로 나타내 본다.

 

위의 표에 나타낸 접착강도는 참고용으로만 활용하는 것이 좋을 것이다. 접착
강도가 위의 표에 예시된 값보다 다소 작게 측정되었다고 일희일비하는 것은
바람직하지 않다. 다 만 , PCB의 PAD 설 계 가 잘 못 되 어 있 지 는 않 은 지 ? 또 는 SMT
공 정 조 건 이 적 당 하 지 않 은 지 ? 부 품 전 극 의 도 금 상 태 가 불 량 인 지 ?등 무 슨 문
제 로 인 하 여 접 착 강 도 가 낮 게 측 정 이 되 는 지 를 알 아 보 는 데 필 요 한 부 품 별 접 착
강 도 의 참 고 용 으 로 만 활 용 하 는 것 이 바 람 직 하 다 고 할 수 있 다 .

작성: (주)에스엠티코리아 부설연구소