Solder cream(Solder paste)에 대해서~

1.Solder paste란?
Solder paste란 디바이스를 PCB 기판 위에 납땜으로 붙이는 물질을 일컫으며 납땜용합금 이라고도 한다.  Solder paste 는 곱게 갈린 파우더 입자로 된 납 합금을 포함하는 플럭스로 되어 있다. Solder paste가 SMD(Surface Mount Device)를 PCB 기판 위에 고정 시키는 역할 외에 다음과 같은 일도 한다.  - PCB 기판 위에 디바이스를 고정 시킨다.  - PCB의 납땜될 부분과 고정시킬 디바이스의 접촉면을 깨끗하게 한다.  - PCB의 납땜될 부분과 고정시킬 디바이스의 접촉면이 납땜이 끝나기 전에 산화되는 것을 막는다.
전문가들에 의하면 적절한 solder paste를 선택함에 있어서 고려해야 할 사항이 몇 가지 있다.
	① 보존안정성이 우수한 것.(합금분말과 Flux의 분리, 경화에 따른 점도상승) ② sencil 의 디자인 및 인쇄성이 우수한 것.(Rolling성, 판떨어짐성, 연속인쇄성등) ③ 인쇄 후, 장시간이 지나도 전자부품이 유지 가능한 점착성을 가지고 있는것. ④ Soldering후 양호한 접합상태가 얻어지는 것. ⑤ Flux는 고 절연성이며 부식성이 적은 것. ⑥ Flux 잔사는 세정성이 우수하며 세정후에 잔사가 남아 있지 않는 것.
Solder paste의 적절한 파티클 사이즈는 기판 위에 프린팅 할때 사용되는 stencil의 최소 틈 사이즈에 의해 제한 된다. 너무 큰 파티클 들은 stencil 의 틈을 쉽게 막을 수 있어 프린팅 질이 나빠지며 자주 청소를 해야 하므로 생산성을 떨어뜨린다.  도포되는 땜납의 양이 적어 질수록 파티클 사이즈는 신중히 고려해야 한다. 전문가들에 의하면 solder paste의 파티클 사이즈는 stencil의 가장 작은 틈 사이즈의 12%를 넘지 말아야하는데 이는 적어도 8개의 파티클 입자가 가장 작은 stencil의 틈을 통과해야 한다는 것이다.  Solder paste의 플럭스는 납땜하는 동안 얇은 산화막 필름과 금속 표면의 오염 물질을 제거하는데 탁월해야 한다. 플럭스는 열에 쉽게 반응할 수 있어야 하지만 쉽게 분해되지 말아야 한다. 또한 납땜 후 바로 세척하면 떨어져 나갈 수 있을 정도의  찌꺼기를 생성해야 한다.  Stencil 디자인 역시 solder paste의 효율성에 영향을 미친다. Stencil의 틈이 작으면 작을 수록 solder paste의 입자도 작아져야 한다. Stencil의 땜납 투과율은 solder paste의 프린팅 효율에 영향을 끼친다. Stencil은 얇아야 하지만 변형을 방지할 수 있도록 충분히 단단해야 한다. 프린팅 parameter들은 solder paste에 맞게 설정되야 하는데 예를 들어 접착 점성도는 프린팅 속도에 영향을 주기 때문이다. 어쨋거나 stencil을 기판에서 분리됐을때 땜납이 좋은 모양이 나오도록 충분한 경도를 가져야한다.
[표1]Solder Paste에 사용된 합금의 종류
	Solder 성분(wt％) 용융온도 Flux의 종류 Sn Pb Ag Sb Bi ℃  점성주제  Rosin계 ＋ 용제  또는 중합Resin ＋ 용제  Flux규격  JIS-Z-3283  AA급 : 비활성화 Rosin형  A 급 : 약활성화 Rosin형  B 급 : 중활성화 Rosin형  MIL  RA 급 : Halogen 함유可  RMA급 : Halogen 함유不可 　 1 97.5 1.5 　 　 309 5 93.5 1.5 　 　 307 10 88.0 2.0 　 　 270 10 90.0 　 　 　 300 40 60.0 　 　 　 238 50 50.0 　 　 　 215 60 40.0 　 　 　 190 63 37.0 　 　 　 183 62 36.0 2.0 　 　 180 95 　 　 5 　 240 95 　 5.0 　 　 240 　 100 　 　 　 327 　 97.5 2.5 　 　 304 96.5 　 3.5 　 　 221 62 35.7 2.0 0.3 　 179 60 39.7 　 0.3 　 183 48 36.0 　 　 16.0 162 46 46 　 　 8.0 175
일반적으로는 63wt％Sn - 37wt％Pb의 solder paste가 사용되어진다. Solder 합금의 조성을 선택할 경우 다음 사항에 유의하지 않으면 안된다.
	기판과 부품의 내열성  225℃ 이상의 고온 solder : Ceramic Package, Ceramic 기판용.  Plastic Package와 Glass Epoxy 기판에는 63Sn - 37Pb의 solder paste나 저융점 solder paste가 사용된다.   은(Ag)또는 부품 Lead의 금속조성  Ag-Pd 소성·도체등은 Ag의 확산을 억제하기 위하여 Sn-Pb에 Ag를 1∼3％ 첨가한 Solder 합금이 사용되어진다. Au단자에는 In-Pb solder가 Au의 확산을 억제하기 위하여 사용된다.   Solder의 강도 고온에서의 인장강도나 선단강도가 필요한 때에는 Sn-Sb 합금이 추천된다.     Solder 합금분말의 입도 Fine Pitch화로 진행되면 될수록 Metal Mask의 개구부가 좁게 되기 때문에 입도분포가 작은 Solder 합금분말을 사용하지 않으면 안된다. 입경은 개구부의 20％에 합금분말의 최대 입경을 설정할 필요가 있다. 또한 Solder 합금분말의 입경이 작아지게 되면 표면적이 증가하고 합금 분말은 산화되기 쉬우며 Solder Ball의 영향을 준다. 현재 Pitch 간격이 0.5㎜의 Fine Pitch용에 설정된 solder paste의 입경은 20∼50㎛의 합금분말이 사용된다.   Solder paste의 점성 solder paste의 점성은 인쇄성능과 Soldering 성능에 미치는 영향이 크고 일반적으로 점도와 Thixotropy지수로 나타낸다. Thixotropy성은 인쇄속도가 증가함에 따라 점도가 낮아지는 성질이 있고 Thixotropy 지수는 인쇄속도를 변화시켜 점도를 측정하는 것에 의해 구하는 것이 가능하다. 점도는 너무 높으면 판떨어짐이 나빠지고 Rolling이 저하되어 번짐이 발생한다. 점도가 너무 낮으면 인쇄 무너짐이 일어나기 쉽게 되는 경향이 있다. 또한 Thixotropy 지수는 높고 Rolling성이 나쁘며 판떨어짐성은 좋지 않게 되면 인쇄 무너짐은 줄어든다. Thixotropy 지수가 작고 인쇄무너짐이 발생하지만 판떨어짐성은 좋은 경향이 있다. 현재시판되고 있는 Fine Pitch 대응 solder paste의 점성은 점도 15∼30만 CPS/25℃ Thixotropy 지수는 0.4∼0.7의 범위에 있다. Solder의 보관 Solder paste는 보관중에 합금분말과 Flux가 화학반응하여 점도가 상승돼 인쇄불량이 되기도 하고 흡습으로 인해 Solder Ball이 다발생하기도 한다.또한 보존온도의 상승으로 인해 Flux부와 합금분말부가 분리되는 경우도 있다.이러한 현상을 막기위하여는 냉장고에 보관하는것이 바람직하다. 0℃ 이하에서의 보관은 Flux중의 Rosin이 결정(結晶)이 되어 solder paste의 형상악화 원인이 되므로 좋지 않다. solder paste에는 일반적으로 비점이 180∼270℃의 용제가 포함되어 있어 표면부터 휘발한다. 이러한 용제의 휘발을 방지하기 위하여 보관전에는 용기의 밀폐를 반드시 확인하여야 한다. 최근에는 용기의 밀폐상태에 따라서 장기간동안 실온보관 가능한 solder paste도 검토되어 시장에 나오고 있다. Soder Paste는 사용전엔 냉장고에 보관하고 사용시 냉장고에서 꺼내어 밀봉된 상태로 실온에 방치하고 실온까지 도달했을때 개봉하지 않으면 안된다. 개봉상태로 실온에 이르거나 혹은 실온에 도달하지 않은 상태로 개봉된 경우에는 외부공기와 solder paste의 온도차로 인하여 수분이 결빙돼 Solder Ball의 발생등 성능 노화로 이어진다. Heater위나 욕조등을 이용한 급가열로 실온에 도달하는 방법은 Flux와 Solder 합금 분말의 화학반응에 의해 성능노화를 일으킬 가능성이 있기때문에 피하는 것이 좋다.
출처: http://www.semipark.co.kr/