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Introduction
AI 서버와 첨단 전자기기의 발전으로 고밀도 PCB, 첨단 패키징 및 미세 피치 SMT 에 대한 수요가 증가하면서 솔더 페이스트의 인쇄 성능과 접합 신뢰성이 중요해지고 있다.
솔더 분말의 입자 크기 분포 (PSD) 는 스텐실 인쇄 및 전사 효율에 영향을 미치며, 입자 형상은 분말 유동성, 페이스트 유변학 및 인쇄 일관성에 영향을 줄 수 있다.
IPC J-STD-005A 에서는 입자 크기에 따라 솔더 분말을 분류하지만, 입자 크기만으로는 분말의 특성을 종합적으로 평가하기 어렵다.
따라서 본 테스트에서는 입도분석기인 Bettersizer 2600 Plus 와 입자 형상 분석기인 BeVision M1 을 이용하여 주석 기반 솔더 분말의 입자 크기 분포와 형상을 분석하고,
두 분석법을 결합한 품질 평가의 장점을 확인하였다.
Particle Size and Shape Requirements for Solder Powders
Particle Size Classification
솔더 분말은 일반적으로 IPC J-STD-005A 에 따라 입자 크기 분포를 기준으로 분류된다. Type 3 부터 Type 6 까지의 일반적인 분류는 다음과 같다.
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| Table 1. 입자 크기 분포에 기반한 일반적인 IPC 솔더 분말 분류 |
Particle Size Evaluation
입자 형상은 일반적으로 원형도 (circularity) 를 사용하여 정량화하는데, 완벽한 원의 원형도는 1이며, 입자가 불규칙하거나 길쭉해질수록 값이 감소한다.
높은 원형도의 입자는 일반적으로 우수한 유동성과 안정적인 페이스트 특성 및 스텐실 이형에 유리하다.
Measurement Method
두 개의 주석 분말 시료를 입자 크기와 형상 분석 기술을 이용하여 특성 분석하였다.
입자 크기 분포는 Bettersizer 2600 Plus 를 이용한 습식 레이저 회절법으로 측정하였다. 효과적인 분산과 응집 최소화를 위해 에탄올을 분산 매질로 사용하였다.
입자 형상은 BeVision M1 을 이용하여 분석하였다. 측정 전 건식 분말 시료를 BT-910 건식 분말 분산기로 분산하여 입자 간 적절한 분리를 확보하였다.
레이저 회절 분석을 통해 PSD와 백분위수 등의 입자 크기 정보를 얻었으며, 정적 이미지 분석을 통해 원형도를 비롯한 입자 형상 지표와 대표 입자 이미지를 확보하였다.
Results and Discussion
Particle Size Distribution and IPC Type Evaluation
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Figure 1. PSD curves and customized IPC 'Test Result vs. Requirement' reports for T3 and T4 tin powders generated by the software report editor. |
명목상 Type 3 및 Type 4 시료인 T3 와 T4 의 입자 크기 분포를 Bettersizer 2600 Plus 를 사용하여 측정하였다 (Figure 1).
T3 시료는 모든 입자 크기 구간에서 IPC 기준을 충족하여 Type 3 분류에 적합한 것으로 확인되었다.
그러나 T4 시료는 38?50 μm 구간에서 10.04% 로 측정되어 Type 4 기준인 10% 를 소폭 초과하였다.
이와 같이 PSD 데이터를 IPC 기준에 맞춰 구간별로 비교하면 산업 표준 또는 고객 사양에 대한 적합성을 신속하게 확인하고, 공정 최적화가 필요한 입자 크기 구간을 파악할 수 있다.
Particle Shape Characterization
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Figure 2. Circularity versus particle size of T3 and T4 tin powders measured by BeVision M1. Representative irregular particles and satellite particles are highlighted |
입자 형상은 BeVision M1 을 사용하여 자동 분석하였으며, T3 및 T4 시료의 원형도 결과는 Table 2 와 같다.
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Table 2. Circularity results of T3 and T4 tin powder samples |
T3 시료의 평균 원형도는 0.929, T4 시료는 0.905로 나타났다. T4 시료는 상대적으로 낮은 평균 원형도를 보여 입자 형상의 불규칙성이 더 큰 것으로 확인되었다.
또한 T4 시료에서는 불규칙 입자와 satellite particle 이 관찰되었다. 이는 PSD 만으로는 확인하기 어려운 입자 형상의 차이를 보여주며,
솔더 분말의 종합적인 품질 평가에서 형상 분석이 필요함을 보여준다.
입자 형상은 분말 유동성, 페이스트 유변학 및 인쇄 일관성에 영향을 줄 수 있으므로, 입자 크기와 형상을 함께 분석하는 것이 중요하다.
Conclusion
레이저 회절과 정적 이미지 분석을 결합하면 솔더 분말의 입자 크기와 형상을 종합적으로 평가할 수 있다.
Bettersizer 2600 Plus 는 입자 크기 분포와 IPC 기준에 따른 구간별 분석을 제공하며, BeVision M1 은 개별 입자의 형상과 원형도를 정량적으로 분석한다.
두 분석법을 함께 활용함으로써 솔더 분말의 품질 특성을 보다 정확하게 파악하고, 첨단 SMT 공정의 품질 관리 및 공정 최적화에 활용할 수 있다.
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| Bettersizer 2600 Plus Laser Diffraction Particle Size Analyser |
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