DI-water

자료 제공: 최준영 대리 / HC 산업㈜최근의 납 및 무연 솔더의 사용에 있어서, 많은 사용자들이 di-water 세척의 세척능력에 대하여 그 한계성을 경험하기 시작했다. 더욱 엄격해지는 공정조건으로 인해, 심지어 전통적인 OA 플럭스 잔사들 조차도 세척이 요구되고 있는 실정이다. 물은 그 자체로써 높은 유전체(부도체)적인 항구성을 가지고 있으며, 그래서 쉽게 이온 오염물(ionic contami- nation)을 용해하지 못한다.모든 유기 오염물은 자연 상태에서 완벽하게 세척되기 위해서는 화학적 처리가 필요하다. 최근의 연구 결과에 의하면, 보드 위의 잔사 및 찌꺼기는 전기 제품의 기능적 신뢰성에 부정적 영향을 끼친다고 보여주고 있다. 디아이 워터(DI water)는 그 자체의 높은 표면장력과 약한 용해성으로 인해, 무연 공정에서 오염물 세척을 더 이상 안정되게 할 수가 없다.세척액 제조업체, 독일 ‘ZESTRON’사의 인라인 클리닝(Inline Cleaning) 연구 센터에서는 위와 같은 내부 연구가 있었으며, 그 연구 결과는 다음과 같다.물리적 특성72dynes/cm의 표면장력 수치를 갖는 디아이 워터는, 플립칩이나 BGAs와 같이, 칩과 보드 간에 극도의 낮은 틈새를 가지는 제품의 틈새를 지나기가 아주 어렵다. 그러나 일반적으로 전문 세척액은 30dynes/cm의 표면장력을 가지게 된다. 그리고 또한, 향상된 세척성을 가능케 하는 중요 요소로는 비중과 점성도가 있다.디아이 워터가 1gm/cm3 비중과 1cSt의 점성도를 가지는데 반해, 케미칼 세척액은 1gm/cm3 이하의 비중과, 12~13 cSt의 점성도를 가진다. 결과적으로, 이러한 상기의 3가지 변수들로 인해, 케미칼 세척액은 앞서 예기한 극도의 낮은 틈새로도 세척액의 탁월한 흐름을 가능케 한다.할로겐 잔사(오염물)수용성 플럭스는 일반적으로 할로겐에 의해서 활성화되며, 할로겐은 유기물 상태에서 디아이 워터로 제거되기가 어렵다. 만약 할로겐이 부분적으로 물에 용해된다면, 하이포(hypo)할로겐 형태로 변화되며, 그것은 매우 부식성이 강하다. 이는 결국 ‘electrochemical migration’(전자의 이동으로 인한 회로의 불량)과 전류 누수를 야기시키는 오염원을 생성시킨다.물에 용해되지 할로겐은 플럭스 성분상의 한 부분이며, 이는 ZESTRON의 할로겐 테스트에 의해서 검출이 가능하다. 이는 ZESTRON의 분석 센터에서 이루어지는 테스트 방법이며, 간단하면서 물질에 전혀 해를 끼치지 않는다.용해력에 의한 세척성 수준디아이 워터는 취약한 유기물 용해력으로 인해, RMA, 무세척, 합성(synthetic), 고도로 중합된 ‘3D’ 플럭스의 세척이 어렵다.게다가 수용성 플럭스 및 위에 언급된 플럭스들은 세척 후에, 보드 어셈블러 위에 백화 현상(white residue)을 불가피하게 야기시킨다. 무연 솔더(lead-free)의 경우, 이 문제는 다음과 같이 더욱 심각해진다.- 리플로우(reflow)의 더욱 높은 온도로 인해, 플럭스 잔사는 더욱 열을 받음.- 활성체(activators)의 더욱 높은 함유량이 고온에서 산화 작용을 피하게 함.- 레진(resin)의 더욱 높은 함유량이 많은 잔사를 발생시키는 낮은 보이드(void)율을 가능케 함.이러한 세 가지 요소들로 인하여 디아이 워터는 플럭스 잔사 세척을 효과적으로 할 수가 없다.수세척의 고온 작업 공정의 단점대부분의 디아이 워터 세척 공정은 상대적으로 더 높은 세척 온도를 필요로 한다. 일반적으로 세척 온도는 약 65℃~ 71℃수준이다. 이렇게 상대적으로 높은 온도는 세척 장비를 극도로 노화 시킨다(펌프 씰, 개스킷, 튜브 및 구조물을 구성하는 기타 여러 물질들을 노화시킴).이는 결국 장비의 수명을 확연히 감소시키는 결과로까지 이어질 것이다. 그리고 높은 세척 온도는 전기 비용도 또한 증가시키게 됨을 주지해야 한다. 반면에 케미컬 세척액의 일반적인 세척 온도는 보통 40℃ 수준이다.거품 발생의 문제점오랜 사용기간이 지나다보면, 세척 탱크에 존재하는 유기(organic)플럭스 잔사들이 축적되면서 물에 거품을 발생시킨다. 이러한 거품 발생이 야기시키는 결과를 살펴보면, 세척조의 교환을 수시로 해야만 하는 이른바 ‘공정 방해/중단’ 현상이 상당 시간동안 이어지게 된다는 것이다. 그러나 적합한 케미컬 세척액으로 행하는 세척 공정은 거품을 발생시키지 않는다.따라서 세척조 교환을 수시로 할 필요가 없으며 또한 안정적이고 지속적인 세척 결과를 보장할 수 있다. 결과적으로 유지/관리 비용을 절감할 수가 있다.표면 활성도(Activation)의 부족디아이 워터 세척은 플럭스 제거에 한계점을 가지고 있으며, 이는 표면 활성도를 현저히 저하시킨다. 이를 고려했을 때, 이러한 문제는 차기 생산 공정인 몰딩, 코팅 및 와이어 본딩에 악영향을 끼친다.공정 비교수용성 플럭스 잔사의 확실한 제거를 위해서는 디아이 워터 세척보다 훨씬 강한 세척 공정이 필요하다. 보드위에 잔존한 여러 가지 잔사들은 어셈블리의 기능적 신뢰성에 부정적인 영향을 끼친다. 코팅성과 와이어 본딩성 같은 PCB의 장기간 신뢰성을 보증하기 위해서 ZESTRON은 각 업체들의 전체 공정 비용을 절감시키면서 세척 공정의 향상을 위해 적극적 지원을 할것이다.
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