[신제조공학실험] 젖음성 Test (Wetting Balance) 실험

목차

1. 실험목적
2. 실험방법
3. 실험이론
4. 실험 및 실험결과
5. 결론 및 고찰
6. 참고문헌 및 사이트

본문내용

0초
( ~ ) : 약 0.18초
: 약 3.92mN
: 약 2.94mN
분석
침적이 시작 됨과 동시에 표면장력이 깨지고 0.18초 만에 2/3값에 도달했다.
본 두 번째 실험은 젖음 개시시간이 거의 0이었으며 젖음 상승시간이 젖음 개시시간 보다 훨씬 더 많았으므로 보편적인 그래프를 얻을 수 없었다. 침적 시작 시각()이 타 실험에 비해 늦은 것으로 보아 실험 시작 전 시편과 솔더의 거리가 적절하지 않았는지 의심해 볼 여지가 있다. 또한 실험 중 가장 큰 값을 얻었다. 본 그래프의 개형으로 보아 Very Fast Wetting개형임을 알 수 있다.
◆ 3차결과
측정치
: 약 2.02초 , : 약 2.12초 , : 약 2.19초
( ~ ) : 약 0.17초
( ~ ) : 약 0.10초
( ~ ) : 약 0.07초
: 약 3.83mN
: 약 2.55mN
분석
젖음시간이 0.17초로 가장 짧았으며 값과 값의 차이가 약 1.28mN으로 가장 실험 결과 값 중 가장 큰 차이를 보였다. 또한 F값이 ~사이 구간에서 매우 불안정한 파형의 그래프를 그리는 것을 관찰 할 수 있다. 본 그래프의 개형을 종합적으로 고려해 볼 때본 실험 결과는 Unstable Wetting임을 알 수 있다.
◆ 4차결과
측정치
: 약 0.70초 , : 측정불가 , : 측정불가
( ~ ) : 측정불가
( ~ ) : 측정불가
( ~ ) : 측정불가
: 약 측정불가
: 약 -2.28mN
분석
를 제외한 모든 측정치가 나오지 않았으며 작용력(F)값이 계속 - 값을 유지했다.
본 그래프는 전형적인 Non Wetting그래프 개형으로 Wetting이 전혀 이루어지지 않았다.
시편이 침적이 되었지만 시편에 Flux를 묻히지 않았거나 실험 과정 중 시간 지연으로 인하여 Flux가 휘발 됐을 가능성이 있는 것으로 보인다.
Sn-3.0Ag-0.5Cu Solder에 관한 침적 시험(김종민 교수님 실험반 1조 결과그래프)
- 나머지 실험 컨디션은 동일하며 Solder를 무연솔더의 대표적인 조성인 Sn-3.0Ag-0.5Cu 조성 솔더로 교체 하여 실험하였음.
◆1차 실험
◆2차실험
◆3차실험
◆4차실험
◆신영의 교수님반 1조 vs 김종민 교수님반 1조 측정치 비교분석표
Wetting Balance법(Maniscograph법)
젖음
개시시간
젖음
상승시간
젖음시간
최대
젖음력 2/3
최대 젖음력
최종 젖음력
(~)
(~)
T
2/3
(mN)
(mN)
(mN)
신영의
교수님반 1조
1차실험
0.24
0.09
0.33
2.28
3.42
2.90
2차실험
0.00
0.18
0.18
2.61
3.92
2.94
3차실험
0.10
0.07
0.17
2.55
3.83
2.55
4차실험
-
-
-
-
-
-2.28
김종민
교수님반 1조
1차실험
0.45
0.12
0.57
2.22
3.34
2.82
2차실험
0.44
0.18
0.62
2.67
4.01
3.40
3차실험
0.59
0.21
0.80
2.45
3.69
3.42
4차실험
-
-
-
-
-
-4.32
(※ 비교를 위해 김종민 교수님반 1조실험은 임의로 4개를 뽑아 나열하였음)
◆평균값 비교표
Wetting Balance법(Maniscograph법)
젖음
개시시간
젖음
상승시간
젖음시간
최대
젖음력 2/3
최대 젖음력
최종 젖음력
(~)
(~)
T
2/3
(mN)
(mN)
(mN)
신영의 교수님반
1조 평균값
0.11
0.11
0.23
2.48
3.72
2.80
김종민 교수님반
1조 평균값
0.49
0.17
0.66
2.45
3.68
3.21
김종민 교수님반 측정치 대비오차
-0.38
-0.06
-0.43
+0.03
+0.04
-0.41
(※조금더 신뢰성있는 비교를 위해 각각 Non Wetting 결과 치는 제외하고 평균을 분석.
평균값의 소숫점 셋째자리에서 반올림 하였음)
5. 결론 및 고찰
본 실험을 통하여 무연솔더와 유연솔더의 젖음성 테스트를 통해 그 차이점을 알아보았다.
각각 유연솔더와 무연솔더의 대표적 조성인 Sn63-Pb37과 Sn-3.0Ag-0.5Cu를 이용하여 실험을 하였는데 첫 실험이기 때문에 실험 결과가 굉장히 Stable하게 나오지 못했다. 두 개의 측정치를 비교한 표를 보면 유연솔더가 무연솔더에 비해 젖음시간()이 상당히 짧은 것으로 나타났으며 무연솔더의 젖음 시간에 비해 거의 1/3정도 수준인 것으로 나타났다.
또한 젖음시간의 차이만큼은 아니지만 최대젖음력() 값에서 약 0.04mN정도 유연솔더의 젖음력이 크게 나타났다. 두 가지 결과를 종합하여 보았을 때 유연솔더가 무연솔더에 비해 젖음성이 우수하다는 사실을 알 수 있었다. 또한 플럭스의 도포가 제대로 이루어지지 않은 상황에서 침적이 되었을 때 Non Wetting이 일어나는 것으로 보아 Flux가 젖음성을 좋게 한다는 사실 역시 확인 할 수 있다.
이번 실험에서 실험한 두 대상시료의 가장 큰 물성적 차이는 Pb의 함유의 유무인데 본래 가장 대표적으로 쓰이던 땜납 즉 Pb솔더류가 그 대안으로 고안된 무연솔더에 비하여 Soldering시 요구되는 물성치인 젖음성이 우수하다는 것을 확인 할 수 있었다. 허나 아무리 물성치가 좋아도 환경오염을 방지하기 위해 Pb솔더를 다시 사용하는 쪽으로 갈수는 없기에 무연솔더의 여러 가지 단점을 보완하기 위해 다양한 연구가 진행되어야 할 것이다. 무연솔더는 유연솔더에 비하여 물성치적 특성이 안좋은데다 가격도 보편적으로 유연솔더보다 고가이기 때문에 유연솔더의 단점 보완이 시급하다. 최근 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있으며 한국에서도 최근 코엑스에서 smt/pcb & nepcon Korea (국제표면실장 및 인쇄회로기판 생산 기자재전)이 열리는 등 무연솔더 분야에서 많은 연구가 진행되고 있다.
6.참고문헌 및 사이트
신영의정재필 공저 “마이크로 솔더링의 기초” 원창출판사(2002)
정재필신영의임승수 공역 “무연 마이크로 솔더링” 삼성실업(2001)
http://www.smtpcb.com (SMTPCB닷컴)
http://www.kosen21.org (한민족 과학기술자 네트워크)
http://www.pcb.codns.com (한국 PCB설계자 모임)

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