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Summary

목차

제1장 서론 35

제1절 연구의 배경 및 필요성 35

1. 연구의 배경 35

2. 국방 무연솔더 적용 필요성 39

제2절 연구 목표 및 내용 42

1. 연구 목표 42

2. 연구 내용 및 범위 43

3. 연구추진방법 및 업무구성 44

제2장 솔더링의 개요 47

제1절 솔더링의 개요 47

1. 솔더링 47

2. 솔더링성에 영향을 미치는 인자 49

제2절 솔더링의 기초 지식 51

1. 젖음 51

2. 모세관 현상 52

3. 확산 53

4. 솔더링성 53

제3절 솔더와 플럭스 56

1. 솔더 56

2. 플럭스 61

제4절 솔더링 장치와 공정 63

1. 웨이브 솔더링 63

2. 리플로 솔더링 65

제5절 솔더링부의 평가와 신뢰성 70

1. 솔더링 후의 검사 71

제3장 국제 표준 동향 및 미 국방성 추진실태 85

제1절 환경규제현황 85

1. 전기전자장비폐기물(WEEE)지침 85

2. 유해물질사용제한지침 (RoHS) 87

제2절 국내외 연구현황 97

1. EU 연구현황 99

2. 일본 연구현황 103

3. 미국 연구현황 114

4. 우리나라 연구현황 155

제3절 무연솔더관련 국제규격 현황분석 157

1. IPC 규격현황 157

2. IEC 규격현황 164

3. JEDEC 규격현황 172

4. JEITA 규격현황 180

제4장 국방분야 유연솔더 적용실태 및 DB화 185

제1절 현 국방분야 유연솔더 적용현황 185

1. 도면에 기재된 솔더 및 솔더링 관련 규격 185

제5장 국방분야 무연솔더 적용방안 및 대체 규격 연구 188

제1절 민간분야 무연솔더 적용 현황 188

제2절 무연솔더 특성 191

1. 유연 및 무연솔더 특성 비교 191

2. 무연솔더의 종류 191

3. 상태도와 조직 192

제3절 국방분야 무연솔더 적용방안을 위한 검토결과 202

1. 공정변경에 따른 기존 부품 영향성 고려사항 202

2. 무연부품 적용에 따른 방산업체 애로 사항 204

3. 무연솔더 공정 적용 시 고려사항 206

4. 국내외 무연솔더 적용을 위한 대응 사례 207

제4절 국방분야 무연솔더 대체 규격 연구 211

1. 유연 및 무연솔더 조성비 관련 KS 규격 211

2. 무연솔더 후보 212

3. 무연솔더 관련 대체 규격 212

제6장 국방규격화 시 무연솔더 적용방안 213

제1절 국방분야 표준화 절차 213

1. 관련 규정 213

2. 민군과제 연구결과 규격화 시 업무 흐름도 214

제2절 국방분야 유연솔더 규격 항목 검토 215

1. KS W 7214 항공기용 전기, 전자기기의 납땜 방법 215

2. 국방 1410-0007 고 신뢰도, 전기 및 전자기기, 통신 및 레이더 제어시스템에서 수공형, 납땜의 절차 216

제3절 국방분야 무연솔더 적용하기 위한 절차 217

1. 미 국방분야에서 적용하고 있는 무연솔더 적용 절차 217

제7장 부품단종 및 모조품 대응방안 220

제1절 부품단종 대응방안 220

1. 개요 220

2. 부품단종에 대한 일반 고찰 221

3. 미국의 부품단종 관리 실태 분석 224

4. 국내 부품단종 관리실태 분석 232

5. 부품 단종관리 방안 수립 236

6. 부품단종 관리 정보체계 구축 방안 239

7. 결론 242

제2절 모조부품 대응방안 244

1. 개요 244

2. 선진국 발생 유형 및 현황 244

3. 선진국 대응활동 254

4. 대응방안 267

5. 결론 270

제8장 무연솔더 적용을 위한 신뢰성 검증방안 272

제1절 민수분야 무연솔더 적용현황 분석 272

제2절 민수분야 무연솔더 적용제품의 신뢰성평가 방안 분석 278

1. 민수분야 무연솔더 적용제품의 신뢰성평가(환경시험) 279

2. 이온 마이그레이션 평가 281

3. 솔더 접합부 접합강도 평가 283

4. 솔더 접합부 고장원인 분석 방법 및 절차 286

5. S전자의 무연 솔더링 신뢰성평가 방안 289

6. L전자의 무연솔더링 신뢰성평가 방안 291

7. H사의 무연솔더링 신뢰성평가 방안 292

제3절 국방분야 환경시험 항목 및 조건 분석 294

1. 국방 유도 전자장비의 환경스크린 스트레스 조건 294

2. 국내 국방 유도무기 전자장비의 환경시험 311

제4절 국방분야 무연솔더 적용제품의 신뢰성 검증방안 322

1. 국방분야 무연솔더 적용을 위한 신뢰성 필요성 322

2. 국방분야 무연솔더 적용을 위한 신뢰성 시험시 고려사항 323

3. 유도무기 전자기기 무연솔더용 신뢰성평가 방안 324

4. 무연솔더 신뢰성 시험 후 평가 및 분석 341

제5절 국방분야 무연솔더 적용을 위한 신뢰성 평가항목(안) 345

1. 전자부품 및 PCB 표면처리 방안 345

2. 실증적 실험을 통한 제품 검증 평가 346

제6절 휘스커 대응방안 분석 348

1. JEDEC의 시험방법 348

2. 민수분야 시험방법 352

3. 휘스커 발생 메카니즘 분석 353

4. 휘스커 억제방안 선행 연구결과 분석 355

5. 컨포멀 코팅 357

6. 휘스커 검증을 위한 평가방안 분석 358

7. 휘스커 성장 억제방안 분석 361

제9장 무연솔더 합금의 접합강도 및 소재특성 367

제1절 무연솔더 합금의 종류별 접합강도 및 소재 특성 367

1. Sn-Ag-Cu계 무연 솔더의 Ag 합금 조성에 따른 강도 변화 및 기 확보 시편의 강도 변화 367

2. Sn-Ag-Cu계 합금조성에서 첨가원소 (In, Bi, Zn, Al)등에 따른 변화 373

3. 고온용 240℃급 및 210℃급의 무연솔더 377

4. 무연솔더 별 접합계면의 금속간 화합물 종류 및 조성 내용 381

5. 무연솔더 별 상태도, 전기전도도, 열전도도, 열팽창 계수 387

제10장 국방분야 무연솔더 적용성 검토 393

제1절 국방분야 무연솔더 적용의 문제점 393

1. 무연솔더 적용에 따른 알려진 문제점(Issue) 393

2. 무연솔더 적용에 따른 원가(Cost) 증가 요소 394

제2절 무연솔더 적용을 위한 방산분야 고려 사항 396

제11장 연구 성과 및 기대효과 399

제1절 연구기대 성과 399

1. 연구 기대성과 399

2. 파급효과 399

제2절 목표 대비 연구실적 401

제3절 향후 활용방안 404

제4절 향후 연구추진 방향 405

1. 무연화 적용시 문제점 검토 405

제5절 향후 대응방안 406

1. 국방분야 무연솔더 적용을 위한 솔더접합부 장기수명 확보를 위한 실험적 검증방안 활용 406

2. 휘스커 검증 최적방안 도출 및 휘스커 성장 억제방안 도출 407

3. 유무연 혼재 사용에 따른 솔더 접합부 수명검증 방안 및 혼재사용 타당성 검증 407

4. 고온 접합공정에 따른 부품 열화 영향 검증 407

5. 국방 무연솔더 적용 가능성에 대한 실증적 연구개발 및 검증 408

제12장 참고문헌 409

부록 : 국방규격 유연솔더 적용현황(내용없음) 22

표 1. 국외 유해 폐기물 규제 및 법규 현황 38

표 2. 연구분야 및 연구대상 43

표 3. 전자부품연구원의 연구목표 및 연구내용 44

표 4. 금오공과대학교의 연구목표 및 연구내용 45

표 5. 삼성탈레스의 연구목표 및 연구내용 45

표 6. 여러 가지 솔더와 그의 용도 57

표 7. 솔더의 불순물에 의한 영향 61

표 8. 솔더링부의 육안 검사항목 72

표 9. 전기 검사의 검사항목과 불량내용 82

표 10. 삽입실장 및 표면실장 부품의 휘스커 실험조건의 예 84

표 11. Eu 전기, 전자제품의 폐가전지침 주요 적용대상 86

표 12. 2006년 12월 31일부터 적용된 의무화율 87

표 13. RoHS 예외조항 91

표 14. IDEALS 프로젝트 추진체계 100

표 15. IDEALS 프로젝트에서 검사한 합금 100

표 16. EU의 무연솔더 관련 프로젝트 101

표 17. IDEALS 시험내용 및 소요장비 102

표 18. 무연솔더 실용화의 로드맵 103

표 19. JEIDA의 1, 2기 시험 평가한 무연솔더 105

표 20. JWES 시험대상 무연솔더 105

표 21. JWES 연구결과 105

표 22. Sn-Ag계 무연솔더 합금 109

표 23. sn-Cu계 무연솔더 합금 110

표 24. Sn-Zn계 무연솔더 합금 110

표 25. 기타 무연솔더 합금 111

표 26. 국내 산업재산권 현황 111

표 27. 각 특허원문에 나오는 권리범위 113

표 28. 해외 방산업체 무연솔더 대응 실태 116

표 29. LEAP WG에서 발간된 무연 솔더 적용에 관한 각종 표준 및 가이드라인 119

표 30. GEIA 휘스커 관리 단계 122

표 31. 각 단계별 위험도 123

표 32. 산업규격(IPC/JEDEC) 132

표 33. Whisker 관련 연구 항목의 Phase 3에서의 일정표 139

표 34. Manufacturing 관련 연구 항목의 Phase 3에서의 일정표 140

표 35. Test 과정에서 언급된 시험 규격들 143

표 36. 솔더 접합 신뢰도 관련 연구 항목의 Phase 3에서의 일정표 147

표 37. Component 관련 연구 항목의 Phase 3에서의 일정표 148

표 38. PCB 관련 연구 항목의 Phase 3에서의 일정표 149

표 39. 선택된 7종류의 무연솔더 151

표 40. 표면실장에 추천된 3종 무연솔더 152

표 41. 무연솔더 신뢰성 및 공정평가 소요장비 154

표 42. 무연화 기술과 관련된 IPC 주요 기준 157

표 43. IPC-9701A에서 제시한 솔더 접합부 온도 사이클 평가기준 163

표 44. 무연화 기술과 관련된 IEC 주요 기준 164

표 45. 무연솔더 합금 조성에 따른 ISO, IEC 규격 내 번호 167

표 46. 무연솔더 공정온도에 따른 분류 168

표 47. 유·무연 솔더에 따른 솔더 젖음성 시험조건 비교 169

표 48. IEC/PAS 62483 에 따른 휘스커 평가 방안 170

표 49. 유, 무연 솔더 종류에 따른 솔더젖음성, 내열성 시험조건 비교 171

표 50. 무연화 기술과 관련된 JEDEC 주요 기준 173

표 51. J-STD-020D.01 기준 내 유연 및 무연솔더별 리플로우 평가방법 비교 174

표 52. J-STD-020D.01 기준 내 유연솔더별 리플로우 최대온도 174

표 53. J-STD-020D.01 기준 내 무연솔더별 리플로우 최대온도 174

표 54. JESD22-B102E 기준 내 Dip and Look 솔더 젖음성 시험방법 176

표 55. JESD22-B102E 기준 내 표면실장 모사방법에 의한 솔더 젖음성 시험방법 176

표 56. 무연화 기술과 관련된 JEITA, JIS 주요 기준 180

표 57. wetting balance 시험법의 항목과 조건 183

표 58. 도면에 표현된 유연솔더 관련 규격 185

표 59. 무기 및 비무기체계 분류표 187

표 60. 국내 특허 현황 189

표 61. 국외 특허 현황 190

표 62. 세계 각 단체에서 추천하는 무연솔더 현황 190

표 63. 유연솔더 및 무연솔더 특성 191

표 64. 무연공정 적용 시 고려사항 217

표 65. 육군 군수사 단종 발생에 대한 해결 방안 233

표 66. 공군 군수사 부품단종에 관한 관리방식 233

표 67. 제조사 및 배급사를기준으로 한 위조부품 현황 245

표 68. 공업용 및 산업용 등 11개의 분류로 위조전자부품의 발생현황 250

표 69. GIDEP에 등록된 위조부품사례 263

표 70. 미 정부의 위조부품 대응방안들 266

표 71. 대상 유해물질 274

표 72. 무연솔더 적용제품의 신뢰성평가 항목 및 목적 279

표 73. S전자의 PCB 및 무연솔더 접합부 신뢰성시험 290

표 74. S전자의 휘스커 평가방법 291

표 75. L전자의 휘스커 판정기준 292

표 76. MIL-STD-810G 514.6 ANNEX A 2. 1. 6 ESS 정의 295

표 77. IES에 의해 정의된 온도 사이클 조건 297

표 78. 번인 (Burn-in) 시험과 ESS의 비교 299

표 79. ESS와 환경시험 간 비교 299

표 80. ESS를 통해 스크린 되는 대표 고장모드 300

표 81. 국방 유도무기 전자장비의 ESS 요약 301

표 82. 휴대용 유도무기 전자장비의 ESS 조건 : 온도사이클 302

표 83. 휴대용 유도무기 전자장비의 ESS 조건 : 진동 304

표 84. 무전기 전자장비의 ESS 조건 : 온도사이클 306

표 85. 무전기 유도무기 전자장비의 ESS 조건 : 진동 306

표 86. 위성 통신장비 전자장비의 ESS 조건 : 진동 307

표 87. 이동형 탐지레이더 전자장비의 ESS 조건 : 온도사이클 308

표 88. 이동형 탐지레이더 전자장비의 ESS 조건 : 진동 308

표 89. 항공용 전자전장비의 ESS 조건 : 온도사이클 309

표 90. 항공용 전자전장비의 ESS 조건 : 진동 310

표 91. 국방 유도무기 전자장비의 환경시험 수행 정리 311

표 92. 휴대용 유도무기 전자장비의 환경시험 수행 정리 312

표 93. 무전기 전자장비의 ESS 조건 313

표 94. 위성 통신 전자장비의 ESS 조건 315

표 95. 이동형 탐지레이더 전자장비의 ESS 조건 319

표 96. 항공용 전자전장비의 ESS 조건 320

표 97. 군방 전자기기와 민수 전자기기의 사용 환경 비교 323

표 98. 유도무기 전자기기 무연솔더 대응 민수분야 시험과 제안된 국방분야 신뢰성 시험 326

표 99. 국내 국방 유도무기 중 항공용 전자기기 진동 시험 규격 334

표 100. 무기별 사용 환경 구분 335

표 101. Category 4 - 일반 운송기 진동 규격 336

표 102. Category 4 복합 바퀴 형태 운송기 진동 규격 337

표 103. Category 7 항공기 진동 규격 338

표 104. 국방 유도무기 중 항공 기기용 충격 시험 조건 339

표 105. 무기별 충격시험 조건 339

표 106. 무연솔더 대응 전자부품 표면처리 방안 345

표 107. 각 적용분야별 무연솔더 신뢰성평가방안 347

표 108. JEDEC에서 제안한 휘스커 평가방안 349

표 109. JEDEC에서 제안한 휘스커 평가 전처리 방안 349

표 110. JEDEC에서 제안한 휘스커 평가 전처리 방안 350

표 111. 휘스커 평가 시 부품별 시료 수 350

표 112. 허용 휘스커 판정 기준 351

표 113. S전자의 휘스커 평가 방법 352

표 114. L전자의 휘스커 평가 방법 353

표 115. iNEMI가 제공하는 전자부품 휘스커 억제방안 357

표 116. 휘스커 평가방법에 대한 국제기준 비교 및 휘스커 평가기준 제안 359

표 117. 휘스커 평가 시 부품별 시료수 제안 360

표 118. 휘스커 평가시 부품별 분석 위치 제안 361

표 119. 컨포멀 코팅 재질별 장점 및 단점 364

표 120. 컨포멀 코팅 재질별 휘스커 억제방안 365

표 121. Micro Vickers Hardness 367

표 122. 0.2% Offset Yield Strength 368

표 123. Ultimate Tensile Strength 368

표 124. 개발된 합금시료의 조성 370

표 125. 각종 합금의 미세경도 및 합금/Cu 판의 접합 강도 371

표 126. Pb-free solder 합금계의 물성 (O: 우수함 △: 보통 X: 미흡) 373

표 127. Sn-Cu계 합금계의 첨가 원소에 따른 특성 374

표 128. Ge의 함량의 증가로 인한 경도 변화 377

표 129. 첨가원소의 용융점 378

표 130. 다양한 융점의 무연솔더 합금 379

표 131. 고상선의 온도가 643K 이상 액산성 온도가 673K이하인 조성 380

표 132. 다양한 솔더 합금의 피로저항 387

표 133. 전기 비저항 특성 389

표 134. 전기 전도도 특성 389

표 135. 무연솔더별 열팽창 계수 및 열전도도 390

표 136. 무연솔더별 열전도도 390

표 137. 무연솔더의 wetting 성질 391

표 138. Cu-Sn 조성에 따른 파괴 인성 392