앞서 열팽창에 의한 Solder crack을 먼저 알아 봤습니다.
Solder crack은 그 현상만 보자면 모두 같은 Crack 처럼 보일 수 있지만 자세히 보면 다른 원인으로 발생할 수 있다는 것을 알 수 있습니다.
열팽창에 의해 Crack이 발생한다면 기계적인 충격에 의해해서도 Crack이 발생할 수 있습니다. 반복되는 진동이나 강한 충격에 의해서 말이죠. (지속적인 강한 힘으로도 Crack과 파괴가 발생할 수 있는데 이 것과는 조금 다릅니다.)
먼저 Soldering이 될 때 소자와 PCB Pad, Solder 가 어떻게 접합이 되는지 알아야 합니다.
Solder가 각 Pad와 고온에서 접합을 형성할 때 각 접합 계면에선 확산이 발생하게 됩니다. 구리와 주석이 서로 섞이는 현상이죠. 이를 확산 접합이라고 합니다.
이 확산 접합이 발생하고 구리와 주석이 섞여 형성되는 물질이 있는데 이를 금속간화합물(IMC : Intermetallic compound)이라고 부릅니다. Soldering에서 이 IMC의 형성은 매우 중요한 요소입니다.
보통 약 5um내외의 두께로 접합계면에서 형성되는데 이 IMC는 균일하며 적절한 두께를 형성하고 있어야 합니다. 너무 얇다면 접합력이 약할 수 있고 너무 두껍다면 비교적 약한 충격에 의해 쉽게 Crack이 발생할 수 있기 때문입니다.
(IMC는 유리나 세라믹과 같이 기계적인 충격에 약한 기계적 특성을 가지고 있습니다.)
이처럼 열과 관련된 Crack 외에도 기계적인 충격에 의해서 Solder의 Crack이 발생할 수 있기 때문에 신뢰성 시험을 통해 검증 과정을 거치게 됩니다. (진동시험, 낙하시험 등)
기계적인 충격엔 순간적인 충격말고도 지속적으로 가해지는 응력의 충격도 있을 것입니다. 이 경우 인장응력, 또는 전단 응력이라고 부르는데 이 경우는 Crack 양상이나 파단 양상이 또 다릅니다.
지속적인 응력이 가해지며 Crack이 발생할 땐 보통 강도가 약한 Solder 자체에서 파괴가 발생하게 됩니다. Solder의 인장강도가 접합 재료중 가장 약하기 때문이죠.
위의 인장파괴(Ductile fracture)에 의한 BGA 예시 사진처럼 인장응력이나 전단응력에 의해 Solder crack 및 파괴가 발생할 땐 마치 잡아 뜯는 엿가락 처럼 파괴가 발생하게 됩니다. 이처럼 파괴된 Solder의 형상 관찰을 통해 대략적인 파괴 원인을 파악할 수 있죠.
이 외에도 다양한 원인에 의해 Crack이 발생할 수 있습니다. 자세한건 Crack 현상에 대한 정확한 관찰과 분석이 진행되어야 합니다. (제조 공정의 문제로 Crack이나 결함이 발생할 수도 있기 때문에...)