민감한 부품들의 무납땜 결선을 위한 전도성 에폭시

인쇄회로기판 조립 (PCBA), 열에 민감한 SMD 부품들 (예, 다층 세라믹 커패시터)들에 대한 전기적인 조립에서 이들은 때때로 이용되지만 상승하는 온도에 노출되면 열적 균열 및 손상에 민감합니다. 땜납 없이 전도성 결합을 만드는 것은 해당 절차동안에 온도가 300^oC를 넘어갈 수 있기 때문에 가능하지 않을 수 있습니다.

설상가상으로, 유해물질 제한지침은 납 솔더링을 제한합니다. 무연납 솔더링은 높은 용해점 때문에 열에 민감한 부품들을 손상시킬 수 있습니다.

이 글은 예를 들어서 전도성 에폭시를 활용하는 것처럼 대안 방안들 중 한가지에 대해 집중합니다. 공학자들이 이러한 문제점들을 성공적으로 다룰 수 있기 위해 도움이 되는 Chemtronics의 제품들을 포함하여 몇가지 실용적인 일반적인 적용이 논의될 것입니다.

자석에 와이어를 결합하기 위한 전도성 에폭시

그네틱 커넥터는 자기력으로 만들어진 전기적인 연결입니다. 플러그와 소켓은 모두 자정렬 연결이 가능한 자기 면들을 가지고 있습니다. 마그네틱 커넥터가 있는 기판들은 역극성 보호 다이오드를 필요하지 않으며 이는 자정렬 연결의 장점입니다. 마그네틱 커넥터는 그림1에 나와 있습니다.

그림 1: 마그네틱 커넥터

영구자석에서는 자기적으로 정렬된 도메인 때문에 자기 성질을 가집니다. 이러한 자석들은 온도에 민감합니다. 해당 도메인들은 특정 온도에서 이들의 정렬을 잃게 되며 때문에 자석은 영구 자력을 잃게 됩니다. 최대 사용 온도 (Top) 이상에서는 자석이 자성을 잃기 시작하며 퀴리 온도 (Tcurie) 는 자석이 영구 자력을 잃는 기준점입니다. 일반적으로 이용되는 네오디뮴 자석에서, 최대 사용 온도Top = 100^oC 이며 퀴리 온도 Tcurie = 320^oC 입니다.

그러므로, 이러한 마그네틱 커넥터에 와이어를 결합하기 위해서, 솔더링에 요구되는 온도가 퀴리 온도 Tcurie를 넘어가고 자성을 잃게 되기때문에 솔더링은 최선의 방법이 아닙니다. 자기소거를 예방하기 위해서는, 와이어를 자석에 부착시키기 위해서 솔더링 대신에 전도성 에폭시가 이용될 수 있습니다. 솔더에서의 리플로우와는 달리, 에폭시에서는 솔더링에서 요구되는 온도보다 더 낮은 온도에서 큐어링(경화)이 요구됩니다. 큐어링은 더 강한 결합을 보장하기 위해서 특정한 시간이 필요합니다. 완전히 큐어되면, 고분자 바인더의 수축은 필러 입자들 사이에 접촉을 증가시키고 더 높은 큐어 수축의 부착은 더 나은 전도성을 보여줍니다. 게다가 더 강한 자기력 (단단한 결합)이 필요하다면 자석들이 서로 부착될 수 있도록 같은 전도성 에폭시가 이용될 수 있습니다.

수정 발진기에 납을 결합시키기 위한 전도성 에폭시

수정 발진기는 필터, 스마트시계, 오실로스코프 등을 포함하는 초소형 전자공학에서 기본적이며 가장 중요한 부품들 중 하나입니다. 수정 발진기에서의 압전기의 타고난 성질은 수정 발진기를 진동자로 이용될 수 있도록 하는 데에 이상적입니다. 이러한 수정 발진기들은 디지털 집적 회로 (ICs)를 작동시키기 위해 선택적으로 정밀한 진동수를 제공합니다.

전기장의 적용은 공진 주파수라고도 알려져 있는 주파수와 함께 저기 신호로 해석되는 수정 성분의 모양을 변화시킵니다. 수정 발진기들은 납이 부착되어 있는 두 전극과 수정 성분으로 만들어져 있습니다. 수정 발진기의 구조는 그림 2에 나와 있습니다. 지지하는 부분 (납)을 수정 장치에 부착하기 위해서 현대의 수정 발진기에는 솔더링이 이용되지 않습니다. 납땜으로 된 연결은 수정의 진동을 약화시킬 수 있는 기계적으로 충분히 단단한 성질을 가져다 줍니다. 납땜 이음은 수정에 부하를 가하며 따라서 진동이 제한될 수 있습니다.

솔더링의 대안으로, 전도성 에폭시가 수정의 구동을 위해 충분한 전기적 전도성을 제공하면서 기계적인 부하 없이 납들을 연결하는 목적을 대신 달성해 줄 수 있습니다. 솔더링과는 달리, 전도성 에폭시는 온도, 응력 및 시간에 걸쳐 유지 성질을 변화시킬 수 있으며 수정 내부에 쌓일 수 있는 탈기체를 방지할 수 있습니다. 다량의 상품 SMD 수정 및 수정들은 에폭시를 이용하여 완전밀폐 케이싱에 담겨져 있습니다 [2]. 게다가, 전도성 에폭시는 표면의 열팽창 계수 (CTE)의 부조화로 인하여 땜납보다 적은 유도 열 변형률을 가지고 있습니다.

그림 2: 수정 진자 구조 [1]

전도성 에폭시 다이 접착

능동 또는 수동에 상관없이 모든 부품들은 표면 실장 기술 (SMT) 부품들의 형태로 포장되어진 마이크로 크기의 칩으로 되어 있거나 또는 다이라는 형태로 이용되어집니다. 기판에 이러한 칩들을 장착하기 위해서 두가지 선택사항이 있습니다: 솔더링 및 전도성 에폭시를 이용하는 것입니다. 다이를 표면에 납땜하는 것은 솔더 페이스트가 습윤성과 부착 강도를 향상시키는 플럭스를 가지고 있기 때문에 상대적으로 비싼 절차입니다. 시각적 자료가 그림 3으로 나와 있습니다.

그림 3:다이 부착에 대한 전도성 에폭시 [2]

어떠한 적용에서는, 조립 절차에서 비용이 주요성과지표(KPI)로 되며, 초소형 전자 기계 시스템 (MEMS)을 PCB에 올리기 위해서, 조립 공간과 비용을 절약하기 위해 직접적 칩 온 보드 패키징 아이디어가 활용될 수 있습니다. 그림 4에 나와 있는 이러한 개념은 MEMS 장치를 패키지에 올려야 하고 그 후 납땜을 통해서 PCB에 올려지는 노력이 필요한 전통적인 방식과 비교했을 때 조립 비용을 낮추면서 기판의 밀도를 증가시킬 수 있습니다.

그림 4: MEM 적용에서의 전도성 접착제 [3]

전도성 에폭시에 대한 다른 적용

상기 논의된 적용들과 더불어, 전도성 에폭시는 다른 많은 부분에도 긍정적으로 이용됩니다. 예를 들어서, 하드 디스크 드라이브, 액정 디스플레이 (LCD), 적층 세라믹 칩 커패시터, 히트 싱크, 솔라 셀, 전자파 (EMI) 차폐, ESD 통제/그라운딩, 전파식별 (RFID) 태그, 및 PCB수리 모두 전도성 에폭시를 이용합니다. 의학 산업에서는, 전도성 에폭시가 보청기 및 그림 5에 나와 있는 것처럼 초음파 이미지 장치에도 사용됩니다.

그림 5: 초음파 이미징 튜브 [4]

CircuitWorks 실버 전도성 에폭시

만날 수 있는 모든 전도성 에폭시들 중에서, 실버 전도성 에폭시는 유리, 목재, 플라스틱, 종이, 흑연, 직물, 세라믹 및 금속을 포함하여 대부분의 기질과 호환됩니다. 결과적으로, 실버 전도성 에폭시는 열팽창계수(CTE)가 다른 재료들과 함께 잘 결합할 수 있습니다. 은이 전기적으로 가장 좋은 전도체로 이용되는 것과 더불어서, 산화제에 저항능력이 있습니다. 실버 전도성 에폭시는 산화은 (산화로부터)이 좋은 전기적인 전도성을 가지기 때문에 산화가 되어도 좋은 수행능력을 보입니다. 그러므로, 화학적으로 안전한 것으로 간주됩니다.

Chemtronics는 유해물질 제한지침 (RoHS)을 따르고 특히 무연납 적용이 요구되는 곳을 위해 개발된 완성된 라인의 제품들을 첫번째로 제공했습니다. CircuitWorks Conductive Epoxy는 전도성을 제공하기 위해 내장된 은 입자들과 함께 에폭시 레진 접착제로 두가지 부분으로 구성되어 있습니다. 우수한 기계적인 강도와 함께, 이는 상온에서 빠른 큐어링과 함께 신뢰할 수 있는 무연납 전기적 연결 또한 제공합니다. 넓은 범위의 재료에 도포하기 위하여 주사기로 투여하는 방법을 이용합니다. CircuitWorks 전도성 에폭시는 유해물질 제한지침 (RoHS)을 따르며 상기 논의된 모든 적용들에 대해 이상적인 선택입니다.

참조