미래의 자재
수많은 전자 부품이 통합된 현대 차량은 다양한 안전 및 편의 기능을 제공하고, 향후 자율 주행이 가능해야 합니다. 이런 구성품은 큰 온도 변화 및 강한 진동 등 다양한 부하를 견뎌야 합니다. 약점 중 하나는, 종종 인쇄회로기판에 부품을 고정하는 솔더 합금입니다. 솔더의 균열은 전자 장치의 오작동 원인이 됩니다. 솔라리스(Solder and Reliability Improvements – 솔더 및 신뢰성 개선) 프로젝트의 목적은 자가 치유 속성을 지닌 솔더 재료를 개발하는 것입니다. 이는 작동 온도에서 솔더가 부분적으로 녹도록 해, 발생하려고 하는 균열을 막고, 기계적 응력을 감소시킴으로써 구현할 수 있습니다. “자가 치유 특성 덕분에 소위 비공융성이라고 하는 합금이 성공의 열쇠가 될 수 있을 것입니다.” 슈베르트는 이와 같이 밝혔습니다.

증가하는 수요
주석-은-구리 솔더를 사용한 소프트 솔더링 공정은 현재 부품 및 인쇄회로기판 연결을 위해 사용됩니다. 반도체 구성품의 경우, 전력 밀도 및 작동 온도, 그리고 필요 서비스 수명이 증가합니다. 새로운 GMW3172 표준에 의거하여, -40°C에서 +140°C 사이의 온도 범위의 사이클을 견뎌야 합니다. 기존 솔더는 최대 섭씨 120도의 작동 온도까지만 견딜 수 있는 반면, 최신 고성능 LED 또는 전력 트랜지스터는 최대 섭씨 140도 이상을 견뎌야 합니다. 이 경우 높은 열 및 기계적 부하가 가해지는 소프트 솔더링 소재는 한계에 도달합니다. 크리프 공정, 기공 형성 및 균열 형성은 결국 조립 실패로 이어집니다. 현재로서는 고가이거나 가공이 어려운 인쇄회로기판 및 외부 패키지 소재를 솔루션으로 사용하고 있습니다.

더 높은 안전성을 위한 시뮬레이션
더 나아가, 조명 시스템 전문 기업인 ZKW는 파트너와 함께, 컴퓨터 지원 시뮬레이션을 연구하고 있습니다. 이를 통해 새로운 솔더 소재의 작동 수명을 예측할 수 있습니다. 테스트 조립은 고장이 날 때까지 극한의 조건을 견디도록 시뮬레이션하여 테스트합니다. 이러한 테스트로 모델을 검증하고 제품의 작동 수명을 예측할 수 있습니다. 빈 기술대학은 기초 연구뿐만 아니라, 솔더 합금에 대한 열역학적 계산을 지원합니다. 또한, 최첨단 스캐닝 전자 현미경과 같은 실험실 및 테스트 장치를 제공합니다. 레오벤 소재 센터는 모델링, 시뮬레이션, 작동 수명 예측 및 손상 분석에 대한 전문 지식을 제공합니다. 연구의 초점은 결함이 있는 부품을 X선 단층촬영 등의 영상화 프로세스를 통해 분석하는 것입니다. ZKW는 이러한 노하우를 활용하여, 예를 들어 파손된 전자 구성품을 검사하고 작동 수명을 예측합니다.