플럭스리스 본딩이란? 쉽게 이해하기

도식

플럭스리스 본딩(Fluxless Bonding)은 전자 제품이나 반도체를 만들 때 금속을 서로 붙이는 방법 중 하나인데, 여기서 특별한 도구인 "플럭스"를 사용하지 않는다는 점이 특징입니다. 

플럭스는 보통 납땜(soldering)할 때 금속 표면을 깨끗하게 하고, 공기 중 산소로 인해 생기는 녹(산화물)을 막아주는 역할을 합니다. 

하지만 플럭스를 사용하면 나중에 접합 부위에 남는 잔여물이 문제가 될 수 있어요. 이 잔여물은 기포를 만들거나 부식을 일으켜 제품이 망가질 위험을 높입니다.

플럭스리스 본딩은 이런 문제를 해결하기 위해 나온 스마트한 기술이에요!

플럭스리스 본딩이 어떻게 작동할까?

플럭스를 안 쓰려면 어떻게 금속을 잘 붙일 수 있을까요? 여기에는 몇 가지 비결이 있어요

산소와의 싸움 막기

플럭스가 없어도 금속이 녹슬지 않도록 공기 중 산소를 차단하는 환경에서 작업합니다. 예를 들어, 아주 낮은 압력(진공 상태)이나 수소(H₂)와 질소(N₂) 혼합 가스를 사용해 접합을 합니다. 이렇게 하면 금속 표면이 깨끗하게 유지돼요.

특별한 재료 사용

보통 금(Au), 인듐(In), 주석(Sn) 같은 특수 합금을 사용해요. 이 재료들은 표면에 산화 방지층을 자연스럽게 만들거나, 저온에서도 잘 녹아 붙을 수 있는 성질이 있어 플럭스가 필요 없어요. 예를 들어, 인듐-주석(In-Sn)이나 금-주석(Au-Sn) 조합이 자주 쓰입니다.

낮은 온도에서 붙이기

일반 납땜은 높은 열을 필요로 하지만, 플럭스리스 본딩은 140°C에서 285°C 사이에서 접합이 가능해요. 예를 들어, 인듐은 녹는점이 156.6°C로 낮아서 저온에서도 잘 붙습니다. 이는 열에 민감한 부품에도 안전해요.

깨끗한 접합 결과:

플럭스 없이 하면 잔여물이 없어서 기포가 생기지 않고, 접합 부위가 고르게 잘 붙어요. 이를 확인하려면 주사 음향 현미경(SAM)이라는 기계를 사용해 내부를 들여다봅니다.

 

플럭스리스 본딩의 장점

 

더 튼튼한 제품: 플럭스 잔여물이 없어서 부식이나 기포로 인한 고장이 줄어듭니다.

특수 장치에 딱 맞음: 플럭스를 못 쓰는 미세 전자기계(MEMS), 광학 기기, 의료 기기에 적합해요.

환경에 친절: 플럭스를 씻어내는 과정에서 나오는 화학 폐기물이 줄어 환경 오염도 덜해요.

예시로 이해하기

인듐-주석(In-Sn) 접합: 인듐과 주석을 섞어 140°C에서 붙이면, 접합 후 금속 입자가 섞인 튼튼한 층이 생겨요. 이건 저온에서 작업해야 하는 부품에 좋아요.

금-주석(Au-Sn) 접합: 주석이 많은 금-주석 합금을 225~285°C에서 붙이면, 공기 중에서도 잘 붙어요. 고급 전자 제품에 많이 쓰입니다.

 

한계는 뭐가 있을까?

비싼 비용: 진공 장비나 수소 가스가 필요하고, 금이나 인듐 같은 비싼 재료를 쓰다 보니 공정이 좀 더 비쌀 수 있어요.

기술적 어려움: 특별한 환경과 재료를 다루려면 전문 기술이 필요해요.

어디에 쓰일까?

플럭스리스 본딩은 반도체 칩을 쌓는 3D IC 기술이나 고성능 메모리(HBM)를 만드는 데 점점 더 중요해지고 있어요. 

이는 미래 전자 제품이 더 작고, 빠르며, 오래 가게 만드는 데 큰 역할을 할 거예요.

쉽게 말해, 플럭스리스 본딩은 플럭스 없이도 금속을 깨끗하고 튼튼하게 붙이는 기술로, 전자 제품의 품질을 높이고 환경도 지키는 방법이에요.