냉납이란 무엇인가 - 냉납의 원인과 해결 방법

냉납(Cold Solder)이란 납땜이 정상적이지 않은 방법으로 녹아서 반도체 칩이 기판에서 떨어지는 현상을 말합니다. 냉납 현상은 CPU, 그래픽 카드, 스마트폰 등 납으로 접합되어 있는 모든 전자기기에서 발생할 수 있습니다. 냉납 현상의 원인은 여러가지가 있습니다. 그 중에서도 크게 3가지를 꼽을 수 있습니다.

  

 

1. 칩 자체가 너무 뜨거운 경우

2. 납의 양이 너무 많거나 적어서 적절하지 않은 경우

3. 기판 설계 자체가 문제인 경우

 

 

 

 

특히 냉납 현상은 반도체 아래에 볼납을 얹어 녹여서 접합하는 BGA(Ball Grid Array) 방식으로 만들어진 칩에서 자주 일어납니다. 스마트폰, 그래픽 카드, 노트북 등에서 많이 사용하는 방식입니다.

 

위 사진을 보면 은색 공들이 줄지어 서 있는데, 그게 바로 볼납입니다. 저 상태로 기판에 올린 다음 뜨거운 바람을 불어넣어서 납을 녹이면 반도체가 기판에 붙는 것입니다.

 

 

이렇게 기판 위에 칩을 붙여놓습니다. 저 아래에는 녹은 볼납들이 있습니다.

 

 

이렇게 붙어있는 납들이 깨지거나 녹으면 위 사진처럼 기판과 칩 사이가 떨어지게 됩니다. 그러면 고장이 발생하는 것입니다.

 

주된 고장 증상은 그래픽 카드의 경우에는 화면이 깨지게 되고, 스마트폰은 무한 재부팅 현상이 발생합니다. 특히 노트북이나 스마트폰처럼 발열 해소가 잘 안되는 장치를 장기간 사용하면 냉납이 쉽게 오게 됩니다.

 

냉납 현상이 발생했다고 해서 다 못쓰고 버리는 것은 아닙니다. 고장이 발생한 PCB 기판 전체를 교체하거나 문제가 생긴 볼납을 수리할 수 있습니다.

 

열풍기로 볼납을 녹여서 칩을 기판에서 떼어낸 다음 새로운 볼납을 놓고 다시 열풍기로 녹여서 붙여주면 수리가 되는 겁니다. 심지어는 기기를 냉납이 발생한 방향 반대로 놓고 다리미나 열풍기로 지져버리는 임시 처방도 가능합니다.

 

 

그러나 수리가 되었다 하더라도 기판 설계 자체가 문제인 경우나 칩 자체가 너무 뜨거운 경우에는 얼마 가지 못하고 또다시 냉납 현상이 발생하게 됩니다. 교체도 마찬가지로 원인이 해결되지 않았다면 또 그렇게 됩니다.

  

냉납 현상으로 가장 유명한 경우로는 그래픽 카드 쪽에서는 지포스 GTX 560, 스마트폰 쪽에서는 LG G4, V10이 있습니다. 

 

특히 지포스 GTX 560은 과거에 PC방에서도 많이 사용되었으며 그래픽 칩 자체가 열이 많이 나기 때문에 몇년 사용하다 보면 냉납 현상이 많이 발생하였습니다.  

 

LG V10 스마트폰도 마찬가지로 발열이 대단한 스냅드래곤 808을 사용하였고 PCB 설계 자체에도 문제가 있어 냉납 현상이 매우 빈번하게 발생하였습니다. 국내에서는 큰 문제가 되지는 않았으나, 미국에서는 집단 소송으로 번질 정도로 매우 심각한 이슈였습니다.

 

G4와 V10에서 무한 재부팅 증상이 나타나면 백이면 백 냉납이 발생한 것이고, 무한 재부팅 현상은 보증기간이 지났다 하더라도 무상으로 수리된다고 합니다.