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냉납

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1. 개요2. 원인3. 해결책4. 예방책5. 사례
5.1. 모바일 기기5.2. GPU5.3. 전자 기기
6. 관련 문서

1. 개요

냉납(Cold Solder Joint; Cold Joint; 冷鑞)이란 전자 기기의 기판과 전자 부품을 이어주는 납땜의 전기적 연결이 끊어진 현상이며 생산 공정 상의 온도 관리 문제로 일어날 수도 있으나 CPU, GPU 등의 소비 전력이 많고 발열이 심한 반도체에서는 진행성 불량으로 나타나기도 하며 드물게는 반도체 설계 자체의 문제인 경우도 있다.

2. 원인

냉납 현상의 주원인은 생산 공정상 부적합한 온도 설정, 반도체의 발열, 급격한 온도 변화, 납땜의 노후화 등이 있다. 모든 물질은 열이 가해지면 부피가 팽창하고 식으면 수축하는데, 전자 부품과 기판을 이어주는 납땜도 마찬가지다. 반도체의 특성상 납땜의 크기가 작고 얇은데, 이것이 팽창과 수축을 반복하다 끊어져 접촉 불량이 생기는 것이다. BGA 방식으로 실장된 칩에서 자주 나타나며, 다른 방식에서는 드물게 발생한다.[1] 따라서 이러한 현상은 발열이 심한 컴퓨터나 스마트폰의 중앙처리장치, 그래픽 카드의 GPU에서 주로 나타난다. 또한 같은 BGA 방식을 주로 사용하는 전자기기라도 상대적으로 방열 성능이 나쁜 경량 기기들에서 자주 발생하는 경향이 있다. 그러나 이러한 요인은 실제로 보고되고 있는 냉납 사례들 중 일부에 지나지 않는다.

유럽연합은 특정 유해 물질 사용 제한 지침(RoHS)을 2006년 7월 1일에 발효했는데, 이때쯤부터 전자 제품 제조사들은 땜납 재료를 납과 주석에서 납을 함유하지 않은 주석, 은, 구리 합금의 무연납으로 바꿨다. 이 시기 생산된 전자 제품들은 무연납 생산 경험이 축적되기 전에 생산되었는데 그래서 이 시기의 제품들은 냉납 현상이 잘 발생한다. 세월이 흘러 무연납 생산 경험이 축적되면서 지금 나오는 전자 제품이나 전자 부품들은 이런 문제가 크게 줄어들었다.

3. 해결책

냉납의 절대 다수는 육안으로 냉납 여부를 확인하기가 불가능에 가깝고, BGA 등 납땜 면이 직접 노출되지 않는 방식은 엑스레이 투과 검사 등 고가의 비파괴검사를 시행해야 알 수 있다. 그렇기 때문에 냉납은 직접 판정하기 보다는 고장 증상으로 유추할 수밖에 없다.

다만 컴퓨터 부품 중 그래픽 카드에 한해서 오븐으로 굽거나, 열풍기(히팅건)로 지지거나, 다리미질을 해서 복구한 사례가 여럿 나오고 있다. 심지어 그래픽 카드의 방열판과 냉각팬을 제거하고, 본체를 뒤집어 자체 발열과 중력의 힘만으로 고친 사례도 있다.[2] 이는 GPU가 크고 소비 전력과 발열이 높기 때문에 고장의 주원인으로 냉납을 유추할 수 있고 비교적 고가의 부품이므로 고쳐서 쓰려는 심리가 강한 것을 이유로 들 수 있다. 보증기간이 지난 후 냉납이 생기면 이런 식의 수리 말고는 방법이 없기도 하다. 그러나 냉납 현상은 위에서 설명했듯 볼납의 균열로 접속 상태가 나빠진 것이 원인이기 때문에 이런 시도들은 접속 상태가 일시적으로 좋아져 잠시 동작 상태가 좋아졌을 뿐 냉납 현상이 재발하는 경우가 많다.

정식 A/S 센터에서 냉납 현상이 발생한 기판을 수리하는 방법은 일반적으로 해당 모듈을 교환하는 것이다. 그래서 수리비가 비싸다. 대신 모듈을 통째로 교체하는 것이니만큼 신뢰성은 높다. 다만 사설 수리 업체의 경우 장비를 갖추고 리볼링 작업을 할 수 있는 경우도 있으니 이쪽의 도움을 받는것도 고려해 볼만하다. 리볼링 장비는 지그, 볼납, 메탈 마스크(스텐실), IC 히터 같은 장비들이 필요한데 총합하면 대략 1000만원이 넘기 때문에 일반인들이 시도할 수 없다. 또한 리볼링 작업은 미세한 볼납들을 정교하게 정렬해 PCB에 고르고 튼튼하게 용접해야 하는 작업이며, 그래서 숙련된 기술자도 필요하다. 냉납을 수리하기 위해 필요한 장비들과 숙련된 기술이 요구되는데, PC의 경우 이에 비해 기성품의 가격이 저렴해 적절한 수리 비용을 산정하기 어려운 문제가 있다. 또한 다양한 이유로 PCB가 평탄도를 잃고 공차가 커지면서 이로 인한 냉납 현상이 발생하거나 IC가 사망한 경우 수리에 실패하며 이런 경우 의뢰인에게 수리 비용을 청구하기도 어렵다. 이런 이유로 이런 작업을 수행하는 PC 부품 사설 수리 업체가 적으며, 주로 A/S를 운영하는 법인 회사에서 이런 작업을 하고 있다.

휴대폰의 경우 외부의 급격한 온도차로 인해 일시적으로 냉납이 되었을 때는 휴대폰의 온도가 올라가면 다시 작동되는 경우도 있다.(주로 아이폰) 이런 경우는 보통 생산 과정에서 두께를 줄이기 위해 납을 얇게 발라놓은 기종이나 오래된 기종(대략 5년 이상)에서 자주 일어난다. 물론 사용 환경에 따라서 달라질 수 있다.

4. 예방책

냉납 현상을 예방하기 위한 근본적인 방법은 부품이 고온 환경에 노출되지 않도록 하는 것이다. 즉, 냉각에 신경써야 한다. 냉각 대책이 미흡한 스마트폰 등의 모바일 기기는 발열로 인해 냉납이 일어날 위험이 특히 높으므로 각별한 주의가 필요하다. 또한 급격한 온도 변화와 물리적 충격 또한 냉납의 주요 원인 중 하나이므로 이에 주의해야 한다. 스마트폰과 같은 모바일 기기의 경우 충전 중 사용을 삼가고(특히 고속충전) 야외에서 밝기를 약간 낮춰 사용하고 소파에 던지는 등 내부에 충격을 줄 수 있는 행위를 자제하는 것으로 냉납을 포함하여 고장을 방지할 수 있다.

2006년에 출시된 전자 제품이나 전자 기기들은 무연납으로 납땜 방식이 바뀌는 과도기에 생산되었기 때문에 기본적으로 내구도가 좋지 못한 경우가 많다. 모바일 기기는 2010년대 초반까지도 냉납 현상이 자주 일어난다. 중고로 매입할 경우에는 이들 제품들은 가급적 피하는 것이 좋다.

2017년부터 가상화폐 채굴에 동원되었던 그래픽 카드 물량이 중고 시장에 대거 풀림에 따라 이 중고 그래픽 카드들의 냉납 현상에 대한 우려가 커졌었다. 하지만 GIGABYTE, XFX, ASUS의 2017~2018년도 불량률 발표를 보면 냉납으로 판정된 제품의 증가는 소폭이었으며 전원부 고장에 대한 비율이 압도적으로 높았다.[3]

5. 사례

이 항목에서는 냉납 현상이 자주 보고되는 것으로 알려진 전자 제품 및 전자 부품을 기재한다.

5.1. 모바일 기기

5.2. GPU

  • 지포스 8000 시리즈 (G84, G86 칩셋군)
    설계 결함으로 인해 그래픽 칩셋 과열로 인한 냉납 현상이 자주 발생하였다.# 구조적인 문제였기 때문에, 해당 칩셋의 사용자들은 금전 보상을 받거나 품질 보증 기간이 1년 연장되었다.
    이 칩셋 구조 문제는 엔비디아 직원의 양심 선언으로 밝혀진 문제였지만, 의외로 많은 사용자들이 이 사실을 몰랐다. 품질 보증 기간에 문제가 발생하여 제조사에 문의한 경우 이 사실을 알게 되어 금전적인 보상과 품질 보증 연장 혜택을 받았으나, 1년 이상이 되어 품질 보증 기간이 끝난 노트북 사용자들은 품질 보증 기간이 끝났기에 스스로 고쳐 써야 했으므로 이러한 사실을 몰랐기에 고통받을 수밖에 없었다. 8600M GT는 2008년 당시 모바일용 그래픽 칩셋군중 상급에 속하는 비싼 물건이었기 때문에, "결함" 문제인 것을 모르는 유저들은 노트북을 쉽게 포기할 수가 없었기에 대부분 수리하여 사용하였다. 본문에 나오는 헤어드라이기, 히팅건, 오븐, 다리미, 구리판 신공[21] 등을 행하는 경우가 많았다.(구리판 구매가 힘들땐 동전을 이용하기도 했다.) 사례1 사례2 위의 방식들은 방열판을 분리해서 해야 효과적이다.[22] 그러나 구조적인 문제였기 때문에 위의 방식을 써도 냉납 현상이 다시 발생했으며 사용자들은 이를 반복하곤 했다. 자가수리를 하면 할수록 냉납 현상은 더욱 심해져 리볼링을 해야 수리가 가능할 지경까지 이르게 되는 경우가 많았다.
    보상금 또한 문제가 있었다. 신청 날짜에 따라 차등적으로 보상하였기 때문에, 이 사실을 늦게 안 유저들은 더욱 분통이 터질 수밖에 없었다.
  • 지포스 9000 시리즈
  • 지포스 200 시리즈
  • 지포스 400 시리즈 :당시 잘못된 설계로 엄청난 발열량과 소비 전력량에 시달려야 했다.
  • 지포스 500 시리즈
  • 지포스 2000 시리즈: 일명 읒증 현상. 초기 제품에서 그냥 뻗어버리거나 냉납 증상에서 보이는 현상들이 발견되었다. 그러나 이러한 증상이 냉납으로 인해 생긴건지 아니면 PCB 설계 오류로 인해 생기는 유사 증상인지에 대해서는 논란이 있다.
  • 라데온 HD 2000 시리즈
  • 라데온 HD 5000 시리즈: 모바일 중저가형 GPU인 라데온 HD 5470의 냉납으로 인한 고장 현상이 잦았다.
  • 라데온 HD 6000 시리즈: 모바일 최상급 GPU인 라데온 HD 6990M의 냉납 고장 사례가 잦았다.
  • 라데온 HD 7000 시리즈
  • 라데온 HD 8000 시리즈: 특히 모바일용 GPU에서 많이 보고되고 있다. AMD 라데온 HD8870M, AMD 라데온 HD8980M을 탑재했던 노트북들이 많고 이들 노트북들을 중심으로 냉납 현상이 보고되고 있다.
  • 라데온 Rx 200 시리즈
  • 라데온 Rx 300 시리즈

5.3. 전자 기기

  • Xbox 360: 초기 모델이 냉납으로 사망하는, 속칭 "레드링"으로 큰 논란을 일으켰으며 리콜이 진행되었다. Red Ring of Death(RRoD)라는 고장 증상 명칭으로 매우 유명하다.
  • PlayStation 3: 2006~2007년 발매된 초기모델(일명 참치)은 냉납으로 인해 사망하는 문제의 대표 기기 중 하나이다. 위와 비슷하게 고장 증상으로 인해 Yellow Light of Death(YLoD)라고 불린다.
    둘 다 2000년대 중반에 출시된 7세대 게임기인데, 출시된 시기가 땜납 재질이 무연납으로 전환되기 시작한 시기라는 특징이 있다.
  • iMac G5: CPU인 PowerPC G5(970)의 소비 전력량과 발열량이 아주 많아 냉납으로 고장나는 사례가 많았다.

6. 관련 문서

[1] DIP 소켓을 제외한 LGA나 PGA 방식의 소켓도 기판과 소켓 사이의 연결에는 대부분의 경우 BGA 방식이 사용되지만 발열의 근원과 거리가 있기 때문에 냉납은 매우 드물게 발생한다.[2] 화면이 나오지만 줄이 그어지는 냉납 현상의 경우 해당 방법으로 그래픽 카드를 방열판 없이 작동시키면 일정 온도로 GPU 온도가 올라가다가 보호 기능으로 전력을 차단시키면서 모니터 화면이 나가는데 이때 재부팅하면 GPU가 정상 상태로 살아나는 경우가 있다. 주의할 점 뒤집은 본체를 다시 원래대로 하고 그래픽 카드를 장착하면 냉납이 다시 재발할 가능성이 크므로 본체를 뒤집은 상태 그대로 사용하는 것이 좋고 설령 그렇게 사용하더라도 노후화로 인한 다른 이유로 그래픽 카드가 고장날 가능성도 있다.[3] 냉납이란 원인으로 고장난게 적었을 뿐이지 전원부 고장은 늘었다. 어쨌든 채굴로 고장난 제품이 증가한 것은 사실이다.[A] Wi-Fi칩 냉납. 사실 냉납은 아니여서 접촉만 해주면 쉽게 고쳐진다.[A] [B] 전원부 냉납으로 인한 무한 부팅.[B] [B] [9] 애초에 냉납보다 더 큰 문제가 존재한다.[B] [C] GPS, 블루투스, Wi-Fi칩 냉납.[C] [C] [D] CPU 냉납으로 인한 무한 부팅. 이쪽은 확률도 독보적으로 높고 사례가 많아서 언론 등지에 공론화까지 되었다.[D] [D] [D] [B] [E] 오디오 IC칩 냉납으로 인한 무한 부팅.[E] [21] 조그만한 구리판을 방열판과 칩셋 사이에 넣어 세게 조여놓는 방법을 말한다.[22] 그런데 노트북은 방열판을 분리하면 품질 보증 대상에서 제외되는 문제점이 있다.[23] 이와 비슷한 사례가 나올 수 있기 때문에 군사/항공/우주 분야에 들어가는 전자기기는 일반 전자기기의 품질기준보다 훨씬 엄격하다.

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