리플로우 솔더링은 솔더 페이스트(분말 솔더와 플럭스의 끈적한 혼합물)를 사용하여 하나 이상의 전기 부품을 접촉 패드에 일시적으로 부착한 후 전체 어셈블리에 제어된 열을 가하여 솔더를 녹이는 프로세스입니다. , 조인트를 영구적으로 연결합니다.가열은 어셈블리를 리플로우 오븐이나 적외선 램프 아래로 통과시키거나 열풍 연필로 개별 조인트를 납땜하여 수행할 수 있습니다.
리플로우 솔더링은 표면 실장 부품을 회로 기판에 부착하는 가장 일반적인 방법이지만 솔더 페이스트로 구멍을 채우고 페이스트를 통해 부품 리드를 삽입하여 스루홀 부품에도 사용할 수 있습니다.웨이브 솔더링은 더 간단하고 저렴할 수 있기 때문에 리플로우는 일반적으로 순수 스루홀 보드에 사용되지 않습니다.SMT 및 THT 부품이 혼합된 보드에 사용되는 경우 스루홀 리플로우를 통해 조립 공정에서 웨이브 솔더링 단계를 제거하여 잠재적으로 조립 비용을 줄일 수 있습니다.
리플로우 공정의 목표는 전기 부품의 과열이나 손상 없이 납땜을 녹이고 인접한 표면을 가열하는 것입니다.기존 리플로우 솔더링 프로세스에는 일반적으로 "영역"이라고 하는 4단계가 있으며 각 단계는 예열, 열 흡수(종종 그냥 흡수로 단축됨), 리플로우 및 냉각이라는 고유한 열 프로필을 갖습니다.
예열 구역
최대 기울기는 인쇄 회로 기판의 온도가 얼마나 빨리 변하는지를 측정하는 온도/시간 관계입니다.예열 구역은 종종 구역 중 가장 길며 램프 속도를 설정하는 경우가 많습니다.증가 속도는 일반적으로 초당 1.0°C~3.0°C 사이이며, 종종 초당 2.0°C~3.0°C(4°F~5°F) 사이로 떨어집니다.최대 기울기를 초과하면 열 충격이나 균열로 인해 부품이 손상될 수 있습니다.
솔더 페이스트는 튀는 효과도 가질 수 있습니다.예열 구간은 페이스트의 용매가 증발하기 시작하는 곳이며, 상승 속도(또는 온도 수준)가 너무 낮으면 플럭스 휘발성 물질의 증발이 불완전합니다.
온열 흡수 구역
두 번째 섹션인 열 흡수는 일반적으로 솔더 페이스트 휘발성 물질을 제거하고 플럭스(플럭스 참조)를 활성화하기 위한 60~120초 노출입니다. 여기서 플럭스 구성 요소는 구성 요소 리드 및 패드에서 산화물 환원을 시작합니다.온도가 너무 높으면 솔더가 튀거나 볼링이 발생할 수 있을 뿐만 아니라 페이스트, 부착 패드 및 부품 종단이 산화될 수 있습니다.
마찬가지로 온도가 너무 낮으면 플럭스가 완전히 활성화되지 않을 수 있습니다.소크 구역의 끝에서 리플로우 구역 직전에 전체 어셈블리의 열 평형이 필요합니다.다양한 크기의 구성 요소 사이에서 또는 PCB 어셈블리가 매우 큰 경우에는 델타 T를 줄이기 위해 흡수 프로파일을 사용하는 것이 좋습니다.영역 배열 유형 패키지의 보이드를 줄이기 위해 흡수 프로파일도 권장됩니다.
리플로우 영역
세 번째 섹션인 리플로우 구역은 "리플로우 위 시간" 또는 "액상선 위 시간"(TAL)이라고도 하며 최대 온도에 도달하는 공정의 일부입니다.중요한 고려 사항은 전체 공정의 최대 허용 온도인 피크 온도입니다.일반적인 최고 온도는 액상보다 20~40°C입니다. 이 한계는 고온에 대한 허용 오차가 가장 낮은 어셈블리의 구성 요소(열 손상에 가장 민감한 구성 요소)에 의해 결정됩니다.표준 지침은 가장 취약한 구성 요소가 공정의 최대 온도에 도달하기 위해 유지할 수 있는 최대 온도에서 5°C를 빼는 것입니다.이 한계를 초과하지 않도록 공정 온도를 모니터링하는 것이 중요합니다.
또한 고온(260°C 이상)은 SMT 부품의 내부 다이에 손상을 줄 수 있을 뿐만 아니라 금속간 성장을 촉진할 수도 있습니다.반대로 온도가 충분히 뜨겁지 않으면 페이스트가 적절하게 리플로우되지 않을 수 있습니다.
TAL(Time Above Liquidus) 또는 리플로우 초과 시간은 솔더가 액체 상태인 기간을 측정합니다.플럭스는 금속 접합부의 표면 장력을 감소시켜 금속 결합을 달성함으로써 개별 솔더 분말 구체가 결합되도록 합니다.프로파일 시간이 제조업체의 사양을 초과하는 경우 조기 플럭스 활성화 또는 소비로 인해 솔더 조인트가 형성되기 전에 페이스트가 효과적으로 "건조"될 수 있습니다.시간/온도 관계가 불충분하면 플럭스의 세척 작용이 감소하여 젖음성이 떨어지고 용매와 플럭스가 제대로 제거되지 않으며 솔더 조인트에 결함이 있을 수 있습니다.
전문가들은 일반적으로 가능한 가장 짧은 TAL을 권장하지만, 특정 시간에 대한 명확한 이유는 없는 것으로 보이지만 대부분의 페이스트는 최소 TAL을 30초로 지정합니다.한 가지 가능성은 프로파일링 중에 측정되지 않는 PCB 위치가 있다는 것입니다. 따라서 최소 허용 시간을 30초로 설정하면 측정되지 않은 영역이 리플로우되지 않을 가능성이 줄어듭니다.높은 최소 리플로우 시간은 오븐 온도 변화에 대한 안전 여유도 제공합니다.습윤 시간은 이상적으로 액상보다 60초 미만으로 유지됩니다.액상선 이상의 추가 시간은 과도한 금속간 성장을 유발하여 접합부 부서짐을 초래할 수 있습니다.보드와 구성요소는 액상선 이상으로 오랜 시간 동안 손상될 수도 있으며, 대부분의 구성요소에는 주어진 최대 온도를 초과하는 온도에 노출될 수 있는 기간에 대해 잘 정의된 시간 제한이 있습니다.
액상선 이상의 시간이 너무 짧으면 용제와 플럭스가 갇힐 수 있으며 차갑거나 둔한 접합부 및 납땜 보이드가 발생할 가능성이 있습니다.
냉각 구역
마지막 구역은 가공된 기판을 서서히 냉각시키고 납땜 접합부를 굳히는 냉각 구역입니다.적절한 냉각은 부품에 대한 과도한 금속간 형성이나 열충격을 방지합니다.냉각 구역의 일반적인 온도 범위는 30~100°C(86~212°F)입니다.기계적으로 가장 건전한 미세한 입자 구조를 만들기 위해 빠른 냉각 속도가 선택됩니다.
[1] 최대 램프업 속도와 달리 램프다운 속도는 종종 무시됩니다.특정 온도 이상에서는 램프 속도가 덜 중요할 수 있지만 모든 구성 요소에 허용되는 최대 기울기는 구성 요소가 가열되거나 냉각되는지 여부에 관계없이 적용되어야 합니다.일반적으로 4°C/s의 냉각 속도가 권장됩니다.공정 결과를 분석할 때 고려해야 할 매개변수이다.
"리플로우"라는 용어는 솔더 합금의 고체 덩어리가 확실히 녹는(단순히 연화되는 것이 아니라) 온도를 나타내는 데 사용됩니다.이 온도 이하로 냉각되면 땜납이 흐르지 않습니다.그 이상으로 다시 가열하면 땜납이 다시 흐르므로 "리플로우(re-flow)"가 발생합니다.
리플로우 납땜을 사용하는 최신 회로 조립 기술은 반드시 납땜이 두 번 이상 흐르는 것을 허용하지 않습니다.이는 솔더 페이스트에 포함된 과립형 솔더가 관련 솔더의 리플로우 온도를 초과하도록 보장합니다.
열 프로파일링
열 프로파일에 대한 프로세스 창 지수의 그래픽 표현입니다.
전자 제조 산업에서는 PWI(Process Window Index)로 알려진 통계적 척도를 사용하여 열 공정의 견고성을 정량화합니다.PWI는 프로세스가 사양 한계라고 하는 사용자 정의 프로세스 한계에 얼마나 잘 "적합"하는지 측정하는 데 도움이 됩니다. 각 열 프로필은 프로세스 창(사양 또는 공차 한계)에 얼마나 "적합"하는지에 따라 순위가 결정됩니다.
프로세스 창의 중앙은 0으로 정의되고 프로세스 창의 맨 끝 가장자리는 99%로 정의됩니다. 100%보다 크거나 같은 PWI는 프로필이 사양 내에서 제품을 처리하지 않음을 나타냅니다.99%의 PWI는 프로필이 사양 내에서 제품을 처리하지만 프로세스 창의 가장자리에서 실행된다는 것을 나타냅니다.60%의 PWI는 프로필이 프로세스 사양의 60%를 사용함을 나타냅니다.제조업체는 PWI 값을 사용하여 특정 열 프로필이 사용하는 프로세스 창의 양을 결정할 수 있습니다.PWI 값이 낮을수록 프로필이 더 강력하다는 것을 나타냅니다.
효율성을 극대화하기 위해 열 프로필의 피크, 기울기, 리플로우 및 소크 프로세스에 대해 별도의 PWI 값이 계산됩니다.출력에 영향을 미치는 열 충격의 가능성을 방지하려면 열 프로필에서 가장 가파른 경사를 결정하고 수평을 유지해야 합니다.제조업체는 맞춤형 소프트웨어를 사용하여 경사의 가파른 정도를 정확하게 결정하고 감소시킵니다.또한 소프트웨어는 피크, 기울기, 리플로우 및 소크 프로세스에 대한 PWI 값을 자동으로 재보정합니다.PWI 값을 설정함으로써 엔지니어는 리플로우 솔더링 작업이 과열되거나 너무 빨리 냉각되지 않도록 할 수 있습니다.
게시 시간: 2022년 3월 1일