표면 실장 공정

리플로우 솔더링은 표면 실장 부품을 인쇄 회로 기판(PCB)에 부착하는 데 가장 널리 사용되는 방법입니다.이 프로세스의 목적은 먼저 부품/PCB/솔더 페이스트를 예열한 다음 과열로 인한 손상을 일으키지 않고 솔더를 녹여 허용 가능한 솔더 조인트를 형성하는 것입니다.

효과적인 리플로우 솔더링 프로세스로 이어지는 주요 측면은 다음과 같습니다.

1. 적합한 기계
2. 허용 가능한 리플로우 프로필
3. PCB/부품 풋프린트 디자인
4. 잘 설계된 스텐실을 사용하여 조심스럽게 인쇄된 PCB
5. 표면 실장 부품의 반복 가능한 배치
6. 좋은 품질의 PCB, 부품 및 솔더 페이스트

적합한 기계

필요한 라인 속도와 처리할 PCB 어셈블리의 설계/재료에 따라 다양한 유형의 리플로우 솔더링 기계를 사용할 수 있습니다.선택한 오븐은 픽 앤 플레이스 장비의 생산 속도를 처리하기에 적합한 크기여야 합니다.

회선 속도는 아래와 같이 계산할 수 있습니다.

라인 속도(최소) =분당 보드 x 보드당 길이
부하율(보드 사이의 공간)

프로세스의 반복성을 고려하는 것이 중요하므로 일반적으로 '부하 계수'는 기계 제조업체에서 지정하며 계산은 아래와 같습니다.

올바른 크기의 리플로우 오븐을 선택하려면 프로세스 속도(아래 정의)가 계산된 최소 라인 속도보다 높아야 합니다.

처리 속도 =오븐 챔버 가열 길이
공정 체류 시간

다음은 올바른 오븐 크기를 설정하기 위한 계산의 예입니다.

한 SMT 조립업체가 8인치 보드를 시간당 180개의 속도로 생산하려고 합니다.솔더 페이스트 제조업체는 4분, 3단계 프로필을 권장합니다.이 처리량으로 보드를 처리하려면 오븐이 얼마나 오래 필요합니까?

분당 보드 수 = 3(180/시간)
보드당 길이 = 8인치
부하 계수 = 0.8(보드 간 2인치 공간)
프로세스 체류 시간 = 4분

회선 속도 계산:(3보드/분) x (8인치/보드)
0.8

라인 속도 = 30인치/분

따라서 리플로우 오븐은 분당 최소 30인치의 처리 속도를 가져야 합니다.

공정 속도 방정식을 사용하여 오븐 챔버 가열 길이를 결정합니다.

30인치/분 =오븐 챔버 가열 길이
4분

오븐 가열 길이 = 120인치(10피트)

냉각 섹션과 컨베이어 로딩 섹션을 포함하여 오븐의 전체 길이가 10피트를 초과한다는 점에 유의하세요.전체 오븐 길이가 아닌 가열 길이에 대한 계산입니다.

2. 대류 팬 속도를 위한 폐쇄 루프 제어 - 리플로우 공정 중에 방해를 받기 쉬운 접촉 면적 대 질량 비율이 작은 SOD323(삽입물 참조)과 같은 특정 표면 실장 패키지가 있습니다.컨벤션 팬의 폐쇄 루프 속도 제어는 이러한 부품을 사용하는 조립에 권장되는 옵션입니다.

3. 컨베이어 및 중앙 보드 지지 폭의 자동 제어 – 일부 기계에는 수동 폭 조정 기능이 있지만 다양한 PCB 폭으로 처리할 어셈블리가 많은 경우 일관된 프로세스를 유지하기 위해 이 옵션을 권장합니다.

허용 가능한 리플로우 프로필

리플로우 프로파일을 생성하기 위해 열전대는 PCB 전체의 온도 범위를 측정하기 위해 여러 위치에서 샘플 어셈블리(일반적으로 고온 납땜 포함)에 연결됩니다.PCB 가장자리 쪽 패드에 열전대를 하나 이상 두고, PCB 중앙 쪽 패드에 열전대 하나를 두는 것이 좋습니다.이상적으로는 '델타 T'로 알려진 PCB 전체의 전체 온도 범위를 측정하려면 더 많은 열전대를 사용해야 합니다.

일반적인 리플로우 솔더링 프로파일에는 일반적으로 예열, 담그기, 리플로우 및 냉각의 4단계가 있습니다.주요 목표는 부품이나 PCB에 손상을 주지 않고 솔더를 녹이고 솔더 조인트를 형성하기 위해 어셈블리에 충분한 열을 전달하는 것입니다.

예열– 이 단계 동안 부품, PCB 및 솔더는 너무 빨리 가열되지 않도록 주의하면서 지정된 흡수 또는 유지 온도로 모두 가열됩니다(일반적으로 초당 2°C를 넘지 않음 – 솔더 페이스트 데이터시트 확인).너무 빨리 가열하면 부품이 깨지거나 솔더 페이스트가 튀는 등 리플로우 중에 솔더 볼이 발생하는 등의 결함이 발생할 수 있습니다.

담그다– 이 단계의 목적은 리플로우 단계에 들어가기 전에 모든 구성 요소가 필요한 온도에 도달했는지 확인하는 것입니다.흡수는 일반적으로 어셈블리의 '질량 차이'와 존재하는 구성 요소 유형에 따라 60~120초 동안 지속됩니다.담그는 단계에서 열 전달이 더 효율적일수록 필요한 시간이 줄어듭니다.

리플로우 단계에서 리플로우 프로파일에 열이 충분히 가해지지 않으면 아래 이미지와 유사한 솔더 조인트가 보일 것입니다.

납이 포함된 솔더가 형성되지 않은 필렛

모든 솔더볼이 녹은 것은 아닙니다.

리플로우 후 일반적인 납땜 결함은 아래에서 볼 수 있듯이 중간 칩 납땜 볼/비드의 형성입니다.이 결함에 대한 해결책은 스텐실 디자인을 수정하는 것입니다.자세한 내용은 여기에서 볼 수 있습니다..

강한 플럭스를 함유한 솔더 페이스트를 사용하지 않는 추세이므로 리플로우 공정 중 질소 사용을 고려해야 합니다.문제는 실제로 질소에서 리플로우하는 능력이 아니라 산소가 없을 때 리플로우하는 능력입니다.산소가 있는 상태에서 납땜을 가열하면 일반적으로 납땜할 수 없는 표면인 산화물이 생성됩니다.

냉각– 이는 단순히 어셈블리가 냉각되는 단계이지만 어셈블리를 너무 빨리 냉각하지 않는 것이 중요합니다. 일반적으로 권장되는 냉각 속도는 3°C/초를 초과해서는 안 됩니다.

PCB/부품 풋프린트 설계

어셈블리가 얼마나 잘 리플로우되는지에 영향을 미치는 PCB 설계의 여러 측면이 있습니다.구성 요소 설치 공간에 연결되는 트랙의 크기를 예로 들 수 있습니다. 구성 요소 설치 공간의 한쪽에 연결되는 트랙이 다른 쪽보다 크면 열 불균형으로 인해 아래에서 볼 수 있는 것처럼 부품이 '삭제 표시'로 변할 수 있습니다.

또 다른 예는 '구리 밸런싱'입니다. 많은 PCB 설계에서는 넓은 구리 영역을 사용하며, 제조 공정을 돕기 위해 PCB를 패널에 넣는 경우 구리의 불균형이 발생할 수 있습니다.이로 인해 리플로우 중에 패널이 휘어질 수 있으므로 아래에서 볼 수 있는 것처럼 패널의 낭비 영역에 '구리 밸런싱'을 추가하는 것이 좋습니다.

보다'제조를 위한 디자인'다른 고려사항을 위해.

잘 설계된 스텐실을 사용하여 조심스럽게 인쇄된 PCB

표면 실장 어셈블리 내의 초기 프로세스 단계는 효과적인 리플로우 솔더링 프로세스에 매우 중요합니다.그만큼솔더 페이스트 인쇄 공정PCB에 솔더 페이스트를 일관되게 도포하는 것이 중요합니다.이 단계의 모든 결함은 원치 않는 결과로 이어질 수 있으므로 이 프로세스를 완벽하게 제어할 수 있습니다.효과적인 스텐실 디자인필요합니다.

표면 실장 부품의 반복 가능한 배치

부품 배치 변형

표면 실장 부품의 배치는 반복 가능해야 하므로 안정적이고 잘 유지 관리되는 픽 앤 플레이스 기계가 필요합니다.구성 요소 패키지가 올바른 방식으로 학습되지 않으면 머신 비전 시스템이 각 부품을 동일한 방식으로 인식하지 못하여 배치의 변화가 관찰될 수 있습니다.이는 리플로우 솔더링 공정 후에 일관성 없는 결과를 가져옵니다.

부품 배치 프로그램은 픽 앤 플레이스 기계를 사용하여 생성할 수 있지만 이 프로세스는 PCB Gerber 데이터에서 직접 중심 정보를 가져오는 것만큼 정확하지 않습니다.이 중심 데이터는 PCB 설계 소프트웨어에서 내보내지는 경우가 많지만 가끔 사용할 수 없는 경우도 있습니다.Gerber 데이터로부터 중심 파일을 생성하는 서비스는 Surface Mount Process에서 제공됩니다..

모든 구성 요소 배치 기계에는 다음과 같이 지정된 '배치 정확도'가 있습니다.

35um(QFP) ~ 60um(칩) @ 3 시그마

배치할 부품 유형에 맞는 올바른 노즐을 선택하는 것도 중요합니다. 다양한 부품 배치 노즐은 아래에서 볼 수 있습니다.

좋은 품질의 PCB, 부품 및 솔더 페이스트

품질이 좋지 않으면 바람직하지 않은 결과를 초래할 수 있으므로 프로세스 중에 사용되는 모든 항목의 품질은 높아야 합니다.PCB 제조 공정과 PCB의 저장 방식에 따라 PCB 마감 처리로 인해 리플로우 솔더링 공정 중 납땜성이 저하될 수 있습니다.다음은 PCB의 표면 마감이 좋지 않아 '블랙 패드'라고 알려진 결함이 발생할 때 볼 수 있는 현상의 예입니다.

좋은 품질의 PCB 마감

변색된 PCB

PCB가 아닌 부품으로 흐르는 솔더

마찬가지로 표면 실장 부품 리드의 품질은 제조 공정 및 보관 방법에 따라 열악할 수 있습니다.

솔더 페이스트의 품질은 다음 사항에 의해 크게 영향을 받습니다.보관 및 취급.품질이 낮은 솔더 페이스트를 사용하면 아래에서 볼 수 있는 결과를 얻을 가능성이 높습니다.