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진공 리플로우 솔더링 공정의 장점

2022-06-14 10:28

전자 제품의 기능이 향상됨에 따라 인쇄 회로 기판의 집적도가 높아지고 소자의 단위 전력도 커지고 있습니다. 특히 통신, 자동차, 철도, 태양광, 군사, 항공 우주 분야에서 고출력 트랜지스터, 고주파 전원, LED, IGBT, MOSFET 등의 소자 사용이 증가하고 있습니다. 이러한 소자는 일반적으로 BGA, QFN, LGA, CSP, TO 패키지 등으로 제공되며, 공통적으로 소비 전력이 크고 방열 성능 요구 사항이 높다는 특징이 있습니다. 방열 솔더 패드의 보이드율은 제품의 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 보이드의 영향으로 솔더 조인트의 기계적 강도가 저하되고 열 저항이 증가하며 전류 경로가 감소하여 솔더 조인트의 열 전도 및 전기 전도 성능에 영향을 미쳐 소자의 전기적 신뢰성을 저하시킵니다.

IPC-A-610, IPC7095, IPC7093 등의 규격에서는 BGA, BTC 패키지 소자의 솔더 조인트 보이드에 대해 자세히 설명하고 있으며, 붕괴 가능한 솔더 볼을 가진 BGA 소자의 경우 보이드율 기준을 30%로 규정하고 있습니다. 그 외의 경우 명확한 기준이 없으므로 제조업체와 고객이 협의하여 결정해야 합니다. 고출력 소자의 접지 패드의 경우 일부 고신뢰성 제품 사용자는 보이드율 요구 사항을 업계 표준보다 높은 10% 이하로 설정하기도 합니다.

따라서 이러한 SMT 소자 솔더 조인트의 보이드를 줄이는 방법은 제품 품질과 신뢰성을 향상시키는 핵심 문제 중 하나입니다. 현재 업계에서는 저보이드율 솔더 페이스트 사용, PCB 패드 설계 최적화, 도트 매트릭스 스텐실 개구부 사용, 질소 환경에서의 솔더링, 사전 형성된 솔더 패드 사용 등 다양한 솔루션이 있습니다. 하지만 최종 결과는 그다지 만족스럽지 않으며, 대면적 접지 패드의 경우 보이드율을 10% 미만으로 안정적으로 제어하기가 어렵습니다. 표면 실장 소자의 리플로우 솔더링 후에는 일반적으로 솔더 조인트에 일부 보이드가 남아 있으며, 솔더 조인트 면적이 클수록 보이드 면적도 커집니다. 그 이유는 용융된 솔더가 냉각 및 응고될 때 솔더 내부에서 발생한 가스가 배출되지 않고 "고정"되어 보이드를 형성하기 때문입니다. 보이드 발생에 영향을 미치는 요인은 다양하며, 솔더 페이스트 선택, 소자 패키지 형태, 패드 설계, PCB 패드 표면 처리 방법, 스텐실 개구부 방식, 리플로우 프로파일 설정 등과 관련이 있습니다.

진공 리플로우 솔더링 공정은 5% 미만의 보이드율을 안정적으로 달성할 수 있으며, 보이드율 문제를 해결하는 매우 효과적인 방법입니다. 진공 리플로우 솔더링 공정은 솔더 조인트 보이드 제거에 매우 효과적이며, 진공 조건 하에서 공정 매개변수를 적절하게 설정하면 5% 미만의 보이드율을 안정적으로 달성하는 대량 생산이 가능합니다.

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