IV. 공정 기술 기초 1. SMT 요소 기술 2. SMT 기술 기초 14 표면실장기술은 각종 표면실장부품의 지식은 물론 장착 기술, Soldering 기술 및 이들의장치, PCB, PCB의 회로 패턴 설계 기술과 함께 부자재 기술, 공정기술, 설비운영기술, 평가기술 등 광범위한 지식을 필요로 하는 종합적 SYSTEM 기술이다. 이들이 각각 유기적으로 결합하고, 관련하여 하나의 독특한 실장공법으로 나타나게 된다. 고신뢰성의 품질을 얻기 위해서는 각각의 요소 기술별 엄격한 품질관리가 필요하다 2. SMT 기술 기초 (1) 실장공법 표면실장기술은 표면실장부품(SMD)을 기판표면에 직접실장하는 공법으로, 그 중에는 반도체의 Bare Chip 실장도포함된다. 종래의 Lead Through 실장과 SMD의 표면실장 및 Bare Chip 실장의 개념은 "SMT 란?"을 참고 바란다. 현재, 전해 콘텐서 등 가격적으로 전면 Chip화가 어려운 부품이 리드부품으로서 혼재되고 있는데, 캠코더, 휴대폰 등 소형 전자기기를 중심으로 소형, 고밀도 실장에 대한 요구가 점점 강하고, Soldering 공정의 합리화, 실장 품질의 향상들과 연계하여 이후는 Reflow Soldering을 기본으로 한 Chip화의 양면 실장 방식으로 전개될 전망이다. 휴대폰 등 통신휴대기기에서의 Bare Chip 실장과의 조합도 폭넓게 보급될 것으로 예측된다. (2) Soldering 기술 표면실장기술에 있어서 Soldering은 크게 Flow/Dip Soldering 과 Reflow Soldering이 있고, 실장의 형태에 의해 분류되고 있다. ("Line 구성" 참고) 14

1) Flow Soldering Flow/Dip Soldering은 수지기판에 접착제로 부품을 본딩하고 Lead 부품과 일괄접속하는 방법으로 표면실장기술의 확대에 있어서 원점이 된다고 말 할 수 있다. 따라서, Flow/Dip Soldering에서는 접착제에 따른 문제도 관심을 둘 필요가 있다. 특히, Chip부품이 초소형화하고, 자동장착기에서의 속도가 증가함에 따라 이 접착제의 과제가 다시 관심의 초점이 되고 있다. 여기에 맞춰 고밀도, 고속장착에 적합한 접착제의 개발이 이루어지고 있다. 접착제는 Flow/Dip Soldering에 있어서 회로기판 위의 소정의 위치에 장착된 부품을 Soldering 종료까지 고정시키기 위한 것으로, 접착제의 도포에는 Screen 인쇄, Dispenser. 전사등의 방법이 이용되고 있고, 일반적으로 Dispenser법이 이용된다. 이 접착제의 도포량은 부품의 크기등에 의해서도 양을 변경할 필요가 있고, 적량의 도포를 하지 않으면 안된다. 양이 작으면 부품 고정의 역할을 다하지 못하게 되고, 반면에 과량일 경우는 Soldering 랜드위에 까지 접착제가 흘러 Soldering에 장애가 되기도 하고, 또 양호한 전기적 접속이 얻어지지 못하는 원인이 되기도 한다. 이 접착제는 온도에 의해 점도가 변화하고, 그 결과 도포량이 변화한다. 따라서,정확한 도포량의 제어를 할 필요가 있을 경우는 접착제 온도를 제어해야할 필요가 있다. 최근의 접착제 Dispenser에는 온도제어기능이 있고, 도포량도 부품의 대소에 의해 도포 노즐을 바꾸어 사용할 수 있으며, 시각인식 기능을 넣은 고정도 도포기로 개발되고 있다. 이 접착제의 도포 방법으로서는 부품의 밑에 한쪽 편에 도포해서는 안되고, 일반적으로 복수개의 작은 도트상으로 접착제를 도포하고, 부품을 장착하는 방법이 이용된다. 이 경우에는, 각 도트는 작게 되므로 도포량이 다소 편차가 있어도 그 영향은 작게 된다. 부품의 크기가 클 경우는 이 도트의 수를 증가시키는 것에 의해 대응이 가능하다. 접착제의 경화는 적외선 또는 자외선으로 하는데 이것은 접착제의 종류에 의해 결정된다. Flow Soldering에 의한 Soldering은 Bridge, Solder Wetting. Solder 과다등 Reflow Soldering 에 비하여 실장 품질이 떨어지게 되는 것은 부인할 수 없다. 실장품질의 향상은 Soldering 장치와 Soldering 재료, 기판의 패턴 설계등으로 부터 접근하고 있는데, 실장 밀도의 향상에 한계가 있다고 본다면 어디까지나 고밀도화를 추구하는 실장 형태에 있어서는 Reflow Soldring이 단연 우수하다 15

(2) Reflow Soldering 이 방식은 기판의 Land에 미리 Solder를 공급하여 두고 외부의 열원으로 이 Solderf를 재용융하여 접속하는 것으로 포인트는 Solder의 공급과 열원으로 무엇을 선택하느냐에 있다. 기판위에 Solder의 공급은 Solder paste를 Screen 인쇄하는 방법이 일반적인데, 노즐로 일정량의 Solder Paste를 토출시키는 Dispenser 방식도 있다. 또, Land면에 Solder Coat 하는 방법도 이용되고 있다. 이 경우는 Solder Coat면에 Flux를 도포하고 그 점착성에 의해 부품을 고정한다. (3) Screen 인쇄 Screen 인쇄는 패턴을 형성한 Screen Mask 위에 Solder Paste를 Squeegee로 일정의 압력을 가하면서 이동시켜 Screen의 개구부에 의해 Solder Paste를 압출시켜, 기판의 패턴위에 인쇄하는 방법이다. Screen에는 스탠리스 와이어, 나일론등을 Mesh 상으로 직조한 Mesh Screen과 스탠리스등의 Metal판에 인쇄 패턴을 에칭이나 레이저 가공한 것과 도금법 등에 의해 형성한 Metal Mask가 있다. 복잡한 패턴 형상, Paste 도포 범위가 넓은 패턴에는 Mesh Screen이 적합하고, 미세한 패턴에는 Metal Mask가 이용된다. 현재는 거의 대부분이 Metal Mask를 사용하고 있다. Screen 인쇄에 의한 Solder 공급은, 인쇄 패턴의 정도, 해상도, 인쇄된 Paste의 균일성에 포인트가 있고, 기판의 Fine 패턴화에 의해 이들이 실장 품질 향상에 점점 중요해 지고 있다. 이 때문에 인쇄기 메이커는 Mesh 재료의 개량, Mask 개구부 정도 향상, 시각인식기술의 도입에 위한 위치정도의 향상등에 힘을 쏟고 있고, Solder 메이커는 입도가 작고, Screen으로 부터의 빠짐성이 좋은 Solder Paste 개발을 추진하고 있다. (4) Solder Paste 인쇄시 주의점 Solder Paste 인쇄 불량은, Solder Paste의 성상, Screen 재질, 두께. 인쇄 될 기판의 휨, 비틀림, 인쇄기의 정도, 인쇄시 속도, 인쇄압등의 요인이 복잡하게 교차하여 영향을 미친다. 주요 불량은 인쇄의 번짐, 양부족, 어긋남 , 무너짐등이 있고, 이들의 불량은 Reflow시에 Solder 브릿지, Chip 일어섬, 위치 틀어짐, Solder 부족 등으로 나타난다.(4) 16

17 Solder Paste는 인쇄방식과 패턴의 정도에 의해, 목적에 따른 각종 제품이 시판되고 있다. Metal Mask에는 점도가 약간 높은 것이 필요하고, Mesh Screen에는 점도가 낮고, 입경이 작으며 빠짐성이 좋은 것이 사용되는 등 선택에 유의하지 않으면 안된다. 기판의 휨 , 뒤틀림도 큰 요인이 된다. 최근에는 양면, Reflow가 주류를 차지하는데, A면에 Reflow Soldering을 하고, 반전하여 B면에 Solder Paste를 인쇄할 경우 특히, 수지 기판의 경우 가열에 의한 휨, 뒤틀림으로 인쇄가 안되는 경우도 있다. 이러한 Solder Paste의 인쇄에서 최적 조건을 구하는 것은 높은 숙련이 필요하고, 사람의 감으로 이루어진 요소가 많이 있다. 따라서, 최근 현실화 되고 있는 0603 Chip 부품 혹은, 0.3㎜ 피치 QFP, 0.5mm 피치 CSP 등의 실장에서는 PWB의 패턴정도, 실장기의 장착정도와 함께 이 Solder Paste 인쇄의 최적조건 설정 노하우가 실장 가능의 키를 쥐고 있다고 할 수있다. 17

18 (5) Solder Paste 사용시 주의점 1) Solder Paste란? Solder Paste는 Solder와 Flux가 하나로 합쳐진 고도의 공정성을 가진 재료이다. 솔더링공정의 영향은 리플로우에서 사용된 온도프로파일과 함께 납땜연결부의 구조적인 완성에 결정적이다. 솔더 파우더는 지녀야할 많은 특징과 속성이 있다. 이는 합금의 종류, 알갱이 크기, 크기의 분포, 둥근정도, 산화물의 내용물등을 포함한다. 대부분(90% 이상) 표면실장에 있어서, 63% 주석/ 37% 납으로 된 합금이 표준이다. 2) 보관 -. 솔더페이스트가 도착했을때, 가능한 빨리 냉장고에 보관되어야 한다. -. 이상적인 보관온도는 5∼10℃이다. -. 0℃이하에서 보관하는 것은 입자의 동결이 발생할수 있다. 3) Solder Paste의사용 ① 솔더페이스트를 사용할때, 용기는 솔더페이스트가 상온으로 된다음에 열어야 한다. 용기가 상온보다 낮은 온도에서 열렸을때, 페이스트에 결(바늘)이 생기고, 솔더페이스트의 기능을 저하시킨다. ② 프린팅시, 처음에 솔더페이스트를 부드럽게 섞은후 스텐실에 놓아야 한다. ③ 스퀴지로 밀때 잘 구르도록 하거나 개구에 부드럽게 굴러들어가도록 하기위해 필요한 최소량의 솔더페이스트를 스텐실에 놓는 것이 바람직하다. 18

19 ④ 반면에, 흡기가 많은 상태에서 강제로 솔더를 문질러 프린팅하는 것은 솔더페이스트에 손상을 준다. 그래서, 한번에 많은 솔더페이스트를 놓는 것보다 여러번 나눠서 작은 양을 놓는 것이 바람직하고, 새 솔더는 긴 시간동안 놓여지지 않는 것이 바람직하다. 4) 작업후 처리 ① 프린팅작업후 스텐실위에 남은 솔더페이스트를 어떻게 처리하는가? A. 버린다. (솔더가 얼마나 손상됐는지 모르기 때문에 이것이 가장 이상적인 방법이다.) B. 남은 솔더를 주걱으로 폴리우레탄 시트위에 모아서 종기가 통하지 않는 봉투로 봉한후 냉장고에 보관한다. 남은 솔더는 새 솔더가 남아있는 용기에 보관해서는 않된다. ② 사용된 솔더를 다시 사용할때, 솔더 Balling test & wettability test에 의해 이상이 없다는 것을 확인한후 사용되어야 한다. 5) 경고 솔더페이스트는 레진이나 활성제,솔벤트,납을 포함한 파우더등의 화학적 구성물로 구성된 화학제품이다. 그래서 다음과 같이 취급에 주의해야한다. ① 솔더페이스트에 입를 갖다대어서는 안된다. 잦은 횟수 코를 너무 가까이대서 냄새를 맞는것을 피하라. 솔더페이스트로 오염된 손으로 음식을 먹거나 담배를 피워서는 안된다. ② 피부와 접촉을 시켜서는 안된다. 만약 피부가 솔더페이스트에 의해서 오염된 경우 에탄올을 묻힌 헝겊 으로 즉시 닦아야 한다. 다음 비누로 씻고, 모든 수단을 동원하여 제거해야한다. ③ 솔벤트와 그밖의 화합물의 증기와 가스로 작업장은 쉽게 오염되므로 통기에 주의해야 한다. ④ 솔더링시 발생하는 납증기와 플럭스가스의 혼합물은 리플로우의 배기관을 통해서 배출되어야한다. ⑤ 솔벤트가 함유된 솔더페이스트의 기본물질인 레진플럭스는 불로부터 멀리해야한다. ⑥ 디스펜서나 프린트의 청소용도구는 공기를 뺀 깨끗한 박스에 보관해야 한다. 19

※Cream Solder 시험 항목 및 목적 20 시험 항목 시 험 목 적 비 고 Drying Time Solder Cream의 Drying Time이 짧아 자재교체,설비의 Trouble에 의한 순간정지 및 휴기시간으로 인한 정지시 Solder Cream의 굳어짐 현상으로 인한 인쇄성 저하로 불량 유발 점 착 력 Solder Cream의 점착력이 낮고 인쇄후 건조시간이 빨라 Chip장착시 Chip을 잡아주는 힘이 약하여 부품 틀어짐, 미삽등의 불량을 유발시킴 Solder Powder의 조 성 공정품질 및 신뢰성 향상을 위하여 Reflow의 질소분위기 납땜시 1005chip의 맨하탄 불량 대책 점도 특성 Solder Cream의 특성 변화로 인쇄기의 스퀴지에 Solder Cream이 달라붙어 Rolling성 불량으로 소납 불량발생 유발 Powder Size Solder Cream의 입자 Size는 Bga 및 Csp를 고려하여 적용 (6) Mount 1) Chip Mounter 공정에서의 주의사항 Mount 공정상의 불량 유형을 보면 크게 위치 틀어짐, 부품의 일어섬, 미장착으로 나눠 볼 수 있는데 그 요인과 유지 사항을 그림과 같이 나타낸다. 20

2) 장착 Program 작성시 주수사항 Program의 기본 Rule은 "작은 부품에서 큰 부품으로", "가까운곳에서 먼곳으로", "빠른것에서 늦은 것 으로"이다. Nozzle(또는 Head)과 장착 Speed의 선정이 부품과 일치하지 않는 경우에는 Pickup Error, 결품, 위치 차이, 부품없음 Error 등이 발생 할 수 있다. 부품 Alignment는 PCB의 Alignment를 한 경우에는 생략 할 수 있다(개별 부품 Alignment 부분적으로 부품의 장착을 생략할 때에는 Skip의 명령어를 사용하여 자재 Item별, Step별로 Skip을 할 수 있다. 21

그림 1. 전형적인 리플로우 오븐 프로파일 22 (7) Reflow Soldering 공정 기판에 표면실장부품을 붙이는 가장 일반적인 수단은 솔더페이스트를 도포한후 부품을 위치에 놓고 컨베이어가 있는 오븐에서 기판을 흘리는 것이다. 단순히 용어로 "리플로"는 솔더페이스트가 녹아서 기계적으로 튼튼하고 전기적으로 전도성이 있는 접합부를 형성하도록 고체화되는 것을 말한다. 리플로우에서 중요한 공정요소는 기판이 오븐을 통과함에 따라 솔더접합부의 온도 대 시간의 관계인 프로파일이다. 모든 솔더페이스트 제조회사는 그들의 제품이 높은 품질을 내도록 설계된 권장프로파일을 제공한다. 그림 1. 전형적인 리플로우 오븐 프로파일 기판의 온도를 측정하는 다양한 방법이 있고, 가장 쉬운 것은 온도계나 지시계를 잘 배치해서 사용하는 것이다. 프로파일은 오븐공정로에서 기판위의 온도변화를 기록하고 측정하고 문서화 할수 있도록 해주어서 지나치게 온도가 높거나 낮음으로 해서 발생할수 있는 문제에 대한 기판이나 부품의 안전가이드를 제공한다. 기판에서 온도를 측정하는 다양한 방법이 존재하고 가장쉬운 방법은 라벨이나 열마크와 같은 온도표시용 도구를 사용하는 것이다. 좀더 정확한 프로파일을 얻는 방법은 기판위에서 온도가 중요한 지역에 열전대(센서)을 설치하는 것이다. 이러한 센서는 온도를 읽어서 프로파일을 PC로 로드시킬수 있는 장치로 전송한다. 한번 프로파일이 읽어내면, 오븐내의 공정상황이 드러난다 22

▶ 프로파일(Profile)의 선택 그림 1의 그래프는 이 솔더 ( 표준공정솔더:Sn63/Pb37 )의 전형적인 프로파일을 나타낸다. 예열구간은 솔벤트가 증발하기 시작하는 곳으로 초당 2∼3℃의 온도상승이 유지되어야 한다. 만약 이 상승율이 이 곡선을 벗어나면, 열충격이나 크랙에대한 부품의 잠재적인 위험이 증가한다. 솔더페이스트 역시 끓어서 튀는 문제가 있다. 반대로 온도상승이 너무 느리면 플럭스의 활성화가 불충분해진다. 다음 구간(열흡수)에서 솔더페이스트의 휘발성 제거 및 플럭스를 활성화를 위해서 60∼120초 동안 노출시킨다. 너무 낮거나 높은 온도는 부품연결부와 패드, 페이스트의 산화뿐만아니라 솔더볼 혹은 솔더가 튀는 문제를 발생한다. 또, 온도가 너무 낮다면 플럭스는 완전히 활성화되지 않을수 있다. 열흡수 구간 끝에 기판 전체의 열평형 상태가 리플로우구간 직전에 이루어 져야 한다. 리플로우존(3번째 구간)은 액화온도(TAL) 혹은 솔더의 녹는점으로 불린다. 젖는 시간은 액체상태(183℃이상)로 30∼60초 정도이다. 액체상태로 시간을 초과하는 것은 지나친 금속간(intermetallic) 성장을 가져와,연결부가 부서지기 쉬울수 있다 기판이나 부품 역시 액체상태 시간을 초과함으로 손상이 발생할수 있다. 하지만, 액체상태 시간의 미달은 솔벤트와 플럭스를 방해하여 솔더내 중공뿐만아니라 냉납 혹은 무딘연결부가 발생할수 있는 가능성을 가질수 있다. 만약 프로파일 시간이 제조스펙을 넘어서면, 결과는 플럭스의 빠른 활성화와 소진를 재촉하고 솔더연결부의 형성전에 페이스트를 심하게 건조시킨다. 불충분한 시간/온도 관계는 플럭스의 세정효과를 감소시키고, 젖음성을 나쁘게하고, 솔벤트와 플럭스의 제거를 불충분하게 하며, 최종적인 솔더연결부에서 중공이나 구멍을 발생시킨다 명백하게, 리플로우 프로파일은 선이 아니라 허용가능한 영역으로 일반적으로 모든 솔더연결부가 가열되어야만 하는 프로파일 영역(그림 2)으로 간주된다. 23

그림 2. 여러 가지 리플로우 프로파일에서 유력한 전형적인 온도 모든 솔더연결부는 183℃이상에서 있는 동안 리플로우 되어야만 한다. ▶ 히터의 종류 및 장비의 변수 ① 적외선 방사 (IR) 비접촉 온도 전도공정, IR 에너지 전사는 다른 온도에서 두개의 부품이 같은 시야에 있을때 발생한다. (태양에서 지구로..같다) ② 전도 (Conduction) 에너지가 다른 온도의 물질(고체 혹은 액체)가 접촉될때에 전달되며 솔더링금속도 마찬가지이다. ③ 대류 (Convection) 에너지는 공기나 가스같은 열 매개체를 통하여 물체에 전달된다. 열의 이동은 중력에 의해 더운지역과 차거운지역의 온도차이로 발생한다. (오븐에서의 요리와 마찬가지이다) ④ 강제대류 (Forced Convection) 기계적인 장치(팬)로 기판에 열매개체(공기 혹은 가스)를 순환시킨다. 24

25 ⑤ 컨베어 속도 (Conveyor Speeds) 속도가 느려질수록, 기판의 온도는 오븐내의 온도에 가까워진다. 오븐존의 길이가 생산량에 영향을 미친다. 존이 많을수록 공정에 더 많은 유연성을 제공할 것이다. ⑥ 오븐분위기(Oven Atmospheres) 질소와 같은 특별한 가스의 사용은 리플로우하는 동안에 산화를 억제하는 효과가 있고, 일반적으로 솔더연결부의 품질을 향상시키고 플럭스 잔사를 감소시킨다. ⑦ 습기(Humidity) 솔더페이스트는 공기중으로부터 습기를 흡수하여 솔더페이스트가 튄다거나 솔더볼이 발생하는 위험이 있다. ⑧기판투입간격 기판의 투입간격이 프로파일의 안정성이나 반복성에 영향을 미치는것을 말한다. ⑨ 컨베이어의 종류 레일방식, 메쉬방식 혹은 복합방식을 말한다. ⑩최대 부품온도 제조회사가 권장하는 최대온도 및 온도기울기 ⑩상하공정관리 리플로우 하는 동안에 솔더가 빨려올라가는 것을 방지하기 위한 추가적인 하면히터를 말한다. ⑪ 배기 플럭스 가스와 솔벤트를 배출한다 25

26 2) Reflow Soldering 공정 ① Reflow Soldering 의 특징 Reflow Soldering은 접합개소에 미리 적량의 Solder를 공급한 다음 , 외부로부터 열원에 의해 Solder를 용융시켜 Soldering 하는 방법으로 그 특징은 다음과 같다. ⓐ Flow Soldering과 같이 부품 본체가 직접 용융 Solder중에 침적되지 않으므로 부품 본체의 열충격이 작게 된다 (가열 방법에 따라 큰 열 스트레스가 가해지기도 함) ⓑ 필요한 장소에 적량의 Solder를 공급하는 것이 가능하므로 불필요한 장소에는 Solder가 뭍는 것을 피할 수 있게 된다 ⓒ Solder의 공급량을 규제하므로 브릿지등의 Soldering 불량은 작게 된다. ⓓ 용융한 Solder의 표면장력에 의해 위치 틀어짐이 다소 발생하여도 정상 위치에 부품을 고정하는 Self Alignment 효과가 있다. ⓔ 국부 가열방식의 가열원을 이용하면 동일 기판상에서도 다른 Soldering 조건으로 Soldering 이 가능 하다. ⓕ Solder 중에 불순물의 혼입의 위험성이 작게 되고 또 Solder Paste를 이용하는 경우 Solder 의 조성을 정확하게 유지할 수 있다. ② Reflow Soldering시 주의 사항 - Reflow Soldering M/C의 온도 설정 및 관리 포인트 * Reflow M/C 기종별로 개별 관리를 한다. * 기판에 3점 측정방식의 전용측정치구를 이용한다. * 일일 일회 정시 점검 한다 * Reflow M/C 조건 설정 관리서를 운용한다. 26

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※ 인쇄대기 1 0 분이상경과 반드시 Knead Paste 를 실시하여야 한다. 3. 최적 인쇄 조건 검토 (1) Cleaning 용제 별 인쇄 특성 모두 양호하게 나타났으나 Wiper < IPA < 기능성 세척제순으로 인쇄 품질이 차이를 보였으며 특히,Wiper와 IPA는 각각 특정 조건에서 치명적은 인쇄 불량을 유발하는 단점을 가지고 있는 반면 기능성 세척제는 이러한 인쇄 특성에 대한 단점이 없으며, 또한 빠짐성 개선제라는 기능성 제품답게 탁월한 Cream Solder 빠짐성 및 인쇄 품질을 나타낸다. ① Wiper : 양호한 인쇄품질.Cleaning 직후 가장 양호한 인쇄품질을 보이고 점차 인쇄품질이 저하되는 특성을 보인다,막힌 개구부에 대한 Cleaning 성능이 미흡하여 이러한 경우 인쇄불량이 발생하는 단점을 가지고 있다. ② IPA : 매우 양호한 인쇄품질.Cleaning 후 2 ∼4회에서 가장 양호한 인쇄품질을 보이고 그 전,후로 점차 인쇄품질이 저하되는 특성을 가지고 있다.특히,Cleaning 후 IPA의 완전한 제거가 이루어지지 않을 경우 초기 1~3회는 인쇄불량이 발생한다. 반면,Wiper Cleaning의 문제점인 막힌 개구부의 Cleaning이 가능하다. ③ 기능성세척제: 탁월한 인쇄품질.Cleaning 직후 및 수회 인쇄 후에도 안정되고 균일한 인쇄 품질을 얻을 수 있다.막힌 개구부의 Cleaning이 가능하며,IPA와 같은 Cleaning 후 초기 인쇄불량이 없다.가장 양호한 인쇄특성을 보인다. (2) Knead Paste의 효과 인쇄대기 시간별 작업 재개시 인쇄품질은 10 ∼30분 이상 경과시 인쇄불량이 발생하였다. Ex) 인쇄 대기 시간별 인쇄 품질 -10분경과후인쇄재개:양호 -30분 경과 후 인쇄재개 :불량(초기 5매 이상 인쇄불량 발생) -30분 경과 Knead Paste 실시 후 인쇄재개 :양호 ※ 인쇄대기 1 0 분이상경과 반드시 Knead Paste 를 실시하여야 한다. 28

29 (3) Suction Block VS Backup Pin Backup Pin 방식을 사용할 경우 Suction Block 방식에 비해 근본적으로 PCB Backup 특성이 떨어지는 관계로 최상의 인쇄품질은 얻을 수 없었다. Vacuum으로 PCB를 고정하지 않고 콘베어 가이드에 의해서만 PCB가 고정된 상태에서 인쇄 종 료 직 후 Table 고속하강시(조정불가)콘베어에서 PCB 이탈하는 현상이 발생하였다. ※Backup Pin 방식의 문제점 -Backup Pin 최적위치 설정 및 재현 난이 -평탄도 미흡,PCB Backup 특성 및 M/Mask 접촉 불안정 -콘베어에서 PCB가 이탈하는 현상 발생 인쇄품질 저하 원인 29

4. 각 공정별 중요 Point ※ M/Mask 가공방법 구분 30 (1) 인쇄 공정 ① Solder Paste 빠짐성(Cream Solder 물성 검토:작업성 및 신뢰성) ② 인쇄 작업성 :연속 작업시 물성변화 ③ Matel Mask 개구부 설계 기술 (제작 공법) ④ Cream Solder 인쇄량에 따라 맨하탄 불량 발생 ⑤ 인쇄 공정 기술 (작업 표준 설정) ⑥ 인쇄 공정 기술 중 Metal Mask 개구부 가공 기술이 중요 ⑦ Metal Mask 개구부 Cleaning 방법 (전용 세척제 및 청소 방법) ※ M/Mask 가공방법 구분 (2) Cream Solder 검사 공정 1) 검사 항목 ① 인쇄 도포 형태를 2D 검사 ② 인쇄 브릿지,미납,소납,위치 틀어짐 검출 가능 ③ 위치 틀어짐이 0.1 ㎜이상이면 불량 (CSP 0.8 ㎜기준 :0.1 ㎜이상 틀어짐 발생시 브릿지 불량 발생) 30

● Reel 축 옵셋 틀어짐 ● Mounter NOzzle 불량 ● Cassette 틀어짐 ● Data 입력 Miss (3) 부품 실장 공정 ① 장착 정밀도 및 흡착시 진동 대책(맨하탄 불량의 원인) ② 흡착 Miss율 관리 :NOzzle,Cassette 관리 ③ 부품 실장시 PCB 휨 관리 ④ Back-up Pin 고정 위치 ⑤ 부품 실장속도 및 부품 공급 용이성 ⑥ Program 취급 간편 및 호환성 ⑦ 설비 정지시간 단축 최소화 ※ 흡착 MISS 율 저해 요인 ● Reel 축 옵셋 틀어짐 ● Mounter NOzzle 불량 ● Cassette 틀어짐 ● Data 입력 Miss ※ Nozzle 관리 인자 ① 주1회 Nozzle 청소 (진공도 측정 결과) ② 이물 막힘 없을것 ③ 휨이 없을것 ④ 환경 관리 필요 ※Cassette 관리 요령 ① Reel 축 이동시 흔들림이 없을것 (부품 Pick-Up Point 관리) ② Pick-Up Point 위치 변동이 없을것 :Feeding 상태 확인 가능 ③ Cassette 보관 및 취급 :별도 표준 설정 관리 필요 ④ Cassette 교환은 1개씩 교환 (4)REFLOW 공정 ① 온도 Profile 최적화 ② PCB 휨 방지 및 PCB 낙하 방지 장치 ③ 상,하면 온도 가열 ZONE이 많은것이 유리함 ④ 납땜시 진동 대책 ⑤ 냉각 온도 제어 가능 ⑥ 질소 Gas 투입 가능 여부 31

V. SMT 공정 불량 유형별 정리 1. 불량 유형별 정리 32 불량명 불량 사진 현상 및 추정 원인 ◇현 상 납땜 되어 있는 부품의 한쪽 전극에 땜납이 전혀 없는 상태 ◇추정 원인 .인쇄공정에서 SOLDER PASTE의 미 인쇄 및 소량 인쇄 (METAL MASK의 개구부 오염) 미 납 (납 없음) ◇현 상 납땜 되어있는 부품의 한쪽 전극은 원하는 만큼의 SOLDER FILLET이 형성되어 있으나 다른 한쪽부위는 FILLET이 전혀 형성 되어 있지 않고 땜납이 거의 없는 상태 ◇추 정 원인 .인쇄공정에서의 인쇄조건불량 .METAL MASK의 개구부 오염 소 납 (납량 적음) ◇현 상 납땜 되어있는 부분이 전극의 두께 이상으로 땜납이 올라타 서 납이 부품 전극을 완전히 뒤덮은 상태 ◇추 정 원인 .인쇄공정에서의 SOLDER PASTE 과다 인쇄 과 납 (납량 많음) 32

33 불량명 불량 사진 현상 및 추정 원인 ◇현 상 SOLDER LAND에 도포되어 있는 SOLDER PASTE가 REFLOW 진행 후에도 부품의 전극에 젖지 않고 SOLDER PASTE 그 자체의 상태로 존재하고 있음. ◇추 정 원인 .SOLDER PASTE의 열화 (인쇄후 장시간 방치) .REFLOW 온도 분포의 불균일 (주변이나 이면에 대형부품이 존재) 미 용융 ◇현 상 솔더 LAND와 부품의 전극에 형성 되어있는 SOLDER FILLET 이 부품의 전극에 완전히 젖 지 않은 채 뭉쳐져 있으며 전 극과 LAND와의 겹합이 불완전 한 상태 ◇추 정 원인 .SOLDER PASTE의 열화 .REFLOW 조건 불량 (예열구간이 길다,PEAK 온도 가 낮다) .부품의 전극 및 솔더 랜드의 산화 냉 납 33

34 불량명 불량 사진 현상 및 추정 원인 ◇현 상 납땜 되어있는 부품의 전체가 LAND로부터 들뜨면서 비스듬 하게 경사져 접합된 상태 ◇추 정 원인 .인쇄공정에서 SOLDER PASTE의 과다 인쇄 .부품 전극부의 산화 .부품 밑면에 이물질 침투 들 뜸 ◇현 상 QFP 0.5MM PITCH의 서로 연결 되지 않아야 할 LEAD간에 땜 납에 의하여 단락된 상태 ◇추 정 원인 .인쇄공정에서 CREAM SOLDER의 과다도포 .부품 LEAD의 틀어짐 .인쇄 위치의 틀어짐 .부품 장착위치 틀어짐 브릿지 (쇼트) ◇현 상 근접 되어있는 부품과 부품간 에 형성 되어있는 SODER FIL-LET의 표면에 원추형의 돌출이 발생된 상태 ◇추 정 원인 .부품과 부품의 이격거리 불량 .땜납내에 이물질(금속성분)이 침투되어 땜납이 이물질에 젖어있음(이물질이 고드름의 뼈대를 이루고 있음) 납 뿔 (고드름) 34

35 불량명 불량 사진 현상 및 추정 원인 ◇현 상 납땜 되어있는 근접 부품과 부품 사이에 작은 솔더 알갱이 가 여기저기 흩어져 있는 상태 ◇추 정 원인 .인쇄공정에서 METAL MASK의 이면 오염에의한 크림 솔더의 번짐 .SOLDER PASTE의 열화 .REFLOW 조건 불량(예열부족) .SOLDER PASTE의 점도가 낮다 .LAND 면적 기준으로 METAL MASK의 개구부 면적이 넓다. Solder Ball ◇현 상 납땜 되어있는 부품의 전극과 SOLDER LAND사이에 금이발생 되어 불안전한 접합이 된 상태 ◇추 정 원인 .REFLOW 냉각구간에서의 충격 Solder Crack ◇현 상 납땜 되어있는 부품의 중심부 에 균열이 발생되고 REFLOW시 부품이 일어서서 납땜 된 상태 ◇추 정 원인 1.제조 업체로부터의 원자재 불량 2.마운터에서 부품 장착시의 충격 (노즐의 높이 설정 불량 및 PCB 휨에 의한 SHOCK) 3.기능 검사(APT,DPT등)에서의 충격 (PCB 휨이 있을 경우에는 CRACK 가능성이 높음) 부 품 Crack 35

36 불량명 불량 사진 현상 및 추정 원인 ◇현 상 부품의 전극과 SOLDER LAND 사이에 형성되어있는 FILLET 의 표면에 원추형의 HOLE이 존재하는 것 ◇추 정 원인 .DREAM SOLDER이 열화 .REFLOW시 CREAM SOLDER에 포함되어 있던 FLUX GAS의 폭발 및 분출 Pin Hole ◇현 상 목적하는 위치에 해당 부품이 없이 CREAM SOLDER만 용융된 상태로 있는것 ◇추 정 원인 .MOUNTER공정에서의 미장착 .REFLOW공정에서 열풍에 의한 위치이탈 .CREAM SOLDER 점착성 부족에 위한 위치이탈 .CREAM SOLDER인쇄후 장시간 방치로인한 점착성 부족 미 삽 (부품 없음) ◇현 상 SOLDER LAND의 수평,수직선을 기준으로 하여 부품이 수평, 또는 수직방향으로 치우처져 납땜 접속이 불안전한 상태 ◇추 정 원인 .MOUNTER 공정에서 장착불량 .REFLOW 공정에서 열풍에 의한 위치 치우침 .SOLDER LAND의 좌,우 납량이 서로 다름 위 치 치우침 36

37 불량명 불량 사진 현상 및 추정 원인 ◇현 상 SOLDER LAND의 수평,수직선을 기준으로하여 부품이 X축과 Y축이 동시에 이동되어 불안 전한 납땜이된 상태 ◇추 정 원인 .MOUNTER 공정에서 장착불량 .REFLOW 공정에서 열풍에 의 한 위치 틀어짐 .SOLDER LAND의 면적이 서로 다름 위 치 틀어짐 ◇현 상 SOLDER LAND에 납땜되어있는 부품이 정상적으로 장착되지 않고 부품의 상면과 하면이 바뀌어 납땜된 상태 ◇추 정 원인 .부품 흡착 불량 (카세트 불량,OFF SET 값의 틀어짐,노즐의 불량) 부 품 뒤집힘 ◇현 상 VR(Variable Inductors)부품 이 장착되어야할 위치에 TR (Transistor)이 납땜되어 있 는상태 ◇추 정 원인 .MOUNTER 공정에서 부품 카세 트의 장착 미스 .MOUNTER 공정에서 부품장착 PROGRAM의 미스 오 삽 (오 장착) 37

38 불량명 불량 사진 현상 및 추정 원인 ◇현 상 탄탈 콘덴서가 PCB 회로상의 극성과 일치하지않고 180 。 수평회전하여 납땜된 상태 ◇추 정 원인 .MOUNTER 공정에서 장착 PROG- RAM의 회전각도 DATA 이상 역 삽 (역 장 착) ◇현 상 납땜되어있는 부품의 한쪽 전극은 LAND에 접속되어있고 반대편 전극은 LAND로부터 떨어져 벌떡 일어선 형태를 하고있음 ◇추 정 원인 .SOLDER LAND에 도포되어 있는 SOLDER양의 차이 .REFLOW의 냉각온도 불균일성 맨하탄 (일어섬 / 툼스톤) ◇현 상 납땜이 되어있는 부품이 정상 적으로 안착되지 못하고 측면 으로서서 납땜이된 상태 ◇추 정 원인 .MOUNTER 공정에서의 흡착 혹은 장착불량 모로섬 38

※ 맨하탄 현상에 대해서 톰스톤(비석) 및 맨하탄 현상이라고 불리는 CHIP 일어섬 불량은 CHIP 양끝의 납에 용융시간차가 있는 경우 표면 장력의 차이가 발생하므로 발생되는 불량입니다. 발생요인에는 1) 온도차의 UNBALANCE 2) 인쇄량의 UNBALANCE 3) LAND형상, 간격 4) CHIP 부품의 장착정도 5) PASTE의 점착력의 저하 등이 있습니다. 공정 SOLDER REFLOW가열 과정에서 공정온도에 도달하면 순간적으로 녹습니다. CHIP 부품 양끝의 SOLDER PASTE의 용융시간이 달라지면 먼저 용융된 SOLDER의 표면 장력에 의해 부품 전극이 끌려 가게 되어 맨하탄 불량이 발생 합니다. 원래 맨하탄 현상은 SMT 공정에서 발생하는 것이 일반적인 현상이나 WAVE SOLDERING에서 발생하는 경우도 있습니다. 이런 경우는 대개의 경우 BONDING 작업에 문제가 있는 경우입니다. 즉, BONDING 양이 적거나 좌우 균형이 맞지 않는 경우 혹은 BOND 경화시 온도 프로파일을 제대로 맞추지 못한 경우 REFLOW 경화시에 BOND에 기포가 발생하기도 하고 발생된 기포에 솔더가 침투하여 SHORT 불량을 유발하기도 합니다. BOND는 열경화성 접착제이므로 경화온도 보다 더 높은 열을 받으면 접착력 이 크게 저하됩니다. WAVE SOLDERING 온도가 250도 정도 이므로 이 온도에 서는 접착력이 크게 약화되어 심한 경우는 부품이 이탈되거나 맨하탄 현상 이 발생하게 됩니다. 39

40 ▶ 모로섬 현상 모로섬의 원인은 여러가지가 있으며 세가지로 압축할 수 있습니다. 1. 카세트에서 부품을 흡착할 때 발생 하는 경우 2. 노즐이 부품을 흡착한 상태로 이동중에 발생하는 경우 3. 부품을 PCB에 장착하고 노즐이 원상 복귀하는 순간에 발생하는 경우 1의 경우는 카세트에 얹어진 릴 테이프를 주의 깊게 살펴봐야 합니다. 노즐의 정 중앙에 부품이 흡착되고 있는지, 노즐과 부품 사이의 GAP은 너무 크지 않은지, 릴 테이프의 점착력은 적절한지, 정전기는 발생하지 않는지, 노즐이 왔을때 비닐이 정상적으로 벗겨지는지를 살펴보시기 바랍니다. 2의 경우는 노즐이 마모되었거나 변형된 경우, VACUUM(진공)이 너무 약해져 있는 경우이므로 노즐을 교체하거나 진공 TESTER로 진공력을 측정 해봐서 약해져 있으면 진공 필터를 청소/교체해주어야 합니다. 3의 경우는 노즐이 자화되어 자성을 갖고 있는 경우에 일어날 수 있으며, SOLDER PASTE의 점착력이 약할 경우에도 발생할 수 있고, 부품의 높이가 라이브러리에 잘 못 입력이 되어 있었을 때도 발생되기 쉽습니다. ▶ 냉납 ( Cold soldering) 기술자료/정보란에 납땜 불량에 대한 추정원인 검사기준에 관한 자료중 냉납의 원인에 대하여 기술한 부분이 있는데,원래 냉납이라는 용어는 영어의 Cold Soldering이라는 용어를 우리말로 번역하는 과정에서 생겨난 용어입니다. 그러나 현실에서는 납이 부족한 경우, 납이 아예 없는 경우등 포괄적으로 사용되는 용어입니다만 사실은 이렇게 너무 많은 불량형태를 모두 냉납이라고 표현하는 것은 불량 원인을 추정하기 어렵게 만드므로 옳지 않은 표현 방법이라고 생각합니다. 냉납 불량이란 정상적인 원자재/부자재를 사용하여 정상적인 인쇄 및 부 품 장착 과정을 거쳐 REFLOW OVEN에 투입이 되었는데 REFLOW 온도가 적절 하게 설정되지 못해서 납땜이 제대로 되지 않은 상태만을 얘기해야 합니다 서론이 길어졌습니다. 냉납이 발생되는 추정 원인중 PEAK 온도가 낮아서 발생되는 부분은 당연히 그렇다고 생각이 되시겠지만 예열 구간의 온도가 높고 길어서 발생되는 부분은 잘 쉽게 이해되지 않는 부분일 수 있습니다 우선 FLUX 성분을 이해하면 궁금증은 쉽게 풀립니다. FLUX 성분중에는 용 제, ROSIN, 계면 활성제, 유동성 조정제(THIXOTROPIC AGENT)등 업체별로 조금씩 다르지만 최소한 10여가지 이상의 성분이 혼합되어 있는 물질이므 로 온도 변화에 따라 매우 복잡한 반응을 나타냅니다. 40

41 예열 구간에서 가장 문제가 되는 물질은 용제(diethylenglycol)입니다. 용제의 역할은 FLUX 안의 모든 성분들이 잘 섞여서 반응하기 좋도록 해 주는 역할을 합니다만 예열 구간의 온도가 너무 높거나 시간이 길어지면 증발량이 많아집니다. 증발량이 많아지면 POWDER를 감싸고 있던 산화방지 막이 파괴되면서 POWDER의 산화가 진행이 됩니다. 또한 여러 성분들이 반응 매개체를 상실하면서 FLUX 고유의 역할을 하지 못한채 납땜 구간으로 진입을 하게 됩니다. 예열 구간에서 산화된 POWDER는 산화막이 감싸고 있 으므로 원래의 융점(예 공정 SOLDER 183도)보다도 수십도 높아지므로 녹지 않고 또한 비중은 가벼우므로 용융된 납위로 둥둥 떠다닙니다. 이러한 조건에서 납땜된 표면을 약100배정도 확대경을 사용하여 보면 울퉁 불퉁 거친 면이 보이는데 그 것이 바로 산화막입니다. 산화막이 조금 있다고 해서 신뢰성에 큰 영향을 미치지는 않지만 그러한 조건이 최악의 경우에 있었을 때는 냉납으로 발전이 됩니다. 냉납은 기능 검사에서도 검출이 되지 않는 경우가 많기 때문에 시장에 출하되어 치명적 인 불량을 일으키므로 주의하지 않으면 안됩니다. 적절한 예열 구간의 온도 및 시간은 FLUX 성분/ POWDER 융점등에 따라서 많이 달라질 수 있으므로 업체에서 제시하는 조건에 맞추어 사용하시기 바랍니다. 참고로 공정 SOLDER인 경우에는 150도에서 100초를 초과하면 산화의 위험성이 커지므로 주의하시기 바랍니다. 41