리플로우 납땜

Reflow soldering
「Reflow」는 여기서 리다이렉트 됩니다.인쇄 기능에 대해서는, 재플로우 가능한 문서를 참조해 주세요.
램프에서 스파이크 열프로파일 예시.
리플로우 납땜 열 프로필의 예.

리플로우 납땜은 납땜 페이스트(분말 납땜과 플럭스의 접착제 혼합물)를 사용하여 하나 또는 수천 개의 작은 전기 부품을 접촉 패드에 임시로 부착한 후 전체 어셈블리에 제어된 열을 가하는 과정입니다.솔더 페이스트는 녹은 상태로 리플로우되어 영구 솔더 조인트를 형성합니다.가열은 리플로우 오븐을 통과하거나 적외선 램프 아래 또는 탈착 열풍 연필로 개별 조인트를 납땜함으로써 이루어진다.

긴 산업용 대류 오븐을 사용한 리플로 납땜은 표면 실장 기술 구성 요소 또는 SMT를 프린트 회로 기판 또는 PCB에 납땜하는 데 선호되는 방법입니다.오븐의 각 세그먼트는 각 어셈블리의 특정 열 요구 사항에 따라 온도가 조절됩니다.표면 실장 부품의 납땜 전용 리플로우 오븐은 납땜 페이스트로 구멍을 메우고 부품 리드를 페이스트에 삽입함으로써 스루 홀 부품에도 사용할 수 있다.그러나 웨이브 납땜은 표면 실장 컴포넌트용으로 설계된 회로 기판에 다중 리드 스루 홀 컴포넌트를 납땜하는 일반적인 방법입니다.

SMT와 도금 스루홀(PTH) 구성 요소가 혼합된 보드에 사용할 경우, 특별히 변경된 페이스트 스텐실(past stencil)에 의해 달성 가능한 스루홀 리플로우를 통해 파형 납땜 단계가 조립 공정에서 제거되어 조립 비용이 절감될 수 있습니다.이것은 이전에 사용된 납 주석 솔더 페이스트라고 할 수 있지만, SAC와 같은 무연 솔더 합금은 오븐 온도 프로필 조정의 한계 및 납땜 와이어로 손으로 납땜해야 하거나 납땜된 고온을 합리적으로 견딜 수 없는 특수 스루 홀 구성 요소의 요구 사항 측면에서 문제를 제기합니다.회로 기판이 리플로우 오븐의 컨베이어 위를 이동할 때 사용합니다.대류 오븐 공정에서 납땜 페이스트를 사용하여 스루홀 부품을 리플로 납땜하는 것을 침입 납땜이라고 합니다.

리플로우 공정의 목표는 특정 솔더 합금이 액체 또는 용융 상태로 상변화를 겪는 공융 온도에 도달하는 것입니다.이 특정 온도 범위에서 용융 합금은 접착 특성을 나타냅니다.용융 솔더 합금은 응집력 및 접착성의 특성을 가지고 물과 같이 작용합니다.충분한 플럭스로 리퀴드투스 상태에서 용융 납땜 합금은 "습윤"이라는 특성을 보입니다.

습윤은 특정 공정 온도 범위 내에 있을 때 합금의 특성입니다.IPC에 따르면 습윤은 "허용" 또는 "대상" 조건으로 기준을 충족하는 솔더 조인트를 형성하기 위해 필요한 조건이며, "불합격"은 결함으로 간주됩니다.

리플로우 오븐 온도 프로파일은 특정 회로 기판 어셈블리의 특성, 기판 내 그라운드 플레인 층의 크기와 깊이, 기판 내 층 수, 컴포넌트 수 및 크기 등에 적합합니다.특정 회로 기판의 온도 프로파일은 온도 공차를 초과하는 전기 구성 요소를 과열하거나 손상시키지 않고 인접한 표면에 납땜을 리플로우할 수 있도록 합니다.기존의 리플로우 납땜 프로세스에서는 보통 "존"이라고 불리는 4단계가 있습니다.각 단계는 열 프로파일이 다릅니다.예열, 열 흡수(종종 단순히 담그는 것으로 줄임), 리플로우 및 냉각입니다.

예열대

프리히트는 리플로우 프로세스의 첫 번째 단계입니다.이 리플로우 단계에서는 전체 보드 어셈블리가 목표 흡수 온도 또는 드웰 온도를 향해 상승합니다.예열 단계의 주요 목표는 전체 어셈블리를 소크 또는 프리 리플로우 온도에 안전하고 일관되게 도달시키는 것입니다.예열은 또한 솔더 페이스트의 휘발성 용제가 외부 가스를 방출할 수 있는 기회입니다.페이스트 용제를 적절히 배출하고 조립체가 프리 리플로우 온도에 안전하게 도달하려면 PCB를 일관되고 선형적으로 가열해야 합니다.리플로 공정의 첫 번째 단계에서 중요한 지표는 온도 경사율 또는 상승 대 시간입니다.이것은 종종 섭씨/초 단위로 측정됩니다.여러 변수가 제조업체의 목표 기울기 비율에 영향을 미칩니다.여기에는 목표 처리 시간, 납땜 페이스트의 휘발성 및 구성 요소 고려 사항이 포함됩니다.이러한 모든 공정 변수를 고려하는 것도 중요하지만 대부분의 경우 중요한 구성 요소를 고려하는 것이 가장 중요합니다."많은 부품은 온도가 너무 빨리 바뀌면 균열이 생깁니다.가장 민감한 컴포넌트가 견딜 수 있는 최대 열변화 속도는 최대 허용 경사가 됩니다."단, 열에 민감한 컴포넌트를 사용하지 않고 throughput을 극대화하는 것이 매우 중요한 경우 처리 시간을 개선하기 위해 적극적인 기울기 속도를 조정할 수 있습니다.이러한 이유로 많은 제조업체는 이러한 경사 속도를 최대 공통 허용 속도인 3.0°C/초까지 푸시합니다.반대로 특히 강한 용제를 함유한 솔더 페이스트를 사용하는 경우 어셈블리를 너무 빨리 가열하면 제어 불능 프로세스가 쉽게 발생할 수 있습니다.휘발성 용제가 밖으로 배출되면 땜납이 패드와 보드에 튈 수 있습니다.납땜 볼링은 예열 단계에서의 격렬한 배기 가스 배출의 주요 우려 사항입니다.프리히트 단계에서 보드를 온도로 높이면 소크 또는 프리리플로 단계로 진입할 수 있습니다.

서멀 소크 존

두 번째 섹션인 열흡수는 일반적으로 납땜 페이스트 휘발성 제거 및 플럭스 활성화를 위한 60~120초 노출로, 플럭스 구성요소가 구성 요소 리드 및 패드의 산화물 감소를 시작합니다.온도가 너무 높으면 납땜이 튀거나 볼링이 발생할 수 있으며 페이스트, 부착 패드 및 구성 요소 종단도 산화될 수 있습니다.마찬가지로 온도가 너무 낮으면 플럭스가 완전히 활성화되지 않을 수 있습니다.소크 존의 끝에서 전체 어셈블리의 열평형은 리플로 존 직전에 바람직하다.크기가 다른 컴포넌트 사이 또는 PCB 어셈블리가 매우 큰 경우 델타 T를 줄이기 위해 소크 프로파일을 사용하는 것이 좋습니다.영역 배열 유형 [1]패키지의 배기를 줄이기 위해 흡수 프로파일도 권장합니다.

리플로우 존

세 번째 구간인 리플로우 존(reflow zone)은 "리플로우 위의 시간" 또는 "액상 위의 온도"(TAL)라고도 하며, 최대 온도에 도달하는 공정의 일부입니다.중요한 고려사항은 전체 공정에서 허용되는 최대 온도인 피크 온도입니다.일반적인 피크 온도는 [1]액상온도보다 20~40°C 높다.이 제한은 고온에 대한 공차가 가장 낮은 어셈블리 상의 컴포넌트(열손상에 가장 취약한 컴포넌트)에 의해 결정됩니다.표준 가이드라인은 가장 취약한 구성요소가 프로세스를 위한 최대 온도에 도달하기 위해 유지할 수 있는 최대 온도에서 5°C를 빼는 것입니다.공정 온도가 이 한계를 초과하지 않도록 모니터링하는 것이 중요합니다.또한 고온(260°C 이상)으로 인해 시만텍 구성 요소의 내부 다이가 손상되고 금속 간 성장이 촉진될 수 있습니다.반대로, 충분히 뜨겁지 않은 온도는 페이스트가 적절하게 리플로잉되는 것을 방해할 수 있다.

상업용 리플로우 오븐의 예.

[2]

최신 열 프로파일러의 예

액상 시간 초과(TAL) 또는 리플로 시간 초과는 납땜이 액체인 기간을 측정합니다.플럭스는 금속 접합부의 표면 장력을 감소시켜 야금 접합을 달성하고 개별 솔더 분말 구를 결합할 수 있도록 합니다.프로필 시간이 제조업체 사양을 초과할 경우, 납땜 조인트가 형성되기 전에 페이스트를 효과적으로 "건조"하면서 플럭스가 조기에 활성화되거나 소비될 수 있습니다.시간/온도 관계가 불충분하면 플럭스의 세척 작용이 저하되어 습도가 떨어지고 용매와 플럭스의 제거가 부적절하며 납땜 조인트에 결함이 있을 수 있습니다.일반적으로 전문가들은 가능한 한 짧은 TAL을 권장하지만 대부분의 페이스트는 최소 TAL을 30초로 지정합니다.단, 특정 시간에 대한 명확한 이유는 없는 것 같습니다.PCB 상에 프로파일링 중에 측정되지 않는 장소가 있을 가능성이 있습니다.따라서 최소 허용시간을 30초로 설정하면 측정되지 않은 영역이 다시 표시되지 않을 가능성이 줄어듭니다.또한 최소 리플로우 시간이 길면 오븐 온도 변화에 대한 안전성을 확보할 수 있습니다.습윤 시간은 이상적으로는 리퀴더스보다 60초 이하입니다.리퀴더스보다 시간이 더 지나면 금속간 성장이 과도해져 관절이 잘 부서질 수 있습니다.또한 보드 및 컴포넌트는 액상온도보다 높은 온도에서 파손될 수 있습니다.또한 대부분의 컴포넌트에는 최대온도보다 높은 온도에 노출될 수 있는 시간제한이 명확하게 설정되어 있습니다.리퀴드투스 위에 있는 시간이 너무 짧으면 용제와 플럭스가 갇히고 차갑거나 칙칙한 접합부 및 납땜 공극이 발생할 수 있습니다.

냉각 구역

마지막 구역은 가공된 보드를 서서히 냉각시키고 납땜 조인트를 굳히는 냉각 구역입니다.적절한 냉각은 과도한 금속간 형성이나 구성 요소에 대한 열 충격을 방지합니다.냉각 구역의 일반적인 온도는 30–100 °C(86–212 °F)입니다.가장 기계적으로 [1]견고한 미세 입자 구조를 만들기 위해 빠른 냉각 속도를 선택합니다.최대 램프업 레이트와 달리 램프다운레이트는 무시되는 경우가 많습니다.램프 레이트가 특정 온도 이상에서는 덜 중요할 수 있지만 컴포넌트의 최대 허용 경사는 컴포넌트가 가열되는지 냉각되는지 여부에 관계없이 적용해야 합니다.일반적으로 4°C/s의 냉각 속도가 권장된다.공정 결과를 분석할 때 고려해야 할 매개변수입니다.

어원학

리플로우(reflow)라는 용어는 (단순히 부드러워지는 것이 아니라) 납땜 합금의 고체 질량이 녹을 것이 확실한 온도를 가리키는 데 사용됩니다.이 온도 이하로 냉각하면 납땜이 흐르지 않습니다.그 위에서 다시 데우면 납땜이 다시 흐르기 때문에 "재흐름"이 발생합니다.

리플로 납땜을 사용하는 최신 회로 어셈블리 기법에서는 납땜이 두 번 이상 흐를 수 있는 것은 아닙니다.납땜 페이스트에 포함된 입상 납땜이 관련된 납땜의 리플로우 온도를 초과함을 보증합니다.

열프로파일링

열프로파일링은 회로기판의 여러 점을 측정하여 납땜 프로세스에서 발생하는 열편차를 판별하는 작업입니다.전자제품 제조업에서 SPC(Statistical Process Control)는 납땜 기술과 구성 요소 요구 [3][4]사항에 의해 정의된 리플로우 매개변수에 대해 측정하여 공정이 관리 상태에 있는지 여부를 판단하는 데 도움이 됩니다.최신 소프트웨어 도구를 사용하면 프로파일을 캡처한 후 수학적 시뮬레이션을 사용하여 자동으로 최적화되므로 프로세스에 [5]대한 최적의 설정을 확립하는 데 필요한 시간이 크게 단축됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c 프로파일링 기본– 리플로 단계
  2. ^ Girouard, Roland. "Mark5 Reflow Oven". Heller Industries Website. Heller Industries Inc. Retrieved 28 September 2012.
  3. ^ http://www.ipc.org/TOC/IPC-7530.pdf[베어 URL PDF]
  4. ^ http://www.solderstar.com/files/5214/3567/7718/SolderStar_Reflow_Solutions.pdf[베어 URL PDF]
  5. ^ "AutoSeeker - Reflow Thermal Profile Optimisation Software". YouTube.

http://www.idc-online.com/technical_references/pdfs/electronic_engineering/Electronics_Manufacture_Intrusive_Reflow.pdf