PCB 제조의 SMT 어셈블리 프로세스에 대한 포괄적 인 가이드
SMT (Surface Mount Technology)는 고밀도의 자동화 된 전자 회로 생산을 가능하게하여 PCB 어셈블리에 혁명을 일으켰습니다. 이 과정에는 표면 장착 장치 (SMD)를 통과 구멍 연결없이 PCB 패드에 직접 배치하여 속도, 신뢰성 및 소형화를 개선하는 것이 포함됩니다. 다음은 현대 PCB 제조에 필수적인 SMT 어셈블리 단계, 장비 및 품질 관리 측정의 상세한 고장입니다.
SMT 공정은 스테인리스 스틸 스텐실을 사용하여 PCB 패드에 대한 솔더 페이스트 (분말 솔더 및 플럭스 혼합물)를 적용하는 것으로 시작합니다. 패드 레이아웃과 일치하는 조리개로 설계된 스텐실은 신뢰할 수있는 솔더 조인트에 중요한 부피로 솔더 페이스트의 정확한 증착을 보장합니다. 0201 저항 또는 QFN 패키지와 같은 미세 피치 구성 요소의 경우, 전기화 된 표면이있는 레이저 컷 스텐실이 페이스트 번짐을 최소화하고 방출 일관성을 향상시키는 데 선호됩니다.
솔더 페이스트 인쇄기는 스 니지 블레이드를 사용하여 스텐실을 가로 질러 페이스트를 뿌려서 구멍을 통해 PCB로 강요합니다. 주요 매개 변수에는 인쇄 속도 (일반적으로 25–150 mm/s), 스퀴지 압력 (0.2–0.5 N/mm) 및 분리 속도 (0.5–3 mm/s)가 포함되며, 페이스트 점도 및 패드 형상에 따라 최적화해야합니다. 자동화 된 광학 검사 (AOI) 시스템은 종종 페이스트 부피, 정렬 및 모양을 확인하기 위해 포스트 프린팅을 통합하여 구성 요소 배치 전에 불충분 한 페이스트, 브리지 또는 오류 등록과 같은 결함을 감지합니다.
솔더 페이스트의 플럭스는 이중 역할을합니다. 리플 로우 동안 금속 표면에서 산화물을 제거하고 보호 층을 형성하여 재산 화을 방지합니다. 수용성 플럭스는 유류 후 청소가 필요한 고 신뢰성 응용 분야를 위해 선택되는 반면, 잔류 물이 불활성이고 전기 성능에 영향을 미치지 않는 곳에서는 정식 플럭스가 사용되지 않습니다. 가열 중에 시간 온도 곡선 인 페이스트의 리플 로우 프로파일은 플럭스의 활성화 온도와 일치하여 구성 요소를 손상시키지 않고 적절한 습윤을 보장합니다.
솔더 페이스트 증착 후, PCB는 픽 앤 플레이스 머신으로 진행하여 진공 노즐을 사용하여 SMD를 패드에 정확하게 배치합니다. 이 기계는 컴퓨터 보조 제조 (CAM) 데이터에 의존하여 구성 요소를 PAD 좌표와 정렬하여 표준 구성 요소의 경우 ± 0.05 mm, 마이크로 BGA 패키지의 경우 ± 0.03 mm의 배치 정확도를 달성합니다. Advanced Systems는 3D 카메라와 함께 비전 시스템을 사용하여 구성 요소 방향, 공동성 및 극성을 검사하여 잘못 정렬 된 부품을 실시간으로 수정합니다.
Pic 노즐 선택은 중요합니다 : 작은 노즐 (예 : 0.8 mm 직경)은 흡입 손실을 피하기 위해 0402 구성 요소에 사용되는 반면, 더 큰 노즐 (예 : 3.0 mm)은 QFP 또는 커넥터를 수용합니다. LGA 패키지와 같은 섬세한 리드가있는 구성 요소의 경우 비접촉 배치 방법은 취급 중에 기계적 응력을 줄입니다.
PCB의 공세, 금속 표적 인 기준 마크는 처리 중 PCB 뒤틀림 또는 수축을 보상하기 위해 기계 비전 시스템의 기준점으로 제공합니다. 이 마크는 일반적으로 PCB 가장자리 근처 또는 고밀도 구성 요소 주변에 배치됩니다. 배치하는 동안 기계는 기초 정렬에 따라 구성 요소 위치를 조정하여 유연하거나 불규칙적으로 형성 된 PCB에서도 서브 픽셀 정확도를 보장합니다.
리플 로우 솔더링은 솔더 페이스트를 녹여 구성 요소와 PCB 패드 사이에 영구적 인 전기 및 기계적 연결을 형성합니다. 이 과정은 다수의 난방 구역 (예열, 담그기, 반사, 냉각)이있는 제어 대기구 오븐에서 발생하며, 각각 플럭스를 활성화시키기 위해 최적화하고, 용매를 증발시키고, 솔더의 용융점보다 약간 높은 피크 온도를 달성합니다 (예 : SN-AG-CU 합금의 경우 240-250 ° C).
예열 영역은 열 충격을 방지하기 위해 PCB 온도 (1-3 ° C/s)를 점차적으로 높이고, 담배 구역 (120–180 ° C)은 플럭스를 활성화하고 휘발성 물질을 제거합니다. 리플 로우 동안 온도는 20-60 초 동안 피크를 사용하여 패드 및 구성 요소 리드의 완전한 습윤을 보장합니다. 무연병의 경우 전해 커패시터 또는 MEMS 센서와 같은 온도에 민감한 구성 요소가 손상되지 않도록이 피크는 260 ° C 이하로 유지해야합니다.
냉각 속도 후 리플 로우는 관절 미세 구조 및 신뢰성에 영향을 미칩니다. 빠른 냉각 (3–10 ° C/s)은 전단 강도가 높은 미세한 납땜 조인트를 형성하는 반면, 느린 냉각은 거친 곡물이 피로에 걸리기 쉬운 거친 곡물을 생성 할 수 있습니다. 리플 로우 오븐에서의 질소는 가열 중 산화를 감소시켜 정리되지 않은 공정의 습윤을 개선하고 솔더 냄비의 드로스 형성을 최소화합니다.
사후 검사는 공극, 묘비 또는 헤드 인필 (HIP) 조인트와 같은 결함을 식별하는 데 중요합니다. X- 선 검사는 BGA가 숨겨진 공극 또는 잘못 정렬 된 볼을 감지하는 데 사용되는 반면 AOI 시스템은 솔더 브리지, 불충분 한 충전 또는 구성 요소 이동을 확인합니다. 고출성 응용 분야의 경우 전기 테스트 (예 : 회로 내 테스트 또는 비행 프로브)가 최종 어셈블리로 진행하기 전에 연결성을 검증합니다.
스텐실 프린팅, 구성 요소 배치 및 리플 로우 솔더링을 마스터함으로써 제조업체는 SMT 어셈블리가 소비자 전자 장치에서 항공 우주 시스템에 이르는 응용 분야의 엄격한 품질 표준을 충족하도록합니다. 장비 정밀 및 공정 제어의 지속적인 발전은 대량 PCB 생산의 처리량 및 결함 감소를 더욱 향상시킵니다.
