PCB 제조를 위한 THT(Through-Hole Technology) 조립 공정 및 기술
표면 실장 기술(SMT)이 고밀도 PCB 어셈블리를 지배하는 반면 THT(스루홀 기술)는 기계적 강도, 높은 전력 처리 또는 열 방출이 필요한 부품에 여전히 필수 불가결합니다. THT에는 구성 요소 리드를 PCB의 드릴 구멍에 삽입하고 반대쪽 패드에 납땜하여 전원 공급 장치, 커넥터 및 산업 제어와 같은 애플리케이션에 대한 견고한 연결을 보장하는 작업이 포함됩니다. 다음은 신뢰성과 효율성을 향상시키기 위한 THT 조립 작업 흐름 및 최적화 전략에 대한 자세한 분석입니다.
THT 조립은 PCB의 사전 드릴링된 구멍에 부품을 삽입하는 것으로 시작됩니다. 수동 삽입은 작업자가 핀셋이나 삽입 도구를 사용하여 축 리드 저항기, 다이오드 또는 전해 커패시터를 배치하는 소량 생산 또는 프로토타입의 경우 일반적입니다. 세라믹 커패시터와 같은 방사형 리드 구성 요소의 경우 특수 고정 장치가 리드를 구멍으로 유도하여 정렬을 유지할 수 있습니다. 수동 삽입에는 특히 미세 피치 부품(예: 2.54mm 피치 헤더)의 경우 구부러진 리드, 잘못 정렬된 극성 또는 손상된 구성 요소를 방지하기 위한 작업자 기술이 필요합니다.
방사형 또는 축방향 삽입기와 같은 자동 삽입 기계는 릴이나 튜브에서 부품을 공급하고 시간당 부품 1,000개를 초과하는 속도로 구멍에 배치하여 대용량 THT 조립을 간소화합니다. 이러한 시스템은 공압 또는 서보 구동 메커니즘을 사용하여 일관된 리드 삽입 깊이와 방향을 보장하고 인적 오류를 줄입니다. 예를 들어 방사형 삽입기는 리드 간격이 5mm인 전해 커패시터를 처리할 수 있는 반면 축 삽입기는 조밀한 레이아웃을 위해 단일 축을 따라 저항기를 정렬합니다. 자동화 시스템에는 비전 검사도 통합되어 납땜 전에 부품 값이나 극성 표시를 확인합니다.
부품 리드 형성은 THT 신뢰성에 매우 중요합니다. 리드는 과도하게 튀어나오지 않고 안전하게 납땜할 수 있는 길이로 잘라야 합니다. 이로 인해 단락이나 기계적 응력이 발생할 수 있습니다. 축형 부품의 경우 리드는 일반적으로 PCB 레이아웃에 맞게 '갈매기 날개' 또는 'J' 모양으로 구부러지며, 리드 파손을 방지하기 위해 굽힘 반경(예: 1~2mm)이 선택됩니다. 방사형 구성 요소는 최소한의 성형이 필요할 수 있지만 구멍에 수직으로 삽입할 수 있도록 리드를 곧게 펴야 합니다. 공급업체가 미리 제작한 부품은 조립 시간을 단축하지만 리드 치수가 일관되지 않도록 엄격한 품질 관리가 필요합니다.
웨이브 솔더링은 노출된 리드와 PCB 패드를 적시는 용융 솔더 웨이브를 사용하여 THT 부품을 솔더링하는 기본 방법입니다. 이 프로세스에는 플럭스를 활성화하고 수분을 증발시키기 위해 PCB를 예열한 다음 펌프 또는 전자기 유도에 의해 생성된 솔더 웨이브 위로 보드를 통과시키는 작업이 포함됩니다. 주요 매개변수에는 컨베이어 속도(0.5~1.5m/min), 예열 온도(100~140°C), 납땜 온도(Sn-Ag-Cu 합금의 경우 245~260°C)가 포함되며, 이는 PCB 두께, 부품 밀도 및 납땜 유형에 따라 조정되어야 합니다.
플럭스 적용은 웨이브 솔더링 성공에 매우 중요합니다. 수용성 플럭스는 납땜 후 세척이 필요한 고신뢰성 애플리케이션에 선호되는 반면, 무세척 플럭스는 전기 성능에 영향을 주지 않는 불활성 잔류물을 남겨 프로세스를 단순화합니다. 플럭스는 일반적으로 예열 전에 PCB 바닥면에 분사되거나 발포되어 패드와 리드에 균일한 적용 범위를 보장합니다. 플럭스가 부족하면 습윤성이 떨어지고 솔더 보이드가 발생하며, 플럭스가 너무 많으면 솔더가 튀거나 잔여물이 쌓일 수 있습니다.
솔더 웨이브 형상은 접합 품질에 영향을 미칩니다. 단일 웨이브 시스템은 미세한 피치 구성 요소에 칩 웨이브를 사용하고 더 큰 리드에 난류 웨이브를 사용하는 반면, 듀얼 웨이브 시스템은 층류 웨이브(원활한 솔더 흐름을 위한)와 난류 웨이브(플럭스 잔류물을 대체하기 위해)를 결합합니다. 구성 요소 크기가 혼합된 PCB의 경우 웨이브 높이(5~8mm)와 접촉 시간(2~4초)을 조정하면 민감한 부품이 과열되지 않고 모든 리드가 적절하게 젖도록 보장됩니다. 솔더 포트의 질소 불활성화는 드로스 형성과 산화를 줄여 무연 합금의 솔더링성을 향상시킵니다.
웨이브 후 납땜 검사를 통해 납땜 브리지, 충전 부족, 삭제 표시(리드 하나가 패드에서 떨어지는 현상) 등의 결함을 식별합니다. 사이드 뷰 카메라가 장착된 AOI 시스템은 솔더 필렛 모양과 부품 정렬을 분석하여 이러한 문제를 감지합니다. 고전력 애플리케이션의 경우 X선 검사를 통해 대형 커넥터나 변압기 아래와 같은 숨겨진 영역의 납땜 무결성을 확인할 수 있습니다.
선택적 납땜은 열에 민감한 SMD 또는 복잡한 레이아웃으로 인해 웨이브 납땜이 실용적이지 않은 SMT 및 THT 구성 요소를 결합한 PCB에 이상적입니다. 이 방법은 소형 납땜 노즐을 사용하여 대상 THT 리드에만 용융 납땜을 적용하여 인접한 부품의 열 응력을 최소화합니다. 선택적 납땜 시스템은 프로그래밍 가능한 XY 테이블을 사용하여 노즐을 정확하게 배치하고, 납땜 흐름을 펌프나 진공으로 제어하여 일관된 접합을 형성합니다.
노즐 설계는 선택적 납땜 성공에 매우 중요합니다. 맞춤형 노즐은 부품 리드의 모양과 크기와 일치하므로 솔더가 인근 SMD에 튀지 않고 패드를 적시도록 보장합니다. 예를 들어 원추형 노즐은 단일 축 저항 리드를 납땜할 수 있는 반면 슬롯 노즐은 여러 방사형 리드를 동시에 처리할 수 있습니다. 노즐 온도(250~270°C)와 체류 시간(1~3초)은 리드 직경과 패드 크기에 따라 최적화되어 과열 없이 적절한 습윤을 달성합니다.
선택적 솔더링에서의 플럭스 적용은 웨이브 솔더링보다 더 표적화되어 있습니다. 스프레이 또는 드롭젯 플럭서는 납땜할 부분에만 플럭스를 도포하여 잔여물을 줄이고 무세정 공정에서 청소할 필요를 없애줍니다. 수용성 플럭스의 경우 제어된 스프레이 패턴은 가열 중에 SMD로 이동할 수 있는 과잉 없이 적용 범위를 보장합니다. 조기 건조 또는 불완전한 산화물 제거를 방지하려면 플럭스 활성화 온도가 납땜 프로필과 일치해야 합니다.
선택적 납땜은 대형 커넥터나 SMT 부품 근처의 스루홀 비아와 같은 어려운 부품을 납땜하는 데 탁월합니다. 열을 특정 영역으로 격리함으로써 SMD 리플로우나 PCB 뒤틀림을 방지하므로 자동차 또는 항공우주 전자 장치와 같은 고신뢰성 애플리케이션에 적합합니다. 공정 최적화에는 각 부품 유형에 대한 노즐 위치, 납땜 양 및 플럭스 도포를 미세 조정하기 위한 반복 테스트가 포함되어 생산 실행 전반에 걸쳐 반복 가능한 접합 품질을 보장합니다.
제조업체는 부품 삽입, 웨이브 솔더링 및 선택적 솔더링 기술을 마스터함으로써 THT 어셈블리가 까다로운 애플리케이션에 대한 엄격한 신뢰성 표준을 충족하도록 보장합니다. 이러한 프로세스는 SMT 작업 흐름을 보완하여 견고한 기계적 및 전기적 연결을 갖춘 혼합 기술 PCB의 효율적인 생산을 가능하게 합니다.
