SMT 공정에서 솔더 비드 형성의 원인과 해결책

용매 껍질 현상표면 장착 기술 (SMT) 생산의 주요 결함 중 하나입니다. 여러 가지 원인과 통제에 어려움이 있기 때문에 SMT 엔지니어링 기술자에게 종종 문제가됩니다.

용접 껍질과 용접 공의 형성 메커니즘은 다르기 때문에 필요한 대책도 다릅니다.

솔더 거리는 주로 칩 저항 및 콘덴시터의 한쪽에 집중되며 때로는 IC 핀 근처에 나타납니다.

용접방울은 보드 수준의 제품의 외모에 영향을 줄 뿐만 아니라, 더 중요한 것은, 인쇄 회로 보드에 있는 부품의 높은 밀도 때문에,사용 중에 쇼트 커킷을 일으킬 위험이 있습니다.전자제품의 품질에 영향을 미칩니다.

용매 껍질의 원인은 여러 가지가 있으며, 종종 하나 또는 여러 가지 요인으로 인해 발생합니다. 따라서 효과적인 통제를 달성하기 위해 각 원인에 대한 예방 및 개선 조치가 취해야합니다.

용매 진주 및 용매 공의 메커니즘

1용접 공의 형성 메커니즘

용접 공의 주요 원인은 용접 관절에서 용해 금속 합금의 "스프래싱"이 여러 가지 이유로 인해 형성됩니다.관절 주위에 흩어져있는 용접 공.

그들은 종종 구성 요소 끝 또는 패드 주위에 흐름 잔류에 갇힌 그룹화 된 분리 된 작은 입자로 나타납니다. 일반적인 원인은 다음과 같습니다.특히 납 없는 고온 공정에서, 이는 용매 공 형성을 초래할 수 있습니다. 재공류 용매 과정에서 용액 흐름의 과도하게 빠른 증발, 흐름 구성에 용매의 높은 비율,고 끓는점 용매의 과잉, 부적절한 난방 등은 용접공 형성의 가능성을 증가시킬 수 있습니다.용접 중인 표면 또는 용접 매스도의 진의 과도한 산화로 인해 용접 중에 용접 질량 내에서 불규칙한 열과 녹기가 발생할 수 있습니다., 따라서 흐름의 열 전도성 및 열 전달 행동에 영향을 미치며, 또한 용접공 형성의 가능성을 증가시킵니다. 용접 페이스트 사용 중 부정적인 요소,예를 들어 부적절한 용접 매스다 온화로 인해 수분 흡수 (흐름에 있는 수소 구성 요소로 인해), 용접 과정에서 용접 페이스트가 스프링을 유발하여 용접 공을 형성 할 수 있습니다.

2용접 껍질의 형성 메커니즘

용매 진주 (solder beads) 는 비교적 큰 용매 공을 가리킨다. 용매하기 전에, 용매 페이스트는 슬럼프, 압축 또는 다른 이유로 인해 인쇄된 용매 패드 너머로 확장될 수 있다. 용매하는 동안, 용매는 용매를 굽는 데 사용된다.이 과도한 용매 페이스트는 패드의 용매 페이스트와 결합하지 못하고 독립됩니다.그러나 대부분의 용접 껍질은 칩 부품의 양쪽에 발생합니다 (그림 1 참조).

예를 들어 사각형 패드를 가진 칩 구성 요소 (그림 2) 를 취하면 인쇄 후 용접 페이스트가 패드를 넘어서면 용접 껍질이 형성 될 가능성이 있습니다.

패드 너머로 확장 된 용매 페이스트는 두 부분으로 구성됩니다: 외부 확장 (푸른 영역) 및 내부 확장 (노란 영역). 빨간색 영역은 실제 패드 영역입니다. 외부 확장을위한,펠레를 형성하는 동안 용접하는 동안 패드에 있는 용접 페이스트와 합쳐지면 용접 껍질이 형성되지 않습니다..

내부 연장용으로, 용매 부피가 작을 때, 용매 페이스트는 구성 요소 끝으로 적절한 필레를 형성 할 수 있습니다. 그러나 용매 부피가 큰 경우,구성 요소 배치 압력은 구성 요소 몸 (열열기) 아래로 용매 페이스트를 압축 할 수 있습니다.. 재흐름 도중, 녹은 용매, 표면 에너지로 인해, 구형 모양을 형성 합니다. 그것은 구성 요소를 들어 올리는 경향이 있지만, 이 힘은 매우 작습니다.구성 요소의 무게 대신 구성 요소의 양쪽으로 용접 공을 압축, 패드에서 분리하고 냉각 시 용매 구슬을 형성합니다. 구성 요소 무게가 높고 많은 양의 용매 페이스트가 압축되면 여러 용매 구슬이 형성 될 수 있습니다.

3용접 껍질과 용접 껍질의 차이

사람들은 종종 용접 진주와 용접 공을 혼동하지만, 그것들은 다릅니다.

가장 큰 차이점은 형성 메커니즘에 있습니다.

또한, 외관과 크기에 있어서, 용접 껍질은 용접 공보다 크며, 일반적으로 지름이 5 밀리 (0.127mm) 보다 크다.

위치에 관해서는, 용접 껍질은 주로 칩 구성 요소의 중간에 집중되어 있으며 구성 요소의 하단에 있습니다.용매 공은 플럭스 잔류의 어느 곳에서나 나타날 수 있습니다..

양에 관해서는, 용접 껍질은 일반적으로 1에서 4까지 번호가 있으며, 용접 껍질의 수는 다양하며 종종 많습니다.

용매 껍질 형성 에 영향을 미치는 요인

용매 진주 형성의 원인에 따라 주요 영향을 미치는 요인은 다음과 같습니다.

• 스텐실 오프처 및 패드 패턴 디자인

• 스텐실 청소

• 기계 반복성 정확성

• 재공류 용접 온도 프로파일

• 배치 압력

• 패드 바깥에 있는 용매 페이스트의 양

대책 및 용매 껍질 감소 경험

1- 표준에 따라 스텐실 오퍼처를 설계

적절한 스텐실 두께를 선택 하 고 IPC-7525A 표준에 근거 한 틈의 면 비율을 엄격히 제어 합니다. 스텐실 두께를 선택할 때,PCB의 실제 구성 요소에 기초하여 표준 범위 내에서 더 얇은 옵션을 선택합니다.예를 들어 QFP/Pin 0.5mm pitch의 경우 0.125mm-0.15mm의 두께가 허용됩니다.12mm는 다른 구성 요소의 용접에 영향을 미치지 않습니다., 0.12mm를 더 두꺼운 옵션보다 선택한다. 전형적인 개도 비율은 1:1더 많은 용접 페스트가 필요한 부품의 경우 비율은 1으로 약간 증가 할 수 있습니다.1.05 또는 1:1.2그러나, 양상비율 > 1: 1의 스텐실은 인쇄 중에 자주적이고 효과적인 바닥 청소를 필요로 한다. 그렇지 않으면, 바닥에 용접 매스다 축적은 용접 공을 일으킬 수 있다.소금 페스트가 적은 부품이 비율은 1으로 줄일 수 있습니다.0.9칩 구성 요소의 경우, 0402 이하의 크기에 대접 방지 진공이 필요하지 않을 수 있지만 0603 이상에는 선택적으로 적용해야합니다.용접 껍질과 내부 패드 연장 페이스트 사이의 관계를 고려, 내부 패드 연장은 제거하거나 심지어 부정적인 값으로 설계 할 수 있습니다.

2. 적절한 패드 패턴과 크기 디자인을 선택

부적절한 패드 크기 설계는 또한 용접 진구로 이어질 수 있다. 패드를 설계할 때, 해당 패드 크기를 결정하기 위해 PCB, 실제 부품 패키지 크기와 종점 크기를 고려해야 한다.기업들은 공급자로부터의 부품의 측정된 크기에 기초하여 자신의 패드 설계 표준을 설정해야 합니다.또한 실제 조건에 따라 디자인을 수정해야합니다. IPC-SM-782A에 따르면 용접 결합은 세 가지 기준 값을 가지고 있습니다.

• Jt = 발가락에 절단 필레

• Jh = 발가락에 절단 필레

• js = 옆으로 굽는 필레

칩 부품 (예제로 0402를 사용함) 은 그림 3에서 저항 패드 설계 스케마 (실제 패턴은 구성 요소에 따라 다릅니다) 를 보여줍니다.그리고 그림 4는 대응 저항 하단 차원 스키마를 보여줍니다FUJI 143E 고속 배치 기계 (정밀도 0.001mm) 를 사용하여 측정 된 PCB 패드의 크기는 표 1에 표시됩니다.측정된 부품 크기 (FUJI 143E를 사용하여) 와 공급업체에서 제공한 크기 사이의 비교는 표 2에 표시됩니다.측정된 크기는 공급자가 지정한 범위 내에 있습니다.

세 개의 기준값을 계산하는 공식은 다음과 같습니다.

• Jt = (Z - L) / 2

• Jh = (S - G) / 2

• js = (X - W) / 2

만약 Jh가 양수라면, 그것은 배치 후 끝에서 과도한 용접 페이스트가 없다는 것을 나타냅니다. 일부 용접 페이스트는 "남수"가 될 것입니다. 만약 Jh가 양수이고 상대적으로 크다면,용접 도중 과잉 가열 속도와 같은 요인, 종단 또는 패드의 열악한 용접성, 또는 과도한 아래로 배치 압력은 용접 구슬을 유발할 수 있습니다. Jh가 양적이지만 작다면 좋은 필레 형성을 선호합니다.

용매 껍질 문제 에 대한 경험적 분석 및 개선 조치

IPC-SM-782A에 따라 Fenghua (제공자) 의 측정 데이터를 분석합니다.

• 저항 Jh = (0.46 - 0.4) / 2 = 0.03mm

• 콘덴시터 Jh = (0.56 - 0.4) / 2 = 0.08mm

양쪽 Jh 값이 양수이지만, 그들은 작아서 잘 된 발톱 필레와 용접 껍질을 형성하지 않고 습기 각도를 허용합니다.그리고 용접 품질은 좋습니다.Jh의 경험적 범위는 -0.1에서 0.15mm입니다. 표 2에서 S 값 범위는 넓습니다. 실제로는 공급자에게이 범위를 제어하도록 요청해야합니다. 콘덴시터와 저항의 좋은 범위는 0입니다.35-0.65mm. 그렇지 않으면 스텐실 디자인은 그에 따라 조정되어야 합니다. Jt, Js 등은 유사하게 분석 될 수 있습니다.

IC 부품의 경우 공급업체가 제공한 패턴/차량에 기초한 설계. 칩 부품의 경우 권장되는 납 없는 패드 모양은 외부 또는 내부로 반전사형이다.주요 고려 사항은 평면 패드에 전형적인 스트레스 농도와 높은 배치 압력 아래 코너에 용접 매스 extrusion 피하는 것입니다., 이것은 용접 구슬을 일으킬 수 있습니다.

3스텐실 청소 품질을 향상

더 나은 스텐실 청소는 인쇄 품질을 향상시킵니다. 불충분한 청소는 오프러셔의 바닥에 용접 페이스트 잔해가 축적되어 과도한 페이스트와 용접 페럴을 유발합니다.프린터에서 자동 스텐실 청소를 사용할 때, 습기 청소, 건조 청소 및 진공을 결합하는 것이 가장 효과적입니다. 구성 요소 레이아웃에 따라 청소 빈도를 증가하십시오. 효과를 모니터링하고 필요한 경우 수동 청소를 추가하십시오.

4- 장비 반복 정확성 보장

인쇄 도중, 스텐실 과 패드 사이 의 비정형성 은 패드 너머 에 페이스트 가 찌어질 수 있으며, 가열 시 로 solda beads 로 이어질 수 있다. 배치 정확성 도 과정 에 영향을 준다. 일반적으로,3σ 또는 더 나은 것이 필요합니다.· 그렇지 않으면 용접 껍질의 확률이 증가합니다.

5제어 배치 기계 배치 압력

구성 요소 배치 중 Z 축 높이는 배치 압력 또는 구성 요소 두께 제어에 의해 제어됩니다. 이것은 구성 요소가 용매 페이스트에 얼마나 압박하는지 결정합니다.용접 껍질의 중요한 요소. 부적절 한 제어 는 배치 도중 패드 에서 페이스트 를 압축 하여 구슬 을 유발 할 수 있다. 제어 방법 에 관계 없이 구슬 을 방지 하기 위해 설정 을 최적화 해야 한다.원리는 페스트에 구성 요소를 "위"에 넣어 페스트는 패드에서 압축되지 않도록 충분히 압력을필요한 압력은 공급자, 모델 및 패키지에 따라 다릅니다. 생산 중에 필요에 따라 조정하십시오.

6. 온도 프로파일을 최적화

리플로우 용접 도중 램프와 흡수 단계는 PWB 및 구성 요소에 대한 열 충격을 줄이고 용매 페이스트에서 부분 용매 휘발성을 허용하는 것을 목표로합니다.이것은 과도한 용매가 재흐름 단계에서 침체 또는 스프래싱을 유발하는 것을 방지합니다., 패드에서 페이스트를 밀어 내고 구슬이나 공을 형성합니다. 재흐름 프로필을 제어: 램프 속도가 2.0 ° C/s보다 적당히 낮도록 보장하십시오.전형적인 2°C/s 이하로 수정, 사용자 텍스트는 20 ° C / S ′′가 그대로 유지 될 것이라고 말하지만 유력한 오류를 참고하십시오) 그리고 침식 시간은 60-120 초 사이로 제어되며 대부분의 용액이 안정적인 플랫폼에서 휘발성 할 수 있습니다.

요약 및 협업 제안

용접 껍질의 원인은 여러 가지가 있습니다. 저희 회사는 설계 과정에서 예방에 중점을 두고 있습니다.우리는 먼저 통계적으로 구성 요소의 차원을 분석하고 패드 디자인과 일치 패드 디자인과 스텐실 오프러처 선택을 안내만약 여전히 용접 껍질이 생기면, 우리는 추가적인 분석을 실시하고, 인쇄부터 배치까지의 모든 과정을 검사하고, 원인을 확인하고, 개선 사항을 시행합니다.꽤 효과적이네요, 생산 도중 용접 껍질의 확률이 낮습니다.

우리는 아이디어 교환을 희망하고 용접 진주 문제에 대한 경험을 가진 동료로부터 배우고이 기사에서 모든 결함을 지적하는 것을 환영합니다.

SMT 프로세스 제어에는 많은 측면이 포함됩니다. 어느 한 영역의 실패도 문제를 일으킬 수 있습니다. 따라서 SMT 프로세스 엔지니어 외에도조달 및 재료 관리 부서는 프로세스 엔지니어와 적극적으로 조정해야합니다.재료 변경 또는 교체에 관한 커뮤니케이션은 재료 변동으로 인한 공정 매개 변수 변경으로 인한 결함을 방지하기 위해 필요합니다.PCB 레이아웃 설계자 또한 프로세스 엔지니어와 더 많이 소통해야합니다., 가능한 한 그들의 개선 제안을 참조하고 실행합니다.