PCB기술 - SMT 공정 설계의 요점

단계: 프로세스 설계

특히 간격이 작은 부품의 표면 접착 조립 공정은 지속적인 모니터링과 체계적인 검사가 필요합니다. 예를 들어, 미국에서 솔더 조인트 품질 표준은 ipc-a-620 및 국가 솔더 표준 ANSI/j-std-001을 기반으로 합니다. 이러한 기준과 사양을 이해해야만 설계자는 산업 표준의 요구 사항을 충족하는 제품을 개발할 수 있습니다.

양산 설계

대량 생산 설계는 모든 대량 생산의 공정, 조립, 테스트 가능성 및 신뢰성을 포함하며 서면 문서 요구 사항을 기반으로 합니다.

완전하고 명확한 조립 문서는 설계에서 제조에 이르는 일련의 변환에 절대적으로 필요하고 성공적입니다. 관련 문서 및 CAD 데이터 목록에는 BOM(Bill of Materials), 적격 제조업체 목록, 어셈블리 세부 정보, 특수 어셈블리 지침, PC 기판 제조 세부 정보 및 자기 디스크에 포함된 거버 데이터 또는 ipc-d-350 프로그램이 포함됩니다.

자기 디스크의 CAD 데이터는 테스트 및 프로세스 도구를 개발하고 자동 조립 장비를 프로그래밍하는 데 매우 유용합니다. 여기에는 X-Y 축 좌표 위치, 테스트 요구 사항, 개요 그래프, 회로도 및 테스트 포인트의 X-Y 좌표가 포함됩니다.

PCBA 품질

각 배치 또는 특정 배치 번호에서 샘플을 가져와 납땜성을 테스트합니다. PCBA는 제조업체가 제공한 제품 정보 및 IPC에서 보정된 품질 사양과 비교됩니다. 다음 단계는 솔더 페이스트를 패드에 인쇄하고 다시 솔더링하는 것입니다. 유기 플럭스를 사용하는 경우 잔류물을 제거하기 위해 다시 세척해야 합니다. 솔더 조인트의 품질을 평가할 때 리플로우 후 PCBA의 모양과 크기 반응도 평가해야 합니다. 웨이브 솔더링 공정에서도 동일한 테스트 방법을 사용할 수 있습니다.

조립 공정 개발

이 단계에는 육안 및 자동 시각 장치로 각 기계적 동작을 지속적으로 모니터링하는 작업이 포함됩니다. 예를 들어, 레이저를 사용하여 각 PCB 보드에 인쇄된 페이스트 양을 스캔하는 것이 좋습니다.

샘플을 SMD에 놓고 다시 납땜한 후 품질 관리 및 엔지니어링 담당자는 각 구성 요소 커넥터의 주석 상태를 하나씩 확인해야 합니다. 각 멤버는 수동 부품과 다중 핀 부품의 정렬을 자세히 기록해야 합니다. 웨이브 솔더링 공정 후에는 솔더 조인트의 균일성을 주의 깊게 검사하고 핀이나 부품의 근접으로 인해 솔더 조인트의 잠재적인 결함 위치를 결정해야 합니다.

파인 피치 기술

파인 피치 어셈블리는 고급 건설 및 제조 개념입니다. 구성 요소의 밀도와 복잡성은 현재 시장의 주류 제품보다 훨씬 높습니다. 대량 생산 단계에 들어가려면 생산 라인에 넣기 전에 일부 매개변수를 수정해야 합니다.

예를 들어, 파인피치 소자의 핀 피치는 0.025" 이하로 표준 및 ASIC 부품에 적용할 수 있다. 이러한 부품의 경우 그림 1과 같이 업계 표준에서 허용 오차가 매우 넓기 때문이다. 부품 공급업체의 공차 오차가 서로 다르기 때문에 패드 크기를 맞춤화하거나 수정하여 조립 수율을 향상시켜야 합니다.

패드의 치수와 간격은 일반적으로 ipc-sm-782a에 따릅니다. 그러나 공정의 요구 사항을 충족시키기 위해 일부 패드의 모양과 크기는 이 사양과 약간 다를 수 있습니다. 웨이브 솔더링의 경우 더 많은 플럭스와 솔더를 갖기 위해 일반적으로 패드 크기가 약간 더 큽니다. 일반적으로 공정 허용 오차의 상한 및 하한 근처에 유지되는 일부 구성 요소의 경우 패드 크기를 적절하게 조정해야 합니다.

표면 접착 부품의 배치 방향 일관성

모든 구성 요소를 동일한 방향으로 설계할 필요는 없지만 일관성은 동일한 유형의 구성 요소에 대한 조립 및 검사 효율성을 높이는 데 도움이 됩니다. 복잡한 보드의 경우 핀이 있는 구성 요소는 일반적으로 시간을 절약하기 위해 동일한 방향을 갖습니다. 그 이유는 부품을 배치하는 그리퍼는 일반적으로 한 방향으로 고정되어 있으며 배치 방향은 보드를 회전해야만 변경할 수 있기 때문입니다. 일반적인 면접착 부품은 실장기의 그리퍼가 자유롭게 회전할 수 있어 문제가 없습니다. 그러나 웨이브 솔더링로를 통과하기 위해서는 주석 흐름의 노출 시간을 줄이기 위해 구성 요소의 방향을 통일할 필요가 있습니다.

극성이 있는 일부 구성 요소의 극성은 전체 회로 설계 초기에 결정되었습니다. 회로 기능을 이해한 후 공정 엔지니어는 구성 요소 배치 순서를 결정하여 조립 효율을 향상시킬 수 있지만 동일한 방향성 또는 유사한 구성 요소를 가짐으로써 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 실장 방향을 통일할 수 있다면 실장 컴포넌트 프로그램 작성 속도를 단축할 수 있을 뿐만 아니라 오류 발생도 줄일 수 있다.

일관된(및 적절한) 구성 요소 거리

일반적으로 전자동 표면 접착제 배치 기계는 매우 정확합니다. 그러나 설계자는 부품 밀도를 높이면서 대량 생산의 복잡성을 무시하는 경우가 많습니다. 예를 들어, 높은 구성 요소가 작은 핀 피치를 가진 구성 요소에 너무 가까우면 핀 솔더 조인트 검사를 위한 가시선을 차단할 뿐만 아니라 재작업 또는 재작업에 사용되는 도구를 방해합니다.

웨이브 솔더링 주석은 일반적으로 다이오드 및 트랜지스터와 같은 낮고 짧은 부품에 사용됩니다. SOIC와 같은 소형 부품은 웨이브 솔더링 주석에도 사용할 수 있지만 일부 부품은 주석 용광로에 직접 노출되는 고열을 견딜 수 없다는 점에 유의해야 합니다.

조립 품질의 일관성을 보장하려면 구성 요소 사이의 거리가 충분히 커야 하고 주석로에 균일하게 노출되어야 합니다. 솔더가 각 접점에 접촉할 수 있도록 하려면 차폐 효과를 피하기 위해 높은 구성 요소와 낮은 구성 요소에서 일정한 거리를 유지해야 합니다. 거리가 충분하지 않으면 구성 요소의 검사 및 재작업도 방해가 됩니다.

업계에서는 표면 접착 부품에 대한 일련의 표준 응용 프로그램을 개발했습니다. 가능하면 표준 구성 요소를 최대한 많이 사용하여 설계자가 표준 패드 크기의 데이터베이스를 구축하고 엔지니어가 프로세스 문제를 더 잘 파악할 수 있도록 해야 합니다. 설계자는 일부 국가에서 유사한 표준을 설정했으며 구성 요소의 모양은 비슷할 수 있지만 구성 요소의 핀 각도는 국가마다 다르다는 것을 알 수 있습니다. 예를 들어 북미와 유럽의 SOIC 부품 공급업체는 Eiz 표준을 충족할 수 있지만 일본 제품은 EIAJ를 설계 기준으로 사용합니다. EIAJ 표준을 충족하더라도 다른 회사에서 생산하는 구성 요소는 모양이 동일하지 않다는 점에 유의해야 합니다.

생산성 향상을 위한 설계

어셈블리 보드는 구성 요소의 모양과 밀도에 따라 매우 단순할 수도 있고 매우 복잡할 수도 있습니다. 복잡한 설계는 효율적인 생산을 가능하게 하고 어려움을 줄일 수 있지만, 설계자가 공정 세부사항에 주의를 기울이지 않으면 매우 곤란해질 것입니다. 조립 계획은 설계 초기에 고려되어야 합니다. 일반적으로 부품의 위치와 방향만 조정하면 양산성을 높일 수 있다. PC 기판의 크기가 매우 작거나 불규칙한 모양이나 부품이 기판의 가장자리에 가까울 경우 연결판 형태로 대량 생산을 고려할 수 있습니다.

테스트 및 수리

누락된 구성 요소 또는 프로세스를 감지하기 위해 테이블에서 소규모 테스트 도구를 사용하는 것은 매우 부정확하고 시간이 많이 걸립니다. 테스트 방법은 설계에서 고려되어야 합니다. 예를 들어 ICT 테스트를 사용하려는 경우 프로브가 접촉할 수 있는 라인에 몇 가지 테스트 포인트를 설계하는 것을 고려해야 합니다. 테스트 시스템에 미리 작성된 프로그램이 있어 각 구성 요소의 기능을 테스트하고 어떤 구성 요소가 잘못되었거나 잘못 배치되었는지 지적하고 솔더 조인트 상태가 양호한지 여부를 판단할 수 있습니다. 감지 오류에는 구성 요소 접점 사이의 단락과 핀과 패드 사이의 빈 용접도 포함되어야 합니다.

테스트 프로브가 라인의 각 공통 접합에 닿지 않으면 각 구성 요소를 개별적으로 측정할 수 없습니다. 특히 마이크로피치 조립의 경우 모든 라인의 접속점이나 부품간 접속 라인을 측정하기 위해서는 자동 테스트 장비의 프로브가 필요하다. 못 하면 기능 테스트를 통과해야 하고, 그렇지 않으면 배송 후 고객이 마모될 때까지 기다려야 합니다.

ICT 테스트는 다른 제품에 따라 다른 도구와 테스트 절차를 만드는 것입니다. 테스트를 고려하여 설계한다면 각 부품의 품질과 접점을 쉽게 감지할 수 있습니다. (그림 2) 솔더 조인트 결함은 육안으로 볼 수 있습니다. 그러나 주석 결핍 및 매우 작은 단락은 전기 테스트를 통해서만 확인됩니다.

표면과 두 번째 면의 구성 요소 밀도가 동일할 수 있으므로 기존 테스트 방법으로는 모든 오류를 감지하지 못할 수 있습니다. PCB의에서 프로브가 접촉할 수 있는 고밀도 및 미세 피치의 작은 비아 패드가 있지만 사용을 위해 비아 패드를 늘리는 것이 여전히 바람직합니다.