인쇄 회로 기판의 그림으로 보는 역사

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인쇄 회로 기판의 그림으로 보는 역사

최초의 인쇄 회로 기판(PCB)은 1930년대에 공학을 전공하고 잡지 편집자였던 폴 아이슬러가 전기 공학 분야로 진출하기 전에 개발했습니다. 아이슬러는 종이에 인쇄하면 신문 외에도 다양한 용도로 활용할 수 있다는 생각을 가지고 있었습니다. 그는 런던 햄스테드에 있는 작은 원룸에서 아이디어를 발전시켰습니다.

모 에이브람슨

인쇄 회로 기판의 역사는 많은 기술 발전의 영향을 받았습니다. 최초의 PCB 중 일부는 자동 조립 공정 개발을 도운 컴퓨터 엔지니어 Moe Abramson에 의해 만들어졌습니다. Abramson은 또한 구리 호일 상호 연결 패턴과 딥 솔더링 기술을 개발했습니다. 그의 공정은 나중에 개선되었고, 그의 작업은 인쇄 회로 기판 제조의 표준 공정으로 이어졌습니다.

인쇄 회로 기판은 전자 부품을 기계적으로 지지하고 전기적으로 연결하는 회로입니다. 일반적으로 두 겹 이상의 구리판으로 만들어집니다. 이 제조 공정을 통해 부품 밀도를 높일 수 있습니다. 또한 전기 연결을 위한 도금 관통 구멍이 있습니다. 고급 PCB에는 임베디드 전자 부품도 통합되어 있습니다.

스타니슬라스 F. 단코

인쇄 회로 기판의 역사는 20세기 중반으로 거슬러 올라갑니다. 그 이전에는 전자 부품에 와이어 리드가 있었고 PCB의 흔적에 직접 납땜을 했습니다. 최초의 자동 조립 공정은 미국 신호병단 소속이었던 Moe Abramson과 Stanislaus F. Danko가 개발했습니다. 이들은 이 공정에 대한 특허를 획득했으며, 이후 인쇄 회로 기판 제작의 표준 방법이 되었습니다.

인쇄 회로 기판은 전자 기기의 중요한 부품입니다. 19세기 중반에 소박하게 시작된 인쇄 회로 기판은 이제 보편적인 부품이 되었습니다. 인쇄 회로 기판의 진화는 소비자 요구의 증가에 의해 주도되었습니다. 오늘날의 소비자들은 전자 기기에서 즉각적인 반응을 기대합니다. 1925년 찰스 듀카스는 배선의 복잡성을 줄이기 위해 '인쇄 와이어'라는 공정을 개발했습니다. 폴 아이슬러 박사는 1943년 오스트리아에서 최초로 작동하는 PCB를 제작했습니다.

해리 W. 루빈스타인

인쇄 회로 기판의 역사는 1927년부터 1946년까지 글로브 유니온의 Centralab 사업부에서 연구 과학자이자 임원으로 근무한 Harry W. Rubinstein이라는 사람에 의해 크게 형성되었습니다. 루빈스타인은 센트럴랩에서 롤러스케이트, 점화 플러그, 축전지를 개선하는 등 여러 가지 혁신을 주도했습니다. 하지만 그의 가장 유명한 발명품은 인쇄 전자 회로였습니다.

인쇄 회로 기판의 역사는 1900년대 초, 전자 부품을 PCB에 납땜하던 시절부터 시작됩니다. PCB에는 와이어 리드를 위한 구멍이 있었고, 그 구멍을 통해 리드를 삽입한 다음 보드의 구리 트레이스에 납땜했습니다. 그러나 1949년 Moe Abramson과 Stanislaus F. Danko는 구리 호일 상호 연결 패턴에 부품 리드를 삽입하고 딥 솔더링하는 기술을 개발했습니다. 이 공정은 이후 미 육군 신호대에서 채택되었고, 결국 인쇄 회로 기판을 제작하는 표준 방법이 되었습니다.

표면 실장 기술(SMT) 부품

SMT는 전자 부품을 인쇄 회로 기판(PCB) 표면에 직접 적용할 수 있는 기술입니다. 이를 통해 더 효율적인 생산과 더 컴팩트한 디자인이 가능합니다. 또한 드릴링 구멍의 수를 줄여 생산 비용을 낮출 수 있습니다. SMT 부품은 또한 더 견고하고 더 높은 수준의 진동과 충격을 견딜 수 있습니다.

스루홀 부품에 비해 표면 실장 기술의 가장 큰 장점은 고도로 자동화되어 용접 공정 중 고장 횟수가 줄어든다는 점입니다. 또한 SMT 부품은 THT 부품에 비해 패키징 비용이 훨씬 저렴하므로 판매 가격도 저렴합니다. 이는 대량 인쇄 회로 기판을 찾는 고객에게 큰 장점입니다.

여러 층의 구리

여러 층의 구리로 구성된 PCB는 여러 층의 구리 호일과 절연 재료로 구성됩니다. 구리 층은 연속적인 구리 영역을 나타내거나 별도의 흔적을 나타낼 수 있습니다. 전도성 구리 층은 전류를 전달할 수 있는 얇은 채널인 비아를 사용하여 서로 연결됩니다. 이러한 전도성 레이어는 종종 EMI를 줄이고 명확한 전류 리턴 경로를 제공하는 데 사용됩니다. 다음은 인쇄 회로 기판에 구리를 사용할 때 얻을 수 있는 몇 가지 이점입니다.

다층 PCB는 단일 레이어 보드보다 비용이 더 많이 듭니다. 또한 제조가 더 복잡하고 더 복잡한 제조 공정이 필요합니다. 높은 비용에도 불구하고 전문 전자 장비에 널리 사용됩니다.

전자기 호환성

전자파 적합성(EMC)은 제품 설계의 중요한 측면입니다. EMC 표준은 제품의 안전한 작동을 보장하기 위한 전제 조건입니다. PCB의 설계는 구성 요소 및 환경과 전자기적으로 호환되어야 합니다. 일반적으로 인쇄 회로 기판은 첫 번째 통과에서 EMC 표준을 충족하지 못합니다. 따라서 설계 프로세스는 처음부터 EMC 표준을 충족하는 데 중점을 두어야 합니다.

전자기 호환성을 달성하기 위한 몇 가지 일반적인 기술이 있습니다. 한 가지 방법은 PCB에 접지층을 두는 것입니다. 또 다른 방법은 낮은 임피던스를 제공하기 위해 접지 그리드를 사용하는 것입니다. 그리드 사이의 공간은 회로 기판의 접지 인덕턴스를 결정하는 데 중요합니다. 패러데이 케이지도 EMI를 줄이는 또 다른 방법입니다. 이 프로세스에는 PCB 주변에 접지를 던져 신호가 접지 한계를 넘어 이동하는 것을 방지하는 것이 포함됩니다. 이는 PCB에서 발생하는 방출과 간섭을 줄이는 데 도움이 됩니다.

갈바닉 부식이 PCB에 미치는 영향은 무엇인가요?

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갈바닉 부식이 PCB에 미치는 영향은 무엇인가요?

갈바닉 부식이 PCB에 미치는 영향이 무엇인지 궁금해하신 적이 있으시다면, 여러분은 혼자가 아닙니다. 이러한 유형의 부식은 용액이나 이온성 액체에 의해 인접한 트레이스가 오염되고 트레이스 사이에 작은 조각이 자라게 합니다. 이러한 은색은 단락을 일으키거나 PCB의 기능 블록을 비활성화할 수도 있습니다. 부식이 PCB의 전원 라인에 영향을 미치면 장치 전체가 오작동할 수 있습니다.

PCB의 갈바닉 부식 예시

갈바닉 부식은 한 금속의 표면이 다른 금속의 표면과 반응하는 전기 화학적 과정입니다. 이 반응은 전해질이 있는 상태에서 일어나며, 일반적으로 서로 다른 금속 사이에서 발생합니다. 1차 전지에서는 이 과정을 활용하여 유용한 전압을 생성합니다.

부식 과정은 수분 또는 이온성 액체가 노출된 금속 부품에 접촉할 때 시작됩니다. 접촉하면 금속 산화물이 성장하기 시작하여 표면이 부식됩니다. 이 과정은 인접한 회로 기판에도 영향을 미쳐 단락을 일으키고 전체 기판의 성능을 저하시킬 수 있습니다.

갈바닉 부식을 최소화하는 한 가지 방법은 부식 억제제를 사용하는 것입니다. 이는 갈바닉 전위를 줄이는 데 효과적이지만 지속적인 모니터링이 필요합니다. 또한 물의 전도성을 증가시킵니다. 따라서 PCB를 작업할 때 적절하게 관리하는 것이 중요합니다.

갈바닉 부식을 방지하는 또 다른 방법은 구리와 알루미늄 전기 연결부 사이에 산화 방지 페이스트를 사용하는 것입니다. 이 페이스트는 구리보다 전위가 낮은 금속으로 구성되어 있습니다. 이렇게 하면 금속이 서로 접촉하지 않고 갈바닉 부식의 가능성을 최소화하는 데 도움이 됩니다.

갈바닉 부식은 납땜 조인트에 사용되는 서로 다른 금속으로 인해 발생하는 경우가 많습니다. 따라서 커넥터 결합에 적합한 소재를 선택하는 것이 중요합니다. 동일한 이온 전위를 가진 재료는 서로 다른 금속을 사용하는 재료보다 부식에 저항할 가능성이 더 높습니다.

PCB의 갈바닉 부식 정도를 줄이기 위한 공정

PCB 기판의 갈바닉 부식 정도는 다양한 방법으로 줄일 수 있습니다. 첫 번째 기술은 네트워크를 분석하고 갈바닉 부식의 원인을 찾는 것이고, 두 번째 기술은 네트워크에서 유기 코팅 공정(OSP) 디스크의 면적을 늘리는 것입니다.

PCB의 구리 패드는 표면 마감 처리로 보호되지만 마감 처리 아래로 습기가 들어갈 수 있습니다. 일단 내부로 들어가면 습기가 구리와 반응하여 부식 과정이 시작됩니다. 이 과정은 흔적을 따라 확산될 수 있습니다. 대부분의 경우 갈바닉 부식은 PCB의 구리와 부품의 금속과 같이 서로 다른 두 금속 사이의 접촉으로 인해 발생합니다. 부식성 전해질이 존재하면 갈바닉 부식의 가능성도 높아집니다.

갈바닉 부식은 전자 제품, 특히 고속 애플리케이션에서 흔히 발생하는 문제입니다. 갈바닉 부식은 서로 다른 두 금속이 전해질과 접촉할 때 발생합니다. 서로 다른 두 금속이 전기적으로 접촉하면 반응성이 높은 금속 원자가 전자를 잃고 산화를 일으킵니다. 이는 단락으로 이어집니다.

PCB를 깨끗하게 유지하는 것은 장치의 수명과 수명을 보장하는 데 매우 중요합니다. 부식 방지는 건조하고 액체가 없는 상태로 유지하는 것에서 시작됩니다. 따라서 PCB 제조업체와 설계자는 노출된 컨덕터에 수분이 맺히지 않도록 보드를 세심하게 보호해야 합니다.

전자제품의 일반적인 부식 고장 유형

전자 장치의 일반적인 갈바닉 부식 고장 유형은 다양한 유형의 공정으로 인해 발생합니다. 그 중 하나는 PCBA에 수막이 형성되어 누설 전류와 전자 장치의 잘못된 출력 신호로 이어질 수 있습니다. 또 다른 유형의 부식 실패는 제조 공정의 결함으로 인해 발생합니다. 이러한 부식 유형은 종종 스위치의 단락을 초래합니다.

부식 속도는 온도와 주변 환경 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 습기, 이슬 또는 결로 현상이 있으면 부식 속도가 빨라집니다. 먼지 입자가 있으면 수분을 보유하기 때문에 부식 속도가 빨라집니다. 먼지 입자는 토양/모래, 연기, 그을음 입자, 염분 등 다양한 출처에서 발생합니다.

스테인리스 스틸과 아연은 귀금속과 활성 물질의 예입니다. 두 금속의 상대적인 차이가 클수록 갈바닉 부식 중에 가해지는 힘의 양이 커집니다. 표면적이 넓은 음극은 높은 전류로 인해 빠른 속도로 부식됩니다.

갈바닉 부식은 산업 설계의 주요 관심사입니다. 마그네슘은 매우 활동적인 구조용 금속입니다. 마그네슘은 항공우주 및 자동차 산업에서 사용됩니다. 음극과 양극의 면적 비율도 갈바닉 부식에 의해 생성되는 전류의 양에 영향을 미칩니다. 두 금속 사이의 절연 스페이서는 두 금속 사이의 거리를 변경하여 갈바닉 부식의 위험을 줄일 수도 있습니다.

BGA 부품의 솔더 볼 문제 및 해결 방법

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BGA 부품의 솔더 볼 문제 및 해결 방법

BGA 부품의 솔더 볼 문제는 부품의 성능 저하로 이어질 수 있는 일반적인 문제입니다. 이러한 문제는 솔더 볼 박리 또는 산화로 인해 발생합니다. 다행히도 해결 방법은 간단하며 복잡한 기술 지식이 필요하지 않습니다. 이러한 솔루션은 부품의 추가 손상을 방지하는 데 도움이 됩니다.

솔더 볼 박리

BGA 부품은 일반적으로 "헤드 인 필로우 결함"이라고 하는 솔더 볼과 관련된 문제가 발생하기 쉽습니다. 이 문제는 두 금속 표면이 솔더 볼에 의해 기계적으로 연결될 때 발생합니다. 볼과 땜납 사이의 접촉량은 납땜 공정과 부품에 가해지는 열과 압력에 따라 달라집니다. 이 결함의 원인과 이를 예방하기 위한 해결책을 이해하기 위해 여러 연구가 수행되었습니다.

BGA에 결함이 있으면 제품 기능에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 일반적인 해결 방법은 영향을 받는 부품을 새 부품으로 교체하는 것입니다. 그러나 이 솔루션은 문제가 많고 비용이 많이 들 수 있습니다. 더 나은 대안은 BGA 부품을 리볼링하는 것입니다. 기술자가 영향을 받은 부품을 제거하고 노출된 부분에 새 납땜을 설치해야 합니다.

솔더 볼 문제를 방지하려면 올바른 테스트 소켓을 사용하는 것이 중요합니다. 테스트 소켓에는 클로형 소켓과 니들 포인트 소켓의 두 가지 유형이 있습니다. 전자는 솔더 볼이 팽창하여 변형되는 반면, 후자는 솔더 볼에 부딪힘과 마모를 유발합니다.

솔더 볼 산화

BGA 부품의 솔더 볼 산화 문제는 전자 제품 제조에서 점점 더 큰 문제로 대두되고 있습니다. 이러한 결함은 솔더 리플로우 공정 중에 용융된 솔더 페이스트와 BGA/CSP 부품 솔더 구의 불완전한 병합으로 인해 발생합니다. 이러한 결함은 무연 및 주석 납 납땜 어셈블리 모두에 영향을 미칩니다. 그러나 이러한 문제를 완화할 수 있는 방법이 있습니다.

이 문제를 방지하는 한 가지 방법은 반액체 상태의 솔더 페이스트를 사용하는 것입니다. 이렇게 하면 볼이 가열될 때 단락되지 않습니다. 견고한 솔더 조인트를 보장하기 위해 사용되는 솔더 합금은 신중하게 선택됩니다. 이 합금도 반액체이기 때문에 개별 볼이 인접한 볼과 분리된 상태를 유지할 수 있습니다.

솔더 볼의 산화를 방지하는 또 다른 방법은 취급 중에 BGA 부품을 보호하는 것입니다. 운송 또는 배송 시 BGA 부품을 정전기가 발생하지 않는 폼 팔레트에 넣어야 합니다. 이렇게 하면 솔더 볼과 소켓의 산화 과정을 지연시킬 수 있습니다.

솔더 볼 제거

BGA 부품의 솔더 볼 제거는 매우 중요한 공정입니다. 솔더 볼을 제대로 제거하지 않으면 BGA 부품이 손상되어 제품이 지저분해질 수 있습니다. 다행히도 BGA 부품에서 볼을 제거하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 첫 번째 방법은 진공을 사용하여 잔류 땜납을 제거하는 것입니다. 두 번째 방법은 수용성 페이스트 플럭스를 사용하는 것입니다.

대부분의 경우 가장 비용 효율적인 방법은 리볼링입니다. 이 공정은 무연 솔더 볼을 납이 함유된 볼로 교체하는 것입니다. 이 방법을 사용하면 BGA 부품의 기능을 유지할 수 있습니다. 이 프로세스는 특히 구성 요소를 정기적으로 사용하는 경우 전체 보드를 교체하는 것보다 훨씬 더 효율적입니다.

공정을 시작하기 전에 기술자는 BGA 부품을 조사해야 합니다. 장치를 만지기 전에 솔더 볼의 크기와 모양을 평가해야 합니다. 또한 사용할 솔더 페이스트와 스텐실 유형을 결정해야 합니다. 고려해야 할 다른 요소로는 솔더의 유형과 부품의 화학 성분이 있습니다.

솔더 볼 리볼링

BGA 부품의 솔더 볼 리볼링은 전자 어셈블리의 재작업이 수반되는 공정입니다. 이 공정에는 리플로 납땜과 스텐실이 필요합니다. 스텐실에는 솔더 볼이 들어갈 구멍이 있습니다. 최상의 결과를 얻기 위해 스텐실은 고품질 강철로 만들어집니다. 스텐실은 뜨거운 공기총이나 BGA 기계로 가열할 수 있습니다. 스텐실은 BGA 리볼링 공정에 필요하며 솔더 볼이 정확한 위치에 맞도록 도와줍니다.

BGA 부품을 리볼링하기 전에 공정에 맞게 PCB를 준비하는 것이 중요합니다. 이렇게 하면 부품 손상을 방지할 수 있습니다. 먼저 PCB를 예열합니다. 이렇게 하면 솔더 볼이 용융될 수 있습니다. 다음으로 로봇 디볼 시스템이 매트릭스 트레이에서 부품 행을 픽업합니다. 솔더 볼에 플럭스를 도포합니다. 그런 다음 프로그래밍된 예열 단계를 거칩니다. 그 후 동적 솔더 웨이브가 보드에서 불필요한 볼을 제거합니다.

대부분의 경우 BGA 부품을 리볼링하는 것이 기판 전체를 교체하는 것보다 더 경제적입니다. 특히 정기적으로 작동하는 기계에 사용되는 경우 기판 전체를 교체하는 것은 비용이 많이 들 수 있습니다. 이러한 경우 리볼링이 최선의 선택입니다. 솔더 볼을 새 볼로 교체하면 보드가 더 높은 온도를 견딜 수 있어 보드 수명이 향상됩니다.

PCB 오류를 감지하는 방법

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PCB 오류를 감지하는 방법

There are several ways to detect PCB failures. Among these methods are X-rays, Slice analysis, and Optical microscopy. Each of these methods is useful for identifying and assessing the extent of PCB damage. However, not all of these methods are suitable for every PCB failure. For example, electrostatic discharge damage is difficult to detect. It affects components by softening the solder and causing multiple shorts. In order to avoid this problem, the manufacturing process must be monitored minutely.

엑스레이

PCB X-rays are a useful tool for detecting PCB failures. These images can reveal problems such as voids and solder traces. These problems can occur due to escaping gases or overheating of solder.

Slice analysis

Slice analysis is a method used to analyze the microstructure of PCBs. It can help detect a wide variety of PCB failures. Slice analysis involves cutting the PCB into vertical and horizontal sections and examining their cross-sectional characteristics. It can identify many different PCB failures, such as delamination, bursting, and poor wetting. This information can be useful for quality control in the future.

Optical microscopy

Optical microscopy can be an effective method for detecting PCB failures. It provides detailed images of the failure sites, and it can be used to detect nonconformities and identify contamination sources. The method is also useful in documenting samples as they are received.

ALT

The ALT method for PCB failure detection is a more direct approach to measuring solder joints and solder paste deposition. This technology uses a laser beam to scan a PCB assembly and measure reflectivity of various components. The measured value is then compared to a board’s standard specifications to determine if there are any faults.

Micro-infrared analysis

PCB failures are typically caused by defects on the solder joints. By determining the cause of the defect, manufacturers can take necessary steps to prevent recurrence. These measures may include eliminating solder paste contamination, making sure that the PCB has the correct aspect ratio, and minimizing PCB reflow time. There are a variety of methods used to analyze PCB failures, ranging from simple electrical measurements to analyzing sample cross-sections under a microscope.

ALT measures solder joint deposition

ALT (Aligned Light Transmitter) is a newer technology for measuring the height and shape of solder joints and solder paste deposition on PCBs. This technology is more precise and allows for a fast measurement. The ALT system uses multiple light sources, such as cameras or programmable LEDs, to illuminate the solder joint components. The amount of light reflected from each component is measured using the power of the beam. However, secondary reflection can cause an error in measurement, since the beam may reflect from more than one position.

정전기 방전

The Electrostatic Discharge (ESD) method is used to detect PCB failures. An ESD is the result of extreme electrical stress, which can cause catastrophic failure and hidden damage. It can occur for a variety of reasons, including high current density, an increased electric field gradient, and localized heat formation. The resulting damage is hard to detect and can cause major product failures. PCB assemblies are most susceptible to ESD when they are in contact with other charge-carrying objects.