딥 솔더링 및 SMD 솔더링 장치

딥 솔더링과 SMD 솔더링 장치는 전자 장치를 조립하는 데 사용되는 두 가지 처리 방법입니다. 두 방법 모두 솔더 페이스트를 점진적으로 가열하는 리플로우 공정을 사용합니다. 리플로우 공정이 성공하면 용융된 솔더 페이스트가 실장된 부품을 PCB에 효과적으로 접착하여 안정적인 전기 연결을 생성합니다. 이 두 방법은 몇 가지 공통된 특징을 공유합니다.

비대칭 웨이브 납땜

비대칭 웨이브 솔더링은 부품을 둘러싸고 주변 공기로부터 분리할 수 있는 땜납 고리를 형성하는 공정입니다. 또한 땜납과 산소 사이에 장벽을 형성합니다. 이 납땜 방법은 쉽고 다양한 용도로 사용할 수 있지만, 특히 표면 실장 장치를 사용할 때는 상당한 어려움이 있을 수 있습니다.

웨이브 솔더링 공정은 가장 일반적으로 사용되는 솔더링 방법 중 하나입니다. 제조업체가 많은 회로 기판을 빠르게 대량 생산할 수 있는 대량 납땜 공정입니다. 회로 기판은 팬의 펌프로 생성된 용융 땜납 위로 통과합니다. 그러면 땜납의 물결이 PCB의 구성 요소에 부착됩니다. 이 과정에서 땜납이 PCB를 오염시키지 않도록 회로 기판을 냉각하고 송풍해야 합니다.

플럭스 장벽

플럭스는 용융된 땜납이 흐르도록 하고 표면에서 산화물을 제거하는 액체입니다. 플럭스에는 세 가지 유형이 있습니다. 수성, 알코올 기반, 솔벤트 기반이 있습니다. 납땜 과정에서 플럭스를 활성화하기 위해 보드를 예열해야 합니다. 납땜 공정이 완료되면 솔벤트 기반 또는 수성 리무버를 사용하여 플럭스를 제거해야 합니다.

납땜 공정에서 원하는 결과를 얻으려면 고품질의 플럭스가 중요합니다. 고품질 플럭스는 땜납의 습윤 및 결합 특성을 향상시킵니다. 그러나 고활성 플럭스는 산화 위험을 증가시킬 수 있으며, 이는 항상 바람직한 것은 아닙니다.

감기 관절

냉납땜에서는 합금이 완전히 녹거나 리플로우되지 않습니다. 이는 전자 장치에 심각한 결과를 초래할 수 있습니다. 이는 땜납의 전도도에 영향을 미쳐 회로에 장애를 일으킬 수 있습니다. 콜드 솔더 조인트를 테스트하려면 멀티미터를 단자에 연결합니다. 멀티미터에 1000옴 이상의 저항이 표시되면 콜드 조인트가 고장난 것입니다.

PCB를 납땜하려면 제품의 기능을 보장하는 좋은 납땜 접합부가 필요합니다. 일반적으로 좋은 납땜 접합부는 매끄럽고 밝으며 납땜된 와이어의 윤곽이 뚜렷합니다. 납땜 조인트가 불량하면 PCB가 단락되어 기기가 손상될 수 있습니다.

PCB에 금속 추가

딥 솔더링 또는 SMD 솔더링으로 PCB에 금속을 추가하려면 납땜 전에 PCB에 필러 금속을 추가해야 합니다. 소프트 솔더링은 소형 부품을 PCB에 부착하는 가장 일반적인 방법입니다. 기존 납땜과 달리 소프트 솔더링은 땜납이 산화 표면에 달라붙지 않기 때문에 부품이 녹지 않습니다. 대신 일반적으로 주석-납 합금과 같은 필러 금속이 추가됩니다.

부품을 납땜하기 전에 납땜 인두를 400degC로 준비하는 것이 중요합니다. 이 열은 팁의 땜납을 녹일 수 있을 만큼 충분히 높아야 합니다. 납땜하기 전에 팁을 주석으로 처리하면 열 전달에 도움이 됩니다. 또한 납땜 시 스트레스를 받지 않도록 구성 요소를 정리해두면 도움이 됩니다.

수동 납땜과 자동 웨이브 납땜

웨이브 납땜 장비는 로봇, 수동, 침수 선택 시스템 등 다양한 형태로 제공됩니다. 각 유형에는 몇 가지 장단점이 있습니다. 작업의 요구 사항에 가장 적합한 장비를 구매해야 합니다. 예를 들어, 린 작업은 가장 간단한 모델을 구매하는 것이 좋습니다. 그러나 장비 비용도 고려해야 합니다. 대부분의 경우 수동 웨이브 납땜 장비는 자동화된 기계보다 비용이 저렴합니다.

수동 납땜은 자동 웨이브 납땜보다 속도가 느리고 인적 오류가 발생하기 쉽습니다. 그러나 선택적 납땜은 작업자가 각 구성 요소에 대해 정확한 지점을 프로그래밍할 수 있으므로 이러한 문제를 제거합니다. 또한 선택적 납땜에는 접착제가 필요하지 않습니다. 또한 값비싼 웨이브 솔더 팔레트가 필요하지 않으므로 비용 효율적입니다.

SMD 납땜 관련 문제

납땜 문제는 여러 가지 이유로 발생할 수 있습니다. 일반적인 원인 중 하나는 납땜 플럭스를 사용할 때 페이스트 템플릿이 잘못되었거나 조립 피더 설정이 잘못되었기 때문입니다. 다른 문제로는 땜납이 부족하거나 부품 또는 패드의 납땜성이 좋지 않은 경우 등이 있습니다. 이러한 오류로 인해 용접 지점이 예기치 않은 모양을 형성할 수 있습니다. 납땜 볼, 납땜 고드름 및 구멍도 부적절한 납땜으로 인해 발생할 수 있습니다.

솔더 조인트가 젖지 않는 또 다른 일반적인 이유는 부적절한 세척입니다. 불충분한 습윤은 땜납이 부품에 밀착되지 않았음을 의미합니다. 결과적으로 구성 요소가 연결되지 않고 떨어질 수 있습니다.

단면 및 양면 SMT 어셈블리 소개

단면과 양면 SMT 어셈블리는 부품 밀도 측면에서 차이가 있습니다. 단면 SMT 어셈블리는 양면 SMT 어셈블리보다 밀도가 높으며 공정에 더 많은 양의 열이 필요합니다. 대부분의 어셈블러는 밀도가 높은 면을 먼저 처리합니다. 이렇게 하면 가열 과정에서 부품이 떨어질 위험이 최소화됩니다. 리플로우 어셈블리 공정의 양면에는 가열 작업 중에 부품을 제자리에 고정하기 위해 SMT 접착제를 추가해야 합니다.

FR4 PCB

단면 PCB가 가장 일반적입니다. 단면 보드에서는 모든 구성 요소가 보드의 한 면에 위치하므로 해당 면에서만 조립하면 됩니다. 양면 기판은 기판의 양면에 흔적이 있어 설치 면적이 줄어듭니다. 양면 보드는 또한 열 방출이 더 좋습니다. 양면 기판의 제조 공정은 단면 PCB와 다릅니다. 양면 공정 중에 양면 기판에서 구리를 제거한 다음 에칭 공정 후에 다시 삽입합니다.

단면 PCB는 제조가 더 쉽고 비용도 저렴합니다. 단면 PCB 제조에는 절단, 구멍 뚫기, 회로 처리, 솔더 레지스트 및 텍스트 인쇄를 포함한 여러 단계가 포함됩니다. 단면 PCB는 또한 전기 측정, 표면 처리 및 AOI를 거칩니다.

PI 구리 피복 기판

PI 구리 피복 기판 단면 및 양면 SMT 조립 공정에는 폴리이미드 커버 필름을 사용하여 PCB의 한 면에 구리를 적층하는 과정이 포함됩니다. 그런 다음 구리 피복 기판을 특정 위치에서 열리는 접착 접착제로 제자리에 눌러 고정합니다. 그 후 구리 피복 기판에 내용접성 패턴을 적용하고 부품 가이드 구멍을 펀칭합니다.

단면 연성 PCB는 일반적으로 압연 동박으로 된 하나의 도체 층이 있는 PI 구리 피복 기판으로 구성됩니다. 이 유연한 회로는 회로가 완성된 후 보호 필름으로 덮여 있습니다. 단면 연성 PCB는 회로를 보호하는 보호 장벽 역할을하는 커버 레이어를 포함하거나 포함하지 않고 제조 할 수 있습니다. 단면 PCB는 도체 층이 하나뿐이므로 휴대용 제품에 자주 사용됩니다.

FR4

FR4는 PCB 제작에 일반적으로 사용되는 에폭시 수지의 한 등급입니다. 이 소재는 내열성과 내염성이 뛰어납니다. FR4 소재는 유리 전이 온도가 높기 때문에 고속 애플리케이션에 매우 중요합니다. 기계적 특성에는 인장 및 전단 강도가 포함됩니다. 치수 안정성을 테스트하여 다양한 작업 환경에서 재료의 모양이 변하거나 강도가 떨어지지 않는지 확인합니다.

FR4 단면 및 이중 적층 다층 기판은 FR4 절연 코어와 바닥의 얇은 구리 코팅으로 구성됩니다. 제조 과정에서 스루홀 구성 요소는 기판의 구성 요소 측면에 장착되며 리드가 바닥면의 구리 트랙 또는 패드로 연결됩니다. 이와는 대조적으로 표면 실장 부품은 납땜면에 직접 실장됩니다. 구조와 구성은 매우 유사하지만 가장 큰 차이점은 도체의 배치에 있습니다.

FR6

표면 실장 기술(SMT) 조립은 구멍 없이 인쇄 회로 기판에 전자 부품을 부착하는 효율적인 방법입니다. 이러한 유형의 기술은 납이 포함된 부품과 납이 포함되지 않은 부품 모두에 적합합니다. 양면 SMT 기술을 사용하면 인쇄 회로 기판(PCB)에 상단과 하단에 각각 하나씩 두 개의 전도성 층이 있습니다. 기판 양쪽의 구리 덮개는 전류 전달 재료 역할을 하며 부품을 PCB에 부착하는 데 도움을 줍니다.

단면 보드의 경우 간단한 지지 기둥을 쉽게 사용할 수 있습니다. 양면 보드의 경우 추가 지지대가 필요합니다. 보드 주변의 여유 공간은 최소 10mm 이상이어야 합니다.

FR8

FR8 단면 및 이중 SMT 조립 공정은 몇 가지 차이점을 제외하고는 일반 조립 공정과 유사합니다. 두 공정 모두 접착제와 솔더 페이스트를 사용합니다. 그 다음에는 청소, 검사 및 테스트가 이어집니다. 완제품은 설계자가 지정한 사양을 충족해야 합니다.

단면 보드가 더 일반적이며 설치 공간이 더 작습니다. 그러나 양면 보드는 공간 요구 사항을 줄이고 열 방출을 극대화합니다. 에칭 공정 중에 양면에서 구리가 제거됩니다. 공정이 끝나면 다시 삽입됩니다.

RF 및 마이크로파 설계에서 로저 PCB 소재를 선택하고 사용하는 방법

다음 RF 또는 마이크로파 설계를 위한 PCB 소재를 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 중요한 사항이 있습니다. 여기에는 베어링 온도, 최대 및 최소 작동 온도, 재료의 가역성 등이 포함됩니다. 예를 들어, 프로젝트에 높은 베어링 온도가 필요한 경우, 로저스 PCB를 사용하는 것이 좋습니다.
RF

회로 기판 설계에 고주파 및 저유전율 소재가 필요한 경우, 로저 PCB 소재를 선택하고 사용하는 방법이 궁금할 수 있습니다. 다행히도 몇 가지 옵션이 있습니다. 테플론 기반 코어는 많은 회사에서 제공합니다. 이러한 소재는 매우 유연할 수 있습니다. 따라서 단일 벤드 애플리케이션에 적합합니다. 또한 PTFE 기판과 관련된 높은 신뢰성과 전기적 성능을 제공합니다.

전자레인지

RF 또는 마이크로파 설계에 가장 적합한 PCB 소재를 결정할 때는 커버해야 하는 주파수 유형을 고려해야 합니다. 일반적으로 이러한 애플리케이션에는 유전율이 낮은 소재를 선택해야 합니다. 유전율이 낮은 소재는 신호 손실이 적고 RF 마이크로파 회로에 이상적입니다.

빠른 속도

무선 주파수 및 마이크로파 설계에는 올바른 PCB 소재를 선택하는 것이 중요합니다. 로저스 PCB 소재는 고온을 견디고 신뢰성을 유지하는 데 필요한 특성을 갖추고 있습니다. 약 섭씨 280도의 높은 유리 전이 온도와 전체 회로 처리 온도 범위에서 안정적인 팽창 특성을 가지고 있습니다.

유전체 층

RF 또는 마이크로파 PCB를 설계할 때 유전체 층은 중요한 성능 파라미터입니다. 재료는 유전체 손실에 저항하기 위해 유전 상수가 낮고 탄젠트가 가장 작아야 하며, 열적 및 기계적 안정성이 높아야 합니다. 테프론은 이러한 목적에 탁월한 소재입니다. 테플론 PCB라고도 합니다. 필터 또는 오실레이터의 안정성을 위해서는 열팽창 계수가 낮은 유전체 재료가 필요합니다. 또한 재료의 X축 및 Z축 열팽창 계수도 일치해야 합니다.

트레이스 너비

로저스 PCB 소재를 사용하면 설계의 성능을 향상시킬 수 있는 훌륭한 방법입니다. 이 유전체 재료는 광범위한 유전 상수 값을 가지고 있어 고속 애플리케이션에 탁월한 선택입니다. 또한 FR-4와 호환됩니다.

신호 손실 허용 오차

PCB 설계가 더 복잡해지고, 더 작아지고, 더 빨라지면서 임피던스 제어에 대한 필요성이 점점 더 중요해지고 있습니다. 기판 임피던스를 제어하는 것은 신호가 트레이스 또는 레퍼런스 플레인에서 효율적으로 이동할 수 있도록 하는 데 필수적입니다. 기판 임피던스가 부적절하면 신호가 지정된 범위를 벗어날 수 있습니다. 로저스 4000 시리즈 라미네이트를 통합하면 설계자는 임피던스 제어를 제공하면서 전체 설계를 향상시킬 수 있습니다. 이는 고속 디지털 애플리케이션에서 특히 중요합니다.

PTFE

RF 또는 마이크로파 PCB를 구현할 때 회로 기판 재료의 유전 상수(Dk)는 매우 중요합니다. 유전 상수가 높을수록 회로의 파장이 짧아집니다. 유전율이 높은 PTFE 로저스 PCB 소재는 마이크로파 PCB에 적합한 선택입니다.

로저스 RT/듀로이드 5880

RT/Duroid 5880은 유전율이 낮고 손실이 적은 유리 극세사 강화 PCB 소재입니다. 이 소재는 마이크로파 또는 RF 설계에 적합합니다. 밀도가 낮고 고온 납땜과 호환됩니다.

다양한 유형의 PCB 납땜 공정

PCB 납땜에는 몇 가지 옵션이 있습니다. 리플로우, 표면 실장 기술, 웨이브 솔더링이 있습니다. 이에 대해 자세히 알아보세요. 각각 장단점이 있습니다. PCB에 가장 적합한 방법은 무엇일까요?

웨이브 납땜

웨이브 솔더링 공정은 인쇄 회로 기판의 전자 부품을 납땜하는 데 사용됩니다. 이 공정은 용융 땜납이 담긴 냄비를 통해 PCB를 통과시켜 전기적, 기계적으로 신뢰할 수 있는 접합부를 형성하는 데 사용되는 솔더의 정상파를 생성합니다. 이 공정은 스루홀 부품 조립에 가장 일반적으로 사용되지만 표면 실장에도 사용할 수 있습니다.

처음에는 스루홀 납땜에 웨이브 솔더링이 사용되었습니다. 이 공정을 통해 양면 및 다층 PCB를 개발할 수 있었습니다. 결국 스루홀과 SMD 부품을 모두 사용하는 하이브리드 PCB 어셈블리로 이어졌습니다. 오늘날 일부 회로 '보드'는 플렉시블 리본으로 구성됩니다.

초창기 웨이브 솔더링 공정에서는 로진 농도가 높은 플럭스를 사용했습니다. 일반적으로 이러한 액체 플럭스는 SMD가 없는 웨이브 솔더링 어셈블리에만 사용되었습니다. 이 방법은 납땜 후 고가의 세척이 필요했습니다.

표면 실장 기술

표면 실장 기술은 PCB를 제조하는 데 널리 사용되는 방법입니다. 이 기술을 사용하면 부품을 소형화하여 인쇄 회로 기판에 더 가깝게 장착할 수 있습니다. 이를 통해 집적 회로는 더 작아지고 더 많은 기능을 제공할 수 있습니다. 하지만 더 많은 자본 투자가 필요합니다.

표면 실장 기술은 PCB 표면에 부품을 납땜하는 기술입니다. 스루홀 실장 및 웨이브 솔더링과 같은 다른 PCB 솔더링 공정에 비해 장점이 있습니다. 스루홀 실장에 비해 표면 실장 PCB는 더 높은 패키징 밀도와 안정성을 달성할 수 있습니다. 또한 진동과 충격에 더 강할 수 있습니다. 일반적으로 가전제품에 사용됩니다.

표면 실장 기술은 1960년대에 처음 도입되어 전자 제품 분야에서 큰 인기를 얻었습니다. 오늘날에는 표면 실장 기술을 사용하여 만든 다양한 부품이 있습니다. 여기에는 다양한 트랜지스터와 아날로그 및 논리 IC가 포함됩니다.

선택적 납땜

PCB용 선택적 납땜은 제조업체가 제품을 더 빠르고 쉽게 판매할 수 있는 비용 효율적인 공정입니다. 이 공정의 장점은 민감한 부품을 열로부터 보호하고 납땜 시간을 줄일 수 있다는 점입니다. 또한 이 프로세스는 납땜이 완료된 보드를 수리하거나 재작업하는 데 사용할 수 있습니다.

선택적 납땜에는 두 가지 주요 방법이 사용됩니다. 드래그 솔더링과 딥 솔더링이 그것입니다. 각 프로세스에는 고유한 장단점이 있습니다. 따라서 어떤 방법이 가장 적합한지 결정하기 전에 각 방법을 이해하는 것이 중요합니다.

선택적 납땜에는 많은 이점이 있으며 많은 PCB 어셈블리에 선호되는 방법입니다. 회로 기판의 모든 구성 요소를 수동으로 납땜할 필요가 없으므로 조립 속도가 빨라집니다. 또한 보드의 열 남용을 줄여줍니다.

고주파 설계에서 접지를 다루는 방법

고주파 설계는 접지 문제를 해결해야 합니다. 접지와 관련하여 해결해야 할 몇 가지 문제가 있습니다. 여기에는 접지 도체 및 접지 본드의 임피던스, 저주파 신호를 지배하는 DC 경로, 단일 지점 접지 등이 포함됩니다.

접지 도체의 임피던스

일반적인 접지 전기 시스템의 접지 전극은 서비스, 변압기 및 기둥의 선로 측에 위치한 접지봉과 평행하게 배치됩니다. 테스트 중인 봉은 접지 전극에 연결됩니다. 선로 측 접지봉의 등가 저항은 무시할 수 있는 수준입니다.

단일 지점 접지 방식은 1MHz 미만의 주파수에서는 허용되지만 고주파수에서는 바람직하지 않습니다. 단일 지점 접지 리드는 와이어 인덕턴스 및 트랙 커패시턴스로 인해 접지 임피던스를 높이고 표유 커패시턴스는 의도하지 않은 접지 복귀 경로를 생성합니다. 고주파 회로의 경우 다점 접지가 필요합니다. 그러나 이 방법은 자기장 유도에 취약한 접지 루프를 생성합니다. 따라서 특히 회로에 민감한 부품이 포함되는 경우 하이브리드 접지 루프를 사용하지 않는 것이 중요합니다.

접지 노이즈는 고주파 회로에서 큰 문제가 될 수 있으며, 특히 회로가 전원 공급 장치에서 큰 변동 전류를 끌어오는 경우 더욱 그렇습니다. 이 전류는 공통 접지 리턴으로 흐르며 오류 전압 또는 DV를 유발합니다. 이는 회로의 주파수에 따라 달라집니다.

본딩 컨덕터의 임피던스

본딩 컨덕터의 저항은 1밀리옴 미만이어야 하는 것이 이상적입니다. 그러나 더 높은 주파수에서는 본딩 컨덕터의 동작이 더 복잡해집니다. 기생 효과와 잔류 커패시턴스가 병렬로 나타날 수 있습니다. 이 경우 본딩 컨덕터는 병렬 공진 회로가 됩니다. 또한 도체의 외부 표면을 통한 전류의 흐름인 스킨 효과로 인해 높은 저항을 나타낼 수 있습니다.

전도성 간섭 커플링의 일반적인 예로는 접지 리턴이 있는 마이크로프로세서에 공급되는 모터 또는 스위칭 회로를 들 수 있습니다. 이 경우 접지 도체의 임피던스가 작동 주파수보다 높기 때문에 회로가 공진될 가능성이 높습니다. 이 때문에 본딩 도체는 일반적으로 여러 지점에서 서로 다른 본딩 길이로 본딩됩니다.

저주파 신호에 지배적인 DC 경로

저주파 신호에 대한 DC 경로 지배가 고주파 회로보다 구현하기 쉽다고 널리 알려져 있습니다. 그러나 이 방법은 특히 통합 구현에서 몇 가지 한계가 있습니다. 이러한 제한 사항에는 플리커 노이즈, DC 전류 오프셋 및 큰 시간 상수가 포함됩니다. 또한 이러한 설계는 일반적으로 큰 저항과 커패시터를 사용하므로 열 노이즈가 크게 발생할 수 있습니다.

일반적으로 고주파 신호의 복귀 전류는 루프 면적과 인덕턴스가 가장 적은 경로를 따릅니다. 즉, 대부분의 신호 전류는 신호 트레이스 바로 아래의 좁은 경로를 통해 평면에서 되돌아오게 됩니다.

단일 지점 접지

단일 지점 접지는 번개로부터 통신 사이트를 보호하는 데 필수적인 요소입니다. 이 기술은 효과적인 결합 외에도 구조적인 낙뢰 보호 기능을 제공합니다. 낙뢰가 발생하기 쉬운 지역에서 광범위하게 테스트되었으며 효과적인 방법임이 입증되었습니다. 하지만 단일 지점 접지만이 유일한 고려 사항은 아닙니다.

회로 간의 전력 레벨 차이가 큰 경우 직렬 단일 지점 접지를 사용하는 것이 실용적이지 않을 수 있습니다. 결과적으로 큰 복귀 전류가 저전력 회로를 방해할 수 있습니다. 전력 레벨 차이가 적은 경우 병렬 단일 지점 접지 방식을 사용할 수 있습니다. 그러나 이 방법에는 많은 단점이 있습니다. 단일 지점 접지는 비효율적일 뿐만 아니라 더 많은 양의 접지가 필요하며 접지 임피던스도 증가합니다.

단일 지점 접지 시스템은 일반적으로 저주파 설계에 사용됩니다. 그러나 회로가 고주파에서 작동하는 경우 다점 접지 시스템을 선택하는 것이 좋습니다. 고주파 회로의 접지면은 두 개 이상의 회로가 공유해야 합니다. 이렇게 하면 자기 루프가 발생할 가능성이 줄어듭니다.

전력 간섭

전력 간섭은 회로의 성능을 저하시키고 심각한 신호 무결성 문제를 일으킬 수 있습니다. 따라서 고주파 설계에서 전력 간섭을 처리하는 것은 필수적입니다. 다행히도 이러한 문제를 해결할 수 있는 방법이 있습니다. 다음 팁은 고주파 설계에서 전력 간섭의 양을 줄이는 데 도움이 됩니다.

먼저 전자기 간섭이 어떻게 발생하는지 이해하세요. 간섭에는 연속 간섭과 임펄스 간섭의 두 가지 주요 유형이 있습니다. 지속적인 간섭은 인공 및 자연적인 원인으로 인해 발생합니다. 두 가지 유형의 간섭은 모두 결합 메커니즘과 반응이 특징입니다. 반면 임펄스 노이즈는 짧은 시간 내에 간헐적으로 발생합니다.