• 표면실장기술은 각종 표면실장부품의 지식은 물론 장착 기술, Soldering 기술 및 이들의 장치, PCB, PCB의 회로 패턴 설계 기술과 함께 부자재 기술, 공정기술, 설비운영기술, 평가기술 등 광범위한 지식을 필요로 하는 종합적 SYSTEM 기술이다. 이들이 각각 유기적으로 결합하고, 관련하여 하나의 독특한 실장공법으로 나타나게 된다.
• 고신뢰성의 품질을 얻기 위해서는 각각의 요소 기술별 엄격한 품질관리가 필요하다

실장 공법

• 표면실장기술은 표면실장부품(SMD)을 기판표면에 직접실장하는 공법으로, 그 중에는 반도체의 Bare Chip 실장도 포함된다. 종래의 Lead Through 실장과 SMD의 표면실장 및 Bare Chip 실장의 개념은 "SMT 란?"을 참고 바란다. 현재, 전해 콘텐서 등 가격적으로 전면 Chip화가 어려운 부품이 리드부품으로서 혼재되고 있는데, 캠코더, 휴대폰 등 소형 전자기기를 중심으로 소형, 고밀도 실장에 대한 요구가 점점 강하고, Soldering 공정의 합리화, 실장 품질의 향 상들과 연계하여 이후는 Reflow Soldering을 기본으로 한 Chip화의 양면실장 방식으로 전개될 전망이다. 휴대폰 등 통신휴대기기에서의 Bare Chip 실장과의 조합도 폭넓게 보급될 것으로 예측된다.

Soldering 기술

• 표면실장기술에 있어서 Soldering은 크게 Flow/Dip Soldering 과 Reflow Soldering이 있고, 실장의 형태에 의해 분류 되고 있다. ("Line 구성" 참고)
  
  
• ① Flow Soldering
  Flow/Dip Soldering은 수지기판에 접착제로 부품을 본딩하고 Lead 부품과 일괄접속하는 방법으로 표면실장기술의 확대에 있어서 원점이 된다고 말 할 수 있다. 따라서, Flow/Dip Soldering에서는 접착제에 따른 문제도 관심을 둘 필요가 있다. 특히, Chip부품이 초소형화하고, 자동장착기에서의 속도가 증가함에 따라 이 접착제의 과제가 다시 관심의 초점이 되고 있다. 여기에 맞춰 고밀도, 고속장착에 적합한 접착제의 개발이 이루어지고 있다.
  
  접착제는 Flow/Dip Soldering에 있어서 회로기판 위의 소정의 위치에 장착된 부품을 Soldering 종료까지 고정시키기 위한 것으로, 접착제의 도포에는 Screen 인쇄, Dispenser. 전사등의 방법이 이용되고 있고, 일반적으로 Dispenser법이 이용된다.
  
  이 접착제의 도포량은 부품의 크기등에 의해서도 양을 변경할 필요가 있고, 적량의 도포를 하지 않으면 안된다. 양이 작으면 부품 고정의 역할을 다하지 못하게 되고, 반면에 과량일 경우는 Soldering 랜드위에 까지 접착제가 흘러 Soldering에 장애가 되기도 하고, 또 양호한 전기적 접속이 얻어지지 못하는 원인이 되기도 한다. 이 접착제는 온도에 의해 점도가 변화하고, 그 결과 도포량이 변화한다. 따라서,정확한 도포량의 제어를 할 필요가 있을 경우는 접착제 온도를 제어해야할 필요가 있다.
  
  최근의 접착제 Dispenser에는 온도제어기능이 있고, 도포량도 부품의 대소에 의해 도포 노즐을 바꾸어 사용할 수 있으며, 시각인식 기능을 넣은 고정도 도포기로 개발되고 있다. 이 접착제의 도포 방법으로서는 부품의 밑에 한쪽 편에 도포해서는 안되고, 일반적으로 복수개의 작은 도트상으로 접착제를 도포하고, 부품을 장착하는 방법이 이용된다. 이 경우에는, 각 도트는 작게 되므로 도포량이 다소 편차가 있어도 그 영향은 작게 된다.
  
  부품의 크기가 클 경우는 이 도트의 수를 증가시키는 것에 의해 대응이 가능하다. 접착제의 경화는 적외선 또는 자외선으로 하는데 이것은 접착제의 종류에 의해 결정된다. Flow Soldering에 의한 Soldering은 Bridge, Solder Wetting. Solder 과다등 Reflow Soldering 에 비하여 실장 품질이 떨어지게 되는 것은 부인할 수 없다.
  
  실장품질의 향상은 Soldering 장치와 Soldering 재료, 기판의 패턴 설계등으로 부터 접근하고 있는데, 실장 밀도의 향상에한계가 있다고 본다면 어디까지나 고밀도화를 추구하는 실장 형태에 있어서는 Reflow Soldering이 단연 우수하다
  
  
• ② Reflow Soldering
  이 방식은 기판의 Land에 미리 Solder를 공급하여 두고 외부의 열원으로 이 Solder를 재용융하여 접속하는 것으로 포인트는 Solder의 공급과 열원으로 무엇을 선택하느냐에 있다. 기판위에 Solder의 공급은 Solder paste를 Screen 인쇄하는 방법이 일반적인데, 노즐로 일정량의 Solder Paste를 토출시키는 Dispenser 방식도 있다. 또, Land면에 Solder Coat 하는 방법도 이용되고 있다. 이 경우는 Solder Coat면에 Flux를 도포하고 그 점착성에 의해 부품을 고정한다.
  
  
• ※ Screen 인쇄
  Screen 인쇄는 패턴을 형성한 Screen Mask 위에 Solder Paste를 Squeegee로 일정의 압력을 가하면서 이동시켜 Screen의 개구부에 의해 Solder Paste를 압출시켜, 기판의 패턴위에 인쇄하는 방법이다. Screen에는 스탠리스 와이어, 나일론등을 Mesh 상으로 직조한 Mesh Screen과 스탠리스등의 Metal판에 인쇄 패턴을 에칭이나 레이저 가공한 것과 도금법 등에 의해 형성한 Metal Mask가 있다.
  
  복잡한 패턴 형상, Paste 도포 범위가 넓은 패턴에는 Mesh Screen이 적합하고, 미세한 패턴에는 Metal Mask가 이용된다. 현재는 거의 대부분이 Metal Mask를 사용하고 있다. Screen 인쇄에 의한 Solder 공급은, 인쇄 패턴의 정도, 해상도, 인쇄된 Paste의 균일성에 포인트가 있고, 기판의 Fine 패턴화에 의해 이들이 실장 품질 향상에 점점 중요해 지고 있다.
  
  이 때문에 인쇄기 메이커는 Mesh 재료의 개량, Mask 개구부 정도 향상, 시각인식기술의 도입에 위한 위치정도의 향상등에 힘을 쏟고 있고, Solder 메이커는 입도가 작고, Screen으로 부터의 빠짐성이 좋은 Solder Paste 개발을 추진하고 있다.
  
  
• ※ Solder Paste 인쇄시 주의점
  Solder Paste 인쇄 불량은, Solder Paste의 성상, Screen 재질, 두께. 인쇄 될 기판의 휨, 비틀림, 인쇄기의 정도, 인쇄시 속도, 인쇄압등의 요인이 복잡하게 교차하여 영향을 미친다. 주요 불량은 인쇄의 번짐, 양부족, 어긋남 , 무너짐등이 있고, 이들의 불량은 Reflow시에 Solder 브릿지, Chip 일어섬, 위치 틀어짐, Solder 부족 등으로 나타난다.
  
  Solder Paste는 인쇄방식과 패턴의 정도에 의해, 목적에 따른 각종 제품이 시판되고 있다. Metal Mask에는 점도가 약간 높은 것이 필요하고, Mesh Screen에는 점도가 낮고, 입경이 작으며 빠짐성이 좋은 것이 사용되는 등 선택에 유의하지 않으면 안된다.
  
  기판의 휨 , 뒤틀림도 큰 요인이 된다. 최근에는 양면, Reflow가 주류를 차지하는데, A면에 Reflow Soldering을 하고, 반전하여 B면에 Solder Paste를 인쇄할 경우 특히, 수지 기판의 경우 가열에 의한 휨, 뒤틀림으로 인쇄가 안되는 경우도 있다. 이러한 Solder Paste의 인쇄에서 최적 조건을 구하는 것은 높은 숙련이 필요하고, 사람의 감으로 이루어진 요소가 많이 있다. 따라서, 최근 현실화 되고 있는 0603 Chip 부품 혹은, 0.3㎜ 피치 QFP, 0.5mm 피치 CSP 등의 실장에서는 PWB의 패턴정도, 실장기의 장착정도와 함께 이 Solder Paste 인쇄의 최적조건 설정 노하우가 실장 가능의 키를 쥐고 있다고 할 수있다.

Solder paste 인쇄품질에 영향을 미치는 요소

접착제(Bond) 도포품질에 영향을 미치는 요소

• ① BOND의 특성
  - 점도
  - 칙소성(형상 유지성)
  - 저장에 대한 안정성(실온 및 저온에서의 보존)
  - 초기 점도의 안정성
  - 유동특성
  - 입도분포
  - 퍼짐성
  - 기포특성
  - 온도 안정성(도포시, 도포후)
  - 기타 : 부품 실장시의 점착성, 색상 등등.....
• ② 장비의 설정조건
  - 노즐의 내경
  - 도포 압력
  - 도포 시간
  - 도포 온도
  - 노즐의 높이
  - 노즐 상승 시간 등.........
  ※ 장비의 설정조건은 Bond의 선택에 따라 달라질 수 있으므로 Bond의 특성에 따라 적절한 설정이 필요하다.
• ③ 기판의 표면 상태
  Bond 도포 공정에 있어서 기판표면의 상태도 중요한 인자가 된다. Bond의 특성중에 특히 퍼짐성은 기판표면의 상태에 크게 좌우되어 가판의 표면 상태에 따라 도포되는 Dot 형상이 다르게 된다.
  - 기판 Resist 종류
  - 도포명의 패턴, 실크인쇄 유무
  - Pre Flux 유무
  - 기판의 휨, 이물 등........

Mount

• ① Chip Mounter 공정에서의 주의사항
  Mount 공정상의 불량 유형을 보면 크게 위치 틀어짐, 부품의 일어섬, 미장착으로 나눠 볼 수 있는데 그 요인과 유지사항을 그림과 같이 나타낸다.
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• ② 장착 Program 작성시 준수사항
  Program의 기본 Rule은 "작은 부품에서 큰 부품으로", "가까운곳에서 먼곳으로", "빠른것에서 늦은 것으로"이다
  Nozzle(또는 Head)과 장착 Speed의 선정이 부품과 일치하지 않는 경우에는 Pickup Error, 결품, 위치차이, 부품없음 Error 등이 발생 할 수 있다.
  부품 Alignment는 PCB의 Alignment를 한 경우에는 생략 할 수 있다(개별 부품 Alignment 부분적으로 부품의 장착을 생략 할 때에는 Skip의 명령어를 사용하여 자재 Item별, Step별로 Skip을 할 수 있다
• ③ Chip Mount 요인 분석도
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• ④ 장착불량의 발생원인
  - Parts Data 값의 오입력
  - M/C 초기 Setting 값의 오입력(흡,장착위치)
  - Parts Cassette의 불량
  - Parts Cassette의 Setting 불량
  - Backup Pin의 Setting 불량
  - Nozzle의 불량
  - Nozzle 선택의 오류
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  - 장착 Speed의 오입력(Setting 불량)
  - 부품 원자재의 불량
  - 부품간 이격거리(설계불량)
  - Solder Land 설정(설계불량)
  - Silk 위치선정(설계불량)
  - 부자재의 물성불량
  - PCB 원판의 불량

Reflow Soldering 공정

• ① Reflow Soldering의 특징
  Reflow Soldering은 접합개소에 미리 적량의 Solder를 공급한 다음 , 외부로부터 열원에 의해 Solder를 용융시켜 Soldering 하는 방법으로 그 특징은 다음과 같다.
  - Flow Soldering과 같이 부품 본체가 직접 용융 Solder중에 침적되지 않으므로 부품 본체의 열충격이 작게 된다 (가열 방법에 따라 큰 열 스트레스가 가해지기도 함)
  - Solder의 공급량을 규제하므로 브릿지등의 Soldering 불량은 작게 된다.
  - 용융한 Solder의 표면장력에 의해 위치 틀어짐이 다소 발생하여도 정상 위치에 부품을 고정하는 Self Alignment 효과가 있다.
  - 국부 가열방식의 가열원을 이용하면 동일 기판상에서도 다른 Soldering 조건으로 Soldering 이 가능하다.
  - Solder 중에 불순물의 혼입의 위험성이 작게 되고 또 Solder Paste를 이용하는 경우 Solder 의 조성을 정확하게 유지할 수 있다.

• ② Reflow Soldering 시 주의 사항
  - Reflow Soldering M/C의 온도 설정 및 관리 포인트
  * Reflow M/C 기종별로 개별 관리를 한다.
  * 기판에 3점 측정방식의 전용측정치구를 이용한다.
  * 일일 일회 정시 점검 한다
  * Reflow M/C 조건 설정 관리서를 운용한다.
  - Reflow Soldering 온도 Profile 설정 및 관리