웨이브 솔더링로 및 리플로우 오븐

웨이브 용접, 리플로우 용접이란 무엇이며, 관련 생산 과정에서 어떤 점에 주의해야 할까요?

웨이브 용접이란 용융된 납땜 재료(납-주석 합금)를 전기 펌프나 전자기 펌프를 이용하여 설계 요구 사항에 맞는 납땜 파형의 봉우리 형태로 분사하는 것을 말합니다. 또한, 납땜 풀에 질소를 주입하여 파형을 형성할 수도 있습니다. 이렇게 하면 부품이 미리 장착된 인쇄 회로 기판이 납땜 파형의 봉우리를 통과할 수 있게 되어, 부품 또는 핀의 용접단과 인쇄 회로 기판의 패드 사이의 기계적 및 전기적 연결을 연납땜 방식으로 구현할 수 있습니다. 웨이브 용접 시스템은 장비에서 사용하는 파형의 형상에 따라 여러 종류로 분류됩니다.

웨이브 용접 공정: 해당 부품 구멍에 부품 삽입 → 플럭스 사전 코팅 → 예비 소성(온도 90-1000°C, 길이 1-1.2m) → 웨이브 용접(220-2400°C) → 불필요한 플러그 핀 제거 → 검사.

리플로우 솔더링 공정은 표면 조립 부품의 용접단 또는 핀과 인쇄 회로 기판의 패드 사이의 기계적 및 전기적 연결을 구현하는 것으로, 인쇄 회로 기판의 패드에 미리 도포된 페이스트형 솔더를 다시 녹이는 방식입니다.

웨이브 용접은 환경 보호에 대한 사람들의 의식이 높아짐에 따라 새롭게 등장한 용접 기술입니다. 과거에는 주석-납 합금을 사용했지만, 납은 인체에 매우 유해한 중금속입니다. 그래서 이제는 무연 용접 공정이 개발되었습니다. 이 공정은 주석, 은, 구리 합금과 특수 플럭스를 사용하며, 용접 시 점점 더 높은 예열 온도가 필요합니다. 또한 PCB 기판이 용접 구역을 통과한 후에는 냉각 작업대가 필요합니다. 이는 열 충격을 방지하는 동시에, ICT 장비가 있는 경우 검사에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.

N2 보호가 필요한 이유

조립 밀도가 증가함에 따라 미세 피치 조립 기술의 등장으로 질소 충전 리플로우 솔더링 공정 및 장비가 개발되었고, 리플로우 솔더링 품질과 수율이 향상되어 리플로우 솔더링의 발전 방향으로 자리 잡았습니다. 질소 리플로우 솔더링은 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다.

산화 감소 방지

용접 습윤력 증가 및 습윤 속도 향상

본 발명은 주석 구슬 생성을 줄이고, 브리징 현상을 방지하며, 우수한 용접 품질을 얻을 수 있게 한다.

명시된 용접 품질을 얻기 위해서는 특히 활성 플럭스가 낮은 솔더 페이스트를 사용하는 것이 중요하며, 이를 통해 솔더 접합부의 성능을 향상시키고 모재의 변색을 줄일 수 있습니다. 그러나 단점은 비용이 크게 증가한다는 것입니다. 이러한 비용 증가는 질소 사용량에 비례하여 커지는데, 용광로 내 산소 함량을 1000ppm과 50ppm으로 맞추는 경우 필요한 질소량이 달라지기 때문입니다. 현재 모든 솔더 페이스트 제조업체들은 질소 소비량을 줄이면서도 산소 함량이 높은 환경에서도 우수한 용접성을 보이는 무세척 솔더 페이스트 개발에 주력하고 있습니다.

리플로우 공정 중간에 질소를 주입하는 경우, 비용 편익 분석을 수행해야 합니다. 질소 주입의 이점에는 제품 수율 향상, 품질 개선, 재작업 또는 수리 비용 절감 등이 포함되며, 종합적인 분석 결과 질소 주입이 최종 비용을 증가시키지 않고 오히려 이익을 가져다주는 경우가 많습니다.

현재 사용되는 대부분의 용광로는 강제 열풍 순환식인데, 이 방식에서는 질소 소모량 제어가 쉽지 않습니다. 본 발명은 질소 가스 소모량을 줄이는 여러 가지 방법을 제공하며, 용광로 입구와 출구의 개구 면적을 줄이는 것이 중요합니다. 핵심은 칸막이, 롤링 커튼 등을 사용하여 입구와 출구의 사용하지 않는 부분을 막는 것입니다. 또 다른 방법은 뜨거운 질소 가스층이 공기보다 가볍고 혼합이 어렵다는 원리를 이용하여, 용광로 설계 시 가열실을 입구와 출구보다 높게 위치시켜 가열실 내부에 자연적인 질소층을 형성하는 것입니다. 이렇게 함으로써 질소 가스 보충량을 줄이고 요구되는 순도를 유지할 수 있습니다.

기기 상관관계 적용 사례

산소 함량 및 질소 유량 조절 다이어그램

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