조립은 베어 보드와 릴에 감긴 부품들을 동작하는 회로로 만듭니다. 오늘날 대부분의 부품은 표면 실장 부품입니다(SMT, surface-mount technology). 기판 표면의 패드 위에 놓입니다. 일부 부품은 보통 대형 커넥터, 트랜스포머, 전원 부품이며 홀을 관통하는 리드를 가집니다(THT, through-hole technology). 하나의 기판에 두 가지가 함께 있는 경우가 많으며, 공정에는 각각에 대한 단계가 있습니다.
라인에는 스테이션이 순서대로 이어져 있습니다.
- 프린터: 스퀴지가 스텐실을 통해 페이스트를 패드 위로 밀어 넣습니다.
- 페이스트 검사: 부품을 실장하기 전에 카메라가 페이스트를 검사합니다.
- 실장: 노즐이 각 부품을 페이스트 위에 올려놓습니다.
- 리플로 오븐: 기판을 가열하고, 온도를 유지하고, 솔더를 녹이고, 냉각하는 구간이 있습니다.
- 광학 검사: 카메라가 납땜된 기판을 검사합니다.
1. 라인 준비
기판을 만들기 전에 공장에서는 다음을 수행합니다.
- BOM (자재 명세서)의 모든 부품이 구비되어 있고 부품 번호가 일치하는지 확인합니다.
- 너무 오래 노출된 습기에 민감한 부품을 베이킹합니다(수분을 흡수한 플라스틱 IC는 리플로에서 가열할 때 균열이 생길 수 있습니다).
- 릴을 실장기의 피더에 장착합니다.
- 스텐실을 제작하거나 가져옵니다.
- 고객의 실장 좌표 파일에서 장비 프로그램을 불러옵니다.
발생할 수 있는 문제: 피더에 잘못된 부품이 들어가는 경우입니다. 그래서 배치를 생산하기 전에 첫 번째 기판을 면밀히 검사합니다(초도품 검사).
2. 솔더 페이스트 인쇄
솔더 페이스트는 작은 솔더 구체와 플럭스의 혼합물이며 치약과 같은 점도를 가집니다. 무연 작업에서 가장 일반적인 솔더 합금은 SAC305로 알려진 주석-은-동 합금입니다. 스텐실은 패드 위치에 홀이 있는 얇은 금속판이며 기판 위에 놓입니다. 스퀴지가 홀을 통해 페이스트를 패드 위로 밀어 넣습니다.
발생할 수 있는 문제: 페이스트가 너무 많으면 패드 사이에 브리지가 생기고, 너무 적으면 접합이 약해지거나 개방 접합이 됩니다. 스텐실 두께, 개구부의 크기, 스텐실이 기판에 얼마나 잘 밀착하는지에 따라 체적이 결정됩니다. 파인피치 부품은 대형 부품보다 얇은 스텐실이 필요하므로, 혼합 기판에서는 절충이 필요합니다. 일부 공장에서는 부품을 실장하기 전에 솔더 페이스트 검사(SPI) 장비로 모든 패드의 페이스트 체적을 측정합니다. 검사 및 테스트를 참조하십시오.
3. 실장
실장기는 진공 노즐로 피더에서 부품을 꺼내고 카메라로 확인한 뒤 페이스트 위에 올려놓습니다. 위치는 고객의 실장 좌표 파일로 설정하고, 카메라가 찾는 기판 위의 작은 원형 마크인 피듀셜을 이용해 보정합니다.
작은 수동 부품은 매우 빠르게 실장합니다. 크거나 모양이 특이한 부품과 파인피치 IC는 더 천천히, 더 신중하게 실장합니다. 페이스트는 납땜할 때까지 부품을 제자리에 고정할 만큼 점착성이 있습니다.
발생할 수 있는 문제: 라이브러리의 풋프린트 방향이 실장 좌표 파일의 방향과 달라 부품이 90도 또는 180도 회전하는 경우, 부품이 소진되어 누락되는 경우, 툼스토닝(아래 참조)입니다.
4. 리플로 납땜
기판은 컨베이어를 타고 리플로 오븐을 통과합니다. 온도가 상승하는 구간을 지나갑니다.
- 예열: 열충격으로 부품에 균열이 생기지 않도록 기판을 천천히 가열합니다.
- 소크: 기판 전체의 온도를 균일하게 하고 플럭스를 활성화합니다.
- 리플로: 온도가 솔더의 융점(SAC305의 경우 약 217~220 °C) 위로 상승하고, 보통 약 240~250 °C에서 짧은 시간 동안 최고점에 도달합니다. 솔더가 녹아 패드와 부품 단자를 적시고, 표면 장력이 부품을 제위치로 끌어당깁니다.
- 냉각: 솔더가 굳어 접합부를 형성합니다.
시간에 대한 온도인 프로파일은 기판과 부품, 페이스트에 맞게 설정하며, 테스트 기판에 열전대를 부착해 측정하여 확인합니다.
- 예열: 완만한 상승입니다.
- 소크: 온도가 균일해지고 플럭스가 활성화됩니다.
- 리플로: 짧은 시간 동안 솔더의 융점(점선) 위에 있습니다.
- 피크: 프로파일의 최고 온도입니다.
- 냉각: 솔더가 굳어 접합부를 형성합니다.
발생할 수 있는 문제:
- 툼스토닝: 한쪽 패드가 다른 쪽보다 먼저 가열되고 적셔져서 작은 2단자 부품이 한쪽 끝으로 일어섭니다. 패드 크기가 서로 다르거나 패드에 대한 동박 연결이 균일하지 않은 것이 일반적인 원인입니다.
- 솔더 브리지: 페이스트가 너무 많거나 패드가 너무 가까울 때 생깁니다.
- 보이드: 접합부 안에 갇힌 가스이며, 큰 서멀 패드 아래와 BGA에서 문제가 됩니다.
- 헤드인필로: BGA 볼이 페이스트와 합쳐지지 않는 현상이며, 리플로 중에 기판이나 부품이 휘어질 때 자주 발생합니다.
- 부품 이동 또는 낙하: 두 번째 면의 무거운 부품은 무게에 비해 패드 면적이 너무 작으면 두 번째 리플로 중에 떨어질 수 있습니다.
- 정상 접합: 부품이 평평하게 놓여 있고 솔더가 두 패드를 모두 적십니다.
- 툼스토닝: 한쪽 패드가 먼저 가열되고 적셔져서 부품을 끝쪽으로 끌어올렸습니다.
- 솔더 브리지: 솔더가 이웃한 두 패드를 연결합니다.
5. 두 번째 면
양면에 부품이 있으면 기판은 라인을 두 번 통과합니다. 보통 더 작고 가벼운 부품이 있는 면을 먼저 처리합니다.
6. 스루홀 부품
스루홀 부품은 수작업이나 장비로 삽입한 뒤 다음 중 하나로 납땜합니다.
- 웨이브 납땜: 기판의 하면이 용융 솔더의 웨이브 위를 통과합니다. 핀이 많을 때 빠릅니다. 하면의 표면 실장 부품은 이를 견디기 위해 접착하거나 팰릿으로 덮어야 합니다. 당사 라인은 무연 듀얼 웨이브 공정을 사용합니다.
- 선택적 납땜: 작은 노즐이 선택한 접합부를 하나씩 납땜하며 기판의 나머지 부분은 가열하지 않습니다. 기판 양면에 부품이 있거나 스루홀 가까이에 열에 민감한 부품이 있을 때 사용합니다.
- 수작업 납땜: 훈련된 작업자가 개별 부품, 리워크, 소량 생산에 대해 수행합니다.
웨이브 납땜이나 수작업 납땜 후에는 여분의 리드 길이를 절단합니다.
7. 세정
납땜 후 남은 플럭스 잔사는 많은 기판에서 무해합니다(노클린 플럭스는 이를 위해 설계되었습니다). 고전압, 고임피던스용이거나 코팅할 기판은 플럭스에 적합한 약제를 사용해, 예를 들어 초음파 세정조에서 세정합니다. 제품이 잔사에 민감하면 세정을 요청하십시오.
8. 컨포멀 코팅
얇은 보호 폴리머 막(아크릴, 실리콘, 폴리우레탄 등)을 완성된 기판에 분사하거나 딥 코팅하여 수분, 염분, 먼지, 화학 물질로부터 보호할 수 있습니다. 커넥터, 테스트 포인트 등 코팅해서는 안 되는 부분은 마스킹하거나 피합니다. 코팅은 기판 표면을 가리므로 검사와 이후 리워크가 더 어려워집니다. 당사 공장에서는 장비로 코팅을 선택적으로 도포합니다.
9. 프로그래밍 및 테스트
마이크로컨트롤러와 메모리에는 실장 전에 펌웨어를 로드하거나, 납땜 후에는 프로그래밍 커넥터나 테스트 패드를 통해 기판에 실장된 상태로 로드합니다. 기능 테스트로 기판이 동작하는지 확인합니다. 검사 및 테스트를 참조하십시오.
설계할 때 고려할 사항
- 작은 2단자 부품에 대해 패드 크기를 같게 하고 동박 연결을 대칭으로 하여 균일하게 가열되도록 합니다.
- 기판과 패널에 피듀셜을 배치합니다. 패널화와 소형 기판을 참조하십시오.
- 노즐, 검사, 리워크를 위해 부품 주변에 공간을 확보합니다.
- 극성과 1번 핀 표시를 명확히 합니다.
- 리플로에 적합한 부품을 선택합니다. 모든 부품이 오븐을 견디는 것은 아니며, 일부 부품(일부 커넥터, 특정 유형의 전해 커패시터, 배터리)은 나중에 추가해야 합니다.
여기에서 주문하는 경우
당사 공장에는 자동 솔더 페이스트 인쇄, 10존 리플로 오븐, 고속 실장, 무연 듀얼 웨이브 납땜, 수작업 리워크 스테이션, 선택적 컨포멀 코팅이 있습니다. 사이트를 통해 이용할 수 있는 조립 옵션과 그 제한 사항은 제조 역량 페이지에 있습니다. 엔지니어가 모든 주문을 확인하며, 리플로를 통과할 수 없는 부품이나 툼스토닝을 유발하기 쉬운 풋프린트에 대해 문의할 수 있습니다. 업로드 시 실행하는 25건의 검사는 기판 파일을 확인합니다. 이러한 공정 결함에 대해 고객의 조립을 검토하지는 않습니다.