SMT 기초공부~(인쇄공정)

SMT 기초 

Screenprinter는 CreamType으로 된 Solder를 PCB Land상에 일정한 양을 도포하는 장비로, Manual Type, Semi-Auto, Full-Auto, Vision Type 등이 있는데 Manual Type은 SMDIN-LINE상에 포함되지 않고 별도기판의 공급, 인쇄, 교체는 사람이 행하나, 인쇄는 자동으로 행해지는 반자동 SMDIN-LINE상에 포함되어 장비간의 통신에 의해 작업이 자동으로 가능한 자동방식(FULLAUTO), 자동방식에서 화상인식 기능이 추가로 장착되어 PCB 및 Metal Mask의 인쇄위피를 자동으로 보정하여 인쇄를 행하는  Vision방식으로 분류한다.

 예전에는 Semi-Auto보다는 Full-Auto 타입을 많이 사용하였지만 현재는 비젼타입과 세미오토가 주종을 이루고 있다.

 

인쇄공정

 

 1. 기판을 적정한 위치에 오도록 한다.

    Manual이나 Semiauto의 경우 작업자가 손이나 Jig로 맞추어 항상 간은 위치에서  Printing을 할수 있

    도록 기판을 손으로 공급하는 것이고, Full Auto 나 Vision Auto의 경우는 Loader에서 기판을 자동으

    로 공급한다.

 2. 기판과 Mask를 서로 맞춘다.

   Mask에 있는 구멍과 기판에 있는 Pattern을 잘 맞도록 조정하는 것으로, Manual이나 Auto장비의 경

   우에는 사람이 기판을 움직이거나 핸들을 돌려서 정렬하고, Vision장비의 경우 VisionSystem과 Servo

   System에 의해서 자동으로 정렬된다.

 3. Msk위에 Solder Paste를 놓는다.

   Mask위에 적당량의 Solder Paste를 올려 놓는다. 단, Solder Paste는 제조회사에서 지시한대로 적정

   시간 상온방치해야 하고 교반을 실시한 후 사용해야한다.

 4. Squeegee로 Paste를 구멍부분으로 밀어 넣는다.

   Squeegee를 이용하여 Solder Paste를 밀어서 구멍에 Paste가 빈틈없이 채워질수 있도록한다.

 5. 기판과 마스크를 분리한다.

   기판과 마스크의 분리는 대단히 중요한 공정으로 구멍에 차있는 Paste가 기판에 제대로 옮겨질수 있

   도록 떨어지는 속도를 조정해 줘야한다. 이는 장비에 따라서 공압이나 Servo Mechanism을 이용한다.

 

 

인쇄부의 구성 및 외형도

 

 1. Screen Priner의 인쇄 방법은 2개의 Squeegee에 의해 Single인쇄 또는 Double인쇄를 할수있다.

 2. Squeegee 이동거리(인쇄거리)와 Squeegee의 인쇄속도는 센서의 위치 및 데이터를 조정함으로써

    조정이 가능하다.

 

 

좋은 자동인쇄기의 조건

 

 1. Metal Mask와 PCB의 Pattrn위치를 맞추기가 용이할것.

 2. Metal Mask와 PCB간의 Gap을 조정할 수 있을것.

 3. Squeegee의 압력을 조정할 수 있을것.

 4. Squeegee의 속도를 조정할 수 있고 변동이 없을것.

 5. Squeegee의 설치 각도를 조정할 수 있을것.

 6. PCB를 고정할 수 있을것.

 7. 조작하기 쉬울것.

 8. Metal Mask의 착탈이 용이 할것.

 9. 생산성이 높을것.

10. PCB의 공급과 수납이 용이할 것.

 

 인쇄품질에 영향을 미치는 요인

 

 

 

 

형상에 따른 Solder의 분류와 용도 

 

 

 

 

 

 

Solder Paste의 구성요소

                                                                                                   

                                                       : 파우더(Powder[Alloys]), 플럭스(Flux)

 

 SolderPaste는 크기 20~60㎛ 정도의 Solder분말 80~90wt%, 플럭스 10~20wt%가 균일하게 혼합된것것이다. 플럭스는 수지(Rosin), 활성제, 왁스류, 용제 등으로 이루어져있다.

 이중 수지는 금속표면의 청정화 및 부품 Mounting을 위한 접착성을 주는 역할을 하고, 활성제는 금속표면의 청정화, 왁스류(칙소제)는 인쇄형상의 유지, 용제는 Solder분말과 수지류를 균일하게 혼합하는 역할을 한다. Solder Paste를 가열하면 플럭스가 활성화 되고 Solder분말이 용융되어 피접합금속(리드가 기판의 Land)에 퍼지면서 Soldering이 된다.

   

  

 

 Solder Paste의 조건

 1. 인쇄성

 - 인쇄시에 점도가 감소하여 Stencil을 부드럽게 통과하여, 원하는 양과 형상을 공급할 수 있을것.

- 인쇄 후 Stencil과 기판이 분리될 때 잘 빠져야 하며, Pattern에 번지지 않을것.

 - 인쇄 후 에는 점도가 상승하여 예열시까지 인쇄 Pattern이 쳐지지 않을것.

 - 점도의 경시변화가 적고, 도포조건이 일정할것.

 - 인쇄 후 점착성을 장시간 유지하여 전자부품의 탑재가 가능할 것.

 

 2. Soldering성

 - 모재에 잘 젖을것.

 - Solder Ball이나 Bridge등 결함이 발생하지 않을것.

 

 3.신뢰성

 - Reflow후 플럭스 잔사가 주변의 물질을 부식시키지 않을것.

 - Reflow후 플럭스 잔사를 가습 분위기중에서 장시간 방치하여도 높은 절연 저항성을 유지할것.

 - Solder 자체의 강도, 내환경성이 충분할것.

 

 4. Solder Paste의 등급

 모든 종류의 Paste가 같은 기본적인 혼합물을 가졌지만, SolderBall의 크기는 변화할수 있다.

 각각의 경우에 정확한 Solder Ball의 크기는 Stencil구멍의 크기에 의해 결정된다.

 Solder Paste의 Ball은 보통 3종류로 분류된다.

          - Type 2 : 53~75㎛

            - Type 3 : 53~38㎛

          - Type 4 : 38~35㎛

 5.Print하기 위한 점성유지

   점성은 Solder Paste의 중요한 특성이다. Paste가 묽을때 그건 점성이 낮다고 하고 Paste가 뻑뻑할

 때  점성은 높다고 할수 있다. Print 행정동안  Squeegee가 Soder Paste를 Stencil로 밀어 낼때 Paste

 의 점도 (전단점도 : Shear viscosity)는 낮아야 한다. 그래야만 PCB상의  Stencil의 구멍으로 Paste가

 쉽게 흘러 들어 갈 수 있다.

   Print후 Paste의 점도 (정점도 : Startic viscosity)는 높아야만 한다. 그래야만 PCB상의 Pad로 부

 터 Solder가 쉽게 이탈하지 않는다.

   점도는 점도측정기로 측정할수 있다. Solder Paste Printing을 위해 요구되는 점도는 800Kcps이다.

 점도 측정기가 없을경우 측정할수 있는 실질적인 방법은  ⓐ 주걱으로 30초정도 Paste를 휘젓는다.

   ⓑ 약간의 Paste를 퍼내어 용기위의 10cm 위에서 멈춘다. 만약 Paste가 연속적인 흐름을 가지고 떨

 어지면 점성이 너무 낮은 것이다. Paste가 주걱에 남아 있다면 점성이 너무 높은것이고, Paste가 흐르

 면 서 둥글게 덩어리져 끊어지면 점도는 적당한 것이다.

 

플럭스 (FLUX)

   Flux란 송진이 주성분이고 염소, 불소, 브롬 등의 할로겐이라고 하는 활성제가 소량 등어 있는것으로

 납땜시에 대상물의 오염물이나 표면의 산화막을 제거해주기 위한 청정제이다.

   Solder표면의 산화막 제거기능에 필수적이지만 잔사에의한 악영향과 프레온에 의한 문제가 심각하여

 현재 RMA TYPE이나 질소 Reflow에 의한 무세정화 동향이 활성화 되고 있다. 플럭스는 사용목적에 따

 라 3종류로 분류되고있다.

    - 프리플럭스: 금속면의 장기보호에 사용.

    - 포스트플럭스: 일반자동  Solderimg시 사용.

    - 절연플럭스: 절연특성을 위해 사용.

 

FLUX의 역할

 

 1. 산화물제거: 납땜하고자 하는 모재의 금속표면의 산화막을 제검함으로써 납땜이 잘되게 해주는 작용

 2. 표면장력감소: 땜납은 금속표면에서 둥글게 되려는 성질이 있으며, 이것을 감소 시큼으로서 모재 금

                속에 잘 퍼지도록 하는 작용.

 3. 재 산화방지: 납땜한 대상물과 이미 납땜된 납의 표면이 산소와 접촉하지 못하도록 방지함으로써 표

                면이 재산화되는것을 방지.

 

 

교반기

   Printing 전에 Solder Cream을 골고루 섞어주기 위한 장치이며, 일반적으로 Solder의 교반은 10~20

 분정도 실시, 교반기는 일반적으로 수평회전, 45도 회전을 시키는데 가장 바람직한 교반은 45도회전이

 다.  이유는 Solder Cream은 Solder 분말과 Flux간의 비중차로 인하여 항상 층이져있어 사용하기 전에

 교반 시켜야한다.

 

Cream Solder (Solder Paste)의 보관

 

  1. Cream Solder가 도착했을 때, 가능한 냉장고에 빨리보관한다.

  2. 이상적인 보관온도는 5~10℃

  3. 0℃ 이하에서 보관하는 것은 입자의 동결이 발생할수 있다.

 

                         Cream Solder (Solder Paste)의 사용

 

  1. Cream Solder를 사용할 때, 용기는 Cream Solder가 상온으로 된 다음에 열어야 한다. 용기가 상온

     보다 낮은 온도에서 낮은 온도에서 열었을때, PAste에 결(바늘)이 생기고 Solder Paste의 기능을 저

     하 시킨다.

  2. 인쇄시, 처음에 Solder Paste를 부드럽게 섞은 후 Stencil(Metal Mask)에 놓아야 한다.

  3. Squeegee로 밀때 잘 구르도록 하거나 개구부에 부드럽게 굴러 들어 가도록 하기 위해 필요한 최소

     량의 Solder Paste를 Stencil(Metal Mask)에 놓는 것이 바람직하다.

  4. 반면에, 습기가 많은 상태에서 강제로  Solder를 문질러  Printiing하는 것은 Solder Paste에 손상을

     주기 때문에, 한번에 많은  Solder Paste를 놓는 것보다 여러번 나눠서 작은 양을 놓는 것이 바람직

     하고, 새 Solder는 긴 시간 동안 놓여지지 않는 것이 바람직하다.

 

작업후 처리

 

 

   Printing 작업 후 Stencil에 남은 Solder Paste 처리방법

     - 버린다. (Solder가 얼마나 손상되었는지 모르기 때문에 버리는 것이 가장 이상적인 방법이다.)

     - 남은 Solder를 주걱으로 폴리우레탄 시트 위에 모아서 공기가 통하지 않는 봉투로 봉한 후 냉장고

       에 보관한다.

     - 사용된 Solder를 다시 사용할 때, Solder Balling Test & Wettabillty Test에 의해 이상이 없다는 것

       을 확인한 후에 사용.

 

      - Solder Paste 인쇄검사 목록

 

 

 

주의사항

 

   Solder Paste는 레진이나 활성제, 솔벤트, 납을 포함한 파우더의 화학적 구성물로 구성된 화학제품이

 므로 다음과 같이 취급에 주의해야 한다.

   1. Solder Paste에 입을 갖다 대어서는 안된다. 코를 너무 가까이 대서 냄새를 맡는 것을 피한다.

      오염된 손으로 음식을 먹거나 담배를 피워서는 안된다.

   2. 피부와 접촉을 시켜서는 안된다. 만약 피부가 Solder Paste에 의해 오염된경우 에탄올을 묻힌 헝겁

      으로 즉시 닦아야 한다. 다음 비부로 씻고, 모든 수단을 동원해 제거해야한다.

   3. 솔벤트와 그 밖의 화합물의 증기와 가스로 작업장은 쉽게 오염되므로 통기에 주의.

   4. Soldering시 발생되는 납증기와 플럭스가스의 혼합물은 Reflow의 배기관을 통해 배출되야한다.

   5. 솔벤트가 함유된 Solder Paste의 기본물질인 레진플럭스는 화기로부터 멀리해야 한다.

   6. Dispense나  Print의 청소용 도구는 공기를 뺀 깨긋한 박스에 보관해야 한다.

 

 

                                       METAL MASK

 

  Metal Mask란 PCB위의 LAND위치에 따라 Solder Cream을 도포할수 있게 가공한 치공구.

   1. Mask 재질 : SUS304, Ni, 테프론(Ni-Cu-Ni의 삼중합금), 각종 코팅제

   2. 주요 Check Point

     - LAND 대비 홀 사이즈

     - MESH TENSION

     - 홀 영상

     - 마스크 원판상태 (표면의 늘어짐, 처짐)

     - 홀의 내부면 가공상태

 

 

METAL MASK & PCB의 GAP

   

   보통 MEATAL MASK의 두께는 0.15~0.1T 이다. 0.15T인쇄시 Solder의 두께는 145~170㎛가 나온

  다. 원칙적으로 GAP은 0으로 해야하나 실제로 0.5~1mm가 보통 뜨게된다.

   1. Squeegee압을 높인다. MASK의 앞뒤가 조금 뜨게되고 그 틈새로 Solder Ball이 좌우로 빠져서

     145㎛이 나올수도 있다.

   2. Block을 1mm 가량 높인다. 이때 만약 GAP이 0.1mm가 되면, 틈새로 크림이 들어가 전체 두께가

     170㎛이 되기도 한다.

 

  

 METAL MASK의 보관

 

   1. 개구부에는 보관용 랩을 붙여서 보관한다.

   2. Tension : 두드려서 소리가 경쾌하면 양품이고, Gage로 측정시 초기치보다 1/3~1/2 이하면 폐기.

   3. Frame 뒤틀림의 기준은 Frame을 정반 위에 놓고 네귀퉁이를 측정했을 때 0.1mm이나, 실제 측정하

      50%이상이 불량일 것이다.

 

Squeegee (스퀴지)

  

   1. Squeegee 속도 : 20~30mm/sec를 일반적으로 추천. 납량이 많은경우 가장 간단한 방법은

                   Squeegee속도로 조절한다. 스퀴지 이동속도를 높으면 외형상 인쇄품질은 좋지만, 내부

                   에 빈공간이 발생하여 납량이 감솨게 된다. 속도가 느리면 납이 꽉차게 되지만 밑면에

                   Solder가 들어가 Solder Ball의 원인이 된다.

   2. Squeegee 각도

      60˚에서 Rolling이 가장 뛰어남.

       - Rolling수 즉, 회전수(약3회전) = 이동거리 (최소100mm)/Solder높이 (보통10mm)+원주율

       - 최소거리가 100mm는 되어야 Rolling이 가능.

       - 보통 Squeegee날에서 날 지지대 까지의 높이는 13~15mm로 너무 많은 Solder를 투입하면 지

         지대와 간섭이 발생하여 원활한 Rolling이 이루어지지 못한다. 따라서 초기 Solder투입량은 250

         ~300g으로 하는것이 적당하다.

   * 위의 기준은 0.5mm Pitch를 기준으로 한 것이기 때문에 그보다 미세할경우 약간의 조정이 필요함.

   3. Squeegee 압력 (인쇄압력)

       - 1.3, 1.5, 1bar등으로 Setting Squeegee는 보통  MASK면에서  0.1mm더 내려오도록 한다.

                    (내리지 않으면 납잔사가 많이 남는다.)

       - Squeegee의 인압은 Solder의 형상과 수명에 영향을 미침.

       - Mask면은 상면에 굴곡이 형성되어 있는데 이는  Solder의 Rolling성을 좋게 하기 위해서이다.

   4. Squeegee의 평행도

       - Base Block, Mask Position, Squeegee 부착 Holder 3개면이 0.1mmmm내에 들어와야한다.

       - 장비의 기계적인 겅차는 10㎌ 내여야한다.

   5. Squeegee의 상/하강 속도

       - 인쇄 후 Squeegee가 먼저 올라가면 Solder가 무너진다. Solder Ball의 접착력은 40gf로 Squee

         gee를 먼저 떼면 점착력 떄문에 끝이 들리게 되는것이다.

          따라서 Back-up Block부터 분리를 해야하는데 이때 판분리 속도 0.2~0.3mm/sec로 보통 1초

         정도가  소요된다.

             

 Squeegee (스퀴지)

 

    1. 자동기계 Cleaning

        - 알콜을 분사하면서 닦아낸 후 ->건조(알콜이 남게되면 Solder가 부식됨)

        - 개구부 청소를 하지 않으면 빠짐성이 나빠진다.

        - 기계 Cleaning의 신뢰성은 대략 50%정도로 간주되고, 수작업 Clreaning을 병용.

        - 기계 Cleaning에서 Mask와 밀착되는 부분은 Solder가 잔류하게 될 확률이 높으므로 잘관리해

          야 한다. 청소하지 않으면 Solder Ball이 발생하게 된다.

    2. 수작업 Cleaning

        - Mask의 아래, 윗면을 동시에 닦아야한다. 그렇지 않으면 반대편으로 Solder Ball이 나오게 된다

          그렇게 닦는다 해도 개구부에 Solder Ball이 남게 되는데 이때 닦는 방행에 유의 해야 한다

           Lead 방향에 따라서 좌우 상하로 닦아야 개구부의 Solder가 제거되며, 돌려닦아서는 안된다.

    3. Cleaning 주기 성정방법 (0.5mm Pitch 이하)

        - 인쇄검사 기준에 의해서 최초 불량이 발생하는 기판 횟수의 X0.5로 해준다. 즉,50매쨰 불량이

          나오면 25매 마다 청소하는 것을 뜻한다.