Leadfree Solder(레드프리 솔더) 이용한 0201″ 칩 마운팅 기술Ⅱ

 
0201 칩의 디자인 & 랜드마크고밀도 마운팅은 점점 더 작아진 기판에서 이뤄지기 때문에 칩 마운터의 마운팅 정확성 향상과 기판의 정확성이 중요하게 여겨지고 있다. 2-포인트 기판 인식이 실행된 후에 전형적인 기판에 부품들은 마운트 된다. 부품의 마운팅에서 두 개의 인식 마크 위치는 인식된다. 이론상 제로(Zero) 포인트는 예상할 수 있다. 그리고 부품들은 제로 포인트로부터 확인됨으로써 이론상 마운팅 위치가 마운트 된다. 이 포인트 시기에 기판 인식 마크의 위치와 제로 포인트 사이의 상관관계는 중요하다. 이들 사이즈 변동의 정도에 따라 부품이 정확하게 마운트 된 위치 또한 바뀐다.

글 : 마쓰시타 Masafumi Inoue, FA Division

0201 칩 부품들 칩 모양0201 칩 부품들의 선두 제조업체들은 1999년 초반부터 0201 칩 시대를 개척했다. 그리고 그들은 자사의 생산라인을 셋업했으며, 그들의 마케팅 일환으로 0201 칩을 이용했다. 그러나 0201 칩을 완벽하게 제조하려는 부품 제조업체들 사이에서 진공 픽업 비율 영향 문제로 인해 심한 논란이 발생했다. 표 1은 부품 차원에서 진공 픽업 에러를 해결하고 발생되는 요소를 보여주는 시스템 다이어그램이다. 약간의 전통적인 불량 요소들을 좀더 자세하게 설명하겠다. 부품 제조업체들의 표준이 0.3mm일 때, 실제로 측정된 폭이 0.345mm인 경우에는 ±0.03mm가 불량 원인의 예가 된다(과도한 폭 치수, 그림 1 참조). 이는 진공 노즐의 진공 픽업력 보다 포켓 사이드에 대한 저항력이 큼으로써 칩 포켓이 가진 간격이 감소됐음을 의미한다. 결론적으로 칩은 픽업에 실패하고, 진공 픽업 에러가 발생한다. 그림 2에서는 다이아몬드 모양의 칩을 보여주고 있다. 완벽하지 않게 밸런스된 무게의 중앙이 에러의 예이다(짧은 사이드 크로스-면 모양, 그림 2 참조). 칩들은 진공 노즐에 의해 픽업되지만 평형하게 작업되지 않았다. 결과적으로 칩들은 포켓 안에서 굳어진다. 픽업된 것이 불가능하게 됐으며, 진공 픽업 에러가 발생한다. 칩이 노즐에 의해 픽업될 때 불량 원인 ⑨(위의 표면 섹션에서 결점, 그림 3 참조)로 픽업된 곳에서는 진공 노즐과 칩의 표면 사이에 갭 모양이 생성됐다: 이는 이 갭에서부터 air가 누설되는 것과 진공 픽업력이 감소된 원인 때문이다. 픽업된 칩이 진공 픽업 지역에서 인식과 마운팅 지역으로 이동할 때, 원심력과 무게에 대한 칩의 힘이 적용된다. 그리고 만약 진공 픽업력이 이 힘보다 적을 때 칩은 이동함에도 불구하고 떨어진다. 결과적으로 진공 픽업 에러가 된다.표 2는 칩들의 이상적인 모습을 보여주고 있다: 이러한 것은 많은 실험, 평가 그리고 분석의 결과로 얻을 수 있다. 요즘에는 칩 부품들은 완전 평형하고 직각으로 제조되지 않는다. 칩 부품들은 부품을 제조하는 회사에 의해서 다양한 모습으로 제작된다. 그러나 이러한 모양들은 진공 픽업 품질과 마운팅 품질에 의해 많은 영향을 받는다. 그리고 칩 부품 제조업체들은 완벽한 수준을 얻기 위해 지속적으로 연구하고 있다.테이핑 형식에서의 부품 패키징그림 5는 0201 칩을 형성하고 있는 테이핑의 방법을 보여주고 있다. 칩들은 캐리어 테이프에 포켓(직각 구멍을 가진 지역에서 인스톨)으로 끼워져 있다. 그리고 칩들은 캐리어 테이프의 백 사이드에서 커버테이프 바닥과 톱 사이드에서 톱 커버 테이프까지 패키지 된다. 캐리어 테이프는 스테핑 보드 방법으로 형성됐다. 압력 보드로 역할을 담당하거나 커버 테이프 바닥을 가지고 있지 않은 다른 테이프가 있다. 지난호에서 언급한 칩 모양에 영향을 주는 첫 번째 요소는 캐리어 테이프 포켓의 크기이다. 이것은 칩과 포켓사이의 간격이 진공 픽업에 영향을 미치기 때문이다.표 3은 이 간격과 진공 픽업 에러 비율 사이의 상관관계를 보여주고 있다. 표 3은 이상적인 부품 피더 위치의 정확성을 향상시키기 위해 연구된 캐리어 테이프의 치수를 보여주고 있다. 약간의 진공 픽업 에러는 남아 있는 거친 형태의 결과로 한 캐리어 테이프에서 발생한다. 포켓 지역이 스템프될 때, 포켓 지역안에서 칩의 결합은 이들 지역으로 칩의 대각선 삽입으로 인해 발생한다. 그리고 외부 문제의 존재도 원인이 된다.기판 디자인과 컨트롤기판 디자인과 제작 후의 프로세싱고밀도 마운팅은 점점 더 작아진 기판에서 이뤄지기 때문에 칩 마운터의 마운팅 정확성 향상과 기판의 정확성이 중요하게 여겨지고 있다. 그림 7은 전형적인 기판의 대부분의 치수를 보여주고 있다. 2-포인트 기판 인식이 실행된 후에 전형적인 기판에 부품들은 마운트 된다.최초로 두 개의 기판 인식 마크를 위해 A, B, C 그리고 D가 된다. 부품의 마운팅에서 두 개의 인식 마크 위치는 인식된다. 이론상 제로(Zero) 포인트는 예상할 수 있다. 그리고 부품들은 제로 포인트로부터 확인됨으로써 이론상 마운팅 위치가 마운트 된다. 이 포인트 시기에 기판 인식 마크의 위치와 제로 포인트 사이의 상관관계는 중요하다. 이들 사이즈 변동의 정도에 따라 부품이 정확하게 마운트 된 위치 또한 바뀐다.다음으로 제로 포인트로부터의 마운팅 위치를 위해 E와 F 치수가 나온다. 만약 이론상 치수와 실제적인 치수가 다르다면, 마운팅 기울기로써 후에 다시 중복된다. 이는 고밀도 마운팅 기판 혹은 0201 부품이 마운트된 기판을 디자인할 때 기판의 치수적인 오차가 칩 마운터의 치수적인 정확성과 칩 마운터의 마운팅 정확성을 고려해서 결정해야 되는 원인이 된다. 그러나 사실상 실제적인 제조 기판의 치수가 다르다면, 치수 허용오차에 관한 엄격한 규정이 없다. 이와 같은 경우 약간의 제조된 기판은 제품 기저에서 측정되고, 평균 가치는 마운터의 데이터 입력에 의존한다. 습도 흡수 특성글래스 에폭시가 기판에 라미네이트되면서 거의 모든 전자부품은 솔더를 이용해 본딩함으로 마운트된다. 만약 리드프리 솔더가 이용되고 습기가 병합된다면, 문제 발생을 피할 수 없다는 것은 알려졌다. 온도는 일반 셋팅으로부터 약 260℃의 리플로 상태에서 빠르게 증가하기 때문이다. 기판이 마운팅 라인에서 배치되기 전에 기판은 때때로 구워지기 때문이다. 그림 8은 실험과 결과를 포함해 사용한 기판을 보여주고 있다. Y-축 방향으로 24μm 만큼 또는 X-축 방향으로 7μm에 의해 수축 베이킹 된 후 약 10%의 습도가 컨트롤된 기판을 이 표에서 분명하게 나타내고 있다. Y-축 방향으로 크게 감소함을 설명하는 요소는 분석되고 있다. 이러한 것들과 다른 결과들은 다음과 같은 점에 주의해야 한다. 만약 마운팅 기울기가 발생하는 시기가 대두된다면, 글래스 에폭시가 라미네이트된 기판들에 습기가 포함된 것은 불량 원인의 하나로써 분석되어져야 한다. 랜드와 마크 치수0201 칩을 고 밀도로 마운트하기 위해서는 랜드 치수와 마크 치수의 디자인은 리플로 품질이 중요하다. 기판 랜드로써 구리와 pre-flux를 사용한 것은 post-reflow 품질과 0.1mm와 0.15mm 측정 랜드 갭을 위한 치수와 랜드 모양 사이의 상관관계를 실험에서 나타났다. 리플로는 질소 분위기에서 실시됐다. 그림 13은 그 결과이다. 그림 9는 post-reflow 상태 동안의 마운팅 상태를 나타내고 있다. 그림 9와 그림 12에서 마운팅 상태를 보면 알 수 있지만 0201 칩에서 대부분의 마운팅 기울기는 없다. 그러나 랜드 갭이 0.1mm 일 때 분명한 것이다. 랜드 갭 사이에서 솔더의 스퀴징으로부터 많은 간섭현상이 있었다. 결론적으로 그림 12에서 봐서 알듯이, 불량의 브리징이 발생했다. 한편, 랜드 갭이 0.165mm 일 때, 마운팅 상태는 보고서는 스퀴즈된 솔더 손실이 아슬아슬하게 랜드와 연관됐다는 것이 나타났다. 다음으로, 랜드 치수와 post-reflow 품질 사이의 상관관계가 그림 13에서 0.1mm 랜드 갭 그래프로 판명됐을 때, 랜드 치수의 더 커짐과 post-reflow 제조 결점이 분명하다. 거의 대부분의 결점은 브리징에 의한 것이며, 브리징은 더 큰 랜드 갭보다 적을 때 발생한다는 것이 명백해졌다. 만약 랜드 갭이 충분하다면 0201칩들이 마운트될 때 솔더 스퀴징은 랜드 치수 안에서 병합되는 것이 확실해졌다. 그림 14는 다음의 결과를 나타내고 있다. 제조 결점은 홈플레이트와 같은 모양의 마스크에서 좀 더 적은 것을 그림 14에서 나타내고 있다. 브리징은 양쪽 모양에서 잦은 마스크 결점이 발생되기 때문에 홈플레이트와 같은 마스크 모양(적은 솔더를 갖는)은 칩 마운팅 공정 동안 솔더가 스퀴즈됐던 랜드로부터 적은 솔더가 뻗어 나왔다. 이 마스크 모양은 직각모양 보다 더 매혹적인 제안이다. 이와 같은 실험의 결과는 랜드 모양의 이전 진화와 치수만큼 만약에 안정한 post-reflow 품질은 획득했다면 마스크 오프닝 모양과 치수는 중요하다.