리드 사용

Oct 22, 2023

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일부 전자 시장 부문은 RoHS(유해 물질 제한) 법률과 같은 무연 물질 제한에서 면제됩니다. 이러한 시장 부문은 열악한 환경에서 사용되거나 생명/시스템에 중요한 기능을 갖춘 전자 제품인 경향이 있습니다. 항공 전자 공학을 포함한 이러한 시장 부문에서는 납이 포함된 납땜을 사용할 수 있지만 ROHS를 준수하지 않는 구성에서 고급 구성 요소를 조달하는 것이 점점 더 어려워지고 있습니다. 주석/납 납땜 공정을 계속 사용하는 제품 설계 팀은 조립 공정에서 무연 납땜 구체에서만 사용할 수 있는 BGA(볼 그리드 어레이) 구성 요소를 사용하는 방법에 대한 딜레마에 직면합니다. 본 문서에서는 주석/납 납땜 공정에서 무연 BGA 부품을 사용하는 데 대한 여러 측면을 논의합니다. (1) 혼합 야금; (2) 응고; (3) 주석 수염. 제품 무결성을 손상시키지 않고 활용 가능한 방법론에 대해 논의합니다.

혼합 야금 문제

환경법규는 전자 제품에 사용되는 재료 세트 측면에서 전자 산업에 상당한 영향을 미쳤습니다. 카드뮴, 6가 크롬, 수은, 납과 같은 물질의 금지로 인해 역사적으로 전자 제품 생산에 사용되었던 수많은 전자 부품 및 재료 공정이 제거되었습니다. 납땜 합금의 납 제거는 주요 기계 및 전기 기능성 재료로서의 역할로 인해 전자 제품에 가장 큰 영향을 미칩니다. 그림 1은 IPC 글로벌 솔더 통계 프로그램에 의해 추적된 대로 2004년 이후 글로벌 솔더 사용 추세가 주석/납 솔더 합금을 무연 솔더 합금으로 대체하는 방법을 보여줍니다.

주석/납 솔더링 공정을 계속 사용하는 제품 설계 팀은 무연 솔더 볼에서만 사용할 수 있는 BGA 부품을 사용하는 방법에 대한 딜레마에 직면해 있습니다. 주석/납 솔더 페이스트 합금과 무연 솔더 볼이 있는 BGA 부품의 조합은 많은 제품 사용 환경에서 솔더 조인트 무결성이 좋지 않은 "혼합 야금" 솔더 조인트 미세 구조를 초래합니다. 혼합 야금(예: 주석/납 어셈블리에 사용되는 무연 부품)의 잠재적인 솔더 조인트 무결성 문제를 해결하기 위해 세 가지 업계 솔루션이 수용 가능한 방법론으로 등장했습니다. 첫 번째 해결책은 무연 BGA 부품을 외부 서비스 제공업체에 보내 "재볼링"하는 것입니다(즉, 무연 솔더볼을 제거하고 주석/납 합금 솔더볼로 교체). 리볼링 프로세스는 엄격하게 통제되는 프로세스 절차를 준수할 경우 신뢰할 수 있는 것으로 나타났습니다. 리볼링된 BGA 부품의 장점은 주석/납 납땜 공정에 투명하다는 것입니다. 단점은 BGA 부품을 다시 볼링하는 데 필요한 비용과 시간입니다.

그림 1: 글로벌 솔더 사용 동향. (IPC 글로벌 솔더 통계 프로그램)

BGA 부품을 리볼링하려면 수분 민감도 수준, 솔더볼 제거/부착 온도/시간, 리볼링된 BGA 부품의 청결도 등 몇 가지 핵심 공정 매개변수의 제어가 필요합니다. 리볼링 프로세스로 인해 프로세스 또는 구성 요소 결함이 발생하지 않도록 하려면 기능 구성 요소 테스트가 필요합니다. 다음 예는 기능 평가 실사를 수행하여 결함이 있는 리볼 BGA가 제품에 유입되는 것을 방지하는 방법을 보여줍니다.

엔지니어링 프로토타입 테스트 중에 BGA 구성 요소에 기능 오류가 있는 것으로 밝혀졌습니다. 문제의 BGA 부품은 부품 공급업체로부터 무연 BGA로 조달되었으며 이후 공융 주석/납 솔더 합금을 사용하여 리볼링되었습니다. 의심되는 BGA의 X-ray 결과 과도한 솔더 조인트 보이드가 발견되었습니다.

그림 2:의심되는 BGA의 X선 이미지.

업계 조사에 따르면 일반적으로 BGA 보이드 발생은 솔더 조인트 무결성 문제가 아니라 패드 설계 또는 솔더링 프로세스 문제를 나타내는 명확한 지표입니다. BGA 패드에는 마이크로비아 기술이 포함되어 있지 않았기 때문에 처음에는 솔더 페이스트 침전물이나 리플로우 프로파일과 관련된 문제가 보이딩의 근본 원인이라고 믿었습니다. 그림 2는 X선 평가 중 BGA 솔더 조인트에서 관찰된 과도한 보이딩을 보여줍니다.