열 차폐 위치가 재작업에 미치는 영향

Dec 12, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15118(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

이 연구에서는 양면 인쇄 회로 기판 어셈블리의 인접한 볼 그리드 어레이 구성 요소와 해당 솔더 조인트에 대한 열적, 기계적 손상을 방지하기 위해 재작업 프로세스 중 열 차폐 배치 위치의 효율성을 조사했습니다. 세 가지 유형의 열 차폐 배치 위치가 사용되었습니다. 샘플 X, 재작업 위치의 인접한 구성 요소에 개별 열 차폐 배치; U자 모양의 샘플 Y와 열원 위치에 각각 배치된 사각형 모양의 열 차폐물인 샘플 Z입니다. 재작업 중 열 차폐 위치와 솔더 조인트 손상 사이의 관계를 이해하기 위해 염료 및 당김 테스트 결과, 적외선 열화상 측정, 온도 측정을 분석했습니다. 재작업된 부품의 열원 위치에 열 차폐를 배치하면 인접한 재작업 부품 위치의 최고 온도를 최대 8.18%까지 낮출 수 있습니다. BGA 부품의 중앙과 모서리의 최고 온도는 각각 195°C와 210°C 미만으로 유지되어 솔더 균열로 인한 솔더 조인트 손상을 50% 이상 줄임으로써 인접한 재작업 부품 위치의 솔더 조인트 품질을 향상시킬 수 있습니다. 이는 양면 인쇄 회로 기판 어셈블리에 고밀도 볼 그리드 어레이 구성 요소를 배치하는 재작업 중 열 관리에 유용합니다.

PCBA(인쇄 회로 기판 조립) 재작업은 폐기물을 줄이고 결과적으로 회사 총 수익을 증대시키기 위한 유익한 노력으로 제조 업계에서 자주 사용됩니다. PCBA 재작업은 부품 확보가 어렵고, 유연성에 대한 수요가 증가하고, 제품을 시장에 출시하기 위한 짧은 제품 개발 주기가 있는 시기에 점점 더 중요해지고 있습니다1,2. PCBA 재작업의 가장 큰 장점은 손상 정도에 따라 PCBA 재작업을 교체하는 것보다 빠르게 수행할 수 있다는 것입니다3.

BGA(볼 그리드 어레이) 구성 요소를 재작업하는 프로세스를 영역 어레이 재작업이라고 합니다. 솔더 조인트는 부품 본체 아래에 숨겨져 있어 영역 배열 장치의 재작업이 더욱 어려워집니다4. 무연 솔더링의 더 높은 작동 온도 요구 사항과 에어리어 어레이 구성 요소의 민감한 특성이 결합되어 무연 BGA 구성 요소에 대한 재작업 절차를 정의하기가 어렵습니다5. 고밀도 제품 설계에서는 여러 BGA 구성 요소가 서로 가깝게 배치됩니다. 따라서 인접한 재작업 구성 요소 위치는 재작업 중에 열 리플로우에 노출될 위험이 높습니다6. 몇 가지 장애물은 PCBA 재작업 절차 중 더 엄격한 열 프로파일 및 극도의 정밀도와 같은 새롭거나 수정된 ​​방법을 도입해야만 극복할 수 있습니다7.

부품, 인쇄 회로 기판(PCB), 인접한 재작업 부품 위치 및 납땜 접합부에 대한 열적 또는 기계적 손상을 방지하기 위해 열 차폐가 사용됩니다. 열 차폐는 BGA 제거 및 조립을 위한 재작업 뜨거운 공기 리플로우 프로세스 중에 PCBA의 하단과 상단 사이의 온도 차이를 최소화하여 인접한 구성 요소로의 열 전달 노출을 줄일 수 있습니다8. 부품 손상 및 납땜 접합 균열은 인접한 부품 납땜 접합의 의도하지 않은 리플로우로 인해 발생할 수 있습니다9. 주석 기반 솔더와 구리 패드 사이의 상호 작용으로 인해 조립 공정 및 솔더 조인트 서비스 중에 금속간 화합물(IMC)이 발생합니다10. 매우 두꺼운 IMC 층으로 인해 솔더의 낮은 기계적 특성이 발생할 수 있습니다. 또한 IMC의 형태는 솔더 조인트의 신뢰성에 큰 영향을 미칩니다11. 본질적인 취성으로 인해 두꺼운 IMC는 쉽게 부서지고, 솔더/IMC 인터페이스와 IMC 층 내에 축적되는 마이너스 볼륨 반응으로 인한 종방향 변형으로 인한 응력은 기계적 특성 저하를 일으킬 수 있습니다12. 또한 재작업 공정 중 열 차폐는 인접한 부품의 솔더 조인트에 있는 IMC 레이어가 너무 두꺼워져 솔더 조인트 품질과 신뢰성에 영향을 미칠 수 있는 것을 방지합니다13. 제한된 연구에서는 양면 PCBA에 고밀도 부품 배치와 관련된 재작업 중 열 차폐를 사용한 열 관리를 다루었습니다14,15.