자동차 전자 산업에서 회로 모듈을 기반으로 한 SMT 납땜 신뢰성 연구

전자 제품의 소형화 추세는 제품의 복잡한 구조로 이어져 다중 칩 모듈의 보급을 촉진합니다. 코어 모듈의 등장은 SMT에게 새로운 도전입니다. 그러나 기판의 규모와 열 이론으로 인해 신제품 로딩에서 가용접 및 연속 주석 전착과 같은 몇 가지 문제가 발생합니다.

회로 모듈의 SMT 솔더링 신뢰성 연구

가용접이란 주석으로 고정되지 않은 용접물의 표면에 주석층이 완전히 도금되지 않고 부품용접면과 PAD 사이에 금속합금이 발생하지 않고 압력에 의해 부품이 헐거워져 불량한 상태를 말한다. 접점 및 납땜 지점의 최소 높이는 납땜 지점의 최소 높이에 납땜 가능한 높이를 더한 값의 25%보다 작습니다.

잘못된 용접의 일반적인 이유는 주석 페이스트의 품질 불량, 솔더링 플럭스의 조성, 부품 핀의 산화층, PAD의 불량한 표면 마감, 솔더링 매개변수 설정 및 불안정한 리플로우 솔더링을 포함합니다.

• 문제 원인 분석

ㅏ. 코어 모듈 기판에 대한 분석

PCB 기판 재료 성능을 나타내는 주요 매개변수는 Tg(유리 전이 온도), CTE(열팽창 계수) 및 Td(박리 온도)를 포함합니다.

초기 개발에서 FR-4 Tg150(재료>145)은 코어 모듈 기판 재료로 적용되고 기판 바닥면을 덮는 비교적 두꺼운 솔더 마스크 필름입니다. 리플로우 솔더링 과정에서 낮은 Tg로 인해 약간의 좌굴 변형이 발생하여 가용접의 출현으로 2차 리플로우 솔더링에서 솔더링 신뢰성이 저하된다.

비. 주석 페이스트의 양에 대한 분석

일반적인 공예 요구 사항에 따르면 스텐실의 두께는 0.13mm여야 하며 인쇄 후 코어 모듈의 패드 주석 페이스트 두께도 마찬가지입니다. 코어 모듈은 납땜 과정에서 변형, 잘못된 용접 및 낮은 납땜 신뢰성을 겪기 때문에 제품이 품질 위험에 직면할 수 있습니다.

• 개선 실험

ㅏ. 기판 재료 및 실험 설계

모재는 제품의 신뢰성을 좌우하는 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 초기 제품에는 비교적 저렴한 FR-4 Tg150(재질>145)이 사용됩니다. 실험 초기 개발 단계에서 FR-4 Tg170(재질>175)은 상대적으로 높은 신뢰성으로 인해 FR-4 Tg150(재질>145)의 대체품으로 적용되었습니다.

솔더 마스크의 품질이 보장되고 2차 리플로우 솔더링의 신뢰성에 영향을 미치지 않도록 솔더 마스크의 두께를 줄이고 솔더 마스크의 재료 품질을 개선한 상태에서 기판 하단 솔더 마스크에 재설계를 구현해야 합니다.

비. 스텐실 컷아웃에 대한 실험 설계

스텐실 설계의 초기 단계에서는 PCB에서 핀 거리가 0.5mm인 QFP 부품으로 인해 스텐실의 두께가 0.13mm로 설계되었습니다. 첫 번째 제조 공정에서 가용접은 주석 페이스트의 두께가 0.13mm가 되도록 코어 모듈에 이루어지며, 이를 기반으로 스텐실의 두께는 0.15mm인 일반적인 스텐실 설계의 최소 두께로 증가됩니다. 이 조건에서 스텐실 구멍과 외부 확대 구멍의 비율은 1:1.2로 개선되지 않는 불량 품질입니다. 이 조건에서 특수 캐스케이드 스텐실만 실험에 적용할 수 있으며 스텐실의 두께를 원래 0.15mm에서 0.3mm로 개선하여 모듈 장착 패드의 주석 페이스트 인쇄량을 확보할 수 있습니다.

캐스케이드 스텐실 적용 시 다양한 실험 방식이 사용되며 비교적 합리적인 방식이 다음과 같이 표시됩니다.
방식 A에서 모듈의 전체 영역 두께는 0.3mm 증가하고 작은 스케일을 포함하는 측면의 두께는 변경되지 않습니다. .
Scheme B에서 두께가 증가할 영역은 Scheme A보다 4mm 작아지고 패드 구멍의 두께는 변하지 않고 두께가 0.3mm 증가합니다.

시험 생산 및 Scheme A와 B의 비교 후, Scheme B가 더 낫다는 결론을 내릴 수 있는 저항 팩 위치에서 연속 주석 전착이 발생합니다.

씨. 제조 공예 개선 실험

Reflow Oven 진입 전에 Gel Dispensing 작업을 수행하고 회로 모듈 고정 기능으로 Gel 응고 및 수축의 영향으로 위치를 결정할 수 있으므로 납땜 시 모듈 기판의 변형 및 변위를 효과적으로 줄일 수 있습니다.

• 실험 결과

스텐실 디자인 개선, PCB 재료의 재선택 및 위치 지정, 제조 기술 개선을 포함한 일련의 개선 조치 덕분에 코어 모듈의 주석 페이스트 양과 주석 상승 높이가 납땜 과정에서 IPC 표준에 도달했습니다. 코어 모듈 공정의 불량률을 686PPM에서 23PPM으로 대폭 감소시켜 제품의 신뢰성을 확보하였습니다. 다음 표의 데이터가 그 결과를 가장 잘 나타냅니다.

수 <번째 너비="23%" 스타일="텍스트 정렬:센터;" bgcolor="#2baf75">결함 유형 <번째 너비="10%" 스타일="텍스트 정렬:센터;" bgcolor="#2baf75">불량분율(PPM)

결과	기재 재료	생산량	테스트 포인트	결함 수	나쁜 수
초기 파일럿 생산 상황	Tg150	50	43750	코어 모듈의 잘못된 용접	20	20	457
				코어 모듈의 연속주석 전착	0	0	0
				합계	20	20	457
최초로 개선된 실험 결과(도표 A)	Tg170	50	43750	저항 팩의 잘못된 용접	0	0	0
				저항 팩의 연속 주석 전착	30	30	686
				합계	30	30	686
두 번째 개선 실험 결과(도표 B)	Tg170	50	43750	코어 모듈의 잘못된 용접	1	1	23
				코어 모듈의 연속 주석 전착	0	0	0
				합계	1	1	23

결론

핵심 모듈의 적용은 연구 개발을 가속화하고 자동차 전자 제품의 진보를 업그레이드할 수 있습니다. 신제품 단계에서는 이식을 구현하여 개발 비용과 복잡성을 줄일 수 있습니다. 그러나 코어 모듈의 대규모화와 높은 제조 기술 요구로 인해 파일럿 생산 초기 단계에서 불량점이 나타나 신뢰성이 떨어지고 모듈이 제대로 적용되지 않을 수 있습니다.

PCB에 속하는 코어 모듈은 고온 리플로우, 보관 및 PCB 변형, 가용접 및 연속 주석 전착 등의 고온 리플로우를 포함한 일련의 공정을 거쳐야 합니다. 이러한 코어 모듈에 대한 문제는 제품의 실험 및 시범 생산을 통해 성공적으로 해결되어 코어 모듈의 적용 기회가 더 많이 제공되고 자동차 전자 제품의 모듈 적용 진행도 가속화될 것입니다.

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