고밀도 PCB용 처리 솔루션

설계자는 모든 구성요소와 더 높은 I/O 커넥터의 처리 온도, 생산성 및 납땜 접합 무결성을 고려해야 합니다. 이 기사에서는 고밀도 PCB를 위해 더 작은 구성 요소 풋프린트를 가능하게 하는 방법을 살펴봅니다.

전자 장치가 계속 작아지고 빨라짐에 따라 더 작은 설치 공간을 가능하게 하려면 지원 구성 요소가 먼저 개발되어야 합니다. 밀도를 높이고 크기를 줄이면 제조업체에서 오류의 여지가 줄어들고 더 나은 처리 방법을 개발해야 합니다.

인쇄 회로 기판 어셈블리에서 고밀도 커넥터를 처리하면 해결해야 하는 문제가 발생합니다. 설계자는 모든 구성 요소의 처리 온도, 생산성 및 솔더 조인트 무결성을 고려해야 합니다. 밀도가 증가한 이유는 훨씬 낮은 I/O 커넥터가 차지한 동일한 공간에 더 높은 I/O 커넥터가 필요하기 때문입니다.

기존의 스루홀 또는 표면 실장 커넥터는 이러한 애플리케이션에서 효과적으로 사용할 수 있는 신호 수(평방인치당 핀 수)의 한계에 도달했습니다. 이것이 커넥터 제조업체가 BGA, 땜납 크림프 및 땜납 충전 설계를 활용하여 구성 요소 풋프린트를 줄이는 것을 고려한 부분입니다.

납땜성

복열 커넥터의 경우 납땜성 문제는 일반적으로 쉽게 해결할 수 있습니다. 말할 것도 없이, 문제가 있는 경우 간단한 납땜 인두를 사용하여 납땜 조인트를 수정함으로써 재작업으로 해결할 수 있습니다. 그러나 다중 행 커넥터에서는 이 프로세스가 더 복잡해지고 커넥터를 처음으로 올바르게 처리하는 것이 점점 더 중요해집니다.

불량 솔더 조인트를 유발할 수 있는 몇 가지 일반적인 문제는 다음과 같습니다.

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솔더 페이스트 양

스텐실 크기

잘못된 솔더 오븐 온도 프로필

PCB 평탄도

위에 나열된 문제와 함께 각 제조 설정이 고유하기 때문에 만능 솔루션은 없습니다. 고려해야 할 몇 가지 차이는 사용 중인 장비, 솔더 페이스트(브랜드 및 화학 성분 구성), 애플리케이션(보드 디자인, 구성 요소 밀도 등)입니다.

고밀도 I/O 요구 사항을 위한 커넥터 솔루션

커넥터 제조업체가 고밀도 애플리케이션에 사용한 솔루션 중 하나는 BGA 설정입니다. BGA 애플리케이션은 무거운 페이스트를 사용하지 않고 더 많은 솔더를 제공하기 위해 부품 리드에 부착된 구형 솔더 볼을 사용합니다.

Samtec의 SERAY™ 고밀도 개방형 핀 필드 어레이에서 볼 수 있는 땜납 전하는 BGA와 유사한 솔루션이지만 PCB 패드에 대한 커넥터의 더 나은 가장자리 본딩을 제공합니다.

그림 1. BGA의 솔더 볼과 Samtec의 SEAF8 / SEAM8의 솔더 요금

SERAY™ 0.8mm(SEAF8 / SEAM8 시리즈)의 솔더 차지의 또 다른 독특한 차이점은 0.80mm와 1.20mm의 교대 피치입니다. 이 디자인은 보드 디자이너에게 행 사이에 추가 트레이스 라우팅을 제공할 수 있습니다.

그림 2. SEAF8 / SEAM8의 교대 피치

가공 중 더 나은 솔더 접합을 얻기 위한 핵심

일반적으로 PCB에 부품을 납땜할 때 가장 높은 성공을 거두려면 제조업체의 처리 지침을 따르는 것이 가장 좋습니다. 일부 제조업체는 PCB 풋프린트, 스텐실 레이아웃 및 두께, 솔더 스크린 인쇄 프로세스, 부품 배치, 적절한 오븐 프로파일링 및 재작업 고려 사항까지 제공합니다.

풋프린트 및 스텐실

커넥터 제조업체는 종종 PCB 설계자에게 PCB 풋프린트와 스텐실 레이아웃 및 두께를 다운로드할 수 있는 기능을 제공합니다. Samtec은 Altium, Circuit Studio, Eagle, Fusion 360 등과 같은 인기 있는 EDA 도구에서 다운로드할 수 있는 200,000개 이상의 기호 및 풋프린트를 제공합니다.

그림 3. SEAF8 PCB 풋프린트

제공된 풋프린트 및 스텐실 레이아웃을 활용하여 PCB 설계자는 적절한 솔더 조인트를 달성할 가능성이 더 높아집니다.

납땜 스크린 인쇄 공정

솔더 패드 커버리지는 적절한 솔더 조인트에 매우 중요하며 패드는 완전히 덮어야 합니다. 이러한 이유로 스텐실의 개구 크기는 의도적으로 PCB의 패드보다 큽니다. 이는 SEAF8(또는 커넥터)의 솔더 전하가 그림 4와 같이 솔더 페이스트와 접촉하도록 하기 위한 것입니다.

그림 4. 페이스트와 땜납 충전물 사이의 양호한 접촉과 함께 땜납 인쇄물에 대한 땜납 충전물 위치.

솔더 페이스트가 솔더 차지를 적절하게 덮지 않으면 적절한 젖음이 달성되지 않습니다. 자동화된 검사는 PCB에서 적절한 솔더 커버리지를 보장하는 데 사용됩니다. 완전히 덮이지 않은 솔더 패드 어셈블리는 거부, 청소 및 재인쇄하는 것이 좋습니다.

구성요소 배치

자동화된 선택 및 배치 장비는 구성 요소의 적절한 배치를 보장합니다. 적절한 땜납 습윤을 위해서는 Z축 치수가 PCB 표면에 땜납 전하를 완전히 안착시키는 것이 중요합니다.

땜납 충전물이 오븐에서 리플로우됨에 따라 커넥터의 무게로 인해 커넥터가 처리 후 기판에 고정되거나 기판에 가까워집니다. 이 현상은 아래 그림 5와 6과 같이 커넥터의 공면을 줄이는 데 도움이 됩니다.

그림 5. SEAF8 절연체 하우징은 처리 전에 완전히 장착되었습니다.

그림 6. 리플로우 후 완전히 안착된 SEAF8 절연체 하우징.

적절한 오븐 프로파일링

이 시점에서 대부분의 표면 실장 구성 요소는 IPC/JEDEC J-STD-020에 설명된 대로 무연 솔더 리플로우 프로파일을 처리할 수 있어야 합니다. 이 사양은 구성 요소가 260°C의 최고 온도와 255°C 이상의 온도에서 30초를 견딜 수 있어야 함을 요구합니다.

그림 7. Samtec 권장 온도 프로파일 범위(SMT)

일반적으로 질소 가스 주입을 통해 달성되는 낮은 수준의 산소 환경은 리플로 공정에서 납땜 표면의 습윤성을 높이는 데 도움이 됩니다. SEAF8/SEAM8과 유사한 고밀도 커넥터의 경우 질소가 풍부한 환경에서만 솔더 처리를 완료하는 것이 좋습니다.

완전히 채워진 PCB 어셈블리를 적절하게 프로파일링하는 것이 중요합니다. 솔더 조인트를 형성하는 리플로우 프로세스는 종종 간과될 수 있지만 솔더 조인트가 적절하게 형성되도록 하는 것이 중요합니다.

솔더 충전물이 원하는 온도에 도달하도록 하려면 기판 후면을 통해 커넥터 중앙으로 열전대를 배치하고 외부 가장자리에 배치하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 솔더 페이스트 제조업체의 리플로우 프로파일 매개변수가 달성됩니다.

그림 8. 오븐 프로필용 열전대 배치.

적절한 처리의 중요성 증대

결함이 없는 프로세스는 없지만 적절한 처리 설정을 사용하면 재작업, 폐기 및 낮은 수익이 필요하지 않습니다. 전자 장치가 작아지고 구성 요소가 더 조밀해짐에 따라 이 중요성은 계속 증가할 것입니다. 이것이 Samtec이 모든 커넥터 시리즈에 대한 풋프린트 및 스텐실 레이아웃을 제공하고 보다 복잡한 제품 시리즈를 적절하게 처리하는 방법에 대한 정보를 제공하는 이유입니다.

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