소형 리플로우 선택방법 for lab. Prototype ~ reflowall

Reflow 제품은 매우 다양하고 많은 장비들이 있습니다. 이러한 장비에서 올바른 선택을 하는데 조금이나마 도움이 되었으면 합니다. >> 본 내용은 Lab. QC. Prototype 사용 고객을 위한 Small reflow 장비에 대한 내용입니다.

먼저 사용 목적 및 SMD Device의 분류를 먼저 하여야 합니다. 이러한 이유는 BGA. LGA . Platchip 등을 reflow soldering을 한다면 full Air Convection " 대류 기류" 장비를 사용을 하여야 합니다. 또한 IR Heating 방식으로는 부품의 안전성에 한계가 있기 때문입니다.

2~3년부터 Void 감소를 위한 reflow 환경을 많이 요구하고 있습니다. 이러한 reflow 사용 환경을 미리 계획을 할 필요가 있다고 생각합니다. 이러한 Void 감소를 위한 치열한 전쟁을 하고 있는 분야는 반도체. 방산. 의료기기. 산업기기. 6G 분야 등입니다.

Void 감소를 위한 N2. 진공 reflow

유럽. 중국. 한국. 미국 등에서 G6 환경 reflow soldering을 위한 부품 개발. reflow soldering 환경을 개선하고자 노력하고 있습니다. Flux인 한 Void 문제를 해결하기 위하여 유럽 통신기기 기업들은 Fluxless 방식으로 reflow Soldering 접근을 하고 있으며, 이러한 진행은 무결점 Soldering을 위함입니다.

reflow 장비 max 온도점

reflow마다 Max 온도 점이 상이하다. 부품 소재에 따라 열량 필요량이 상이하다. 특히 Metal. 세라믹 소재 PCB는 온도 접급성이 늦게 진행된다. 또한 N2 환경에서 냉매 gas 환경에서 Heater Power 량이 +60% 이상 추가 필요하므로 Heater Power는 여유 있는 제품을 선택하여야 한다.

본 내용은 N2 환경까지 Reflow 사용을 계획 혹은 검토하는 데 도움이 되는 내용입니다. 진공 reflow 장비에 대하여 별도 vacuum Reflow 에 대한 내용을 참고하여 주시기 바랍니다.

Reflow는 Melting 구간이 생명이다.

작은 온도 소모 Melting 구간

Heating Power 요구하는 Melting 구간

Reflow 구간에서 melting 구간이 reflow Soldering의 품질을 좌우한다. 이 품질 유지를 위하여 Solder paste 활성화기 각각의 Device에서 이루어져야 Soldering의 품질 및 부품의 손상 없이 정상적 Reflow Soldering을 할 수 있다. 98% SMD 부품의 손상이 Reflow 작업 공정에서 발생된다는 사실을 알고 있으리라 생각한다.

Reflow에서는 Visual Soldering은 의미가 없다. SMD Device의 손상이 되지 말아야 한다. reflow에서 온도를 올리면 Hot Plate. 다리미 위에서도 reflow Soldering이 된다. Pre heating. Melting. reflow. Cooling 구간의 온도 관리를 정확하게 하여 주어야 내구성 높은 reflow Soldering 구현이 가능하다.

Small reflow는 매우 다양하며. 사용 목적에 따라 선택이 하여야 하며. Reflow는 열을 제어하는 장비로 heating Power. Control 능력 내구성 및 친환경적인 장비 등을 확인할 필요가 있다.

SMD 부품의 내구성 및 온도에 따라 특성이 변화되는 부품 LED. Connector . Switch. 태양광. PCB . Semiconductor . Injection 등의 제품을 고 품질의 reflow을 필요로 하는 작업을 위하여, 그에 적합한 Reflow Oven을 선택하는 데 도움이 되리라고 생각한다.

1. Reflow 구입 ”검토”시 확인 내용

2. IR. IR Convection VS Hot Air Convection

IR. IR Convection , Hot air Convection 열 전도 방식

1) IR 방식은 Heater 열이 Device에 직접 닫는다.

2) IR Convection은 IR heater 열이 분산 시키어 준다.

3) Full Hot Air Convection 방식은 Coil Element Pipe 방식이며, 별도의 공간에서 열을 발생 시키어 챔버 내 균일한 온도 열풍 대류 시키어 주는 방식이다.

3. Batch Oven 구입 전 확인 내용

1. Full Air Convection

모든 양산용 Reflow가 Full Air Convection을 사용한다. 이러한 점에서 연구. QC. 신뢰성 용도로 사용을 한다면 반드시 같은 조건 및 환경과 같이 사용하는 것이 좋다.

2. Multi Step Program

일반 Reflow soldering 온도 구간이 7~10 Zone 미며, 최근에 12에서 15 zone 구간으로 되어 있다. 최소 7 Step 설정 필요하다. Heating Step 구간이 7구간 이상이 되어야 하며, 필요에 따라 12 Zone 구간이 되어야 한다.

온도 상승을 melting 구간을 제외하고 단계적 온도 상승을 하여 주어야 한다. 그래야 부품 손상 발생을 방지한다.

3. Temperature Profiler

Reflow을 발열하는 Heater 온도 와 실제 SMD Device의 Solder Land 온도는 상이 하다. PCB 온도, Device 온도. Solder Land의 온도를 측정을 위하여 최소 3 Chanel 필요. 또한 온도 Analyze(분석) 기능의 Excel 환경이면 Data 관리가 용이하다.

반드시 온도 프로화일러 통하여 Solder paste Melting Real 온도 확인하여야 한다. 부품 손상을 방지할 수 있다.

4. Chamber 높이

Chamber 내 공간 높이는 10cm 이상이 되어야 한다. 이것은 IR Heater 와 PCB 거리가 짧으면 부품 손상이 되기 때문이다. 또한 IR 파장이 가장 넓게 퍼지는 각도로 부품 손상 적은 점이다

> full Hot Air Convection type 무관하다.

> IR 히터의 파장 전달에 있어 12cm 거리가 가장 온도 퍼짐성이 좋은 거리이다. 이 거리가 가까우면 부품 손상이 크다.

5. PC interfac

다양한 Application을 위하여 PC Interface가 되어야 하며, Data Print 등을 자유롭게 할 수 있다. USB or RS-232C. PC 환경에서 보다 빠르고 다양한 응용 가능하다.

6. 배기 기능 및 Flux 필터 기능

본 기능은 매우 중요하며, Reflow Soldering 시 Flux 연기에 인체의 유해한 성분들이 많으며, 이러한 연기가 옥외로 배출되지 않으면 작업 공간 내 지속적으로 축적되며 인체에 나쁜 영향을 준다. 이러한 영향은 두통. 천식. 호흡기. 눈. 비 출혈. 폐암. 각종 질병을 유발하는 원인이 된다.

ISO 14000 승인 시 옥외 배출 시 반드시 유해 Gas 제거 필터를 거친 후 배출하여야 하는 규정이 있다.

7. Visual Monitoring & Inspection

특히 Lab. QC 용으로 사용할 때는 Chamber 내부에서 온도 변화에 따라 Soldering이 진행되는 사항을 Monitor을 할 수 있는 것을 사진. 동영상으로 자료화 할 수 있다

8. IR VS Full Hot Air Convection

IR 방식은 IR Heater 부분은 열-전달이 빠르며, 또한 히터가 없는 Chamber 내 외각 및 코너의 온도 차이가 발생된다. Full Air Convection에서는 Hot Air을 Chamber 내에 공급하기 때문에 열의 4각 지대는 발생하지 않는다.

9. Heating Control 방식

Lab. QC에서 사용할 때 Chamber의 코너 4각 지대에서 열의 손실되며, 그로 인하여 Chamber의 온도를 좌 / 우. 앞 /뒤를 별도로 열을 주어 외각에서 손실되는 열을 보정한다.

또한 특정 부분의 열을 관리하는데 효율적 Test을 할 수 있다. 이러한 기능이 있는 Control 제어 방식이어야 한다. Chamber내 온도 오차율은 ±2˚ C 이내 되어야 한다.

10. Cooling Fan 기능

Welding 온도 관리도 중요하지만 Cooling 역시 매우 중요하다. Natural cooling 시 Solder의 탄성이 낮으며, 또한 완전 Cooling 하지 않은 상태에서 약간의 충격 시 solder Joint 부분이 crack 및 이탈 될 수 있다. SMD Device에 따라 Cooling의 강도 조절. 시간을 설정하는 기능이 있어야 한다.

11. N2. 자동제어. 레벨 Gage 기능 Auto N2 ON/OFF 제어

N2을 사용할 때, Auto N2 밸브가 ON 제어를 하여야 하며 또한 자동으로 OFF 되어야 한다.

특히 N2 레벨 Gage는 반드시 있어야 N2의 공급량을 확인 관리할 수 있으며, 시간당 소모량을 산출할 수 있다. N2 자동 개폐되어야 안전하게 장비 사용하며 Save 할 수 있다.

자동 개폐 장치가 없어 N2 지속적으로 작업 공간에 노출 시 "질실사" 노출 위험하기 때문이다.

N2는 Heating 작동 전에 O2 제거를 하여야 한다. 이것은 N2 비중이 낱아 O2 Chamber 내에서 제거해

Void 감소에 기여 되기 때문이다. 이러한 N2 투입 시간은 120 sec 유지를 하여 준 후 reflow Heater 작동돠야 품질 향상에 기여 된다.

12, 자동 연산 기능

기본 온도 프로파일 기능 있어야 하며. Melting 구간 및 reflow 구간을 자동 연산하여 보여 주는 기능 있으면 솔더링 품질 및 부품 손상을 사전에 방지할 수 있기 때문이다.

>> 히터 및 PCB 센서의 온도 관리를 통하여 부품 손상 방지를 할 수 있기 때문이

13. Heating Power. ( Heating Power가 높을수록 온도 복구 능력이 뛰어남 )

Small Oven 특정 온도 profile을 구현하기 위하여 혹은 소재 종류에 따라 Preheating이 끝나는 지점에서 Welding으로 진행하기 위하여 1~3º‘c / sec 온도를 상승시키어야 한다.

그러기 위하여 Heater Power 용량을 같아야 한다. Heating watts 와 비례하며, heater Power가 낮으면 온도 보상 능력이 늦어 올바른 Profile 구현이 어렵다.

14. 친환경 소재 제조

Reflow Oven은 외부 와 열을 차단을 하여야 한다. 이러한 열 차단 소재를 석면 및 Fiber (유리) 소재를 사용한다. 이러한 입자는 호흡기에 매우 나쁘며, 열을 받았을 때 발암 물질을 발생 시킨다. 이러한 소재를 사용하지 않는 Oven 사용을 하여야 한다.

15. 유지 보수. 대응력.

어떠한 장비이든 장비의 결함이 발생되며, 고객의 부주의 등으로 발생이 되더라도 빠른 유지 보수가 되지 되어야 한다. AS는 제조사의 납기와 깊은 연관성을 갖고 있다. 문제가 발생 시 그들이 갖고 있는 Demo 제품에서 부품을 제거해도 불량 부품 유지 보수에 지원을 하여야 한다.

이것은 장비의 유지 관리가 빠른 대응이 되지 않을 때, 성능. 기능성이 뛰어나도 아무 소용이 없다. 빠른 유지 보수 가 안될 때 업무에 많은 지장을 초래되기 때문이다.

16. 판매회사 전문성

음식도 손님이 많은 식당이 음식이 싱싱하고, 맛이 있다. 장비 역시 전문적으로 많이 판매하는 회사가 고객의 대응하는 서비스가 높다.

많은 음식의 메뉴가 있는 식당은 전문적이지 못하는 것처럼, 오직 Reflow 전문으로 생산하는 업체를 선택하는 것이 올바른 선택일 것이다

많은 reflow 장비 중에 옥석을 가리는 방법에 대하여 도움이 되었으면 한다.

세계적인 reflow Soldering 온도 점이 양분 되어 가고 있다. 저온 솔더 와 고온 솔더 용점이다. Micro Chip의 경우 저온도이며 부품 제조 분야는 고온도 용점으로 변화되고 있다. 웬만하면 미래 지향적 사용을 위한 N2 제품을 추천한다. 이것은 reflow 공정에서 표면 산화 및 Void 감소를 위함이다.

이러한 n2 기능은 일반 reflow Oven에서 n2 파이프 연결하여 N2 환경이 이루어지는 것이 아니기 때문이다. N2 환경에서 N2 비중이 높고 기압이 상이하다, 이러한 환경에서 Sealing 또한 중요하다. N2 환경에서 최소한 200 PPM O2 잔존량을 유지

이러한 환경 유지를 위하여 안전한 Door 밀봉이 되어야 하기 때문이다.