ANSYS 블로그
December 5, 2019
플럭스 잔류물이란 무엇이며 이것이 왜 전자적 고장의 원인이 될 수 있나요?
플럭스는 납땜 과정에서 금속 산화물을 제거하고 우수한 금속 결합을 만드는 데 사용되는 산성 혼합물입니다. 단점은 납땜 후 남은 플럭스 잔류물은 전자 장치 고장 및 전류 누출로 이어질 수 있습니다.
엔지니어는 플럭스 잔여물의 양을 줄이고 전자 장치의 신뢰성을
향상시키기 위해 납땜 공정을 이해해야 합니다.
엔지니어가 양성 또는 활성 플럭스 잔류물에 대해 언급할 때, 이들은 잔류물 자체의 화학적 특성이 아니라 고장의 위험을 언급합니다. 어떤 단일 조건 또는 단일 테스트도 위험을 이해하는 데 필요한 모든 정보를 포착하지 못합니다.
회로가 계속 축소될수록 고장의 위험이 증가한다는 것으로 이해할 수 있습니다. 이러한 위험을 줄이기 위해 엔지니어는 화학, 응용 기술, 설계 및 사용 사례 환경을 이해해야 합니다.
납땜과 플럭스 잔여물의 화학적 특성
플럭스에는 전기적 고장의 가능성에 영향을 미치는 네 가지 구성 요소가 있습니다.
- 활성제
- 결합제
- 용매
- 첨가제
그러나, 활성제와 결합제가 가장 큰 영향을 미칩니다.
회로 보드의 플럭스 잔여물
활성제는 현대 플럭스에서 발견되는 약한 유기산입니다. 산도는 위험하지만 우수한 조인트 형성에 필요합니다. 이 산은 금속 산화물과 반응하여 금속염을 형성합니다. 습윤 공정 후에 염이 용해되고 금속 결합이 형성됩니다.
때로는 산이 완전히 소모되지 않을 수 있습니다. 이 경우 과도한 산으로 인해 전자적 고장이 발생할 수 있습니다. 이러한 위험을 줄이기 위해 엔지니어는 적절한 납땜을 위해 플럭스를 최소한으로 사용해야 합니다.
매제(vehicle)라고도 하는 결합제는 녹는점이 높은 불용성 화합물(예: 천연 로진 및 합성 수지)입니다. 이는 납땜 후 사용되지 않은 활성제가 물에 용해되는 것을 방지합니다. 결합제는 눈에 보이는 잔류물을 대량으로 형성합니다. 어셈블리 외관에 잔류 수지가 없이 깨끗하게 유지하기 위해 많은 엔지니어는 결합제의 농도가 낮은 플럭스 제형을 선택하므로 잠재적으로 고장 위험이 높아질 수 있습니다.
용매는 다른 성분을 용해하는 데 사용됩니다. 제조업체에서 권장하는 납땜 프로파일은 부분적으로 용매의 끓는점을 기반으로 합니다. 사용 중, 프로파일에 따라 용매가 모두 증발되었는지 확인하는 것이 중요합니다. 용매가 남아 있으면 전자 장치의 고장이 발생할 수 있습니다.
가소제, 염료 또는 산화 방지제와 같은 첨가제는 플럭스의 화학 성분의 작은 부분을 구성합니다. 첨가제는 신뢰성을 높일 수 있지만 제조업체의 지적 재산권 보호로 인해 기능에 대한 정보나 제어 방법이 공개되지 않았습니다.
다양한 납땜 공정의 위험성
엔지니어는 표면 실장 리플로(SMT), 웨이브, 선택 또는 손 납땜을 사용할 수 있습니다. 각각은 사용되는 플럭스의 양이 다르기 때문에 위험합니다.
SMT는 가장 깨끗한 옵션 중 하나입니다. 이는 스텐실이나 프린터를 사용하여 도포되는 페이스트 플럭스를 활용합니다. 이 방법은 도포되는 볼륨을 매우 잘 제어할 수 있습니다.
액체 플럭스는 도포 흐름과 볼륨을 제어하기가 더 어렵기 때문에 페이스트보다 더 위험합니다.
손 납땜
액체는 웨이브 또는 선택 납땜 시 손이나 스프레이 또는 폼 형식으로 분배됩니다. 웨이브 공정에서 액체는 어셈블리의 위쪽으로 흐를 수 있습니다. 이 경우 보드 상단의 온도가 용매를 증발시킬 만큼 높지 않을 수 있습니다. 직원 간의 도포 제어 차이로 인해 손 납땜에서도 유사한 문제가 발생할 수 있습니다.
과도하고 제어하기 어려운 액체 흐름의 위험을 줄이기 위해 엔지니어는 플럭스 코어 솔더 와이어 및 분배 장비를 사용하여 일관되게 도포할 수 있습니다.
어셈블리 청결도 측정 방법
납땜 후 위험 수준을 해석하는 데 사용할 수 있는 데이터를 수집하는 몇 가지 산업 표준 방법이 있습니다.
용매 추출 저항(ROSE) 테스트는 세척 작업 중 이온 청결도를 모니터링할 수 있습니다. 이 테스트에서 수집한 데이터는 엔지니어가 적격한 납땜 및 세척 공정을 유지하는 데 도움이 됩니다.
이온 크로마토그래피는 납땜 후 남은 이온 수를 측정하는 또 다른 인기 있는 기술입니다. 이 또한 플럭스로부터 약한 유기산의 양을 감지하는 쉽게 감지하는 방법이기도 합니다.
습한 사용 환경에서는 고장의 원인이 됩니다.
이온 크로마토그래피의 한 가지 문제는 사용한 방법에 따라 결과가 달라진다는 것입니다. 예를 들어, 전체 어셈블리 흡수는 표면 전체에 농도 평균을 제공합니다. 더 작은 영역에서 산을 감지하려면 엔지니어가 보다 국지적인 샘플링 방법을 사용해야 합니다. 불행히도 이온 크로마토그래피 결과에 대한 표준 합격 또는 불합격 기준이 없습니다.
엔지니어는 또한 기능 테스트를 수행하여 최악의 습도 환경에서 설계가 어떻게 수행되는지 평가할 수 있습니다. 이러한 경우 고장은 일반적으로 누전 또는 단락과 관련이 있습니다. 엔지니어는 전류를 제한하여 단락 손상을 줄일 수 있으므로 잔류물로 인한 고장 증거를 숨길 수 있습니다.
엔지니어는 설계 지식, 최종 사용 환경 및 청결도 데이터에 의존하여 위험을 평가해야 합니다. 이는 다음과 같은 다양한 요인이 위험에 영향을 미치기 때문입니다.
- 플럭스 화학/도포
- 전기적 간격
- 유전체 강도
- 주파수
- 포팅/코팅 접착
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