SMT(표면 실장 기술)

기술이 발전함에 따라 전 세계의 칩 패키징은 이중 인라인 리드가 있는 스루홀 부품에서 표면 실장 패키지로 전환되었습니다. 오늘은 표면 실장 기술, 즉 SMT에 대해 이야기하겠습니다. SMT는 현대 전자제품에서 가장 일반적인 조립 방식입니다.

SMT는 표면 실장 기술의 약자입니다. 표면 실장 조립 또는 표면 실장 장착이라고도 합니다. 전자제품 조립에 사용되는 일련의 공정입니다. SMT는 긴 리드가 없거나 짧은 리드만 있는 부품을 인쇄 회로 기판 또는 기타 기판의 표면에 배치합니다. 이러한 부품은 일반적으로 표면 실장 부품을 의미하는 SMC 또는 SMD라고 합니다. SMT 부품은 리플로우 솔더링 또는 웨이브 솔더링과 같은 방법으로 기판에 납땜됩니다. 이렇게 하면 완전한 회로 어셈블리가 형성됩니다.

이전 패키지 스타일에 비해 SMT는 칩 패키징에 대한 요구 사항이 더 까다롭습니다. 오늘날의 첨단 패키지 유형에는 웨이퍼 레벨 패키징(WLP), 3차원 패키징(3DP), 시스템 인 패키지(SiP) 등이 있습니다. 이러한 유형에는 더 엄격한 공정 제어, 더 엄격한 허용 오차, 고급 제조 기술이 필요합니다.

웨이퍼 레벨 패키징(WLP)이란 무엇인가요?

웨이퍼 레벨 패키징(WLP)은 고급 패키징 방식입니다. WLP는 최근 몇 년 동안 빠르게 성장하고 있습니다. 작은 패키지를 만들고, 전기적 성능이 우수하며, 열 방출을 돕고, 비용을 절감할 수 있기 때문에 많은 사람들이 이 방법을 사용합니다.

WLP는 칩이 웨이퍼 위에 있는 상태에서 패키지 단계가 진행되기 때문에 기존 패키징과 다릅니다. 웨이퍼의 상단 또는 하단에 보호 층을 부착할 수 있습니다. 그런 다음 I/O 연결이 이루어집니다. 그 후 웨이퍼를 단일 칩으로 절단합니다.

WLP는 이전 방식에 비해 몇 가지 분명한 장점이 있습니다.

1. 작은 패키지 크기.
   WLP에는 와이어 본드, 본딩 패드 또는 플라스틱 몰드가 필요하지 않으므로 패키지가 다이 너머로 확장될 필요가 없습니다. 따라서 WLP 패키지 크기는 칩 크기와 거의 동일합니다.

2. 빠른 데이터 속도.
   WLP는 일반적으로 기존의 와이어 본드 부품보다 더 짧은 인터커넥트를 사용합니다. 시스템에 고속 또는 고주파가 필요한 경우 경로가 짧을수록 신호 성능이 향상됩니다.

3. 높은 연결 밀도.
   WLP는 에지 연결뿐만 아니라 영역 배열 연결도 사용할 수 있습니다. 이를 통해 설계자는 칩과 보드 사이의 단위 면적당 더 많은 연결을 배치할 수 있습니다.

4. 생산 주기 단축.
   패키징이 웨이퍼 수준에서 이루어지기 때문에 다이 제작부터 완성된 패키지 부품까지 단계가 더 간단해집니다. 따라서 공정 단계 수가 줄어들고 리드 타임이 단축됩니다.

5. 프로세스 비용 절감.
   WLP는 웨이퍼 수준에서 패키징과 테스트를 수행하며 일괄 처리의 이점을 누릴 수 있습니다. 각 웨이퍼에 더 많은 우수한 다이를 장착하면 디바이스당 비용이 낮아질 수 있습니다. 더 작은 다이 크기와 더 큰 웨이퍼 직경과 같은 추세도 디바이스당 비용을 낮춥니다. WLP는 웨이퍼 제조 툴을 최대한 활용하므로 일반적으로 패키지 디바이스당 자본 비용이 더 낮습니다.

오늘날 WLP는 플래시 메모리, EEPROM, 고속 DRAM, SRAM, LCD 드라이버, RF 디바이스, 로직 칩, 전력 관리 칩 등의 부품과 레귤레이터, 온도 센서, 컨트롤러, 연산 증폭기, 전력 증폭기와 같은 많은 아날로그 장치에 널리 사용되고 있습니다.

3DP(3차원 패키징)란 무엇인가요?

3차원 패키징 또는 3DP는 적층 기법입니다. 여기에는 CIS 이미저, MEMS 패키지, 표준 디바이스 패키지 등이 포함됩니다. 이 아이디어는 패키지 풋프린트를 변경하지 않고 하나의 패키지 안에 두 개 이상의 칩을 수직으로 쌓는 것입니다. 이를 통해 설계자는 단일 패키지 안에 더 큰 시스템 기능과 더 나은 성능을 구현할 수 있습니다. 3D 패키징은 스택형 플래시 메모리(NOR, NAND)와 스택형 SDRAM에서 시작되었습니다.

3DP의 주요 특징으로는 다기능 통합과 고성능이 있습니다. 또한 고용량과 고밀도를 제공합니다. 단위 부피당 기능이 크게 향상되어 일부 애플리케이션의 경우 비용을 절감할 수 있습니다.

시스템 인 패키지(SiP)란 무엇인가요?

시스템 인 패키지(SiP)는 하나의 패키지 안에 다양한 기능의 칩을 통합한 제품입니다. 여기에는 프로세서, 메모리 및 기타 부품이 포함될 수 있습니다. SiP 어셈블리는 여러 개의 다이가 레이어드 구조로 구성되어 있습니다. 이 패키지는 작은 시스템 또는 하위 시스템 역할을 합니다. SiP는 더 높은 성능, 더 많은 기능, 더 빠른 처리를 목표로 합니다. 동시에 SiP는 제품 내부에서 디바이스가 필요로 하는 공간을 줄여줍니다. 이것은 사람들이 컨버전스 시스템이라고 부르는 것을 향한 한 가지 경로입니다.

SiP에는 두 가지 주요 특징이 있습니다:

1. 서로 다른 공정 기술과 다양한 기능을 가진 칩을 하나의 패키지로 통합합니다. 이를 통해 최종 부품이 강력한 시스템 모듈로 작동할 수 있습니다.

2. PCB에 있던 개별 부품을 패키지 내부의 다층 통합 구조로 이동합니다. 이를 통해 최종 시스템을 훨씬 더 작게 만들 수 있습니다.

패키징은 크게 두 가지 역할을 합니다. 첫째, 칩 내부를 외부 회로에 연결합니다. 둘째, 칩과 칩의 연결을 보호합니다. 이 세 가지 고급 패키징 방법에는 각각 고유한 강점이 있습니다. 각기 다른 애플리케이션 요구 사항에 적합합니다. 아직 보편화되지는 않았지만 미래를 가리키고 있습니다. 시간이 지나면 어떤 방법이 가장 보편적인 방법이 될지 알 수 있을 것입니다.

PCB, SMT 및 PCBA의 차이점

사람들이 이러한 용어를 혼동할 때 명확하고 짧은 가이드가 도움이 됩니다.

1. PCB 인쇄 회로 기판을 의미합니다. SMT 공정에 사용되는 원시 기판입니다. PCB는 반제품입니다.

2. SMT 는 표면 실장 기술을 의미합니다. 부품을 PCB에 조립하는 공정입니다. SMT는 오늘날 가장 일반적인 조립 공정입니다.

3. PCBA 는 인쇄 회로 기판 어셈블리를 의미합니다. PCBA에는 SMT와 추가 서비스가 포함됩니다. PCBA는 부품 소싱, 테스트 및 최종 조립을 추가합니다. 고객을위한 원 스톱 서비스 모델입니다. PCBA는 공장 서비스 개발의 방향을 보여줍니다.

완성된 전자 제품의 경우 일반적으로 다음과 같은 단계를 거칩니다: PCB → SMT → PCB. PCB 생산에는 여러 복잡한 단계가 포함됩니다. 이에 비해 SMT는 비교적 간단합니다. PCBA는 엔드투엔드 서비스를 제공하는 것을 목표로 합니다.

SMT 표면 실장 공정

1. 사전 조립: 솔더 패드 준비

조립하기 전에 표면 실장 부품을 고정할 모든 패드는 평평하고 깨끗해야 합니다. 이 패드는 땜납, 침지 실버 또는 침지 골드가 놓이는 곳입니다. 스루홀이 없습니다. 이러한 기능을 납땜 패드라고 합니다.

2. 솔더 페이스트 적용

솔더 페이스트는 금속 분말과 플럭스의 끈적끈적한 혼합물입니다. 많은 솔더 페이스트에 사용되는 금속은 예전에는 주석 납이었습니다. 오늘날 많은 공장에서 무연 합금을 사용합니다. 솔더 페이스트 프린터는 스테인리스 또는 니켈강 스텐실을 사용하여 패드에 솔더 페이스트를 도포합니다. 잉크젯 인쇄와 유사한 제트 디스펜싱으로 인쇄할 수도 있습니다.

3. 구성 요소 선택 및 배치

솔더 페이스트 인쇄가 끝나면 기판은 컨베이어의 픽 앤 플레이스 기계로 이동합니다. 기판은 부품을 정렬하고 대기합니다. 배치할 부품은 일반적으로 종이 또는 플라스틱 테이프 튜브에 들어 있습니다. 피더가 이러한 부품을 SMT 픽 앤 플레이스 기계에 적재합니다. 더 큰 IC는 정전기 방지 트레이에서 이동합니다. 픽 앤 플레이스 기계는 테이프나 트레이에서 부품을 골라 PCB의 솔더 페이스트 위에 놓습니다. 솔더 페이스트의 점착력이 부품을 제자리에 고정합니다.

4. 리플로우 납땜: 오븐 처리

다음으로 PCB는 리플로우 오븐으로 이동합니다. 리플로우 오븐에는 먼저 예열 구역이 있습니다. 기판과 부품이 천천히 예열됩니다. 그런 다음 기판이 고온 영역으로 이동합니다. 솔더 페이스트가 녹아 패드를 부품에 접착합니다. 용융된 땜납의 표면 장력은 부품을 제자리에 유지하는 데 도움이 됩니다. 표면 장력은 약간 잘못 정렬된 부품을 올바른 위치로 다시 잡아당길 수도 있습니다.

5. 일반적인 리플로 납땜 방법

리플로우 방법에는 여러 가지가 있습니다. 하나는 적외선 램프를 사용하며 적외선 리플로우라고 합니다. 다른 하나는 열풍 대류를 사용합니다. 끓는점이 높은 특수 탄화 플루오르 액체를 사용하는 데 널리 사용되는 방법입니다. 이 방법을 증기상 리플로우라고 합니다. 무연 규정과 환경 문제로 인해 많은 공장에서 불소 탄소 사용을 줄였습니다. 2008년 이전에는 공기 또는 질소 대류 리플로우가 일반적이었습니다. 각 방법에는 장단점이 있습니다. 적외선을 사용하면 기판 설계 시 키가 작은 부품이 키가 큰 부품에 가려지지 않도록 해야 합니다. 그러나 공정에서 증기상 또는 컨벡션 리플로우를 사용하는 경우 부품 위치가 덜 중요할 수 있습니다.

6. 특수 부품의 수동 납땜

리플로우 단계에서 일부 특이하거나 열에 민감한 부품은 수동 납땜이 필요합니다. 대규모 수작업의 경우 적외선 또는 컨벡션 툴을 사용하여 해당 부품의 리플로우 납땜을 완료합니다.

7. 양면 PCB 처리

PCB가 양면인 경우 다른 면에 대해 인쇄, 배치 및 리플로우를 반복합니다. 부품을 고정하기 위해 솔더 페이스트나 빨간색 접착제를 사용하는 경우가 많습니다. 나중에 웨이브 솔더링이 필요한 경우, 접착제는 웨이브 공정 중에 부품이 용융된 땜납에 노출되었을 때 떨어지지 않도록 제자리에 고정합니다.

8. 납땜 후 청소

납땜 후에는 기판을 청소하여 단락을 일으킬 수 있는 플럭스 잔류물과 납땜 볼을 제거할 수 있습니다. 로진 플럭스는 플루오로카본 용제, 고인화점 탄화수소 용제 또는 감귤류 기반 세정제와 같은 저인화점 용제로 제거할 수 있습니다. 수용성 플럭스는 탈이온수와 세정액으로 씻어낸 다음 에어 나이프로 건조하여 표면의 수분을 빠르게 제거합니다. 그러나 현재 많은 SMT 생산 라인에서는 노클린 플럭스를 사용합니다. 노클린 플럭스는 기판에 잔류물을 남깁니다. 따라서 세척 비용을 절감하고 처리량을 개선하며 폐기물을 줄일 수 있습니다.

9. SMT 청소 표준(IPC 요구 사항)

IPC(협회 연결 전자 산업)의 표준과 같은 일부 SMT 생산 표준은 기판 청결을 보장하기 위해 특정 청소 수준을 요구합니다. 일부 세척할 수 없는 플럭스 잔여물도 특정 경우에는 IPC 규정에 따라 제거해야 합니다. 적절한 세척을 통해 육안으로 보이지 않는 플럭스를 다른 먼지 및 오염 물질과 함께 제거할 수 있습니다. 모든 공장이 IPC 규칙을 따르거나 IPC 수준을 충족한다고 공개하는 것은 아닙니다. 실제로 많은 제조업체는 IPC보다 더 엄격한 기준을 적용합니다.

10. 최종 검사 및 재작업

마지막으로 기판은 육안 검사를 통해 누락된 부품, 잘못된 방향, 콜드 조인트, 납땜 브리지 등을 확인합니다. 보드에 문제가 있는 경우 재작업을 위해 수리 스테이션으로 보내집니다. 일반적인 테스트에는 ICT(회로 내 테스트) 또는 FCT(기능 회로 테스트)가 포함됩니다. PCB가 설계대로 작동할 때까지 수리가 계속됩니다.

SMT의 장점

SMT는 구형 스루홀 부품에 비해 많은 장점이 있습니다.

1. 더 작은 구성 요소. 2012년에는 일반적인 소형 사이즈가 0.4 × 0.2mm(01005)에 이르렀습니다. 추세는 더 작은 부품으로 향하고 있습니다.

2. 더 높은 구성 요소 밀도. 주어진 면적에 더 많은 부품을 넣을 수 있으며 각 부품은 더 많은 연결을 가질 수 있습니다.

3. 더 높은 상호 연결 밀도. SMT는 스루홀보다 면적당 더 많은 연결을 지원합니다.

4. 비용은 낮추고 생산 단계로 빠르게 진입하세요. SMT 라인은 빠르고 비용 효율적입니다.

5. 보드 설계 및 제조에 필요한 구멍이 줄어듭니다. 드릴 구멍이 적을수록 PCB 비용과 복잡성이 줄어듭니다.

6. 더 빠른 배치 프로세스. SMT 배치가 자동화되고 빠릅니다.

7. 부품 자동 정렬. 리플로우 중 표면 장력은 작은 배치 이동을 수정할 수 있습니다.

8. 부품은 보드의 상단과 하단 모두에 배치할 수 있습니다. 이렇게 하면 사용 가능한 영역이 늘어납니다.

9. 기생 저항과 인덕턴스를 낮춥니다. 이렇게 하면 RF 신호 문제가 줄어듭니다.

10. 진동과 낙하 시 기계적 성능이 향상됩니다. SMT는 대형 스루홀 부품보다 충격에 더 잘 견디는 경우가 많습니다.

11. 많은 SMT 부품이 스루홀 부품보다 저렴합니다.

12. 향상된 EMC 성능. 루프 면적이 작을수록 전자기 방출량이 줄어듭니다.

SMT 단점

SMT에는 몇 가지 단점도 있습니다.

1. 크기가 작고 피치가 미세하면 수동 수리가 더 어려워집니다. 숙련된 작업자와 고가의 재작업 도구가 필요합니다.

2. SMD 부품은 브레드 기판용 플러그 앤 플레이가 아닙니다. 빠른 테스트 픽스처를 사용하려면 맞춤형 PCB를 사용하거나 어댑터 보드에 SMD를 납땜해야 합니다.

3. 솔더 조인트는 열 순환으로 인해 성능이 저하될 수 있습니다. 일부 납땜 접합 실패는 반복적인 온도 변화로 인해 발생합니다.

4. 더 미세한 피치와 더 작은 조인트는 더 높은 공정 정밀도를 요구합니다. SMT 공정은 배치와 납땜을 엄격하게 제어해야 합니다.

5. SMT는 대형, 고전력, 고전압 부품에는 적합하지 않습니다. 예를 들어 전원 공급 장치의 대형 변압기는 여전히 스루홀을 사용하는 경우가 많습니다. 많은 보드가 혼합 방식을 사용합니다: 대부분의 부품에는 SMT를, 대형 전력 소자에는 스루홀을 사용합니다.

6. SMT는 기계적 스트레스가 빈번한 곳에 적합하지 않을 수 있습니다. 커넥터를 자주 삽입하고 제거하면 솔더 조인트에 스트레스가 가해질 수 있습니다. 이러한 경우 스루홀 또는 강화 마운팅을 사용하는 것이 일반적입니다.

PHILIFAST SMT 기능

다음은 PHILIFAST가 제공하는 SMT 기능 목록입니다:

1. SMT용 최대 보드 크기: 310mm × 410mm.

2. 최대 보드 두께: 3.0mm.

3. 최소 보드 두께: 0.5mm.

4. 가장 작은 칩형 부품 지원: 0201 패키지 또는 0.6mm × 0.3mm보다 큰 부품.

5. 배치할 수 있는 최대 부품 무게: 150 g.

6. 최대 부품 높이: 25mm.

7. 최대 부품 설치 공간: 150mm × 150mm.

8. 리드 부품의 최소 피치: 0.3mm.

9. 최소 BGA 피치 지원: 0.3mm.

10. 지원되는 최소 BGA 볼 직경: 0.3mm.

11. 100 QFP의 최대 배치 정확도: 25μm @ IPC 표준.

SMT 조립을 위해 PHILIFAST를 선택해야 하는 이유

1. 힘과 용량.
   SMT 작업장: PHILIFAST는 픽 앤 플레이스 기계와 여러 광학 검사 장치를 수입했습니다. 매일 수백만 개에 달하는 생산량을 보고합니다. 모든 공정 단계에는 품질을 모니터링하는 QC 직원이 있습니다. 이들은 SMT 및 납땜에 대한 풍부한 경험과 안정적인 리드 타임을 강조합니다.
   수천 개의 전자 회사에 서비스를 제공해 왔다고 합니다. 자동차 및 산업용 제어 보드를 제작합니다. 이 회사의 제품은 종종 유럽과 북미로 배송되며, 고객들은 품질에 대해 긍정적인 피드백을 제공합니다.
   정시 배송: 완전한 보드와 부품을 수령한 후 일반적으로 3~5일 내에 배송됩니다. 긴급한 소량의 경우 당일 배송도 가능합니다.

2. 강력한 수리 및 판매 후 지원.
   납땜 관련 결함을 해결하고 기판 연결성을 보장할 수 있는 숙련된 수리 엔지니어를 보유하고 있습니다.
   주문 문제에 신속하게 대응하기 위해 24시간 고객 서비스를 제공합니다.

요약

SMT는 현대 전자 제품 제조에서 핵심적인 역할을 합니다. 스루홀에서 표면 실장으로의 전환은 설계, 패시브 및 액티브 디바이스 선택, 제조 전략의 많은 측면을 변화시켰습니다. WLP, 3DP, SiP와 같은 고급 패키징 방법은 패키지가 할 수 있는 일의 한계를 뛰어넘었습니다. 각 방법에는 크기, 성능, 비용 및 프로세스 복잡성 측면에서 장단점이 있습니다. SMT는 더 빠르고, 더 조밀하게, 더 저렴하게 조립할 수 있습니다. 하지만 SMT는 공정 제어 및 수리 기술에 대한 요구도 높습니다. PCBA는 조립과 소싱 및 테스트를 결합하여 원스톱 솔루션을 제공함으로써 가치를 더합니다.

SMT 조립이 필요한 경우 기능, 열, 기계적 스트레스, 예산에 맞게 패키지와 공정을 선택해야 한다는 점을 잊지 마세요. 소량 및 중간 규모 생산의 경우 강력한 품질 관리, 유연한 리드 타임, 안정적인 수리 서비스를 제공하는 공급업체를 선택하면 시간과 비용을 절약할 수 있습니다. 다음 단계를 위해 설계자는 패드 크기, 스텐실 개구부, 배치 공차 및 리플로우 프로파일을 신중하게 계획해야 합니다. PCB 설계자, 부품 엔지니어, 계약 제조업체 간의 원활한 협업은 1차 수율을 높이고 출시 기간을 단축할 수 있습니다.