소개
PCBA는 다음을 의미합니다. 인쇄 회로 기판 + 어셈블리. 베어 PCB가 겪는 전체 프로세스를 의미합니다. SMT(표면 실장 기술) 배치 또는 스루홀(DIP) 삽입 후 조립을 완료합니다. 중국에서는 “PCBA”라는 용어가 일반적으로 사용되는 반면, 유럽과 미국에서는 아포스트로피를 붙인 “PCB'A”가 표준 표기법이며, 이것이 공식적인 기존 표현입니다.
1. 수동 PCBA 납땜을 위한 5단계
- 준비: 납땜 인두 팁을 납땜 조인트에 대해 45° 각도로 배치합니다.
- 열: 다리미 끝을 납땜 조인트에 대고 열을 골고루 가합니다.
- 납땜 와이어 공급: 가열된 조인트에 납땜 와이어를 공급하여 납땜이 적절한 양만큼 녹을 수 있도록 합니다.
- 납땜 와이어 제거: 납땜이 충분히 녹아 조인트가 코팅되면 먼저 납땜 와이어를 빼냅니다.
- 다리미 제거: 납땜이 완전히 굳기 전에 조인트에 진동이나 충격을 가하지 않도록 주의하세요. 그런 다음 납땜 인두를 조심스럽게 제거합니다.
2. PCBA 납땜의 기본 원리
2.1 기판과 솔더의 표면 장력
주석-납 땜납의 응집력은 매우 강하기 때문에 용융된 땜납이 구형을 형성하게 됩니다. 주어진 부피에 대해 구는 표면적이 가장 작기 때문에 저에너지 상태 요건에 부합합니다. 플럭스는 유성 금속 표면에서 클리너와 유사한 기능을 합니다. 또한 표면 장력은 금속의 청결도와 온도에 따라 크게 달라집니다. 이상적인 습윤(솔더 접착)은 습윤 에너지가 솔더의 표면 에너지(응집력)를 크게 초과할 때만 발생합니다.
2.2 금속 간 화합물의 형성
구리와 주석은 납땜 중에 금속 간 입자를 형성합니다. 이러한 입자의 모양과 크기는 접합부에 가해지는 열의 지속 시간과 강도에 따라 결정됩니다. 열을 적게 가하면 미세한 결정 구조가 형성되어 최적의 강도를 가진 솔더 조인트가 만들어지는 경향이 있습니다. 반대로 과도한 열이나 납땜 시간이 길어지면 입자가 거칠고 거칠며 부서지기 쉬워 조인트의 전단 강도가 떨어집니다.
2.3 보드의 습윤 각도
기판 표면이 땜납의 융점보다 약 35°C 높은 온도까지 가열되고 땜납 한 방울을 뜨거운 플럭스 표면에 떨어뜨리면 메니스커스(곡면 액체 표면)가 형성됩니다. 금속의 습윤 능력은 이 메니스커스의 모양으로 부분적으로 평가할 수 있습니다:
- 반월상 연골에 뚜렷한 언더컷이 있거나 기름기가 있는 금속 표면의 물방울 모양이거나 구형인 경우 금속은 젖지 않는 금속입니다.
- 좋은 습윤성은 30° 미만의 작은 반월판 각도로 나타납니다.
2.4 습윤 작용
습윤은 뜨거운 액체 땜납이 용해되어 접합할 금속 표면에 퍼지는 과정을 말합니다. 땜납과 구리는 분자 수준에서 혼합되어 새로운 합금 상(일부 구리, 일부 땜납)을 형성합니다. 이 공정은 고품질 솔더링의 핵심인 부품 간의 금속 간 결합을 생성하고 솔더 조인트의 강도를 결정합니다. 효과적인 습윤을 위해:
- 구리 표면은 깨끗하고 공기로 형성된 산화물 층이 없어야 합니다.
- 땜납과 공작물 표면이 적절한 온도에 도달해야 합니다.
2.5 금속 간 층의 특성
PCBA는 구리를 기본 금속으로 사용하고 주석-납을 땜납 합금으로 사용합니다. 납은 구리와 금속 간 화합물을 형성하지 않지만 주석은 구리로 확산되어 땜납-구리 인터페이스에서 금속 간 화합물(Cu₃Sn 및 Cu₆Sn₅)을 생성합니다. 주요 특징
- 금속 간 층(η 상과 ε 상으로 구성)은 매우 얇아야 합니다.
- 레이저 용접의 경우 금속층 두께는 0.1mm 정도이며, 웨이브 솔더링 및 수동 솔더링의 경우 고품질 조인트는 일반적으로 금속층 두께가 0.5µm를 초과합니다.
- 금속 간 층이 두꺼워지면 솔더 조인트의 전단 강도가 감소합니다. 따라서 솔더링 시간을 최소화하여 층 두께를 1µm 미만으로 유지해야 합니다.
3. 수동 PCBA 납땜 시 주의사항
3.1 정전기 방전(ESD) 제어
항상 ESD 손목 스트랩을 착용하세요. 인체는 10,000V 이상의 정전기가 축적될 수 있으며, 많은 IC(집적 회로)는 300V 이상의 전압으로 인해 손상될 수 있습니다. 손목 스트랩은 정전기를 지면으로 방전시켜 민감한 부품을 보호합니다.
3.2 PCB 및 구성 요소 다루기
- 장갑이나 손가락 보호대를 착용하고 맨손으로 PCB 또는 부품의 금색 손가락을 만지지 마십시오(피부의 기름과 습기는 오염이나 부식을 유발할 수 있습니다).
- 부품이나 보드의 납땜 접합부가 손상되지 않도록 PCB를 가장자리로만 잡습니다.
3.3 납땜 매개변수 및 기술
- 올바른 납땜 온도, 인두 각도, 납땜 순서를 사용하고 적절한 납땜 시간을 유지하세요.
- 가능하면 저온 납땜을 선호하세요: 고온은 철제 팁의 산화를 가속화하며, 470°C에서는 산화 속도가 380°C의 두 배에 달해 팁의 수명을 크게 단축시킵니다.
- 과도한 압력을 가하지 마세요: 과도한 압력을 가하면 인두 팁이 손상되거나 변형될 수 있습니다. 팁이 솔더 조인트에 완전히 닿아야 열이 효과적으로 전달됩니다. 최적의 열전도를 위해 납땜 패드에 맞는 인두 팁 크기를 선택하세요.
- 다리미 팁을 치거나 휘두르지 마세요: 히터 코어를 손상시키고 납땜 튄 자국(PCB에 단락을 일으킬 수 있음)을 유발하며 코어의 수명을 단축시킬 수 있습니다.
3.4 다리미 팁 관리
- 젖은 스펀지로 다리미 팁을 닦아 산화물과 과도한 땜납을 제거하세요. 스펀지는 촉촉해야 합니다(젖거나 마르지 않은 상태):
- 지나치게 젖은 스펀지는 급격한 온도 강하(열 충격)를 유발하여 납땜 접합부가 차가워지거나 회로가 열리고, 물 잔여물로 인해 PCB가 부식되거나 단락이 발생할 수도 있습니다.
- 마른 스펀지는 산화물을 제거하지 못해 팁의 주석 도금 상태가 나빠지고 납땜 결함이 발생할 수 있습니다.
- 스폰지의 수분 수준을 정기적으로 확인하고 하루에 세 번 이상 땜납 찌꺼기를 닦아내세요.
- 다리미 팁을 주석 도금(납땜으로 얇게 코팅)하여 산화를 줄이고 수명을 연장하세요.
3.5 솔더 및 플럭스 사용량
- 적절한 양의 땜납을 사용하세요: 과도한 땜납은 단락(브리징)을 일으키거나 결함을 숨기고, 땜납이 부족하면 접합부가 약해지고 산화가 가속화되어 시간이 지남에 따라 접합부가 고장날 수 있습니다.
- 적절한 양의 플럭스를 사용합니다: 과도한 플럭스는 PCBA를 부식시켜 누전을 일으킬 수 있으며, 플럭스가 부족하면 산화물을 제거하지 못하거나 습윤을 촉진할 수 있습니다.
- 땜납 튀김 줄이기: 뜨거운 인두 팁에 직접 납땜 와이어를 녹이지 마세요(플럭스가 빠르게 가열되어 튈 수 있음). 대신 납땜 와이어를 가열된 조인트에 공급하세요.
3.6 열 손상 방지
납땜 인두가 주변 전선이나 부품 표면의 플라스틱 절연체를 태우지 않도록 하십시오. 이는 특히 단단히 포장되거나 복잡한 모양의 PCB에 중요합니다.
3.7 납땜 후 자체 검사
납땜 후에는 다음 체크리스트에 따라 각 조인트를 검사합니다:
- a. 누락된 납땜 조인트가 있나요?
- b. 납땜 접합부가 매끄럽고 꽉 차 있으며 광택이 있나요?
- c. 조인트 주변에 잔류 플럭스가 있나요?
- d. 솔더 브리지(의도하지 않은 패드 간 연결)가 있나요?
- e. PCB에서 패드가 들리거나 찢어진 부분이 있나요?
- f. 납땜 접합부에 균열이 있습니까?
- g. 관절이 바늘 모양(끝이 당겨짐)이거나 고르지 않은 부분이 있나요?
3.8 안전 및 환기
- 솔더와 플럭스에서 발생하는 유해한 연기를 흡입하지 않도록 마스크를 착용하세요.
- 납땜 워크스테이션에서 환기가 잘 되도록 배기 팬이나 흄 후드를 사용하세요.
4. 실무 및 기술 향상 팁
- 안정적인 손 컨트롤과 정밀한 열 관리를 연습하세요.
- 효율적인 열 전달을 위해 다리미 팁 크기를 납땜 조인트/패드 크기와 일치시킵니다.
- 구성 요소와 납땜 유형에 따라 납땜 인두 온도를 조정합니다(예: 열에 민감한 구성 요소의 경우 온도를 낮춤).
- 애플리케이션에 적합한 플럭스 유형을 선택합니다(예: PCB 어셈블리용 무청소 플럭스).
- 오염이나 부품 손상을 방지하기 위해 작업 공간을 깨끗하고 정돈된 상태로 유지하세요.
- 운영자에게 표준 절차를 교육하여 품질을 저하시키는 나쁜 습관을 피하세요.
5. 요약: 준수해야 할 주요 규칙
- 민감한 부품을 보호하기 위해 ESD 손목 스트랩을 착용하고 몸을 접지하세요.
- 맨손으로 부품이나 PCB를 만지지 말고 장갑이나 핑거 킷을 사용하세요.
- 올바른 납땜 각도, 온도, 순서 및 시간을 유지하세요.
- 부품이 손상되지 않도록 PCB의 가장자리를 잡습니다.
- 가능하면 저온 납땜을 우선시하세요.
- 납땜 인두를 누르거나 두드리지 말고 올바른 팁 크기를 사용하세요.
- 다리미 팁을 적절히 적신 스펀지로 정기적으로 청소하세요.
- 솔더와 플럭스의 양이 너무 많거나 부족하지 않도록 적정량을 사용하세요.
- 산화를 줄이기 위해 다리미 팁을 통조림으로 보관하세요.
- 납땜 인두 팁이 아닌 조인트에 납땜을 공급하여 납땜이 튀는 것을 방지합니다.
- 주변 전선 및 부품의 열 손상을 방지하세요.
- 제공된 체크리스트를 사용하여 납땜 후 모든 접합부를 검사하세요.
- 건강한 작업 환경을 위해 안전 장비(마스크, 분진 추출기)를 사용하세요.
- 납땜 품질을 지속적으로 개선하기 위해 교육 및 기술 점검에 투자하세요.
최종 참고 사항
수동 PCBA 납땜은 기술과 공정 제어가 결합된 작업입니다. 고품질 솔더링 접합은 적절한 열 관리, 정확한 타이밍, 적절한 플럭스 선택, 깨끗한 금속 표면, 세심한 취급에 달려 있습니다. 열 노출을 최소화하여 금속층 간 성장을 제어하고 ESD 손상을 방지하며 표준 청소 및 검사 절차를 준수하면 강력하고 안정적인 솔더 조인트를 일관되게 생산하고 전반적인 제품 품질을 향상시킬 수 있습니다.
