솔더페이스트는 솔더와 플럭스가 하나로 합쳐진 고도의 공정성을 가진 재료이다.
솔더링공정의 영향은 리플로우에서 사용된 온도프로파일과 함께 납땜연결부의 구조적인 완성에 결정적이다. 솔더 파우더는 지녀야할 많은 특징과 속성이 있다.
이는 합금의 종류, 알갱이 크기, 크기의 분포, 둥근정도, 산화물의 내용물등을 포함한다.
대부분(90% 이상) 표면실장에 있어서, 63% 주석/ 37% 납으로 된 합금이 표준이다.
또 다른 일반적인 합금은 Sn62/Pb36/Ag2 이다.
요구되는 파우더의 종류는 장착될 표면실장부품의 크기에 의해서 결정된다. 다시 말해서 부품리드의 피치를 기준으로 한다.
Pitch to Mesh
피치는 부품의 패드의 중심에서 인접한 패드의 중심까지의 거리를 측정한 것이다.
피치가 작아질수록 패드위에 성공적인 프린트를 위해서는 더 작은 솔더파우더가 요구된다
솔더파우더크기는 파우더의 지름과 매쉬크기의 항목으로 표현되고 세밀한 망으로 걸러내어서 분류되어진다. 와이어의 간격은 스크린의 인치당 개구수 혹은 사각형의 수를 정의한다.
예를 들어서, 200매쉬 스크린은 인치당 200개의 개구를 가지고, 325매쉬는 인치당 325개의 개구를 가진다.
솔더페이스트 제작사가 페이스트에서 파우더를 이야기할때 크기는 가끔 두개의 매쉬수로 주어지며, 파우더는 정해진 크기영역에서 너무 크거나 너무작아서는 안된다.
정확한 영역을 정하기 위해서 제작사는 파우더를 일련의 다른 메쉬크기의 스크린으로 체를 친다.
더욱이, 입자를 스크린을 통하여 통과시킬때, 그 스크린크기에 "-"를 붙여서 표현된다. 즉 200 메쉬 스크린을 통과하는 파우더는 -200 파우더라고 불린다.
역으로, 스크린을 통하여 통과하기에 너무 큰 파우더는 스크린크기에 "+"로 표현이 된다.즉 325 스크린을 통과하지 못하는 파우더는 +325라고 불린다.
그래서, -200/+325 파우더는 200매쉬는 통과하지만 325 매쉬는 통과하지 못한다.
그림 2. 타잎 3매쉬에 대한 매쉬크기와 솔더입자크기.
와이어사이의 거리는 사각형의 개수 혹은 스크린의 인치당 개구수로 정의된다.
미크론(micron) 또한 파우더크기를 지정하는데 사용된다.
마지막 예에서, -200/+325 파우더는 45∼75㎛ 파우더에 또한 포함된다.
공업표준에서 메쉬크기를 표현하는 것처럼 미크론(micron)으로 파우더의 종류를 분류한다. 파우더 타입,매쉬크기,미크론크기 사이의 관련은 표1에서 보여준다.
표2에서 주어진 피치와 파우더 타잎사이의 관계는 어떤 특정 피치의 표면실장부품을 놓을때 사용되어야 할 솔더페이스트 크기를 결정해준다.
형상과 산화물내용
형상과 산화물내용은 솔더파우더의 중요한 물리적인 특징이다.
솔더페이스트의 경우 원형파우더 만이 사용되어질수 있다.
4%이상 비원형 파우더가 포함된것은 부적당하다. 광학적인 이미지처리를 이용하여, 최첨단 연구소장비는 솔더페이스트의 여러 가지 특성을 동시에 측정할수 있다.
광학적인 이미지처리를 하여, 선택된 수의 입자들에 대하여 크기,형상,크기의 분포특정은 솔더페이스트가 스텐실을 통하여 적절히 인쇄될것이라는 것을 확신하는데 중요하다.
산화물은 솔더페이스트에서 형성될수있는 비금속계 코팅을 말하며, 탄산염과 황화염을 포함한다. 매우작은 입자로 페이스트의 점도, 플럭스 영향, 솔더볼 포맷,수명(포장된 상태, 사용중)에 영향을 미친다. 전형적으로, 솔더파우더는 0.05%에서 0.25%의 산화물을 가진다.
플럭스(Flux)
솔더페이스트의 플럭스비율은 그 용도에 따라서 여러종류가 있다.
로진,천연이나 합성의 레진과 유기물을 포함한 액체솔더플럭스류는 같은 범주에 포함된다. 가장 일반적인 페이스트 플럭스는 무세정이나 저잔사 타잎이다.
후자를 택하는 주요한 이유는 세정비용과 불편함을 피하려는 이유이나, 무세정 플럭스는 로진 이나 레진을 기본으로하고, 잔사를 제거하기위해 일반적으로 많은양의 물을 소비하며 페기물이 문제가 될수 있다.
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SMD 리드피치 |
파우더 종류 |
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0.050" |
2 |
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0.025" |
3 |
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0.020" |
3 |
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0.016" |
3,4 |
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0.012" |
4 |
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파우더
종류 |
메쉬크기의 분포 |
크기(미크론) |
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2 |
-200/+325 |
45-75 |
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3 |
-325/+500 |
24-45 |
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4 |
-400/+500 |
25-38 |
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5 |
500 |
< 20 |
두번째로 대중적인것은 유기산 플럭스(organic acid)이다.
수세척을 요구하는 이러한 플럭스는 기판세척이 필요로하는 사용자들에 의해서 사용된다.
그러한 예로, 고온에 노출되고 균일하게 코팅된 적용예의 고주파 기판이 있다.
아직까지도 로진 솔더페이스트 플럭스에 대한 요청이 있긴하지만, 사용되는 경우는 거의 완벽하게 군사적인 목적으로나 소량이 요구될때로 한정된다. 페이스트 플럭스는 액체플럭스보다 더욱 복잡해진다. 부가적으로 액체플럭스에 포함되는 솔벤트,활성제,계면활성제외에, 페이스트 플럭스는 뻑뻑하게 하는 성질과 열 안정성이 요구된다.
뻑뻑한 성질은 솔더입자가 분리되지않고 플럭스에서 유지될수 있도록 해준다.
열 안정성은 리플로우공정에서 솔더페이스트의 품질이 저하되지 않도록 해준다.
Paste Composition
솔더페이스트를 선택할때, 사용자는 다섯가지 사항를 알아야만 한다.
: 솔더합금, 파우더종류,금속비율,플럭스종류,요구되는 포장용기
금속비율은 플럭스에 대한 파우더의 무게비율이며. 페이스트의 점도를 결정하는데 중요한 요소이다. 페이스트에 어디에 적용되어질것인가에 따라서, 금속비율은 적용처에 따라 다른 방식이 요구된다. 솔더페이스트 제작사에 의해서 추천된 실질적인 금속비율은 적용처 뿐만아니라 페이스트 플럭스 조성에 의한다. 적용하는 두가지 일반적인 방법은 스크린프린팅과 실린지 디스펜싱이다. 대부분의 사용자는 스크린프린팅 방법을 사용한다.
스크린프린팅을 위한 솔더페이스트는 보통 90% 금속을 포함한다.
현재, 스크린에 페이스트의 카트리지방식의 디스펜싱은 더욱 일반적인것이 되고있지만, 돗트나 라인형태로 더욱더 작은 실린지로 디스펜싱할수 있다.
이런 점도가 낮은 페이스트는 보통 80∼87% 솔더파우더를 포함한다.
작은량의 파우더는 찌그러지그나 끍힘없이 실린지바늘을 통하여 공급될수있다.
The Reflow Profile
페이스트위에 부품을 정위치에 배치한후, 기판위에 부품을 부착하기위하여 녹이거나 리플로 되어진다. 리플로우를 위해서, 그림 3 과같은 온도프로파일이 요구된다.
각각의 네개의 존은 적절한 페이스트 리플로우을 보장하기위하여 중요하다.
그림 3. 전형적인 리플로우 프로파일. 첫번째 존에서, 솔더볼 형성이나 다른 결함을 방지하기 위하여 예열은 초당 2.5℃를 초과할수 없다.
먼저 예열존으로 휘발성 솔벤트는 솔더페이스트와 기판으로부터 증기화되면서 부품은 점차적으로 가열된다. 예열은 2.5°C/sec를 초과할수 없다.
너무 빨리 증가하면 튀거나 솔더볼, 솔더필렛의 브리지와 무너짐이 발생할수있다.
그림 4와 5는 잘 형성된 0.025" 피치의 인쇄된 패드와 리플로우전 조밀하게 인쇄된 모습을 보여준다. 다음은 플럭스가 활성화되는 흡입존(soak zone)으로 부품리드와 기판패드위의 산화물을 제거한다.
이 존에서는 다양한 크기나 수량의 부품이 솔더링이 일어나는 온도에 근접할수 있도록 해준다.
세번째 존은 상승 혹은 리플로 존으로 솔더파우더는 녹아서 일체가되고 플럭스는 금속결합이 발생하도록 금속연결부의 표면장력을 감소시킨다.
마지막 존은 냉각존이다. 기판은 각 금속간의 응집이 발생하지 않고 열쇼크가 기판이나 부품에 영향을 미치지 않도록 균일하게 냉각되어져야 한다.
모든 기판이나 솔더페이스트가 같은 프로파일을 사용하지 않는다는것을 아는것이 중요하며, 솔더페이스트 제작사에 의해서 추천된 생산프로파일에 맞추는 것이 중요하다.
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