알아야 할 일반적인 PCB 조립 결함

PCB 설계자들은 현대 전자기기를 구동하는 기술의 건축가로서, 다양한 요구사항을 조화시키고, 과학만큼이나 예술인 복잡한 레이아웃을 탐색합니다.  그러나, 가장 세심하게 설계된 인쇄 회로 기판도 PCB 제작 및 조립 과정에서 결함을 겪을 수 있습니다.  이 블로그에서는 가장 흔한 조립 결함에 대한 개요를 살펴보고, PCB 설계가 영향을 줄 수 있는 결함과 조립 과정 자체와 관련된 결함을 살펴볼 것입니다.  그런 다음 특정 결함인 PCB와 구성 요소의 변형에 대해 들여다보고 PCB 설계가 이 결함에 어떻게 영향을 줄 수 있는지 살펴볼 것입니다. 미래의 블로그에서는 제조 가능성 관점에서 이러한 결함을 검토하여 PCB 설계와 조립 사이의 격차를 해소하는 데 도움을 줄 것입니다.

흔한 PCB 조립 결함

솔더 브리징/단락: 이 결함은 솔더가 두 개 이상의 전도성 특성을 연결하여 의도하지 않은 전기적 연결을 일으킬 때 발생합니다. 이는 인접한 핀, 패드 또는 회로 트레이스 사이에서 발생할 수 있습니다.

솔더 부족: 부족한 솔더는 불완전하거나 약한 솔더 조인트를 초래할 수 있으며, 이는 결국 나쁜 전기적 연결로 이어집니다. 이는 간헐적 또는 개방 연결로 나타날 수 있습니다.

솔더 볼링: 솔더 볼은 리플로우 솔더링 도중에 솔더 페이스트가 완전히 녹고 흐르지 않아 발생하는 작고 의도하지 않은 솔더 침착물입니다. 이러한 현상은 PCB의 민감한 부분에 있을 경우 단락을 일으킬 수 있습니다.

솔더 볼은 솔더 페이스트가 혼합되지 않거나 잘못 저장될 때 나타납니다. [이미지 출처: 사용자 John U, stackexchange.com]

툼스토닝: 이는 표면 실장 부품이 불균형한 솔더 리플로우로 인해 한쪽 끝에서 서게 되어 나쁜 전기 연결을 초래하는 현상입니다. 이 결함은 리플로우 동안 온도 차이로 인해 자주 발생합니다.

떨어지거나 없어진 패드: 조립 중에 패드가 분리되어 부품이 기능하지 않게 될 수 있습니다.

부품 미스얼라인먼트: 표면 실장 부품이 배치 중에 미스얼라인먼트되거나 기울어져 솔더 조인트 결함이나 오픈 연결을 초래할 수 있습니다.

콜드 솔더 조인트: 콜드 솔더 조인트는 솔더가 리플로우 중에 제대로 흐르지 않아 발생하는 부서지기 쉬운 약한 연결로, 종종 충분한 열이 제공되지 않거나 플럭스 활성화가 제대로 이루어지지 않을 때 발생합니다.

BGA 솔더링 문제: 볼 그리드 어레이(BGA) 부품은 솔더 볼 결함, 오픈 연결, 또는 부품 아래 솔더 공극으로 인해 연결성과 신뢰성 문제를 겪을 수 있습니다.

부품 극성 반전: 부품 배치나 방향의 오류로 인해 극성이 잘못되어 역전압 연결 및 잠재적 손상이 발생할 수 있습니다.

과도한 솔더 페이스트: 스텐실 인쇄 중에 솔더 페이스트를 너무 많이 적용하면 솔더 쇼트 및 기타 솔더 관련 결함이 발생할 수 있습니다.

솔더 페이스트 부족: 솔더 페이스트가 부족하면 특히 미세 피치 부품의 경우 불완전하거나 약한 솔더 연결이 발생할 수 있습니다.

솔더 필렛 부족: 부품 리드나 패드 주변에 적절히 형성되지 않는 솔더 필렛으로 인해 연결이 약해질 수 있습니다.

솔더 볼 잔류물: 리플로우 후 PCB 표면에 남은 솔더 볼은 단락 회로 및 기타 문제를 일으킬 수 있습니다.

누락된 부품: 장비나 운영자의 오류로 인해 배치되지 않은 부품.

휘어지거나 구부러진 부품: SMT 부품은 리플로우 중에 휘어지거나 구부러질 수 있으며, 이는 그들의 배치와 솔더 조인트 품질에 영향을 줍니다.

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PCB의 고도의 휨은 SMT 패키지의 휨을 초래할 수 있습니다. [이미지 출처]

휨, 위험 완화

PCB 설계자들은 PCB 조립 중 솔더 볼링과 같은 결함에 기여할 수 있는 구성 요소 및 PCB의 휨을 최소화하기 위해 여러 조치를 취할 수 있습니다.  다음은 인쇄 회로 기판 설계가 휨을 줄이고 방지할 수 있는 몇 가지 방법입니다:

구성 요소 배치 및 풋프린트

• 스트레스를 최소화하기 위해 구성 요소의 위치와 방향을 신중하게 선택하십시오.  
• 민감한 영역에 무거운 구성 요소를 배치하지 마십시오.
• 보드에 덜 스트레스를 가하는 평평하거나 동일면을 가진 구성 요소를 사용하십시오.
• 솔더링 중 열팽창과 수축을 수용할 수 있는 적절한 구성 요소 풋프린트를 설계하십시오.
• 구성 요소 패드가 기계적 안정성과 솔더 조인트 강도를 제공할 수 있을 만큼 충분히 큰지 확인하십시오.
• 무거우거나 높은 구성 요소의 경우, 나사나 스탠드오프와 같은 추가적인 기계적 고정 방법을 고려하여 안정성을 제공하고 휨을 방지하십시오.
• 특정 위치에서의 스트레스를 방지하기 위해 구성 요소와 기능을 균등하게 분배하여 대칭적인 보드 레이아웃을 목표로 하십시오.
• 구리 평면을 사용하는 경우, 리플로 솔더링 중 보드가 휘는 것을 방지하기 위해 대형 접지 또는 전원 연결이 있는 구성 요소에 열 완화 연결을 추가하십시오.

보드 스택업

• PCB 스택업은 보드 양면의 구리 분포를 균형 있게 하여 휨을 최소화해야 합니다.
• 스택업 전체에 걸쳐 구리 무게와 유전체 두께가 대칭적인 균형 잡힌 스택업을 선택하십시오.
• 회로 기판 재료를 선택할 때는 치수 안정성이 좋고 열팽창 계수(CTE)가 낮은 재료를 선택하세요.
• 설계가 고온을 요구한다면 고온용으로 설계된 재료 사용을 고려하세요.

열 고려 사항

• 상당한 열을 발생시키는 구성 요소가 적절한 열 관리 솔루션을 갖추고 있는지 확인하세요.  방열판, 비아, 또는 전용 구리 평면을 사용하면 이를 도울 수 있습니다.
• 열을 발생시키는 구성 요소를 보드 전체에 고르게 분배하여 국부적인 발열과 변형을 방지하세요.
• PCB 중앙 부근에 밀집된 방열판이나 커넥터를 배치하지 마세요.  이러한 구성 요소는 불균등한 힘을 가하고 변형에 기여할 수 있습니다.

이 블로그를 마무리하며 한 조언을 드리겠습니다.  설계 과정에서 제작 및 조립과의 협력이 중요합니다. 솔더 마스크 색상과 같이 단순한 항목들이 수율에 영향을 미치고 이는 가격과 리드 타임에 영향을 미치는 수많은 예가 있습니다.  설계, 제작, 조립을 하나로 모아 제조 과정 내내 협력하고 소통하는 것이 첫 시도 성공의 가장 좋은 기회를 제공할 것입니다.

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