PCB에서의 부품 변형 원인

PCB 제조업체의 한 직원이 패키지가 휘어지는 문제가 있다고 생각했다고 설명한 적이 있습니다. 이전까지는 PCBA에서 사용되는 표준 구성 요소 패키지에서 이러한 문제가 발생할 가능성이 매우 낮다고 가정했습니다. 불행히도, 구성 요소가 휘어짐은 PCB와 구성 요소 모두에서 발생할 수 있습니다. 구부러짐으로 인한 기계적 오류는 명백하지만, 기계적 충격이 없어도 구성 요소의 휘어짐을 유발할 수 있는 다른 문제들이 있을 수 있습니다.

이 글에서는 PCB에서의 휘어짐, 특히 회로 기판과 구성 요소에서의 휘어짐에 대한 개요를 제공하겠습니다. 회로 기판에서의 휘어짐 가능성은 PCB 라미네이트 재료가 약간 유연하기 때문에 명백하지만, 구성 요소에서의 휘어짐 가능성은 그렇게 명백하지 않습니다.

PCB 구성 요소 휘어짐이 발생하는 곳

구성 요소의 휘어짐은 PCB 조립 중에 발생하거나, 조립 시설에 도착하기 전에 이미 구성 요소가 휘어졌을 수 있습니다. 때때로, 제조나 배송 중에 발생한 휘어지거나 완벽하게 평평하지 않은 포장으로 구성 요소를 받게 됩니다. 대부분의 경우, 대부분의 구성 요소와 조립품에서 휘어짐은 매우 경미하며, 이러한 휘어짐이 조립품의 기능이나 신뢰성에 문제를 일으키지 않습니다.

워핑이 더 심각한 경우, 구성 요소를 테스트하거나 장치를 사용하기 시작하기 전에 문제가 무엇인지 찾기 어려울 수 있습니다. 불행히도, 구성 요소가 조립 시설에 도착하면, 고정 장치에서 테스트를 시작하거나 평탄도를 검사할 위치에 있지 않을 가능성이 높습니다. 그들이 매우 분명하게 워핑되지 않는 한, 그들은 곧바로 픽앤플레이스에 넣어질 것입니다. 이러한 구성 요소를 보드에 통합한 후에는 워핑이 귀하의 처리 및 취급 전후 어느 시점에서 발생했는지 증명하기가 매우 어려울 것입니다.

간단히 요약하자면, 워피지는 다음과 같은 상황에서 발생할 수 있습니다:

• 구성 요소 생산 중, 구성 요소가 생산 또는 포장 중에 제대로 선별되지 않은 경우
• PCB 조립 중, 솔더링 공정이 구성 요소에 결함을 일으키는 경우
• PCB가 워핑되어 일부 구성 요소에서 워피지가 발생할 수 있는 경우
• 운송 중, 일부 기계적 충격이나 충격이 보드 및/또는 구성 요소에 손상을 입히는 경우

구성 요소 워피지를 일으키는 조립 결함

구성 요소의 휨이 미미하여 전혀 눈치채지 못할 수도 있지만, 잠재적인 전기적 문제를 일으킬 수도 있습니다. 아마도 최악의 경우는 반복적인 사이클링과 휨이 납땜 접합부를 약화시켜 조기 또는 간헐적인 고장을 일으키는 경우일 것입니다. 조립 중 구성 요소에서 휨이 발생할 수 있는 요인에는 다음이 포함됩니다:

• 열 사이클링
• CTE 불일치
• 가스 방출

반복적인 사이클링으로 인해 구성 요소의 휨이 발생하는 가장 단순한 경우는 반복적인 사이클링 때문입니다. 이러한 전기적 문제가 나타나는 한 영역은 볼 그리드 어레이 패키지를 가진 대형 프로세서에서이며, 구성 요소가 휨의 영향을 받을 수 있는 큰 표면적을 가지고 있습니다. 유기 기판 위의 패키지도 열 사이클링의 영향을 받아 휨을 경험할 수 있으며, 주변 라미네이트와 비교하여 CTE 불일치가 있을 수 있습니다.

구성 요소 패키지와 보드 간의 불일치가 클 경우, 보드가 휘어지면서 PCB와 케이싱 사이의 거리가 증가하고, 몇 가지 가능한 결과가 있습니다. 경우에 따라, 솔더 볼이 "떨어져서" PCB에 낮게 머무르고 구성 요소에 연결되지 않으면, 오픈 회로가 발생하거나 솔더가 흘러 다른 연결을 브리징할 수 있습니다. 그렇지 않으면, 솔더 볼은 적절한 온도에서 연결을 만들기 위해 늘어납니다. 회로는 보이지만, 접합부의 솔더가 얇아지고 때로는 이상하게 형성되어, 시간이 지남에 따라 접합부가 덜 신뢰할 수 있게 됩니다. BGA 패드 사이의 피치가 감소함에 따라 영향은 훨씬 더 나빠집니다.

표면이 아래로 휘어지면, 보통 리플로우 중에 모서리와 가장자리가 처지면서, 구성 요소 아래에 너무 많은 솔더가 생기게 됩니다. 이는 종종 패드에서 밀려나와 다른 솔더 패드와 브리징되어 그것들을 서로 단락시키는데, 아래 이미지에서 볼 수 있듯이 그렇습니다.

드물긴 하지만, 제조 과정에서의 문제로 기체 방출이 발생할 수도 있습니다. 이는 포장 내부에 기포가 생기게 하거나 케이싱을 비뚤어지게 할 수 있습니다. 하지만, 가장 흔한 원인은 열 문제입니다. 재작업 시 리플로우 처리 중에 구성 요소가 휘어지거나, 포장재와 솔더 사이의 열 불일치로 인해 재료가 서로 다른 비율로 열 팽창을 경험할 때 휘어짐이 발생할 수 있습니다.

PCB 휘어짐을 방지하기 위한 몇 가지 전략에 대해 자세히 알아보려면, 이 글을 확인해 보세요.

휘어짐 방지를 위한 몇 가지 간단한 방법

다행히도, 휘어짐을 방지하거나 줄일 수 있는 몇 가지 방법이 있습니다. 우선, 솔더 마스크로 정의된 패드를 사용하세요. 솔더 마스크로 정의되지 않은 패드는 용융 솔더의 높이가 훨씬 낮습니다. 그 이유는 용융 솔더가 퍼져나갈 수 있는 흡수 영역이 그만큼 적기 때문입니다. 또한, 공정 재료와 온도를 조정하여 온도를 낮추거나, 리드리스 솔더와 구성 요소 사이의 열 불일치를 줄이면 결과를 크게 개선할 수 있습니다. 리플로우 중에 모서리가 처지는 경우, 식을 때까지 지지할 수 있도록 스페이서를 사용할 수 있습니다.

마지막으로, 솔더/수리 주기의 횟수를 제한하고 솔더링 주기 동안 PCB를 고정시키지 마십시오. PCB에 유발된 열 스트레스는 구성 요소나 PCB, 또는 둘 다에서 휨을 일으킬 수 있습니다. 주로 이것은 PCB의 도전과제이지만, 높은 불일치가 있는 보드 영역에서 반복된 열 사이클링은 특히 유기 기판이 있는 패키지와 BGAs에서 구성 요소의 휨을 유발할 수 있습니다. 보드의 구성 요소에 대한 이해는 생산 또는 수리 중 조립 결함의 변화가 적은 부품을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.

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