질소 리플로우 납땜은 단순히 용광로 챔버를 질소로 채우는 것이 아닙니다. 이는 솔더 페이스트의 산소 함량을 측정 기준으로 사용하고 이슬점을 제어 레버로 사용하는 폐쇄 루프 공정 시스템입니다. 이는 솔더 조인트의 야금 품질에 대한 엄격한 요구 사항이 있는 고급 SMT 생산 라인을 위해 설계되었으며, 기존 소비자 등급 보드의 저비용 생산을 위해 공기 리플로 솔더링을 대체하는 대신 무연 솔더 페이스트의 고온 산화 강화, 플럭스의 활동 범위 축소, 작은 패드의 젖음 부족 등 세 가지 주요 난제를 해결하기 위해 설계되었습니다.
첫 번째 핵심 이점은 솔더 조인트 보이드율의 명확하고 재현 가능한 감소입니다. 로 내부에서 측정된 이슬점을 -20°C에서 -40°C로 조이고 산소 함량을 동시에 500ppm에서 100ppm으로 감소시켰을 때, 0.4mm 피치 QFN 하단의 솔더 조인트에 대한 X-Ray 검사를 통해 평균 보이드 면적이 18.7%에서 4.3%로 떨어지는 것으로 나타났습니다. 이 데이터는 배치당 ≥120개 장치의 샘플 크기를 사용하여 6개 생산 라인에 걸쳐 3개월 연속 샘플링 비교를 통해 얻은 것입니다. 모든 테스트는 동일한 솔더 페이스트 배치, 동일한 스텐실 조리개 및 동일한 인쇄 매개변수 하에서 완료되어 프런트엔드 변수의 간섭을 제거했습니다.
두 번째 장점은 솔더 페이스트 내 플럭스의 활성 지속 시간이 연장된다는 점에 반영됩니다. 질소 분위기에서 로진 수지의 분해 온도는 약 15°C 정도 더 높은 온도로 이동하여 활성 성분이 최고 온도 이전 10초 이내에 유효 농도를 유지할 수 있도록 하여 용융된 솔더가 임계 젖음 창 내에서 완전히 퍼질 수 있도록 합니다. In 비교 테스트에서 공기 및 질소 환경에서 동일한 무세척 솔더 페이스트를 사용하여 01005 저항기를 납땜할 때 솔더 조인트 브리징 비율이 0.12%에서 0.03%로 감소한 반면, 삭제 표시 비율은 0.08%에서 감지할 수 없을 정도로 감소한 것으로 나타났습니다. 이 결과는 솔더 페이스트 제조업체가 제공한 TGA 열중량 분석 곡선과 매우 일치합니다.
세 번째 장점은 솔더 조인트 IMC 층의 두께와 균일성이 향상된다는 것입니다. 질소 환경은 용융 솔더에서 Cu6Sn5의 지나치게 빠른 석출과 조대화를 억제합니다. 특정 자동차 등급 MCU BGA 패키지에 대해 최고 온도 245°C에서 측정한 결과, 질소 리플로우 솔더링으로 얻은 솔더 조인트의 계면 IMC 층의 평균 두께는 2.1μm(표준 편차 0.38μm)인 반면, 공기 리플로우 솔더링의 해당 값은 3.4μm(표준 편차 0.92μm)입니다. 이는 특히 -40°C ~ 125°C 1000사이클 테스트의 통과율이 27% 포인트 증가한 AEC-Q200 인증의 경우 열 순환 실패 위험이 크게 감소함을 의미합니다.
적용 가능한 시나리오는 매우 구체적입니다. 모든 제품이 질소 리플로우를 채택해야 하는 것은 아닙니다. 다수의 0.3mm 피치 RF QFN을 포함하고 하단에 넓은 면적의 열 패드가 있는 WiFi 모듈과 같은 보드의 경우 고객이 허용한 8% 임계값 내에서 보이드율을 제어하기 위해 질소를 사용해야 합니다. 솔더 볼 직경이 0.25mm에 불과한 자동차 등급 TDDI 칩도 있습니다. 공기 리플로우 솔더링은 부분적으로 녹지 않은 솔더 볼이 발생하거나 습윤 각도가 30°를 초과하는 경향이 있는 반면, 질소 조건에서는 1차 통과 수율이 76%에서 99.2%로 증가합니다. 그러나 스루홀 및 표면 실장 구성 요소와 혼합되어 있고 장치 핀 피치가 일반적으로 0.65mm보다 큰 일반 USB HUB 마더보드와 같은 보드의 경우 강제로 질소를 사용하면 질소 소비 비용과 이슬점 변동 위험만 증가하므로 손실을 감수할 가치가 없습니다.
장비 선택 시 주의해야 할 첫 번째 사항은 노점 센서가 가스 입구가 아닌 용광로 냉각 구역 출구에 설치되어야 한다는 것입니다. 왜냐하면 여기의 가스만이 납땜 챔버의 실제 상태를 실제로 반영하기 때문입니다. 우리는 입구 판독값을 사용하여 프로세스 매개변수를 위조하는 공장을 만난 적이 있으며, 이로 인해 퍼니스 내부에서 ±8°C의 실제 이슬점 변동이 발생했으며, 이로 인해 동일한 솔더 페이스트 배치에서 습윤 불량이 반복적으로 발생했습니다. 두 번째 요점은 산소 분석기의 응답 시간이 1.5초 미만이어야 한다는 것입니다. 그렇지 않으면 가열 램프 중에 빠르게 변화하는 산소 농도 구배를 캡처할 수 없습니다. 많은 저가형 장비는 명목상의 정확도를 갖추고 있지만 동적 응답이 뒤떨어져 PID 조정이 부정확하게 됩니다. 세 번째 요점은 질소 순도가 질소 발생기의 출구 지수에만 의존할 수 없다는 것입니다. 퍼니스 내부의 다점 산소 함량을 측정해야 합니다. 동일한 장비에 대해 로의 전면, 중간, 후면에서 측정된 산소 함량은 최대 60ppm까지 다를 수 있으며, 중간과 후면의 측정값을 경보 임계값 설정의 기초로 사용해야 함을 확인했습니다.
