매일 생산 라인에서 리플로우 오븐을 디버깅하는 동안 우리가 받는 가장 일반적인 질문은 동일한 솔더 페이스트를 사용하면 솔더링이 공기 중에서 잘 작동하지만 질소로 전환하는 순간 밝아진다는 것입니다. 그러나 고객은 질소 납땜을 고집합니다. 그렇다면 실제로 투자할 가치가 있을까요? 이 질문 뒤에는 단순히 밝기를 비교하는 문제가 아닙니다. 대신 OSP 구리 패드가 균일한 솔더 습윤성을 갖고 있는지, 0.4mm 피치 QFN 패키지 하단에 숨겨진 보이드가 존재하는지, 의료용 보드의 AOI 검사 중에 3개의 연속 보드에 작은 솔더 비드가 나타나는지 확인해야 합니다. 이러한 현상은 에어 솔더링에서 가끔 발생하는 이상 현상으로 무시될 수 있지만, 질소 솔더링에서는 안정적이고 예측 가능한 공정 특성이 됩니다.
질소 납땜과 공기 납땜 사이의 성능 차이는 먼저 습윤 및 퍼짐 동작에서 나타납니다. In 질소 환경에서는 플럭스의 활성 성분이 산소에 의한 산화에 의해 소모되는 대신 패드 표면에 더 집중적으로 작용합니다. 결과적으로 동일한 솔더 페이스트의 질소 접촉각은 일반적으로 8°~12° 감소합니다. 특히 로진 기반 또는 약한 유기산 시스템을 사용하는 중저온 솔더 페이스트의 경우 용융 후 구리 패드의 측면 상승 거리는 공기보다 평균 0.08mm 더 큽니다. 이는 0.3mm 피치 Micro-BGA 솔더 조인트에서 브리징을 억제하는 데 중요합니다. In 공기 납땜, 국부적인 산화막 방해로 인한 젖음 지연은 납땜 접합 가장자리에 초승달 모양의 네킹을 쉽게 형성하며, 이는 후속 열 순환 중에 미세 균열의 시작점이 됩니다.
보이드 제어는 질소 납땜의 가장 강력한 가치 제안입니다. 동일한 DEK 프린터 + BTU 리플로우 오븐 설정에서 6층 보드의 12×12mm BGA 부품에 특정 SAC305 솔더 페이스트를 테스트했습니다. 공기 납땜 조건 하에서 X-Ray 검사를 통해 평균 납땜 접합 보이드율은 18.7%, 최대 단일 지점은 26.3%인 것으로 나타났습니다. 질소 보호로 전환한 후 보드 전체의 보이드율은 5.2%로 떨어졌고, 솔더 조인트의 95% 이상이 보이드 영역이 3% 미만이었습니다. 이러한 개선은 최고 온도를 높여도 달성되지 않았습니다. 대신, 질소는 용융 솔더 내부의 고온 플럭스 분해 중에 발생하는 휘발성 가스의 체류를 크게 억제합니다. In 특히 솔더 페이스트에 일반적으로 사용되는 세박산 및 아디프산과 같은 활성화제는 산소 결핍 조건에서 열분해 경로를 변경하여 CO를 방출합니까? 속도가 느려지고 탈출이 쉬워집니다.
솔더 조인트의 표면 형태와 잔여물 상태도 체계적인 차이를 보여줍니다. 질소 납땜 후 납땜 접합부는 일반적으로 거울 같은 광택과 날카로운 윤곽을 갖습니다. 이는 무산소 환경에서 SnAgCu 합금의 결정립 성장 방향이 더 균일하고 표면 장력에 의한 수축이 더 완전하기 때문입니다. In와 대조적으로 공기 납땜 접합부는 약간 무광택이고 회색빛 안개가 있으며 현미경으로 보면 흩어져 있는 연한 갈색 산화 반점이 보입니다. 보다 실질적으로 플럭스 잔류물의 형태도 다릅니다. 질소 조건에서 로진 수지는 가교 및 탄화 경향이 적습니다. 세척 후 PCBA 표면의 이온 오염 수준(ROSE 테스트)은 평균 21.4μg NaCl/cm2 더 낮습니다. 이는 이식형 의료 전자 장치의 장기간 절연 신뢰성을 실질적으로 보장합니다.
물론 질소 납땜은 보편적인 솔루션이 아닙니다. 생산 라인이 할로겐 활성제를 함유한 고활성 솔더 페이스트를 사용하는 경우 질소는 대신 부식 경향을 악화시킬 수 있습니다. 특정 자동차 레이더 보드를 시험 생산하는 동안 질소 환경에서 ICT 테스트 베드 프로브의 접촉 임피던스가 날로 증가하는 현상이 발생했습니다. 솔더 페이스트에 잔류하는 염화물 이온은 무산소 환원 분위기에서 산화 및 부동태화되기가 더 어렵다는 사실이 최종적으로 확인되었습니다. In 또한 수분을 심하게 흡수한 솔더 페이스트의 경우 질소는 리플로우 중 내부 수분 파열로 인한 솔더 비드 튀는 현상을 되돌릴 수 없습니다. In 이러한 경우 페이스트가 오븐에 들어가기 전에 진공 베이킹을 수행해야 합니다. 그렇지 않으면 질소 유량이 높을수록 더 많은 솔더 비드가 나타납니다.
프로세스를 선택할 때 매개변수 테이블에만 의존할 수는 없습니다. 특정 시나리오를 기반으로 비용을 계산해야 합니다. 월간 생산량이 300,000개에 달하는 소비자 WiFi 모듈, 주로 0402/0201 구성 요소로 구성된 솔더 조인트, IPC-A-610 클래스 2 표준을 수용하는 고객을 제조하는 경우 에어 솔더링만으로 충분합니다. 질소를 추가하면 연간 180,000위안의 액체질소 비용이 낭비되고 아무 이유 없이 질소 파이프라인 자원을 차지하게 됩니다. 그러나 ENIG OSP 패드, BGA 크기가 35×35mm를 초과하는 항공우주 등급 FPGA 캐리어 보드를 생산하는 경우, 그리고 각 보드에 제공된 X-Ray 보고서를 통해 솔더 접합 보이드율 5% 이하를 요구하는 고객의 경우 질소 솔더링은 보너스가 아니라 진입 요구 사항입니다. In 이 경우, 질소 순도 ≥99.995%를 타협하는 것보다 오래된 리플로우 오븐을 교체하는 것이 더 좋습니다. 자동차 등급 MCU 보드라는 중간 사례도 있습니다. 고객은 질소에 대한 엄격한 요구 사항을 갖고 있지 않지만 에어 솔더링을 사용하면 1,000개 보드 중 2~3개에서 노화 테스트 후 지속적으로 콜드 솔더 조인트와 균열이 발생한다는 사실을 발견했습니다. 단면 분석에서는 QFN 바닥에서 감지되지 않은 미세공극 클러스터가 나타났습니다. In 이러한 경우에는 먼저 질소 비교 검증을 수행하는 것이 좋습니다. 보이드율이 40% 이상 감소하고 고장 횟수가 0으로 떨어지면 소형 질소 발생기에 투자하는 것이 좋습니다. 당사 워크샵의 측정에 따르면 10L/분 유량 모듈의 연간 운영 비용은 에어 솔더링 생산 라인의 전기 비용의 1.7배에 불과한 반면 재작업 비율은 63% 감소합니다.
