이전 게시물에서 저는 전자 부품 조립 과정에서 발생하는 대규모 그라운드 플레인 공극 현상에 대해 다루며, ‘이시카와 다이어그램’이라는 통계 도구를 언급한 바 있습니다. 이 도구는 공정을 체계적으로 정리하는 데 도움을 주며, 잠재적인 결함 원인과 공정 변수가 미칠 수 있는 영향을 보여주는 훌륭한 시각적 보조 수단이 됩니다. 해당 이시카와 다이어그램은 PWB 설계가 공극 현상에 큰 영향을 미칠 수 있음을 보여주었습니다. 오늘은 이 주제를 좀 더 깊이 파고들어, PCB 설계의 차이를 통해 전자 조립 과정에서 발생하는 대형 그라운드 플레인 솔더 보이드 현상을 최소화할 수 있는 방법에 대해 이야기해 보겠습니다 .
인쇄 회로 기판(PWB) 설계는 BTC 공극 발생에 막대한 영향을 미칠 수 있습니다. 열 패드 내의 비아는 열 방출을 돕기 위해 기판에 추가되는 경우가 많습니다. 때로는 이러한 비아를 채우거나 매립하기도 하는데, 이 경우 공극 발생에 미치는 영향은 상대적으로 적습니다. 비아를 채우는 것은 비용이 너무 많이 드는 경우가 많으며, 스루홀 비아가 플럭스 휘발성 물질이 빠져나갈 통로를 제공할 수는 있지만, 비아의 크기와 모양에 따라 BTC 공극 현상이 증가할 수 있습니다. 예를 들어, 열 접지 패드에 큰 스루홀 비아가 존재하는 특정 사례에서 공극 현상이 증가하는 것을 확인했습니다. 이러한 상황에서는 리플로우 과정에서 그라운드 패드에 있는 솔더 페이스트가 비아 안으로 스며드는 경향이 있습니다. 이로 인해 부품이 기판 쪽으로 더 가까이 빨려 들어가게 되어 스탠드오프 높이가 줄어들고, 결과적으로 플럭스 휘발성 물질이 제대로 배출되기 어려워집니다. 이는 스텐실 두께가 BTC 공극 현상에 미치는 영향에 대해 이전 게시물에서 다룬 내용과 유사합니다. 그 결과 일반적으로 BTC 공극률이 높아지게 됩니다.
많은 설계에는 비아가 포함되어 있지 않으며, 이러한 경우 패드의 크기와 모양, 그리고 기판 패드와 부품 패드 간의 비율이 BTC 공극 발생에 더 큰 영향을 미칩니다. 이러한 변수들은 비아가 있는 열 패드에도 영향을 미칠 수 있습니다. 기판 열 패드가 부품 열 패드보다 크면, 솔더 페이스트가 패드 표면에 더 많이 퍼지게 되어 부품의 스탠드오프 거리가 줄어들고, 결과적으로 BTC 공극이 더 많이 발생할 수 있습니다.
스탠드오프를 제어하거나, 패드의 크기를 줄이거나, 가스 배출 경로를 확보하기 위해 패드에 솔더 마스크를 적용하는 설계 방식이 있습니다. 이러한 설계는 특정 부품 및 용도에 맞게 적절히 설계될 경우 BTC 공극을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 데릭 헤론(Derrick Herron), 얀 리우(Yan Liu) 박사, 닝청 리(Ning-Cheng Lee) 박사는 이 주제에 대해 “열 패드에 대한 솔더 마스크 패터닝을 통한 QFN 공극 제어(QFN Voiding Control Via Solder Mask Patterning on Thermal Pads)”라는 제목의 훌륭한 논문을 발표했습니다.
리플로우 프로파일이 하단 단자형 부품의 공극 현상에 어떤 영향을 미치는지에 대한 다음 논의도 기대해 주세요.
