스텐실 인쇄 공정 최적화에 대한 지속적인 논의(1부, 2부참조)에서, 플럭스 화학 성분의 유형, 특히 수용성 플럭스와 노클린 플럭스의 차이는 중요한 역할을 합니다. 솔더 페이스트는 노출되는 환경에 민감합니다. 수용성 플럭스는 그 특성상 노클린 로진/수지 기반 플럭스보다 흡습성이 높아 온도 및 습도에 훨씬 더 민감합니다. 파인 피치 부품의 경우 초미세 스텐실 인쇄에 필요한 솔더 페이스트 도포량이 지속적으로 감소함에 따라 이러한 민감도는 급격히 증가합니다.
플럭스 화학 물질은 다음과 같은 여러 가지 복잡한 기능을 수행합니다:
화학적 측면에서:
- 기존 표면의 산화층 제거
- 습윤 촉진
- 열 에너지 전달
- 산화 차단 기능을 제공함 (리플로우 공정 중 재산화를 억제하기 위해)
신체적으로:
- 매개체 또는 매개 역할을 수행한다
- 납땜 분말 입자를 현탁시키다
- 부품을 고정할 수 있는 고정력을 제공하십시오
- 솔더 페이스트가 스텐실 위에서 굴러가도록 하십시오
- 인쇄 후 조리개 모양 유지
- 노클린(no-clean) 제형 분야에서, 리플로우 공정 후 보호 캡슐화 역할을 수행합니다.
이러한 기능을 수행하기 위해 플럭스 조성물에는 용매, 활성화제 또는 활성화제 패키지, 유변성 첨가제, 그리고 노클린(no-clean) 제형의 경우 로진/수지 등 특정 범주의 화학 물질이 포함됩니다. 플럭스 화학에 대한 더 자세한 정보를 보려면 여기를 클릭하세요.
SMT 공정 개선에 대해 논의하기 위해, 본 글에서는 플럭스 성분 중 로진/수지(이하 ‘수지’로 칭함) 또는 그 부재에 대해서만 집중적으로 다루겠습니다. 제조일로부터 용기나 카트리지를 개봉하기 전까지, 노클린(no-clean) 제형은 우수한 성능을 보입니다. 수지 기반 제형은 다음과 같은 이점을 제공합니다: 개봉하지 않은 상태로 냉장 보관 시 더 긴 유통 기한; 더 긴 스텐실 수명; 계절 변화에 따른 더 일관된 성능; 전반적으로 더 우수한 인쇄 성능(아래에서 볼 수 있듯이); 부품을 제자리에 고정하는 더 강한 접착력; 리플로우 공정 중 솔더 분말에 대한 더 우수한 내산화성.
그림 1. 스텐실 인쇄 결과.
기술 지원 엔지니어로서 저는 수많은 스텐실 인쇄 테스트를 수행해 왔습니다. 그림 1은 제가 지속적으로 경험해 온 스텐실 인쇄 결과를 보여 주며, 노클린(no-clean)과 수용성(water-soluble) 인쇄 성능의 전형적인 비교를 나타냅니다. 수지는 점성이 있는 물질로, 접착력(외부 인력, 솔더 페이스트와 다른 표면 간의 인력)과 응집력(내부 인력, 솔더 페이스트 자체 간의 인력)을 높여줍니다. 모든 것이 그렇듯이, 여기에도 균형이 필요합니다. 하지만 이 경우 응집력은 솔더 페이스트가 스텐실 개구부에서 잘 분리되고, 형태를 유지하며, “처짐”을 방지하는 데 도움이 됩니다. 솔더 페이스트의 접착력은 페이스트가 PCB 패드에 도포될 때 발휘됩니다. 솔더 페이스트가 패드에 밀착되면, PCB가 스텐실에서 내려올 때 페이스트가 스텐실 개구부에서 자연스럽게 분리되도록 돕습니다. 초미세 스텐실 인쇄의 경우, 솔더 페이스트가 접착될 수 있는 표면적이 매우 작기 때문에 이러한 힘은 성공적인 인쇄를 보장하는 데 필수적입니다.
그림 2.수용성 제품( 왼쪽), 노클린 제품( 오른쪽).
지금까지 제가 말씀드린 내용에 대해서는 많은 분들이 동의하실 것이라고 생각합니다. 하지만 다음 말은 일부 분들에게는 다소 의외로 들릴 수도 있습니다. 저는 대부분의 경우, 노클린 솔더 페이스트가 수용성 솔더 페이스트보다 더 우수한 리플로우 결과를 제공한다고 주장하고 싶습니다. 이는 특히 그림 2에서 볼 수 있듯이 초미세 솔더 페이스트 도포 시 더욱 그렇습니다.
사용된 재료는 6형 분말 솔더 페이스트와 6mil 스텐실 개구부, 두께 3mil의 스텐실이었으며, 고온 유지 프로파일을 적용했습니다. 이러한 조건은 리플로우 환경에서 발생할 수 있는 최악의 시나리오를 나타내지만, 노클린 솔더 페이스트와 수용성 솔더 페이스트를 비교할 때 나타나는 일반적인 경향을 보여줍니다. 사진에서 볼 수 있듯이, 수용성 솔더 페이스트는 겉보기에는 콜드 솔더 조인트처럼 보이지만, 실제로는 활성화제가 소진된 상태였습니다. 내산화성이 매우 낮아 분말 입자가 산화되어 응집되지 못했는데, 이를 ‘그레이핑(graping)’ 현상이라고 합니다. 반면, 정확히 동일한 리플로우 프로파일에서 노클린 솔더 페이스트는 리플로우가 잘 이루어지고 상당히 양호하게 응집되었습니다.
수지 계열 제품은 수용성 제품보다 산화 저항성이 더 뛰어납니다. 수용성 제형은 초기 단계에서 표면의 기존 산화물을 제거하는 데 더 효과적이지만, 리플로우 공정 중 발생하는 재산화로부터는 수지 계열 제품만큼 효과적으로 보호하지 못합니다.
다음 논의에서는 동일한 면적 비율을 가진 원형 개구부와 사각형 개구부 간의 전이 효율 차이를 살펴보겠습니다.
