글쓴이: 더그 카츠 (전자제품 사업 개발 매니저)
설계 엔지니어들은 더욱 작고 강력한 전자 기기에 더 많은 기능을 집약하는 동시에 열 순환, 충격, 진동 및 기계적 스트레스에도 높은 신뢰성을 유지해야 하는 과제에 직면하고 있습니다. 부품 크기가 작아지고 성능 요구 사항이 증가함에 따라 언더필 및 엣지 본드 재료는 조립 견고성을 향상시키고 제품 수명을 연장하는 데 필수적인 도구가 되었습니다.
소형화된 PCB 어셈블리는 신뢰성과 성능에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다.
현대 전자 기기가 직면한 신뢰성 문제
오늘날 전자 조립품은 점점 더 까다로운 환경에서 작동합니다. 장치는 일상적으로 다음과 같은 상황을 겪습니다.
- 반복적인 열 순환
- 기계적 충격 및 진동
- 조립 및 사용 중 보드의 휨 현상
- 부품과 기판 사이의 열팽창 계수(CTE) 불일치
- 더 높은 작동 온도 및 전력 밀도
이러한 조건은 특히 BGA, CSP 및 플립칩 장치와 같은 영역 배열 패키지의 솔더 접합부에 상당한 스트레스를 가합니다. 패키지 크기가 줄어들고 솔더 접합부가 작아짐에 따라 신뢰성 여유가 감소합니다.
따라서 제조업체는 납땜 접합부 자체에만 집중하지 말고 응력 완화를 위한 추가적인 방법들을 고려해야 합니다.
전자식 언더필이란 무엇인가요?
언더필 캡슐화재는 부품 아래로 흘러 들어가 패키지와 인쇄 회로 기판 사이의 공간을 밀봉하도록 설계되었습니다. 경화되면 이 소재는 강화된 구조를 형성하여 기계적 및 열적 응력을 상호 연결 어레이 전체에 더욱 고르게 분산시킵니다.
향상된 열 순환 성능
전자 어셈블리 패키지는 열 순환과 같은 신뢰성 테스트 중에 스트레스를 받습니다. 회로 기판, 부품 및 솔더 접합부 사이의 열팽창 계수(CTE) 불일치로 인해 이러한 부품들이 서로 다른 속도로 팽창 및 수축하면서 스트레스가 발생합니다. 언더필 사용 여부와 관계없이 전자 어셈블리에 가해지는 스트레스의 양은 동일합니다. 언더필은 스트레스의 양 자체를 줄이는 것이 아니라, 스트레스가 어셈블리의 솔더 접합부에 집중되는 대신 언더필로 인해 넓어진 표면적에 분산되도록 하여 어셈블리의 신뢰성 성능을 향상시키는 것입니다.
기계적 강도 증가
언더필은 패키지 전체의 접착력을 강화하여 낙하 충격, 진동 및 기계적 충격으로부터 부품을 보호하는 데 도움을 줍니다. 이는 언더필로 인한 추가적인 접착력과 솔더 접합부에서 발생하는 응력을 더 넓은 표면적으로 분산시키는 효과 덕분입니다.
향상된 장기 신뢰성
수리 또는 교체 비용이 많이 드는 고가의 전자 제품의 경우, 언더필(underfill)은 작동 수명을 크게 연장하고 현장에서의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
소형화 설계 지원
부품이 작아지고 상호 연결 피치가 미세해짐에 따라 언더필은 성능 저하 없이 지속적인 소형화를 가능하게 하는 추가적인 보호 수준을 제공합니다.
엣지 본딩 기술이란 무엇인가요?
언더필은 포괄적인 보강을 제공하지만, 일부 응용 분야에서는 더 빠르고, 선택적이며, 제조 공정이 용이하고, 비용 효율적인 접근 방식이 필요합니다. 엣지 본드 재료는 패키지 아래의 전체 틈을 채우는 대신 주변의 전략적 위치에서 부품을 고정함으로써 이러한 요구 사항을 충족합니다.
부품의 모서리나 가장자리에 적용되는 에지 본드 재료는 경화되어 국부적인 보강재를 생성함으로써 납땜 접합부에 가해지는 응력을 줄이고 공정의 복잡성을 최소화합니다.
제조 처리량 증가
엣지본딩 재료는 선택된 위치에만 적용되기 때문에 기존의 언더필 방식에 비해 재료 소모량이 훨씬 적고 시공 시간도 훨씬 단축됩니다.
재료 소비량 감소
특정 용도에 맞춘 적용은 전반적인 재료 사용량을 줄이면서도 상당한 신뢰성 향상을 제공합니다.
충격 및 진동 저항성 향상
엣지 본드 재료는 언더필 재료와 유사하게 진동, 낙하 또는 열 충격으로 인해 납땜 접합부에서 발생하는 응력을 더 넓은 표면적으로 분산시켜 조립체의 신뢰성을 향상시키는 역할을 합니다. 이는 부품을 안정화하고 기계적 하중 시 움직임을 줄여 휴대용 및 사용량이 많은 전자 제품을 보호하는 데 매우 효과적입니다.
제조 유연성
언더필 소재는 전자 어셈블리의 신뢰성을 크게 향상시키지만, 표준 SMT 제조 공정과 호환되지 않아 제조 관점에서 바람직하지 않을 뿐만 아니라 제조 비용을 증가시키는 요인이 됩니다. 언더필은 일반적으로 냉동 상태로 제공되므로 주사기에 담긴 언더필을 냉동고에 보관하고 사용 전에 해동해야 합니다. 또한, 언더필 공정은 특수한 공정으로 인해 일반 제조 라인 외부에서 진행됩니다. 핫플레이트에서 언더필을 도포하고 오븐에서 30~60분간 경화시켜야 하기 때문입니다. 이러한 표준 SMT 제조 공정과의 비호환성은 제조 비용을 급격히 상승시킵니다. 많은 응용 분야에서 에지 본드 소재는 신뢰성 향상과 생산 효율성 사이에서 효과적인 균형을 제공하여 대량 조립 작업에 적합합니다. 특히 UV 경화 에지 본드는 언더필과 마찬가지로 1액형 소재이면서도 냉동 보관이 필요 없다는 점에서 사용자에게 큰 이점을 제공합니다. 즉, 제조 공정에서 해동 단계를 생략할 수 있습니다. UV 경화형 엣지본드는 SMT 제조 공정과도 호환됩니다. 모든 공정을 인라인으로 진행할 수 있어 언더필 방식보다 비용을 절감할 수 있습니다. UV 경화형 엣지본드는 언더필처럼 열판을 사용할 필요 없이 인라인으로 도포할 수 있으며, 몇 초 만에 경화가 완료됩니다.
언더필과 엣지 본드: 차이점은 무엇일까요?
두 기술 모두 납땜 접합부의 신뢰성을 향상시키지만, 그 방식은 서로 다릅니다. 이러한 장단점을 이해하면 제조업체는 자사 용도에 가장 적합한 방식을 선택하는 데 도움이 될 수 있습니다.
어느 솔루션이 본질적으로 더 낫다고 할 수는 없습니다. 최적의 선택은 성능 요구 사항, 제조 우선순위, 부품 가치 및 수명 주기 고려 사항에 따라 달라집니다.
어떤 기술이 더 나은 재작업성을 제공합니까?
신뢰성은 재료 선정 과정의 한 부분일 뿐입니다. 제조업체는 생산 또는 현장 수리 중에 고가의 부품을 교체해야 할 경우 어떻게 처리해야 하는지도 고려해야 합니다.
기존의 언더필 재료는 부품과 기판 사이에 강력한 접착력을 형성하여 모든 솔더 접합부를 완전히 밀봉하므로 부품 제거가 어렵고 PCB에 손상을 줄 수 있습니다. 이러한 수준의 보강은 많은 중요 애플리케이션에 필요하지만, 고가의 부품이 사용되는 경우 재작업 과정을 복잡하게 만들고 수리 비용을 증가시킬 수 있습니다.
엣지 본드 소재는 훨씬 뛰어난 제조 유연성을 제공합니다. 보강재가 부품 외곽의 특정 위치에만 적용되고 솔더 접합부를 감싸지 않기 때문에 엣지 본드는 더 쉽게 제거할 수 있어 제조업체는 전체 어셈블리를 손상시키지 않고 부품을 교체하거나 수리할 수 있습니다.
고가의 프로세서, 메모리 장치, 센서, AI 가속기 또는 특수 부품이 포함된 애플리케이션의 경우, 재작업 가능성은 신뢰성, 처리량 및 제조 비용과 함께 중요한 요소가 될 수 있습니다.
언더필 및 엣지 본드 재료는 어떻게 신뢰성을 향상시키는가?
패키지 아래쪽에 적용하든 패키지 둘레에 전략적으로 적용하든, 두 기술 모두 솔더 접합부 불량의 근본 원인을 해결하는 데 도움이 됩니다.
주요 신뢰성 향상 이점은 다음과 같습니다.
- 납땜 접합부에 가해지는 기계적 스트레스 감소
- 열 순환에 대한 저항성 향상
- 충격 및 진동 상황에서 향상된 내구성
- 열악한 작동 환경에서 더욱 뛰어난 성능을 발휘합니다.
- 장기적인 제품 신뢰성에 대한 확신 증대
기기 아키텍처가 더욱 소형화되고 정교해짐에 따라 이러한 강화 전략은 소비자, 산업, 자동차, 통신 및 인프라 전자 장치 애플리케이션 전반에 걸쳐 점점 더 중요해지고 있습니다.
적절한 강화 전략 선택하기
언더필 기술과 엣지 본딩 기술 중 어떤 것을 선택할지는 기기 요구 사항, 환경 조건, 제조 목표 및 신뢰성 목표를 포함한 여러 요인에 따라 달라집니다.
흙을 덜 채우는 것이 합리적인 경우
- 언더필은 다음과 같은 경우에 선호되는 경우가 많습니다.
- 최대한의 신뢰성이 요구됩니다.
- 비용은 주요 고려 사항이 아닙니다.
- 조립품은 심각한 열 순환을 겪습니다.
- 고가 부품은 보호해야 합니다.
- 플립칩 또는 고급 패키징 기술이 사용됩니다.
- 장기적인 내구성이 최우선 목표입니다.
엣지 본드가 더 적합한 경우
모서리 접착 재료는 다음과 같은 경우에 자주 선택됩니다.
- 대량 생산 효율성은 매우 중요합니다.
- 완전 언더필 처리 없이 신뢰성 개선이 필요합니다.
- 비용 및 처리량 고려 사항이 중요합니다.
- 부품은 충격과 진동으로부터 보호되어야 합니다.
- 재작업 가능성이 필요할 수 있습니다.
- 선택적 보강은 충분한 내구성을 제공합니다.
많은 경우 엔지니어들은 제품 개발 과정에서 신뢰성, 공정의 단순성, 부품 수리 용이성 및 제조 비용 간의 최적의 균형을 찾기 위해 두 가지 접근 방식을 모두 평가합니다.
첨단 전자 기술의 미래를 지원합니다
전자 기기가 계속 발전함에 따라, 보강재는 신뢰성 확보에 있어 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다. 언더필 기술을 통한 응력 분산을 통한 포괄적인 보강이든, 엣지 본드 재료를 이용한 특정 부위 보강이든, 제조업체는 조립 성능과 내구성을 향상시킬 수 있는 더욱 다양한 선택지를 갖게 되었습니다.
궁극적인 성공은 적용 분야 요구 사항에 부합하는 재료를 선택하고 공정 개발, 신뢰성 테스트 및 생산 구현을 최적화하는 데 도움을 줄 수 있는 공급업체와 협력하는 데 달려 있습니다.
다이맥스는 전자제품 제조업체와 긴밀히 협력하여 광경화성, 에지 본드 및 보강 접착 솔루션을 제공함으로써 조립 신뢰성을 향상시키고 효율적인 제조 공정을 지원합니다. 내구성과 유지보수성이 모두 요구되는 애플리케이션의 경우, 제조업체는 강력한 기계적 보호 기능을 제공하면서 부품 재작업 및 교체를 용이하게 하도록 설계된 보강 기술의 이점을 누릴 수 있습니다.