IR reflow vs Hot Air convection reflow . IR 리플로워 와 Hot Air Reflow 차이점 판매 비교표

Reflow Soldering에 대하여 IR Reflow Hot Air Reflow 장비에 대한 차이점 및 그간 변화에 따른 내용 입니다.

Hot Air convection 대류 기류 리플러워 와 IR Reflow의 차이에 대하여 정확한 내용을 서술하고자 합니다.

먼저 상기 도표를 확인하시기 바랍니다.

1995년을 기점으로 IR reflow사용하는 기업은 점차적으로 줄어 2000년 중심으로

IR Reflow 사용은 20%이하로 떨어졌습니다.

이러한 이유는 SMD 부품의 손상으로 인한 내용이며, SMD Chip 극소화. 초박형으로

변화에 따라IR Reflow 사용은 2018년 기점으로 0.1% 이내 양산에 사용되고 있습니다.

IR VS Air Convection Reflow Oven 비교표

본 내용은 IR 와 Full Hot Air Convection Reflow Oven에 대한 변천과 IR Reflow Oven에 사용 시 문제에 대한 내용을 서술하였습니다.

초기 적용

Reflow를 사용하기 시작한 시기는 1980년 초 Computer CPU 및 Micro Control 사용하게 되었다.
이전엔 PLCC Multi Pin Device의 경우 IC Scoket를 사용하였으나, Socket의 접촉 등의 문제 및 “Compact design” 변화로, 가장 널리 사용한 것은 워크맨. 닌텐도 Game Pack. 호출기(삐삐). Computer CPU Board 등이다.

보편화 적용

이때는 Resistor. Capacitor SMD 3216 Size 이였다. 1980년 초 Apple 社 PC 역시 모두가 Dip Type으로 되어 IC Socket로 되어 있었다, IBM PC 출시로 그에 따른 주변 Slop 들이 제한된 공간 뜸에 부품이 들어가야 하며, PCB Module 간의 공간을 통하여 부품의 원활한 공기 순환으로 부품의 “과열”을 방지할 수 있기에 1985년 이후 많은 기업들이 Chip Mount 공급과 때를 맞추어 Reflow을 사용하게 되었다.

초기 Heating 방식

그 당시 Reflow는 모두가 Bar Element Coil Heater로 이루어진 가열 방식을 사용하였으며, 대부분 Heater의 Zone 구간은 5 Zone에서 8 Zone 사이로 이루어졌다. PC Board Size가 크거나 생산량을 요구하는 기종에 대하여 7~9 Zone까지 형성되었다.

특이한 것은 Welding 구간은 중앙을 중심으로 좌측과 우측의 온도 개별적으로 조절을 하는 기능의 Reflow가 있었다. 이러한 이유는 PLCC 부품과 열의 예민한 부품을 온도 관리가 상이하기 때문이며 Connector Slot. Injection parts Burning 되는 것을 막기 위함이다.

특이한 것은 Welding에서 순간 열 가속 및 적외선 Heater의 수직 발열에 따라 열이 부품의 측면 열전달을 위하여 Welding Zone의 위쪽 Heater가 원형으로 (Dome) 되었으며 Quartz Heater을 사용하였다..

IR Reflow

대부분 초기 Reflow가 대형 Size로 소량 생산하는 업체에서 이러한 대형 장비 설비를 설치할 수 없는 공간으로 작은 공간에 설치를 위하여, 작은 Reflow을 만들 수밖에 없었다. 문제는 1m ~ 2m 작은 장비에 실제적 Heating 구간은 80cm ~ 120cm에 온도 Solder Profile을 구현하는 것은 불가능하다.

(1) IR의 종류

(2) 전자기기 파장 비교표

그에 해결 방법은 빠른 온도 전달을 하는 발열 장치로는 세라믹 Quartz Heater가 가장 이상적
이였다. 대부분 많은 Medium reflow 및 Rework 장비들이 Quartz. Heater 방식을 사용하였다.

(3) IR heater의 주요 분야.

5 . Quartz. 및 IR Heater의 문제

1990년 초부터 중. 소형 장비의 Quartz Heater을 사용하여 생산한 일부 완성품에서 문제가 발생
되었다. PLCC. QFP의 부품의 경우 Device의 표면 온도 온도 와 Welding 온도의 온도 Balance가 20~ 35’c 상이 함으로 내부 Package 와 Terminal의 온도 상승 후 수축 시 상호 Cooling의 따른

수축력 상의 온도로 내부 Dai Wire Bonding 이 손상되는 문제점 :

1. PLCC을 Welding을 기준하면 Chip etc 부품이 손상된다.
2. Chip 부품을 기준 온도를 관리하면, PLCC. QFP 등이 냉탬이 되는 예) 1항을 기준하여 작업

시 부품의 손상이 발생되었다.

6. Quartz Heater Reflow 사용 중단 시기

1995년을 기점으로 대부분 SMD Assembly 공정 및 부품 제조공정에서는 Quartz Heater 및 IR
Heater을 사용을 하지 않게 되었다. Chip 부품의 Burning 되는 사례가 점점 더 많았으며, 이러한
이유는 부품의 도박형화 되며 Chip size 역시 더욱 작아져 가기 때문이다. 그에 대처하는 방식으로 Air Convection à Full Air Convection로 변화되었기 때문이다

7. IR Convection & Full Air Convection

8. Air Convection

IR or Quartz Heater 발열 heater 환경에서 Fan으로 강제 공기를 회전시키는 방식이다.
IR 발열이 직접 부품에 미치는 영향은 같으며, 단지 공기의 흐름을 주어 기류를 만드는 부품의 열을 분산하는 역할을 하나. 상기 IR의 파장이 380um~ 780um 1Hz 보다 낮은 저 파장으로 LED. FPCB 부품 소제에는 Burning 되거나 LED 부품에 열로 인하여 표면 왜곡되어 빛의 휘도. 밝기의 등 성능이 떨어지는 사래가 발생된 사래가 있다.

9. Full Air Convection

본 발열 방식은 열을 발생 발열장치가 있으며, 오직 Chamber 내 Hot Air을 불어 넣는다. 직접적인 Heater 열 혹은 IR Heater 열-파장이 부품에 가하지 않기 때문에 부품의 손상이 직접적인 열에 비하여 매우 적다.

현재 모든 SMD Reflow Mass 소더링 공정에서는 Full Air Convection을 사용하며, IR을 사용하는 경우 130~150’c의 PCB 등 Coating 후 Curing을 하는 공정에서 사용된다.

특히 2004년 Pb Free 사용 환경으로 Soldering의 온도 용점(Welding 온도)이 높아졌다.
Non Pb free welding Temperature 210~ 220’c Pb Free Welding Temperature 245 ~ 265’c [용점은 Solder Paste의 Spec에 따라 상이 함.

Non Pb Free 210~220’c IR Reflow Soldering 가능하였으나, Pb Free 환경에서 온도가 25’c ~ 40’c 높아지므로 IR Heater로 Welding을 한다는 것은 매우 위험한 Reflow 작업이다.

매우 빠른 속도로 부품은 초박형화 되며, 또한 고밀도 Module화 되어가고 있다. 이러한 흐름
에서 장비를 선택할 때에는 최소한 5년 후를 내다보고 장비를 검토하는 것이 좋다.