IR vs Hot Air Convection 차이점 Reflow 동영상

 

    

본 내용은 IR VS Full Hot Air Convection Reflow Oven에 대한 변천 과 IR Reflow Oven에 사용 시 문제에

대한 내용을 서술하였습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 초기 적용시기

Reflow를 사용하기 시작한 시기는 1980년초 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 워크멘. 닌텐도 Game Peack. 호출기. Computer CPU Board 등이다.

 

2. 보편화 적용시기

이때는 저항. Capacitor SMD 1608 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 들어 가야

하며, PCB Module간의 공간을 통하여 부품의 원활한 공기 순환으로 부품의 “과열”을 방지 할 수 있기에

1985년 이 후 많은 기업들이 Chip Mount 공급 과 때를 맞추어 Reflow을 사용하게 되었다.

 

3. 초기 Heating 방식 heater

그 당시 Reflow는 모두가 Bar Element Coil Heater로 이루어진 가열방식을 사용하였으며, 대부분 Heater의

Zone 구간은 5 Zone에서 8 Zone 사이로 이루어 졌다.  PC Board Size가 크거나 생산량을 요구하는 기종에

대하여 7~9 Zone 까지 형성되었으며, 특이한 것은 Welding 구간은 중앙을 중심으로 좌측 과 우측의 온도

개별적으로 조절을 하는 기능의 Reflow가 있었다. 이러한 이유는 PLCC 부품 과 열의 예민한 부품을 온도

괸리가 상이하기 때문이며 Slop이 Burning 되는 것을 막기 위함이다.

 

특이한 것은 Welding에서 순간 열 가속을 하여야 하므로 Welding Zone의 위쪽 Heater가 원형으로(톰형)

되었으며 Quartz Heater을 사용을 하였다. 이것은 열의 각도를 고루 위함이다.

 

4. IR Reflow

대부분 초기 Reflow가 대형 Size로 소량 생산하는 업체에서 이러한 대형장비 설비를 설치 할 수 없는

공간으로 작은 공간에 설치를 위하여 작은 Reflow을 만들 수 밖에 없었다. 문제는 1m ~ 2m 작은 장비

에 실제적 Heating 구간은 80cm ~ 120cm에 온도 Solder Profile을 구현하는 것은 불가능하다.

 

(1) IR

의 종류

 

순서	Quartz Heater	IR Element Lamp Bar Heater
type
특 징	세라믹.Quartz 소재 내에 Element Heater 있으며, 세라믹에서 방출되는 발열 380um~ 780um 열을 전달한다	Quartz 보다 일보 진전된 Heater로 발열Power가 매우 높으며, 단시간에 열을 가속 할 수 있는 Infra Red (적외선) Heater이다

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        (2)

 

 

 

 

 

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 주요분야.

난방 기능	의료 온열 찜질
열의 파장이 짧아 발열 효과 좋으며, 의료용으로 피부 깊숙하게 열을 전달 할 수 있다

 

1. Quartz. 및 IR Heater의 문제

1990년 초 부터 중.소형 장비의 Quartz Heater을 사용하여 생산한 일부 완성품에서 문제가 발생되었다.

PLCC. QFP의 부품의 경우 Device의 표면온도 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

BGA . PLCC 품질 및 손상		uBGA. Flat Chip  불가	LED . 고정 Chip  손상 및  사용불가

 

1.      PLCC을 Welding을 기준하면 Chip etc 부품이 손상된다.

2.      Chip 부품을 기준 온도를 관리하면, PLCC. QFP등이 냉탬이 되는에 1항을 기준하여 작업 시

부품의 손상이 발생되었다

 

2. Quartz Heater Reflow 사용중단 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 초박형화되며 Chip size 역시 더욱 작아 져 가기 때문이다. 그에 대처하는 방식으로

Air Convection à Full Air Convection로 변화 되었기 때문이다

 

3. IR Convection & Full Air Convection

2000년도 들어 Mass SMD Assembly 하는 공정에서 90%가 Full Air Convection을 Reflow을 사용

하게 되었으며 일부 업체에서는 Air Convection을 사용하였다.

 

IR	Full Air Convection	IR Convection
Air  Small Moves Non Air Move
부품의 손상이 많으며 PLCC  PLCC Reflow solder 불 가능	BGA. uBGA. Flat Chip 작업가능.	IR기능에 Fan을 부착하여 공기를 회전시키는 방법. 정밀부품 불가

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.     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 LED부품에 열로 인하여 표면 왜곡 되어 빛의 휘도. 발기등이 성능이 떨어지

는 사래가 발생된 사래가 있다.   

 

 

2.     Full Air Convection

본 발열방식은 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.

Full Air Unit	4 Zone   8 Heater Control Reflow
Convection Buffer Plate
	오직 Hot Air을 Chamber내에 공급하며 내부의 온도를 다시 회수  하여 공기의 온도를 설정된 균일한 온도를 위지 시킨다.

 

현재 모든 Mass SMD Reflow Soldering을 하는 공정에서는 Full Air Convection을 사용하며, IR을

사용하는 경우 저온(130~150’c)의 PCB Coating 후 Curing을 하는 공정에서 사용된다.

 

특히 2004년 Pb Free 사용 환경으로 Soldering의 온도 용점(Welding 온도)이 높아 졌다.

l  Non Pb free welding Temperature 210~ 220’c

l  Pb Free Welding Temperature 245 ~ 265’c [용점은 Solder Paste의 Spec에 따라 상이 함]

 

 Non Pb Free 환경 시 (납) IR Reflow Soldering이 가능 하였으나,  Pb Free 환경에서 온도가

 25’c ~ 40’c 높아지므로 IR Heater로 Welding 을 한다는 것은 매우 위험한 Reflow 작업이다.

 

매우 빠른 속도로 부품은 초박형화 되며, 또한 고밀도 Module화 되어가고 있다. 이러한

흐름에서 장비를 선택할 때에는 최소한 5년 후를 내다보고 장비를 검토 투자하는 것이 좋다.