납땜 후 납땜 형상은 기본적으로 용융 상태에서 형성된 형상이 유지됩니다.특히 납땜의 미세화에 따라 용융 상태의 납땜 형상을 결정하는 요인으로서 표면 장력이 탁월하므로 납땜의 표면 형상은 표면에너지를 최소화하는 형상을 형성하게 됩니다.
따라서 납땜 영역을 적절한 곳으로 제어하기 위해서는 벽면상의 핀닝 효과를 이용할 수 있습니다.용 융 납땜을 위한 효과적인 수단의 하나로 압인 가공(요철을 붙이는 압인 가공)을 들 수 있습니다.
여기에서는 압인 가공 (예 / 아니요)의 경우에있어서 솔더의 젖음 확산 상태를 시뮬레이션하여 실제 현상과 비교 검증 한 예 (자료 제공 : 알프스 전기 주식회사)를 소개합니다.
그림에 해석 모델을 나타내고 있습니다만, 이 모델에서 초기 배치한 납땜 형상은 설정을 간편화하기 위해 볼륨만을 합친 단순한 직방체 형상으로 되어 있습니다(납땜은 완전 용융 상태에서 해석하므로 표면장력에 의해 즉시 형상 변화합니다).
또 실험에서는 좌우 2곳에 납땜을 했지만 해석에서는 대칭성을 고려하여 왼쪽 절반만을 모델화하고 있습니다.
압인 가공에 의한 함몰은 아주 작은 것이지만, 시뮬레이션 실험 결과와 잘 일치하고 있으며, 압인 가공의 유무에 젖어 퍼지는 방법이 다른 모습을 재현하고 있습니다.
분석에 사용된 메쉬 수와 납땜 물성
- 메쉬 수 : x × y × z = 80 × 50 × 46 = 184,000 메쉬
- 납땜 물성 : 밀도 : 7.4 [g / cm3] 점도 : 0.0165 [Poise, 표면 장력 : 440 [dyne / cm]
솔더의 젖음 확산 (압인 가공 없음)
솔더의 젖음 확산 (압인 가공 있음)
솔더 브리지 분석
솔더 브리지 분석 절차
미리 배치하는 솔더 페이스트 양과 리드 간 피치의 관계가 부적절한 경우, 솔더 브리지와 미 납땜 등의 접합 불량이 일어납니다. 또한 이들이 적절한 관계에 있어서도 접합 불량을 일으키는 경우가 있습니다. 여기에서는 그 원인으로 표면 상태의 변화를 가정 한 경우의 해석을 실시합니다.
[순서]
- 납땜 제품 제조 공정 : 전자 부품과 기판을 납땜으로 접합
- 땜납 접합 분석 : 솔더의 가열 용융에서 냉각 응고의 과정을 분석
- 인쇄 회로 기판의 납땜
- 솔더 브리지 분석 : 솔더 접합 불량(브리지) 재현
- 솔더의 젖음 확산 형상 (2 차원 모델)을 실측 필렛 형상과 비교 검증
- 솔더의 젖음 확산 형상 (3D 모델)을 실측 필렛 형상과 비교 검증
- 자기 정렬 효과
- 플로우 납땜 : (분사 방식)
- 플로우 납땜 : (딥 방식)
- 솔더의 젖음 상승 (압인 가공 있음 없음)
- 리드선과 전극 판의 솔더 조인트
- 리플 로우 타입의 칩 / 솔더의 변형 응력 해석 사례
2 차원 모델의 비교 검증
실제 현상
땜납 용융시에 전자 부품은 중력에 의한 자중으로 기판 방향으로 가라 앉는 때문에이를 미리 계산 조건으로 고려하여 둡니다.
3 차원 모델의 비교 검증 (1)
전자 부품의 대칭성을 고려한 부분 영역의 3 차원 모델 분석하고 실제 솔더 필렛 형상과 비교 확인합니다. 처음에는 정상적인 접합의 경우를 분석합니다.
3 차원 모델의 비교 검증 (2)
다음 솔더 브리지가 일어날 경우를 분석합니다. 여기에서는 어떠한 요인에 의해 솔더가 젖어 확산 영역의 표면 상태가 변화 한 것을 가정하여 분석을 실시 하였다.
