Hot Air reflow vs Vapor

대류 열풍 솔더링 리플로우 VS 증기 기상 리플로우 솔더링 비교

Hot Air 방식 vs Vapor 방식의 차이점은 아래와 같습니다

▶ Vapor의 단점

• Vapor 방식은 사용 온도에 따라 Galden 케미컬을 바뀌어주어야 한다.
   
• 대량 생산 작업이 어렵다.
   
• Peak 온도가 상이한 여러 제품의 솔더링이 번거로움​

▶ Vapor의 장점

• 균일한 온도 분포
  : 증기가 모든 표면과 틈에 균일하게 응축되면서 잠열(Latent Heat)을 방출하여, PCB 전체에 걸쳐 완벽하게 균일한 온도를 보장
   
• 정밀한 최대 온도 제어
  :과열(Overtemperature) 위험 없이 솔더 페이스트의 액화 온도(Liquidus Temperature) 바로 위에서 정확하게 유지
   
• 공정의 재현성
  : 반복 작업에도 Solder 산화 및 부품 손상 Hot Air 방식에 비해 20 ~ 100배 안전하다.​
   
• 산소 배제 환경
  : 질소(N2) 가스를 사용하는 대류 오븐보다 더욱 효과적인 산소 배제 환경을 제공. 산화 없이, 모든 부품에 균일하게 열을 전달하는 차세대 리플로우 기술
   
• 특정 부품 솔더링에 유리
  : 열 질량이 높은 부품이나 정밀한 온도 제어와 균일성은 온도에 민감한 부품(예: MEMS, 옵토일렉트로닉스)의 열 스트레스(Thermal Stress)를 최소화하고 손상을 방지하는 데 도움

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Vapor 환경에서 Rework을 하면 부품손상 없으며 완벽한 Rework 작업 가능하다

▶ Vapor reflow (증기상 솔더링) vs  Hot Air reflow (열풍 솔더링) 비교

증기(Vapor) 솔더링 과 Hot Air 솔더링 온도 특징 :

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▶ Valor 솔더링은 Reflow 구간 균일한 온도를 지속적인 온도 유지 가능하다.

▶ Hot Air 강제대류 방식은 Pick 온도를 지속 유지가 일정 시간 외 불가능하며, vapor 방식에 비해 정밀 온도 제어가 떨어진다.

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Vapor와 Hot Air 방식의 열전달 방식

증기기상(Vapor Phase) 리플로우는 불활성 액체의 끓는점을 이용한다. PCB가 증기 구역에 들어가면, 증기가 모든 표면과 틈에 균일하게 응축되면서 잠열(Latent Heat)을 방출한다.

이 과정은 PCB 전체에 걸쳐 완벽하게 균일한 온도를 보장하며, 이는 대형 보드나 복잡한 부품이 혼재된 보드에서도 핫 스팟(Hot Spot)이나 콜드 스팟(Cold Spot)을 방지한다.

그러므로, 6면체 모든 PCB 와 솔더 접합 부분 동시 가열, BGA 와 같은 내부 모두 고온 증기층이 한 번에 고르게 열전달되며, 산소가 없는 상태에서 납땜 이루어져 저온에서 부품 손상 없이 납땜 가능하다.

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표면에서 더운 공기가 BGA 밑면 중앙까지 전달이 외쪽과 상이하며 열전달이 느려 BGA 같은 부품 내부까지 열전달에 시간이 필요하다, 이로 인하여 온도에 민감한 부품에 손상이 될 수 있다. 오랜 고온 유지 시 부품 산화 발생이 된다.

Vapor 솔더링은 ​증기 응축을 통한 잠열 전달은 대류나 복사열 전달보다 훨씬 효율적이다. 이 때문에 히트싱크(Heat Sink)나 접지면(Ground Plane)이 커서 열 질량이 높은 부품이나 PCB 영역도 빠르고 균일하게 온도를 올릴 수 있다.

< 증기 기상 솔더링 VS 열풍 대류 방식 솔더링 비교>

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Void 발생률

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리플로우 공정의 최대 온도(Peak Temperature)는 사용되는 불활성 액체(예: Galden)의 끓는점으로 정확하게 결정된다.

따라서 과열(Overtemperature) 위험 없이 솔더 페이스트의 액화 온도(Liquidus Temperature) 바로 위에서 정확하게 유지된다.

또한, 질소(N2) 가스를 사용하는 대류 오븐보다 더욱 효과적인 산소 배제 환경을 제공한다.

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리플로우 오븐과 비교할 때, 증기상은 열전달이 더 좋고, 온도가 균일하며, 과열이 없고, 납땜 되지 않은 부품이 적으며, 낮은 온도로 인해 부품에 대한 스트레스도 덜 받습니다. 전반적으로 증기 기상은 납땜 결과를 더 좋고 일관되게 만든다.

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또한 Flux 연기가 발생되지 않으며, 납땜 활성화될 때, Flux는 증기와 같이 액체가 되어 Galden 과 같이 침전됩니다. 갈덴 납땜 원리는 증기를 기반으로 하며, 갈덴 유체를 끓는점까지 가열(응축열) 하여 포화 증기를 만들어 체임버를 채운다. 더 차가운 전자 조립체가 도입되면 표면에 증기가 응축되어 많은 열을 방출하여 PCB 조립체를 균일하게 가열하고 Solder를 녹인다.

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이 공정은 조립체의 온도가 Galden(갈덴) 유체의 일정한 끓는점 내에 제한되기 때문에 과열을 방지하고 균일한 온도를 유지한다.

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Vapor 환경의 Rework (기상 솔더링 환경의 리웍작업)

Vapor 환경에서 BGA, QFP 등 Rework 품질은 매우 우수하며, 납 산화, 부품손상을 극소화 할 수 있는 좋은 방법이다. 최근 탁상형 소형 Vapor 솔더링 장비가 출시되어 연구 개발 및 Prototype, Small Milti 고품질 솔더링 작업을 원하는 사용자들에게 좋은 소식이다.

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탁상형 250/460 Vapor 장비에 대한 제원

• 40년 기술 집약: 연구 개발 및 소량 다품종 생산에 최적화된 베이퍼 솔더링 장비
• 최고의 품질 보장: 탁월한 온도 균일성으로 BGA, QFP, Underfill 솔더링 품질 우수
• 산화 Zero 공정: O2가 없는 환경에서 솔더링을 진행하여 부품 손상 및 Void를 최소화하고 산화 발생률 0% 달성