5 1.2주제-복합 공정 관리 항목 김성은 위원

복합 공정 관리 항목 Ⅰ. IONIZER 관리Ⅱ. 나사 ( 볼트 ) 개요Ⅲ. Smart 한 SMT 소개 - Bonding 적용 SMT - Advanced Process Control

전문위원 김성은

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Ⅰ. IONIZER 관리Ⅱ. 나사 ( 볼트 ) 개요Ⅲ. Smart 한 SMT 소개 - Bonding 적용 SMT - Advanced Process Control

정전기로 인한 장애

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1) 인체에 적체 되여 있던 정전기가 순간적으로 흐르면서 발생하는 쇼크에 의해 피부의 비타민이 파괴 되어 피부염증을 발생시킨다 . 의학계에서는 정전기가 피부의 가려움증을 심화시키고 혈액 중의 산이나 알칼리의 농도를 높여 당뇨병 , 심장병 환자에게 좋지 않은 영향을 준다는 의견을 내놓기도 한다 .

2) 회로가 내장된 부품 혹은 기기를 만질 때 순간적으로 흐르면서 정밀 전자 회로내의 반도체를 파괴 시킨다 ( 사람이 피부로 느끼는 정전기는 3,000 볼트 정도이나 , 반도체와 같이 민감한 전기 제품은 10 볼트의 정전기에 의해서도 파괴될 수 있다 )

3) 도장현장에서 도색페인트에 포함된 석유류의 휘발성물질이 정전기에 의해서 폭발사고 로 이어진다 ( 자동차 도색 라인에서 여러 차례 사고발생 )

4) 종이와 필름 공정 , 섬유와 플라스틱 공정 산업에서 예기치 않은 정전기의 충전과 충전된 먼지 입자는 생산의 부정확성과 품질 저하 및 화재를 야기 할 수있다 .

정전기 제거장치의 설치가 절대적으로 필요함 !!!!

Ⅰ. IONIZER 관리

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1) 제전복 착용2) 제전화 착용3) 제전 장갑 착용4) 어스링 착용5) 제전 매트 설치6) 제전발 설치7) 설비 접지8) 적절한 습도 관리9) Ionizer 설치 등

정전기를 제거하는 조치들Ⅰ. IONIZER 관리

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모든 원자는 핵의 양성자 (+) 갯수와 그 주변을 돌고 있는 전자 (-) 의 갯수가 동일하기 때문에 겉으로 보는 전기적인 특성은 중성상태이다이때 , 강제적인 외부 힘이나 , 마찰 , 대전 등에 따라 전자가 이동되어 이온 상태로 변한다

규소 예

원자 구조통상 모든 물질은 , 양자의 수와 전자의 수는 동일한 상태이다( 정전기가 없는 상태 )

Ⅰ. IONIZER 관리

음이온 상태 ( 마찰이나 대전으로 전자를 하나 얻음 )

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14개14개

14개15개

음이온 상태 전자를 외부에서 받으면 전체적으로 -성질을 띠게 되고 , 이 상태를 음이온상태 ( 마이너스 방전 ) 라고 한다

Ⅰ. IONIZER 관리

양이온 상태

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14개14개

14개13개

양이온 상태 ( 마찰이나 대전으로 전자를 하나 뺏김 )

전자를 외부에 뺏기면 전체적으로 +성질을 띠게 되고 , 이 상태를 양이온 상태 ( 플러스 방전 ) 라고 한다

Ⅰ. IONIZER 관리

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Ionizer 라는 것은 앞에서와 같이 음이온 또는 양이온을 강제로 만들어 주어 전자가 어느 한쪽으로 치우친 것( 정전기가 발생 된 것 ) 을 양이온 또는 음이온 공기를 분사시켜 중성상태로 만들어 주는 장치나 장비를 말한다

AC 또는 DC 의 고전압 (5-20Kv) 을 핀의 끝에 주면 핀 끝에 자기장이생성되어 분자를 이오나이즈 시켜 전자를 방출 ☞ 핀 끝의 전압이 양극일 경우 , 양이온이 발생되고 음극일 경우 음이온이 발생AC Ioniza-tion

DC Ioniza-tion

현장을 고려하여 AC 또는 DC type 을 선정 한다

Ⅰ. IONIZER 관리

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코로나 방전이란 ?

기체 속 방전의 한 형태로 , 한 쪽이나 양 쪽의 전극이 뾰족한 모양일 때 극 부분의 전기장이 강해져 방전이 일어나는 현상

기체 중에서 두 전극간의 전압을 상승시켜 가면 어느값에서 불꽃 방전이 발생하는데 , 전극간의 전계가평등하지 않으면 불꽃 방전 이전에 전극 표면상의 전계가 큰 부분에 발광 현상이 나타나고 , 1~100 ㎂ 정도의 전류가 흐른다

Ionizer 도 코로나 현상을 이용한 장치이다

Ⅰ. IONIZER 관리

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자료 인용 : 한국 휴글 전자

Ionizer 원리1) Ionizer 에 내장된 방전바늘에 고전압을걸어 , 플러스 이온과 마이너스 이온을 인공적으로 만들어 낸다

코로나 현상 발생부

2) 만들어진 플러스 이온과 마이너스 이온을 그대로 두면 , 서로 끌려서 결합해 버린다 이때 , 두개의 이온은 중화 되어 없어져 버린다

Ⅰ. IONIZER 관리

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인용 : 한국 휴글 전자

3) 발생된 두개의 이온이 가까운 거리에서 결합하기 전에 바람의 힘을 이용하여 , 정전기를 없애고 싶은 대상물까지 보내준다

4) 만일 대상물이 플러스의 경우는 대상물이 플러스 정전기를 띠고 있으면 , 마이너스 이온을 끌어 들일 수 있어 결합해 중화시키고 플러스 이온은 서로 반발해 날아간다

Ⅰ. IONIZER 관리

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인용 : 한국 휴글 전자

5) 만일 대상물이 마이너스의 경우는 대상물이 마이너스 정전기를 띠고 있으면 , 플러스 이온을 끌어 들일 수 있어 결합해 중화시키고 마이너스 이온은 서로 반발해 날아간다

Ⅰ. IONIZER 관리

전극침의 전면에 있는 팬이 돌면서 이온을 대상물 까지 보냄 ☞ 대량의 양이온과 음이온을 방출 함으로써 대전체 표면의 불균형 한 이온들을 덮어 버림

Ionizer 는 주기적으로 핀 끝을 청결히 해 주어야 한다

핀이 역할을 안 하면 선풍기 일뿐이다 !!!!

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Ⅰ. IONIZER 관리

DC Ionizer

구조 無風시 효과 영역

700mm

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Ⅰ. IONIZER 관리

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DC Ionizer

Ion bal-ance

Ionizing (decay) time

Ⅰ. IONIZER 관리

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AC Ionizer

50mm

효과 영역구조

Ⅰ. IONIZER 관리

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AC Ionizer

Ion bal-ance

Ionizing (decay) time

Ⅰ. IONIZER 관리

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SMT 라인에서의 Ionizer 설치는 많으면 많을수록 좋다는 생각은 낭비이다실제 SMT 라인 구성 설비에서 정전기 발생의 원천은 Mounter 이다 .따라서 Mounter 이후에 설치 하여야 하나 , 풍량에 의하여 Solder 가영향을 받으므로 Reflow oven 이후에 설치가 가장 바람직하다

Printer

SPI Mounter Reflow oven UnloaderLoader

① ② ③ ④ ⑤

Ionizer 설치 장소Ⅰ. IONIZER 관리

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Ionizer 설치 위치

대상물과 유효 거리 안에 설치 하여야 한다

Ⅰ. IONIZER 관리

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주요 관리 FACTOR 1) 제품 또는 공정 특성울 고려한 TYPE 결정 2) 효과를 볼 수 있는 설치 장소 선정 3) Ionization 영역을 고려한 설치 위치 준수 4) 주기적인 청결 상태 유지 ( 방전침 세정 ) 5) Ion-Balance 와 Decay time 의 정기점검 ◎ 10sec 이내 ±1,000V → ±100V 이하로 ◎ 발란스 ±50V 이하

Ⅰ. IONIZER 관리

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파손된 유형Ⅱ. 나사 ( 볼트 ) 개요

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파손시 1 차 귀책은 나사 ( 볼트 ) 의 불량으로 판단하는 경향이 크나 , 정확한 설계와 사용이 반영 되었는지 확인하여야 함

주요 명칭

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리드각

Ⅱ. 나사 ( 볼트 ) 개요

나선 곡선

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가상 원통 위의 한 점이 축 방향의 직선 운동과 접선 방향의 회전 운동을 일정한 비율로 움직였을때 원통에 그려지는 궤적


나사산 모양에 따른 종류

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너트를 돌려서 볼트를 죄면 볼트는 신장되고 , 신장된 볼트는 원상으로 복귀하려고 하여 축력 ( 軸力 ) 이 발생되며 이 축력으로 대상물체가 죄어 져 고정된다 .

이 축력을 발생시키기 위해 가 한 토크는 대략 하여 볼트의 자리면의 마찰에 50%, 나사면의 마찰에서 40% 나머지 10% 는 리드각 ( 피치 ) 에서 소비된다50 % 40 %

볼트의 체결력과 토크

축력이 중요한 체결 지표이다26


27

응력 집중도

체결 前 체결 後


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나사를 체결 할 때의 체결 토크 T 와 체결력 F 의 관계는 나사가 항복점 이하 일 때 비례관계에 있고 아래와 같다KdFT

)')'tan((21 2

dd

ddK n

Kd2dnd

'

'

: 토크 계수 ( 일반적 0.15~0.2): 나사의 호칭경: 나사의 유효경: 볼트 두부자리면 또는 너트자리면의 평균직경

: 나사의 리드각: 나사산 접촉면의 환산마찰각: 나사산 접촉면의 마찰계수: 나사산 각도: 볼트두부자리면 또는 너트자리면과 피체결물과의 접촉면의 마찰계수

)2//(cos1tan

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항복 조임 축력 (yield clamping force) 조임에 의하여 볼트가 항복 되었을 때의 축력값항복 조임 토크(yield tightening torque)

조임에서 축력이 항복 조임축력에 도달하였을 때의 조임 토크값

볼트의 신장과 조임 축력의 관계

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항복점파단점


볼트의 조임 방법

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항복점파단점

일반적으로 아래 KS 의 3 가지 조임 방법이 많이 쓰이며 통상 토크법이 가장 많이 쓰임 (KS B 0140)


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전단응력인장응력

굽힘응력

볼트가 받는 응력Ⅱ. 나사 ( 볼트 ) 개요

나사 조일때

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회전력

회전토크


나사 풀때

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회전력

회전토크

풀림시 회전 토크는 조임시 토크의 약 80% 가 된다


π d

pP

W

π d

pP

W

거칠은 언덕길 ( 마찰 大 )

평탄한 언덕길 ( 마찰 小 )

: 마찰계수 小

: 마찰계수 大35


마찰계수에 따른 체결력과 토크 관계

조임 토크와 조임 축력 관계36


조임 토크와 조임 축력 관계 체결력과 토크 관계37


KS 볼트의 체결력과 토크

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한국소성가공학회지 16 권 2 호

등가응력 곡선 ( 축력 , 토크 선도 )

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나사의 적정 조임 계산 예시40


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나사는 1) 체결부의 재질과 종류 , 재질 등을 고려하여 정확한 설계치가 계산 / 반영 되어서 선정 되어야 함 ☞ 좌면부의 소성변형 2) 대다수 제조사는 생산 현장의 경험치가 반영되어 선정 됨으로써 공정 중 불량이 발생되거나 현장에서 불량 발생시 대처가 용이 하지 않음 ( 대부분 공정 조건 불량으로 간주하여 개선 코자 함 ) 3) 시업 전에 드라이버의 전동 토크를 점검하여 관리 하여야 함 ☞ 좌면부 , 나사간의 마찰값의 차이는 적용체결토크의 조정이 필요 4) 풀림에 의한 영향을 고려하여 나사를 선정 하여야 하며 , 적절한 조임 토크를 산출하여 적용 하여야 하며 , 보완적으로 도정용 약품 또는 와셔등을 사용한다 ☞ 체결 후 진동으로 인하여 리드면에서 풀림 현상 대처

결론Ⅱ. 나사 ( 볼트 ) 개요

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자료 인용 : Panasonic Factory Solution Co.,ltd


1. 기존 Bonding 적용 공법<BONDING 사용 목적 >양면 모두 표면 실장을 위해 , 2 차 리플로우 시에 솔더의 재용융으로 인해 부품 ( 주로 대형 부품）의 낙하 방지의 용도로 사용 하거나 , 플로우에서 칩 부품이 낙하되지 않기 위해 , 임시 고정 접합용도에 사용

1) 대표적인 SMT 의 생산현장에서 사용되고있는 사례

Ⅲ. Smart 한 SMT 소개 - 1)Bonding 적용 SMT

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2) 대표적인 FLOW 의 생산현장에서 사용되고있는 사례

BOND 가 납땜 용융점보다 낮은 온도에서 먼저 경화 되어 , 고착된뒤 REFLOW 爐 내에서 SOLDER 가 용융되면서 부품이 자리잡는 것이 불가하여 , 냉땜 , VOID 의 발생 원인이 되고 있음 ( 별도의 본딩기와 경화 오븐이 있어야 함 )


기존 공법의 문제점

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Patent No.2682366, 3146888Method patent No. 2639293, 3147116USP 5447267, 5741597

납땜이 용융되는 온도보다 상대적으로 고온에서 경화되는 본드 적용 ☞ 일명 ‘셀프얼라이먼트 접착제’를 사용하여 , SOLDER 문제 해결 ( 일본 “ T 자동차 협력사” )

2. 신 Bonding 적용 공법Ⅲ. Smart 한 SMT 소개 - 1)Bonding 적용 SMT

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Top View Side View

Conventional Adhesive


동영상

출처 : Panasonic Factory Solution Co.,ltd

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Top View Side View

Self-alignment Adhesive


동영상


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Solder 의 융점을 고려하여 경화되도록 접착제를 자동차 협력사와 개발함


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1) SOLDER 용융과 동시에 부품이 자리를 잡은 후 , 본드가 경화되어 2 차 불량 발생이 적음2) SOLDER 시 부품이 들뜨기 쉬운 Connector 류와 SOP, QFP 등의 고정 작업이 용이3) 기존의 Chip mounter 의 shaft 에 본딩 카트리지를 장착하여 활용 하므로 별도의 본딩기가 불필요함4) REFLOW 의 온도로 경화 시키므로 별도의 Curing 기가 불필요 (PFSC 가 개발한 접착제로 일본 미국내에서 활용중임 )


3. 신 Bonding 적용 장점

Patent No.2682366, 3146888Method patent No. 2639293, 3147116USP 5447267, 5741597

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4. 기타 본딩 공정 적용 사례 경화 타이밍 제어에 의해 REFLOW 내에서의 BGA보강이 가능토록 함 (REFLOW 와 CURING 이 동시에 됨 )

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종래의 언더필 코너접착（인라인공법）　


[ BGA/CSP 용 코너 접착제 사용예 ] 코너접착을 함으로써 접합 신뢰도를 올리고 , Rewok 가 용이하며 , Solder 플래쉬 발생을 없앰

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적용 제품군류 ( 日本 )


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자료인용 : Panasonic Factory Solution Co.,ltd


PC ・ AV 기기중심 , 전자기기

PoP 2 ｓｔａｃk

PoP 2 ｔａｃｋ PoP 2 ｓｔａｃｋ(TSV)

WL CSP 　P=0.5mm

WL CSP 　P=0.4mm

WL CSP P=0.3mm

flip chip +

S-CSPFC

P=0.25mmFC

P=0.2mmFC

P=0.15mm

스마트폰 배터리

기판

기판 배터리

기판두께　 1 ２ mm 　１０ mm 　８ mm

갭 갭

갭 갭

Device 분야 , 업계동향 출처 :JAITA( 일본 실장 기술 로드맵 )

Ⅲ. Smart 한 SMT 소개 - 2)Advanced Process Control

0402 의 보편화56

스마트폰 회로기판의 동향

１．표면실장의 고밀도화

２．ＦＰＣ모듈로의 부품실장 시프트

３．부품내장기판의 적용증가

・칩미소화：０３０１５、０２０１・ＣＳＰ파인칩화：０．３ｍｍ미만・단편부품의 모듈화

・ＦＰＣ에서의０４０２실장・ＦＰＣ에서의 양면실장

・모듈레벨에서의 부품내장기판・마더보드레벨에서의 부품내장기판


스마트폰 회로기판의 동향

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출처 :JEITA 「 2013 년도 일본실장기술로드맵」

년도


사이즈 구성율

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0603 사이즈에서 0402 로이동중

출처 :JEITA 「 2013 년도 일본실장기술로드맵」

스마트폰 Chip 변화Ⅲ. Smart 한 SMT 소개 - 2)Advanced Process Control

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total75%

40225%

total68%

40232%

2010 年 9 月リリース

출전； Semiconsult

기판표면적은 작게 되고 , 모델 체인지마다 기능은 확대

칩간격 피치 ：　 0.2mm 　　 => 0.17mm 　 => 0.15mm

0402비율

모델 A 모델 B 모델 C

A 사 사례 : 0402 비율Ⅲ. Smart 한 SMT 소개 - 2)Advanced Process Control

출처； Semiconsult60

0402 Chip 의최소부품간 피치 0.15mm

일부 타사 스마트폰에서는더욱 미세화된0.12mm 적용중

0402 칩 실장 사례

출처； Semiconsult


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APC(Advanced Process Control) Function 개요

Feed Back SPI 에서 인쇄기로 인쇄 위치 보정Feed Forward SPI 에서 마운터로 틀어진 솔더 위치 감안 실장 위치 보정M, Feed Back M AOI 에서 마운터로 마운터 위치가 틀어졌을때 실장위치보정

자료 인용 : Panasonic Factory Solution Co.ltd

초소형화인쇄 / 마운터 품질완성도필요

신뢰도 / 정밀도 있는 실장 device 필요 SMART 한

SMT 구연필요

실장후 품질 산포를 데이타화 분석

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APC(Advanced Process Control) Func-tion

인쇄 위치 틀어짐 정보를 SPI 로부터 취득 하여 ,인쇄기에 Feed Back 하여 인쇄를 보정함1) APC FB

초기 셋팅된 좌표가 아닌 , 수정된 좌료로 인쇄하여 , 실제 패드위에 도포함 출처 : Panasonic Factory Solution Co.,ltd

기존에는 사람이 조치함( 에러발생 / 시간소요 )

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APC(Advanced Process Control) Func-tion

2) APC FF 인쇄 위치 틀어짐 정보를 SPI 로부터 취득 하여 ,마운터에 Feed Foward 하여 실장 위치를 납이 도포된 위치로 보정함

거버데이터상의 좌표가 아닌 실제 도포된 솔더위에 실장출처 : Panasonic Factory Solution Co.,ltd

기존에는 사람이 조치함( 에러발생 / 시간소요 )

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3) APC MFB

APC(Advanced Process Control) Func-tionReflow 전에 AOI 에서 검사한 정보를 앞단의 마운터에정보를 Feed back 하여 흡착 · 실장 위치 자동 보정 지시및 그 밖의 생산 조건 , 결과를 축적하여 추적성을 올림


기존에는 사람이 조치함

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캐리어FPC

◆ 케리어 탑재 / FPC 맞춤

◆ 케리어 탑재 / 개별 FPC 맞춤

・ FPC 의 수축 팽창변화・기판마다의 맞춤 오차・기판 로트별 공차

솔더 인쇄 틀어짐


FPC 기판에서의 실장

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틀어진 솔더 위치에 , 정확한좌표로 부품을 실장 할 경우

기판의 Lot 불균일이나 ,마스크 문제로 인쇄 위치 틀어짐 발생리플로우 후 , 미소 부품의 들뜸 / 섬 불량이 발생

부품 들뜸( 모로 섬 )

브릿지　

리플로우 후 품질 불량 발생

틀어진 솔더 위치의 정보를 SPI 로 부터 취득하여 , 부품 실장 시 , 최적 실장위치 반영 실장하여 , 리플로우 시 Self Alignment.

APC기능Off 　

APC기능On 　


APC System 실제 사례

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Printing Place-ment

Reflow

Shift 된 솔더위치에 Chip 을 실장 했을 때 나타나는 현상For ①1

2

3

4

FPC position concern on car-rier

For ④

Chip shifted

FPC on carrier board by manual setting

APC Parameter setting func-tion

ＡＢ

Ｃ

ＤＥ

ＦＧ

ＨＩ

Printing Placement Reflow

Chip 부품은 Pad 와 , Shift 된 솔더 사이의 가장 적합한 위치에 실장 되어야 한다APC system 은 단순히 Shift 된 솔더 위치에 실장 하는것이 아니라 , 최적 실장 위치를 설정하여 실장 하는것


Carrier Jig 에 틀어진 상태로 개별 Array 된 FPC 대응

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■ Test contents - 01005”(0402mm) chip on FPC - Printing position shifted by 0mm, 0.05mm, 0.1mm - APC On x 3 pattern, APC Off x 3 pattern

■ Test result

Printing shift amount 　　

PCB 1 PCB 2 PCB 3 Total Ratio PCB 1 PCB 2 PCB 3 Total Ratio

0mm 0/120 0/120 0/120 0/360 0% 0/120 0/120 0/120 0/360 0%

0.05mm 0/120 0/120 0/120 0/360 0% 2/120 2/120 2/120 6/360 2%

0.1mm 0/120 0/120 6/120 6/360 2% 5/120 14/120 37/120 56/360 16%

0mm 0/120 0/120 0/120 0/360 0% 0/120 0/120 0/120 0/360 0%

0.05mm 0/120 0/120 0/120 0/360 0% 1/120 0/120 7/120 8/360 2%

0.1mm 0/120 6/120 2/120 8/360 2% 34/120 39/120 18/120 91/360 25%

Defect Ratio

APC OFF

Resister

Capacitor

Printing shiftAPC ON


APC test parameter and results

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① 솔더 위치 기준 장착에 의해 산화 면적을 최소화 , 환원 가스를 억제함 ② 활성력이 높아져 , 셀프 얼라이먼트 효과에 의해 접속 형상을 좋게 함APC 적용시 효과

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Koh-Young CKDPARMI DJTEC TRI 　　

SPI


기존의 3D SPI 와도 호환 가능함

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동영상 (APC 미가동시 )


0603 CHIP CPU CHIP

72

동영상 (APC 가동시 )


0603 CHIP CPU CHIP

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동영상 (APC 가동시 )


콘넥터 Y 방향 콘넥터 경사방향

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Technology

5 1.2주제-복합 공정 관리 항목 김성은 위원