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PCB 생산 과정에서 플럭스를 제거해야 하는 이유는 다음과 같습니다.
잔류 플럭스의 부식성: 플럭스는 솔더링 과정에서 금속 표면의 산화물을 제거하여 접합을 용이하게 하는 역할을 하지만, 솔더링 후 잔류하는 플럭스는 시간이 지남에 따라 부식성을 나타낼 수 있습니다. 이는 PCB의 회로를 손상시키고 장비의 수명을 단축시킬 수 있습니다.
절연 저항 감소: 플럭스 잔류물은 절연 저항을 감소시켜 회로 간의 누설 전류를 발생시킬 수 있습니다. 이는 오작동이나 단락을 유발할 수 있습니다.
표면 오염: 플럭스 잔류물은 먼지나 습기를 흡수하여 PCB 표면을 오염시킬 수 있습니다. 이는 외관상의 문제뿐만 아니라 전기적 성능에도 영향을 미칠 수 있습니다.
후속 공정 문제: 플럭스 잔류물은 컨포멀 코팅, 와이어 본딩 등 후속 공정의 품질을 저하시킬 수 있습니다.
케미칼 세정 방식
플럭스 잔류물을 제거하기 위한 케미칼 세정 방식은 다음과 같습니다.
수동 세정: 브러시나 천에 세정액을 묻혀 PCB 표면을 직접 닦아내는 방식입니다. 간단한 작업에 적합하지만, 복잡한 형상의 PCB나 대량 생산에는 효율성이 떨어집니다.
침적 세정: PCB를 세정액에 담가 플럭스 잔류물을 용해시키는 방식입니다. 수동 세정보다 효율적이지만, 세정액의 오염도가 높아질 수 있으며, 세정 후 건조 과정이 필요합니다.
초음파 세정: 세정액에 초음파를 가하여 플럭스 잔류물을 분리시키는 방식입니다. 침적 세정보다 세정 효과가 뛰어나지만, PCB에 손상을 줄 수 있으며, 소음이 발생할 수 있습니다.
스프레이 세정: 세정액을 PCB 표면에 분사하여 플럭스 잔류물을 제거하는 방식입니다. 대량 생산에 적합하며, 세정액의 오염도를 낮게 유지할 수 있지만, 설비 비용이 높고 세정액의 낭비가 발생할 수 있습니다.
케미칼 세정 방식의 종류
수계 세정제: 물을 기반으로 하는 세정제로, 환경 친화적이지만, 세정력이 약하고 건조 시간이 오래 걸릴 수 있습니다.
준수계 세정제: 물과 유기 용제를 혼합한 세정제로, 수계 세정제보다 세정력이 강하지만, 환경 오염의 우려가 있습니다.
유기 용제 세정제: 유기 용제를 기반으로 하는 세정제로, 세정력이 뛰어나지만, 인체에 유해하고 환경 오염의 우려가 있습니다.
CO2 알갱이 분사 세정 방식의 작업성 장점:
빠르고 일관된 세정 속도: 고압 분사로 빠른 시간 안에 세정 가능하며, 자동화 시스템과 연동 시 일관된 속도를 유지할 수 있습니다.
복잡한 형상 및 미세 부품 주변 접근성: CO2 알갱이가 기체로 승화되면서 좁은 공간이나 복잡한 형상에도 효과적으로 침투하여 세정합니다.
별도의 준비 작업 불필요: 세정 전 PCB를 특별히 준비할 필요 없이 바로 세정 작업이 가능합니다.
후처리 작업 불필요: 세정 후 잔여물이 남지 않아 별도의 린스나 건조 과정이 필요 없습니다. 이는 작업 시간을 단축시키고 추가적인 설비 투자를 줄여줍니다.
비접촉식 세정: PCB에 물리적인 접촉이 없어 부품 손상 위험을 최소화합니다.
이러한 작업성 장점 덕분에 CO2 알갱이 분사 세정은 생산 효율성을 높이고, 작업자의 부담을 줄여주는 효과적인 세정 방식입니다.
CO2 알갱이 분사 세정 방식이 기존 세정 방법에 비해 차별적인 세정 효과를 제공하는 몇 가지 핵심적인 측면
1. 세정 메커니즘의 차이:
기존 세정 방식 (화학 약품 기반): 화학 약품을 사용하여 오염 물질을 용해시키거나 화학 반응을 통해 제거합니다. 이 과정에서 잔류물이 남을 수 있고, 좁은 공간이나 복잡한 형상에는 약품이 제대로 침투하지 못할 수 있습니다.
CO2 알갱이 분사 세정: 드라이 아이스 알갱이를 고속으로 분사하여 오염 물질에 충격을 가해 제거합니다. 알갱이가 승화하면서 부피가 팽창하여 오염 물질을 더욱 효과적으로 분리해냅니다.
2. 세정 효과의 차별성:
미세한 오염 물질 제거: 드라이 아이스 알갱이는 매우 작고 균일한 크기를 가지므로, 미세한 틈새나 복잡한 형상 내부에 있는 오염 물질까지 효과적으로 제거할 수 있습니다.
표면 손상 최소화: CO2 알갱이는 부드러운 재질로 PCB 표면에 손상을 주지 않으면서 오염 물질만 선택적으로 제거합니다.
잔류물 없음: 드라이 아이스 알갱이는 세정 후 기체 상태로 승화되므로, 화학 약품 기반 세정처럼 잔류물이 남지 않습니다. 이는 추가적인 린스 과정이 필요 없음을 의미합니다.
다양한 오염 물질 제거: 플럭스 잔류물, 먼지, 기름, 기타 입자성 오염 물질 등 다양한 종류의 오염 물질을 효과적으로 제거할 수 있습니다.
3. 차별적인 장점:
환경 친화적: 화학 약품을 사용하지 않으므로 환경 오염을 줄일 수 있습니다.
안전성: 유해 화학 물질에 노출될 위험이 없어 작업자의 안전을 보장합니다.
생산성 향상: 빠른 세정 속도와 후처리 작업 불필요로 생산성을 향상시킬 수 있습니다.
균일한 세정 품질: 자동화 시스템과 연동 시 균일한 세정 품질을 유지할 수 있습니다.
4. 구체적인 예시:
고밀도 PCB: 고밀도 PCB의 미세한 회로 패턴 사이에 있는 플럭스 잔류물을 효과적으로 제거합니다.
BGA (Ball Grid Array) 패키지: BGA 패키지 밑면에 있는 솔더볼 주변의 오염 물질을 효과적으로 제거합니다.
플립칩 (Flip Chip) 패키지: 플립칩 패키지의 언더필(Underfill) 주변에 있는 오염 물질을 효과적으로 제거합니다.
이러한 차별적인 세정 효과 덕분에 CO2 알갱이 분사 세정 방식은 고품질, 고신뢰성을 요구하는 PCB 제조 분야에서 점점 더 많이 활용되고 있습니다. 특히, 기존 세정 방식으로 해결하기 어려웠던 미세 오염 문제나 환경 규제에 대한 대응이 필요한 경우에 CO2 알갱이 분사 세정 방식은 효과적인 대안이 될 수 있습니다.
CO2 알갱이 분사 세정이 특정 오염 물질 제거에 더 효과적인 이유
열충격 효과 (Thermal Shock):
드라이 아이스 알갱이의 극저온 (-79°C)은 오염 물질과 PCB 표면 사이에 급격한 온도 차이를 발생시킵니다. 이러한 열충격은 오염 물질의 수축 또는 균열을 유발하여 PCB 표면과의 결합력을 약화시킵니다.
특히, 열팽창 계수가 다른 오염 물질 (예: 플럭스)과 PCB 기판 사이에서 열충격 효과가 더욱 두드러지게 나타나 오염 물질을 효과적으로 분리할 수 있습니다.
운동 에너지 전달 (Kinetic Energy Transfer):
고속으로 분사되는 드라이 아이스 알갱이는 PCB 표면에 충돌하면서 운동 에너지를 전달합니다. 이 에너지는 오염 물질에 직접적인 충격을 가하여 기계적으로 제거하는 데 기여합니다.
입자성 오염 물질 (예: 먼지, 작은 입자)은 운동 에너지에 의해 PCB 표면에서 쉽게 분리됩니다.
승화 시 부피 팽창 (Sublimation Expansion):
드라이 아이스 알갱이는 PCB 표면에 충돌하는 즉시 고체에서 기체로 승화됩니다. 이 과정에서 부피가 급격하게 팽창 (약 800배)하면서 오염 물질을 PCB 표면에서 밀어내는 역할을 합니다.
특히, 좁은 공간이나 틈새에 있는 오염 물질은 승화 시 부피 팽창에 의해 더욱 효과적으로 제거됩니다.
용해력 (Solvency):
드라이 아이스는 극성 및 비극성 오염 물질 모두에 대해 어느 정도 용해력을 가지고 있습니다.
플럭스와 같은 유기 오염 물질은 드라이 아이스에 의해 용해되어 제거될 수 있습니다.
특정 오염 물질에 대한 효과:
플럭스 잔류물: 열충격 효과, 운동 에너지 전달, 승화 시 부피 팽창, 용해력 등 복합적인 요인에 의해 효과적으로 제거됩니다. 특히, 노-클린 플럭스 (No-Clean Flux)와 같이 제거하기 어려운 플럭스 잔류물에도 효과적입니다.
입자성 오염 물질 (먼지, 작은 입자): 운동 에너지 전달과 승화 시 부피 팽창에 의해 쉽게 제거됩니다.
기름 및 그리스: 드라이 아이스의 용해력과 열충격 효과에 의해 제거됩니다.
산화물: 드라이 아이스 블라스팅은 표면의 산화막을 제거하는 데에도 효과적입니다.
이러한 복합적인 작용 메커니즘 덕분에 CO2 알갱이 분사 세정은 특정 오염 물질, 특히 플럭스 잔류물 제거에 기존 세정 방식보다 더 효과적인 결과를 제공할 수 있습니다. 그러나 오염 물질의 종류와 특성, PCB의 재질과 구조 등을 고려하여 최적의 세정 조건을 설정하는 것이 중요합니다.
