언더필 또는 코너 본드: 진동 신뢰도를 위한 덜 나쁜 선택

언더필과 코너 본드의 선택은 견고한 인쇄 회로 기판 조립을 설계하는 데 있어 가장 중요한 결정 중 하나입니다. 이는 전통적인 엔지니어링의 트레이드 오프입니다. 완벽한 답은 없으며, 특정 적용에 맞는 '덜 나쁜 선택'만이 존재합니다. 한쪽에는 요새처럼 부품을 보드에 고정하는 강성 에폭시인 모세관 언더필이 있는데, 이는 향후 서비스가 파괴적인 수술로 변하게 합니다. 반면 유연한 접착제인 엘라스토머 코너 본드는 충격을 흡수하면서 재작업의 가능성을 열어 둡니다.

Bester PCBA에서는 수년 동안 고객과 함께 이 선택을 고민해 왔습니다. 논쟁은 단순히 재료에 관한 것만이 아니며, 제품의 전체 라이프사이클에 영향을 미치는 전략적 선택입니다. 제조 복잡성부터 현장 서비스 가능성까지. 절대적 강성의 매력은 강하지만, 우리의 경험은 종종 너무 높은 대가를 치르게 된다는 것을 보여줍니다.

이것이 바로 우리가 올바른 보강 방식을 선택하기 위한 프레임워크입니다—일반적인 함정을 피하고 신뢰성과 실용성을 조화시키는 해결책을 찾는 데 도움을 주는 가이드입니다.

보이지 않는 적: 진동이 납땜 조인트를 깨뜨리는 방법

방어책을 선택하려면 먼저 공격을 이해해야 합니다. 볼 그리드 어레이(BGA)의 경우, 진동은 끊임없고 순환하는 힘입니다. 문제는 진동 그 자체가 아니라, 강한 BGA 패키지와 더 유연한 회로 기판 사이에 생성되는 차등 굽힘에 있습니다. 마치 딱딱한 세라믹 타일이 끊임없이 휜 고무 매트에 붙어 있다고 상상해보세요. 응력은 타일이나 매트가 아니라, 두 물체를 연결하는 가늘고 깨지기 쉬운 접착제 층에 집중됩니다.

PCBA에서 솔더 볼은 그 접착제 층과 같습니다. 회로 기판이 굽혀질 때, 가장 바깥쪽의 솔더 조인트는 엄청난 인장력과 전단 응력을 견디며, 사이클마다 반복됩니다. 이는 시간이 지남에 따라 미세 균열이 발생하게 하고, 결국 개전과 치명적인 실패를 초래합니다. 이것이 솔더 피로입니다. 이는 언더필과 코너 본드가 모두 방지하려 하는 주된 실패 방식이지만, 완전히 다른 철학을 통해서입니다.

단단한 요새: 모세관 언더필 이해하기

모세관 언더필은 솔더링된 후 BGA의 가장자리에 적용하는 저점도 에폭시입니다. 모세관 작용을 통해, 이 액체는 전체 부품 아래로 흡수되어 패키지와 PCB 사이의 간격을 채웁니다. 경화 후에는 견고한 연속 구조적 결합을 형성하여 부품 본체를 직접 기판 표면에 연결합니다.

작동 방식: 견고하고 일체형 구조 만들기

언더필의 핵심 원리는 차등 굽힘을 완전히 제거하는 것입니다. 견고한 연결을 만들어 BGA와 기판이 기계적으로 결합되어 하나의 단일 덩어리처럼 움직이도록 합니다. 이는 취약한 솔더 볼에서 스트레스를 멀리 옮기고, 부품과 기판 적층의 훨씬 넓은 표면적 전체에 걸쳐 분산시킵니다. 순수 진동 저항성을 위해, 이 방법은 매우 내구성이 강한 조립체를 만들어 BGA를 기판 자체의 필수 부품으로 효과적으로 만듭니다.

숨은 비용: 재작업 불가능성과 전달된 응력

그러나 이러한 강성은 양날의 검입니다. 첫 번째 비용은 서비스 가능성입니다. 언더필이 된 부품은 영구적입니다. 재작업은 섬세한 재납땜 과정이 아니며, 파괴적인 때우기와 깨기 작업으로 거의 보드 패드에 손상을 초래합니다. 그 BGA가 고장 나면, 전체 회로 기판이 종종 폐기됩니다.

더 미묘한 비용은 열 순환에 따른 응력 전이입니다. 언더필 에폭시, BGA 패키지, 그리고 FR-4 보드 모두 서로 다른 열팽창 계수(CTE)를 가지고 있습니다. 조립이 가열되고 냉각될 때, 각각이 다른 속도로 팽창하고 수축합니다. 경직된 언더필이 그것들을 고정하기 때문에, 시스템 내에 엄청난 응력이 축적됩니다. 이 응력은 흡수되지 않고 직접 BGA 패키지와 PCB로 전달되어 패드 크레이터링이나 다이 크랙과 같은 기타 고장을 유발할 수 있습니다. 언더필은 열응력 문제를 해결하여 진동 문제를 해결합니다.

유연한 수호자: 엘라스토머 코너 본드 이해하기

코너 본딩은 때때로 엣지 본딩이라고도 불리며, 정반대의 방식을 취합니다. 견고한 전면 에폭시 대신, 유연하고 탄력적인 접착제 방울을 BGA 패키지의 네 모서리에 적용하는 것입니다. 이것은 구성요소 아래로 흐르지 않습니다.

작동 방식: 가장자리에서 에너지 흡수하기

단일 견고한 구조를 만드는 대신, 코너 본딩은 일련의 충격 흡수기 역할을 합니다. 유연한 소재는 진동 에너지를 감쇠시키고 기판의 휨을 구성요소에 대해 제어하지만, 이를 완전히 제거하지는 않습니다. 약간의 유연한 움직임이 가능하게 하여, 효과를 높입니다. 모서리를 고정하면, 피로에 가장 취약한 외부 납땜 볼의 줄에 대한 응력을 상당히 줄일 수 있으며, 언더필이 만들어내는 높은 응력의 단일 블록을 생성하지 않습니다.

실용적 장점: 서비스 가능성 및 응력 완화

코너 본딩의 가장 큰 장점은 실용성에 있습니다. 재작업이 간단하고 비파괴적입니다. 코너 본드를 조심스럽게 자르면, BGA를 리플로우하고 재교체하며 표준 공정을 통해 다시 본딩할 수 있습니다. 이는 기판의 가치를 유지하고 현장 서비스를 가능하게 합니다.

접착제의 탄력성은 열 주기 동안에도 매우 유연하며, 그것이 유연하기 때문에, BGA와 PCB 간의 차이 확장과 수축을 흡수하여 매우 적은 응력을 발생시킵니다. 이것은 진동에 대해 방어하면서, 견고한 언더필과 관련된 열-기계적 위험을 초래하지 않습니다. 주된 문제를 해결하면서, 부수적인 문제를 만들지 않습니다.

결정적 요소: 선택을 위한 우리 프레임워크

언더필이 진동 저항에서 절대적인 최고치를 제공하는 반면, 우리는 그 단점들이 극단적인 조치로 만들어지며, 기본 솔루션이 아니라고 믿습니다.

언더필에 항복해야 할 때: 경직성에 대한 좁은 사례

Bester PCBA에서는 특정 상황에 대해 언더필을 예약합니다: 매우 크고 무거운 BGA(일반적으로 35mm 이상)가 있는 환경에서, 항공우주, 군사 또는 중공업 장비와 같이 심각하고 고주파 진동이 높은 환경에서. 이러한 응용 분야에서는 납땜 피로의 위험이 매우 높아 다른 우려보다 더 큽니다.

중요하게도, 이것들은 종종 계획되지 않은 재작업이거나, 단일 현장 고장의 비용이 매우 높아 보드의 희생이 허용되는 경우에 해당합니다. 실패가 옵션이 아니고 서비스 가능성이 문제가 되지 않는 제품을 설계한다면, 언더필은 필수적인 악입니다.

왜 코너본드가 우리의 기본 추천인지

상업용, 의료용, 자동차 전자기기 대부분에 대해, 우리는 코너 본딩을 강력히 권장합니다. 이는 강화되지 않은 부품에 비해 진동 및 충격 신뢰성을 크게 향상시키며, 가장 혹독한 환경을 제외한 모든 상황에 충분합니다. 이것은 제품의 미래를 희생하지 않으면서도 이러한 견고함을 달성합니다.

서비스 가능성을 유지하면서, 제조 복잡성을 줄이고, 언더필의 열 응력 위험을 피합니다. 납땜 조인트를 보호하면서도, 서비스 부서를 적대하지 않습니다. 이것이 현실적인 선택입니다.

결정을 안내하는 핵심 질문

고객이 이 문제를 가져오면, 우리는 그들과 플로우차트가 아닌 사고 과정을 안내합니다. 먼저, 제품의 현장 수명을 고려합니다. 서비스 및 수리 전략이 있나요, 아니면 일회용인가요? 수리가 필요하다면, 코너 본딩이 즉시 최우선 후보입니다.

다음으로, 작동 환경을 분석합니다. 보드가 경험할 전체 열 순환 범위는 무엇인가요? 온도 변화가 큰 제품에서는, 탄력적인 코너 본딩의 낮은 응력 적합성이 명확한 신뢰성 이점을 제공합니다. 마지막으로, 실패 비용과 제조 비용을 비교합니다. 언더필의 추가 공정 제어, 주기 시간, 재료 비용은 상당할 수 있으며, 코너 본딩이 완화할 수 없는 위험 수준으로 정당화되어야 합니다.

선택 너머: 프로세스 및 재료 고려 사항

당신의 결정은 조립 라인에 직접적인 영향을 미칩니다. 재료 선택은 단순한 설계 결정이 아니라, 당신이 약속하는 제조 공정입니다.

언더필의 요구: 디스펜싱, 경화, 그리고 공극

모세관 언더필링은 공정이 많은 작업입니다. 올바른 양의 재료를 적용하기 위해 정밀하고 자동화된 디스펜싱이 필요합니다. 경화 프로파일은 특정 시간과 온도 상승으로, 재료의 특성을 달성하는 데 매우 중요합니다. 가장 큰 위험은 기포로 인한 빈틈으로, 이는 함입된 공기 포켓이 응력 집중원 및 잠재적 실패 지점이 되어 언더필의 목적을 완전히 무력화시킵니다.

코너 본드의 단순성: 적용 및 검사

코너 본딩은 훨씬 더 관대한 공정입니다. 자동 디스펜싱( dispensing) 또는 프로토타입의 경우 수작업으로도 적용할 수 있습니다. 본드가 외부에 있기 때문에 검사는 간단한 육안 검사로 충분합니다. 경화 일정도 더 유연한 경우가 많으며, 공정 유발 결함의 위험도 훨씬 낮습니다. 이와 같은 유연하고 국소적인 강화의 논리 구조는 진동으로 인한 고장 가능성에 취약한 QFN이나 세라믹 커패시터 같은 다른 크고 강직한 부품에도 동일하게 적용됩니다.

유연하고 서비스 가능하며 덜 복잡한 코너 본딩 방식을 기본값으로 선택하면, 제품의 미래를 희생하지 않으면서도 실제로 필요한 모든 신뢰성을 확보할 수 있습니다.