솔더 사전성형품으로 QFN 방출 문제 해결하기

2011년 11월 4일, 금요일 / Dr. Ron Lasky [이력 보기]

안녕하세요,

Rob 이 QFN 방출 문제를 해결하러 Guadalajara로 가고 있습니다......

Rob 은 비행기에 자리를 잡고 앉자, 방출 문제의 해결을 돕기 위해GDL (Guadalajara, Mexico) 로 가는 것에 들뜬 기분을 느꼈습니다 . 그는 자기가 Pete 를 데려 가는 것에 대해 Patty 가 약간 기분이 상한 것은 알고 있었지만, 그녀는Rob이 이번 일을 잘 마치면 그에게도 도움이 될 것을 알고 있었기 때문에 관대한 태도를 보였습니다.

 비행기가 착륙을 위해 선회를 시작하자, Rob 은 약간은 코믹한 세관통과 과정에 대한 준비를 시작했습니다. 그는 적색등/녹색등 방식으로 자기 가방의 조사 여부를 결정하는 것은 별난 일이라는 생각을 항상 갖고 있었습니다. 어찌되었건, 사람들이 가는데로 따라 가야죠.

공항에서 공장까지의 거리는 40Km 로GDL의 북적거리는 교통 체증을 지나 가야 합니다. 공장에 도착한 뒤에 Rob은 Miguel Mendoza 가 자신과Pete를 마중나온 것을 보자 비로서 마음을 놓았습니다. Rob은 전에 Miguel과 같이 일을 한 적이 있었고 프로세스 엔지니어로서 그를 존경하고 있었습니다. Miguel 은 그들에게 킥 오프 미팅이 미국에서 온Grant Wilson 과 함께 GM 사이트에서 진행될 것이라고 말해 주었습니다.

미팅이 시작되자, Rob 은 Wilson 에게 스페인어로 자신을 소개했습니다.

“와우,” Wilson 이 낄낄거리며, “내가 2개국어, 3개국어를 구사하는지, 또는 미국인인지 질문을 받으면 나는 미국인이라고 대답하죠.”  “하지만, 스페인어 교습을 받고 있어요”라며 말을 이어 갔습니다.

Rob은 Miguel의 눈이 휘둥그레지는 것을 바라 보았습니다. Rob 은 적어도 Wilson이 스페인어 교습을 받는 것은 잘하는 일이라고 생각했습니다.

“누군가 그 동안 어떤 조치가 취해졌고 현재의 상태는 어떤지 말해주면 좋겠네요,”라며 Rob 이 말문을 열었습니다.

“Miguel, Rob 에게 현재상황을 설명해 주겠어요?” Wilson 이 요청했습니다.

Miguel 이 말했습니다.  “Druid 전화기의 보증 반환율이 5%입니다. 이들 문제의 대부분은 열패드 아래에서 심각한 방출현상을 보이는 고성능QFN들 때문인 것으로 확인되었습니다. 방출 퍼센티지가 50-70% 에 달합니다. 일 주일 전쯤에, Derrick Herron, Dr Yan Liu 와 Dr Ning-Cheng Lee의 최근 논문인, QFN 조립 시의 방출 조절/ SMTAI 2011를 확보했습니다. 우리는 논문에서 언급한 바와 같이 스텐실 디자인을 변경해서 솔더 페이스트의 휘발성분이 빠져 나가도록 해서 방출 퍼센티지를 30 에서 50%으로 내릴 수 있었습니다.”

“어느 정도의 방출까지 수용할 수 있나요 ?” Rob 이 물었습니다.

“잘 모르겠어요,” Miguel 이 대답했습니다.

“두 가지의 이슈를 갖고 있는 것 같네요, 하나는 30 에서 50% 의 방출이 괜찮은지를 결정하는 일과 그것을 더 줄일 수 있는지를 확인하는 일 말이죠,” Grant Wilson 이 논리정연하게 정리했습니다.

“제 생각에는 30% 미만에 머물러야 할 것 같은 생각이 듭니다,” Rob 의 말이었습니다. “솔더 사전성형품을 사용해야 할 것 같아요. 방출 문제는 과도한 배출로 비롯되기도 하지만, 불충분한 솔더 때문이기도 하거든요,” Rob이 말을 맺었습니다.

“OK, 그러면 두 사람이 가서 문제를 해결하고 내게 알려줘요. 3일의 시간을 줄께요,” Wilson 이 명령을 내렸습니다.

Rob, Pete 와 Miguel 은 맡은 과제에 착수하기 위해 움직였습니다. Rob 은Pete 가 함께 와서 정말 다행이라고 생각했습니다. 그는 이 현장에 있는 부품 설치 장비의 세팅과 최적화의 전문가였으니까요. 다행히도, Rob 은 필요할지도 모른다는 생각에서 약간의 솔더 사전성형품을 갖고 왔었습니다. QFN 벤더도 30% 의 방출율이 목표가 되어야 한다고 전화로 확인해 주었습니다. Rob은  Miguel 과 그의 팀이 용매제의 휘발성 배출 개선을 통해 방출을 감소시킨 작업의 데이터와 X선 이미지를 살펴 보았습니다. 훌륭한 작업이었어요. 하지만, 그것으로는 충분하지 않다는 생각이 들었습니다.

(스페인어를 번역한 대화)

“Miguel, 우리는 가장 중요한 QFN 두 곳에서 솔더 사전성형품을 사용해야 할 것이라는 생각을 거의 굳히고 있어요,” Rob 이 말을 시작했습니다. “방출에는 두 가지의 주된 이유가 있는데, 첫 째는용매제의 휘발성이 방출을 형성하고, 두 번째는 솔더의 부족 때문이지요. 대부분의 사람들은 솔더 페이스트가 금속 볼륨으로는 50% 에 불과하다는 것을 실감하지 못하고 있어요. 이런 케이스에서, 즉 정말로 낮은 방출율이 필요한 경우에는, 유일한 방법이 솔더 사전성형품을 사용해서 솔더 금속을 보충해 주는 겁니다,” 그가 마무리를 지었습니다.

Rob 은 이어서Miguel에게Seth Homer의 SMTAI 2011 논문인 솔더 사전성형품을 사용하여QFN 패키지에서 방출 최소화하기를 보여 주었습니다. 이 논문은 성공적인 QFN 솔더 사전성형품 공정에 필요한 과정들을 설명하고 있습니다. Rob 과 Miguel은 이 논문을 참조로 하여 조립라인 하나를 솔더 사전성형품을 사용할 수 있도록 세팅하는데 그날의 상당한 시간을 쏟았습니다. 100대의 전화기를 조립했고, 방출 수준은 10.5% 였습니다.

다음 날 아침 일찍, 그들은 Grant Wilson과 만났습니다.

“두 사람 모두 얼굴에 미소를 짓고 있는 것을 보니, 성공적이었나요? ” Wilson 이 물었습니다.

Rob 은 어떻게 솔더 사전성형품이 필요한지를 결정했는지를 설명했습니다. 그는 또한 공정을 설명하고 질문이 나오기를 기다렸습니다.

“솔더 사전성형품의 비용은 얼마나 드나요?” Grant 가 물었습니다.

“개당 $0.02 (미화) 이지만, $200 짜리 전화기의 보증 비용은 이제 적어도 $10(0.05x200)이나 될 것 같은데요,” Rob 이 대답했습니다.

“공정을 늦춰야 했나요?” Wilson이 물었습니다. “나는 당신과Patty Coleman이 그 교수와 함께 한 작업을 좋아하는 사람입니다. 처리량의 중요성에 대한 확신을 주었으니까요,” 그가 말을 맺었습니다.

“그 교수는어느 라인이 완벽하게 균형이 잡힌 적이 없다는 것을 지적했었지요. 당신의 유연한 장착기는 칩 슈터를 위해 4초간 기다리고 있었어요. 우리는 사전성형품을 유연한 장착기에 적용했고, 피더 장착의 최적화를 통해 두 대의 기계를 튠업했습니다. 순환시간은 이제PCB 카드 당 3대의 전화기에서1.25초가 빨라졌습니다,” Rob 이 대답했습니다.

“궁금해서 그러는데, 가장 어려운 점은 무엇이었나요?” Grant 가 물었습니다.

Miguel 은 이어서Wilson 에게Seth Homer의 논문에 나오는 이 상황과 관련한 이미지를 보여 주었습니다.

“큰 일을 해 준 여러분께 감사드립니다. 오늘까지, 나는 솔더 사전성형품에 관해서는 전혀 알지 못한 것을 인정합니다. 경우에 따라서 그것이 정말 엄청난 일을 해낼 수 있다는 것이 분명해졌네요! ” Grant 가 상황을 요약했습니다.

“당신들의 성공을 축하하기 위해서, 내가 오늘밤 Santo Coyote에서 저녁식사를 대접할께요. 그럼 저녁 7시에 봅시다,” Wilson 이 제안했습니다.

“고맙습니다,” Rob, Pete 와Miguel 이 동시에 말했습니다.

Santo Coyote 는 Guadalajara 에 있는Rob이 좋아하는 식당이었지만,  그건 Patty도 마찬가지였어요. 그래서Rob 은 그녀가 함께 하지 못해서 약간은 서운했습니다.

에필로그: 3개월 후에 보증 반환율이 거의 0에 접근하고 있는 것이 확인되었습니다. Miguel 은 이같이 비용이 많이 소요되던 문제를 해결한 공로로 선임 엔지니어로 승진하였답니다.

힘내요,

Dr. Ron

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