잘 알려져 있고 흔히 볼 수 있는 결함인 중간 칩 솔더볼링은 수십 년 동안 전자제품 제조업체들을 괴롭혀 왔습니다. 비록 어떤 사람들은 중간 칩 땜납 공이 신뢰도보다는 미학의 결점이 될 수 있다고 주장하겠지만, 그럼에도 불구하고, 그들의 제거는 바람직합니다. 미드칩 땜납 볼은 땜납이 부품 아래 및 패드로부터 떨어져 압착되어 리플로우 중에 다시 결합할 수 없을 때 발생하며, 구성부품 아래에 숨겨져 있거나 기기 측면에 모습을 드러냅니다. 미드칩 땜납 볼링의 몇 가지 원인이 제시되었으며 패드에 과도한 땜납 페이스트, 부실한 고온 슬럼프, 불충분한 젖음성(Wetting) 등이 포함됩니다. 미드칩 땜납 볼 현상은 콘덴서에 비해 3면에 주석을 달고 납땜이 가능한 표면이 줄어들기 때문에 칩 저항부품과 함께 더 자주 발생하는 경향이 있지만, 캐패시터도 이러한 결함에 노출될 수 있습니다. 중간 칩 솔더볼의 발생은 업계가 보다 소형화된 부품과 납이 없는 솔더 페이스트 재료로 이동함에 따라 변화하고 있습니다.

업계가 처음 SnPb에서 Pb프리 솔더 소재로 전환했을 때, 합금의 변화는 미드칩 솔더 볼 교정에 대한 다른 접근을 유발했습니다. 역사적으로 페이스트 증착량을 제어하기 위한 개구부(Aperture) 감소는 SnPb 재료의 낮은 표면 장력으로 인해 재료가 더 많이 확산되기 때문에 제조자가 SnPb 재료를 사용할 때 사용하는 메커니즘이었습니다. 그러나 Pb-프리 소재는 SnPb 솔더에 비해 표면 장력이 높기 때문에 첫 번째 Pb-프리 형성은 덜 확산되는 경향이 있었으며, 이로 인해 조립자들은 노출된 구리를 남기지 않기 위해 개구부 감소에서 벗어나게 되었습니다. Pb프리(Pb-free)가 자리를 잡으면서 높은 온도에서 표면산화물 청소를 촉진하는 우수한 플럭스 기술로 초기 재료 반복이 개선되어 솔더 합금의 표면 장력이 감소하고 젖음성이 개선되었다. 동시에 Pb프리 소재가 개선되고 있었고, 칩 저항부품와 캐패시터는 점점 작아지고 있었고, 이 융합은 미드칩 솔더볼이 더 많이 발생하는 구세대 Pb프리 소재를 보았습니다. 이는 제조사가 설계 규칙을 변경하지 못했기 때문이었습니다. 즉, 초기 Pb-free 땜납 재료의 경우와 마찬가지로 과다 인쇄를 제거하기 위해서였습니다. 보다 새롭고 성능이 뛰어난 Pb-free 형성은 젖음성 및 패드 커버리지(Pad coverage)가 훨씬 좋았지만, Aperture 설계 규칙의 적응력이 부족하여 너무 많은 재료가 퇴적되어 중간 칩 땜납 볼이 발생하였습니다.

Henkel은 부품 크기와 종류, 스텐실 설계 규칙 및 납땜 페이스트 특성과 중간 칩 솔더 볼의 발생 사이의 관계를 더 잘 이해하기 위해 이러한 요소들에 대한 평가를 실시하여 이러한 결함을 제거하기 위한 최선의 접근법을 결정했습니다. 연구는 두 단계로 나눠 진행되었는데, 첫 번째 연구에서는 재료 슬럼프와 Aperture 감소, 두 번째 연구에서는 고온 슬럼프, 냉간 슬럼프, 습식 솔더볼링, 전이 효율의 솔더 페이스트 특성을 분석했습니다.

1단계에서는 4개의 솔더 페이스트가 사용되었습니다(아래 차트 참조)


이 부분의 연구 결과는 겔링제를 첨가하여 슬럼프를 줄이거나 솔더 페이스트의 금속 함량을 증가시킴으로써 중간 칩 땜납 볼링 발생을 감소시켰지만, 그것만이 유일한 요인이 아니었습니다. 스텐실의 내부 개구부 벽의 감소 또한 중요한 역할을 했습니다. 또한 1단계에서 밝혀낸 것은 미드칩 땜납 볼링의 주파수가 캐패시터에 비해 칩 저항부품에서 더 크다는 것이다.

이는 콘덴서 대 저항부품의 납땜 가능한 표면 때문일 가능성이 큽니다. 콘덴서는 5개의 표면에 주석 처리되는 반면 저항기는 3개의 표면에 주석 처리되므로 콘덴서의 더 큰 젖음 표면적은 리플로우 중에 구성 요소 아래에서 솔더를 끌어내는 데 도움이 됩니다. (아래 참조) 개구부 감소의 구조도 중요하며, 이 연구는 "크라운" 또는 "u" 모양 설계가 중간 칩 땜납 볼링 결함을 제한하는데 가장 효과적이라는 것을 보여줍니다.  


연구 2단계에서는 1단계에서 페이스트와 다른 4개의 솔더 페이스트를 평가했습니다. 각 페이스트의 다양한 성능 특성과 미드칩 솔더 볼링에 대한 상대적 영향을 이해하고자 했습니다. 슬럼프(뜨거운 것과 차가운 것), 재료 젖음성, 솔더볼링(공동성향), 전이효율 등이 분석됐습니다. 0402 및 1206성분의 경우 모두 고온 슬럼프, 페이스트 볼륨, 솔더볼링/조인트 활성의 솔더 페이스트 특성과 강한 상관관계가 있는 것으로 확인되었습니다. 이 분석 과정에서 전송 효율이 우수하고, 탄력이 개선되고, 고온 슬럼프가 최소화된 헨켈의 LOCTITE GC 10 솔더 페이스트가 고 소형화 장치의 미드칩 솔더볼 결함을 줄이는 데 효과적일 수 있는 것으로 나타났습니다.

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