전자 제품이 점점 더 작아지고, 더 강력해지며, 더 복잡해짐에 따라 PCB(인쇄회로기판) 설계자는 SMT(표면실장)과 THT(스루홀 실장)이 단일 기판 위에 공존하는 혼합 기술 PCB 조립에 점점 더 많이 의존하고 있습니다. 이러한 하이브리드 방식은 대형 커넥터, 전력 소자, 그리고 미션 크리티컬 회로에 필요한 기계적 강도와 신뢰성을 유지하면서 초소형 부품의 고밀도 배치를 가능하게 합니다.

이러한 기판을 효율적으로 조립하기 위해 제조업체는 표면실장 부품에는 리플로우 솔더링을, 스루홀 부품에는 웨이브 솔더링을 결합하여 사용해야 합니다. 이 글에서는 두 공정이 어떻게 통합되는지, 제조성 최적화를 위한 모범 사례, 그리고 높은 납 품질과 수율을 달성하기 위한 설계 고려사항에 대한 종합 가이드를 제공합니다.

혼합 기술 PCB 조립이란?

혼합 기술 조립은 SMD 부품과 THT 부품을 모두 포함하는 PCB 설계를 말합니다. SMT 부품은 리플로우 솔더링을 사용하여 솔더링하고, THT 부품은 일반적으로 웨이브 솔더링 또는 선택 솔더링이 필요합니다.

혼합 기술을 사용하는 전형적인 산업 분야

· 자동차 전자장치 (ECU, ADAS 모듈)

· 전원 공급 장치 및 전력 변환기 보드

· 산업 자동화 제어기

· 통신 및 네트워킹 장비

· 소비자 가전

· 의료 및 항공우주 전자장치

이러한 분야는 종종 다음을 요구합니다:

· 높은 부품 밀도 (SMD)

· 커넥터, 코일, 고전류 부품을 위한 견고한 기계적 접합 (THT)

· 비용 효율적인 대량 생산

왜 리플로우 솔더링과 웨이브 솔더링을 결합하는가?

각 방법은 특정 영역에서 뛰어나며, 제조업체가 성능, 비용, 신뢰성을 최적화할 수 있도록 합니다.

（SMT）리플로우 솔더링의 장점

· 극히 작은 부품 지원: 0201, 01005, BGA(볼 그리드 어레이), QFN(쿼드 플랫 노리드)

· 정밀하게 제어되는 솔더링 접합부

· 양면 SMT 조립과의 호환성

· 감소된 열 충격

· 고밀도 다층 PCB에 적합

（THT）웨이브 솔더링의 장점

· 대량 생산을 위한 빠르고 비용 효율적인 솔더링

· 완전한 홀 필링(hole fill)로 매우 견고한 솔더 조인트 확보

· 커넥터 및 중량 부품 적용 시 높은 신뢰성

· 도금 스루홀(PTH)에서 우수한 웨팅(wetting) 성능

두 방법을 결합하면 속도, 비용, 기계적 강도, 소형화에 최적화된 워크플로우가 생성되며, 이는 현대 전자제품의 핵심 요구사항입니다.

혼합 기술 PCB 조립의 작동 방식

1. SMT 조립 및 리플로우 솔더링

이것은 항상 첫 번째 솔더링 단계입니다. 그 이유는 리플로우 솔더링에 솔더링 페이스트가 필요하며, 솔더링 페이스트는 그 이후의 웨이브 solder 온도를 견디지 못하기 때문입니다.

SMT 리플로우 공정

· 레이저 컷 스테인리스 스틸 stencil(스텐실)을 사용한 솔더링 페이스트 인쇄

· SMD 부품의 픽앤플레이스 배치

· 제어된 온도 프로파일을 사용한 리플로우 솔더링

· 접합을 고형화하기 위한 냉각

양면 SMT의 경우:

· Side A를 먼저 리플로우 함

· Side B는 접착제 도포, 저융점 솔더링 페이스트, 또는 최적화된 패드 설계가 필요할 수 있음

· 바텀면 부품은 이후 웨이브 솔더링에 대한 노출을 견디거나 차폐되어야 함

관련 키워드: 리플로우 솔더링 온도 프로파일, SMT 조립 공정, 양면 리플로우.

2. THT 부품 삽입

SMT 조립 후, 작업자 또는 자동 삽입기가 다음과 같은 THT 부품을 장착합니다:

· 고전류 커넥터

· 트랜스포머, 인덕터, 릴레이

· 대형 전해 커패시터

· 와이어투보드 단자

· 기계식 스위치

리드는 적절한 길이로 트리밍하고 적절한 수직 정렬을 보장하여 웨이브 솔더링을 위해 준비됩니다.

3. THT 부품의 웨이브 솔더링

웨이브 솔더링은 레이아웃 밀도가 선택 솔더링을 요구하지 않는 한 혼합 기술 THT 솔더링에 사용되는 주요 기법입니다.

웨이브 솔더링 공정 단계

· 플럭싱 – 산화물을 제거하고 솔더 웨팅을 개선하기 위한 스프레이 또는 폼 flux

· 프리히트 – 열 충격을 줄이고 플럭스 활성화

· 솔더링 웨이브 접촉 – PCB가 용융 납의 웨이브 위를 지나감

· 냉각 – 솔더링 접합부이 제어된 조건에서 고형화됨

주요 웨이브 솔더링 파라미터

· 컨베이어 속도

· 웨이브 높이 및 웨이브 각도

· 솔더링 포트 온도 (무연의 경우 일반적으로 245–265°C)

· 플럭스 농도 및 플럭스 도포량

· 프리히트 온도 프로파일

· 체류 시간(Dwell time)

관련 키워드: 웨이브 솔더링 공정 단계, 웨이브 솔더링 온도, 솔더링 웨이브 높이, 플럭스 도포, PCB 웨이브 솔더링 설정.

혼합 기술 PCB를 위한 중요한 설계 가이드라인

리플로우 솔더링과 웨이브 솔더링의 성공적인 통합에는 구체적인 레이아웃 전략이 필요합니다:

1. 바텀면 부품 간격(Clearance)

바텀면 SMT 부품은 다음 중 하나여야 합니다:

· 웨이브 솔더링 가능 (칩 저항, SOT-223, 소형 SMD), 또는

· 납 접촉을 방지하기 위해 웨이브 팔레트/픽스처를 사용하여 마스크 차폐됨

2. 올바른 THT 홀 대 리드 비율

적절한 배럴 필링（barrel fill）은 다음에 달려 있습니다:

· 리드 지름

· 홀 지름

· 동도금 두께

·써멀 릴리프 패드 설계

3. Solder Thief 및 브리징 방지 기법

커넥터 또는 미세 피치 THT pin(핀)의 경우, 솔더링 시프는 웨이브 솔더링 중 브리징을 방지하는 데 도움이 됩니다.

4. Thermal Relief 패드

대형 구리 푸어(copper pour)는 다음을 보장하기 위해 thermal relief 스포크를 사용해야 합니다:

· 충분한 열 전달

· 적절한 솔더 웨팅

· 인접 SMT 부품의 툼스토닝 현상 감소

5. 웨이브 흐름을 위한 부품 배향

브리징을 줄이기 위해 THT 솔더링 패드와 SMT 패드를 솔더링 웨이브 방향에 평행하게 정렬하십시오:

· 브리징

· 섀도잉(shadowing)

· 아이시클 형성

관련 키워드: 웨이브 솔더링 결함, 솔더링 브리지 방지, 배럴 충전 최적화, 웨이브 솔더링을 위한 PCB 레이아웃.

혼합 기술 조립의 일반적인 과제

혼합 기술 조립은 신중하게 관리되어야 합니다:

· 웨이브 솔더링 중 SMT 부품 탈락

· 과도한 온도로 인한 warpage(워페이지)

· 불완전한 솔더링 접합부으로 이어지는 섀도잉(shadowing)

· 무연 웨이브 솔더링 브리징

· 불일치한 flux 활성화

· 웨이브 흐름을 막는 THT pin

숙련된 제조업체는 높은 수율을 유지하기 위해 공정 파라미터와 픽스처를 최적화해야 합니다.

결론

혼합 기술 PCB 조립은 컴팩트하고 신뢰할 수 있으며 고성능인 전자제품을 생산하기 위해 리플로우 솔더링과 웨이브 솔더링의 강점을 활용합니다. 이러한 두 솔더링 방법을 신중하게 조정하고—최적화된 PCB 레이아웃 및 정밀한 공정 제어와 함께—제조업체는 복잡하고 고밀도로 실장된 PCB 설계에서도 높은 수율을 달성할 수 있습니다.

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