공정기술 실장기술의 역사

[머허능겨]

	실장기술의 발전추이

 

SMT 란?

[SMT (Surface Mount Technology, 표면 실장 기술)]

	표면 실장형 부품을 PWB 표면에 장착하고 납땜하는 기술을 의미하는 것으로 IMT는 PWB의 한쪽 면에만 모든 부품이 배치되었으나 SMT는 PWB의 양면 모두에 부품을 배치 할 수 있으며 요즘은 넓은 의미로 Bare Chip 실장을 포함하여 총칭하기도 한다
	IMT (Insert Mount Technology)는 PCB 기판의 Plated Through Hole 내에 부품의 LEAD를 삽입 납땜 하는 방법을 말한다.

SMT의 발전배경

	전자제품, 산업기기 및 소비자의 Needs
	경박단소화, 고밀도화, 고기능, 고신뢰성등의 제품을 추구
	- 전자부품의 소형화 - 부품의 고집적화, 고기능화 - 고밀도 실장화

 

SMT의 발전추이

SMT의 대표적인 4가지 실장형태

실장 형태		구 조	부 품	IPC-CM-770 분류	실장밀도(점/㎠) 5 10 15 20 25 30 35 40
LEAD 삽입실장			LEAD 부품 DIP	Type 1 Class A
표 면 실 장	① 단면 SMT		CHIP 부품 PLAT PACKAGE PLCC	Type 1 Class B
	② 단면 SMT (LEAD부품혼재)		LEAD 부품 DIP CHIP 부품	Type 2 Class C
	③ 양면 SMT (LEAD부품혼재)		LEAD 부품 DIP CHIP 부품	Type 2 Class C
	④ 양면 SMT		CHIP 부품 PLAT PACKAGE PLCC	Type 2 Class B

IPC-CM-770 "Printed Board Component Mounting"
- Type 1 : 기판의 단면에 부품장착   - Type 2 : 기판의 양면에 부품장착	- Class A : 삽입실장 부품만 장착 - Class B : 표면실장 부품만 장착 - Class C : 삽입실장 부품과 표면실장 부품이 혼재 장착

SMT의 역사

 전자산업 발전의 역사는 기기의 기능적 향상과 함께 소형 경량화 실현을 위한 부품의 소형화, 회로의 고밀도

 실장화 추구의 역사라고 말할 수 있다. 오늘날의 SMD / SMT 도 이와 같은 요구로부터 필연적으로 발전하여

 왔다

                                                      <표면실장기술 발전 과정>

보다 고밀도한 실장을 목표로 하기 위해서는 단순히 개개의 부품을 소형화하는것 뿐만 아니라, Lead선과 부품

간의 상호 배선등 실장에 따르는 Space Loss를 어떻게 작게 할 것인가에 대한 점을 고려하지 않으면 안된다.

 이런 의미에서 실장방식을 포함한 구성부품을 시스템적으로 생각할 필요가 있다.

 이와같은 생각은 1950 ~ 1960년대에 RCA사의 Micro Module이라고 불리우는 초소형 입체 실장회로와 최초

 의 본격적 하이브리드 IC인 IBM의 SLT(Solid Logic Technology)에 의해 실현되었다.  이러한 제품은 그 후에

 반도체 IC의 출현과 발전속에 도태되고  말았으나, 하이브리드 IC 그 자체는 고전압 회로, 고주파 회로, 또  양산

 화에 의해 양적 장점을 끊이지 않고 살려 Custom 성이 강한 기능회로 등 반도체 IC 영역외에 그 장점을 살려

 계속 착실하게 발전해 오고 있다. 또, 이들의 개발 과정에서 확립된 기술

 즉, 세라믹 Sheet등은 오늘날 SMT에 연결되어 적층세라믹콘덴서와, 각형 저항기의 제조기술의 기본으로 되고

 있다.

 고밀도실장중 하나의 이상적 형상인 하이브리드 IC는 부품간의 상호 배선 뿐만아니라 부품 그 자체를 인쇄하는

 형으로 Space Loss의 축소가 가능하나, 최대의 과제는 가격이다.
 하이브리드 IC 에서는 통상 도체 패턴과 저항, 콘덴서등을 동일 기판위에 후막 인쇄하여 고온으로 소성하고,

 회로를 형성한다.  따라서, 각 인쇄재료당 계속 반복하여 소성하지 않으면 안된다. 필연적으로 내열성이 낮은

 수치 기판은 사용하지 못하고 가격적으로 높은 세라믹 기판을 사용하게 된다. 또한, 세라믹 기판은 수지 기판과

 같이 큰 면적의 것을 얻기가 곤란하다.
 또, 회로 구성에 있어서는 수지 기판에 비교하여 그 유전율이 높아 문제가 된다. 그러므로 그 활용 범위는 제약

 된다. 이와 같은 상태를 탈피하는 기술이 1975 ~ 1977에 걸쳐 출현했다.

 수지 기판에 SMD를 전면 채용하여 구성한 회로 모듈 "Highmic"과, 또 하나는 이들을 이용한 초박형 Radio의

 실장기판과 그 제조기술이다. 이러한 제품의 실장기판은 종래의 하이브리드 IC에 비하여 Soldering 용 Land

 만큼 실장밀도는 떨어지나 미리 선별한 각종의 고품질 SMD의 사용이 가능하고, 각종의 제약이 있는 세라믹

 기판을 사용할 필요가 없고, 공정의 자동화가 용이하여 대랑 생산 방식이 적용가능한 점등 많은 이점을 갖고

 있다.

 YM공법으로 불리우는 박형 Radio 제조기술은 3.2 ×1.6㎜로 통일된 SMD를 수지 기판위에 2.5㎜ 격자 간격

 으로 탑재한 다음, 수지기판에 접착제를 도포하고, 메거진방식의 일괄 자동장착기에 의해 장착 한 후, 일관

 Flow Soldering 과 Reflow Soldering 을 병행하여 Soldering하는 SMD와 Lead형 부품과의 혼재로

 Procoat, Mold 등의 보호막은 사용하지 않았다.

 이와같은 특징을 갖고 있어서 오늘날 폭 넓게 보급되어 있는 표면실장의 원점이라고 말할 수 있다. 이러한

 새로운 형태의 SMT는 당시의 경박단소를 요구하는 시장요구와 맞아 떨어짐과 실장기술의 변혁에 의한 상품

 의 차별화, 생산의 합리화등의 큰 기대로부터 스테레오 해드폰, 이동 CD플레이어 등 소형 음향기기를 중심

 으로 민생기기 산업으로 깊숙히 단번에 확대해 나아 갔다.

 국내의 경우 1982 ~ 1985에 걸쳐 설비 도입을 시작하여 통신기기, PC 산업에 적극적으로 활용되면서부터

 점차 가전 전제품에 확산 주 생산 방식으로 자리를 굳혀나 가고 있다.

SMT의 장점

 현재 SMT를 채용하고 있는 전자기기는 매우 광범위하게 그 저변을 확대하여 나아가고 있는데, 채용비율은 그

 특징, 및 이점을 얼마만큼 효과적으로 살릴 것인가에 따라 상당한 차이를 보이고 있다

(1)고밀도실장과 다기능화

 표면실장에서는 종래의 Lead Through 실장과 다르게, 사용하는 부품자체가 초소형과 Lead Pitch, Through

 hole Pitch의 제약을 받지  않기 때문에 부품 간격을 0.5㎜까지 근접하여 실장하는 것이 가능하다. 또한, 기판의

 양면을 사용한다고 하는 최대의 장점을 갖고, 일반적으로 회로 기판의 면적을 1/4 ~ 1/5 정도로 축소 시키는 것

 이 가능하다.
 이러한 고밀도 실장화의 유리한 점은 여유의 공간에 별도의 기능을 갖는 회로를 증설하는 것도 가능하게 된다.

 결과적으로 기기의 소형화와 동시에  다기능화를 가져오고, 부가가치를 향상시키는 효과를 낳게 한다.
 스테레오 해드폰, 액정 TV, 캠코더등이 이러한 전형적인 사례로, 켐코더에서는 SMD의 비율이 98 ~ 99%이고

 실장밀도도 35개/㎠에 달하고 있다. 어디까지 고밀도화 가능할 것인가가 실장기술의 차 즉, 상품력의 차가 되기

 때문에 이점에서 기술 경쟁력은 이후 점점 치열해 질 것이다.

(2)고주파화 및 디지털화

 위성방송의 개시, 이동통신의 보급 등 전자기기에 사용되는 신호도 M㎐ ~ G㎐ 대로 보다 고주파영역으로 이동

 하고 있다. 또 OA 관련 산업의 확대는 전자기기의 디지털화 시대를 가져오고 신호의 고속처리화를 재촉하는

 한편, 회로로부터 발생하는 노이즈의 억제 및 방지에 대한 대책이 과제로 되고 있다.  SMT의 특징은 Leadless

 의 부품으로 구성되기 때문에 상호의 배선 패턴의 단축화가 이루어지고, 고속 연산회로에 유리하게 된다. 또,

 부유용량 불요, 인덕턴스도 감소하므로 고주파특성의 개선이 이루어지고 동시에 노이즈 대책도 가능하게 된다.
 최근의 디지털기기에서는 급속도로 DIP으로 부터 SOP 및 QFP로 더나아가 BGA, CSP, Flip Chip으로 반도체

 소자의 SMD화가 진전되고있다.  EMC 대책은 Lead Through 실장으로부터 SMT로 변경됨에 따라 많은 개선이

 가능하게 되었는데, 노이즈 환경의 양호를 위해서도 SMT는 필수기술이라고 말할수 있다.

(3)신뢰성 향상

 SMT는 기기의 신뢰성을 가져온다. 전자기기의 신뢰성은 부품 그자체의 신뢰성과 실장기판에 접속 신뢰성의

 상승으로 되는데,  SMT에 있어서 Leadless라고하는 실장 형태는 가장 먼저 Lead 부품을 실장하는 경우에

 비하여 내진성이라는 면에서 두드러지게 유리하다.  또, 내열성 측면에서도 240 ~ 260℃의 Flow Soldering

 보다 재료면, 구조면에서 탑재부품에 미치는 영향에 대한 걱정을 덜 수 있게 된다. Soldering 공정이 정해진

 조건에서 이루어지고 완성후의 기기가 동일환경에서 사용된다면 Lead 부품에 비하여 SMT의 경우가 열적 신뢰

 성이 상대적으로 높게 된다.

(4)생산성 향상과 합리화

 SMT의 채용은 생산성에서도 각종효과를 가져오는데 이러한 유리한 점을 노려 도입하는 매이커도 증가하고

 있다. 탑재부품이 초소형, 미소이기 때문에 실장에는 자동장착기가 이용되고 있는데, 업계 각사의 노력과 SMD

 의 형상, 패키지의 표준화에 의해 1대의 장착기로 100종류 이상의 부품이 0.2초/개 정도의 고속도로 장착된다. 

 이것은 Lead 부품의 삽입실장기에 비하여 종류, 속도면에서 대폭적으로 향상된 것이다.  생산방식은 최근 대량

 생산으로 부터 다품종 소량생산으로 진행되는 경향이 강하고, 이러한 방식의 생산 공정에서는 기종의 교환,

 준비작업에 많은 시간이 소요된다.

 이와같은 경우 표준화된 패키지와 다용도화된 장착기와의 조합에 의해 기종변경에 유연한 대응 즉, Flexible

 Manufactring이 가능하다.

 또 다기능화된 TV,  VTR 등에서는 기능회로 별로 기판을 분할, 표준 모듈화하고 판매처별, 부가가치별로 조합

 시키므로서 생산의 합리화가 이루어 지고 있다. 이와같은 생산방식에 대하여 공정의 내제화라는 점을 포함

 하여 SMT는 큰 효과를 발휘한다. 탑재되는 SMD 그 자체는 일부의 부품을 제외하고는 전반적으로 가격은 높다. 

 그러나, 기판면적의 축소, 다기능화에의 대응, 공정의 표준화, 모델 변경시의 준비작업, Lead Hold의 불필요에

 따른 기판가공 가격의  절감, 관리비용의 절감 등 전체적으로 고려했을 경우, SMT의 채용에 의한 장점은 대단히

 큰 것이다.

	<표면실장하에 따른 Total Cost의 변화>