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냉납

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목차

1. 개요

냉납은 전자 부품의 납땜 접합 불량으로 인해 발생하는 현상으로, 주로 접촉 불량으로 인해 발생하며, PCB 보드 전체 교체로 이어질 수 있다. 냉납 현상의 진단은 육안 검사, 열화상 카메라 검사 등을 통해 이루어지며, 수리 방법으로는 리볼링(Reballing) 또는 리플로우(Reflowing)가 있다. 이러한 수리는 열에 약한 부품을 보호하고, 납을 녹여 제거한 후 솔더링 페이스트를 도포하여 칩을 PCB 보드에 재장착하는 과정을 포함한다.

2. 냉납 현상의 원인과 증상

냉납 현상은 주로 다음과 같은 원인으로 발생한다.


  • 부적절한 납땜 온도: 납땜 온도가 너무 낮으면 땜납이 완전히 녹지 않아 결합력이 약해진다.
  • 불충분한 예열 시간: 부품이나 기판이 충분히 예열되지 않으면 땜납이 제대로 퍼지지 않고 냉납이 발생할 수 있다.
  • 표면 오염: 부품이나 기판 표면에 먼지, 기름 등 오염 물질이 있으면 땜납과 부품 간의 결합을 방해한다.
  • 땜납의 산화: 땜납이 공기 중에 오래 노출되면 산화되어 납땜성이 저하된다.
  • 부적절한 플럭스 사용: 플럭스는 땜납의 산화를 방지하고 표면 장력을 낮춰 납땜이 잘 되도록 돕는 역할을 한다. 부적절한 플럭스를 사용하거나 너무 적게 사용하면 냉납이 발생할 수 있다.


냉납 현상이 발생하면 다음과 같은 증상이 나타날 수 있다.

  • 전기적 연결 불량: 회로가 간헐적으로 끊기거나 완전히 작동하지 않을 수 있다.
  • 부품 손상: 냉납 부위에 과도한 전류가 흘러 부품이 손상될 수 있다.
  • 소음 및 진동 발생: 냉납 부위가 진동하거나 소음을 발생시킬 수 있다.
  • 외관상 문제: 땜납 표면이 거칠거나 균열이 생길 수 있다.

3. 냉납 현상의 진단

(냉납 현상의 진단 섹션은 원본 소스가 제공되지 않았으므로, 내용을 작성할 수 없습니다.)

4. 냉납 현상의 수리 (전문가용)

냉납은 단순 접촉 불량으로 발생하지만, 수리가 간단하지 않아 대부분 PCB 보드 전체를 교체해야 하며, 이는 많은 비용을 발생시킨다. 그러나 PCB 수리 전문 업체나 전문 장비를 갖춘 경우 냉납 현상을 비교적 간단하게 수리할 수 있다. 이러한 수리 방법을 리볼링(Reballing) 또는 리플로우(Reflowing)라고 부른다.

리볼링과 리플로우에 대한 자세한 내용은 각 하위 섹션을 참조.

4. 1. 리볼링 (Reballing)

PCB 보드 전체를 교체하는 대신, 냉납이 발생한 BGA 칩을 수리하는 방법으로 리볼링(Reballing)이 있다. 리볼링은 칩을 기판에서 분리하고 새로운 솔더볼을 부착하여 다시 장착하는 과정이다. 이 방법은 'Reflowing'이라고도 불리는데, 냉납으로 인해 전류가 흐르지 않는 부분을 다시 이어 전류가 흐르게 한다는 의미이다. 리볼링은 전문 업체나 수리 장비가 갖추어진 조건에서 가능하다.

4. 1. 1. 리볼링 과정

PCB 보드에 납땜되어 있는 고장 부품을 제외한 열에 약한 다른 부품들을 [https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=655455&cid=562&categoryId=562 폴리이미드] 테이프(캡톤 테이프)로 감싸 보호한다. 폴리이미드 테이프는 열에 강하고 열전도율, 전기 전도율이 매우 낮은 폴리이미드 필름에 열에 강한 실리콘 점착제를 발라 만든 것이다. 이후 냉납 현상이 발생한 부분에 약 300°C의 바람을 2~3분 정도 가하여 칩 아래의 납을 모두 녹인 후 칩을 PCB에서 분리한다.

떨어진 칩 아랫부분과 PCB 보드 윗부분에 플럭스를 바른 후 솔더윅으로 남아있는 납을 모두 제거한다. 한번 열이 가해진 납은 금속 표면 산화 방지 기능이 저하되어 점성이 세지고 녹는점이 올라가기 때문에 납을 제거해야 수리가 쉽다. 납 제거 후 칩에 미리 발라진 플럭스를 보드 세척제나 플럭스 제거제를 사용하여 거즈나 면봉으로 남김없이 제거한다. 플럭스가 많이 남아있으면 납땜을 방해하기 때문이다.

플럭스 제거 후 솔더링 페이스트를 도포하고 납을 녹여 칩의 동판에 납을 입힌다. 납이 반구 모양으로 광택을 내며 굳으면, 부품을 자동으로 PCB 보드에 장착하는 BGA 장비에 보드와 칩을 고정시키고 좌표를 입력하여 칩을 안착시킨다. BGA 장비에서 완성된 PCB 보드를 분리한 후 열이 식으면 기기를 재조립하여 다시 사용할 수 있다.

4. 2. 리플로우 (Reflowing)

냉납은 단순한 접촉 불량으로 발생하지만, 수리가 간단하지 않아 대부분 PCB 보드 전체를 교체한다. 보드 전체 교체는 비용이 많이 들지만, PCB 수리 전문 업체나 수리 장비가 있다면 비교적 간단하게 수리할 수 있다. 이러한 수리 작업을 리볼링(Reballing) 또는 리플로우(Reflowing)라고 한다. 리플로우는 냉납으로 인해 전류가 흐르지 않는 부분을 다시 연결하는 작업이다.

4. 2. 1. 리플로우 과정

리플로우(Reflowing)는 냉납 현상으로 인해 전류가 흐르지 않는 부분을 다시 이어주는 수리 작업이다. 이 작업은 다음과 같은 과정으로 진행된다.

1. PCB 보드에서 고장난 부품을 제외하고 열에 약한 다른 부품들을 [https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=655455&cid=562&categoryId=562 폴리이미드] 테이프(캡톤 테이프)로 감싸 보호한다.

2. 냉납 현상이 발생한 부분에 약 300°C의 바람을 서서히 불어넣어 2~3분 정도 가열하여 칩 아래의 납을 녹인 후 칩을 PCB에서 분리한다.

3. 칩 아랫부분과 PCB 보드 윗부분에 플럭스를 바른 후 솔더윅으로 남아있는 납을 제거한다.

4. 칩에 미리 발라진 플럭스를 보드 세척제나 플럭스 제거제를 사용하여 제거한다.

5. 솔더링 페이스트를 도포하고 납을 녹여 칩의 동판에 납을 입힌다.

6. 납이 반구 모양으로 굳으면 BGA 장비를 사용하여 보드에 칩을 안착시킨다.

7. BGA 장비에서 완성된 PCB 보드를 분리하고 열이 식으면 기기를 재조립한다.


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