일본 스핑크스테크놀로지社는 세계 최초로 비접촉 전자유도가열(IH, Induct on Heating) 자동 설비인 'S-WAVE 시리즈'를 2020년에 발표했다. 스핑크스의 비접촉 납땜 기술은 국소가열로 온도상승을 억제해 기기 고장을 예방하며 전자유도가열로 인두를 사용하는 기존 납땜기와 품질은 동일하게 유지하고 납땜 속도 개선 효과를 제공한다. 유니크한 성능과 효과로 인해 최첨단의 까다로운 업종에서의 채택이 늘어나고 있다. 본지에서는 비접촉 IH 납땜설비에 대해서 4회에 걸쳐 자세하게 설명한다. 이번 호에서는 S-WAVE 시리즈의 대표적인 장점과 사양을 소개한다.
서론
日 스핑크스 테크놀로지스社(www.s-finx.com)는 '에너지를 무선으로 전달한다’는 슬로건을 내걸고 친환경 기술을 개발하여 지속적으로 사회에 기여하고자 2016년에 설립되었다.
손실을 최소화한 비접촉식 에너지 전송 장치의 첫 번째 제품으로，3D 국소 가열 장치를 실장 용도에 적용한 납땜 장치 ‘S-WAVE301 시리즈’를 2020년에 출시하였다.
S-WAVE가 가져다주는 것은 낭비되는 에너지 절감뿐만이 아니다. 열전달 경로를 최소화한 부품 발열을 통해 지금까지 불가능했던 실장 형태 구현과 수율 향상-시간 단축 등 품질-생산성 향상에 새로운 해답을 제시하고 있다.
솔더볼이 발생하지 않는다
스핑크스는 비접촉 납땜 기술을 세계 최초 개발했다 국소가열로 온도상승을 억제해 기기 고장을 예방하며 전자유도가열(IH, Induction Heating)로 인두를 사용하는 기존 납땜기와 품질은 동일하게 유지하고 납땜 속도는 개선했다.
인두 가열 방식에서는 350°C 정도의 인두 팁에 상온의 와이어 솔더를 공급하기 때문에 큰 온도차에 의한 플럭스의 갑자기 끓음 현상(돌비，突沸)에 의해 솔더볼이 생기는 경우가 있다.
S-WAVE에서는 자기 발열한 단자가 250°C 정도일 때 솔더를 공급하면 되므로，인두 팁보다 약 100°C 정도 낮은 고온부에 접촉할 수 있다 또한 자기 집중 헤드 선단은 단자에 접촉하기 직전에 GAP 부근에 3차원으로 펼쳐진 자속에 의해 약하게 유도 가열되므로 접촉하는 순간 와이어 솔더 선단과 단자의 온도 차는 더욱 적어진다. 이러한 온도차 감소 효과로 인해 솔더 내의 플럭스가 갑자기 끓음 현상(돌비, 突佛)이 나타나기 어렵기 때문에 S-WAVE는 원칙적으로 솔더볼이 생기기 어렵다고 볼 수 있다.
인두 가열 방식과의 비교 정리
유도 가열 방식과 인두 가열 방식은 기술적인 차이가 큰 만큼 초래하는 결과가 매우 다르다. 이들 방식을 비교 정리한 결과가 표 1에 정리되어 있으며, S-WAVE의 장점이 많다는 것을 알 수 있다.
‘S-WAVE301’ 설비 소개
비접촉 유도가열 납탬 장비인 ‘S-WAVE301’ 개요는 다음과 같다.
표준사양
S-WAVE301 설비의 사양은 표 2와 같다
S-WAVE301는 150x150mm 이내의 PCB 납램을 상정한 모델이지만，지그를 이용하면 해당 기판 이외의 납땜도 가능하다 와이어 솔더 공급 유닛을 표준으로 탑재하여 일반적인 플럭스 솔더로 납땜이 가능하지만，향후에는 S-WAVE에 적합한 솔더를 개발하여 더욱 높은 완성도 향상을 목표로 하고 있다.
옵션
▶ 냉각 방식 : 헤드 유닛의 냉각에 수냉과 공냉을 선택할 수 있다. 수냉식 냉각이 연속 가열 시간 및 가열 시 비율을 높일 수 있다.
▶ 트윈 코어 : 코어 2쌍을 탑재하여 2곳을 동시에 가열할 수 있다(그림 3 참조). 넓은 면 전체를 가열하고 싶을 때도 트윈코어가 효과적이다.
▶ 높이 센서 : 기판의 휩이나 기울기에 대해 개별 납땜 부위의 높이 편차를 보정할 수 있는 레이저 방식.
확장성 및 발전성
S-WAVE301은 정격 전류가 150A이지만，향후 전류를 2~3배로 확대한 인버터 및 헤드 유닛으로 업그레이드 될 예정이다. 열용량이 큰 버스바나 평각 전선 또는 열용량은 작지만，단시간에 접합하고 싶은 공작물 등의 요구에 대응할 수 있다.
현재 스핑크스社는 4가지 타입의 자기집중 헤드 코어를 제공하고 있지만，향후 몇 가지 종류를 추가할 예정이다. 좁고 깊은 곳의 가열 등 적용 범위를 넓혀나갈 계획이다 또한 개별적으로 특수한 형상의 코어가 필요한 경우 맞춤형 대응이 가능하다. 예를 들어 좌우 비대칭 코어에 대한 납품 실적이 있다.
스핑크스社는 인버터와 가열 헤드를 유닛으로도 판매하고 있으므로, 고객의 현장 상황에 따라 자동화 설비에 장착이 가능하다 자기집중 헤드는 방향에 제약이 없으므로 고객의 자유로운 발상으로 3차원 배치가 가능하다 당사의 변형 개발로 다른 방향의 가열 장치도 현재 개발 중에 있다.
맺음말
S-WAVE의 장점과 설비의 사양을 소개했다. 천차만별의 실장조건에서 각 납땜 방식의 장점을 살려서 사용하는 것이 중요하다. 이번에는 레이저 방식이나 플로우 방식과의 비교에 대해서는 다루지 못했다 이들에 대해서도 S-WAVE가 우세한 경우가 많기 때문에, 언젠가 다시 언급하고자 한다.
기존 공법에서 수율이나 품질 문제에 직면하고 있거나, 새로운 구조의 실현에 어려움을 겪고 있다면, S-WAVE가 적용될 수 있는지 꼭 검토해 보길 추천한다. (주)진우이앤티는 다양한 형상구조의 워크에 대해 S-WAVE로 조건출력이 가능한지 여부를 파악하는 서비스를 제공하고 있다. 고객과 함께 과제를 해결하고 데모기 렌탈을 통해 시험해 볼 수 있도록 준비도 하고 있다.
※ 비접촉 유도가열 납멤 장비 ‘S-WAVE301’의 납멤 동영상 보기
* 아래의 기사릅 번역하여 전재（轉載）합니다.
-『비접촉 납땜 장치 ‘S-WAVE’의 IH 고속 열유속 제어에 의한 다양한 에너지 절약 실장』, 전자 실장 기술지(일본) Vol.37 No.6 （2021년 6월호） pp. 36-44」
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