1980년대 초, 표면실장기술(SMT)이 전자 제조 산업에 적용되기 시작했습니다. SMT는 회로 기판의 구멍에 부품을 삽입하는 기존의 스루홀 기술(THT)과는 달리, SMD 부품을 회로 기판 표면에 직접 실장합니다. SMT 공정은 효율이 높고 무게가 가벼우며 비용이 저렴하기 때문에, 이 방식은 곧 산업 발전의 새로운 방향으로 자리 잡았습니다.

오늘날 전자 제품은 점점 더 소형화, 경량화되고 성능 요구도 높아지면서 표면 실장 기술의 적용 범위가 확대되고 있습니다. 표면 실장 기술은 제한된 공간에 더 많은 부품을 수용할 수 있고, 조립 속도가 빠르며, 자동화도 가능합니다. 따라서 SMT 기술은 가전제품, 의료기기, 자동차 등의 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

이 글에서는 표면 실장 기술의 정의, 의미, 장점, 표면 실장 PCB 조립 공정, 일반적인 납땜 기술, 그리고 표면 실장 PCB 조립과 기존 스루홀 조립의 차이점을 설명합니다. 또한, SMT 회사인 PCBasic과 같은 제조업체들이 어떻게 신뢰할 수 있는 표면 실장 기술 공정 솔루션을 제공하는지 소개합니다.

표면 실장 기술이란 무엇입니까?

SMT는 표면 실장 기술(Surface Mount Technology)의 약자입니다. SMT에서는 부품을 인쇄 회로 기판(PCB) 표면에 직접 실장합니다. PCB 표면에 직접 실장하는 데 사용되는 부품을 표면 실장 소자(SMD)라고 합니다. 반대로, 스루홀 기술(THT)에서는 부품을 인쇄 회로 기판에 삽입합니다. 이 기술은 시간이 많이 걸리고 사람의 개입으로 인해 오류가 발생하기 쉽습니다. 반면 SMT는 완전 자동화된 공정으로 비용과 시간을 절감하고 품질과 효율성을 높입니다. 하지만 표면 실장 기술과 스루홀 기술을 모두 동일한 전자 기판에 사용할 수 있습니다. 이는 DC-DC 컨버터나 변압기와 같은 고전력 부품과 같이 일부 전자 부품이 SMT에 적합하지 않기 때문입니다.

일반적인 SMD 부품 패키지

표면 실장 기술에서 인쇄 회로 기판 표면에 실장하는 데 사용되는 부품을 표면 실장 소자(SMD)라고 합니다. 이러한 표면 실장 소자에는 저항, 커패시터, 집적 회로(IC)와 같은 여러 전자 부품이 포함됩니다. 이러한 모든 SMD는 패키지라고 하는 다양한 크기와 길이로 제공됩니다.

시중에는 저항, 커패시터, 인덕터, 다이오드, IC 등 다양한 패키지가 판매되고 있습니다. 가장 일반적으로 사용되는 SMD 패키지는 다음과 같습니다.

저항, 인덕터, 커패시터 및 다이오드 패키지
패키지 종류	mm 크기	기술설명
0201	0.6 x 0.3	크기가 작아 주로 RF 회로에 사용됨
0402	1.0 x 0.5	주로 센서 및 가전제품에 사용
0603	1.5 x 0.8	주로 오디오 장치, 국방 응용 분야에 사용됨
0805	2.0 x 1.3	주로 군사 및 산업 분야에 사용됨
1206	3.0 x 1.5	전력 전자 장치에 자주 사용됨

집적 회로(IC) 패키지
패키지 종류	기술설명
담그다	듀얼 인라인 패키지는 사용하기 쉽고 프로토타입 프로젝트에 자주 사용됩니다.
SOP	소형 아웃라인 패키지는 크기가 작아 가전제품에 많이 사용됩니다.
TSOP	얇고 작은 아웃라인 패키지로 주로 RAM을 사용하며 부피가 작습니다.
QFP	쿼드 플랫 패키지는 보드 밀도를 높이는 데 사용됩니다.
QFN	Quad Flat No Leads는 주로 스마트폰과 산업용 전자제품에 사용됩니다.
BGA	볼 그리드 어레이는 주로 마이크로프로세서와 컨트롤러에 사용됩니다.
LQFP	로우 프로파일 쿼드 플랫 패키지는 IC 제조 산업에서 광범위하게 사용됩니다.
TQFP	씬 쿼드 플랫 패키지는 종종 소형 전자 장치에 사용됩니다.
비서	소형 아웃라인 집적 회로(SOC)는 LDO 및 방열판과 같은 방열 장치에 자주 사용됩니다.
TSSOP	가전제품에 사용되는 얇은 수축 소형 아웃라인 패키지
PBGA	BGA의 한 유형인 플라스틱 볼 그리드 어레이(PBGA)는 주로 마이크로프로세서 개발에 사용됩니다.

   

표면 실장 기술을 사용하는 경우

휴대폰, 노트북, 기타 전자 기기와 같은 최신 전자 기기는 해마다 더욱 스마트하고 가벼워지고 있습니다. 이러한 변화는 과학자들에게 더 적은 인쇄 회로 기판 면적에 더 복잡한 설계를 구현해야 하는 새로운 과제로 떠올랐습니다. 표면 실장 기술(SMT)은 더 적은 면적에 최대 표면 실장 소자(SMD)를 집적하여 가볍고 스마트한 전자 기기를 구현할 수 있는 능력 덕분에 이러한 과제를 해결하는 최고의 솔루션으로 부상했습니다. 이러한 이유로 표면 실장 기술은 의료 기기, 항공, 국방, 가전 등 거의 모든 전자 산업에서 널리 사용되고 있습니다.

표면 실장 기술(SMT)은 픽앤플레이스(Pick and Place)라는 자동화 장비를 사용하여 대량 SMT 어셈블리를 생산하므로, 많은 대규모 SMT 기업과 전자 제조 산업에 이상적입니다. SMT의 광범위한 자동화 공정은 높은 효율성과 비용 효율성을 달성합니다. 표면 실장 기술에 사용되는 부품, 즉 표면 실장 소자(SMD)는 크기가 매우 작아 특정 인쇄 회로 기판(PCB)에 더 많은 부품을 장착할 수 있을 뿐만 아니라 고주파 회로에도 유용합니다. 이러한 이유로 대규모 전자 제조 산업은 효율적인 표면 실장 PCB 어셈블리를 통해 소형, 경량, 스마트하고 고품질의 전자 장치를 제조하기 위해 주로 SMT 기술을 사용합니다.

표면 실장 기술의 장점

표면 실장 기술(STM)은 스루홀 기술에 비해 수많은 장점을 제공하며, 이로 인해 인쇄 회로 기판 제조 업계는 표면 실장 기술을 선택하는 방향으로 큰 전환을 맞이했습니다. 표면 실장 기술의 장점은 다음과 같습니다.

•  SMT는 부품을 인쇄 회로 기판에 구멍을 뚫어 조립하는 THT와 달리 전자 기판 표면에 직접 실장합니다. SMT의 이러한 특징은 인쇄 회로 기판의 양면에 부품을 조립할 수 있게 하여 더 복잡한 설계를 더 작은 공간에 구현할 수 있게 합니다. 

•  관통 구멍 구성 요소와 달리 표면 실장 장치는 크기가 매우 작아 전자 기판에 장착할 수 있는 구성 요소의 수가 최대한 많습니다.

•  표면실장(SMT) 장비의 조립 공정은 완전 자동화된 픽앤플레이스 장비를 사용하여 신속하게 진행되며, 이를 통해 대량 생산이 가능합니다. SMT의 자동화된 조립 공정은 빠른 생산, 높은 효율성, 그리고 최소한의 오차를 가능하게 합니다.

•  신호 무결성은 오늘날 현대 전자 설계에서 중요한 과제 중 하나입니다. SMT(표면 실장) 공정에서는 부품이 더 작고 전자 기판 표면에 실장되므로 신호가 이동하는 거리가 단축됩니다. 이는 신호 간 누화 문제를 개선하고 인덕턴스와 커패시턴스를 감소시킵니다. 따라서 표면 실장 소자는 고주파 회로에 이상적입니다.

•  자동화된 픽앤플레이스 기계는 대량 생산을 가능하게 하여 전체 제조 비용을 절감합니다.

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표면 실장 기술 조립 공정

표면 실장(SMT) 소자를 인쇄 회로 기판 표면에 장착하는 공정을 SMT 조립 공정이라고 합니다. SMT 조립 공정은 네 가지 주요 단계로 구성됩니다. 각 단계는 다음과 같습니다. 

  

솔더 페이스트는 솔더 파우더와 플럭스로 구성된 혼합물입니다. 이 혼합물은 저항, 트랜지스터, 인덕터, IC와 같은 표면 실장 소자를 전자 기판 어셈블리에 연결하는 데 사용됩니다. 첫 번째 단계에서는 PCB의 패드에 솔더 페이스트를 도포합니다. 이 작업은 스텐실이라고 하는 미리 구멍이 뚫린 얇은 시트를 사용하여 수행됩니다.

  

2에서^nd 단계적으로, 저항기, 커패시터, IC와 같은 표면 실장 장치는 자동 픽앤플레이스 기계를 사용하여 PCB 패드에 픽앤플레이스됩니다. 

 

이 시점에서 부품은 픽앤플레이스 장비를 사용하여 PCB 표면에 정확하게 배치됩니다. 3^rd 인쇄 회로 기판(PCB)은 이제 리플로우 오븐이라고 하는 가열 오븐을 통과합니다. 이 오븐에서 솔더 페이스트가 녹아 납땜되어 여러 부품 사이에 전기적 연결이 형성됩니다. 리플로우 오븐에서는 솔더 페이스트가 부품에 정확하게 납땜되도록 온도가 유지됩니다. 온도는 리플로우 프로파일에 따라 프로그래밍됩니다.

 

이 단계에서는 X선 장비를 사용하여 시각적 검사를 실시하여 납땜 결함 및 기타 결함을 식별합니다.

 

마지막 단계에서는 PCB가 리플로우 솔더링 공정 후 남아 있는 플럭스 잔여물을 제거하기 위해 엄격한 세척 과정을 거칩니다.

PCB 조립에 사용되는 납땜 기술

인쇄 회로 기판 제조 산업에서는 웨이브 솔더링과 리플로우 솔더링이라는 두 가지 기술이 주로 사용됩니다.

1. 웨이브 납땜

웨이브 솔더링은 리플로우 솔더링만큼 흔하지 않습니다. 이 기술은 주로 스루홀 기술(Through Hole Technology)에 사용되지만 SMT에도 사용될 수 있습니다.

1 단계: PCB에 구성 요소를 장착합니다.

2 단계: 녹은 솔더의 파동 위로 PCB를 통과시킵니다.

3 단계: 전선을 납땜하고 전기 연결을 형성합니다.

4 단계: 공기/물을 이용해 PCB를 냉각합니다.

이 기술은 리플로우 솔더링에 비해 효율성이 떨어지고 오류가 발생할 가능성이 더 큽니다.

2. 리플로 납땜

리플로우 솔더링은 표면 실장 기술에서 가장 널리 사용되는 기술 중 하나입니다. 대량 생산에 사용되며 오차 범위가 가장 작습니다. 이 기술은 주로 표면 실장 기술에 사용됩니다. 리플로우 솔더링 공정은 다음과 같은 단계로 진행됩니다.

1 단계:   스텐실 인쇄를 사용하여 솔더 페이스트를 적용합니다.

2 단계:   구성 요소 배치를 위해 PCB를 픽앤플레이스 머신으로 전달합니다.

3 단계:   인쇄 회로 기판은 이제 리플로우 오븐이라고 하는 가열 오븐을 통과합니다. 이 오븐에서 솔더 페이스트가 녹아 납땜되어 여러 부품 사이에 전기적 연결이 형성됩니다. 리플로우 공정은 일반적으로 네 단계로 구성됩니다.

가) 예열

b) 담그다

c) 리플로우

d) 냉각.

  

  

표면 실장 기술 vs. 관통 홀 기술  

표면 실장 기술(SMT)과 스루홀 기술(THT)은 인쇄 회로 기판 제조의 산업 표준이 되었습니다. 두 기술 모두 인쇄 회로 기판에 전자 부품을 조립하는 데 주로 사용됩니다. 하지만 각 기술은 고유한 특징, 용도, 공정, 장점 및 응용 분야를 가지고 있습니다.

표 I: 표면 실장 기술 대 관통 홀 기술

아래	표면 실장 기술(SMT)	스루홀 기술(THT)
기술	SMT는 PCB 표면에 부품을 직접 장착합니다.	THT는 드릴로 뚫은 구멍을 통해 PCB에 부품을 삽입합니다.
조립 과정	SMT는 픽앤플레이스 머신이라고 불리는 기계를 사용하는 완전 자동화된 공정입니다.	THT는 대부분 수동으로 또는 자동화된 기계로 수행됩니다.
구성 요소 배치	SMT를 사용하면 PCB의 양쪽에 부품을 배치할 수 있습니다.	THT는 구성 요소를 한쪽에만 삽입할 수 있도록 허용합니다.
보드 볼륨	주어진 면적에 더 많은 구성요소를 장착할 수 있습니다.	SMT에 비해 주어진 면적에 조립할 수 있는 부품의 수가 적습니다.
기계적 응력	SMT는 THT 구성 요소를 구멍을 통해 삽입하기 때문에 THT에 비해 기계적 접합이 적습니다.	THT는 구성 요소와 PCB 사이에 강력한 기계적 결합을 제공합니다.
구성 요소 적합성	SMT는 저항기, 커패시터, IC, BGA, 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서 IC와 같은 SMD 장치에 적합합니다.	THT는 DC-DC 컨버터나 변압기와 같은 고전력 부품에만 적합합니다. 이러한 부품은 부피가 크고 SMT에는 적합하지 않습니다.
비용	SMT는 픽앤플레이스(Pick and Place) 기계와 같은 자동화 장비를 도입해야 하기 때문에 초기 비용이 높습니다. 하지만 THT에 비해 전체 제조 비용은 낮습니다.	THT는 수작업 공정으로 인해 초기 비용이 낮습니다. 하지만 전체 제조 비용은 SMT보다 높습니다.
수리 및 재작업	SMT에서는 일단 제조되면 수리 및 재작업이 어렵습니다.	이와 대조적으로, 관통공 기술(THT)을 통해 수리 및 재작업이 비교적 용이합니다.

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맺음말

요약하자면, 표면 실장 기술은 인쇄 회로 기판 제조 산업의 판도를 바꾸는 기술입니다. 표면 실장 기술은 더 작은 면적에 최대 표면 실장 소자(SMD)를 통합하여 가볍고 스마트한 전자 기기를 구현하는 최고의 솔루션으로 부상했습니다. SMT는 산업계가 대량 생산할 수 있도록 지원하여 비용을 절감하고 효율성을 향상시킵니다.