인쇄회로기판(PCB)의 조립 기술은 삽입실장기술(IMT)에서 표면실장기술(SMT)로 발전해 왔는데, 인쇄회로기판뿐만 아니라 전자부품의 눈부신 발달과 이들을 조립할 수 있는 조립 장비 및 SMT 공정 기술의 동시발전에 의해 가능케 됐다.
◇전자부품의 동향
표면 실장 기술은 크게 POB(Package on Board)와 COB(Chip on Board)의 기술로 나뉜다. POB 기술에서는 각형(角型) 칩(Chip)인 저항과 콘덴서 종류는 가로×세로 3.2㎜×1.6㎜(3216)에서 2012, 1608, 1005로 점차 미세화됐으며 현재는 극세(極細) 미소(微小) 칩인 0603까지 실용화됐다.
QFP(Quad Flat Package)류는 Lead 간격이 1.0㎜ 피치(Pitch)에서 0.5, 0.3㎜까지 파인 피치(Fine Pitch)가 실용화됐고, 펜티엄 노트북PC에 주로 사용되는 TCP(Tape Carrier Package)기술은 Lead 간격이 0.3㎜, 0.25㎜, 0.2㎜ 피치까지 실용화됐다.
BGA(Ball Grid Array)와 CSP(Chip Scale Package)는 1.27㎜ 피치에서 0.8, 0.5, 0.4㎜ 피치로 발전해 휴대전화나 디지털 캠코더, DVD 에 실용화되고 있다.
또한 COB 기술은 와이어 본더(Wire Bonder) 혼재 실장(250㎛ 이상)과 Flip Chip 혼재 실장(250㎛ 이상에서 150㎛·85㎛·50㎛으로 발전)으로 구분되며, 이 기술은 현재 휴대폰·노트북PC·PCMCIA카드·메모리 모듈 등에서 사용되고 있다.
따라서 실장 기술의 발전 흐름은 N₂(질소)분위기에서의 웨이브 솔더링(Wave Soldering) 기술과 Spray Fluxer 기술이 필요했던 삽입 실장 기술에서 QFP/SOP 중심 표면실장(SMT) 기술로 발달했으며, 현재 대부분의 전자 제품들이 요구하고 있는 고밀도 실장을 위해서는 QFP와 SOP 실장이 한계에 와 있고 새로운 Package(BGA/CSP) 및 Bare IC(Wire bond/Flip Chip) 혼재실장을 중심으로 한 실장기술로 대응, 전환하고 있는 과도기라 할 수 있다.
◇실장기술 동향
표면 실장 기술은 SMT 인라인 시스템으로 구성되는데, 각 단위 공정별로도 현재 실용화 된최신 패키지들을 실장하기 위한 공정 기술들의 발전도 필수적이다. 즉 조립할 부품의 선정과 승인에 있어서도 전기적 특성 및 생산 공정 관리사항이 필요하고, 부품의 보관 및 취급에 있어서도 정전기나 흡습방지 대책 등이 마련돼야 한다.
인쇄공정에서는 크림 솔더(Cream Solder) 선정(20∼40㎛)에서부터 메탈 마스크(Metal Mask)의 설계 및 제조, Fine Pitch에 대응하기 위한 인쇄정밀도, 연속 인쇄성(납 빠짐성) 향상이 필요하고 클리닝 기능, 인쇄후 검사 기능 등이 요구 된다.
PCB의 설계에 있어서는 Land 형상/크기, 비아 홀(Via Hole)의 위치, 레지스트(Resist) 처리, 장착 위치 틀어짐 확인용 패턴, 불량수리 대응 이격 설계, 부품배치에 대한 설계 기술이 필요하다.
장착공정에서는 BGA, CSP 부품에 대응하기 위한 볼 디펙트(Ball Defect) 검사(유무, 산화·오염, 크기)와 신뢰성 향상을 위한 언더필(Underfill) 공정 기술, 플립(Flip) 칩 혼재 대응(Solder Bump), 벌크 카세트(Bulk Cassette) 적용 등이 요구된다.
납땜공정은 PCB가 휘는 것에 대응할 수 있도록 온도설정과 관리, 질소가스 혹은 진공분위기 변환 가능, Pb-free(無鉛)솔더 적용 대응이 요구되고 있다. 납땜검사와 불량수리 공정은 비젼 또는 X-Ray 검사와 Hot Gas, 레이저, 빔(Beam) 솔더링 기술이 필요하고, 플립 칩 실장설비는 접합재료 대응 전용장치 등이 요구되고 있다. 그림참조
◇SMT 동향
휴대폰·인터넷 등 정보통신 산업의 계속적인 확대에 따라 아시아·미국·중국·유럽 등의 각 지역에서도 이와 관련한 SMT 시장이 크게 성장할 것이다. 이에 따라 SMT 시장의 요구도 달라지고 있는데 지금까지는 SMT 시장은 생산성 향상을 요구했고 새로운 패키지는 새로운 기술을 필요로 해왔다.
그러나 조립장비의 사용자는 통신·컴퓨터·가전·자동차·EMS 등이 대부분인데 이 중 SMT 시장규모가 가장 큰 것이 EMS분야다.
현재 생산 기술을 주도하고 있는 EMS(Electronic Manufacturing System) 전문업체들은 다품종 소량 생산을 위해 유연한 생산라인을 요구하고 있는데, 생산성보다도 시간당 비용절감을 어떻게 할 것인지에 대한 효율성을 강조하는 경향이 강하다. 또 새로운 패키지에 대해서 새로운 장비로의 교체나 추가 없이 라인의 대응능력이나 기능의 확장이 가능한 SMT 라인을 요구하고 있으며, 특히 단위 면적당 생산성도 강조되고 있는 추세다.
일본 칩 마운터 업체들도 시장의 요구에 따라 발빠른 대응을 하고 있는데 A사의 경우 판매 포인트를 확장성·범용성이 우수하며 최소의 투자로 최대한의 실장이 가능하고 가동률이 높은 생산라인의 편성이 가능한 모듈러 형태로 하고 있다. B사는 전자부품 실장기술에 대해서 장치의 고속화, 미소칩의 대응성, 고효율 생산 등의 요구에 대응해 최적의 실장기술을 제공하기 위해 대리점 판매, 서비스 거점과의 연대를 강화하면서 다종·다양한 전자 부품 실장에 대응하고 있으며 토털 생산성의 추구와 선진 실장 공정 기술의 개발을 서두르고 있다.
이들 업체는 공정기술에 대응하고 최적의 솔루션을 제공하기 위해 관련 업체를 인수·합병하는 등 생산능력과 납기대응을 강화하면서 고객의 신뢰를 확보하려는 노력을 기울이고 있다.
이처럼 대부분의 SMT업계는 비용 이점이 있고 라인배치를 용이하게 변경 가능한 유연한 라인을 구축하기 위해 노력하고 있다.
한편 전자 기술이 아날로그에서 디지털로 바뀌면서 SMT산업도 보드 크기의 끊임없는 소형화 요구에 부응해 동일 PCB 크기에 부품의 장착 밀도를 게속 높여 나갈 것이다.
SMT산업은 전자 제품에 대한 소비자의 요구에 크게 좌우된다. 전반적으로 산업에 대한 도전은 생산 공정을 적용시키려는 기능 전반으로부터 비롯되며 더 새로운 제품에 대한 요구, 제품 라이프 사이클의 단축에서부터 시작된다.
향후 SMT에서는 더 많은 핀(Pin) 수와 더 작은 범프(Bump) 크기의 BGA/CSP, 플립 칩이 폭넓게 사용됨에 따라 검사공정의 자동화를 향한 움직임도 가속화될 것이다.
환경과 관련된 기술도 SMT산업에서는 빼놓을 수 없는 추세다. SMT산업의 공정이 환경친화적이어야만 하는 것이다. 이와 관련, 납이 없는 솔더링도 화두로 떠오르고 있는 가운데 일본이 2001년, 유럽은 2004년까지 납이 없는 솔더링을 실현할 계획으로 있는 등 이미 여러 국가에서 법적인 기준을 마련하고 있다.