프린트 기판의 리워크 기술 7가지

프린트 기판의 리워크 기술은, 기존 기판의 수리, 보수, 업그레이드를 실시하는 프로세스입니다. 리워크 기술은 고장난 부품의 교환이나 설계 변경에 따른 기능 추가가 주목적이며, 정밀한 솔더링 작업이 필요합니다. 이러한 기술을 통해 프린트 기판의 수명이 연장되고, 비용 절감과 자원의 유효 활용을 실현할 수 있습니다. 본 기사에서는 구체적인 리워크 방법에 대해 자세히 설명하겠습니다.

프린트 기판의 리워크 기술

전자회로 설계는 시행 착오와 과제 해결의 연속입니다. 프린트 패턴이나 회로도에 한 부분이라도 미스가 있을 경우, 회로는 정확하게 동작하지 않습니다. 미스가 없다고 하더라도 노이즈나 방열에 대한 대응이 불충분한 경우, 고객이 기대하는 퍼포먼스나 장기적인 안정 동작은 얻을 수 없습니다. 완성도가 떨어지는 기판은 빨리 버리고 처음부터 다시 작업하고 싶지만, 비용이나 공수가 증가하게 됩니다. 이러한 경우, 보유한 도구와 기술을 활용하여 부품 교환이나 배선 수정을 통해 문제를 해결하는 방법으로 기판을 개조합니다.

1 : 전자부품 제거

도포된 솔더 부분에 인두를 접촉시키고 가열하여 녹입니다 (그림 1). 다음으로 솔더 흡입선이나 흡입기를 사용하여 녹인 솔더를 흡입시킵니다 (그림 2). 단자가 흔들릴 정도로 완전히 제거합니다.

포인트는 솔더를 충분히 녹이는 것입니다. 솔더의 흡입이 잘 안되는 경우, 솔더를 다시 도포하여 작업합니다.

(그림 1) 먼저 대상이 되는 부분을 인두로 충분히 가열한다.

(그림 2) 인두로 솔더를 가열하고, 솔더 흡입기를 통해 솔더를 흡입시킨다.
솔더 흡입기 팁 부분의 수지는 녹지 않는다.

2 : Through hole 기판에서 리드 타입 트랜지스터 제거

다층 기판의 Through hole (관통 홀)에 실장된 부품의 리드선은 관통 홀의 내벽에 유입된 솔더로 단단히 접착되어 있으므로, 익숙해질 때까지는 솔더를 완전하게 흡입시킬 수 없기 때문에 간단하게 제거할 수 없습니다.

전동의 자동 솔더 흡입기 (20~30만원)를 사용하여 강제적으로 솔더를 제거하는 방법이 편리합니다 (그림 2).

디스크리트, 트랜지스터 등 리드수가 적은 부품인 경우에는 인두 팁을 배열된 리드와 평행하게 접촉시켜 모든 단자를 한번에 가열하여 녹이고, 굳기 전에 펜치로 트랜지스터의 본체를 잡아 한번에 뽑아냅니다. 그리고, 인두와 솔더 흡입기를 사용하여 Through hole 속에 유입된 솔더를 깨끗하게 제거합니다. 수지로 만들어진 솔더 흡입기의 팁은 인두로 인해 녹지는 않습니다. 솔더가 완전히 흡입되면 부품의 리드선이 흔들립니다. 플럭스로 주위의 기판이 오염되므로, 에탄올이나 면봉을 사용하여 깨끗하게 닦아냅니다 (그림 3).

(그림 3) 리드선이 자유롭게 움직일 때까지 솔더를 흡입시킨다.
플럭스로 오염된 면을 에탄올과 면봉으로 닦아낸다.

3 : 칩 부품 제거

칩 저항이나 칩 콘덴서는 인두를 2개 사용하여 2개의 패드를 동시에 가열하는 방법으로 제거합니다 (그림 4). 칩 부품과 평행하게 인두를 접촉하여 양쪽 패드를 한번에 가열합니다 (그림 5).

(그림 4) 인두로 2개의 패드를 동시에 가열

(그림 5) 솔더가 녹으면 패드에서 부품의 단자를 옆으로 밀어낸다.

부품을 들어올리지 않고, 패드에서 단자를 옆으로 밀어냅니다 (그림 6). 고가이지만 작업 효율이 높은 핀셋 타입의 인두 「핫 핀셋」 (Hot Tweezer / 양날 인두기)을 사용하면 작업이 한층 더 용이해집니다.

(그림 6) 칩 부품이 패드에서 제거된다.

부품이 제거되면 재실장을 위해 패드 위의 솔더를 흡입선으로 제거합니다 (그림 7). 솔더 흡입선에 미리 소량의 솔더를 흡입시켜 두면 작업 효율이 향상됩니다.

(그림 7) 패드 위의 솔더를 흡입선으로 제거

솔더 흡입선으로 인해 인두의 열을 빼앗기지 않도록, 니퍼로 짧게 잘라 핀셋으로 고정하여 사용하는 경우도 있습니다. 솔더를 흡입시킨 후, 기판에 부착된 흡입선의 플럭스를 에탄올로 깨끗하게 닦아냅니다 (그림 8).

(그림 8) 기판에 부착된 플럭스를 에탄올로 닦아냅니다.

4 : 표면 실장 IC 제거

단자가 2열밖에 없는 IC의 경우, 제거가 비교적 용이합니다. 솔더 브릿지를 신경쓰지 말고 양쪽의 단자에 솔더를 많이 도포하여, 2개의 인두로 가열한 후 제거합니다. IC를 들어올리지 말고 패드에서 단자를 옆으로 밀어냅니다.

4방향에 단자가 있는 QFP (Quad Flat Package)의 제거는 조금 까다롭습니다.

먼저, 솔더 브릿지를 신경쓰지 말고, 4열의 단자에 다량의 솔더를 도포합니다. 인두를 사용하여 4열의 단자에 도포된 솔더가 모두 녹을 수 있도록 가열합니다. 솔더가 녹으면, IC를 패드에서 밀어냅니다.

솔더는 바로 냉각되어 굳어지기 쉽기 때문에, 이러한 제거 작업에는 숙달이 필요합니다. 처음에는 저융점 솔더 (Sunhayato Corp. 제품)를 이용하는 것이 쉬울 것입니다.

IC의 재사용을 염두에 두지 않는다면, IC의 단자를 칼로 절단하여 패키지를 제거한 후, 흡입선으로 단자와 솔더를 제거합니다.

▸ 이면 패드가 있는 IC의 제거

최근 사용이 증가하고 있는 이면에 방열용 패드가 배치된 IC는, 리워크용 히트건으로 가열하여 제거하지만, IC나 기판에 데미지가 크게 발생하기 때문에 권장하지 않습니다. 연고 상태의 플럭스를 도포한 후 가열하는 것이 요령입니다.

5 : 프린트 패턴의 절단

프린트 기판의 배선 (프린트 패턴)을 절단하는 방법에 대해 설명하겠습니다.
표면과 이면의 프린트 패턴은 문구용 커터칼로 간단히 절단할 수 있습니다. 다른 프린트 패턴에 손상을 주지 않도록 프린트 패턴이 밀집되지 않은 부분을 선택하여 절단합니다 (그림 9).

(그림 9) 프린트 패턴이 밀집되지 않은 부분에서 절단

커터칼은 V자가 되도록 2방향에서 칼집을 냅니다 (그림 10). 가장 많이 사용되는 글래스 에폭시 기판 (FR-4)은 생각보다 단단하기 때문에 힘의 가감에는 요령이 필요합니다. 칼집은 깊게 내어도 무방합니다.

(그림 10) 커터칼을 사용하여 목표 부분에 V자 형태로 칼집을 낸다.

절단한 후에는 동박 아래의 흰색 기재가 보일 것입니다 (그림 11). 시각적인 확인뿐만 아니라, 도통이 되지 않는 것을 테스터로 확인합니다.

(그림 11) 흰색 기재가 보이면 절단 성공

6 : 프린트 패턴 도중에 배선을 개방한다.

프린트 패턴 도중에 배선을 솔더링하면 신호를 별도의 경로로 전송할 수 있습니다.

IC나 커넥터의 단자 등 대부분 배선 경로의 어딘가에 패드를 찾아볼 수 있지만, 드물게 어디에도 배선을 솔더링할 부분이 없는 경우도 있습니다. 부품이 없는 이면에서 배선하여 표면의 외관을 깔끔하게 하고자 하는 이유도 있을 것입니다.

와이어로는 두께 AWG30의 단선 「랩핑 와이어」를 권장합니다. 부품을 취급하는 점포의 와이어 코너에 반드시 구비되어 있습니다. 「준프론선 30번」으로 판매되고 있으며, 색상은 적색과 녹색이 대표적입니다.

먼저, 배선을 추가할 부분으로 프린트 패턴이 밀집되지 않은 부분을 선택합니다 (그림 12).

(그림 12) 배선을 추가할 부분을 선택한다.
프린트 패턴이 밀집되지 않은 부분을 권장한다.

커터칼의 끝부분 (칼날이 없는 끝면)으로 기판 표면을 긁어 레지스트를 긁어내고 (그림 13), 동박을 노출시킵니다 (그림 14). 동박은 긁는 정도로는 손상되지 않습니다.

(그림 13) 커터칼의 끝부분으로 레지스트를 긁어낸다.

(그림 14) 충분한 면적의 동박을 노출시킨다.

와이어의 피복을 벗겨, 솔더를 도포합니다 (그림 15). 이것이 「예비 솔더」라는 작업입니다.

(그림 15) 추가 와이어의 피복을 벗겨 솔더를 도포한다.

노출시킨 동박에도 예비 솔더를 도포합니다 (그림 16). 이때 볼록해지도록 많은 양의 솔더를 도포합니다 (그림 17).

(그림 16) 노출시킨 동박에 예비 솔더를 도포한다.

(그림 17) 동박에는 볼록해질 정도로 많은 양의 솔더를 도포한다.

핀셋을 사용하여 솔더가 굳을 때까지 와이어를 눌러줍니다 (그림 18).

(그림 18) 핀셋을 사용하여 솔더가 굳을 때까지 와이어를 누른다.

솔더가 굳으면 (그림 19), 와이어를 잡아당겨도 떨어지지 않는지 확인합니다.

(그림 19) 루페로 확인하거나, 잡아당겨도 떨어지지 않는지 확인한다.

7 : 단자와 단자를 와이어로 접속한다 (배선)

패드 A와 패드 B의 2포인트를 와이어로 접속하는 방법에 대해 설명하겠습니다.

와이어는 AWG30 단선을 사용합니다.

니퍼나 와이어 스트리퍼를 사용하여 와이어의 피복을 30~50mm 정도 벗겨 놓습니다 (그림 20). 배선할 2개의 패드에 솔더를 도포합니다 (그림 21).

(그림 20) 니퍼나 와이어 스트리퍼를 사용하여 추가 와이어의 피복을 30~50mm 정도 벗겨 놓는다.

(그림 21) 배선할 패드에 예비 솔더를 도포한다.

한쪽 패드에 와이어를 솔더링합니다 (그림 22).

(그림 22) 한쪽의 패드에 추가 와이어를 솔더링한다.

배선에 필요한 길이만큼 피복을 자르고 (그림 23), 핀셋을 사용하여 앞쪽 끝부분으로 이동시킵니다 (그림 24). 피복을 자를 때에는 와이어 스트리퍼를 사용하지만, 작업 스페이스가 좁을 때에는 끝부분이 날카로운 니퍼가 편리합니다.

(그림 23) 배선에 필요한 길이만큼 피복을 자른다.

(그림 24) 잘라낸 피복을 핀셋을 사용하여 앞쪽 끝부분으로 이동시킨다.

다른 한쪽의 단자에 점퍼선을 솔더링하고 (그림 25), 니퍼나 커터칼로 와이어를 절단합니다 (그림 26).

(그림 25) 다른 한쪽의 패드에 추가 배선을 솔더링한다.

(그림 26) 와이어를 절단한다.

와이어는 팽팽하게 하거나, 90°로 구부립니다.
배선 거리가 길 때에는 인두를 사용하여 가열 용해시킨 수지 「핫멜트」로 와이어를 기판과 밀착시켜 고정합니다. 글루건이나 에폭시 접작제를 사용해도 좋습니다. 글루건은 재차 박리할 필요성이 있는 부분에 사용하는 것이 좋고, 에폭시 접착제는 다시 박리하지 않을 부분에 사용하는 것이 좋습니다. 폴리이미드 테이프 (캡톤 테이프)로 기판을 간단히 고정하는 방법도 있습니다.

참고 문헌
[1] Kaoru Zenyoji : ［VOD］ 동영상으로 함께 프린트 기판 개발 KiCad 초입문 【KiCad 6 대응 완전 매뉴얼】, ZEP 엔지니어링

[2] Kaoru Zenyoji : ［VOD］ 동영상으로 함께 프린트 기판 개발 KiCad 초입문 【KiCad 6 대응 프로의 완성 기술 101】, ZEP 엔지니어링