양면 리플로우에서 부품이 떨어지지 않는 조건 — 2차 리플로우 아랫면 부품 무게 한계

양면 리플로우에서 부품이 떨어지지 않는 조건 — 2차 리플로우 아랫면 부품 무게 한계

안녕하세요, PCB 설계와 SMT 실무 데이터를 공유하는 도일랩스(Doil Labs)입니다.

지난 글에서 SMD와 수삽 혼합 설계가 조립 단가를 어떻게 끌어올리는지 다뤘습니다. 오늘은 예고한 대로 양면 SMT 기판 이야기입니다.

양면 기판은 한 면을 먼저 리플로우하고, 기판을 뒤집어 반대 면을 다시 리플로우합니다. 이때 먼저 납땜한 면은 오븐 안에서 아래를 향한 채 납이 다시 녹습니다. 그런데도 부품이 떨어지지 않는 이유는 단 하나, 녹은 납의 표면장력입니다.

그 표면장력이 버틸 수 있는 무게에는 한계가 있습니다. 오늘은 그 한계를 숫자로 확인하고, 설계 단계에서 어느 면에 어떤 부품을 두어야 하는지 정리해 보겠습니다.

목차

• 1. 양면 리플로우는 어떤 순서로 진행될까
• 2. 뒤집힌 부품을 붙잡는 힘, 표면장력
• 3. 무게 한계 기준 — 패드 1mm²당 0.047g
• 4. 자주 쓰는 부품으로 직접 계산해 보기
• 5. 설계 단계에서 지키는 배치 전략 4가지
• 6. FAQ

1. 양면 리플로우는 어떤 순서로 진행될까

양면 SMT 조립은 보통 아래 순서로 갑니다.

• 1차 면: 크림솔더 인쇄 → 부품 마운팅 → 1차 리플로우
• 기판 뒤집기
• 2차 면: 크림솔더 인쇄 → 부품 마운팅 → 2차 리플로우

문제는 2차 리플로우입니다. 오븐 온도가 납의 녹는점을 넘는 순간 1차 면 부품의 납도 함께 녹습니다. 이때 1차 면은 아래를 향해 있으니, 부품은 녹은 납에 매달린 상태가 됩니다.

그래서 현장에서는 1차 면을 "아랫면" 또는 "바텀(Bottom)", 2차 면을 "윗면" 또는 "톱(Top)"이라고 부르며, 어느 면을 먼저 조립할지는 부품 무게로 정합니다.

2. 뒤집힌 부품을 붙잡는 힘, 표면장력

녹은 납은 물방울처럼 자기 표면을 최대한 작게 만들려는 성질이 있습니다. 이 힘이 패드와 부품 리드 사이에서 부품을 끌어당겨 붙잡습니다. 이것이 표면장력입니다.

표면장력은 납이 닿아 있는 패드 면적에 비례합니다. 반대로 부품을 떨어뜨리려는 힘은 부품 무게입니다. 그래서 떨어질지 말지는 "무게 ÷ 패드 면적"이라는 아주 단순한 비율로 판단할 수 있습니다.

• 칩 저항처럼 가볍고 패드가 넉넉한 부품은 거꾸로 매달려도 문제없습니다.
• 전해 커패시터처럼 무겁고 패드가 작은 부품은 떨어지거나, 떨어지지 않더라도 기울어진 채 굳어 접합 불량이 됩니다.

3. 무게 한계 기준 — 패드 1mm²당 0.047g

업계에서 널리 쓰는 경험 기준은 다음과 같습니다.

부품 무게(g) ÷ 납이 닿는 패드 총면적(mm²) ≤ 0.047

인치 단위로는 30g/in². 무연(SAC) 납 기준이며, 안전율 2를 포함한 값입니다.

납 종류	한계 (g/mm²)	한계 (g/in²)	비고
무연 (SAC305 등)	0.047	30	현재 대부분의 양산 기준
유연 (Sn63/Pb37)	0.062	40	표면장력이 더 커서 여유 있음
보수적 사내 기준	0.038	약 25	여러 조립 업체가 내부 규칙으로 사용

이 숫자는 절대 규격이 아니라 설계 검토용 경험 기준입니다. 조립 업체마다 오븐 조건과 플럭스가 다르므로, 기준에 가까운 부품은 업체와 한 번 더 확인하는 편이 안전합니다.

⚠️ 주의사항

패드 면적은 납이 실제로 닿는 면적만 셉니다. BGA는 볼 패드 전체를, QFP는 리드가 올라가는 패드만 더합니다. 솔더 레지스트 아래 동박이나 서멀 패드처럼 납이 닿지 않는 부분은 빼야 합니다.

4. 자주 쓰는 부품으로 직접 계산해 보기

무게와 패드 치수는 부품마다 다르므로 아래는 대표적인 크기로 잡은 예시 계산입니다. 실제 설계에서는 데이터시트의 무게와 권장 패드 치수를 넣어 다시 계산하세요.

부품 (예시)	무게	패드 총면적	비율 (g/mm²)	아랫면 가능?
0805 칩 저항	약 0.005g	약 2.6mm²	0.002	여유 충분
QFP-100 (14×14mm)	약 0.7g	약 45mm²	0.016	가능
BGA-256 (17×17mm)	약 1.0g	약 32mm²	0.031	가능하나 여유 적음
SMD 전해 커패시터 (Φ10×10mm)	약 1.0g	약 9mm²	0.11	기준 초과 → 윗면으로

표에서 보듯 문제는 거의 항상 전해 커패시터, 대형 인덕터, 트랜스, 커넥터처럼 무게에 비해 패드가 작은 부품에서 생깁니다. 작은 칩 부품과 리드가 많은 IC는 걱정할 일이 거의 없습니다.

5. 설계 단계에서 지키는 배치 전략 4가지

전략 1 — 무거운 부품은 한 면에 모은다
전해 커패시터·인덕터·트랜스·커넥터처럼 기준에 걸리는 부품은 모두 같은 면에 둡니다. 그 면을 2차(윗면)로 조립하면 거꾸로 매달릴 일이 없습니다.

전략 2 — 1차 면에는 칩 부품과 소형 IC만 둔다
0402~1206 칩 부품, SOT, SOIC, 소형 QFN은 비율이 0.01 이하라 아랫면에 두어도 안전합니다. 1차 면은 "가벼운 면"이라는 원칙을 레이아웃 초기에 정해 두면 뒤에 부품을 옮기는 수고가 줄어듭니다.

전략 3 — 피할 수 없다면 접착제 또는 선택 납땜을 계획한다
무거운 부품이 양면에 다 있어야 한다면, 아랫면 부품 아래에 SMD 접착제를 찍어 고정하거나, 해당 부품만 2차 리플로우 뒤에 따로 납땜합니다. 다만 둘 다 공정이 하나 늘어나므로 조립 단가가 오릅니다. 설계로 피할 수 있으면 피하는 것이 가장 쌉니다.

전략 4 — 1차 면 부품의 열 이력도 함께 본다
1차 면 부품은 리플로우를 두 번 겪습니다. 지난 글에서 다룬 것처럼 BGA와 대형 MLCC는 반복 열 충격에 약하므로, 무게 기준을 통과해도 민감한 부품은 2차 면에 두는 편이 신뢰성에 유리합니다.

6. FAQ

Q. 기준을 조금 넘는 부품은 패드를 키우면 되나요?

A. 비율이 조금 넘는 경우에는 효과가 있습니다. 다만 패드를 키우면 부품이 한쪽으로 쏠리는 툼스톤 현상이나 납 과다가 생길 수 있어, 데이터시트 권장 치수의 범위 안에서만 조정하는 것이 좋습니다.

Q. 2차 리플로우 온도를 낮추면 1차 면 납이 안 녹지 않나요?

A. 같은 납을 쓰면 녹는점이 같으니 피할 수 없습니다. 1차 면에 고온 납, 2차 면에 저온 납을 쓰는 방식도 있지만 재료비와 공정 관리가 늘어나 일반 제품에서는 거의 쓰지 않습니다.

Q. 부품 무게는 어디서 확인하나요?

A. 대부분 데이터시트 끝부분의 기계 치수 표나 포장 사양에 적혀 있습니다. 없으면 같은 패키지의 비슷한 부품 값을 쓰되, 기준에 가까우면 실제 부품을 저울로 재는 것이 확실합니다.

Q. 견적 단계에서 양면 여부와 접착제 공정이 반영되나요?

A. 네. 도일랩스 온라인 견적은 단면·양면 실장과 추가 공정 여부를 반영해 비용을 산출합니다. 무거운 부품을 한 면에 모은 설계와 그렇지 않은 설계의 비용 차이를 바로 비교할 수 있습니다.

마무리

양면 리플로우에서 부품이 떨어지지 않는 조건은 결국 무게 ÷ 패드 면적 ≤ 0.047g/mm² 한 줄입니다. 이 한 줄을 레이아웃 초기에 적용하면 접착제 공정도, 선택 납땜도, 양산에서 발견되는 기울어진 커패시터도 피할 수 있습니다.

지금 설계 중인 보드의 아랫면에 전해 커패시터나 인덕터가 있다면, 데이터시트의 무게를 한 번 찾아보는 것부터 시작해 보세요.

다음 포스팅에서는 냉납(Cold Joint)이 생기는 원인과 현장 대책 — 리플로우 프로파일과 패드 설계에서 미리 막는 방법을 다뤄보겠습니다.

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참고: 무게 한계 기준은 Indium Corporation과 Circuitnet에 공개된 2차 리플로우 부품 적합성 자료(30g/in² 규칙)를 바탕으로 정리했습니다.

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