인터커넥트 결함(ICD): 이물질 유발형과 구리 본드 실패형 분석

회로 기판 관련 우려 중 하나가 인터커넥트 결함(Interconnect Defects, ICD)입니다. 인터커넥트 결함이 정확히 무엇이며 어떻게 대처할 수 있을까요? 이 골치 아픈 이슈에 대해 알아야 할 기본 정보입니다.

인터커넥트 결함(ICD)이란?

인터커넥트 결함은 회로 실패로 이어질 수 있는 PCB 문제. PCB 내부엔 내부 연결인 비아(Vias) 존재. 제조사가 내부 회로를 관통해 홀 드릴링. PCB 공정 시 드릴 홀에 구리 도금해 내부 회로들 서로 연결하고 PCB 표면과 연결. 이로써 보드 표면에 커넥터/부품 장착 가능, 층 간 회로 연결 가능.

제조사가 PCB 설계를 제대로 제조 못 해 도금과 내부 구리 근처 결함 생성 시 문제 발생. 결과: 개방 회로(Open circuits) 또는 고온에서 간헐적 결함. 인터커넥트 결함이 회로 최종 실패 유발.

인터커넥트 결함의 과제 중 하나: PCB 제작 중 이상 감지 못 할 수 있음. 테스트 땐 보드 정상 작동해도 조립/사용 시 문제 드러나 시스템 심각한 손상 초래.

인터커넥트 결함은 PCB 제조사/공급사 간 점점 더 큰 우려 사항. 감지 어렵고 너무 늦어서 문제돼서. 최근 몇 년간 이 이슈 더 자주 발생.

인터커넥트 결함 두 주요 유형: 이물질 기반 ICD(Debris-based ICDs)와 구리 본드 실패 ICD(Copper bond failure ICDs). 각자 고유 우려와 트러블슈팅 접근법.

이물질 기반 ICD(Debris-based ICDs)

홀 드릴링 공정 이물질이 상호연결 홀 내 진입 시 발생. 제조 공정 일부로 홀 드릴링 후 모든 이물질 제거 추정하지만 항상 그렇진 않음. 드릴 잔여물, 드릴 스미어(Smear), 무기 필러, 유리 섬유 간과될 수 있음. 내부 구리 표면에 임베드 → 인터커넥트 결함 결과.

모든 PCB 제조사가 회로 기판 홀 드릴링 시 이물질 남기는 이슈 인지해야 하는데 왜 발생? 더 많은 제조사가 저 Dk/저 Df 소재 사용 → 무기 필러 타입 사용. 이 소재들 일부 면에서 더 비용 효율적이나 드릴링 시 더 많은 이물질 생성, 표준 FR-4 에폭시 소재 대비 화학적으로 더 저항적. 더 많은 이물질이 세척 노력 저항 → 이물질 남을 가능성 높음 → 결함 결과.

구리 본드 실패 ICD(Copper bond failure ICDs)

구리 본드 실패 ICD: 조립 공정 또는 PCB 사용 중 고응력 + 약한 구리 본드 결합 → 구리 연결 물리적 파단. 당연히 구리 본드 약할수록 파단 필요 응력 적음. HDI 마이크로비아뿐 아니라 표준 PCB에서도 구리 본드 실패 ICD 발견 가능.

구리 본드 실패 인터커넥트 결함 증가 이유? 현대 시대 더 많은 제조사가 더 높은 무연 납땜 온도와 더 두꺼운 PCB 사용. 더 큰 홀 크기, 더 두꺼운 PCB, 웨이브 솔더링 모두 구리 본드 실패 ICD 유도 식별 요인.

구리 본드 실패 ICD: 구리 연결 파단. 조립/사용 중 고응력, 약한 구리 본드, 또는 결합 원인. 이 실패 모드는 설계 관련. 홀 크기 증가, PCB 두께 증가, 웨이브 솔더링 모두 구리 본드 ICD 위험 상승. 과거 10년간 보드 두께 증가와 더 높은 무연 납땜 온도 관련해 이 ICD 유형 비율 더 높음.

신뢰성 테스트에서 구리 본드 실패 ICD가 중요한 이슈로 밝혀짐. 이물질 기반 ICD는 신뢰성 연구에서 유의미함 안 보였으나 여전히 비용 큰 이슈, 모든 PCB 사용자 주의 필요.

층 분리(Layer Separation) 원인

ICD 두 흔한 원인: 구리 본드 실패, 과다 이물질. 일부 전문가 원인 기반 ICD 분류하지만 본문은 결함 위치 기반 유형 사용. 위치 기반 범주는 다음 섹션 참조. 여기선 ICD 두 주원인 집중:

• 이물질 기반 ICD: 드릴링 공정 중 이물질 상호연결 홀 진입. 드릴 스미어, 유리/무기 필러 입자 축적. 세척 표준 공정이지만 때론 올바르게 안 되거나 간과. 저손실 소재(무기 필러 특징)에서 이물질 가장 흔히 ICD 유발.
• 구리 본드 실패 ICD: 이물질 차단 아닌 내부 구리 층 연결 실패/파단. 고응력 통과하거나 본드 충분히 강하지 않을 때 발생. 두꺼운 PCB, 큰 홀 → 구리 본드 실패 ICD 위험 증가. 기술 변화(보드 두께 등)로 최근 이 유형 더 빈번. PCB 설계 발전으로 이 실패 유형 줄어들길 희망.

높은 수지 레벨, 낮은 구리량, 낮은 내온성 소재 사용 → ICD 위험 증가. 미경화 보드도 층 분리에 극도로 취약.

분리 유형(위치별 분류)

PCB 내 위치별 분류 시 ICD 3 범주:

• Type I: 내부 구리 층과 무전해 구리 인터페이스 발생
• Type II: 무전해 구리와 전해 구리 인터페이스 발생
• Type III: 무전해 구리 층 내부 위치

Type I, III ICD: 무전해 구리 공정 불량 제어(구리 본드 실패) 때문 통상. Type II ICD: 오염(이물질 기반) 때문. ICD 위치 판별 위해 제조사 마이크로섹셔닝(Microsectioning) 기법과 표면 에칭으로 보드 보기 쉬운 단면 확보. Type III ICD 정밀 테스트 필요 → ICD 테스트 면밀 주의 필수.

PCB 인터커넥트 결함 트러블슈팅 팁

대부분 PCB 이슈와 마찬가지로 ICD 문제 회피는 견고한 PCB 설계로 귀결. 신뢰성 있는 설계와 일관된 신중한 제조 공정으로 결함 없는 회로 기판 만드는 데 큰 도움.

• 드릴 비트 발열, 무기 필러 소재 사용 → 이물질 기반 ICD 유도 요인 → 회피 가능
• 적절한 소재 사용, 더 공격적인 디스미어링(Desmearing) 공정 → 이물질 기반 인터커넥트 결함 대폭 감소
• 내부 구리 표면 세척해 강한 본드 형성 허용 → 구리 본드 실패 ICD 방지 핵심
• 무전해 구리 증착 적정 두께/결정 구조로 필요 강도 확보 → 구리 본드 실패 ICD 예방
• 홀 크기와 보드 두께 제어 → 인터커넥트 결함 억제
• 효과적 솔루션: 솔더드 관통 홀 커넥터 제거

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