PCB의 수분 감도 가이드

박리의 영향은 열화상 및 음향 현미경을 통해 감지할 수 있지만 변색 및 물집과 같은 명백한 증상의 형태로 항상 나타나지는 않습니다. 전반적으로 습기가 PCB에 도달하는 것을 처음부터 방지하는 것이 매우 바람직합니다. 이러한 보호는 사전 굽기 및 적절한 보관과 같은 프로세스를 통해 달성할 수 있습니다. PCB의 설계는 습기가 문제가 될 가능성이 높은지 여부에도 영향을 줄 수 있습니다. 인쇄 회로 기판(PCB)의 가장 골치 아픈 문제 중 하나는 습기의 존재와 관련이 있습니다. PCB 내부에 수분이 존재하면 이로 인한 불안정화가 표면 요소에 박리 효과를 주기 쉽습니다. PCB에 납땜 또는 재작업이 적용될 때마다 수분 함량으로 인해 박리가 쉽게 확장될 수 있습니다.

수분이 PCB에 미치는 영향

수분의 존재는 PCB의 다양한 기능적 고장으로 이어질 수 있으며, 확산이 유지될 때 접촉하는 구성 요소 또는 전도성 경로에 따라 다릅니다. 습기는 에폭시 유리, 수지 또는 유리 계면에서 곪아 터지고 보드에 균열이 생길 수 있습니다. 일반적으로 습기와 관련된 문제에는 회로 속도가 느려지고 해당 장치의 기능에 따라 지연 시간이 증가하는 것이 포함됩니다. 문제가 특정 제한을 초과하면 장치가 활성화되지 않을 수 있습니다.

인쇄 회로 기판에서 수분 흡수 및 탈착의 영향을 보여주는 테스트가 수행되었습니다. 다양한 밀도의 도금된 관통 구멍이 있는 PCB에서 갇힌 수분의 양은 각 구멍 사이의 거리에 따라 다른 탈착 속도를 갖습니다. 심하게 포화된 PCB에서 탈착은 고온 환경에서 수백 시간이 걸릴 수 있습니다.

대기 습도 압력이 기판 및 해당 구성 요소의 저항을 초과하는 환경에 PCB를 배치하면 습기가 PCB에 침투할 수 있습니다. 수분 박리가 PCB에 영향을 미치는 것을 방지하려면 수분 함량이 0.1% 미만인 고온 또는 수분 함량이 0.2% 미만인 저온에서만 납땜을 수행해야 합니다. 고온 납땜은 섭씨 260도 주변을 맴돌고, 저온 납땜은 섭씨 230도 정도입니다.

수분 감지 및 제거

전기 에너지를 저장하는 PCB의 능력을 측정하면 보드 내에서 수분 함량의 변화를 감지할 수 있습니다. 이 과정에서 커패시턴스 센서가 사용됩니다. 정전 용량 수준은 구멍 밀도에 반비례하여 움직입니다. 후자가 높으면 습기와 표면 사이의 거리가 짧지만 습기가 빠져나갈 공간이 더 많기 때문에 전자가 낮습니다.

PTH가 아닌 PCB에서 커패시턴스는 더 빠른 속도로 감소합니다. 따라서 이러한 보드가 충분히 낮은 수분 수준을 갖기 위해서는 더 적은 베이킹 시간이 필요합니다. PTH 보드에는 습기가 빠져나갈 수 있는 노출된 표면 공간이 적습니다.

탈착 과정에서 구리 면의 역효과로 인해 설계를 고려하여 구워야 합니다. 한편으로는 베이킹 프로세스를 장기간 실행하여 보드에서 수분을 더 효과적으로 비울 수 있지만 그렇게 하면 보드의 납땜성 및 기능 용량이 감소할 수 있습니다. 따라서 이러한 부작용을 방지하려면 베이킹 시간을 측정해야 합니다.

수분 제거 과정이 항상 예측 가능한 결과를 가져오는 것은 아닙니다. 예를 들어, 한 쌍의 동일한 구리 평면은 베이킹이 진행되면서 수분이 중앙에서 폭발하여 잠시 후에 확산될 수 있습니다. 이 순간적인 수분 팽창이 보드의 박리 가능성이 가장 높은 영역에서 발생하면 베이킹의 의도하지 않은 부작용일 수 있습니다.

일부 보드에서는 수분이 여러 층으로 확산되면 수분 제거가 불가능합니다. 따라서 초기 조립 과정에서 기판 내부로 수분이 유입되지 않도록 조치하는 것이 중요합니다.

왜 발생합니까?

PCB가 습기에 노출되는 가장 일반적인 방법 중 하나는 추위와 접촉하는 것입니다. 겨울 공기. 추운 온도에서는 대기 중에 수분을 흡수할 열이 충분하지 않습니다. 그 결과, 공기의 수분 함량이 차가운 표면으로 방출됩니다. 표면이 공기 자체보다 차가워지면 그 표면은 방출된 수분 또는 응축수를 위한 자석 역할을 할 수 있습니다. 이 과정에서 겨울철에 창문에 안개가 자주 끼는 이유입니다.

결로 현상이 있는 곳 근처에 차가운 물건을 놓아도 공기 중 습기를 끌어들이기 쉽습니다. 예를 들어, 안개가 자욱한 창틀을 따라 놓인 꽃병은 물방울로 축축해지기 쉽습니다. 컴퓨터 구성 요소의 표면을 포함하여 내부 공기보다 차가워지고 고인 물을 머금고 있는 모든 표면은 자석 역할을 할 수 있습니다.

비활성 컴퓨터 또는 주변 장치의 내부 및 외부 표면은 겨울철에 쉽게 차가워질 수 있습니다. 표면이 공기 자체보다 차가워지면 습기를 끌어당깁니다. 내부 구성 요소의 경우 습기가 빠져나갈 수 있는 통풍구가 없으면 문제가 악화될 수 있습니다. 예를 들어 PCB는 컴퓨터 상자, 스캐너, 비디오 플레이어 또는 스테레오 장치 내부에 수평으로 위치할 수 있습니다. 집이 비어 있고 외부 온도가 낮음에도 불구하고 열과 전기가 모두 꺼져 있는 시간 동안 이러한 장치는 습기 자석 역할을 할 수 있습니다.

습기가 PCB 및 기타 내부 회로의 표면으로 확산됨에 따라 장치의 전원이 다시 켜지지 않을 수 있습니다. 장치가 겨울 동안 휴면 상태로 남아 있고 봄철에 활성화되지 않으면 내부 습기가 원인이 되는 경우가 있습니다. 장치 자체가 비활성화되었기 때문에 해당 시간 동안 장치 내에서 내부 발열이 발생하지 않았습니다.

습기가 PCB에 축적될 수 있는 추가 방법은 다음과 같습니다.

불충분한 포장: PCB는 또한 불량한 가방 및 캐비닛에 포장되거나 보관될 때 습기와 접촉할 수 있습니다. 보드가 주변 조건으로부터 보호되지 않는 불량한 패키지로 배송되는 경우 특정 조건에서 습기가 스며들 수 있습니다. 어떤 경우에는 습기가 고객의 손에 도착하기 전에 PCB 층으로 확산됩니다.
조립: 습기가 PCB와 접촉할 수 있는 가장 애매하고 답답한 방법 중 하나는 조립 과정에서 주변 공기의 물 입자가 기판에 떨어질 때입니다. 솔더링 전에 물이 기판 자체에 떨어지고 레이어를 통해 확산되면 기판 자체에 본질적으로 결함이 있을 수 있습니다. 습기를 제거하는 단계가 있지만 동일한 단계를 통해 보드가 더 많이 노출될 수도 있습니다.
베이킹: 습기는 PCB 습기를 방지하는 데 사용되는 가장 일반적인 프로세스인 베이킹 중에 보드 내에서 팽창할 수도 있습니다. 베이킹의 목적은 습기를 강제로 내보내는 온도 수준으로 PCB를 가열하는 것이지만 내부화된 수분 분자는 종종 기판 내부의 온도가 상승함에 따라 일시적으로 팽창합니다. 대부분의 수분은 궁극적으로 PCB 밖으로 배출되지만 일시적인 팽창은 기판 내에서 비가역적인 확산을 더욱 유발할 수 있습니다.

수분에 대한 IPC 표준

2010년, PCB 유지 관리의 전체 범위에서 이 주제가 받은 무시를 시정하기 위해 PCB 수분 제어에 대한 IPC 표준이 수립되었습니다. 코팅된 솔더 보드는 습기가 보드에 들어가는 것을 방지하기 위한 조치를 취하는 한 더 오랜 기간 동안 납땜성을 유지할 수 있습니다. 또는 적절한 단계를 사용하여 수분을 분산시키면 보드가 더 오래 지속될 수 있습니다.

지침에 따르면 베이킹은 기존 공정 제어로 습기의 유입을 방지하지 못한 PCB에서 습기를 제거하는 실용적인 방법입니다. 그러나 가이드라인은 베이킹이 비용 증가, 주기 시간 추가 및 납땜성 감소로 이어진다고 경고합니다. 베이킹 프로세스는 또한 PCB에 손상을 입히고 오염을 일으킬 수 있는 추가 처리로 구성됩니다. 따라서 PCB의 조립, 취급 및 보관 시 예방적 유지보수로 베이킹의 필요성을 최대한 피해야 합니다.

이 문서는 베이킹 효과가 마감재를 감소시키기 때문에 특히 유기 납땜성 방부제(OSP) 코팅의 베이킹에 대해 경고합니다. 무연 납땜에서 OSP 코팅은 적용과 관련된 비용 효율적이고 쉬운 단계로 인해 일반적입니다. 이러한 장점에도 불구하고 OSP 층은 기본 구리 표면을 보호하는 유일한 코팅 층으로 인해 쉽게 산화될 수 있습니다. OSP 코팅으로 표면 분리 및 수분 확산이 일어나는 데 몇 분 밖에 걸리지 않습니다.

PCB는 종종 보드를 수분 흡수에 취약하게 만드는 포장으로 배송됩니다. 많은 경우 PCB는 호일 백 또는 ESD 백에 포장되어 배송됩니다. 결과적으로 이러한 보드는 종종 위험한 양의 수분 확산과 함께 도착합니다. 받은 후 패키지에 보관하면 보드가 몇 달 만에 쉽게 망가질 수 있습니다. PCB는 대신 MBB(Moisture Barrier Bag)로 운송 및 보관해야 합니다.

PCB의 습기를 방지하는 방법

PCB 제조 중 적층 공정은 공기 시스템이 건조제 건조제로 조절되는 온도 제어 환경. 다른 구성 요소 사이의 오염 확산을 방지하기 위해 각 작업 주기 동안 새 장갑을 착용하는 것도 중요합니다.

PCB 라미네이션의 바로 그 과정은 완제품에 탈수 효과가 있습니다. 이 단계에서 프리프레그와 코어가 제자리에 놓여지고 레이어가 단일 보드에 결합됩니다. 일부 제조업체는 이 단계에서 저압 진공 효과를 적용하여 층 내에 수분을 가둘 수 있는 내부 공극을 방지합니다.

특정 PCB 제작업체에서는 라미네이션 전에 프리프레그를 굽는 것이 일반적입니다. 여기서 목표는 완성된 보드에 습기 주머니와 물집이 생기는 것을 방지하는 것입니다. 이 단계는 프리프레그가 규제되지 않은 보관 환경에서 사전에 일정 시간을 보냈을 때 가장 유용합니다. 그렇지 않으면 일반적으로 이 단계가 필요하지 않습니다.

PCB에서 습기를 방지하는 가장 효과적인 수단 중 하나는 메쉬 구리 평면으로, 기판 안팎은 물론 레이어 사이의 습기 이동을 억제합니다. 메쉬 구리 평면은 또한 레이어 간의 더 강력한 결합 재료 역할을 합니다. 그러나 PCB에 존재하면 보드의 전기 용량을 줄일 수 있습니다.

PCB에서 수분을 제거하는 방법

PCB에서 수분을 제거하는 주요 방법은 베이킹하는 동안 높은 수준의 열을 가하여 포함된 수분 흔적을 강제로 제거하는 것입니다. 고온은 대부분의 설정에서 효과적인 수분 제거 수단이기 때문에 베이킹은 널리 사용되는 방법입니다. 열이 이 처리를 받은 층을 통해 전달됨에 따라 효과는 일반적으로 철저하고 오래 지속됩니다. 베이킹은 종종 PCB가 상점과 전자 공장으로 배송되기 전에 조립 단계에서 사용됩니다.

베이킹의 긍정적인 효과에도 불구하고 이 과정에는 단점도 있습니다. PCB에 큰 구리 면이 포함된 경우, 수분 농도는 백킹 프로세스 중에 처음에 부풀어올라 결과적으로 박리를 일으킬 수 있습니다. 수분 확산이 일어날 수 있는 것은 팽창의 몇 초 동안입니다. 그렇게 되면 수분 제거 과정이 불가능하지는 않더라도 훨씬 더 어려워집니다.

PCB는 0.05g/m3 미만의 공기 증기로 이상적인 온도로 보드를 유지하는 건조 인클로저에 배치될 때 수분 함량이 배수될 수 있습니다. 이 환경은 습기가 굳거나 확산되는 것을 막는 PCB에 진공 효과를 제공합니다. 건식 인클로저는 또한 산화 및 금속간 물질 발생을 방지합니다. PCB는 부식 위험이 거의 없는 건조 인클로저에 무기한 보관할 수 있습니다.

PCB를 건조한 구획에 적절하게 보관하는 것이 중요합니다. PCB가 배송되고 예비로 보관될 때 PCB는 MBB에 포장되어야 합니다. 습기가 제거된 공기가 있는 건조한 저장 장치는 PCB가 컴퓨터 또는 전자 장치에서 사용되기를 기다리는 몇 주 또는 몇 달 동안 습기 노출을 방지할 수 있습니다.

장치 자체가 습기가 많은 환경에 있는 경우 활성 장치에 포함된 PCB가 습기와 접촉할 수 있습니다. 안개가 낀 창문이 있는 방에 있는 비활성화된 장치는 육안으로 문제가 분명하지 않더라도 내부 및 외부 표면에 쉽게 습기가 있을 수 있습니다. 추운 계절에 전자 장치를 활성 상태로 유지하고 실내 온도를 적당히 따뜻하게 유지하면 이 문제를 피할 수 있습니다. 예를 들어 활성 컴퓨터는 PCB 및 기타 구성 요소에서 습기를 제거하기에 충분한 내부 열을 생성합니다.

전자 부품의 습기를 방지하는 또 다른 방법은 이러한 장치를 수직 위치에 두는 것입니다. 수평 컴퓨터 상자에는 고정된 습기를 수용할 수 있는 누워 있는 PCB가 있습니다. 컴퓨터 타워에서 PCB는 수직 위치에 있습니다. 필요한 모든 방법으로 수분을 제거하는 것이 목적이라면 수평보다 수직이 더 좋습니다.

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