PCB 표면 처리 선택 가이드: HASL, OSP, ENIG 비교 분석

인쇄 회로 기판(PCB) 표면 처리를 만들 때 유기 또는 금속 소재 중 선택할 수 있습니다. 어떤 유형의 표면 처리가 존재하는지 아는 것은 간단하지만, 귀사의 PCB에 가장 적합한 것을 어떻게 결정할까요? 이들은 유사점을 공유하지만, 각각 고유한 이점, 단점, 기술적 고려 사항이 있습니다.

올바른 마감 기술을 선택하는 방법을 고민 중이라면, 이 기사가 세 가지 일반적인 유형인 핫 에어 솔더 레벨링(HASL), 유기 납땜성 보존제(OSP), 무전해 니켈 침금(ENIG)에 대해 더 자세히 알 수 있도록 도와드립니다.

PCB 표면 처리의 중요성

PCB에 선택한 표면 처리는 해당 부품 내에서의 품질과 유용성에 상당한 영향을 미칩니다. 마감 처리는 PCB의 구리 층이 산화되는 것을 방지하여, 그렇지 않으면 납땜성이 저하됩니다. 부품이 추가되기 전에 보드가 산화되지 않도록 마감 처리를 적용하면, 필요에 따라 추가 요소를 납땜할 수 있습니다. PCB의 전기적 연결이 적절한 구리 전도성에 의존하므로, 산화를 방지하고 필요에 따라 부품을 부착하는 것이 필수적입니다.

적절한 마감 선택은 마감 공정, PCB 설계, 최종 결과 품질 등 다양한 요인에 따라 달라집니다. 모든 마감 유형이 모든 PCB에 적합한 것은 아닙니다. 다양한 마감을 고려할 때 염두에 두어야 할 몇 가지 특성은 다음과 같습니다.

1. 납땜성

PCB가 의도한 대로 작동하도록 납땜 문제를 피하는 것은 필수적입니다. 주어진 환경에서 적절히 기능하는 연결을 보장하려면 매끄러운 표면이 필요합니다. 표면 처리가 침지 주석처럼 구리에 직접 납땜할 수 있는지, 아니면 ENIG처럼 층층이 쌓이는 기술인지 고려하세요.

좋은 와이어 본딩도 중요합니다. 서로 다른 금속은 고유한 제조 기술을 필요로 하며, 동일한 환경에서도 다르게 동작합니다. 와이어는 알루미늄, 금, 구리 등 다양한 소재로 구성되며, 각 표면 처리 유형은 이러한 요소와 호환되거나 호환되지 않을 수 있습니다.

2. 공정 시간

특정 마감의 공정 윈도우는 크거나 작을 수 있습니다. HASL 같은 마감은 더 큰 공정 윈도우를 가집니다.

공정 소요 시간은 조립 복잡도에 따라 다릅니다. OSP 같은 일부 표면 처리는 제한된 열 사이클을 가지며 여러 번의 납땜 공정을 견딜 수 없습니다. 몇 사이클 후면 사라지고 PCB는 산화 방지 보호를 잃게 됩니다. 그러나 OSP 표면 처리는 제조 중에 재작업할 수 있습니다. 침지 은도 마찬가지입니다.

ENIG는 더 복잡한 마감 공정으로 완료하는 데 더 오래 걸리므로, 단시간에 대량의 PCB를 생산할 필요가 없는 PCB 생산 라인에 더 적합할 수 있습니다.

3. 신뢰성

선택한 표면 처리가 환경에 얼마나 잘 견딜까요? PCB가 특정 신뢰성 요구 사항을 충족해야 한다면, 이를 수용하는 마감을 원할 것입니다. 비용은 여기에 언급된 많은 다른 요소 중 하나일 뿐이지만, PCB 마감이 의도한 대로 작동하지 않아 표면을 보호하지 못했을 때 실패 비용이 얼마나 높을지 고려해야 합니다.

IPC는 TM-650 테스트 방법 매뉴얼 하에 PCB 신뢰성 및 품질 테스트 방법을 자세히 설명하는 일련의 표준을 제공합니다. 여기에는 치수 검증, 화학 저항성, 구리 연성, 신호 손실량 등 기술이 포함됩니다. 한 테스트에서는 황산 및 이소프로판올 같은 화학 물질을 사용하여 이 물질들이 PCB 유전체 소재에 미치는 영향을 판단합니다.

4. 부식

은 같은 일부 표면 마감 유형은 다른 유형보다 크립 부식(creep corrosion)에 더 취약할 수 있습니다. 이러한 부식은 본질적으로 모든 유형의 마감에서 발생할 수 있지만, 침지 은에서 가장 흔합니다. 금속 요소의 부식이 PCB 표면을 따라 확산되면서 이웃 특징과 상호작용하여 단락을 유발할 수 있습니다. 이 문제는 무연 마감의 광범위한 사용 증가로 더 흔해졌는데, 납은 특히 부식 저항에 효과적이었기 때문입니다.

크립 부식은 습하고 황이 풍부한 환경에서도 더 흔합니다. PCB가 노출될 환경 종류를 고려하여 표면 처리를 결정하세요. 환경이 제품 수명 주기를 결정하는 주요 요인이 될 수 있습니다.

침지 주석 같은 다른 마감은 위스커(whiskers) 발생 경향이 있지만, 안티 마이그레이션 에이전트로 이 문제를 줄일 수 있습니다.

사용할 PCB 표면 처리에 영향을 미치는 요인

PCB 표면 처리 유형

다양한 PCB 표면 처리 유형이 존재하지만, 여기서는 잘 알려진 세 가지(HASL, OSP, ENIG)를 다룹니다.

1. HASL 및 무연 HASL

HASL 표면 처리는 고품질 납땜성을 제공하고 여러 열 사이클을 수용하며, 더 저렴한 옵션 중 하나입니다. 한때 업계 표준이었으나, 유해 물질 제한(RoHS) 표준으로 인해 HASL은 준수에서 벗어났습니다. 이에 따라 무연 HASL이 환경 및 건강 영향 측면에서 더 수용 가능한 옵션이 되었습니다. HASL은 긴 업계 역사와 엔지니어들 사이에서 잘 알려져 있지만, 무연 HASL이 더 안전하고 RoHS 같은 지침에 더 부합합니다.

HASL 마감은 보드를 주석-납 또는 주석-니켈 납땜에 담그고 일정 시간 유지하여 만듭니다. PCB를 꺼내면 에어 나이프라고 하는 뜨거운 공기 분사로 여분의 마감을 제거합니다. HASL 마감은 넓은 공정 윈도우를 허용하지만, 에어 나이프 각도, 공기 압력, PCB 보드 진입/제거 속도 등 다양한 요인이 마감의 균일도에 영향을 주어 납땜성에 영향을 줍니다.

HASL 및 무연 HASL 표면 처리는 다음과 같은 애플리케이션에 사용됩니다.

• 전기 테스트: HASL 마감은 회로 기판 전기 테스트 중 테스트 패드와 비아를 자동으로 보호합니다.
• 수동 납땜: HASL 마감은 조인트가 쉽게 형성되므로 수동 납땜 공정에 적합합니다.
• 고성능 전자 제품: HASL은 강한 조인트 형성 능력 덕분에 항공우주 및 군용 장치 같은 고성능 및 고신뢰성 애플리케이션에 종종 훌륭한 선택입니다.

2. OSP

OSP 표면 처리는 유기 PCB 마감의 예입니다. 공정에 독소가 관여하지 않아 환경 친화적이면서 보호 및 부식 방지 특성을 유지합니다. 유해 화학 물질이 없으므로 OSP 보드는 RoHS 준수입니다. 이 수성 마감은 추가 PCB 부품 부착을 위한 평평한 표면을 제공하며, HASL 공정과 마찬가지로 비용 효율적입니다.

OSP는 동일 평면성(co-planarity) 덕분에 무연 HASL의 효과적인 대체재로 사용될 수 있습니다. 충분한 평평함을 제공하면서 단순한 제조 공정을 제공하는 PCB 표면 처리가 필요할 때 OSP는 아마도 최선의 선택일 것입니다.

PCB에 OSP 표면 처리를 적용하는 것은 일반적으로 컨베이어 화학 공정 또는 수직 딥 탱크를 포함합니다. 공정은 일반적으로 헹굼 단계를 사이에 두고 다음과 같습니다.

1. 세척: PCB 구리 표면의 오일, 지문, 도포 마감의 평평함에 영향을 줄 수 있는 기타 오염 물질을 제거합니다.
2. 표면 거칠기 향상: 노출된 구리 표면은 미세 에칭을 거쳐 보드와 OSP 간의 결합력을 높입니다. 이 공정은 산화도 감소시킵니다. 적절한 필름 두께를 얻으려면 미세 에칭 속도를 일정하게 유지해야 합니다.
3. 산 세척: PCB는 황산 용액에서 산 세척을 거칩니다.
4. OSP 도포: 이 시점에서 OSP 용액을 PCB에 도포합니다.
5. 탈이온 헹굼: OSP 용액에 이온을 주입하여 납땜 시 쉽게 제거되도록 합니다. 이 헹굼은 OSP 용액 내 다른 이온으로 인한 변색을 피하기 위해 방부제가 축적되기 전에 사용해야 합니다.
6. 건조: OSP 마감이 도포된 후 PCB를 건조해야 합니다.

OSP는 단순하고 저렴한 공정을 제공하지만, 취급에 매우 민감하고 스크래치가 쉽게 생겨 납땜성이 저하될 수 있음을 명심해야 합니다. 또한 ENIG나 HASL보다 보관 수명이 짧습니다.

OSP의 일반적인 용도는 다음과 같습니다.

• 미세 피치 디바이스: 동일 평면 패드나 고르지 않은 표면이 없기 때문에 미세 피치 디바이스에 적용하기 가장 좋습니다.
• 서버 보드: OSP의 용도는 저가 애플리케이션부터 고주파 서버 보드까지 다양합니다. 이러한 광범위한 사용성은 수많은 애플리케이션에 적합하게 만듭니다. 선택적 마감에도 자주 사용됩니다.
• 표면 실장 기술(SMT): PCB 표면에 부품을 직접 부착해야 할 때 SMT 조립에 OSP가 잘 작동합니다.

3. ENIG

ENIG 표면 처리는 가격이 더 비싸지만, 고품질 제품을 생산하는 성공률이 높습니다. 여러 열 사이클을 견디며, 뛰어난 납땜성을 보이고, 와이어 본딩에 적합합니다. 이름에서 알 수 있듯 니켈과 금 두 코팅 층으로 구성됩니다. 니켈은 베이스 구리 층을 보호하고 전기 부품의 안전한 부착을 가능하게 하며, 금은 니켈의 부식 방지 역할을 합니다.

ENIG는 도금 홀처럼 PCB 요소에 엄격한 공차가 필요한 상황에서 사용할 수 있습니다. HASL은 이에 덜 효과적입니다. OSP처럼 탁월한 평평함을 제공하며 미세 피치 디바이스에 이상적입니다.

ENIG 코팅 도포에는 팔라듐으로 촉매된 구리 표면에 니켈을 증착하는 과정이 필요합니다. 침금 단계에서 분자 교환 방식으로 금이 니켈에 부착됩니다. ENIG는 OSP와 유사하게 미세 에칭과 각 단계 사이의 헹굼을 포함하며, 공정 단계는 다음과 같습니다.

1. 세척.
2. 미세 에칭.
3. 사전 딥핑.
4. 활성제 도포.
5. 사후 딥핑.
6. 무전해 니켈 도포.
7. 침금 도포.

ENIG 표면 처리의 표준 애플리케이션은 다음과 같습니다.

• 복잡한 표면 부품: 평평한 표면 덕분에 볼 그리드 어레이(BGA)나 쿼드 플랫 패키지(QFP)처럼 매끄러운 표면이 필요한 복잡한 PCB 부품에 선호되는 선택입니다.
• 와이어 본딩: ENIG 마감은 알루미늄 와이어에 최소한의 와이어 본딩을 허용하지만, 금과는 호환되지 않습니다.
• 고신뢰성 애플리케이션: 항공우주, 군용, 의료, 고급 소비자 산업 등 정밀도와 내구성이 중요한 애플리케이션의 PCB에 ENIG 표면 처리가 종종 사용됩니다.

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