PCB 조립에서 인쇄 공정은 가장 중요하면서도 까다로운 단계입니다. 미세한 오류도 완성된 PCB 전자제품을 망가뜨릴 수 있으며, 실수는 주로 솔더 조인트가 PCB 패드에 장착될 때 발생합니다. 수백, 수천 개의 솔더 조인트를 하나씩 만들다 보면 실수할 위험이 큽니다. 이때 PCB 스텐실이 '은탄환' 역할을 합니다. 스텐실을 사용하면 모든 솔더 조인트를 한 번에 패드에 장착할 수 있어 시간을 대폭 절약하고 오차 범위를 없앨 수 있습니다.
이 가이드에서는 솔더 페이스트 스텐실링을 시작하는 데 필요한 모든 것을 다룹니다.
스텐실은 PCB 상의 부품 레이아웃을 결정하는 개구부(아페처) 패턴을 가진 얇은 시트입니다. 솔더 스텐실을 사용하면 적당량의 솔더 페이스트를 보드 전체에 정밀하게 한 번에 도포할 수 있습니다.
스텐실로 덮인 PCB 패드 위에 솔더 페이스트를 바르고 스텐실을 떼어내면, 스텐실 개구부 패턴대로 솔더 페이스트가 보드에 남습니다. 이렇게 정밀하게 도포된 솔더 페이스트는 기계적 강도와 전기적 연결 면에서 최적의 솔더 조인트를 보장합니다.
대부분의 PCB 패드 공급업체는 맞춤형 스텐실도 함께 제작해 줍니다. 주문 시 PCB와 전용 스텐실을 세트로 받을 수 있습니다.
스텐실은 프레임 타입과 프레임리스 타입 두 가지로 나뉩니다. 프레임리스가 저렴하고 보관하기 쉽지만, 대량 인쇄에는 프레임 타입이 더 적합합니다.
스텐실 소재는 개구부를 통한 페이스트 배출 능력을 결정하는 핵심 요소입니다. 추후 섹션에서 자세히 다루겠지만, 특정 코팅을 적용하면 배출 성능을 높일 수 있습니다.
개구부 크기에 맞는 적절한 두께가 아니면 원하는 솔더 조인트를 얻기 어렵습니다. 두께가 부적절하면 표면장력 때문에 페이스트가 개구부 내벽에 달라붙어 배출되지 않습니다.
개구부 설계는 브리징, 솔더 비드 같은 결함 발생 확률에 영향을 주며, 스텐실과 PCB 사이의 개스킷 밀봉 역할도 합니다.
솔더 조인트가 패드에 정확히 인쇄되게 하는 결정적 요소입니다. PCB와 스텐실 양쪽에 피듀셜 마크(등록 마크)를 새겨 정밀 정렬을 달성합니다.
전도성과 방열을 돕는 구리 패드가 있는 PCB에는 전용 스텐실 설계가 필요합니다. 일반 설계 적용 시 구리 들뜸, 아우터 리드 불량 납땜 등이 발생합니다. 이를 방지하려면 개구부에 '윈도우 효과'를 줘 솔더 볼륨을 조절해야 합니다.
구리 패드에 비아(vias)가 있어 방열이 더 강화된 경우, 솔더 페이스트가 비아로 유입되지 않게 설계해야 합니다. 한 보드에 미세 피치 부품(얇은 스텐실 필요)과 대형 부품(두꺼운 스텐실 필요)이 혼재하면, 스텝업/스텝다운 영역이 있는 다단계 스텐실을 사용합니다. 스텝업 영역은 소재를 추가해 솔더 페이스트 양과 높이를 늘리고, 스텝다운은 반대입니다.
이처럼 두께는 PCB 스텐실에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 다음 장에서 스텐실 두께의 역할을 심층 분석합니다.
패드 크기, 개구부 패턴, 두께의 조합이 페이스트 도포 능력을 결정합니다. 개구부 패턴과 패드 크기가 적절해도 두께가 맞지 않으면 최적 도포가 불가능합니다.
두께는 솔더 조인트를 형성하는 페이스트의 양과 높이를 결정합니다. 양이 적으면 디스커넥트(미연결) 위험이 커지고 점퍼(단락) 위험은 줄어듭니다. 이 상관관계를 '종횡비'라 하며, 페이스트가 개구부를 통과할 때 작용하는 힘(밀어내는 힘 vs 가두는 힘)의 차이에서 기인합니다.
최적 도포를 위해 종횡비는 1 이상이어야 하며, 패드와 페이스트 간 표면장력이 개구부 벽과 페이스트 간 표면장력보다 커야 합니다. 종횡비 = 개구부 너비(W) / 스텐실 두께(T)로 계산합니다. 업계 표준 최소값은 1.5입니다.
개구부 면적과 개구부 벽 면적의 비율로, 페이스트 배출 능력을 판단하는 또 다른 지표입니다. 업계 표준 최소값은 0.66입니다.
미세 피치 QFP, BGA, 최소 칩 크기를 고려해 두께를 정해야 합니다.
여러 IC를 동시에 실장할 때는 BGA나 최소 부품을 기준으로 두께를 정하는 것이 더욱 중요합니다.
SMT 조립용 스텐실 두께 선정 규칙은 더 복잡하지만, 종횡비와 면적비 고려는 필수입니다.
필수 지식을 갖췄으니 이제 PCB 스텐실 제작 업체를 알아볼 차례입니다. 다음 장에서 다룹니다.
적절한 두께의 얇은 시트를 구하는 것과 정밀한 크기의 구멍을 수천 개 뚫는 것은 차원이 다른 문제입니다. 수작업 펀칭은 비현실적입니다.
널리 쓰이는 세 가지 제작 방식은 화학 에칭, 레이저 커팅, 전기주조입니다. 각 방식은 기공 벽면 마감 품질이 다르며, 마감이 매끄러울수록 페이스트 배출 효율이 높습니다. 가장 대중적인 방식은 레이저 커터입니다.
이 장에서는 레이저 커터로 PCB 스텐실을 만드는 방법을 소개합니다. 단, 매우 타이트한 피치의 스텐실 제작에는 적합하지 않습니다.
마일러 시트 두 장을 포개 놓습니다. 첫 번째 시트가 레이저 열로 녹아 분리될 때 두 번째 시트가 녹은 패드를 흡수해 첫 번째 시트를 깔끔하게 떼어낼 수 있게 합니다.
EagleCAD: 상단/하단 크림 레이어를 CAM 파일로 내보내기(거버 파일 출하 방식과 동일).
ExpressPCB: 파일 메뉴 → 'Export DXF Mechanical Drawing' 선택.
거버 내보내기 소프트웨어 사용 시 레이저 커팅으로 인한 용융 팽창을 보정해야 합니다. 패드 크기가 커지므로 미리 줄여놔야 합니다.
DXF 내용을 다른 소프트웨어로 스케일 다운해야 할 수 있습니다. AutoCAD에서 전체 도면 하이라이트 후 'SCALE' 명령 입력, 적절한 스케일 팩터 적용 후 PDF로 출력.
레이저 커터 설정을 조정해 적층된 마일러 시트를 커팅합니다. 첫 번째 시트가 약간 녹지만 두 번째가 흡수해 깔끔하게 분리됩니다.
널리 쓰이는 제작 방식을 살펴봤지만, 스텐실의 유형과 품질이 성공의 핵심입니다. 다음 장에서 솔더 페이스트 스텐실의 유형과 특성을 심층 분석합니다.
스텐실 설계 외에 다음 네 가지 요소를 반드시 고려해야 합니다.
소재는 설계만큼 중요합니다. 주로 금속(스테인리스강) 또는 폴리이미드로 만듭니다. 스테인리스강 스텐실은 다량 프로토타입 제작에 최적입니다. 분자 구조 덕분에 개구부 벽면이 매끄러워 효과적인 종횡비 달성이 쉽습니다. 단, 고가라 소량 프로토타입에는 과투자입니다. 폴리이미드 스텐실은 저렴한 대안이며, 레이저 커팅 시 우수한 개구부를 구현할 수 있습니다.
프레임 타입(글루인)과 프레임리스 타입 두 가지입니다.
솔더 페이스트의 플럭스와 합금 조성도 솔더 조인트의 부품 고정력에 영향을 줍니다. 조성 변화가 크면 부품이 견고하게 고정되지 않습니다.
대량 생산 시 보드 하단의 여분 솔더를 닦아내기 어렵습니다. 특정 코팅을 적용하면 개구부 벽면의 잔류 솔더를 줄여 페이스트/플럭스 조성 왜곡을 방지할 수 있습니다.
스텐실 유형과 품질을 이해했으니 실제 스텐실링 구현으로 넘어갑니다. 다음 장에서는 필수 장비를 살펴봅니다.
PCB 스텐실 프린터는 결함 없는 반복 인쇄 능력으로 정평이 나 있으며, 소량/대량 생산 모두에 적합합니다.
주요 유형: 자동/반자동 SMT 프린터, 수동 프린터(시제품/소량용). 주요 기능: 스크류 드라이버, 속도 컨트롤러, PCB 정렬용 카메라 시스템. 인쇄 속도, 스트로크 길이, 스퀴지 압력 등 설정 가능. 작동 현황 표시 화면, 스텐실 하면 세척(습윤, 건조, 진공) 기능 탑재. 진공 단계는 개구부에 남은 잔류 솔더를 제거합니다.
컴퓨터 소프트웨어 파라미터에 따라 고출력 레이저 빔으로 스텐실에 구멍을 뚫는 시스템입니다. 개구부 생성을 완전 자동화해 스트레스와 오차 마진을 제거합니다. 레이저 커팅 시 가장자리 및 개구부 벽면이 최적의 매끄러움을 얻습니다.
높은 범용성으로 다양한 소재의 스텐실과 PCB 패드 커팅, 드릴링, 에이블레이션 가능. 기계식 커팅과 달리 분진이 발생하지 않아 광학 부품이 포함된 PCB 전자제품에 유리합니다.
이제 PCB 스텐실의 품질과 제작 장비를 모두 이해했습니다. 소량 PCB 조립에서 이 모든 것이 어떻게 결합되는지 살펴보겠습니다.
PCB 스텐실링의 모든 것을 속속들이 파헤쳤습니다. 이 지식을 무장하면 PCB 프로젝트를 망치는 인쇄 오류를 예방할 수 있습니다.
PCB 제조 공정에서 어려움을 겪을 때는 언제든 문의하세요. 최고 수준의 전문성과 최첨단 장비로 PCB 스텐실 관련 모든 문제를 해결해 드립니다.
산업기술
PCB 표면 처리(Surface Finish)란? PCB 표면 처리는 베어 보드의 구리 패드와 부품 사이에 형성되는 코팅층으로, 구리 산화 방지(보호)와 납땜성 확보(Solderability)라는 두 가지 핵심 목적을 가집니다. RoHS(유해물질 제한 지침), WEEE(폐전기전자제품 처리 지침) 등 환경 규제 강화로 무연 공정이 필수가 되면서, OSP와 ENIG가 대표적인 무연 표면 처리로 자리 잡았습니다. OSP (Organic Solderability Preservative, 유기 납땜 보존제) OSP 처리된 PCB 표면
납땜은 금속을 접합하는 일반적인 방법입니다. 알루미늄도 납땜할 수 있지만, 다른 금속보다 훨씬 더 어려울 수 있습니다. 적절한 납땜 합금 사용, 알루미늄 산화막 제거 등 알루미늄 납땜을 더 쉽게 만드는 팁이 있습니다. 특수 용접 장비 없이 알루미늄을 접합하는 것은 진짜 도전입니다. 알루미늄용으로 설계된 특수 납땜 합금 또는 브레이징 합금, 또는 프로젝트에 따라 알루미늄을 다른 금속과 접합하기 위한 합금을 구해야 합니다. 온라인이나 매우 잘 갖춰진 철물점에서 납땜 합금을 구한 후, 주요 과제는 알루미늄 표면의 산화막을 긁어낸 직후 즉
