PCB 표면 처리 완벽 가이드: 최적 옵션 선택 방법

1. PCB 표면 처리란 무엇인가?

PCB 표면 처리(PCB Surface Finish)는 인쇄 회로 기판(PCB)에서 가장 중요한 측면 중 하나입니다. PCB에 적용되는 마감은 그 효능과 수명을 결정합니다. 하지만 꽤 많은 옵션이 있는데, 어떻게 이상적인 것을 선택할까요? 계속 읽어보세요.

PCB 표면 처리 정의

PCB 표면 처리는 베어 인쇄 회로 기판과 부품 사이의 코팅입니다. PCB는 보호 없이 방치하면 산화와 열화되기 쉬운 구리 마감을 가집니다. 이를 위해 마감을 두 가지 중요한 목적으로 적용합니다:

• 구리 표면과 회로 보호
• 조립 시 관련 부품 납땜을 위한 표면 준비

이제 구체적인 표면 처리 유형들과 그 차이점을 살펴보겠습니다.

2. PCB 표면 처리 7가지 유형 및 비교

PCB 표면 처리에는 7가지 유형이 있으며 각각 장단점이 있습니다:

HASL(열풍 레벨링)

가장 흔한 표면 처리로 가장 저렴합니다. 공정: PCB를 용융 납땜 용액에 담근 후 열풍 나이프로 잔여물을 불어냅니다. 용융 납땜 용액은 납과 주석 합금으로 구성됩니다.

장점

• 가장 큰 장점: 경제적
• 넓은 공정 윈도우 허용
• 광범위한 PCB에 적용 가능
• 우수한 납땜성 제공

단점

이 표면 처리는 납과 주석으로 된 용융 납땜 용액에 보드를 담그는 과정을 포함합니다. 이로 인해 RoHS 준수가 요구되는 패널에는 부적합합니다. 이 단점은 다른 단점들과 연결됩니다:

• 대형 패드와 소형 패드 간 두께 차이 발생
• HDI 제품에 부적합
• 미세 피치에서 브리징 유발
• 직경 20밀 미만 BGA와 SMD에 부적합

무연 HASL

오늘날 PCB에 가장 널리 쓰이는 표면 처리입니다. PCB를 용융 합금 납, 또는 주석 합금 납 또는 주석 합금에 담가 전체 표면을 커버합니다. 에어 나이프로 잔여물을 불어내 균일한 코팅을 만듭니다.

장점

• 약 265°C 온도에 PCB를 노출시켜 잠재적 박리 이슈 노출(가장 큰 장점)
• 광범위하게 구매 가능
• 친환경적
• 내구성 보장
• 재작업 가능
• 저렴함

단점

• 열충격 유발 가능
• 불균일한 표면 결과 가능
• 미세 피치에 이상적이지 않음
• 납땜 브리징 유발 가능
• PTH(플러그드 스루홀) 감소

침주석 (ISN)

침주석은 미세 피치 제품, 평면, 백플레인, 프레스 핏에 이상적인 표면 처리입니다. ISN은 PCB 구리 표면과의 화학적 치환 반응으로 도포됩니다.

장점

침주석은 단점을 훨씬 능가하는 광범위한 장점이 있습니다:

• 무연 HASL과 달리 균일한 표면 생성
• 재작업 가능
• 리플로우 납땜 대체 가능
• 높은 신뢰성
• 광범위한 PCB에 이상적

단점

주석과 구리는 서로 강한 친화력을 가집니다. 이 두 금속 중 하나가 다른 하나로 확산되는 것은 불가피합니다. 결과: 대부분 다른 PCB 표면 처리보다 짧은 보관 수명. PCB 성능도 제한될 수 있습니다. 이것이 가장 큰 단점입니다. 기타 단점:

• PTH에 부적합
• 짧은 보관 수명으로 제한적 재작업만 가능
• 주석 위스커 발생
• 솔더 마스크 손상 가능
• 취급이 어려워 광범위한 손상 초래 가능
• 발암 물질인 탈로우(Thoreau) 함유로 취급자 건강에 해로울 수 있음

침은 (IAG)

침은은 WEEE와 RoHS 지침 통과 후 널리 인기를 끌었습니다. 여러 이유로 ENIG의 훌륭한 대안으로 여겨지며, 그중 으뜸은 미세 피치에 이상적이라는 점입니다. 침은은 주로 알루미늄 와이어 본딩, 멤브레인 스위치, EMI 차폐에 사용됩니다.

장점

침은의 주요 장점 중 하나는 OSP를 포함해 변색 방지합니다. 하지만 이 때문에 OSP가 보드 오염물에 민감해 도포 후 즉시 포장해야 합니다. 기타 장점:

• RoHS 지침 및 요건 준수
• 미세 피치에 적합
• 약 12개월의 적당한 보관 수명
• 다른 표면 처리에 비해 높은 안정성
• 평면에 이상적
• 저렴하고 비용 효율적

단점

앞서 언급했듯 OSP 존재로 침은은 변색에 취약하며 이것이 가장 큰 단점입니다. 기타 단점:

• 은 위스커 발생 가능
• 높은 마찰 계수로 컴플라이언트 핀 상호작용에 부적합
• 일부 시스템은 1:1 마이크로 비아 종횡비에 투입 불가

ENIG(무전해 니켈 침금)

ENIG는 PCB 업계에서 급속히 인기를 얻고 있으며 다른 표면 처리들의 주요 단점들을 극복합니다. ENIG는 2단계 도포 공정입니다. 먼저 니켈 층을 도포해 구리 장벽이자 부품 납땜에 적합한 표면으로 삼습니다. 이후 금 층을 도포해 보드 보관 기간 동안 니켈 층을 보호합니다.

장점

ENIG의 가장 큰 장점: 플립칩, BGA 등 차세대 복잡한 표면 부품에 이상적입니다. 다른 표면 처리들은 이런 신규 보드 적용에 한계가 있습니다. 기타 장점:

• 니켈과 금 층이 얇고 고르 평평한 표면에 이상적
• 납 미포함
• PTH에 이상적
• 긴 보관 수명

단점

ENIG는 긴 보관 수명을 가지지만 '블랙 패드 증후군'과 연관되어 있습니다. 니켈과 금 층 사이에 인이 축적되어 골절과 불량 보드 연결을 유발하는 흔한 문제입니다. 또 다른 주요 단점은 재작업에 부적합하다는 점입니다.

ENEPIG(니켈 팔라듐 금)

ENEPIG는 ENIG의 업그레이드 버전입니다. ENIG에서 침금이 니켈 층을 파괴하는 것으로 나타났습니다. ENEPIG는 금과 니켈 층 사이에 팔라듐 도금 층을 도입합니다.

장점

ENEPIG는 '범용 마감'이라 불립니다. 다중 표면 패키지를 가진 현대 고급 보드 다수에 적용 가능하기 때문입니다. 다양한 장점:

• 평평한 표면 형성
• 처리 용이
• 피부 독성 없음
• 납 미포함
• 다중 리플로우 사이클에 이상적
• Sn-Ag-Cu 납땜과 높은 호환성
• 긴 보관 수명

단점

• 블랙 패드 발생 빈번
• 납땜 접합 신뢰성 저하
• 팔라듐 층이 너무 두꺼워 납땜성 성능 지원 어려움
• 다른 표면 처리에 비해 웨팅 시간 더 김
• 도금 조건 영향 받음
• 대부분 다른 표면 처리에 비해 비쌈

OSP(유기 납땜성 보존제)

OSP는 유기 수용성 표면 처리입니다. 구리와 선택적으로 결합하며 PCB를 납땜 가능하게 만듭니다.

장점

OSP 표면 처리는 유기 수용성이라 환경 친화적인 점으로 주목받습니다. 적용이 쉽고 공정이 다른 표면 처리에 비해 상대적으로 짧고 단순합니다. 장점:

• 균일한 코플레나 표면 제공
• 장비 유지보수 비용 낮음
• 납 미포함
• 수리 가능

단점

OSP는 유기 수용성이라 취급 시 손상에 매우 민감합니다. 여러 다른 단점과 연결됩니다:

• 짧은 보관 수명
• PTH에 매우 나쁨

PCB 표면 처리 선택 방법

이 PCB 표면 처리 유형들의 차이는 특정 용도에 적합하거나 부적합하게 만듭니다. 따라서 이상적인 표면 처리를 적용하려는 사람은 여러 요소를 고려해야 합니다:

패드 평탄도

여러 번 언급했듯 일부 표면 처리는 성능, 납땜성 등 요소를 저해하는 불균일한 표면을 만듭니다. 평탄성이 중요하다면 얇고 고른 층을 가진 표면 처리를 고려하세요. 이 경우 적합한 옵션: ENIG, ENEPIG, OSP.

납땜성 및 웨팅성

PCB 작업 시 납땜성은 항상 중요한 요소입니다. OSP와 ENEPIG 같은 특정 표면 처리는 납땜성을 저해하는 것으로 나타났지만, HASL 같은 것들은 납땜성에 이상적입니다.

금 또는 알루미늄 와이어 본딩

PCB에 금 또는 알루미늄 와이어 본딩이 필요하다면 옵션이 ENIG와 ENEPIG로 제한될 수 있습니다.

보관 조건

언급했듯 OSP 같은 일부 표면 처리는 PCB를 취급 시 취약하게 만들지만 다른 것들은 내구성을 높입니다. 위험 없는 보관과 취급 요건을 충족할 수 있을 때만 PCB를 취약하게 만드는 표면 처리를 적용해야 합니다.

납땜 사이클

PCB를 몇 번이나 납땜하고 재작업할까요? 보셨듯 많은 표면 처리가 재작업에 이상적입니다. 하지만 침주석 같은 것들은 재작업에 부적합합니다.

RoHS 준수

표면 처리 결정 시 RoHS 준수는 필수적입니다. 보통 납을 이용하는 모든 표면 처리는 RoHS 준수에 부적합하므로 피해야 합니다.

결론

요약했듯 각 표면 처리 유형은 나머지와 차별화되는 고유 요소를 가집니다. 이 요소들은 특정 응용 분야에 적합하거나 부적합하게 만들며, 이상적 옵션은 궁극적으로 PCB 구성에 달려 있습니다.

WellPCB는 PCB 보드와 표면 처리에 대한 방대한 경험을 보유하고 있습니다. 연락 주시면 다양한 PCB 표면 유형 등에 대해 더 알아보세요! 귀사 PCB에 이상적인 표면 마감을 찾는 데 도움을 드리고 싶습니다.