부적절한 솔더 마스크 비아 플러깅이 PCB 구리 무결성에 미치는 영향과 완화 전략

개요

PCB(인쇄회로기판) 솔더 마스크로 플러깅된 비아와 비아 구리 간 직접적 상관관계 없어 보입니다. 하지만 불량 솔더 마스크 플러깅은 PCB에 파괴적 결과를 초래할 수 있습니다. 스텐실 인쇄 특수 기술인 PCB 제작용 솔더 마스크 플러깅 기술은 SMT(표면 실장 기술) 적용과 지속적 발전에 따라 발전해왔습니다. 비아 플러깅 특징:

• PCB 상 모든 비아 중 대부분은 부품 실장 비아, 방열 비아, 테스트 비아 외 노출 불필요. 솔더 마스크 플러깅으로 후속 부품 조립 단계에서 플럭스나 솔더 페이스트가 비아 통해 컴포넌트 측으로 노출되는 것 방지 → 쇼트 회로 예방. 솔더 페이스트 절약도 가능.
• SMT 요구사항 호환: IC(집적회로) 등 부품 표면 접착제가 비아 통해 흘러내리는 것 방지.
• 플럭스, 화학약품, 습기가 BGA 부품과 회로 기판 사이 좁은 공간으로 유입되는 것 차단 → 세척 어려움으로 인한 신뢰성 리스크 감소.
• 자동 조립 라인 요구 충족 위해 진공으로 PCB 흡착 이송/검사 시 비아 솔더 마스크 플러깅으로 진공 누설 방지 → 느슨한 고정 예방.

불량 솔더 마스크 플러깅 원인

불량 솔더 마스크 플러깅 원인 중 하나는 불완전하거나 불충분한 솔더 마스크 플러깅입니다.

• 비아 상단 부분에 솔더 마스크 오일 없고 하단에만 소량 남은 상황.
• 비아 왼쪽에 솔더 마스크 있으나 오른쪽 비아 구멍에서 공기 구멍이 아래로 확장돼 비아 벽 따라 중간에 가까워지면 왼쪽으로 확장돼 단면 생성. 이 단면과 비아 벽 구리 교차점에서 비아 구리 거의 파단.

비아 구리 파단 또는 얇아짐 원인

불완전/불충분 솔더 마스크 플러깅 발생 시 후속 PCB 제작 공정에서 미세 에칭액이나 산 용액이 비아 내로 유입될 수 있습니다. 비아는 보통 직경 0.35mm 미만으로 작습니다. 솔더 마스크 플러깅 발생 시 비아 개구부에 솔더 마스크 오일 없거나 적어 텐팅(tenting) 불가. 비아 중간이나 하단에 솔더 마스크 있어 용액 통로 없음. 용액은 솔더 마스크와 비아 벽 교차점에만 숨어 제거 불가 → 최종적으로 비아 구리 파단 또는 얇아짐 유발.

불량 솔더 마스크 플러깅으로 인한 비아 구리 파단/얇아짐 피해

1. 내부 비아 구리 얇아짐 시: 저항 밀리옴 레벨 도달. 양선 측정법으론 검출 불가 → 불량품 걸러지지 않음.
   • 전기 테스트로 비아 구리 얇아짐 미검출 시 고온 작동과 Z축 팽창(PCBA 단계, 솔더링 포함)으로 얇은 구리 파단 → 전자 제품 기능 불충분 또는 장기 사용 시 불안정.
   • 완전 파단 아닌 얇은 비아 구리: AOI, AXI, 육안 검사 등 일반 검사법으로 발견 불가. 발견 시 동일 생산 배치 전체 폐기 → 큰 손실.
2. 비아 구리 파단/원형 파단 시: PCB 제조사 전기 테스트로 발견 가능. 하지만 구리 에칭이 미세 에칭액으로 장시간 진행돼 고객 단계 도달 전까지 발생 안 함. 고객만 전자 제품 불안정 작동 상태로 인지. 예: 블랙스크린, 멈춤 현상 → 비아 구리 파단 가능성.

해결 방안

a. 엔지니어링 설계 관점

PCB 제작 공장 엔지니어링 부서가 고객 설계 파일 수령 후 플러깅 비아 구멍 크기와 요구사항 주목. 일반적으로 플러깅 비아 구멍 직경 0.35mm 이하 권장. 너무 크면 플러깅 불완전/불충분 발생 쉬움. 고객이 플러깅 비아 요구해도 플러깅 충만도 규정 보통 없음. IPC 규정도 플러깅 비아 충만도 구체적 정의 안 함. 폭넓은 PCB 제조사 요구사항과 다년 엔지니어링 경험 기준 플러깅 비아 충만도 75% 이상 권장.

b. 솔더 마스크 플러깅 기술 개선 관점

현재 PCB 업계 숙지한 비아 플러깅 기술:

1. 기술 #1: 비아 플러깅 → 솔더 마스크 인쇄 (알루미늄 시트 참여, 배기 플레이트 사용)
2. 기술 #2: 비아 플러깅과 솔더 마스크 오일 인쇄 동시 진행
3. 기술 #3: 레진 플러깅 → 솔더 마스크 인쇄
4. 기술 #4: 표면 처리 → 비아 플러깅

비아 플러깅 충만도 기준: 기술 #1과 #3 추천. 둘 다 높은 충만도 기여. 하지만 알루미늄 시트/배기 플레이트 필요, 2대 이상 프린터 동기 인쇄 필요, 보드 베이킹 시간 더 김 → 공정 복잡.

기술 #2: 제조 효율 높으나 충만도 제어 어려움. 이전 부분 논의대로 낮은 충만도 → 얇은 비아 구리/파단 유발 → 비추천.

기술 #4: 잘 사용 안 함 → 후속 논의 제외.

c. 전기 테스트에서 드러나는 비아 오픈 이슈

비아 오픈 검사 → 불완전/불충분 비아 플러깅 발생 여부, 얇은 비아 구리/구리 파단 발생 여부 확인.

앞서 논의: 전기 테스트는 얇은 비아 구리 검출 어렵지만 원형 구리 파단 탐지 가능. 전기 테스트 중 오픈 비아 탐지 시 무전해 도금 구리, 도금, 불량 솔더 마스크 비아 플러깅 중 원인 규명 가능. 원인 파악 후 대응 조치 수립.

d. 솔더 마스크/레진 품질 관점

신규 비아 플러깅 솔더 마스크 오일과 비아 플러깅 레진 기술 테스트로 품질 보장. 이후 소량 배치 테스트로 성능/품질 추가 검증. 이전 부분 묘사한 대로 저품질 비아 플러깅 솔더 마스크/레진 → 공기 구멍 등 문제 유발. 미세 에칭액 공기 구멍 유입 → 비아 구리 서서히 에칭 → 얇은 비아 구리/파단. 저가 이유로 품질 타협 불가.

솔더 마스크 적용은 PCB 제작 핵심 역할. 비아 플러깅 충만도는 제품 외관과 연관되고 불완전/불충분 플러깅으로 인한 비아 구리 품질 이슈와 직결 → 실무 관리에 특별한 주의 필요. 구체적으로: 규정된 절차 준수, 제조 관리 정교화, 검사 기준 명확화로 비아 플러깅 충만도 완전 보장.

참고 자료

• 솔더 마스크와 설계 팁
• SMT PCB 설계 요구사항: 패드-트레이스 연결, 스루홀, 테스트 포인트, 솔더 마스크, 실크스크린 설정
• 실크스크린 네일베드 디자인이 솔더마스크 두께 균일도에 미치는 영향
• 솔더 마스크 플러깅 비아 제조 기술 개선 효과적 조치