솔더 마스크의 기본 설계

일반적인 양면 PCB(인쇄 회로 기판)는 기판 표면부터 동박층, 솔더 마스크층, 실크스크린층의 세 층으로 구성됩니다. 이 층들은 드릴링 층에 있는 도금 관통 홀(PTH)을 통해 상단과 하단층 간의 전기적 연결을 제공합니다.

솔더 마스크의 목적

1. 수분과 다양한 화학물질 및 전해질의 침투를 방지하여 구리 도체의 산화와 부식을 막고, 전기적 성능 저하를 방지합니다.

2. 외부의 기계적 스크래치로부터 보호하여 구리 도체 간의 절연을 유지하고, 단락 회로를 예방합니다.

3. 부품 납땜 시 불필요한 납땜 연결을 막아 단락 회로를 방지합니다.

4. 납땜이 필요 없는 영역에서 패드 표면 마감 처리 (예: ENIG, HASL) 의 소모를 줄입니다.

5. 보드에 다양한 색상을 제공하여 외관을 향상시킵니다.

솔더 마스크 디자인

솔더 마스크는 모든 솔더링을 막는 것이 아닙니다. 초보 엔지니어들은 솔더 마스크 레이어에 그려진 패턴이 특정 영역을 솔더링할 수 없게 만든다고 잘못 이해할 수 있습니다. 이는 잘못된 인식입니다. 솔더 마스크는 보드 위에 솔더 레지스트 잉크가 도포되는 영역을 나타냅니다. 네거티브 패턴이기 때문에, 솔더 마스크 레이어에 패턴이 있는 영역은 잉크로 코팅되지 않습니다. 이해를 돕기 위해 눈이 덮인 풍경을 비유로 들어 설명해 보겠습니다:

솔더 마스크 디자인

솔더 마스크는 이름 그대로 모든 솔더링을 방지하는 것이 아닙니다. 일부 초보 엔지니어들은 솔더 마스크 레이어에 그려진 패턴이 특정 영역에서 솔더링을 불가능하게 만든다고 잘못 이해할 수 있습니다. 이는 정확하지 않은 이해입니다. 솔더 마스크는 솔더 레지스트 잉크(Solder Resist Ink)가 도포된 보드의 영역을 의미합니다. 이는 네거티브 패턴(Negative Pattern)이기 때문에, 솔더 마스크 레이어에 패턴이 있는 영역은 잉크로 코팅되지 않습니다. 이해를 돕기 위해 눈 덮인 풍경을 비유로 들어 설명해 보겠습니다.

파빌리온(A)을 납땜 마스크 층으로 비유해 봅시다. 폭설이 내린 후, 파빌리온(B) 아래의 지면에는 눈(납땜 저항 잉크)이 쌓이지 않으며, 파빌리온(C)으로 덮이지 않은 지역은 눈(납땜 저항 잉크)으로 온전히 덮이게 됩니다. 이 비유를 통해, 다시 납땜 마스크를 위한 PCB 디자인으로 돌아갑니다.

1. 구리 층의 패턴은 구리 트레이스(회로)를 나타냅니다.

2. 납땜 마스크 층의 패턴은 잉크 덮개를 제거합니다.

3. 동일한 면에서 구리 층과 납땜 마스크 층이 겹치는 부분은 노출된 구리(납땜 처리 또는 금 도금) 영역을 형성합니다.

솔더 마스크 제조

실제 생산 과정에서는 기판을 드릴링하고 구리를 도금한 후, 불필요한 구리 영역을 제거하여 필요한 구리 패턴(배선)만 남깁니다. 이후 솔더 마스크 제작 과정은 다음과 같이 진행됩니다.

1. 에칭된 구리 배선은 산화물과 불순물을 제거하고, 솔더레지스트 잉크와의 접착력을 높이기 위해 표면을 거칠게 만드는 보드 스크럽과 산세척 과정을 거칩니다.

2. 기판 전체에 솔더레지스트 잉크를 코팅하고, 건조시킨 후 솔더 마스크 필름을 기판 위에 놓습니다. 자외선(UV) 노출로 인해 솔더 마스크 패턴이 있는 영역의 솔더레지스트 잉크가 경화되면서, 지정된 영역을 보호합니다.

3. 후속 현상 및 세척 과정에서 경화되지 않은 잉크를 제거하여 원래의 구리 표면을 드러냅니다. 이후 단계에서 주석이나 금 도금을 적용할 수 있습니다.

이 과정은 PCB의 품질과 신뢰성을 보장하며, 제조 공정에서 중요한 단계입니다.

솔더 마스크 위도우(Solder mask windows)은 정렬 오류를 허용하려면 관련 패드 크기보다 더 커야 합니다(일반적으로 전체적으로 약 0.1–0.2 mm 더 크며, 이는 각 측면에서 0.05–0.1 mm 정도 확장된 것을 의미합니다). 이로 인해 솔더 마스크 창 배치에 따라 일부 패드의 모양이 변경될 수 있으며, 주요 방식은 다음과 같습니다.

1. 관련 패드가 단독으로 존재하고 연결된 트레이스가 없는 경우 : 패드 모양에는 변화가 없습니다.

2. 관련 패드가 트레이스에 연결된 경우 : 패드와 연결된 트레이스의 짧은 부분이 함께 노출됩니다.

3. 관련 패드가 큰 동판 위에 솔더 마스크 개구부로 형성된 경우 : 패드 모양은 솔더 마스크 개구부에 의해 정의되며, 솔더 마스크의 확장으로 인해 설계된 것보다 약간 더 커집니다.

중요 사항 : "디자인된 그대로 정확히 패드 형태와 크기 일치"의 특별 요구 사항이 있는 경우, 저희의 제조 능력을 고려하여 솔더마스크 크기를 설계하시기 바랍니다. 주문 시 "원본 솔더마스크 크기를 변경하지 마십시오"라고 반드시 명시해 주십시오. 또한, 생산 파일을 꼼꼼히 검토해 주십시오. 우리는 IPC 표준에 따라 패드 크기를 ±20% 범위 내에서 관리합니다.

흥미로운 소식 : 고객의 요구를 충족시키기 위해, 우리는 다층 보드에 사용할 고급 장비를 도입했습니다. 이제 다층 보드의 솔더마스크 윈도우는 패드와 1:1 비율입니다.

솔더 페이스트 층과 솔더 마스크 층의 차이점

솔더 페이스트 층 : 스텐실 제작자가 스텐실을 만들 때 사용하며, 이는 솔더 페이스트를 구성 요소 패드에 정확하게 도포하여 후속 SMT 프로세스를 원활하게 진행되도록 보장합니다.

솔더 마스크 층 : PCB 제조 과정에서 사용되며, 이 층의 패턴이 있는 부분은 솔더 레지스트(solder resist)로 코팅되지 않고, 패턴이 없는 부분은 솔더 레지스트 잉크(solder resist ink)로 덮입니다.

강조점

특정 트레이스, 구리 영역 또는 패드를 솔더 레지스트 잉크로 코팅하지 않고 솔더(또는 금)로 코팅하려면 솔더 마스크 레이어 패턴을 추가해야 합니다. 이 솔더 마스크 패턴과 겹치는 구리 지오메트리 영역만 노출된 구리가 있으며 선택한 표면 마감(예: HASL, ENIG)으로 처리됩니다.

반면에, 페이스트 층은 오직 스텐실 제작용으로만 사용되며, PCB 생산과는 무관합니다. PCB 검토 엔지니어는 페이스트 층 파일을 다루거나 제공하지 않습니다.

솔더 마스크 웹

고밀도로 포장된 IC 패드의 경우, 납땜 중 인접한 IC 핀 사이의 솔더 브리징 위험을 최소화하기 위해 솔더 마스크 웹(즉, 두 개의 인접한 IC 패드 사이에 솔더 레지스트 잉크 층을 적용)을 설계할 수 있습니다. 당사의 제조 공정과 관련하여 솔더 마스크 웹은 다음 조건에서 설계할 수 있습니다.

결론

솔더 마스크는 네거티브 패턴으로 적용되므로 솔더 마스크 층에 패턴이 있는 영역은 보호 잉크로 코팅되지 않습니다. 이를 통해 원하는 구리 트레이스와 패드를 노출하여 납땜할 수 있습니다.

PCB 제조 중에 솔더 마스크는 보드에 적용되고 UV 조명을 사용하여 응고됩니다. 습기와 화학 물질이 구리 트레이스를 손상시키는 것을 방지하고 그 사이에 절연을 제공하여 단락을 방지합니다.

정렬 오류를 고려하기 위해 관련 패드보다 약간 더 큰 솔더 마스크 창의 크기를 고려하여 솔더 마스크를 설계하는 것이 중요합니다. 일부 패드의 모양이 약간 변경될 수 있습니다.

요약하자면 솔더 마스크는 솔더가 PCB의 원치 않는 영역에 부착되는 것을 방지하는 보호 층입니다. 구리 트레이스를 보호하고 단락을 방지하여 회로의 무결성과 안정성을 유지하는 데 도움이 됩니다.