PCB 표면 마감 방법에 대한 종합 안내

PCB 표면 처리 공정은 PCB 제조에서 중요한 단계입니다. 이 공정의 목적은 구리 표면을 산화로부터 보호하고, 납땜 과정에서 납땜과 잘 결합할 수 있도록 보장하는 것입니다. 다음은 몇 가지 일반적인 PCB 표면 처리 공정과 그 장단점입니다 :

HASL (Hot Air Solder Leveling)

HASL(열풍 솔더 레벨링)은 PCB 표면 처리를 위한 전통적인 방법입니다. 이 공정은 PCB를 용융 주석에 담근 후, 열풍을 사용하여 과도한 주석을 제거하고 평탄한 주석 층을 형성하는 방식입니다.

장점

● 우수한 납땜성 : HASL 공정으로 형성된 패드는 뛰어난 습윤성(wettability)을 제공하여 납땜 공정의 신뢰도를 높여줍니다.

● 넓은 적용성 : HASL 공정은 다층 PCB, 경성(Rigid) PCB, 연성(flexible) PCB 등 다양한 유형의 PCB에 적용할 수 있습니다.

● 비용 효율성 : HASL 공정은 다른 복잡한 표면 처리 방법에 비해 비용이 상대적으로 저렴합니다.

단점

이 방법은 분무 주석 판의 표면 평탄도가 좋지 않아 미세 간격의 핀과 너무 작은 부품을 납땜하기에 적합하지 않으며, 후속 조립 과정에서 솔더 비드가 발생할 수 있습니다. 미세 피치 부품은 단락을 일으킬 가능성이 더 높습니다.

무연 HASL

이것은 전통적인 핫 에어 솔더링 (HASL) 공정보다 개선된 무연 PCB 표면 처리 공정입니다.

장점

● 무연 및 환경 친화적 : 무연 주석 스프레이 공정은 납을 포함하지 않으며, 환경 보호와 지속 가능한 개발 요구 사항을 충족합니다.

● 높은 표면 평탄성 : 주석 스프레이 공정은 용융된 주석을 인쇄 회로 기판(PCB) 표면에 분사하여 평탄하고 균일한 주석 층을 형성합니다. 이는 우수한 납땜 성능과 신뢰성 있는 전기적 연결을 보장합니다.

● 다양한 응용 시나리오에 적합 : 무연 주석 스프레이 공정은 자동차 전자 장치와 의료 기기 등 엄격한 무연 요구 사항을 갖춘 산업을 포함한 다양한 전자 제품에 적합합니다.

단점

● 장기 보관에 취약 : 다른 표면 처리 기술에 비해 무연 주석 스프레이 공정은 장기간 보관 시 산화와 주석 조각층을 형성할 수 있으며, 이는 납땜 접촉의 신뢰성에 영향을 미칠 수 있습니다.

● 고온 및 고주파 응용에 부적합함 : 무연 주석 스프레이 공정으로 형성된 주석 층은 일반적으로 얇으며, 상대적으로 낮은 녹는점 때문에 고온 응용 제품이나 고주파 회로에는 적합하지 않을 수 있습니다.

ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold)

이것은 인쇄 회로 기판(PCB) 제조에서 사용되는 표면 처리 방식입니다.

PCB 표면 처리를 위한 일반적인 공정으로, 두 가지 주요 단계로 구성됩니다: 니켈 도금과 금도금.

무전해 니켈-금 도금 공정은 먼저 PCB에 니켈 층을 입힌 후, 그 위에 금 층을 더하는 작업입니다. 이 공정은 우수한 납땜성과 긴 보관 기간을 제공하며, 금 층은 납땜 과정에서 니켈이 용해되는 것을 방지합니다.

장점

● ENIG 공정은 뛰어난 납땜 성능과 신뢰성 있는 특성을 제공합니다. 금 층은 습기로부터 보호하여 안정적인 전기 연결을 보장합니다.

● 높은 내식성을 제공하여, PCB 표면을 산화 및 부식으로부터 보호합니다.

● 우수한 리플로우 성능을 유지하는 데 기여합니다.

● 높은 신뢰성을 가지고 있으며, 특히 고성능 전자 제품에서 다양한 응용 시나리오에 적합합니다.

단점

● 높은 비용 : 침금 공정은 다른 표면 처리 방법에 비해 비용이 더 많이 듭니다. 이는 주로 금이라는 재료의 높은 비용 때문입니다.

● 환경적 영향 : 침금 공정에 사용되는 화학 물질은 환경에 대한 영향을 최소화하기 위해 적절하게 처리되고 폐기되어야 합니다. 높은 온도에서는 적합하지 않음 : 침금 공정은 높은 온도 조건에서 금 층이 취약해지거나 기판에서 금 층이 벗겨질 수 있습니다.

● 적외선 납땜에 적합하지 않음 : 두꺼운 침금 층으로 인해 적외선 납땜에 부적합합니다.

OSP (Organic Solderability Preservative)

유기 보호막 공정은 PCB(인쇄회로기판) 동 표면에 유기 화합물 층을 코팅하는 것을 포함합니다. 납땜 과정에서 이 보호막은 제거되어 순수한 동 표면을 드러냅니다. 이 공정은 환경 친화적이고 비용 효율적이지만, 보호막은 열 저항성과 보관 수명이 제한적입니다.

장점

● 유연한 전자 기기에 적합 : OSP는 회로 기판의 유연성을 해치지 않으면서 충분한 보호를 제공하기 때문에 유연한 전자 기기 응용에 적합합니다.

● 비교적 저렴한 비용 : 일부 귀금속 표면 처리 방법, 예를 들어 침금 공정과 달리 유기 재료를 사용하므로 비용 면에서 더 효율적입니다.

● 단기 저장에 적합 : 품질을 유지하면서도 단기 저장에 충분한 보호를 제공하므로 이 방법은 단기 저장에 효율적입니다.

단점

● 장기 보관에 부적합 : OSP의 보호 효과는 시간이 지나면서 약해질 수 있어, 장기간 보관이 필요한 경우에는 적합하지 않습니다.

● 주변 습도에 민감 : OSP의 성능은 주변의 습도에 영향을 받을 수 있으며, 특히 고습 환경에서는 산화 문제가 발생할 수 있습니다.

● 높은 신뢰성 요구 분야에 부적합 : OSP는 침금 기술과 같은 다른 표면 처리 방법에 비해 높은 신뢰성과 장기 안정성이 요구되는 응용에는 적합하지 않을 수 있습니다.

은도금 (Immersion Silver)

침은(은도금 공정)은 PCB 표면에 직접 은층을 증착하여 ENIG공정과 유사한 부드러운 표면을 제공하면서도 비용이 더 저렴합니다. 그러나 은 층은 공기 중에서 쉽게 산화되기 때문에 적절한 포장과 신속한 사용이 필요합니다.

장점

● 우수한 전기 전도성과 납땜성을 가지고 있어 무연 납땜에 적합합니다. 또한 표면이 평탄하여 고주파 응용에 적합합니다.

단점

● 이 재료는 황화(vulcanization)되기 쉬워 전도성이 저하될 수 있습니다. 보관 및 사용 시 오염과 흠집을 방지하기 위해 주의가 필요합니다.

주석 도금

주석 도금 공정은 PCB 표면에 순수한 주석 층을 입혀 납땜성을 향상시킵니다. 그러나 이 주석층은 구리와 쉽게 반응하여 주석 수염(tin whiskers)을 형성할 수 있는데, 이는 단락을 유발할 수 있습니다.

장점

● 우수한 납땜성, 무연 공정, 미세 피치 부품에 적합한 평탄한 표면.

단점

● 쉽게 산화되며, 환경 조건에 민감하고 적절한 보관이 필요함. 장기간 보관 후에는 코팅에 휘스커가 발생할 수 있음.

경질 금도금

경질 금 도금은 주로 엣지 커넥터(edge connector)에 사용되어 뛰어난 내마모성과 전기 전도성을 제공합니다. 이 과정은 비용이 많이 들기 때문에, 주로 잦은 플러그 연결과 분리가 필요한 인터페이스에만 사용됩니다.

장점

● 우수한 내마모성으로 인해, 골드 핑거와 같은 내마모성이 요구되는 응용 분야에 적합합니다.

● 뛰어난 전기 전도성을 가지고 있습니다. 경질 금도금은 탁월한 전기 전도성을 제공하며 고품질의 신호 전송을 보장할 수 있습니다.

단점

● 높은 비용 : 전체 보드 표면 처리가 아닌 부분 금도금에만 적합합니다.

PCB 표면 처리 선택 가이드

PCB 표면 처리를 선택할 때 다음 요소들을 고려해야 합니다 :

비용

비용은 중요한 고려 사항 중 하나입니다. 예를 들어, ENIG 공정은 뛰어난 성능을 제공하지만 비용이 더 높습니다. 반면, OSP 공정은 상대적으로 비용이 적게 들지만 성능이 제한적일 수 있습니다.

응용 분야

특정 응용 분야에 따라 적합한 표면 처리가 다를 수 있습니다. 예를 들어, 고주파 응용 분야에서는 은도금을 선택할 수 있으며, 마모 저항성이 필요한 커넥터의 경우 경질 금도금을 선택할 수 있습니다.

납땜성(Solderability)

고품질 전자 조립을 위해서는 우수한 납땜성 이 필요합니다. HASL과 ENIG는 일반적으로 가장 좋은 납땜성을 제공합니다.

환경적 요구사항

무연 HASL과 ENIG 같은 무연 공정은 RoHS 규정을 준수하며, 환경적으로도 친화적인 선택입니다.

보관 기간

PCB를 장기간 보관해야 할 경우, ENIG나 침은처럼 긴 보관 수명을 제공하는 표면 처리 공정을 선택하는 것이 좋습니다.

잦은 접속과 분리가 필요한 인터페이스

잦은 접속과 분리가 필요한 인터페이스에는 탁월한 내마모성을 가진 경질 금도금이 최적의 선택입니다.

신호 무결성

고속 또는 고주파 애플리케이션에서 표면 평탄도와 신호 손실의 최소화가 중요한 경우, 침금과 침은이 더 나은 선택일 수 있습니다.

요약하면, PCB 표면 처리 공정을 선택할 때 비용, 성능 요구 사항, 환경 기준, 저장 수명 및 특정 응용 요구 사항 등의 다양한 요소를 고려해야 합니다. JLCPCB는 HASL, 무연 HASL, ENIG, OSP를 포함한 여러 가지 표면 처리 방법을 제공합니다. 전자 엔지니어들은 특정 응용 시나리오와 예산에 따라 가장 적합한 표면 처리 방법을 선택해 PCB 제품의 성능과 신뢰성을 보장해야 합니다.