FPC 패드 들뜸(리프팅) 방지 방법: 8가지 설계 솔루션 테스트

패드는 부품을 회로 기판에 납땜하기 위한 핵심 매개체이며, 납땜 품질은 최종 제품의 수명과 신뢰성을 직접적으로 좌우합니다. 패드 인장 강도(Pull Strength)란 패드와 기판 사이의 접착력을 의미합니다.

FPC는 절연층으로 TPI 또는 PET를 사용합니다. 이러한 소재는 상대적으로 부드럽고 얇습니다. TPI와 PET는 모두 열가소성 소재로, 가열 시 연화되고 냉각 시 경화되는 특성을 가지고 있습니다. 일반적인 TPI를 예로 들면, 최대 내열 온도는 280℃입니다. 수작업 납땜 시 인두 온도는 일반적으로 320℃ 이상에 도달합니다. 이때 TPI 소재는 빠르게 연화되어 수축합니다. 또한 구리와 TPI는 열팽창 계수가 서로 다르기 때문에 팽창 및 수축 정도가 달라 패드가 들뜨기 쉬운 경향이 있습니다.

본 아티클에서는 패드 들뜸을 방지하고 접착력을 개선하기 위해 다양한 패드 설계 방식을 적용해 보았습니다.

I. 실험 설계

총 8가지 서로 다른 패드 솔루션을 설계하였습니다. 각 솔루션은 6개의 모듈로 구성되며, 각 모듈에는 0.7 x 1.5mm와 1.1 x 1.8mm의 서로 다른 크기의 패드 그룹이 각각 포함됩니다. 이를 통해 서로 다른 모듈 및 패드 크기가 접착력에 미치는 영향을 연구하고자 하였습니다.

솔루션 거버(Gerber) 데이터

실물 보드

솔루션 상세

No.	솔루션 설명	그림
1	NSMD 패드 설계(비솔더마스크 정의 패드 설계), 하부 레이어에 패드 또는 개구부 없음
2	NSMD 패드 설계(비솔더마스크 정의 패드 설계)에 티어드롭을 추가, 하부 레이어에 패드 또는 개구부 없음
3	NSMD 패드 설계, 상하부 패드 및 솔더마스크 개구부 크기 동일
4	NSMD 패드 설계, 하부 레이어 패드 및 솔더마스크를 상부 레이어보다 0.6mm 크게 설계
5	NSMD 패드 설계, 하부 레이어 패드 및 솔더마스크를 상부 레이어보다 0.6mm 크게 설계하고, 패드 중앙에 지름 0.3mm의 홀을 추가
6	SMD 패드 설계(솔더마스크 정의 패드 설계), 하부 레이어에 패드 또는 개구부 없음
7	NSMD 패드 설계에 리드인 트레이스를 추가, 하부 레이어에 패드 또는 개구부 없음
8	NSMD 패드 설계(비솔더마스크 정의 패드 설계)에 스티프너를 추가

솔루션 상세

II. 테스트 방법

각 패드에 와이어를 납땜하였습니다. 인장력 테스터를 사용하여 동일한 조건으로 각 패드에 대해 패드가 들뜰 때까지 인장 테스트를 진행하였으며, 각 테스트의 최대 인장 이탈력을 기록하였습니다.

재생

납땜된 와이어 결과

테스트 파라미터

III. 테스트 결과

1. 1.1 x 1.8mm 대형 패드의 인장력 데이터:

2. 0.7 x 1.5mm 소형 패드의 인장력 데이터:

IV. 실험 요약

1. 패드를 SMD 솔더마스크 정의 패드로 설계하거나 후면에 스티프너를 추가하면 패드 들뜸 현상이 크게 개선됩니다.

2. 솔더마스크 정의 패드 설계나 스티프너를 사용할 수 없는 경우, 패드에 티어드롭을 추가하는 것으로도 접착력을 개선할 수 있습니다.

3. 양면 패드를 겹치도록 설계하는 것은 권장되지 않으며, 특히 양면의 패드 및 개구부 크기를 동일하게 설계하는 것은 더욱 권장되지 않습니다. 실험 결과, 이러한 설계는 패드 찢어짐을 유발하였습니다.

4. FPC 패드는 NSMD 설계를 사용하지 않는 것을 권장하며, 이는 패드 들뜸을 쉽게 유발할 수 있기 때문입니다.

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