PCB PCB 표면 처리의 이유 및 방법
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작성자 ATSRO 댓글 0건 조회 12,598회 작성일 19-10-10 15:51본문
■ 표면 처리의 이유
인쇄 회로 기판(이후 기판이라고 표현하겠음)은 모든 전자장비에서 그 기본이 되는 필수 부품중의 하나이다. 기판은 세탁기,TV에서 부터 시작해 휴대폰에도 적용이 되며 시스템 보드인 라우터,서버 및 인공위성, 자동차에도 적용이 되는 등 그 활용분야가 대단히 높다.기판은 반제품 상태이기 때문에 실장업체 및 조립업체에서 수동소자와 능동소자가 실장이 되어야만 비로서 완제품이 될 수가 있다.기판내에 회로를 구성하는 성분 동(Copper)이다. 동은 공기중에 노출이 되게 되면 산화막이 형성되어 실장업체에서 Solder Cream을 발라 IR Reflow나 Wave Soldering을 방해하여 소자들이 기판 Pad에 제대로 실장이 되지 않게 된다. 따라서 기판 업체들은 세트업체에서 수동,능동 소자의 완벽한 실장성을 보증하기 위해 완성된 기판에 산화를 방지하기 위한 표면처리를 수행하게 된다.
■ 표면처리의 종류
1) HASL ( Hot Air Solder Levelling )
~ HAL(Hot Air Lebelling)이라고도 하는 이 방식은 많은 기판 업체에서 사용하고 있는 방식중의 하나이다. Pb/Sn 합금(Solder)을 녹여서 콘베어에 지나가는 기판에 묻혀 이후 공정에서 뜨거운 바람(Hot Air)를 가해 solder의 두께를 평탄화 시킨다. 매우 쉬운 방법이면서 가장 많이 알려진 방식이며 검증된 방식이기에 많은 업체들이 사용을 하고 있으나 최근 환경 문제로 인해 향후 점차 그 사용 범위가 축소될 것으로 보이며 기판의 회로 밀도가 증가 되면서 실장 패드와 패드간의 간격이 협소해져 Solder Bridge가 잘 형성되는 등 미세 패턴에서는 적용하기가 힘든 단점이 있다.
2) 무전해 금도금 ( Electroless Gold Plating )
~ 휴대폰등과 같이 고밀도 기판에 적용이 많이 되고 있는 방식이다. 우선 동위에 무전해 니켈을 약 5미크론 가량 도금하고 0.03미크론 가량의 금을 무전해 방식으로 니켈위에 도금을 한다. 상술하였다시피 무전해 방식으로 동위에 선택적으로 도금이 되기 때문에 고밀도 회로에서는 적합하지만 HAL 공정에 비해서 가격이 3~4배 가량 비싸며 니켈 도금조의 인(Phosper)의 농도 관리를 잘못하게 되면 니켈이 산화가 되어 Black Pad라는 현상이 생기게 되는데 블랙패드가 형성된 부위에서는 금이 안올라가 능동,수동 실장시 문제를 불러 일으킬 수가 있다. 또한 금도금 도금조에 있는 시산화 이온은 환경친화적이지 못한 물질이므로 폐수처리 장비에 별도 특수 장비를 설치해야 한다.
3) OSP (Organic Solderability Preservative)
~ Alkyl Imidazole 형태의 유기 화합물을 구리 위에 선택적으로 0.2~0.4미크론 가량의 피막을 형성시켜 동의 산화를 방지한다. 선택적으로 동위에 도포가 되기 때문에 미세 회로에 매우 적합하며 폐수등의 걱정이 없기 때문에 환경 친화적인 물질이다. 그리고 최근 많은 실장업체들이 환경친화적인 OSP 사용을 꾸준히 요구하고 있는 상태이다.그러나 유기물질로 도포가 되어 있기 때문에 제품 취급 부주의로 인해 실장 패드에 sctatch가 발생하면 OSP 도포막이 깨져 동이 그대로 노출이 되게 되어진다. 또한 실장하기전 장기 보관을 하고 있을 경우 실장 신뢰성에 문제가 있을 수도 있다.
4) 전해 소프트 골드 (Electrolytic Soft Gold Plating)
~ BGA나 CSP등의 반도체 Package 제품의 Wire Bonding하는 곳에 사용이 되는데 무전해 금도금 처럼 하지 도금은 무전해 니켈 금도금을 수행한다. 그 이후에 전기를 걸어 다공성이 높고 두께가 0.4~0.6미크론 가량 올린다.
5) 전해 하드 골드 (Electrolytic Hard Gold Plating)
~ IC Module 부위의 단자나 휴대폰 배터리 부위에 충전시킬 때 노출된 단자와 같이 소켓에 끼웠다 빼었다해도 마찰력에 견딜 수 있는 금도금이다.금도금조에 광택제(Brightner)를 가해 금도금 입자가 매우 조밀하게 만들어 금도금의 밀도도 크고 물리적으로도 강성을 가지게 된다. 보통 0.76미크론 이상의 두께를 확보해야 한다.
6) 무전해 주석 도금 (Immersion Tin Plating)
~ 미국을 중심으로 하는 세트 실장업체에서 많이 요구하고 있는 방식으로 환경친화적이고 고밀도 회로에 적합한 방식이지만 표면처리된 부위에 취급 부주의로 인하여 사람이 맨손으로 만지게 되면 산화가 일어나거나 물리적 강성이 약해 스크래치 발생시 동이 노출이 될 수가 있다. 또한 Whisker라는 불량이 생기게 되어 실장성을 저해 시키는 불량이 간혹 발생 되기도 한다.
7) 무전해 은도금 ( Immersion Silver Plating)
~ 이 방식도 미국의 실장업체에서 꾸준히 요구하고 있는 방식이다. 아직 검증되지 않은 방식이어서 많은 기판 업체에서 적절하게 대응을 하지 못하고 있는 방식이며 공정관리가 어렵다라고 알려져 있다.
인쇄 회로 기판(이후 기판이라고 표현하겠음)은 모든 전자장비에서 그 기본이 되는 필수 부품중의 하나이다. 기판은 세탁기,TV에서 부터 시작해 휴대폰에도 적용이 되며 시스템 보드인 라우터,서버 및 인공위성, 자동차에도 적용이 되는 등 그 활용분야가 대단히 높다.기판은 반제품 상태이기 때문에 실장업체 및 조립업체에서 수동소자와 능동소자가 실장이 되어야만 비로서 완제품이 될 수가 있다.기판내에 회로를 구성하는 성분 동(Copper)이다. 동은 공기중에 노출이 되게 되면 산화막이 형성되어 실장업체에서 Solder Cream을 발라 IR Reflow나 Wave Soldering을 방해하여 소자들이 기판 Pad에 제대로 실장이 되지 않게 된다. 따라서 기판 업체들은 세트업체에서 수동,능동 소자의 완벽한 실장성을 보증하기 위해 완성된 기판에 산화를 방지하기 위한 표면처리를 수행하게 된다.
■ 표면처리의 종류
1) HASL ( Hot Air Solder Levelling )
~ HAL(Hot Air Lebelling)이라고도 하는 이 방식은 많은 기판 업체에서 사용하고 있는 방식중의 하나이다. Pb/Sn 합금(Solder)을 녹여서 콘베어에 지나가는 기판에 묻혀 이후 공정에서 뜨거운 바람(Hot Air)를 가해 solder의 두께를 평탄화 시킨다. 매우 쉬운 방법이면서 가장 많이 알려진 방식이며 검증된 방식이기에 많은 업체들이 사용을 하고 있으나 최근 환경 문제로 인해 향후 점차 그 사용 범위가 축소될 것으로 보이며 기판의 회로 밀도가 증가 되면서 실장 패드와 패드간의 간격이 협소해져 Solder Bridge가 잘 형성되는 등 미세 패턴에서는 적용하기가 힘든 단점이 있다.
2) 무전해 금도금 ( Electroless Gold Plating )
~ 휴대폰등과 같이 고밀도 기판에 적용이 많이 되고 있는 방식이다. 우선 동위에 무전해 니켈을 약 5미크론 가량 도금하고 0.03미크론 가량의 금을 무전해 방식으로 니켈위에 도금을 한다. 상술하였다시피 무전해 방식으로 동위에 선택적으로 도금이 되기 때문에 고밀도 회로에서는 적합하지만 HAL 공정에 비해서 가격이 3~4배 가량 비싸며 니켈 도금조의 인(Phosper)의 농도 관리를 잘못하게 되면 니켈이 산화가 되어 Black Pad라는 현상이 생기게 되는데 블랙패드가 형성된 부위에서는 금이 안올라가 능동,수동 실장시 문제를 불러 일으킬 수가 있다. 또한 금도금 도금조에 있는 시산화 이온은 환경친화적이지 못한 물질이므로 폐수처리 장비에 별도 특수 장비를 설치해야 한다.
3) OSP (Organic Solderability Preservative)
~ Alkyl Imidazole 형태의 유기 화합물을 구리 위에 선택적으로 0.2~0.4미크론 가량의 피막을 형성시켜 동의 산화를 방지한다. 선택적으로 동위에 도포가 되기 때문에 미세 회로에 매우 적합하며 폐수등의 걱정이 없기 때문에 환경 친화적인 물질이다. 그리고 최근 많은 실장업체들이 환경친화적인 OSP 사용을 꾸준히 요구하고 있는 상태이다.그러나 유기물질로 도포가 되어 있기 때문에 제품 취급 부주의로 인해 실장 패드에 sctatch가 발생하면 OSP 도포막이 깨져 동이 그대로 노출이 되게 되어진다. 또한 실장하기전 장기 보관을 하고 있을 경우 실장 신뢰성에 문제가 있을 수도 있다.
4) 전해 소프트 골드 (Electrolytic Soft Gold Plating)
~ BGA나 CSP등의 반도체 Package 제품의 Wire Bonding하는 곳에 사용이 되는데 무전해 금도금 처럼 하지 도금은 무전해 니켈 금도금을 수행한다. 그 이후에 전기를 걸어 다공성이 높고 두께가 0.4~0.6미크론 가량 올린다.
5) 전해 하드 골드 (Electrolytic Hard Gold Plating)
~ IC Module 부위의 단자나 휴대폰 배터리 부위에 충전시킬 때 노출된 단자와 같이 소켓에 끼웠다 빼었다해도 마찰력에 견딜 수 있는 금도금이다.금도금조에 광택제(Brightner)를 가해 금도금 입자가 매우 조밀하게 만들어 금도금의 밀도도 크고 물리적으로도 강성을 가지게 된다. 보통 0.76미크론 이상의 두께를 확보해야 한다.
6) 무전해 주석 도금 (Immersion Tin Plating)
~ 미국을 중심으로 하는 세트 실장업체에서 많이 요구하고 있는 방식으로 환경친화적이고 고밀도 회로에 적합한 방식이지만 표면처리된 부위에 취급 부주의로 인하여 사람이 맨손으로 만지게 되면 산화가 일어나거나 물리적 강성이 약해 스크래치 발생시 동이 노출이 될 수가 있다. 또한 Whisker라는 불량이 생기게 되어 실장성을 저해 시키는 불량이 간혹 발생 되기도 한다.
7) 무전해 은도금 ( Immersion Silver Plating)
~ 이 방식도 미국의 실장업체에서 꾸준히 요구하고 있는 방식이다. 아직 검증되지 않은 방식이어서 많은 기판 업체에서 적절하게 대응을 하지 못하고 있는 방식이며 공정관리가 어렵다라고 알려져 있다.