PCB 표면 마감

PCB 표면 처리란 무엇인가?

PCB 표면 마감은 PCB 베어 보드 생산에서 핵심적인 후처리 공정입니다. 이는 화학적, 물리적 또는 전기화학적 방법을 통해 PCB의 베어 구리층 표면에 균일하고 조밀한 기능성 코팅을 형성하는 것을 의미합니다. 그 핵심 목적은 베어 구리가 산화되기 쉬우며 납땜 성능이 낮은 문제점을 해결하고 다양한 응용 시나리오의 성능 요구사항에 적응하는 것입니다. 이는 PCBA의 납땜 신뢰성, 수명 및 전기적 특성을 보장하는 핵심 공정입니다.

핵심 목적

• 산화 및 부식 방지: 공기와 습기에 노출된 베어 구리는 산화되기 쉬우며, 이로 인해 산화구리가 형성되고 납땜 실패 및 전기적 성능 저하가 발생할 수 있습니다. 표면 처리층은 구리층을 외부 환경으로부터 차단하여 PCB 조립품의 저장 기간과 수명을 연장시켜 줍니다.

• 향상된 납땜 신뢰성: 코팅은 습윤성을 잘 확보해야 하여 냉납땜 및 허위 납땜의 위험을 줄여야 하며, 특히 SMT 공정에서 03015 및 QFP와 같은 정밀 부품 납땜 요구사항에 적합해야 합니다.

• 보장된 전기적 성능: 일부 코팅은 접촉 저항을 줄이고 신호 전송 안정성을 향상시켜 고주파 및 고속 회로의 성능 요구사항을 충족시킬 수 있습니다.

• 특수 상황 대응 가능: 고온, 고습도 및 고청정이 요구되는 환경에 맞춤형 보호를 제공합니다.

일반적인 표면 처리 유형

킹필드 표면 처리 공정의 장점

• 전과정 품질 관리: 원자재에서 완제품에 이르기까지 IPC-6012 및 ISO9001 표준을 준수합니다.

• 맞춤형 솔루션: 고객의 요구에 따라 최적의 처리 솔루션을 추천하며 특수 코팅 맞춤 제작도 지원합니다.

• 환경 규제 준수: 모든 공정은 RoHS 및 REACH 환경 요건을 충족하며 납과 할로겐이 포함되지 않아 의료 및 자동차 등 고급 산업 분야의 환경 기준과 호환됩니다.

다양한 유형의 PCB를 위한 표면 처리 공정

PCB 표면 처리는 베어 보드 생산에서 핵심적인 후가공 공정입니다. 이는 화학적, 물리적 또는 전기화학적 방법을 사용하여 구리층 위에 기능성 코팅을 형성하는 과정을 포함하며, 주로 베어 구리의 산화 및 납땜 신뢰성 부족 문제를 해결하고 다양한 응용 분야의 성능 요구 사항에 적합하도록 조정합니다. 다음은 주요 공정들에 대한 심층 분석입니다.

HASL – 비용 효율적인 선택

공정 원리： 베어 PCB 보드를 용융된 납땜 합금에 담근 후, 고압의 열풍 나이프로 과잉 납땜을 제거하여 구리층 표면에 균일한 납땜 코팅을 형성합니다. 냉각 후에는 응고되어 형태를 갖추게 됩니다.

핵심 파라미터：

코팅 두께: 5-25μm;

납땜 온도: 기존 납-주석 합금의 경우 235-245℃, 납프리 합금의 경우 250-260℃;

보관 수명: 일반적인 조건에서 6~12개월;

환경 기준: 기존 납 함유 모델은 RoHS 기준에 부적합하며, 납 없는 모델은 RoHS/REACH 기준에 적합함.

주요 특징

장점: 낮은 비용, 성숙한 공정, 우수한 납땜 호환성, 뛰어난 내마모성.

제한 사항: 표면 평탄도가 평균 수준으로 미세 피치 부품에는 적합하지 않음; 납 프리 PCB의 고온 처리 시 PCB 기판의 약간의 변형이 발생할 수 있음.

일반적인 응용 프로그램： 소비자 전자기기, 일반 산업 장비, 전력 모듈, 저가형 의료 기기.

ENIG – 고성능 정밀 제품의 최우선 선택

1. 공정 원리

화학적 증착 방식을 사용하여 구리층 표면에 먼저 니켈-인 합금 차단층을 형성한 후, 얇은 금 층을 증착함. 전체 과정에서 전기가 필요하지 않으며, 코팅층은 높은 균일성

2. 핵심 매개변수

• 니켈층 두께: 5-10μm, 금층 두께: 0.05-1.0μm

• 표면 거칠기: Ra<0.1μm

• 보관 기간: 밀봉되고 건조한 환경에서 12~24개월

• 부식 저항성 향상 : 염수 분무 시험 ≥96시간(산업용 등급), ≥144시간(군사용 등급)

3. 주요 특징

장점: 매끄러운 표면(BGA 및 QFP와 같은 정밀 부품에 적합), 우수한 전도성, 산화/부식에 대한 강한 저항성, 고주파 회로에 적합, 반복적인 납땜 및 삽입/제거 지원.

제한 사항: 비용이 높으며, 과도하게 두꺼운 금층은 '금 취성'을 유발할 수 있고, 높은 수준의 공정 제어가 요구됨.

4. 일반적인 응용 분야 고성능 통신 장비(5G 기지국, 광 모듈), 의료 장비(환기 장치, 심전도계), 자동차 전자장비, 항공우주 제품 및 산업용 제어 정밀 모듈.

III. OSP – 고밀도 환경 솔루션.

1. 공정 원리

화학적 흡착을 통해 베어 동(Bare Copper) 표면에 초박형 유기 필름이 형성되어 공기와 습기로부터 이를 차단합니다. 납땜 과정에서 이 필름은 고온에서 분해되며 납땜의 젖음성에는 영향을 주지 않습니다.

2. 핵심 매개변수

코팅 두께: 0.2-0.5μm;

용접 온도: ≤260℃;

유통 기한: 건조하고 밀봉된 환경에서 6-12개월 보관 가능 (습도 > 60% 시 성능 저하 가능);

환경 기준: 중금속 및 할로겐 불포함, RoHS/REACH/IPC-J-STD-004 규격 준수.

3. 주요 특징

장점: 환경 친화적인 공정, 적절한 비용, 매끄러운 표면, PCB 열 방출에 영향 없음, 납땜 후 잔여물 없음.

제한 사항: 온도 저항성은 중간 수준, 저장 환경 조건이 엄격하며 마찰에 약함.

4. 일반적인 응용 분야 스마트폰, 태블릿, 노트북, 사물인터넷(IoT) 기기, 고밀도 PCB(다층 기판, HDI 기판)

IV. 임머전 실버(Immersion Silver) – 고주파 및 중고급 제품에 가장 적합한 선택

1. 공정 원리：

치환 반응을 통해 구리층의 표면에 순은 도금층이 형성됩니다. 전기 사용이 필요 없으며, 은층은 균일하고 조밀하여 뛰어난 전도성과 납땜성을 갖습니다.

2. 핵심 매개변수

• 은층 두께: 0.8-2.0 μm

• 표면 거칠기: Ra < 0.15 μm

• 보관 수명: 진공 포장 기준 6~9개월

• 전도성: 접촉 저항 < 3 mΩ

3. 주요 특징

장점: 신호 전송 손실이 적고, 납땜 접착성이 우수하며, ENIG 대비 비용이 낮고, 납 및 할로겐이 포함되지 않아 친환경적이며, 표면 평탄도가 매우 높습니다.

제한 사항: 은층은 산화되기 쉬우며 내식성이 ENIG보다やや 열악하고, 납땜 시 온도 관리가 필요합니다.

4. 주요 응용 분야: 통신 기지국, 라우터, 스위치, 산업용 제어 모듈, 테스트 계측기 및 중고급 소비자 전자제품.

V. 임머전 탄소 – 정밀 피치에 적합한 솔루션

1. 공정 원리

치환 반응을 통해 구리층의 표면에 순수한 주석 코팅을 형성한다. 이 주석층은 납땜재와 유사한 소재로, 납땜 시 우수한 상호 호환성을 가지며 추가 공정 없이도 직접적으로 신뢰성 있는 납땜 접합을 형성할 수 있다.

2. 핵심 매개변수

주석층 두께: 1.0-3.0μm;

표면 거칠기: Ra<0.15μm;

유통 기한: 밀봉 환경에서 보관 기간 6~9개월;

납땜 온도: 240-255℃

3. 주요 특징

장점: 매끄러운 표면, 안정적인 납땜 성능, 납 프리 및 친환경적이며, ENIG/임머전 은 도금보다 비용이 낮고 보관 조건이 더 유연함.

제한 사항: 부드러운 납땜층으로 스크래치에 취약하며, 장기간 고온 환경에서 '납땜 와이스커(solder whiskers)'가 발생할 수 있음.

4. 일반적인 응용 분야 자동차 전자장비, 산업용 센서, 스마트 홈 장치, 중고급 PCB

VI. 주요 공정의 핵심 차이점 비교 표