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PCB 개요(종류와 주변기술)
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회로를 형성시켜 그 위에 실장된 부품을 전기적으로 연결시켜 전기적으로 동작을 시켜주는 기판을 말한다. 처음 PCB가 제작될 당시 Ink를 Screen으로 인쇄해 회로를 형성시켰기에 Print란 말이 따라온 것인데 지금은 회로 형성시 단면기판은 인쇄용 Ink를 사용하나 양면 이상은 감광성 Film이나 감광성 Liquid를 사용해 Pattern을 형성한다. 최근에는 ED(Electro Deposit)라 해 전착도장과 같이 감광성 유제를 도금 방식으로 기판 위에 코팅시켜 회로를 형성시키는 방법도 있다. 동남아 쪽에서는 PCB란 말을 많이 사용하나 구미에서는 PWB(Printed Wiring Board)란 말도 많이 사용되고 있다. 즉 부품과 부품들을 연결시켜 준다는 의미가 더 잘 나타나 있는 용어이다.
PCB는 위에서 말한 바와 같이 부품의 전기적 연결 기능 외에 부품들을 기계적으로 고정시켜주는 역할도 한다. 따라서 기계적 강도를 높여야 하기에 산업용 PCB의 원자재 속에는 보강재인 유리섬유(Glass Fiber)가 약 50% 들어 있다. 부품과 PCB의 연결은 Soldering에 의해 수행되는데 이 때 Board는 휘어서도 안되고 또 230∼260℃ 열에 변형되어도 안 된다. 즉, 기판은 내열성도 갖고 있어야 한다. 근래에는 컴퓨터와 통신기술의 발전으로 전자기기의 Speed가 빨라졌기에 PCB 위 또는 내부에 있는 회로들이 단순히 전기를 통해주는 연결기능 외에도 부품들과 잘 매칭될 수 있는 특성 임피던스(Characteristic Impedance)의 전기적 특성도 나와주어야 해 회로 자체가 부품의 역할까지 하게 되었다. 이러한 기능은 고주파(RF: Radio Frequency)용 PCB에서는 더욱 크게 요구되고 있다.
앞서 언급했듯이 PCB는 반도체와는 달리 수동부품(Passive Component)이다. 따라서 주로 능동 소자(Active Component)인 반도체와 경박 단소화가 특징인 전자제품의 기술 발전에 따라 그 것을 수용하는 방향으로 발전해 왔다. 반도체의 집적도가 증가함에 따라 PCB의 집적도(Density)가 올라가고 HDI(High Density Interconnection) Technology라는 말이 첨단 PCB를 일컫는 대명사가 되었다. 이러한 집적도는 PCB에서 회로의 細線化(Fine Pattern), 小經化(Small Hole), 高多層化(High Layer) 그리고 최근에는 Laser 등을 이용 Hole을 가공하고 층을 연속적으로 형성시켜 PCB를 제조하는 Micro Via와 Build Up Technology로 인해 가능하게 되었다.
무엇보다 PCB 기술에 영향을 크게 주는 제품은 Internet 관련 제품. Hand Held Product, 그리고 반도체Package에 소요되는 Substrate를 들 수가 있다. PCB를 이해하기 위해 접근하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있으나 종류와 분류에 의한 방법은 편리하고 효율적인 방법이 될 수 있음을 느꼈다.
PCB 발전의 역사
1920 년 경부터 페놀수지 기판이 라디오에 적용되었지만 공식적으로 인쇄회로의 발명가는 영국에서 일하고, 약 1936년에 라디오 전체의 일부를 만든, 호주 공학자 폴 아이슬러 (1907 ~ 1995년)로 알려져 있다. 1943년에 미국은 제2차 세계 대전에 사용할 튼튼한 라디오를 만들기 위해서 대형에 인쇄회로기판 기술을 사용하기 시작했다. 인쇄회로는 소비가전에서 1950년대 중반까지 흔하지 않았으며, 이후에 "자동 조립" 과정은 미육군에 의하여 개발되었다.
1950 년 경 에폭시 수지를 사용하기 시작하였고, 1960 년 경에 스루홀 기술 개발, 1970 년에 지금의 기술이 완성된 것으로 볼 수 있으며, 1980 년 경 핀 간에 3개의 배선을 이용하는 것이 가능하게 되었다.
인쇄회로 (혹은 그것이 발명되는 동안) 이전에, 접점간 구성이 사용되었다. 초기버전이나, 소량생산 가동에, 전선 연결은 좀 더 효과적일 수 있다.
최초에, 모든 전자부품은 전선핀이었고, 인쇄회로기판은 각 부품의 각 핀에 연결할 천공된 홀을 가지고 있다. 부품의 핀은 홀을 통하여 지나갔고 인쇄회로기판 배선으로 납땝된다. 이 조립방법은 쓰루홀 기술이라고 불린다. 1949년에, 미육군 신호군단의 모우 애이브램슨 (Moe Abramson)과 스태닐러스 F. 당코(Stanilus F. Danko)는 부품 핀을 동박 상호연결 패턴으로 삽입하고 납땜하는 자동 조립 과정을 개발하였다. 기판 적층과 식각 기술의 개발과 함께, 이런 개념은 오늘날의 표준 인쇄회로기판 제조공정으로 발전되었다. 납땜은 보드가 리플이나, 파동 납땜 장비에 있는 녹은 땝납의, 파동을 통과해서 자동으로 완성될 수 있었다. 그러나, 전선과 홀은 낭비가 심하였다. 왜냐하면 천공된 홀은 고가였고 불쑥 튀어나오는 전선은 단지 잘라냈다.
최근에는, 표면실장 기술 부품의 사용은 소형 전자제품이 요구되는 곳에서 인기를 얻고 있고 더 좋은 기능성은 향상되었다.
PCB의 분류
1) 용도에 따른 분류
주로 일본 사람들에 의해 분류되던 방식으로 처음에는 아래 도표와 같이 분류 사용돼 왔으나 이제는 민생용과 산업용의 구분이 불명확해져 분류에 의미가 점점 없어지고 있다.
구 분 |
원 판 |
층 수 |
사 용 예 |
민 생 용 |
Paper/Phenol |
단 면 |
가정용 TV, Audio |
산 업 용 |
Glass/Epoxy |
2층∼8층 |
컴퓨터, 교환기, 전화기, FAX, 복사기 |
군사/항공용 |
Polyimide Teflon |
고다층 |
인공위성, 미사일, 항공장비 |
즉 Game기, 휴대폰 전화기, 캠코더, 소형카세트 등은 용도별로 보면 분명 민생용이나 PCB로 보면 산업용 Grade인 것이다. 특히 캠코더, 휴대형 전화기와 같이 Hand Held 제품에서 요구되는 PCB의 사양은 산업용에서도 첨단 제품에 속하는 사양의 난해도가 높고 고도한 제조기술을 요구하는 제품들인 것이다. Multi Media의 개막으로 컴퓨터도 민생용 제품이 되어 가는 시대를 맞아 더욱 그러하다. 좀 더 구체적인 용도인 Market별로 구분하면, Customer Electronics, Computer와 Business 장비, 자동차, 통신, Industrial Electronics and Instrument, 군사항공의 6분야로 나눌 수도 있겠다.
2) PCB 기판 재질에 따른 분류
PCB는 그 제조방법과 쓰임새에 따라 다양한 변화가 가능하고 그 특징들을 잘 이해해야 올바른 시스템을 설계할 수 있다.
아래에 기판의 종류를 간단하게 나타내었다. 기호는 JIS보다 NEMA (미국전기제조업자협회) 쪽이 일반적이다. 표면실장 부품(SMD)에서 기판의 치수 변화는 회로에 치명적인 손상을 주며, 납이 벗겨지는 원인이 된다. 이 때문에 CE재료도 기판 치수 변화률이 클 경우에는 세라믹 기판을 사용하기도 한다.
또한, 에폭시 수지의 경우 유전율이 높기 때문에 고주파 회로에서는 유전율이 낮은 테프론 수지가 사용되는 경우도 있다. 이 외에도 폴리이미드나 BT 레인지 등이 고밀도 다층판에 이용되고 있다.
기판의 종류
기판재 NEMA기호 JIS기호
종이페놀 XPC PP재
종이폴리에스테르 FR-2 PP재
종이에폭시 FR-3 PE재
유리종이에폭시 CEM-1 CPE재
유리기재 에폭시 CEM-3 CGE재
유리포 에폭시 G-10 GE재
유리포 에폭시 FR-4 GE재
PP재(종이페놀)
PP재는 크라프트지에 페놀 수지를 함침한 후, 적층한 것이다. 프레스로 구멍을 뚫기 때문에 저가격의 민수용에 주로 사용되고 있다. 그러나 치수 변화나 흡습성이 크고, 스루홀이 형성 되지 않으므로 단면 기판 밖에 구성할 수 없다. 흡습성이 높기 때문에 TV, 자동차, 화장실의 세정기 등에서 문제를 일으킨다.
GE재(유리 에폭시)
GE재는 유리포에 에폭시 수지를 함침시킨 것이다. 드릴에 의한 구멍뚫기가 필요하며, 가격도 높은 재료이다. 그러나 치수 변화나 흡수성이 적고, 다층판을 구성할 수 있기 때문에 산업기기, 퍼스널 컴퓨터나 그 주변기기 등에 널리 이용되고 있다.
CPE재, CGE재(콤퍼지트)
이들을 콤퍼지트재라고 부른다. CPE재는 표면에 유리포, 심재로 셀룰로오스지, CGE재는 표면에 유리포, 심재로 부직포를 이용하고 있다. 어느 것이나 유리포의 사용량이 적기 때문에 프레스로 구멍을 뚫을 수 있으므로 GE재에 비해 가격이 싸고, 양면 기판이 가능하다. 치수 변화나 흡습성은 GE재와 PP재의 중간이다.
플레시블 기판
30um 정도의 폴리에스테르나 폴리이미드 필름에 동박을 접착한 기판이다. 이전부터 카메라의 내부회로 등에 사용되고 있으며, 절곡하여 밀어 넣어져 있다. 최근에는 다층 기판을 구성하거나 일반 기판을 조합하여 이용하고 있다.
세라믹 기판
세라믹상에 도체 페이스트를 인쇄한 후, 소결하여 구성한다. 치수 변화가 적은 것이 특징이다.
금속 기판
미국에 본부를 둔 PCB, Connector, Cable, Package, Assembly에 관한 규격을 제정하고 기술자료를 공급하는 국제기구로서 정식 명칭은 The Institute for Interconnecting and Packaging Electronics Circuits 이다.
IPC에서는 검사기준에 차등을 두기 위해 전자제품을 아래와 같이 4등급으로 나누고 있다. PCB 또한 쓰임새에 따라 그와 같이 구분된다.
GLASS 1 |
CONSUMER PRODUCTS 외관 불량이 그다지 문제가 되지않고 기능만 나오면 만족스러운 제품으로 기본검사와 Test만 하면 되는 PCB |
GLASS 2 |
GENERAL INDUSTRIAL 검사나 SPC/SQC 관리에 의해 어느 정도 신뢰성이 보장되어야 하는 산업용 장비에 사용되는 PCB |
GLASS 3 |
HIGH PERFORMANCE INDUSTRIAL 검사나 SPC/SQC 기법에 의해 신뢰성이 높게 보장되는 전자제품에 사용되는 PCB |
GLASS 4 |
HIGH RELIABILITY 심장 박동기 같이 생명 보조장비나 연속 작동시 고도한 신뢰성이 보장되는 제품에 사용되는 PCB. 이러한 제품은 각 종 Test에 의해 성능이 보장되어야 한다. |
4) 외관 재질별 구분
PCB는 재질의 물리적 특성상 세 가지로 구분된다. 즉 일반 PCB인 Rigid Type과 구부러지거나 접힐 수 있는 Flexible Type과 상기 2가지 형태를 하나로 결합시킨 Rigid-Flexible Type 이다.
Rigid는 우리가 흔히 아는 PCB이기에 별다른 설명이 필요 없고 Flexible은 카메라 같이 외형이 직육면체가 아닌 전자제품에서 4각형의 Rigid Type PCB로는 공간 제약상 문제가 있어 휘거나 접혀 들어가면 유리하게 되는 제품에서 사용된다. 또한 Printer head와 같이 구동되는 부분에서 전기적 연결이 필요할 때 일종의 Connector의 역할로 사용된다.
Rigid-Flex는 보다 Compact하고 전기적 접속 횟수를 줄여 고도한 신뢰성을 요구하는 항공우주, 군사용 장비에서 채용되며 NEC 에서는 Note PC에, SONY 에서는 DVC에서도 그 기술을 사용하고 있는데, 재질의 특성상 Assembly의 효율이 떨어지고 제조에 특수 기술이 요구되어 섣불리 접근을 안하고 있다. 하지만 전자제품의 기능이 복잡하고 소형화가 요구되는 Hand held Product에서는 사용이 늘 것으로 예상된다.
구 분 |
재 질 |
사 용 처 |
PCB가격 |
ASSY |
성장률 |
RIGID |
XPC FR-4 POLYIMIDE |
일반 전자제품 |
저 렴 |
용 이 |
10% |
FLEX |
POLYESTER POLYIMIDE |
카메라 프린터 헤드 LCD |
비 쌈 |
어려움 |
20% |
RIGID-FLEX |
POLYIMIDE FR-4 |
군사항공우부분야 HAND HELD 제품 |
고 가 |
어려움 |
5% |
위와 같은 구분 이외에도 Rogers에서는 Bend Flex라는 재질이 있어 Rigid와 Flex 중간쯤 되는 특성으로 PCB를 ASSY 후 접거나 휘어서 기구물에 장착시키는 제품도 있다. 또한 TCP(Tape Carrier Package)도 일종의 Flexible 자재인 Polyimide를 이용하고 있고 근래에는 COF(Chip On Flex)라 하여 Flex Board 위에 Bare Chip을 Direct로 얹혀 실장도를 높이는 제품도 개발되고 있다.
Tessera社에서는 개발된 μBGA도 Flexible Substrate를 이용, Bare Chip을 장착하는 CSP(Chip Scaled Package)로서 Flexible 자재 고유의 특성을 이용 Silicon과 Substrate의 Dimensional Mismaching의 문제를 해결 신뢰성을 높이고 있다. 이와 같이 Flexible은 그 말 자체와 같이 무한한 이용 가능을 지니고 있어 System Design Engineer는 염두에 두어야 할 분야로 생각된다.
그림2-1. μBGA 구조
5) BASE MATERIAL별 분류
PCB에 있어 재질의 선택은 대단히 중요하다. 그것은 전기적 특성, 내열성, 가격 등을 좌우하는 것이 원판 재질이기 때문이다. 특히 양면 SMC 실장의 등장으로 수 차례 Reflow 공정이 요구되고 CPU의 Clock Herz 증가 이동체 전자제품의 출현으로 RF(Radio Frequency)의 사용이 우리 가까이에 와 있기에 중요하다 하겠다.
원판을 그 기능면에서 크게 3가지로 분류해 보면 다음과 같다.
구 분 |
원판 종류 |
사 용 처 |
미국 시장 (1995) | |
SHARE |
성장률 | |||
GENERAL PURPOSE |
XPC CEM-3 FR-4 |
일반제품 |
89.5% |
10.0% |
HIGH PERFORMANCE |
HIGH Tg FR-4 B.T |
군사, 항공 우주, 계측기 |
7.5% |
44.4% |
HIGH FREQUENCY SPEED |
PTFE C.E THERMOUNT |
위성통신 Super Computer PCS, Network |
3.0% |
17.8% |
상기 표에서 보는 바와 같이 Tg(유리 전이온도)가 150℃ 이상인 High Performance 제품이 늘고 있다. 또한 무선통신의 발달로 Teflon 재질의 수요도 높은 성장률을 보이고 있다. 일반적으로 1MHz∼1GHz에는 FR-4와 Polyimide가 사용되며, 3MHz∼3GHz에는 유전율이 4.2∼4.4인 BT가, 30MHz∼10GHz 영역에는 유전율이 3.7∼3.9인 BT, Cyanate Ester, PPO, Polyester, PPE 재질이 사용된다. 300MHz∼300GHz 영역에는 PTEE가 통상적으로 사용되고 있다.
6) 층수별 분류
PCB는 민생용에서는 단면 기판이 주로 쓰이고 그 밖에 산업용에서는 층수가 올라가는 경향이 있다. 특히 Note PC, 캠코더, 휴대용 전화기, PDA와 같은 Hand Held Product에서는 회로와 실장의 고집적화를 위해 그런 경향이 있다. 하지만 현재 PCB 제조기술과 제조경비 때문 8층 이내에서 해결하려는 경향이 있다.
앞서 말했듯이 단면은 비디오, 오디오 제품에서 주로 쓰이고 양면은 FAX, 복사기, 워드프로세서와 같은 사무용기기와 교환기에서 쓰인다. 4층은 데스크탑용 컴퓨터, 모뎀, 코드레스폰에 쓰이고, 휴대용 전화기는 6층, Note PC나 DPA, Workstation은 8층으로 설계된다. CDMA용 교환기나 TYCOM과 같은 Mini Computer는 10층, 12층으로 설계되고 교환기의 Back Panel 이나 IC Test Probe 등은 12층에서 18층, 그리고 40층과 같이 초고다층은 주로 Main Frame 컴퓨터에 사용되고 있다.
7) PCB의 두께별 분류
PCB는 1.6mm 두께가 주종을 이루고 있었으나 전자제품이 경박 단소화 됨에 따라 박판화 되는 경향이 있다. 그 대표적인 제품이 IC Card, 전자수첩, Pager, Note PC 등이라 할 수 있겠다. 반면에 특수 용도에서 고다층화 되어 두꺼워지는 것도 있다.
구 분 |
두 께 |
사 용 처 |
증가율 |
박 판 |
0.3∼1.2mm |
IC Card, Camcorder, HHP, Pager, Note PC |
큼 |
일 반 |
1.6mm |
Computer, Audio, Video |
보 통 |
후 판 |
2.4∼6.0mm |
Back Panel, Burn in Board, IC Test Probe Board, Super Computer |
보 통 |
박판화가 되며 동시에 4∼8층의 다층을 유지해야기에 층간 절연층이 0.1mm 이하로 내려가게 되었다. Prepreg 1장으로 그 층은 통상 이루어지며 이러한 박판화의 추세로 내열성, 절연성이 향상되는 원판이 소요되고 있다. 또한 SLC와 같은 Build up 방법에 의해 제조되는 PCB는 절연층을 Prepreg로 형성치 않고 절연물질을 코팅하거나 라미네손에 의해 입히기에 박판다층 제조에 용이하다. 이 방법은 광범위하게 확산되리라 예상된다.
미국에서의 Data를 보면 다층 중 0.8t 이하가 5.3%, 0.81∼1.6t가 74.6%, 1.61∼2.30t가 12.5%, 2.3t 이상이 7.6%의 Share를 보이고 있다.
8) 회로밀도(LPC)별 분류
지금은 SMT로 인해 의미가 없어졌지만 DIP Type Package를 사용할 때 Pin과 Pin 사이의 간격이 0.1 인치(100 Mil)이고, 그 사이로 회로 몇 개가 지나가느냐(Line Per Channel)에 따라 회로의 집적도를 가늠할 수 있었다. LPC에 따른 실제 회로폭 크기와 사용 제품을 알아보면 다음과 같다.
표2-7. 회로폭 크기와 사용제품
LPC |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
회로폭 |
0.25mm (10 mil) |
0.2mm (8 mil) |
0.15mm (6 mil) |
0.13mm (5 mil) |
0.10mm (4 mil) |
0.08mm (3 mil) |
제 품 |
교환기 일반 PCB |
Desp Top PC |
Note PC 캠코더 |
PDA, TCP사용기판 BGA 기판 Sub Note PC |
Super Computer Flip Chip기판 |
MCM-L |
9) HOLE에 의한 분류
회로폭과 함께 전자회로의 집적도를 높이기 위해 Hole 크기도 계속 줄어들고 있다. 특히 SMT 도입 후 Hole은 부품 삽입용이 아니라 단순한 전기 도통인 Via의 역할만 하면 되기에 제한 없이 줄어들고 있는 것이다.
IPC의 Technology Roadmap에서 발표한 연도별 Hole Size 감소 경향을 보면 아래와 같다.
그림2-2. Blind Via 와 Buried Via Plated Through PCB
또한 Hole의 가공 방법도 다양해지고 있다. 이는 종래의 Hole 가공이 텅스텐 카바이트의 Drill Bit로 Hole을 하나하나 뚫어 생산성이 아주 낮고 또한 층간 두께가 얇은 Blind Hole 등이 사용되기에 다른 Hole 가공 방법이 가능해졌기 때문이다.
PCB에 있어서 Hole 수는 점점 증가되고, PCB 가격에서 Hole 가공비가 차지하는 비중이 커져 특히 다른 방법이 모색되고 있는 것이다. 일례로 BGA 기판을 제조하는데 제일 Cost가 높은 부분이 Drill 가공비고, 다음이 Solder Mask비, 그 다음이 원판 비용이라면 놀랄만 한 것이다. 더군다나 위에 표에서 본 바와 같이 해마다 Hole 구경이 줄어듬에 따라 기계적인 가공은 Bit가 부러지는 확률이 점점 높아져 불가능해지고 있는 것이다.
근래에 와서 Laser로 Hole 가공하는 기술이 ESL社와 SUMITOMO(LUMONICS)社에서 개발되어 점차로 사용이 확대되고 있다. MATSUSHITA 또한 ALIVH란 제조공법을 개발, CO2 Laser를 사용하고 있다.
대체로 0.20mm 쯤 되면 Laser 가공이 Bit 가공보다 싸지게 되는 구경이다.
Laser 이외에도 IBM에서 SLC(Surface Laminar Circuit) 공법으로 개발한 Photo Via 가공 또한 CYCONEX社에서 DYCOSTRATE라 명명한 Plasma에 의한 Hole 가공이 Buried나 Blind Hole 가공에 큰 장점을 갖고 있다. 이러한 가공 방법은 Build up에 의해 제조되는 PCB에 주로 사용되는데 Bit와는 달리 한꺼번에 다수의 Hole을 가공할 수 있기에 획기적인 방법이라 할 수 있겠다.
표2-9. VIA TECHNOLOGY
종 류 |
개발처 |
Cu가공 |
DIELECTRIC |
관통 |
IVH |
< 0.15mm |
CNC Drill |
|
○ |
Glass/Epoxy |
○ |
○ |
× |
Laser Via |
松下 ALIVH (CO2) ESI (YAG) |
× |
Aramid/Epoxy Glass/Epoxy |
× ○ |
○ |
○ ○ |
Photo Via |
IBM (SLC) |
× |
Probimer52 |
× |
○ |
○ |
Plasma Etch |
Technic(Dyconex) |
× |
Polyimide Film |
× |
○ |
○ |
10) 회로 형성법에 의한 분류
PCB의 회로 형성에는 여러 가지 공법들이 이용되고 있으나, 크게 둘로 나눠 Substractive와 Additive로 설명할 수 있겠다.
Substractive는 원판 절연층 위에 동박이 접착된 상태를 원자재로 공급 받은 뒤 PCB 회사에서 불필요한 성분을 Etching에 의해 녹여 버리고 필요한 회로만 남기는 제조기술을 말하며, Additive는 말 그대로 원판회사에서 절연 재질만 공급 받은 뒤 PCB 회사에서 필요한 회로만 그 위에 도금으로 입히는 제조공정을 말한다.
상기 설명한 대원칙을 적당히 변화시켜 Semi-Additive 등 다양한 Process들이 나온다. Additive는 보다 효율적인 제조공정으로 각광을 받았으나 화학도금에 의해 형성된 동도금의 물성이 전기도금만 못해 신뢰성 측면에서 천대를 받아오다가 근래 약품이 개선돼 물성이 전기도금과 대등해져 다시 관심을 갖게 되었다. 특히 Fine Pattern에 유리하기에 그렇다고 하겠다.
Subtractive를 또 둘로 나누면 Panel법과 Pattern법으로 설명되는데 그 공정은 아래 표와 같다.
표2-9. Subtractive의 Panel법과 Pattern법
구 분 |
공 정 |
자동화 |
COST |
사 양 | |
회로폭 |
ANNULAR | ||||
PANEL |
단 순 (1회 전기도금) |
용 이 |
쌈 |
MAX 0.2mm |
MAX 0.15mm |
PATTERN |
복 잡 (2회 전기도금) |
어려움 |
비쌈 |
0.20mm 이하 가능 |
0.15mm 이하 가능 |
Additive 방법은 Etching 공정이 없어 동 폐기물이 안나오기에 환경 측면에서 바람직한 공법이나 화학동 도금 자체가 포르마린을 촉매로 이루어지고 또 그 물질은 발암 추정 물질로 분류되어 작업장에서 추방시키려는 움직임이 있기에 그 장래가 호락호락 하지 않겠다.
이미 라인을 확보 생산 중인 회사는 가격 경쟁력이 있기에 유지를 하고 있고 신규로 채택하는 회사는 IBIDEN 같이 반도체 Package용 Substrate 생산이나 SLC 같이 80㎛ 이하의 Fine Pattern에 유리하기에 공정을 Set up 하고 있는 실정이다.
현재 도금은 Direct Plate 또는 Short Process라 해서 상기 언급한 포르말린 촉매로 쓰지 않고 유기 폴리머나 카본, 팔라디움을 직접 Hole 속에 흡착시켜 전도체를 만든 뒤 Panel 도금을 생략한 상태에서 직접 Pattern 도금을 이루는 쪽으로 움직이고 있다. 특히 그 공정은 콘베어에 의한 자동화가 되기에 매력이 더욱 크다.
11) 외관처리(FINISH)별 분류
PCB에 있어 외관처리는 대단히 중요하다. 그것은 부품들을 실장시킨 뒤 Solder 방법의 결정과 Solderability의 신뢰성 보증, 또 Bare Board는 보관하는 Shelf Life에 영향을 주기 때문이다.
일본은 Etching Resist로 Tin/Lead를 사용치 않고 25μ 동도금 후 Dry Film으로 Tenting/Etching 하는 Process가 발달해 일찍부터 Flux Coating 방법이 보편화 되었었다. Pre Flux로 일컬어지는 유기용제 타입인 로진 베이스가 주로 사용되어 왔었다.
이에 비해 미국은 SMOBC(Solder Mask On Bare Copper) 출현 후로는 Tin/Lead Reflow가 죽고 HAL(Hot Air Leveler)이 주종을 이루어 왔다. 그러던 중 HAL에서는 20mil pitch 이하인 Fine Pitch의 SMC Pad 위에서 Solder Coating 두께의 균일성을 확보하기 어렵게 되어 OSP(Organic Solderability Preservative)라는 Organic Finish가 각광 받게 되었다. 특히 환경 규제로 납을 몰아내려는 움직임에 발 맞추어 그 사용이 확대되고 있다.
이러한 배경은 또한 내열성이 대폭적으로 향상되어 2회 이상 Reflow에도 견딜 수 있는 Benzimidazole Type의 Organic Finish 제품이 일본의 TAMURA, SANWA, SHIKOKU 등에서 개발되어, 그 일부가 라이선스(TAMURA)를 통해 미국 ENTHONE社에 들어가 ENTEK 106 PLUS란 상표로 시장을 파고 드는데 성공했기 때문이다.
OSP를 채택했을 때 PCB 업체와 Set 업체가 얻을 수 있는 장점은 아래와 같다.
PCB 업체 ; |
- 공정에서 공해물질인 납을 제거, 작업환경과 자연환경을 개선 - HAL에서 소요되는 Utility Cost와 Maintenance 비용을 절감 - 외관 검사가 용이해짐 - Fine Pitch에서 Solder Brige 불량을 줄임 - HAL의 열 충격을 안 받게 되어 PCB의 신뢰성을 높일 수 있음 - PCB 제조 비용이 감소하고 Yield가 올라감 |
SET 업체; |
- SMC Pad의 Coplanarity가 향상되어 실장이 용이해짐 - HAL을 안 거치기에 Board의 휨이 줄어들어 ASSY가 용이해짐 - PCB 표변의 오염도가 줄어들어 SIR을 올릴 수 있음 - Solder의 Open, Short가 줄어들어 Yield가 향상됨 |
미국 PCB 제조회사인 MERIX에서 EP&P 1995년 8월호에 Table을 이용 각종 Finish의 특성을 비교해 보면 아래와 같다.
표2-10. Process Benefits Comparison
Comparison |
HASL |
OSP |
Immersion Gold |
Matte Tin |
Surface Coplanarity |
Poor |
Best |
Best |
Good |
Hole Compensation |
Required 0.002-0.003 in. |
Not Required |
Not Required |
Required 0.002-0.003 in. |
Fine Pitch Quality (0.020in. or less) |
Poor |
Best |
Best |
Good |
Surface Contrast (Assembly) |
Poor Solder/Solder |
Best Solder/Copper |
Best Solder/Gold |
Good Solder/Tin |
Solder Volume(Assembly) |
Not Predictable |
Predictable |
Predictable |
Predictable |
Environmental Hazard |
High (Pb) |
Low (Water-based) |
Medium (Ni) |
Medium (Ni) |
Thermally Stressed |
Yes |
No |
No |
No |
Electrical Contact Use |
Fair |
Poor |
Good |
Fair |
PCB Shop Gold Contact Masking |
Yes (Difficult) |
Not Required |
Not Possible |
Slective Plate Possible |
Grounding Insulator |
No |
Yes |
No |
No |
SMOBC |
Yes |
Yes |
Limited |
No |
Reflow Under Solder Mask |
No |
No |
No |
Possible |
Microwave |
Fair |
Best |
Less than 2 GHz |
Less than 2 GHz |
Wire Bond |
No |
No |
Yes |
No |
Shelf Life (Typical) |
12 months |
12 months (Process Dependent) |
Testing Required |
12 months |
Availability |
Yes |
Yes |
Yes |
Limited |
Cost of Surface Finish |
Standard (1×) |
Lowest (0.2-0.3×) |
Highest (1.5-2×) |
Standard (0.9-1×) |
상기 Table에서 보인 Immersion Gold는 Copper와 치환되는 치환금으로 도금 두께가 0.05μ 이하로서 LCD 제품이라든가 캠코더, Solder Mask 처리 후 도금액에 담금으로써 처리되는 일종의 화학도금이다. COB(Chip On Board)라든가 BGA(Ball Grid Array)에서 Wire Bonding에 사용되는 금은 전기금도금(Pure Gold)이라든가, Autocatalyti Type의 화학도금을 사용해야 하고 0.3μ 이상의 금도금 두께를 요구하고 있다.
Remark :
회사에서 PCB의 OSP 막두께측정기를 개발하고 있어서 관련 분야에 대한 Study를 하던 중에 모은 자료입니다.
인터넷에서 모은 자료의 출처를 기록해두지 않았습니다. 원 저자에게 감사를 드립니다.
[출처] PCB 개요(종류와 주변기술)|작성자 밝은햇살
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