PCB 산업은 요즘 놀라운 속도로 발전하고 있으며, 기술 업그레이드는 책장을 넘기듯 빠르게 이루어지고 있다. 인공지능 관련 기기인 서버와 데이터센터는 HDI 및 고층수 PCB에 대한 수요가 막대하다. 전기차 시장도 급성장하면서 대전류를 견디고 신뢰성과 내구성을 갖춘 PCB를 필요로 하고 있다. 그러나 산업이 전진하는 만큼 골칫거리도 적지 않다. PCB 표면에 끊임없이 나타나는 "흰 반점"은 가장 큰 골칫거리 중 하나이며, 이는 대부분 솔더 마스크 층의 블리스터와 관련이 있다.

"흰 반점"과 솔더 마스크 블리스터란 무엇인가?

PCB 표면의 "흰 반점"은 육안으로 보이는 변색 영역이며, 그 원인은 다양하다. 그중 솔더 마스크 블리스터가 흔한 원인이다. 솔더 마스크는 일반적으로 녹색이며 PCB 제조에서 중요한 역할을 한다. 동 회로를 산화로부터 보호하고, 솔더링 시 솔더 브릿지를 방지하며, 회로의 절연성을 향상시킨다. 솔더 마스크에 블리스터가 발생하면 흰 반점이 나타날 수 있다. 이 블리스터는 본질적으로 솔더 마스크와 PCB 기재 사이에 갇힌 공기 또는 증기 포켓이다.

솔더 마스크 블리스터의 원인

1. 수분 갇힘

수분은 PCB 제조에서 정말 골칫거리다. 생산 과정에서 에칭, 세정 등의 공정 후 기재가 완전히 건조되지 않으면 수분이 내부에 갇힐 수 있다. 이후 솔더링 시 PCB는 고온을 견뎌야 한다(리플로우 솔더링은 보통 240~260℃, 웨이브 솔더링은 약 250~270℃). 갇힌 수분은 가열 시 증기로 변한다. 증기가 급격히 팽창하면서 솔더 마스크를 기재에서 들어 올리는 힘을 발생시켜 블리스터가 형성된다. 예를 들어 습도가 높은 지역에서 솔더링 전 PCB를 오래 방치하면 공기 중 수분을 대량 흡수하게 된다.

2. 솔더 페이스트와 솔더 마스크 잉크 간 부적합

솔더링에 사용되는 솔더 페이스트에는 플럭스라는 성분이 포함되어 있으며, 이는 금속 표면을 세정하고 솔더가 더 잘 접착되도록 하는 역할을 한다. 그러나 솔더 페이스트 내 플럭스가 솔더 마스크 잉크와 상성이 맞지 않으면 문제가 발생한다. 산도가 높거나 특수 조성의 일부 플럭스는 솔더 마스크 잉크와 반응할 수 있다. 예를 들어 솔더 마스크 잉크가 플럭스 내 유기산에 내성이 없으면, 플럭스가 잉크에 침투하여 손상시키고 블리스터가 형성된다. 이는 고정밀 작업에서 더 흔하게 발생하는데, 솔더 마스크가 더 얇고 내구성이 떨어지기 때문이다.

3. 솔더 마스크 경화 불량

솔더 마스크는 견고하고 내구성 있는 코팅을 형성하기 위해 적절히 경화되어야 한다. 경화 과정에서 온도 부족, 시간 부족 또는 가열 불균형 등 문제가 발생하면 솔더 마스크가 완전히 경화되지 않는다. 불완전하게 경화된 솔더 마스크는 구조가 느슨하여 특히 블리스터가 발생하기 쉽다. 때로는 경화 오븐 내 온도 편차로 인해 PCB의 일부 영역이 제대로 경화되지 않아, 바로 그 영역에서 블리스터가 발생할 가능성이 높다.

4. PCB 표면 오염 물질

PCB 표면에 먼지, 오일 자국 또는 이전 공정 잔류물 등의 오염 물질이 있으면 솔더 마스크의 밀착력에 영향을 미친다. 생산 중 부주의한 취급으로 PCB에 오일 자국이 남으면, 해당 영역에서 솔더 마스크가 단단히 밀착되지 않는다. 솔더링 시 가열되면 밀착이 불량한 영역이 들뜨면서 블리스터가 형성된다. 작은 먼지조차도 솔더 마스크와 기재 사이의 밀착을 방해하기 때문에 블리스터의 "씨앗" 역할을 할 수 있다.

PCB 성능에 미치는 영향

솔더 마스크 블리스터와 그로 인한 흰 반점은 단지 보기에 좋지 않은 것만이 아니라, PCB 성능에도 상당한 영향을 미친다. 블리스터는 하부 동 회로를 노출시키며, 노출된 동은 녹이 슬기 쉽다. 산화된 동은 저항이 증가하여 회로의 전도성에 영향을 미친다. 심한 경우 회로가 직접 단선되거나 간헐적으로 작동할 수 있다. 또한 블리스터가 부품 근처에 있으면 부품과 회로 기판 간 연결의 견고함에 영향을 미친다. 이는 지속적인 진동과 큰 온도 변화가 있는 자동차 전장에서 특히 치명적이다.

예방 및 해결 방안

1. 엄격한 수분 관리

수분으로 인한 블리스터 문제를 해결하려면 PCB 제조사는 수분을 엄격히 관리해야 한다. 습식 공정 후 기재는 완전히 건조되어야 하며 적절한 습도의 장소에 보관되어야 한다. 솔더링 전 PCB를 약 100~120℃에서 수 시간 베이킹하면 흡수된 수분을 제거할 수 있다. 습도가 높은 지역에서는 보관 시 건조제를 넣어도 효과가 있다.

2. 상용성 테스트

양산 전 제조사는 솔더 페이스트와 솔더 마스크 잉크의 상용성을 반드시 테스트해야 한다. 샘플 PCB에서 다양한 솔더 페이스트-솔더 마스크 조합으로 소규모 솔더링 테스트를 실시한 후, 현미경으로 잉크 손상이나 블리스터 징후를 검사한다. 적합한 조합을 찾으면 생산 시 이 표준을 따라야 한다.

3. 정밀한 경화 공정

솔더 마스크 경화는 결코 가볍게 다룰 수 없다. 제조사는 정기적으로 경화 오븐을 교정하여 안정적인 온도를 보장해야 한다. 경화 중 온도를 모니터링하는 장비를 사용하면 문제를 신속히 발견할 수 있다. 또한 경화 시간은 솔더 마스크 잉크의 종류와 코팅 두께에 따라 조정되어야 한다. 요즘 일부 고급 경화 오븐은 서로 다른 배치의 PCB에 맞춰 온도와 시간을 자동 조정할 수 있어 매우 편리하다.

4. 표면 세정

솔더 마스크 도포 전 PCB 표면을 철저히 세정하는 것은 간단하면서도 효과적인 방법이다. 용제 세정, 초음파 세정 또는 플라즈마 세정을 사용할 수 있다. 용제는 오일 자국과 유기 잔류물을 제거하고, 초음파는 고주파 음파로 작은 입자를 떨쳐내며, 플라즈마 세정은 더 발전된 방식으로 반응성 가스의 플라즈마를 사용해 표면을 화학적으로 세정하여 솔더 마스크가 더욱 단단히 밀착되도록 한다.

PCBgogo에서는 솔더 마스크 블리스터로 인한 "흰 반점" 문제를 누구보다 잘 알고 있다. 당사 생산 공정에서는 매우 엄격한 품질 관리를 시행한다. 전문가 팀이 정기적으로 입고 기재의 수분을 검사하여 모두 건조된 상태임을 보장한다. 솔더 페이스트와 솔더 마스크 잉크 등 사용하는 모든 자재는 종합적인 상용성 테스트를 거친다. 경화 오븐은 가장 발전된 장비를 사용하며, 온도 제어가 매우 정밀하여 솔더 마스크가 올바르게 경화되도록 한다. 또한 솔더 마스크 도포 전 모든 PCB 표면이 깨끗하도록 고급 표면 세정 장비에 대규모 투자를 했다. 이러한 방법을 통해 흰 반점과 솔더 마스크 블리스터의 발생을 최소화하고, 현재 전자 산업의 높은 요구 수준을 충족하는 고품질 PCB를 고객에게 제공하고 있다.