인쇄 회로 기판(PCB)은 휴대폰, 차량, 의료 장비 및 위성 등 모든 전자 장비의 핵심으로 작동하며 조용히 전력을 공급합니다. 중국의 인쇄 회로 기판 생산 및 제조 공정, 역량, 기술은 계속해서 향상되고 있습니다. 그러나 가장 고품질의 기판이라 할지라도 전자 제품에서 가장 끈질기고 비용이 많이 드는 고장 중 하나인 PCB 층간 분리(delamination)로부터 자유롭지 못합니다. 기판의 층들이 분리되기 시작하면 전기적 고장과 제품 리콜이 잇따르게 됩니다.
PCB 벗겨짐(delamination)을 이해하고 이를 방지하는 방법. 먼저, 벗겨짐의 원인은 대략적으로 재료 문제, 제조 공정 문제, 외부 환경 영향, 부적절한 화학 처리 등 네 가지 범주로 나눌 수 있다는 것을 이해해야 한다. 제조 공정 측면에서 자세히 살펴보면, 습도, 열처리, 조립 및 보관 조건이 어떻게 상호작용하는지를 고려해야 한다. 벗겨짐, 백화현상(measling), 크레이징(crazing)과 같은 결함은 PCB의 표면층과 내부 구조를 손상시켜 신뢰성을 저하시킬 뿐 아니라 때때로 안전성에도 악영향을 미친다.
PCB(인쇄 회로 기판)의 박리(delamination)란 생산 과정 중 회로 기판의 서로 다른 층들 사이에서 발생하는 박리 또는 분리 현상을 말한다. PCB 박리는 구리, 수지, 기판의 조합으로 이루어진 기판의 층들이 다양한 기계적, 열적 또는 화학적 요인에 의해 분리되기 시작할 때 발생한다. 박리는 기포나 틈, 변색 및 부풀음, 수포(blisters), 심지어는 PCB 표면층의 휨(warping) 등의 형태로 나타날 수 있다. 층상 구조가 분리되는 경우 이를 방치하면 PCB 내부의 습기 흡수량이 증가하게 되고, 이로 인해 추가적인 손상이 가속화되며 최종적으로 PCB의 기능 상실로 이어질 수 있다.
일부 일반적으로 사용되는 재료를 기준으로 판단할 때, FR-4 또는 폴리이미드와 같은 기판 재료가 PCB 기판 소재로 사용됩니다. 이러한 라미네이트, 접착제 및 동박은 정밀하게 설계되어 있지만 여전히 취약할 수 있습니다. 과도한 습기에 노출되거나 열 사이클을 겪게 되면 제조 및 취급이 적절하지 않을 경우 최고 등급의 라미네이트 재료라도 박리될 수 있습니다.
PCB 구조 |
역할 |
박리 위험 |
동 도체 층 |
신호 전달 |
PCB 표면층이 분리되면 균열이나 벌어짐이 발생할 수 있음 |
유전체 층 |
층 간 절연 |
습기를 가두며, 종종 가장 먼저 '벗겨짐' |
라미네이트(FR-4/폴리이미드) |
기판 본체 재료 |
잘못된 유형/열전도성(Tg)이 박리(delamination)를 유발할 수 있음 |
표면층/납땜 마스크(Solder Mask) |
보호 및 절연 |
표면층의 박리는 패드/배선 보호 기능을 약화시킴 |
왜 PCB 박리는 PCB 분야에서 그렇게 큰 주목을 받는가? 간단히 말해: 박리가 발생하면 전체 PCB가 고장날 수 있기 때문이다. PCB는 제어기판 내 신호 및 회로 전송을 위한 핵심 구성 요소이다.
층간 박리 문제를 해결하고자 한다면, 그 원인부터 시작해야 합니다.
PCB 박리의 원인과 발생 이유를 이해하는 것이 예방을 위한 첫 번째 단계입니다.
PCB 기판 소재는 흡습성이 있음—수분 흡수 현상은 일반적으로 사용된 소재의 화학 구조 및 다공성과 같은 요인들과 환경 습도에 밀접한 관련이 있습니다. FR-4(에폭시 수지 유리 천 복합 재료)와 같은 일반적인 PCB 기판은 일정한 기공을 가지고 있어 공기 중의 수분을 흡수할 수 있습니다. 즉, 회로 기판이 방치되어 습도가 높은 환경에 노출되면 주변으로부터 수분을 흡수한다는 의미입니다. PCB 내부의 과도한 습기는 제조, 저장 또는 운송 중 PCB 기판 내부에 갇힐 수 있으며, 이후 납땜 공정 시 고온에 노출되면 그 수분이 증기로 변합니다.
PCB가 SMT 조립 및 가공 단계에 들어갈 때, 각 보드는 조립 과정에서 반복적인 열 스트레스를 받습니다. 열처리(리플로우 납땜, 웨이브 납땜, 수리) 동안 보드는 200°C 이상으로 가열됩니다. 높은 온도의 영향을 받은 후, 라미네이트가 오래되었거나 잘못된 수지 종류를 사용했거나 베이킹하지 않았다면 박리(delamination)가 발생할 수 있습니다.
기계적 및 화학적 원인은 후속 재처리 및 조립 생산 공정에서 외부 요인에 의해 일반적으로 발생합니다.
원인 분류 |
일반적인 유발 요인 / 오류 |
습도/흡수 |
포획되거나 베이킹하지 않거나 노출된 기판 |
온도 |
너무 높은 온도 프로파일, 다중 리플로우/웨이브 납땜 사이클 |
제조업 |
불량한 압착/적층, 만료된 수지, 오염된 표면 |
재료 취급 |
부적절한 Tg, 사양 미달 자재, 부적절한 보관 |
화학물질 |
플럭스/세정제 잔여물, 부식성 대기 |
기계적 |
후속 가공 및 취급 시 과도한 굽힘/충격 |
박리(delamination), 밀링(measling), 크레이징(crazing)은 종종 혼동되지만 인쇄회로기판(PCB) 분야에서 각각 고유한 원인과 위험을 가지는 별개의 결함입니다. 이러한 품질 문제들은 단지 PCB 외관에 영향을 미치는 것뿐만 아니라 전기적 성능과 신뢰성에도 심각한 영향을 줄 수 있습니다.
밀링(Measling)은 PCB 기판 소재 내 유리 섬유의 교차 지점에서 매우 작은 백색 반점 형태로 나타나는 미세한 박리 현상입니다. 이는 납땜 마스크 또는 적층면 아래에서 미세한 흰 점으로 보이며 때때로 초기 단계의 박리로 오인될 수 있습니다. 밀링과 PCB 박리는 밀접한 관련이 있는데, 둘 다 일반적으로 PCB 내 과도한 습기 또는 불량한 제조 공정으로 인해 적층 재료가 파손되면서 발생합니다.
크레이징(crazing)은 PCB의 기본 라미네이트를 통과하는 거미줄 모양의 미세 균열 패턴으로 특징지어지며, 일반적으로 재료 피로, 납땜 공정 중 텍스트 및 그래픽의 부적절한 제어, 잘못된 드릴링 및 절단과 같은 부적절한 기계 가공으로 인해 발생합니다. 국소적으로 나타나는 밀링(measling)과 달리 크레이징은 더 넓은 영역을 차지하며 납땜 마스크 아래에 그물 모양 또는 메시 형태의 외관을 만듭니다. 크레이징이 항상 박리(delamination)를 유발하는 것은 아니지만, 이는 스트레스의 가시적인 지표이며 기판의 구조적 강도를 약화시킬 수 있습니다.
결함 |
시각적 단서 |
주요 원인 |
PCB에 미치는 영향 |
Measling |
섬유 번들에서 나타나는 작은 흰색 반점 |
습도, 경화 문제 |
산발적일 경우 외관상 문제에 그치지만, 광범위할 경우 위험 |
크레이징 |
라미네이트 내 미세하고 거미줄 모양의 균열 |
열/기계적 사이클링 |
대부분 미관상의 문제이지만, 라미네이트의 약화를 초래함 |
화 |
큰 벌집 모양의 부풀음, 기포, 분리 현상 |
열, 습기, 부적절한 Tg, 공정 문제 |
심각함—회로 전체 또는 절연 손실을 유발할 수 있음 |
PCB는 고정밀 전자 소재로서, 박리 현상 및 관련 결함이 발생하면 전기적, 열적, 기계적 측면에 광범위한 영향을 미치며, 가장 직접적인 결과로는 기판의 기계적 및 전기적 특성이 저하되거나 심지어 기능적 고장이 발생할 수 있습니다.
단락 및 개방 회로는 가장 흔하며, 박리 현상을 가장 잘 반영하는 일반적인 진단 증상입니다.
용접 공정 중에 열에 노출되었을 때 탈선이 심화되거나 외부 힘에 의해 균열 및 변형이 발생하는 경우가 많습니다.
FR-4 및 CM-1과 같은 기판이 고습 환경에서 공기 중의 수분을 흡수하는 영향.
대규모 PCB 제조업체의 경우 외부 환경 최적화 및 작업 규범 관리를 통해 박리 문제를 방지하고 있긴 하지만, 일단 문제가 발생하면 PCB 자체의 수명과 최종 제품의 신뢰성에 막대한 영향을 미친다.
문제를 해결하는 가장 좋은 방법은 문제를 미리 방지하는 것입니다. PCB 박리의 증상을 아는 것은 조기 발견과 피해 최소화를 위해 중요하며, 다음의 징후를 통해 문제를 파악할 수 있습니다.
모든 PCB는 고온 조립 공정을 거쳐야 하지만, 특히 고온 조립 단계에서 탈층이 발생하기 쉬우며, 설계, 재료, 공정 간의 연결고리를 통해 여러 PCB 탈층 원인을 파악할 수 있음. 따라서 이 PCB의 제조 및 설계 과정에서 어떤 부분을 최적화해야 하는지 요약할 수 있음.
PCB 산업 전반에서 박리를 측정하기 위한 엄격한 시험 방법이 사용되며, 이는 조기 탐지와 품질 보장을 가능하게 합니다.
테스트 유형 |
목적/결과 |
스캐닝 음향 현미경(SAM) |
눈에 보이지 않는 공극, 부풀어 오름(blisters), 틈새를 드러냄 |
열기계 분석(TMA) |
온도 변화 시 팽창 특성 측정 및 취약 지점 식별 |
납 풍동 시험(Solder Float Test) |
고온 및 끓는 납 조건에서의 안정성 평가 |
상호 연결 응력 시험(IST) |
반복적인 열 사이클 하에서 비아 및 도금 내구성 측정 |
미세단면 분석 |
내부 공극을 확인하기 위해 절단된 단면 직접 검사 |
탈선으로부터의 보호는 설계, 저장, 가공 공정뿐 아니라 공급업체 관계에 이르기까지 다각적인 접근이 필요하다.
박리가 발생한 경우에도 전문적인 수리를 통해 일부 재료의 기능을 복원할 수 있습니다.
Q: 현대의 다층 PCB에서 박리(delamination)가 발생하는 주요 원인은 무엇입니까?
A: 오늘날 PCB 박리를 유발할 수 있는 주요 요인으로는 PCB 기판 및 보관 중 습도 관리 미흡, 조립 공정에 부적절하거나 충분하지 않은 Tg 값을 가진 적층재 소재 사용, 그리고 부실한 제조 또는 적층 공정이 있습니다.
Q: PCB가 여러 번 납땜되거나 리웍(rework) 공정을 거쳐야 할 경우, 어떻게 하면 박리를 방지할 수 있습니까?
A: 고온 저항(Tg) 특성이 뛰어난 기판 소재를 사용하고, 습도를 철저히 모니터링하며, 공정 사이에 진공 포장하고, 고온에 다시 노출하기 전에 기판을 베이킹(baking) 처리하십시오.
Q: 모든 변색 영역이나 기포가 심각한 박리를 나타냅니까?
A: 모든 시각적 이상이 폐기 조치를 요구하는 것은 아닙니다. 작은 백색 탈선(밀림) 현상(measling)은 항상 탈선을 유발하는 것은 아니지만, 확산 여부는 항상 모니터링해야 합니다. 변색은 종종 습기가 갇힌 신호이므로 조립을 계속하기 전에 근본 원인을 해결해야 합니다.
Q: measling, crazing, 탈선의 차이점은 무엇입니까?
A: Measling은 작은 흰색 점들이 형성되는 현상이며, crazing은 미세한 균열들이 망상으로 나타나는 것이고, 탈선(delamination)은 PCB 라미네이트 내부 또는 구리와 기판 사이에서 실제 물리적 분리나 수포가 발생하는 것입니다.
Q: 부적절한 세척제가 탈선을 유발할 수 있습니까?
A: 네—특히 강력한 용매는 PCB 표면층이나 층 사이의 접착력을 저하시켜 결국 탈선을 일으킬 수 있습니다.
Q: 왜 일부 회로 기판 영역이 다른 부분보다 더 많이 탈선합니까?
A: 박리 현상은 주로 열적 또는 기계적 스트레스가 가해지는 지점, 예를 들어 가장자리, 비아 군집, 납땜 눈 주변에서 시작되며, 특히 도체 밀도가 높거나 층 간 접착력이 낮은 부위에서 더 두드러집니다.
Q: PCB의 입고 및 출하 품질 관리(QC)에 포함되어야 할 시험 항목은 무엇이 있습니까?
A: 모든 중요 로트에서 잠재적 및 실제 박리 현상을 측정하기 위해 미세단면 분석, TMA(열기계분석), IST(상승온도시험), SAM(음향현미경검사) 및 납 풍동 시험을 사용하세요. 항상 결함 유형을 기록하고 추세를 분석해야 합니다.
PCB는 고정밀로 가공된 전자 소재입니다. 이는 재료 선택 및 보관, 공정 제어, 완제품의 진공 포장 및 저장에 대해 매우 높은 요구사항과 기준을 가지고 있습니다. 박리(delamination)는 수분, 재료 선택, 불량한 제조 공정 및 부적절한 열 처리로 인해 발생하는 복잡한 고장 메커니즘입니다. 대규모 박리, 갑작스러운 현장 고장, 리콜 사태와 같은 비극적인 사건들은 모두 PCB 박리의 이러한 주요 원인에서 비롯되며, 문제를 파악한 후에는 적절한 해결책을 선택하고 손실을 최대한 줄여야 합니다.
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