1. 프로세스 배경
PCBA 부품이 점점 더 작아지고 밀집도가 높아짐에 따라, 부품 간의 거리와 부품의 스탠드오프 높이(부품과 PCB 사이의 간격)도 점점 더 좁아지고 있습니다. 동시에, 환경적 요인이 다음과 같은 측면에 미치는 영향도 점점 더 커지고 있습니다. PCBA. 이 때문에 오늘날 전자 제품에는 더 높은 수준의 신뢰성이 요구되고 있습니다.
PCBA 부품은 대형에서 소형으로, 넉넉한 배선에서 고밀도 배선으로 변화하고 있습니다. 소형화 및 고밀도화 추세에 따라 환경적 요인으로 인한 고장 문제가 점점 더 심각해지고 있습니다. 이러한 이유로, 콘포멀 코팅은 PCBA의 사용 중 신뢰성을 보호하는 핵심 공정이 되었습니다.
2. 다양한 환경 요인이 PCBA에 미치는 영향
습기, 먼지, 염분 분무, 곰팡이 등 일반적인 환경 요인들은 모두 다양한 종류의 PCBA 고장을 유발할 수 있습니다. 주요 영향은 다음과 같습니다.
2.1 습도의 영향
개방된 환경에서 사용되는 대부분의 전자 PCB 조립체는 부식의 위험에 노출되어 있습니다. 물은 부식을 일으키는 주요 매개체입니다. 물 분자는 매우 작기 때문에 일부 고분자 재료의 분자 간 틈을 통과하여 재료 내부로 침투할 수 있습니다. 또한 코팅층의 미세한 구멍을 통해 그 아래의 금속층에 도달하여 부식을 일으킬 수도 있습니다.
공기의 습도가 일정 수준에 도달하면 PCB에서 전기화학적 이동이 발생하거나, 누설 전류가 생기거나, 고주파 회로에서 신호 왜곡이 발생할 수 있습니다.
수증기 또는 수분 + 염분 및 플럭스 활성화제와 같은 이온성 오염 물질 = 전도성 전해질 + 응력 전압 = 전기화학적 이동
상대 습도가 80%에 도달하면, 두께가 5~20분자 정도인 물막이 형성될 수 있습니다. 이 시점에서 많은 분자가 자유롭게 이동할 수 있습니다. 탄소가 존재할 경우, 전기화학적 반응이 일어날 수 있습니다. 상대 습도가 60%에 도달하면, 장치 표면에 두께가 2~4분자인 물막이 형성될 수 있습니다. 이때 오염 물질이 이 물막이에 용해되면 화학 반응이 일어날 수 있습니다. 상대 습도가 20% 미만이면 거의 모든 부식이 멈춥니다.
이러한 이유로, 습기 방지는 제품 보호에 있어 중요한 부분입니다.
전자 장비의 경우, 수분은 빗물, 응결수, 수증기라는 세 가지 형태로 존재합니다. 물은 전해질로, 많은 부식성 이온을 용해시켜 금속을 부식시킬 수 있습니다. 장비의 특정 부위 온도가 이슬점보다 낮아지면, 해당 표면에 응결수가 형성됩니다. 이는 구조 부품이나 PCBA에서 발생할 수 있습니다.
2.2 분진의 영향
공기 중에는 먼지가 떠다닙니다. 먼지는 이온성 오염 물질을 흡수한 뒤 전자 장비 내부에 침전될 수 있습니다. 이로 인해 고장이 발생할 수 있습니다. 이는 실외에 설치된 전자 장비에서 흔히 발생하는 문제입니다.
먼지는 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 굵은 먼지는 직경이 2.5~15 마이크론인 불규칙한 입자입니다. 일반적으로 고장이나 아크 현상을 일으키지는 않지만, 커넥터의 접촉에 영향을 줄 수 있습니다. 미세 먼지는 지름이 2.5 마이크론 미만인 불규칙한 입자입니다. PCBA 기판에 쌓인 미세 먼지는 어느 정도 접착력을 가지고 있으므로, 정전기 방지 브러시로만 제거할 수 있습니다.
먼지가 끼치는 해로운 영향은 다음과 같습니다:
a. PCBA 표면에 먼지가 쌓이면 전기화학적 부식을 유발하여 소자의 고장률을 높일 수 있습니다.
b. 먼지, 열, 습도 및 염분 분무가 복합적으로 작용할 때 PCBA에 가장 큰 손상을 입힙니다. 해안가, 사막 지역 또는 염알칼리 지대, 화이강 남쪽의 우기 지역, 그리고 화학 공장이나 광산 인근에 위치한 전자 기기의 고장률이 가장 높습니다.
이러한 이유로, 먼지 방지는 제품 보호에 있어 중요한 부분입니다.
2.3 염수 분무의 영향
염분 분무(Salt spray)는 파도, 조수, 몬순과 같은 대기 순환, 기압, 햇빛 등에 의해 형성됩니다. 이는 바람을 타고 내륙으로 이동할 수 있습니다. 해안에서 멀어질수록 농도는 낮아집니다. 일반적으로 해안에서 1km 떨어진 곳에서는 농도가 해안가 농도의 1%에 불과합니다. 태풍 시즌에는 염분 분무가 내륙 깊숙이까지 밀려올 수 있습니다.
염분 분무가 미치는 해로운 영향은 다음과 같습니다.
a. 금속 구조 부품의 도금층을 손상시킵니다.
b. 이는 전기화학적 부식을 가속화하여, 금속 전선이 끊어지거나 부품이 고장 날 수 있습니다.
이와 유사한 부식 원인도 흔히 볼 수 있습니다:
a. 사람의 땀에는 염분, 요소, 젖산 및 기타 화학 물질이 포함되어 있습니다. 이러한 물질들은 전자 기기에 염분 분무와 동일한 종류의 부식을 일으킬 수 있습니다. 따라서 조립 및 사용 시에는 장갑을 착용해야 하며, 도금된 표면을 맨손으로 만져서는 안 됩니다.
b. 플럭스에는 할로겐 및 산성 물질이 포함되어 있습니다. PCBA는 반드시 세척해야 하며, 플럭스 잔류량을 엄격히 관리해야 합니다.
이러한 이유로, 염수 분무 내성은 제품 보호에 있어 중요한 요소입니다.
2.4 곰팡이의 영향
곰팡이는 실 모양의 균류를 일컫는 통칭입니다. 이는 “곰팡이가 자라는 균류”를 의미합니다. 이들은 종종 가지가 뻗은 빽빽한 균사체를 형성하지만, 버섯처럼 큰 자실체를 만들지는 않습니다. 따뜻하고 습한 곳에서는 많은 물체 표면에 눈에 띄는 보송보송한, 솜털 같은, 혹은 거미줄 같은 군락이 자라납니다. 이것이 바로 곰팡이입니다.
곰팡이가 끼치는 해악은 다음과 같습니다:
a. 곰팡이는 유기물을 먹이로 삼아 번식합니다. 이로 인해 재료의 단열 성능이 저하되고, 손상과 고장이 발생할 수 있습니다.
b. 곰팡이가 생성하는 대사 산물은 유기산이다. 이러한 유기산은 절연 성능과 절연 내력에 영향을 미칠 수 있으며, 아크 발생 문제를 일으킬 수 있다.
이러한 이유로 곰팡이 방지는 제품 보호의 중요한 부분입니다.
3. 콘포멀 코팅 공정의 개요
습도, 먼지, 염분 분무, 곰팡이 및 기타 환경적 부식 요인의 종합적인 영향을 고려할 때, 신뢰성을 높이기 위해서는 PCBA를 외부 환경으로부터 최대한 격리해야 합니다. 이것이 바로 콘포멀 코팅 공정이 도입된 이유입니다.
컨포멀 코팅은 표면 코팅 또는 컨포멀 코팅이라고도 합니다. 영어 명칭은 코팅(coating) 또는 컨포멀 코팅(conformal coating)입니다. 이는 현재 PCB의 납땜 후 표면 보호 방법으로 가장 널리 사용되고 있습니다. 이 공정은 PCB 표면에 얇은 절연 보호층을 형성합니다. 이는 민감한 전자 부품을 열악한 환경으로부터 차단하여 전자 제품의 안전성과 신뢰성을 크게 향상시키고, 제품 수명을 연장합니다.
컨포멀 코팅은 회로와 부품을 습기, 오염 물질, 부식, 응력, 충격, 기계적 진동 및 열 사이클로부터 보호할 수 있습니다. 또한 기계적 강도와 절연 성능을 향상시킬 수 있습니다. 코팅이 완료되면 PCB 표면에 투명한 보호막이 형성됩니다. 이 보호막은 물방울과 습기의 침투를 차단하여 누전 및 단락 고장을 방지할 수 있습니다.
4. 다음을 기반으로 한 콘포멀 코팅 공정의 핵심 사항 IPC-A-610E
4.1 도장 면적 분류
4.1.1 도장이 허용되지 않는 구역
여기에는 골드 패드, 골드 핑거, 도금 관통 구멍, 테스트 구멍 등 전기적 연결이 필요한 부위; 배터리 및 배터리 홀더; 커넥터; 퓨즈 및 하우징; 방열판; 점퍼; 광학 장치의 카메라 렌즈; 포텐시오미터; 센서; 밀폐 구조가 없는 스위치; 그리고 코팅이 성능이나 정상적인 작동에 영향을 미칠 수 있는 모든 부위가 포함됩니다.
4.1.2 도장해야 하는 부위
모든 납땜 접합부, 핀 및 부품의 전도성 부품은 코팅 처리되어야 합니다.
4.1.3 선택적 코팅 영역
이 부분들에 대해서는 명확한 필수 도장 규정이 없습니다. 제품의 요구 사항과 고객사의 기준에 따라 도장을 할 수 있습니다.
4.2 도막 두께 기준 및 시험 방법
도막 두께는 인쇄 회로 기판 어셈블리의 평평하고, 노출된, 경화된 표면에서 측정해야 합니다. 또한 어셈블리와 동일한 공정에서 제작된 보조 기판에서도 측정할 수 있습니다. 보조 기판은 PCB와 동일한 재질로 제작될 수도 있고, 금속이나 유리 같은 비다공성 재질로 제작될 수도 있습니다. 습막 두께 측정은 코팅 두께를 확인하는 또 다른 방법으로 사용될 수도 있습니다. 이 경우, 건막-습막 변환 비율을 사전에 파악해야 하며, 관련 기록을 보관해야 합니다.
두께 측정 방법:
- 건식 필름 두께 측정: IPC-CC-830B 표준에 따라 마이크로미터를 사용할 수 있습니다. 철제 건식 필름 두께 측정기도 사용할 수 있습니다.
- 습막 두께 측정: 습막 두께 측정기를 사용하여 습막 두께를 측정한 다음, 코팅 재료의 고형분 비율을 기준으로 이를 실제 건막 두께로 환산합니다.
4.3 에지 분해능 요구 사항
정의: 일반 스프레이 밸브로 분사된 선의 가장자리는 완벽하게 직선일 수 없다. 미세한 거친 부분이 존재하게 된다. 이러한 거친 부분의 폭을 ‘가장자리 분해능’이라고 한다.
공정 요건: 에지 해상도 값이 작을수록 코팅 정밀도가 높아집니다. 이에 대한 단일한 고정된 기준은 없으며, 고객의 맞춤형 요구 사항만 충족하면 됩니다.
4.4 균일성 요건
콘포멀 코팅은 제품 표면에 완전한 막을 형성해야 합니다. 이 막은 두께가 균일하고 매끄러우며 투명해야 합니다. 코팅의 도포 상태는 제품 전체에 걸쳐 균일해야 합니다. 코팅 후 제품 표면에는 균열, 층 분리, 오렌지 껍질 현상, 오염, 모세관 현상, 기포 또는 기타 공정 결함이 나타나지 않아야 합니다.
5. 완전 컨포멀 코팅 공정 및 주요 방법
5.1 사전 준비
PCBA 제품, 콘포멀 코팅 재료 및 기타 보조 재료를 준비합니다. 국부적인 마스킹 보호가 필요한 부위를 파악합니다. 모든 주요 공정 세부 사항을 확인하고 확정합니다.
5.2 세척 공정
PCBA 납땜 작업이 끝나면 가능한 한 빨리 세정을 진행해야 합니다. 이렇게 하면 납땜 잔여물이 경화된 후 제거하기 어려워지는 것을 방지할 수 있습니다. 먼저 오염 물질이 극성인지 비극성인지 판단한 다음, 이에 맞는 세정제를 선택해야 합니다.
알코올 기반 세정제를 사용하는 경우, 작업장의 환기가 잘 되어야 합니다. 세정 후에는 잔류 용매가 증발할 때 오븐 폭발을 일으키지 않도록 철저히 건조해야 합니다. 물 세척 공정을 사용하는 경우, 약알칼리성 유화 세정액을 사용하여 플럭스 잔여물을 제거한 다음, 순수한 물로 완전히 헹구어야 합니다. 세정 품질 기준이 충족되었는지 반드시 확인하십시오.
5.3 마스킹 보호 공정
선택적 코팅 장비를 사용하지 않을 경우, 코팅 전에 코팅하지 않을 부분은 반드시 마스킹 처리해야 합니다. 잔여물이 남지 않거나 접착제가 묻어나지 않는 접착 테이프를 사용하십시오. IC 부품의 경우, 먼저 정전기 방지 종이 테이프를 사용해야 합니다. 모든 부품은 도면에 따라 엄격하게 마스킹 및 보호 조치를 취해야 합니다.
5.4 제습 공정
세정 및 마스킹 작업이 완료된 후, PCBA는 코팅 전에 예열 및 제습 과정을 거쳐야 합니다. PCBA가 견딜 수 있는 최대 온도를 기준으로 적절한 예열 온도와 유지 시간을 선택하십시오. 이를 통해 기판과 부품 내부에 남아 있는 수분을 완전히 제거할 수 있습니다.
5.5 주요 코팅 방법
콘포멀 코팅 공정은 PCBA의 보호 등급, 생산 장비 및 기술적 구성에 따라 유연하게 선택할 수 있습니다. 주요 방법으로는 다음 네 가지 유형이 있습니다.
5.5.1 수동 브러시 도장
브러시 도장은 적용 범위가 넓습니다. 주로 소량 생산, 복잡하고 조밀한 PCBA 구조를 가진 제품, 그리고 엄격한 마스킹 보호가 필요한 제품에 적합합니다. 수동 제어력이 뛰어나며 도포되지 않은 부분을 매우 정밀하게 피할 수 있어 오염을 방지할 수 있습니다.
이 공정은 도장 재료의 사용량이 매우 적기 때문에 고가의 2액형 도장에 적합합니다. 또한 작업자에게 높은 수준의 숙련도가 요구됩니다. 작업을 시작하기 전에 작업자는 도면에 명시된 도장 요건을 숙지하고, 각 구성 요소를 파악하며, 도장 금지 구역을 명확히 인지하고, 표시를 잘 보이도록 해야 합니다. 전체 작업 과정 동안 2차 오염을 방지하기 위해 맨손으로 인쇄된 플러그인 부품을 만져서는 안 됩니다.
5.5.2 수동 침지 코팅
침지 코팅은 균일하고 연속적이며 완벽한 코팅층을 형성할 수 있습니다. 전반적인 코팅 효과는 매우 우수합니다. 그러나 가변 커패시터, 가변 자석 코어, 포텐시오미터, 컵형 자석 코어가 장착된 PCBA 제품이나 밀봉성이 낮은 부품에는 적합하지 않습니다.
딥 코팅의 주요 공정 파라미터는 다음과 같습니다. 콘포멀 코팅의 점도를 정확하게 조정하고, PCBA의 인양 속도를 엄격히 제어해야 합니다. 코팅에 기포가 생기지 않도록 인양 속도는 초당 1미터를 초과해서는 안 됩니다.
5.5.3 수동 스프레이 코팅
이 공법은 구조가 복잡하고 종류가 다양하며 소량 생산되는 제품에 적합하며, 자동 장비를 통한 대량 생산이 불가능한 경우에 활용됩니다. 또한 특수한 모서리나 틈새 부위를 매우 효과적으로 처리할 수 있습니다.
작업 유의사항: 스프레이 미스트는 PCB 플러그인 부품, IC 소켓, 정밀 접점, 접지 부위 등 코팅이 되지 않은 영역을 쉽게 오염시킬 수 있습니다. 따라서 스프레이 작업 전에 반드시 마스킹 처리를 해야 합니다. 작업자는 접점 표면이 오염되지 않도록 인쇄된 플러그를 맨손으로 만져서는 안 됩니다.
5.5.4 자동 스프레이 코팅
이 공정은 일반적으로 선택적 자동 도장 장비를 사용합니다. 대규모 표준화 생산에 적합하며, 도장 일관성이 우수하고 정밀도가 높으며 환경 오염이 적다는 장점이 있습니다. 산업의 고도화가 진행되고 인건비가 상승하며 환경 규제가 강화됨에 따라, 자동 분사 장비가 기존의 수동 도장 방식을 서서히 대체하고 있으며, 업계의 주류 공법으로 자리 잡고 있습니다.
