실제로 중요한 청결 지표: 왜 ROSE 테스트가 당신에게 거짓말을 하는가

지금까지 수없이 들어온 이야기입니다. 제품은 조립 라인에서 모든 전기 테스트와 품질 검사를 통과했으며, 건강한 상태로 배송됩니다. 그런데 몇 달 후, 현장에서 실패 보고가 속속 들어오기 시작합니다. 부품 아래의 부식. 설명할 수 없는 누전. 전도성 성장으로 인접 핀이 단락되는 현상.

조립은 깔끔해 보입니다. 계약 제조업체가 보여주는 ROSE 테스트 보고서도 통과했지만, 실패는 현실이며 비용도 많이 듭니다. 문제는 설계나 부품이 아닙니다. 바로 테스트에 있습니다. 겉보기 멋진 숫자에 속아 부식성 시간폭탄을 감추고 있기 때문입니다.

기계 내부의 유령: '클린' 보드가 현장에서 실패할 때

조립 후 테스트와 장기 신뢰성 간의 괴리는 전자제품 제조에서 가장 답답한 문제 중 하나입니다. 원인은 거의 항상 납땜 과정에서 남아있는 이온 오염입니다. 이 잔여물은 육안으로는 보이지 않으며 건조하고 통제된 환경에서는 무해합니다. 그러나 제품이 현장에 나가 기온과 습도 변화에 노출되면서 활성화됩니다.

이 활성화는 보드 표면에 전해질을 생성하며, 이를 이용한 전기화학적 이동(Electrochemical Migration)이 일어납니다. 금속 이온들은 보드 전체를 따라 이동하며 덴드라이트라는 섬세하고 결정질의 구조를 형성합니다. 이 덴드라이트는 서로 다른 전기적 전위 차를 지닌 지점 사이에서 성장하여 결국 단락을 일으킵니다. 그 결과, 기존의 '깔끔한' 보드라고 여겨졌던 제품에서도 치명적이고 진단이 어려운 고장이 발생합니다.

이것은 드문 일이 아닙니다. 오래되고 부적절한 클린리스 지표에 의존하는 예측 가능하고 자연스러운 결과입니다.

왜 ROSE 테스트는 재난의 공식인가

수십 년 동안 이온 순도의 표준은 용매 추출 저항(Rose) 시험이었습니다. 이 방법은 빠르고 저렴하며, 대부분의 제조업체가 사용할 수 있는 방법입니다. Bester PCBA에서는 이것이 또한 위험할 정도로 오도될 수 있으며, 현장 신뢰성 문제의 주요 원인이라고 믿습니다.

이 테스트에는 두 가지 근본적이고 치명적인 결함이 있습니다.

평균값의 함정: 나쁜 곳을 숨기는 좋은 숫자들

ROSE 테스트는 전체 회로 기판 조립품을 용제 용액에 담그고 용액의 전기저항 변화를 측정하여 작동합니다. 이를 통해 하나의 숫자로 나타낼 수 있습니다. 총 평균 전체 보드에 걸친 이온 오염.

이 방법은 근본적으로 결함이 있습니다. 필드 고장은 균일하고 낮은 수준의 오염층 때문이 아니며, 매우 농축된 국소 핫스팟 잔류물 때문에 발생합니다. ROSE 테스트의 평균 효과는 하나의 부품 아래에 있는 위험한 부식성 작은 점이 방대한 깨끗한 납땜 마스크로 완전히 희석됨을 의미합니다. 마치 독이 든 물 한 샘플만으로 수영장을 검사하는 것과 같아—치명적인 독성 한 방울을 거의 놓칠 수밖에 없습니다.

합격한 ROSE 점수는 보드가 깨끗하다는 의미가 아닙니다. 그것은 깨끗하다는 의미입니다. 평균적으로.

사각지대: BGA 및 밀집된 부품 아래에서 ROSE가 볼 수 없는 것

두 번째 결함은 물리적입니다. 현대 회로 기판은 조밀합니다. Ball Grid Arrays (BGAs), Land Grid Arrays (LGAs), Quad-Flat No-leads (QFNs) 같은 부품은 밀리미터 단위로 측정된 매우 낮은 스탠드오프 높이를 가지고 있습니다. ROSE 테스트에 사용되는 용매는 이 좁은 공간으로 흐를 수 없어, 아래에 갇힌 잔류물을 용해하지 못합니다.

바로 이 곳이 가장 위험한 곳입니다. 리플로우 동안, 플럭스 잔류물이 부품 몸체 아래에 갇혀 수백 개의 꽉 조여진 패드 바로 옆에 위치하게 됩니다. 테스트 용매는 위를 씻어 내지만 이러한 중요한 영역에 침투하지 못하고, 검사 결과는 깨끗하게 나옵니다. 한편, 가장 부식성 높은 오염물질들은 가장 큰 피해를 입힐 수 있는 그 한 곳에 방치됩니다. ROSE 테스트는 문제를 단순히 평균 내는 것에 그치지 않으며, 완전히 눈감아 버립니다.

“무세척” 신화 파헤치기: 가장 큰 부식성 잔류물 원천

이 부적절한 테스트 의존은 만연한 업계 신화에 의해 떠받쳐집니다: “무세척” 플럭스라는 개념입니다. 많은 엔지니어들은 무세척 플럭스를 사용하면 잔류물 청소 또는 검사에 대해 걱정할 필요가 없다고 믿습니다. “무세척”이 실제로 의미하는 바에 대한 이 오해는 신뢰성 문제로 직결됩니다.

“무세척”이 실제로 의미하는 것 (그리고 의미하지 않는 것)

“무세척”은 플럭스가 마법처럼 증발해서 제로 잔류물을 남긴다는 의미가 아닙니다. 이는 리플로우 후 잔류물이 설계된 화학적으로 불활성 상태가 되도록 설계된 것이며, 이는 보드가 완벽한 열 프로파일을 거쳤을 경우에만 해당됩니다. 플럭스의 활성제는 리플로우 도중 완전히 소모되고 캡슐화되도록 되어 있습니다.

대량 생산 세계에서는 완벽한 열 프로파일이 드문 일입니다. 오븐에는 뜨거운 곳과 차가운 곳이 있습니다. 보드의 밀도와 부품 질량은 열 그림자를 만듭니다. 이로 인해 플럭스는 종종 부분적으로만 활성화되어, 반응하는 잔류물을 남기게 됩니다.

열과 습도가 “양성” 플럭스 활성화하는 방법

이 남은 무세척 잔류물은 흡습성이 있어 공기 중의 습기를 쉽게 흡수하는 경우가 많습니다. 일단 물을 흡수하면, ‘양성’ 잔류물은 활성 산성 전해질이 됩니다. 납땜 중 산화물을 제거하기 위해 설계된 화학 물질이 지금은 부품 리드의 부식을 촉진하고 수지돌기 성장을 가능하게 하는 역할을 합니다.

‘무세척’이 당신이 청결을 확인하지 않아도 된다는 믿음은 매번 완벽한 공정을 달성하는 도박과 같습니다. Bester PCBA에서는 완벽에 베팅하지 않습니다. 우리는 데이터를 통해 검증합니다.

더 나은 작업 도구: 이온 크로마토그래피로 보이지 않는 것 보기

ROSE 테스트가 둔한 도구라면, 이온 크로마토그래피(IC)는 수술용 도구입니다. 그것은 단순한 통과/실패 평균을 넘어서서 보드 표면의 상세한 화학 분석을 제공합니다. 이는 이온 관련 현장 실패를 예측하고 방지하는 구체적이고 실행 가능한 데이터를 제공하는 유일한 방법입니다.

단일 숫자에서 화학적 지문으로

ROSE 테스트와 달리, IC 분석은 하나의 숫자를 제공하지 않습니다. 그것은 이온 크로마토그래프, 즉 보드에 존재하는 특정 이온들과 그 농도를 식별하는 보고서를 제공합니다. 이것은 의사가 “열이 있다”고 말하는 것과 “특정 박테리아 감염이 있으며 치료용 항생제가 있다”고 말하는 것의 차이입니다.

IC를 통해, 귀하는 조립 공정의 화학적 지문을 볼 수 있고, 서로 다른 오염물질을 구분하며, 그 출처를 추적할 수 있습니다.

IC가 ROSE에게 말하지 않는 것

IC의 강점은 그 특이성에 있습니다. 이는 ROSE가 답할 수 없는 중요한 질문에 응답합니다. 오염이 플럭스 잔류물의 약한 유기산으로 구성되어 있습니까? 이는 불완전한 리플로우 프로파일 또는 비효능 청소 과정을 가리킵니다. 염화물과 나트륨의 농도가 높습니까? 이는 취급 문제, 장갑에 의한 오염 또는 PCB 제조 자체의 문제를 시사합니다.

이 수준의 상세함은 청결 테스트를 단순한 품질 검사의 통과 여부에서 강력한 공정 제어 도구로 전환시킵니다. 단순히 체크 박스를 체크하는 것이 아니라, 적극적으로 진단하며 제품의 장기 신뢰성을 향상시키는 작업입니다.

효과적인 예측 클린리스 프로그래그램 구축

이온 크로마토그래피 도입이 첫걸음입니다. 올바르게 사용하는 것이 세계적 수준의 제조 공정을 나머지와 구별하는 포인트입니다. 진정으로 예측 가능성이 높은 프로그램은 무작위 테스트가 아니라 위험을 기반으로 한 목표 전략입니다. Bester PCBA에서는 세 가지 핵심 원칙에 기반한 접근법을 채택하고 있습니다.

1. 보드 영역별 타겟 테스트

전체 보드를 테스트하는 것을 멈추세요. 왜냐하면 위험은 고르게 분포되지 않기 때문입니다. IC 테스트는 국부적 추출 방법을 사용하여 가장 위험이 높은 영역에서 샘플을 채취해야 합니다: 밀집된 BGA 바로 아래, 민감한 아날로그 회로의 좁은 구석, 낮은 스탠드오프로 설계된 QFN 주변입니다. 문제 부위를 타겟팅하면, 최악의 경우를 반영하는 데이터를 얻을 수 있고, 평균값이 아닌 최악의 상황을 보여줍니다.

2. 오염물질과 플럭스 계통의 상관관계 파악

조립 파트너와 협력하여 귀하의 무세척 플럭스를 특성화하세요. 각 플럭스 계통은 다른 이온 서명을 남깁니다. 기준선 IC 테스트를 실행하여, 귀하의 공정에 대해 정상 잔류물 프로파일이 어떤 모습인지 설정할 수 있습니다. 이를 통해 지능형 한도를 설정할 수 있습니다. 무작위 ‘제로 톨러런스’ 정책 대신, 기대되는 약한 유기산에 대한 구체적 임계값을 설정하면서, 염화물과 같은 유해하며 예상치 못한 이온에는 거의 제로 허용치를 유지할 수 있습니다.

3. 영역이 아닌 공정 위험도에 따라 표준화하기

최종적이자 가장 중요한 단계는 오염에 대한 생각을 간단한 마이크로그램/제곱인치라는 용어로 멈추는 것입니다. 이 척도는 맥락 없이는 거의 의미가 없습니다. 고전압, 정밀 간격의 아날로그 부품은 저속 디지털 논리 섹션보다 이온 잔류물에 대한 허용 한계가 무한히 낮습니다.

견고한 청정도 사양에는 보편적인 한계가 없습니다. 각 회로 구역의 위험 프로파일에 따라 정규화된 여러 한계가 있습니다. 400V 전원 공급 주변 지역은 3.3V 풀업 저항기 주변보다 훨씬 높은 수준의 청정도를 요구합니다. 청정도 요구사항을 전기적 위험에 매핑함으로써, 현장 실패를 직접적으로 방지하는 사양을 만듭니다.

실천에 옮기기: 실제 문제극복

현대적인 청정도 전략으로 전환하려면 시험 방법의 변경 이상을 넘어 사고방식과 실용적인 접근 방식을 요구합니다.

비용 질문 해결: IC를 투자로서

IC에 대한 첫 반대는 항상 비용입니다. 네, 단일 IC 테스트가 단일 ROSE 테스트보다 더 비싸지만, 이 관점은 단견입니다. 불충분한 테스트의 진정한 비용은 RMAs, 보증 클레임, 제품 리콜, 그리고 브랜드 평판 손상으로 측정됩니다.

제품 개발 중 포괄적 IC 검증 프로그램의 비용—아마도 수천 달러—를 단일 현장 실패 분석 비용과 비교하세요, 광범위한 리콜은 말할 것도 없습니다. 이온 크로마토그래피는 비용이 아닙니다. 이는 장기적인 제품 성공에 있어 가장 높은 수익률을 제공하는 투자 중 하나입니다.

계약 제조사를 ROSE 이상으로 끌어올리는 방법

많은 계약 제조업체들은 자신의 기존 ROSE 테스트 장비에 익숙해져 있습니다. 더 엄격한 방법을 추진하려면 협력적이고 데이터에 기반한 접근 방식이 필요합니다. 작게 시작하세요. 생산 중인 모든 보드에 대해 IC를 요구하는 대신, NPI 동안 샘플 기준으로 지정하세요.

귀사의 CM에게 테스트를 원하는 고위험 보드 영역의 명확한 지도와 이 기사를 공유하세요. 대화를 신뢰의 부족이 아닌, 더 신뢰할 수 있는 제품을 만들기 위한 공동의 약속으로 구성하십시오. 최고의 제조 파트너들은 자신의 공정을 개선하고 능력을 보여줄 기회를 환영할 것입니다. 만약 저항한다면, 그것은 그들의 '품질' 정의가 여러분과 일치하지 않는 신호일 수 있습니다.