테스트 패드를 유지하는 마스킹

콘포멀 코팅은 인쇄회로기판(PCB)에 대한 갑옷으로, 습기, 먼지, 화학물질로부터 보호합니다. 그러나 그 갑옷은 접촉된 모든 표면 위에 절연 장벽을 만듭니다. 코팅된 테스트 패드는 접근 불가능한 테스트 패드가 됩니다.

기능 테스트가 프로브 접촉에 의존하거나, 향후 수리가 납땜 해제를 필요로 하는 경우, 적절한 마스킹 없이 코팅하는 결정은 매우 중요합니다. 잘못하면 보호된 보드는 테스트 불가능하고 수리 불가능한 벽돌이 됩니다. 마스킹 및 코팅 시 결정은 제품이 수명 동안 서비스 가능하게 유지될지 또는 최초로 구성품이 고장났을 때 전자 폐기물로 변할지를 결정합니다.

Bester PCBA에서는 마스킹과 코팅을 최종 체크박스로 여기지 않습니다. 이는 방법 선택, 두께 조절, 설계 선택 기록의 신중한 과정으로, 제품의 장기 가치를 직접적으로 영향을 미칩니다. 핵심 갈등은 간단합니다: 전체 덮개는 최대 환경 보호를 제공하지만, 동시에 테스트와 수리 필요한 접속 지점을 제거합니다. 이를 해결하려면 마스킹 방법의 정밀도, 코팅 두께가 신뢰성에 미치는 영향, 초기 설계 선택이 나중에 발생할 비용이 많이 드는 문제를 어떻게 방지하는지에 대한 깊은 이해가 필요합니다.

왜 테스트 패드 액세스가 성공을 정의하는가

테스트 패드는 회로 내의 지정된 전기 창으로, 인-서킷 테스트, 플라잉 프로브, 경계 스캔, 수동 문제 해결 등에 필수적입니다. 이 노출된 구리 영역은 일시적 접촉을 위해 설계되었습니다. 콘포멀 코팅이 이들을 밀봉하면, 프로브 테스트를 차단하는 물리적 및 전기적 장벽이 생성됩니다. 그 결과 코팅 후 검증이 불가능한 보드가 되어, 기능 결함이 고객 손에 전달될 때까지 감지되지 않을 수 있습니다.

그 결과는 공장 밖으로까지 파장됩니다. 초기 테스트를 통과했지만 현장에서 실패하는 보드는 테스트 포인트가 밀봉되어 있으면 진단할 수 없습니다. 기술자들은 두 가지 나쁜 선택에 직면하게 됩니다: 코팅을 긁어내려고 시도하거나, 트레이스를 손상시키거나 보드를 오염시킬 위험이 있는데, 또는 전체 조립품을 교체하는 것인데, 그 원인을 알 수 없습니다. 첫 번째는 노동력과 품질 위험을 추가하고, 두 번째는 재료 비용을 더하며 실패 분석의 기회를 포기하는 것입니다.

리워크와 수리는 같은 장벽에 직면해 있습니다. 고장난 부품을 교체하려면 종종 수리 또는 수정된 트레이스를 검증하기 위해 인접한 테스트 포인트에 접근해야 합니다. 그 포인트가 코팅되어 있다면, 기술자는 주변 영역을 손상시키지 않도록 정교하게 코팅을 제거해야 하며, 이는 시간 소모가 크고 실수 가능성이 높은 작업입니다. 고신뢰성 또는 대량 생산에서는 이러한 리워크 문제의 누적 비용이 정밀 마스킹의 초기 비용보다 훨씬 클 수 있습니다. 전체 생산 과정에서 잘못된 마스킹은 기능 테스트 단계에서 멈춰서 수천 개의 보드를 폐기하거나 재작업하는 선택에 몰릴 수 있습니다.

콘포멀 코팅 챌린지

콘포멀 코팅은 PCB에 얇은 폴리머 필름을 적용하여 환경 스트레스로부터 보호하는 것입니다. 이는 습기, 먼지, 화학물질, 심지어 강력한 해양 또는 산업 환경의 소금 스프레이에 대한 장벽입니다. 코팅은 보드의 형상에 따라 흐르며, 부품, 납땜 조인트, 트레이스를 덮습니다. 이러한 완전한 커버리지가 목표이며, 어떤 간격도 부식이나 전기적 쇼트의 잠재적 침입점이 될 수 있는 오염물질의 진입로가 됩니다.

이 완벽한 밀봉이 테스트 가능성과 근본적으로 충돌하는 이유입니다. 테스트 패드는 전도성을 유지하고 접근 가능해야 합니다. 콘포멀 코팅은 본질적으로 절연체입니다. 테스트 패드를 덮으면 표면 저항이 높아지고, 금속-금속 접촉을 필요로 하는 프로브 접촉을 물리적으로 차단합니다. 얇은 층도 간헐적 접촉 또는 완전한 테스트 실패를 유발할 수 있으며, 특히 고주파 또는 저전류 회로에서는 접촉 무결성이 매우 중요합니다.

해결책은 다른 재료가 아니라, 모든 콘포멀 코팅이 아크릴, 실리콘, 우레탄, 파릴렌에 관계없이 절연체라는 사실입니다. 테스트 패드 기능을 유지하는 유일한 방법은 코팅이 이들에 도달하지 못하게 하는 것입니다. 이것이 바로 마스킹의 역할로, 보드 위에 정밀한 제외 구역을 만드는 것입니다. 마스킹 방법의 품질은 코팅 후 보드가 테스트 가능 상태로 유지되는지 여부를 직접 결정합니다. 보드 밀도가 높아지고, 테스트 패드가 부품 사이 또는 커넥터 아래에 끼워질수록 도전 과제는 더욱 커지며, 보호를 손상시키지 않으면서 정밀도를 제공할 수 있는 마스킹 방법이 필요합니다.

맞춤 부츠 vs. CNC 마스킹

마스킹 방법 선택은 셋업 비용, 단위당 인건비, 정밀도 간의 균형입니다. 생산을 위해 두 가지 방법이 지배적입니다: 수작업으로 적용하는 맞춤 실리콘 부츠와 프로그래밍으로 제어하는 선택적 코팅입니다. 각각은 뚜렷한 특징을 가지고 있으며, 적절한 선택은 생산량, 보드 복잡성, 비용 목표에 달려 있습니다.

맞춤 실리콘 부츠와 수동 마스킹

맞춤 실리콘 부츠는 특정 테스트 패드에 맞도록 성형된 작고 유연한 캡입니다. 코팅 전에 기판 위에 놓았다가 경화 후 제거하며, 간단한 물리적 차단 역할을 하여 패드를 깨끗하고 접근하기 쉽게 유지합니다. 개념은 직관적이며, 부츠 자체와 이를 다루는 노동 외에 특별한 장비가 필요하지 않습니다.

주요 장점은 낮은 설치 비용입니다. 프로토타입이나 저수량 생산의 경우, 유일한 투자 비용은 맞춤형 금형과 노동 시간입니다. 이는 부츠가 크거나 넓게 간격이 있으며 쉽게 접근할 수 있는 패드가 많은 소규모 배치 또는 기판에 경제적인 선택임을 의미합니다.

그러나 제한 사항은 생산 규모가 커지면서 드러납니다. 배치와 제거는 수작업이며, 이는 매번 노동 비용을 증가시킵니다. 10개의 테스트 패드만 있는 기판의 경우, 한 작업자가 마스킹에 몇 분씩 소요될 수 있습니다. 1,000개 배치를 처리할 때는 수십 시간의 노동이 필요합니다. 단위당 비용은 절대 낮아지지 않습니다.

정밀도도 또 다른 제약입니다. 부츠는 코팅이 아래로 스며드는 것을 방지하기 위해 꼭 맞아야 하며, 동시에 잔류물 없이 제거 가능해야 하고 패드를 들리지 않게 해야 합니다. 이는 다양한 패드 크기나 빡빡한 부품 간격에서 어려운 균형입니다. 부츠는 오목한 영역이나 부품 아래의 테스트 패드에는 쓸모없습니다. 이 방법은 설계가 이를 고려할 때 가장 효과적이지만, 정밀도가 가장 중요한 경우에는 실패할 수 있습니다.

CNC 제어 선택적 코팅

컴퓨터 수치 제어(CNC) 마스킹은 코팅을 차단하는 것이 아니라 정확히 어디에 적용될지 제어합니다. 전체 분무 대신, CNC 제어 분배 시스템은 기판의 CAD 데이터를 기반으로 한 정밀한 툴패스를 따라가며, 테스트 패드, 커넥터, 장착 구멍 주변을 서브밀리미터 정밀도로 제외 구역으로 지정하여 코팅을 선택적으로 분배합니다.

초기 설치 비용이 더 높습니다. CAM 프로그래밍을 통해 툴패스를 생성하고, 정렬을 검증하며, 맞춤형 고정구를 필요로 할 수 있습니다. 이는 수 시간의 엔지니어링 시간이 걸릴 수 있습니다. 그러나 프로그램이 검증되면, 단위당 비용은 급감합니다. 이 과정은 자동화되어 있으며, 사이클 시간은 기계 속도에 의해 결정되고 수작업에 의존하지 않습니다.

이 역전된 비용 구조 덕분에 CNC 마스킹은 더 높은 볼륨에서 우위를 점합니다. 설치 비용은 전체 배치에 분산되며, 수작업 부츠와의 손익분기점은 종종 수백 단위에서 발생합니다. 그 이상에서는 CNC가 훨씬 비용 효율적입니다.

더 중요한 것은, CNC 마스킹은 정밀도에서 질적 도약을 제공합니다. 제외 구역은 종종 0.5밀리미터보다 나은 위치 정밀도로 정의되어, 작은 패드를 부품 사이에 끼워 넣거나 부츠로 처리할 수 없는 기하학적 형태를 마스킹할 수 있게 합니다. 반복성은 완벽하며, 모든 기판이 동일하게 코팅되어 수작업의 변수를 제거합니다. 이 정밀도는 설계자가 유지 금지 지역을 최소화하고 기판의 보호 영역을 최대화할 수 있게 하며, 만약 설계에 부품 아래이거나 1밀리미터보다 작은 패드가 포함되어 있다면, CNC 마스킹이 유일한 실용적인 선택인 경우가 많습니다.

UV 두께 제어 및 결함 방지

코팅을 적용하는 것만이 절반의 싸움입니다. 올바른 두께를 유지하고 결함이 없도록 하는 것은 진정한 보호를 제공할지 아니면 새로운 실패 모드를 유발할지를 결정합니다. 목표는 단일 두께 값을 넘어서, 통제된 범위—너무 적은 코팅은 기판을 취약하게 만들고, 너무 많으면 내부 응력이 발생하여 균열, 분리 또는 들림을 유발할 수 있습니다.

코팅 두께가 신뢰도를 결정하는 이유

효과적인 컨포멀 코팅은 일반적으로 25~75 마이크로미터의 최소 두께를 충족하여 완전한 장벽을 제공합니다. 너무 얇은 코팅은 미세한 핀홀을 형성하여 습기가 침투하고 부식을 시작할 수 있습니다. 이는 트레이스의 뾰족한 가장자리나 부품 리드 주변에서 일반적인 문제로, 액체 코팅이 벗겨질 수 있습니다.

과도한 두께는 다른 문제를 야기합니다. 코팅이 경화되면서 수축하여 내부 응력을 생성합니다. 너무 두꺼운 코팅은 기판에 대한 접착력을 능가하여 벗겨지거나 분리되는 원인이 될 수 있습니다. 이 실패는 종종 마스킹된 영역의 뾰족한 가장자리에서 시작됩니다. 두꺼운 코팅은 더 부서지기 쉽고, 수축과 팽창이 다른 기판이나 부품에 부담을 줌에 따라 균열 위험이 높아집니다.

최적 두께는 따라서 균형입니다: 환경 보호를 위해 충분히 견고하지만 유연하고 스트레스를 받지 않을 만큼 얇아야 합니다. 이러한 균형을 이루기 위해서는 추정이 아닌 측정이 필요합니다.

UV 형광을 이용한 측정

많은 컨포멀 코팅제는 UV 형광 첨가제로 만들어졌으며, 커버리지를 간단하고 비파괴적으로 검증하는 방법을 제공합니다. UV 램프 아래에서 코팅은 두께에 비례하는 강도로 빛납니다. 얇은 층은 희미하게 나타나고, 두꺼운 층은 밝게 빛납니다. 이를 통해 작업자는 즉시 고르지 않은 커버리지, 그림자 속 얇은 부분 또는 과도한 축적을 발견할 수 있습니다.

검사는 빠르지만 정상 조명에서는 보이지 않는 결함을 드러냅니다. 가려진 부분 주변의 전이 구역은 특히 중요합니다. 코팅 가장자리의 점진적인 ‘페더링’은 응력을 분산시키며, 두껍고 가파른 능선은 박리의 주요 위치입니다. UV 빛은 또한 표면 오염으로 인해 접착이 실패한 공기 방울이나 ‘피시아이’와 같은 다른 결함도 드러냅니다.

UV 검사는 정성적이지만, 과정상의 편차를 포착하고 두께가 허용 범위 내에 있는지 확인할 만큼 충분한 해상도를 제공합니다. 절대 측정을 위해 다른 도구도 존재하지만, 대부분의 적용 분야에서는 UV 램프 아래에서 훈련받은 눈이 최전선의 방어선입니다. 그러나 이를 위한 전제는 완벽히 깨끗한 표면입니다. 코팅 전에 보드에 남은 플럭스 잔여물, 오일 또는 입자가 접착을 방해하며, 보호층 바로 아래에서 실패점을 가두게 됩니다.

리워크를 위한 설계

코팅된 보드를 재작업할 수 있는 능력은 운에 달려 있는 것이 아니며, 생산 시작 전에 신중하게 설계되고 문서화된 선택의 결과입니다. 재작업용으로 설계된 보드는 공구를 위한 충분한 공간을 가지고 있으며, 견고한 테스트 패드 형상과 명확한 마스킹 지침으로 문서화되어 있습니다.

테스트 패드 크기와 간격: 작업이 가능한 크기의 패드가 필요하며, 이상적으로 적어도 1.5~2밀리미터 이상이 되어야 합니다. 이렇게 하면 어떤 코팅 침범도 쉽게 제거할 수 있는 충분한 공간이 제공되며, 우연히 트레이스를 자르거나 패드를 들리지 않도록 방지할 수 있습니다. 마찬가지로, 테스트 패드 주변에 최소 1밀리미터 이상의 유지 구역을 두면 도구가 인접 부품을 방해하지 않도록 하여 부수적 손상 위험을 줄일 수 있습니다.

명확한 문서화: 제조 파일은 모호하지 않아야 합니다. 보드 데이터에는 모든 제외 구역을 명확하게 정의하는 전용 코팅 마스크 층이 포함된 Gerber 또는 ODB++ 파일이 필요합니다. 이를 조립 도면에서 해석할 경우 일관성과 오류 가능성이 높아지며, 특히 생산 규모가 커지거나 공급처가 바뀔 때 문제가 될 수 있습니다.

재작업 전략: 부품이 실패하면, 그 리드 위의 코팅은 제거되어야 합니다. 방법은 재질에 따라 다릅니다. 아크릴은 용매로 녹입니다. 실리콘과 우레탄은 조심스럽게 기계적 연마 또는 열软화를 필요로 합니다. Parylene는 가장 강력하며, 미세 연마 또는 레이저 제거가 필요할 때가 많습니다. 모든 경우, 위험은 보드의 손상입니다. 가장 안전한 방법은 느리고 정밀하며, 훈련된 기술자가 수행하는 것입니다.

부품을 교체한 후에는 보호를 복구하기 위해 수작업으로 재코팅해야 합니다. 이 새로운 코팅은 기존 층에 잘 달라붙어야 하며, 두껍거나 스트레스를 유발하는 경계선을 만들지 않아야 합니다. 이 전 과정 — 제거부터 재적용까지 — 는 원래 설계의 예견 가능성에 달려 있습니다. 크고 접근하기 쉬운 테스트 패드와 명확한 마스킹 지침을 갖춘 보드는 자신 있게 재작업할 수 있으며, 그렇지 않은 경우 높은 위험이 따릅니다.