PCB 제조에 틴 몰입: 그것은 어떻게 용접 마스크의 안정성에 영향을 미치는가

TIN IMMERESION (Immersion Tin이라고도 함)은 PCB 제조에서 인기있는 표면 마감으로, 비용 효율성, 납땜 가능성 및 무연 어셈블리 프로세스와의 호환성으로 평가됩니다. 그러나, 구리 추적을 단열하고 단락을 방지하는 무의미한 보호 층인 솔더 마스크와의 상호 작용은 PCB 신뢰성에 크게 영향을 미칠 수 있습니다. Tin Immersion 및 Solder Mask 프로세스가 잘못 정렬되면 마스크 필링, 솔더 결함 및 장기 부식과 같은 문제가 발생하여 PCB의 성능을 약화시킬 수 있습니다.

이 안내서는 주석 침수와 솔더 마스크 안정성 사이의 관계를 탐구하여 두 프로세스가 어떻게 상호 작용하는지, 일반적인 도전 및 입증 된 솔루션을 자세히 설명하여 강력하고 오래 지속되는 PCB를 보장합니다. 소비자 전자 제품 또는 고 신뢰성 산업 보드를 제조하든 이러한 역학을 이해하는 것은 내구성이 높은 고성능 제품을 생산하는 데 중요합니다.

주요 테이크 아웃
1. 침수는 구리를 산화로부터 보호하고 납땜 가능성을 향상시키는 얇고 균일 한 주석 층을 제공하여 비용에 민감한 실속 적용에 이상적입니다.
2. 용산 마스크 안정성은 적절한 경화, 화학 저항 및 주석 침수 공정과의 호환성에 따라 다릅니다. 여기서 모습은 마스크 분해 또는 고장으로 이어질 수 있습니다.
3. 주석 침수 욕조와 소지되지 않은 솔더 마스크 사이의 화학적 상호 작용은 불안정성의 주요 원인입니다. 철저한 청소 및 공정 제어는 이러한 위험을 완화합니다.
4. 재료 일치, 정확한 경화 및 치료 후 청소를 포함한 최신 관행은 주석 몰입 및 솔더 마스크가 시너지 효과를 제공하여 PCB 신뢰성을 높이기 위해 시너지 효과를 보장합니다.

주석 침수 및 솔더 마스크 역할을 이해합니다
그들의 상호 작용을 이해하려면 주석 침수 및 솔더 마스크의 목적과 특성을 정의하는 것이 가장 중요합니다.

PCB 제조의 주석 몰입은 무엇입니까?
주석 침지는 화학적 변위 반응을 통해 노출 된 구리 패드에 얇은 층 (일반적으로 0.8-2.0μm)을 퇴적하는 전기 표면 마감 공정입니다. 전기 도금 된 주석과 달리 전기가 사용되지 않습니다. 욕조의 이온은 PCB 표면의 구리 원자를 교체하여 보호 장벽을 형성합니다.

주석 침수의 주요 이점 :

1. 코로션 저항성 : 주석은 장벽 역할을하여 저장 및 조립 중 구리 산화를 방지합니다.
2. 고소성 : 주석은 무연한 병사 (예 : SAC305)와 강력하고 신뢰할 수있는 관절을 형성하며, ROHS 준수에 중요합니다.
3. 코스트-효과 : 금 기반 마감재 (Enig, Enepig)보다 저렴하고 대량 생산에 적합합니다.
4. 파인 피치 호환성 : 균일 증착은 브리징 위험이없는 작은 구성 요소 (0.4mm 피치 BGA)에 적합합니다.

제한 사항 :

1. TIN WISKERS : 작은 모발 같은 주석 성장은 시간이 지남에 따라 형성 될 수 있으며, 짧은 회로 위험이 발생할 수 있습니다.
2. 어색 수명 : 산화 위험으로 인해 6-12 개월의 저장 (ENIG의 경우 12 개월 이상)으로 제한됩니다.

PCB 성능에서 솔더 마스크의 역할
솔더 마스크는 PCB에 적용되는 중합체 코팅 (전형적으로 에폭시 또는 폴리 우레탄)입니다.

1. 구리 추적 : 인접한 도체 사이의 의도하지 않은 단락 방지.
2. 환경 손상으로부터 보호 : 수분, 먼지 및 화학 물질의 구리 방패.
3. 제어 솔더 흐름 : 솔더가 부착 된 (PAD)와 그 위치가없는 곳 (흔적)을 정의하여 조립 중 브리징을 줄입니다.
4. 초대 기계적 강도 : PCB 구조를 강화하여 플렉스 관련 손상을 줄입니다.

솔더 마스크의 중요한 특성 :

1. 조화 : 껍질을 피하기 위해 구리 및 라미네이트 기판에 단단히 결합해야합니다.
2. 화학 저항 : 세정제, 플럭스 및 침지 주석 욕조에 대한 노출을 견딜 수 있습니다.
3. 신경 안정성 : 리플 로우 납땜 중 완전성을 유지합니다 (무연 공정의 경우 240–260 ° C).
4. 균일 한 두께 : 일반적으로 25–50μm; 너무 얇은 위험은 핀홀을 위험에 빠뜨리고 너무 두꺼운 미세 피치 납땜을 방해합니다.

주석 침수 및 솔더 마스크가 상호 작용하는 방법
두 프로세스는 본질적으로 연결됩니다. 땜납 마스크는 주석 침수 전에 적용되어 어떤 구리 영역이 노출되어 주석으로 코팅되어 보호되는지 정의합니다. 이러한 상호 작용은 시너지를위한 기회를 창출하지만 위험에 처해 있습니다.

1. 마스크 에지 정의 : 정확한 마스크 정렬은 의도 된 패드에만 주석 퇴적물을 보장합니다. 오정렬은 구리 노출 또는 덮개 패드 (납땜 장애)를 남길 수 있습니다.
2. 화학 학적 호환성 : 주석 침수 욕조 (주석 소금 및 착물 제로 산성)는 소지되지 않았거나 부착 된 솔더 마스크를 공격하여 분해를 일으킬 수 있습니다.
3. Residue 관리 : 주석 침수 후 청소는 마스크 박리 또는 구리 부식을 방지하기 위해 목욕 잔류 물을 제거해야합니다.

주석 침수 중에 마스크 안정성을 납땜하는 도전
주석 침수와 쌍을 이룰 때 몇 가지 요소가 솔더 마스크 안정성을 손상시킬 수 있으며, 종종 공정 실수 나 재료 비 호환성에서 비롯됩니다.
1. 주석 침수 목욕의 화학 공격
주석 침수 욕조는 주석 침착을 용이하게하기 위해 경미한 산성 (pH 1.5-3.0)입니다. 이 산도는 다음과 같습니다.

A. 도입되지 않은 마스크 : 땜납 마스크가 절단되지 않은 경우 (UV 또는 열 노출이 부족한 경우), 중합체 사슬은 부분적으로 교배하는 상태로 유지되어 화학 용해에 취약합니다.
B. weaken 접착력 : 산성 욕조는 마스크와 구리 사이의 작은 간격을 관통하여 결합을 깨고 필링을 유발할 수 있습니다.

증거 : IPC에 의한 연구에 따르면 주석 욕조에 노출 된 밑에있는 마스크는 마스크 가장자리를 따라 눈에 띄는 침식이있는 완전히 경화 된 마스크보다 30-50% 더 많은 박리를 보여주었습니다.

2. 저하 또는 과장된 솔더 마스크
a.under-curing : 불완전한 가교 링 잎은 부드럽고 다공성으로 마스크를 마스킹하여 주석 목욕 화학 물질을 스며들고 구리를 공격하고 접착력을 약화시킬 수 있습니다.
B. 오버 큐어링 : 과도한 열 또는 UV 노출로 인해 마스크가 부서지기 쉽고 균열이 발생하기 쉽습니다. 수분과 화학 물질이 구리에 도달 할 수있는 경로를 만듭니다.

영향 : 두 문제 모두 마스크 효과를 줄입니다. 덩어리 침지 동안 밑에 깎은 마스크가 용해 될 수 있습니다. 과도한 단일 마스크는 열 순환 중에 균열되어 장기 부식으로 이어집니다.

3. 잔류 물 축적
주석 침지 후 청소는 목욕 잔류 물 (주석 염, 유기 착물 제제) 뒤에 잎을 남기고 :

A. hinder 솔더 접착력 : 잔류 물은 장벽으로 작용하여 탈 습기를 유발합니다.
B. 프로모션 부식 : 소금은 수분을 흡수하여 마스크 아래 구리 산화를 가속화합니다.
C. weaken 마스크 접착력 : 화학 잔류 물은 시간이 지남에 따라 마스크-파스트 레이트 결합을 저하시켜 필링 위험을 증가시킵니다.

4. 주석 수염 성장
마스크 문제는 아니지만 주석 수염은 얇은 솔더 마스크를 뚫어 단락을 만들 수 있습니다. 이 위험은 다음과 같은 경우 강화됩니다.

A. 마스크 두께는 <25μm (수염을 차단하기에는 너무 얇음)입니다.
B. 마스크에는 핀홀이 있습니다 (응용 프로그램이나 경화가 좋지 않음).

솔더 마스크 불안정성이 PCB 성능에 영향을 미치는 방법
주석 침수 문제로 인해 땜납 마스크 고장은 캐스케이드 성능 및 신뢰성 문제로 이어집니다.
1. 납땜 결함
A.de-Wetting : 솔더는 종종 마스크 잔류 물이나 주석 산화로 인해 패드 위에 균등하게 퍼지지 않습니다.
B.Bridging : 마스크 오정렬 (패드 사이에 노출 된 구리) 또는 과잉 마스크 조각은 의도하지 않은 솔더 연결을 트레이스 사이에 만듭니다.
C.Non-Wetting : 심한 잔류 물 축적은 솔더가 완전히 부착되는 것을 방지하여 패드를 맨손으로 남겨두고 구성 요소가 연결되지 않도록합니다.

데이터 : 자동차 PCB에 대한 2023 년 연구에 따르면 주석 가공 보드에서 납땜 결함의 42%가 솔더 마스크 불안정성으로 거슬러 올라가서 재 작업에서 결함이있는 장치 당 평균 $ 0.50를 흡수하는 것으로 나타났습니다.

2. 장기 신뢰성 문제
A.corrosion : 노출 된 구리 (마스크 박리에서) 산화되어 저항이 증가하고 위험이 발생합니다. 필링 마스크 아래에 갇힌 수분은이 과정을 가속화합니다.
B. 전기 누출 : 핀홀 또는 균열은 인접한 트레이스 사이에서 전류가 새어 신호 간섭 또는 반바지를 유발할 수있게합니다.
C. 정체 응력 실패 : 리플 로우 또는 열 사이클링 중 껍질을 벗기는 마스크는 구리를 반복 난방/냉각, 약화 솔더 조인트에 노출시킵니다.

예 : 불안정한 마스크가있는 주석 이량 체 PCB를 사용하는 산업 센서는 주로 부식으로 인해 작동 후 2,000 시간 (안정적인 마스크의 경우 2%) 내에 20% 실패율을 나타 냈습니다.

3. 고주파 신호 분해
RF 또는 고속 디지털 PCB (5G, 이더넷)에서 불안정한 마스크는 다음과 같습니다.

A. INSERTION 손실 : 마스크 불규칙성 (두께 변화, 균열) 신호 경로를 방해하여 주파수> 1GHz의 손실이 증가합니다.
B. 임피던스 불일치 : 고르지 않은 마스크 두께 변화 추적 커패시턴스, 신호 무결성 저하.

안정성을 보장하기위한 솔루션 및 모범 사례
주석 가량화 된 PCB에서 솔더 마스크 불안정성을 해결하려면 재료 선택, 프로세스 제어 및 품질 검사가 필요합니다.
1. 솔더 마스크 경화를 최적화하십시오
A. 세부 검증 : UV 용량 미터 및 열 프로파일 링을 사용하여 전체 경화를 보장합니다 (예 : 에폭시 마스크의 경우 150 ° C의 30 분). 경도 테스터 (Shore D> 80)와의 연료 후 검사는 적절성을 확인합니다.
B. avoid over-curing : UV 노출에 대한 제조업체 지침 (일반적으로 1-3J/cm²) 및 열 사이클을 따라 브리티 니스를 방지하십시오.

2. 화학적 호환성을 보장하십시오
A. MATERIAL MATHING : TIN 몰입 욕조와의 호환성을 위해 평가 된 솔더 마스크를 선택하십시오 (화학 저항에 대한 테스트 데이터에 대한 공급 업체에 요청). 에폭시 기반 마스크는 일반적으로 산성 환경에서 폴리 우레탄보다 성능이 우수합니다.
B. PRE-Immersion 테스트 : 전체 생산이 실행되기 전에 주석 욕조에서 마스크 성능을 검증하기 위해 쿠폰 테스트 (작은 PCB 샘플)를 수행합니다.

3. 침수 후 청소를 향상시킵니다
a.multi-단계 청소 : 사용 :
DI 물은 느슨한 잔류 물을 제거하기 위해 헹구었다.
산을 중화시키고 유기 잔류 물을 용해시키는 가벼운 알칼리성 세제 (pH 8-10).
물 반점을 방지하기 위해 최종 DI 워터 린스 + 공기 건조.
B.Residue 테스트 : 이온 크로마토 그래피 또는 전도도 미터를 사용하여 청결을 확인하십시오 (잔류 수준 <1μg/In²).

4. 제어 틴 침지 매개 변수
A. Bath 유지 보수 : 마스크를 공격하는 공격적인 조건을 피하기 위해 주석 농도 (5–10g/L), pH (1.8–2.2) 및 온도 (20–25 ° C)를 모니터링합니다.
B. 두께 : 주석 층을 0.8–2.0μm 내에 유지합니다. 더 얇은 층은 불충분 한 보호 기능을 제공합니다.

5. 주석 수염을 완화하십시오
A. ALLOY 첨가물 : 0.1–0.5% 니켈의 주석 욕조를 사용하여 수염 성장을 억제하십시오.
B. 포스트-면역 어닐링 : 1 시간 동안 PCB를 150 ° C로 가열하여 주석 층의 내부 응력을 완화시켜 수염 형성이 줄어 듭니다.

6. 품질 점검 및 테스트
A.ADHESION 테스트 : 테이프 테스트 (IPC-TM-650 2.4.1)를 수행하여 마스크 본딩을 확인하십시오-필링은 허용되지 않습니다.
B. 고소성 테스트 : 습식 균형 테스트를 사용하여 틴기가 이량제 패드 위에 솔더가 균등하게 퍼지도록합니다.
C.Environmental Testing : 피험자 샘플에서 온도 사이클링 (-40 ° C ~ 125 ° C) 및 습도 (85 ° C에서 85% RH)로 현장 조건을 시뮬레이션하고 마스크 고장을 확인하십시오.

주석 몰입이 여전히 귀중한 선택으로 남아 있습니다
도전에도 불구하고 Tin Immersion은 비용, 성과 및 무연 규정 준수의 균형으로 인기가 있습니다. 적절한 솔더 마스크 사례와 쌍을 이루면 안정적인 결과를 제공합니다.

A. 소비자 전자 장치 : 스마트 폰, 노트북 및 웨어러블은 저렴한 비용 및 미세 피치 호환의 이점을 얻습니다.
B. Automotive Electronics : 하부 센서 및 인포테인먼트 시스템은 용해성 및 ROHS 준수를 위해 주석 몰입을 사용합니다.
C. 산업 제어 : PLC 및 IoT 장치는 중간 환경에서 부식 저항에 의존합니다.

FAQ
Q : 솔더 마스크 문제가 발생하기 전에 주석 가역화 된 PCB를 얼마나 오래 보관할 수 있습니까?
A : 안정적인 솔더 마스크가 장착 된 주석 면역 PCB는 6-12 개월의 유통 기한이 적절하게 청소되고 보관됩니다 (30 ° C, 60% RH). 이 외에도 주석 산화 또는 마스크 분해는 납땜에 영향을 줄 수 있습니다.

Q : 유연한 PCB와 함께 Tin Immersion을 사용할 수 있습니까?
A : 그렇습니다. 그러나 굽힘을 견딜 수 있으려면 유연한 솔더 마스크 (폴리이 미드 기반)가 필요합니다. 마스크가 주석 욕조와 호환되어 분리를 피하십시오.

Q : 주석 수염을 유발하는 원인은 무엇이며 솔더 마스크에 어떤 영향을 미칩니 까?
A : 주석 층의 내부 응력으로 인해 수염이 형성됩니다. 그들은 얇거나 갈라진 마스크를 뚫어 단락을 일으킬 수 있습니다. 주석 욕조에 니켈을 추가하거나 인형이 발생한 후 어닐링하면이 위험이 완화됩니다.

Q : 솔더 마스크 두께는 주석 침수에 어떤 영향을 미칩니 까?
A : 최적의 두께 (25–50μm)는 납땜을 방해하지 않고 화학 공격을 방지합니다. 너무 얇은 위험 핀홀 위험; 너무 두껍게 패드 가장자리를 덮고 주석 증착을 손상시킬 수 있습니다.

Q : Tin Immersion이 고 신뢰성 응용 프로그램 (예 : 항공 우주)에 적합합니까?
A : 그럴 수 있지만 엄격한 프로세스 제어 (휘 스커 완화, 접착 테스트) 및 환경 스크리닝이 필요합니다. 극심한 신뢰성의 경우 더 높은 비용에도 불구하고 ENIG 또는 ENEPIG가 바람직 할 수 있습니다.

결론
주석 침수 및 솔더 마스크는 보완적인 프로세스입니다. 올바르게 관리 할 때 비용 효율적이고 납땜 가능하며 신뢰할 수있는 PCB를 만듭니다. 성공의 열쇠는 상호 작용을 이해하는 데 있습니다. Tin Immersion의 화학 조건은 강력하고 잘 경화 된 솔더 마스크를 요구하는 반면, 적절한 마스크 응용 프로그램은 의도 된 경우에만 TIN 퇴적물을 보장합니다.

제조업체는 모범 사례와 같은 모범 사례를 구현함으로써, 제조업체는 솔더 마스크 안정성을 희생하지 않고 주석 몰입의 이점을 활용할 수 있습니다. 그 결과 소비자 가제트에서 산업 시스템에 이르기까지 애플리케이션에서 안정적으로 수행되는 PCB가 있습니다.