납땜 패드와 반복 접점은 용도에 맞는 표면처리(Surface Finish)를 고릅니다

먼저 알아둘 용어

HASL(Hot Air Solder Leveling)·침지 은(immersion silver) — HASL은 솔더(solder)로 표면을 처리하고 평탄화하는 계열의 공정입니다. 침지 은은 은 표면처리로, 은색처럼 보인다는 외관만으로 둘을 같은 공정이라 부르지 않습니다.

ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold)·경질 금도금(hard gold plating) — ENIG는 무전해 니켈 위에 침지 금을 형성하는 표면처리입니다. 반복 접촉의 마모 요구에 맞추는 경질 금도금과 용도·구조가 같지 않습니다.

에지 핑거(edge finger)·평탄도 — 에지 핑거는 보드(board) 가장자리의 접촉 단자입니다. 평탄도는 높이의 균일성으로 미세 부품 접합에 중요하며, 에지(edge) 접점에서는 마모·도금 두께 등 다른 요구도 확인합니다.

색 대신 표면의 실제 기능을 적습니다

부품 실장 패드는 피치(pitch)와 공정에 필요한 평탄도·납땜성·보관 조건을 검토합니다. 에지 접점은 상대 접촉 재료, 도금 구조·두께와 반복 마모 수명 등 커넥터(connector) 요구를 확인합니다. 같은 보드에서도 표면별 목적이 다를 수 있습니다.

카드 에지 커넥터에서는 소켓의 탄성 접점이 삽입된 패드를 눌러 전기적으로 맞닿습니다. 접점 압력과 맞물림 위치가 유지되는지를 기판 두께·삽입 깊이·상대 커넥터 조건으로 확인합니다. 이 접촉력이 카드 유지에 관여할 수 있어도 필요한 래치나 별도 고정부를 대신한다고 가정하지 않습니다. 금빛 표면이나 한 번의 삽입만으로 접점력·접촉 저항·반복 수명이 검증되지는 않습니다.

플렉스 기판(flexible PCB)에 부품 패드와 반복해서 굽히는 띠가 함께 있으면, 도면에서 표면처리 영역의 경계를 먼저 나눕니다. 미세 패드나 본딩 패드에 지정한 니켈·금 계열 마감이 굽힘 띠까지 이어지는지, 에지 접점에 지정한 경질 금도금이 실제 접촉 구간과 맞는지 제조 도면과 완성품에서 대조합니다. 굽힘 띠에 적용할 보호막과 표면처리는 제조사가 해당 구조에서 지원하는지 확인하고, 처리 영역·요구 두께와 경계 위치를 제조 노트에 표시합니다. 굽힘 성능은 목표 굽힘 반경과 횟수에서 따로 확인하며, OSP를 모든 플렉스 굽힘부의 필수 처리로 단정하지 않습니다.

작은 부품에는 언제나 특정 금색 공정을 쓰거나 금색이면 수천 번 삽입할 수 있다는 규칙을 사용하지 않습니다. 실제 공정 구조와 요구 수명을 확인하고 제조 도면에 처리 범위·목표 기능·필요 조건을 표시합니다.

에지 핑거의 도면을 검토할 때는 금도금 종류만 적지 말고 실제로 커넥터가 닿는 구간을 표시합니다. 그 구간에 솔더마스크(solder mask, 구리를 덮는 절연막)나 실크 인쇄(silkscreen, 부품 표시 인쇄)가 들어오지 않는지, 비아(via, 층 사이를 잇는 도금 구멍)가 접점·도금 경계에 너무 가까워지지 않는지 제조사와 대조합니다. 기판 끝을 비스듬히 다듬는 베벨(bevel)은 삽입 방향과 커넥터가 허용하는 기판 두께·접촉 길이에 맞춰 도면에 지정합니다. 배선 폭, 비아 이격, 베벨 각도와 도금 두께는 사용 커넥터와 제조 공정마다 정해야 하므로 한 예시 수치를 모든 에지 핑거에 복사하지 않습니다.

금도금 에지 접점의 금빛 면만 확인하지 말고 접점과 접점 사이의 절연 간격도 확대해 봅니다. 그 사이에 금속 입자나 제거되지 않은 구리 패턴이 보이면 제조 데이터에서 의도한 연결인지 위치를 대조하고, 제품 조건에 맞는 접점 간 절연 검사를 따로 합니다. 작은 입자의 색이나 사진만으로 금속 성분, 산화의 원인 또는 실제 단락을 확정하지 않습니다.

테스트 프로브가 여러 번 닿는 패드나 접촉식 키의 단자도 접촉 저항과 마모를 따져야 합니다. 반복 접촉하는 부위에 경질 금도금이 필요한지 판단하고, 납땜할 패드와 도금할 영역을 도면에서 분리해 표시합니다. 한 번 검사하는 패드와 계속 눌리는 키 단자는 요구 수명이 다르므로 같은 도금을 일괄 지정하지 않습니다. 접점은 상대 부품과의 마찰·접촉 시험으로, 납땜부는 실제 접합 시험으로 각각 확인합니다.

패드의 표면처리는 조립 조건과 사용 환경에 맞춥니다

반복 삽입 접점과 납땜 패드를 나눈 다음에는 납땜할 부품의 크기와 조립 조건을 봅니다. 피치(pitch)는 인접 단자 중심 사이 거리입니다. 피치가 작거나 부품 밑면에 솔더 볼이 배열된 BGA(Ball Grid Array)에서는 패드 높이가 고르지 않으면 페이스트 인쇄와 접합 조건을 맞추기 어려워질 수 있습니다.

표면처리 종류가 확인된 기판 네 장을 비교하면, 무연 HASL과 납 함유 HASL의 패드는 둘 다 은빛 계열로 보이고 OSP 패드는 구리빛, ENIG 패드는 금빛으로 보일 수 있습니다. 이는 공정명이 알려진 시료의 외관을 대조한 사례입니다. 사진마다 조명과 패드 모양이 다르므로 처음 보는 기판을 색으로 감정하는 기준으로 삼아서는 안 됩니다. 특히 은빛이라는 이유만으로 HASL의 합금 종류를 가르거나, 구리빛·금빛만으로 OSP·ENIG 처리를 확정할 수 없습니다. 처리 종류와 합금 규격은 해당 로트의 제조 기록으로, 납땜 가능 여부는 실제 조립 조건에 맞춘 검사로 따로 확인합니다.

납 함유 솔더와 무연 솔더는 합금 구성이 다릅니다. 합금과 실제 공정에 따라 온도 조건이 다르므로 둘을 바꿀 때 이전 가열 조건을 그대로 쓰지 않습니다.

HASL은 노출된 구리를 솔더로 덮는 제조 공정입니다. 먼저 구리 표면을 세정하고 필요에 따라 예열한 뒤 플럭스(flux)를 바르고 용융 솔더에 접촉시킵니다. 플럭스는 표면 산화물을 제거해 솔더가 구리에 잘 퍼지도록 돕는 재료입니다. 이어 에어 나이프(air knife), 즉 뜨거운 공기를 분사하는 장치로 남는 솔더를 불어내어 두께를 조절합니다. 솔더가 굳으면 플럭스 잔류물을 세척합니다. 수직으로 솔더 욕조에 담그는 설비와 양면에 솔더를 공급하는 수평 설비는 세부 흐름이 다를 수 있으므로 이 순서를 모든 라인의 고정 설정값으로 사용하지 않습니다.

완성 패드의 높이가 들쭉날쭉하거나 납땜이 잘 되지 않으면 세정 상태, 플럭스, 솔더 접촉 조건, 에어 나이프 설정을 단계별로 대조합니다. 홀에 솔더가 막혀 있지 않은지와 세정 뒤 잔류물이 남지 않았는지도 확인합니다. 에어 나이프로 솔더를 너무 많이 걷어내면 필요한 피복이 부족할 수 있으므로 평탄해 보인다는 이유만으로 합격 처리하지 않습니다. 부품을 납땜하기 전에도 기판이 열을 받는다는 점을 고려해야 합니다. 특히 얇은 기판에서는 지지 방법과 휨을 포함해 해당 두께·구조로 처리 가능한지 확인합니다.

HASL 뒤 특정 패드에 구리가 드러나거나 솔더가 퍼지지 않았다면, 그 패드의 위치와 로트를 먼저 기록하고 처리 전 세정·미세 에칭의 작업 이력을 별도로 확인합니다. 미세 에칭은 표면의 아주 얇은 구리층을 제거하는 전처리이며, 실제 제거량과 세척 조건은 해당 공정 기록으로 확인해야 합니다. 육안에 오염이 보이지 않는다는 이유로 산화물 부재를 확정하거나, 반대로 사진의 노출 구리만 보고 전처리 불량을 원인으로 단정하지 않습니다.

ENIG에서는 무전해 니켈층이 아래 구리를 덮는 장벽이 되고, 그 위의 얇은 침지 금층이 조립 전 니켈 표면의 산화를 줄입니다. 이 구조는 적절한 보관 조건에서 납땜성을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 다만 도금층의 상태와 보관·조립 이력을 확인하지 않고 모든 환경에서 같은 결과가 나온다고 보증할 수는 없습니다.

ENIG의 블랙 패드(black pad)는 도금 단계에서 니켈층이 국부적으로 부식된 상태와 관련된 접합 불량을 뜻합니다. 단순히 패드가 어두워 보이는 상태 전체를 뜻하지는 않습니다. 납땜 후 잘 붙지 않거나 접합부가 쉽게 분리되는 문제가 있으면 도금 이력과 접합 경계를 함께 조사해야 합니다. ENIG를 선택했다고 해서 접합 신뢰성이 보장되지는 않습니다.

반홀(castellated hole)은 기판 가장자리에서 도금 홀을 절반 정도 잘라 다른 기판에 납땜할 수 있도록 만든 접속 구조입니다. 반홀 보드에 적용할 마감은 실제 제조사의 홀 가공·도금·표면처리 조합을 확인합니다. 한 제조사가 반홀 보드에 OSP를 제공하지 않는다고 해서 다른 공정에서도 제작할 수 없다고 판단하지 않습니다. 도면에 처리할 면과 접합 목적을 적고, 사용할 공정에서 얻은 실제 접합 결과를 확인합니다.

납땜과 와이어 본딩을 함께 쓴다면

와이어 본딩은 가는 금속선을 칩과 기판의 접점에 붙여 전기적으로 연결하는 공정입니다. 기판에 본딩 영역과 납땜 패드가 함께 있다면 평탄도만으로 표면처리를 고르기 어렵습니다. ENEPIG는 구리 위에 무전해 니켈·무전해 팔라듐·침지 금을 차례로 형성해 두 접합 방식의 후보가 될 수 있습니다. 실제 적용할 본딩선과 솔더, 각 층의 두께 요구를 제조 도면에 지정하고 두 접합부를 모두 시험합니다. ENEPIG라는 이름만으로 촘촘한 패드 배치나 여러 번의 가열이 무조건 허용되는 것은 아닙니다.

고주파 선로에 은 마감을 고려한다면

전송선로는 고주파 신호가 흐르는 구리 배선과 그 아래 귀환 경로를 함께 설계한 구조입니다. 표면처리는 이 선로의 삽입 손실(insertion loss), 즉 전달 중 줄어드는 신호 크기에 영향을 줄 수 있습니다. 침지 은을 후보에 넣더라도 주파수, 선로 구조, 동박 두께와 비교할 마감을 정한 뒤 같은 조건에서 손실을 확인합니다. 특정 마감이 모든 고주파 기판에 유리하다고 단정하지 않습니다.

습한 곳에서 전압이 다른 도체가 가까이 있다면 세정 후 이온성 오염, 결로 가능성, 전압과 절연 간격도 함께 검토합니다. 전기화학적 이동(electrochemical migration)은 이런 조건이 겹칠 때 금속이 이동해 도체 사이에 전도성 경로가 자라는 현상입니다. 은 마감이기만 하면 반드시 발생하는 것도, 간격만 넓히면 예방되는 것도 아닙니다. 실제 환경에 맞춰 오염도와 절연 신뢰성을 시험합니다.

주석 마감은 보관 기간과 접속 방식을 함께 확인합니다

침지 주석을 택했다면 보관 기간을 정하고 그 끝에서 납땜성이 유지되는지 확인합니다. 구리와 주석 사이에 금속간화합물(intermetallic compound)이 자라면서 표면에 남은 주석과 접합 조건이 달라질 수 있기 때문입니다. 가는 주석 결정이 자라 이웃 도체에 닿는 주석 휘스커(tin whisker) 위험은 침지 주석의 약품과 공정에 따라 평가가 다릅니다. 특정 간격만 확보하면 안전하다고 정하지 말고 제조 공정 자료와 요구 수명에 맞는 시험을 확인합니다.

출하 시 외관이 깨끗하고 납땜성이 통과했다고 장기간 휘스커가 생기지 않는다고 보증할 수는 없습니다. NASA가 정리한 주석 휘스커 자료에서는 발생 전 잠복 기간과 성장 양상의 변동성이 크다고 설명합니다. 평가할 때는 주석계 표면의 실제 재료와 도금 공정, 잔류 응력에 영향을 주는 취급·가공, 보관·사용 환경과 요구 수명을 함께 확인합니다. 이 설명은 모든 주석계 마감이 같은 위험이라는 뜻이나 관찰 사진만으로 특정 제품의 고장 시점을 예측할 수 있다는 뜻이 아닙니다.

압입 단자(press-fit contact)는 핀을 도금된 관통홀에 눌러 넣어 접속합니다. 침지 주석을 이 용도에 쓸 때에는 핀과 홀의 치수, 홀 도금 구조, 삽입 후 접촉 상태를 해당 커넥터 조건으로 따로 검증합니다. 납땜성이 확인되었다고 압입 접점의 성능까지 확인된 것은 아닙니다.

완성품에서 역할에 맞는 결과를 확인합니다

납땜 패드는 실제 인쇄·실장·가열 공정과 접합 결과를 확인합니다. 에지 접점은 상대 커넥터와의 체결·전기 접촉·필요 반복 시험으로 검증합니다. 외관 색과 기능 검증을 분리하고, 표면처리를 바꿀 때 이전 표면처리로 얻은 시험 결과를 새 표면처리에도 그대로 적용하지 않습니다.

작업 순서를 다시 확인합니다