먼저 알아둘 용어
개구(opening) 확장·웹(web) — 개구 확장은 패드 주변 마스크(mask)를 더 비우는 여유입니다. 웹은 인접 개구 사이 남는 마스크 띠로, 패드 여유를 늘리면 그 폭은 줄어듭니다.
NSMD(Non-Solder-Mask-Defined)·SMD(Solder-Mask-Defined) 패드(pad) — NSMD는 구리 가장자리가 납땜 영역을 정하고 마스크에 여유가 있는 구조입니다. SMD는 마스크 개구(solder mask opening)가 영역을 정하는 구조입니다. 부품이 요구하는 정의를 먼저 확인합니다.
편측 확장량과 전체 개구 치수를 구분합니다
부품 권장 패드에서 어느 경계가 납땜 영역을 정하는지 확인합니다. 입력 개구가 패드와 1:1이라고 적혀 있어도 제조자가 공정에 맞게 조정하는 전달 방식일 수 있습니다. 이를 모든 풋프린트(footprint)의 마스크 확장을 0으로 두라는 뜻으로 해석하지 않습니다.
CAD(Computer-Aided Design)의 확장값이 한쪽 여유인지 전체 치수 증가인지 확인합니다. 마주 보는 패드 가장자리 간격을 g, 그 방향의 개구 확장량을 e1과 e2, 남는 웹을 w라고 하면 직선 경계의 도형 관계는 w = g − e1 − e2입니다. 모든 길이는 같은 단위로 계산합니다.
간단한 산술과 제조 합격 판정을 나눕니다
계산 예시로 g=8 mil, e1=e2=1.5 mil이면 w=5 mil입니다. 확장량을 각각 2.5 mil로 늘리면 w=3 mil로 줄어듭니다. 1 mil은 0.0254 mm입니다. 이 식은 정렬 오차와 형상 공차를 포함하지 않으므로, 계산값만 보고 제작 가능하다고 판단하면 안 됩니다.
사용할 잉크와 색상, 노광·현상·정렬 공정에서 만들 수 있는 최소 마스크 띠 폭과 오차를 확인합니다. 색상이 같다고 한계값도 같다고 보거나, 서로 다른 공정의 숫자를 하나의 기준으로 합치지 않습니다.
패드 간격과 마스크 띠 폭의 숫자를 섞지 않습니다
패드 간격 g가 5 mil이고 양쪽 확장이 각각 2 mil이면 남는 웹은 1 mil, 즉 0.0254 mm입니다. 구리 사이에 간격이 남아 있다고 해서 그 사이에 안정적인 마스크 띠를 만들 수 있는 것은 아닙니다. 최소 웹이 0.10 mm 또는 0.125 mm인 공정이라면 두 값은 남는 마스크 폭의 조건입니다. 구리 패드 간격의 최소값과 그대로 바꿔 쓸 수 없습니다.
색상뿐 아니라 동박 두께와 노광 방식이 달라지면 요구 간격도 다시 확인합니다. 가령 검토 중인 공정표가 1 oz 동박의 녹색·청색에서 패드 간격 약 0.20 mm, 다른 색상에서 약 0.25 mm를 요구하고, 2 oz에서는 녹색·청색도 약 0.23 mm를 요구한다면 이전 색상·두께의 규칙을 그대로 쓰면 안 됩니다. 이 숫자는 조건별 차이를 비교하는 예시이며 공통 제조 규격이 아닙니다. oz(ounce)는 여기서 면적당 동박 중량 표기로, 1 oz/ft²는 대략 35 µm 두께에 해당합니다. ft²는 제곱피트로 1 ft²는 약 0.0929 m²입니다. 출발 동박과 완성 동박 중 어느 기준인지도 확인합니다.
개구를 합칠지, 띠를 남길지는 조립 요구까지 보고 정합니다
여러 패드를 한 개구로 묶는 방식을 일괄 개구(gang opening)라고 합니다. 너무 가는 댐을 억지로 남기기 어려우면 이 방식을 검토할 수 있습니다. 마스크 띠는 없어져도 패드 사이의 구리가 연결되는 것은 아닙니다. 다만 노출된 배선과 솔더 브리지(solder bridge), 즉 분리되어야 할 접점이 솔더로 이어지는 결함의 위험을 다시 살펴야 합니다. 솔더 분말과 플럭스를 섞은 솔더 페이스트(solder paste)의 양·인쇄·부품 실장과, 이를 가열해 접합하는 리플로(reflow) 조건까지 검증합니다.
반대로 처음부터 일괄 개구로 그렸더라도 실제 공정에서 충분한 띠를 만들 수 있고 조립에 도움이 된다면 개별 개구를 검토합니다. 보드 가장자리의 금도금 접점인 골드핑거(gold finger)처럼 다른 목적의 영역은 접점의 노출·접촉 요구가 우선일 수 있습니다. 전체 기판에 한 가지 개구 방식을 일괄 적용하지 않습니다.
바닥에 솔더볼이 배열된 BGA(Ball Grid Array)에서 NSMD를 SMD로 바꾸면 마스크만 보기 좋게 정리하는 수준을 넘어 납땜 영역의 경계와 접합 형상이 달라집니다. 부품이 요구한 랜드 패턴, 마스크 정렬 오차와 조립 신뢰성을 함께 검토해야 합니다. ‘간격이 좁으면 SMD로 바꾼다’는 자동 규칙으로 만들지 않습니다. 제조 수정안에는 바뀐 패드와 개구를 겹쳐 표시하고, 검토가 끝난 형상으로 제조·조립 자료를 일치시킵니다.
마스크가 있어도 브리지가 생기면 인쇄 단계부터 나눠 봅니다
브리지는 마스크 띠 하나만으로 결정되지 않습니다. 같은 위치에서 스텐실 개구·인쇄 체적·위치와 부품 배치 후 페이스트 퍼짐을 비교합니다. 스퀴지 압력은 인쇄 조건이고, 부품을 놓는 압력은 실장 조건이므로 기록을 분리합니다. ‘압력이 높았다’는 말만으로 어느 설정을 고칠지 결정하지 않습니다.
가열 상승 속도가 원인 후보라면 실제 접합부의 온도 이력과 사용 페이스트의 허용 조건을 대조합니다. 무조건 천천히 가열하는 처방으로 바꾸지 않습니다. 개구와 마스크를 바꾼 효과를 확인하려면 다른 재료·인쇄·실장·가열 조건을 유지하고, 브리지뿐 아니라 솔더 부족이나 다른 결함이 늘지 않았는지도 확인합니다.
제조 수정 뒤 같은 위치를 다시 검사합니다
가장 좁은 웹, 개구에 노출되는 인접 배선과 개구 위 실크(silkscreen)를 찾습니다. 실크 글자의 높이, 문자 전체의 폭, 선 하나의 두께를 구분해 측정합니다. 제조 보정이 있다면 수정 후 같은 위치를 다시 대조합니다.
웹을 없애야 하는 구조라면 조립에서 해당 납땜 영역을 관리할 수 있는지 함께 확인합니다. 완성 기판의 패드 침범·마스크 누락·실크 간섭과 조립품의 브리지(bridge)를 각각 검사하고 채택한 형상을 기록합니다.
솔더 도둑 패드는 웨이브 진행 방향과 함께 검토합니다
웨이브 솔더링에서는 기판이 용융 솔더와 접촉한 뒤 빠져나오는 과정에서 리드 사이에 잉여 솔더가 남을 수 있습니다. 솔더 도둑 패드(solder thief pad)는 진행 방향의 마지막 쪽에 잉여 솔더가 모일 자리를 마련하는 구조입니다. 어느 쪽이 마지막인지는 부품의 배치 방향과 실제 이송 방향으로 정합니다.
Power Integrations AN-79 Rev. C는 바닥 노출 패드가 없는 InSOP-24와 HSOP-28의 웨이브 공정을 다룹니다. 이 문서의 패드 배치·치수를 모든 패키지나 리플로 공정에 그대로 쓰지 않습니다. 특히 이것은 스텐실 개구를 줄이는 일반 규칙과 같은 조치가 아닙니다. 실제 패키지와 공정에 맞춰 패드·마스크·간격을 조립 담당자와 검토하고 동일 조건의 비교 시료에서 브리지와 솔더 부족을 함께 검사합니다. 브리지가 특정 비율에서 0으로 줄었다는 효과를 여기서 실측한 것은 아닙니다.
노출된 구리 옆면의 젖음도 공정 조건에 달려 있습니다
NSMD 패드는 마스크 개구가 구리 패드보다 커서 패드 옆면까지 노출될 수 있습니다. 이 노출부에 솔더가 젖는지는 표면 처리·산화 상태·플럭스·가열 조건과 실제 솔더 양에 달려 있습니다. SMD 구조는 마스크가 패드 가장자리를 덮어 유효 노출 영역을 제한합니다.
따라서 개구 구조 변경은 접합 형상을 바꾸는 설계 변수이지, 그 자체가 더 긴 수명이나 더 높은 강도를 보장하는 선택은 아닙니다. 부품 권장 랜드와 제조 공차를 대조하고 실제 접합 형상·검사 조건으로 확인합니다.
An exposed NSMD copper sidewall may be wetted only under suitable process conditions. SMD versus NSMD changes joint geometry; it is not a universal reliability ranking.