PCB CCL, PREPREG, PCB OSP, PSR, PCB 공정순서 까지 [종합]

PCB  CCL, PREPREG, PCB OSP, PSR, PCB 공정순서 까지 [종합] 

PCB  CCL, PREPREG, PCB OSP, PSR, PCB공정순서 까지 쭉 나열해 볼텐데요 

중요한 사항들 한번 알아보겠습니다. 

 

- 목차

1. PCB CCL 

• CCL

2. PCB PREPREG

• PREPREG
• 열경화
• PCB Core와 FR-4와의 연관성
• PCB 적층구조 
• PCB 접착제
• PCB 절연층

3. PCB OSP

• PCB OSP는 무엇?
• OSP의 사용목적
• PCB OSP 장단점 

4. PCB 표면마감

• HASL
• ENIG

5. PCB PSR 

• PCB PSR이란
• PSR 공정순서

6. PCB 공정 순서 

• 공정1부터12까지 

 

 

 

1. PCB CCL 

CCL 과 PREPREG, 절연층, 접착제, 내층CORE 의 정체

먼저 인터넷에서 흔히 검색해서 알 수 있는 정보를 나열해 보겠습니다.

 

CCL(copper clad laminate) 

동박적층판 흔히 말하는 PCB 원판을 말하며, PCB Core 에 동박(Copper) 을 한쪽 또는 양쪽에 접착한 것 입니다.

따라서 단면 기판의 경우 CCL 에 다른 무엇인가를 또 적층할 필요가 없으므로 그대로 사용 됩니다.

CCL(copper clad laminate)

CCL은 위 그림과 같이 양쪽에 Copper가 접착된 형태입니다.

CCL은 아래 그림처럼 Rigid(단단한)형태 뿐만아니라 Flexible 한 형태도 있습니다. 

CCL 종류

여튼 CCL이라 하면 PCB 인데 동이 코팅된 상태라고 생각을 하시면 됩니다. 

 

2. PCB PREPREG ( Preimpregnated Materials) 

 

PREPREG

PREPREG는 결합재(Matrix) 를 강화섬유(Reinforced Fiber) 에  함침시킨 Sheet 형 제품입니다. 

말이 어려운데요

심플하게 말씀드리면 유리섬유에 에폭시 수지를 먹인것으로 반 경화 시킨 것입니다. 

 

PREPREG는 복합재로써 제품의 중간 재료로 강화섬유에 열경화성 수지를 침투시켜 반 경화상태로 만든 것 입니다.

 

일단 CCL 의 제조공정 먼저 보시겠습니다. 

CCL 제조공정

 

사실 CCL 의 제조 공정이지만, PREPREG 의 제조 과정이 대부분입니다.

 PREPREG 에 동박만 적층하면 CCL 입니다. 

 

열경화

위의 용어 설명중 CCL 에서 설명한 PCB Core 는 PREPREG 를 열경화 한 형태 입니다.

다시 말해 PREPREG 는 열경화성 수지를 열경화 하지 않아서 부드러운 상태이고, 그 경화의 단계가 B-Stage 입니다.

열경화를 해서 단단해 지는 경화도를 A,B,C 로 나누고 있는데요

A 는 액체

B 는 부드러운 상태

C 는 고체 상태 입니다. 

PREPREG 를 열경화 C 단계로 만들어 딱딱해 지면 그것을 PCB 내층에 사용되는 Core 로 부릅니다.

 

PCB Core와 FR-4와의 연관성 

FR-4는 무엇이며 PCB Core와는 무엇이 다를까요? 

FR-4 정의 

Flame Retardant-4 

불에 타지 않는 난연등급 4 단계를 뜻합니다 (ANSI 규정) 

(특정 재질을 말하는 것이 아니며 등급을 구분할 뿐입니다) 

※ 경화된 PREPREG 가 PCB 의 내층 Core 로사용 될 때 'FR-4 를 만족'하기 때문에

흔히 PCB 재질을 말할때 FR-4 라고 말 합니다.

 

PCB 적층 구조

PCB 적층구조

PCB 적층 구조를 보시면 이제 말씀드렸던 부분들이 이해가가며 

PCB가 어떤 식으로 구성되는지 이해가 되실 것 입니다. 

 

중간이 되는 PCB Core부터 보시면 

양면에 동박을 적층한 상태로 기존 CCL과 유사하지만 PCB Core는 PREPREG를 경화한 것이죠. 

까끔 PCB 설명을 보면 Core라 기재하지않고 PREPREG라고 쓰는 경우도 있지만

 PCB 에는 경화된 PREPREG (FR-4) 가 들어 갑니다. 

그럼 PCB두께는 어느정도 되는 것일 까요?

PCB 두께

실제로 사용되는 PCB 두께의 예시 입니다. 

PCB 접착제 

그런데 의문점이 드는데요. 이 동박과 경화된 PREPREG는 무엇으로 붙어질까요? 

바로 접착제의 사용 여부 입니다.

 

Copper foil 과 Prepreg 사이에 접착제를 넣는 것인가 하는 생각이 들 수 있는데요. 

이렇게 생각 되는데요.

답은 PREPREG 가 접착제 입니다. 

 

PCB 절연층

혹시 PCB 절연층에 대한 의문이 생기셨나요?

동박이 부분만 전기가 통하고 나머지는 절연이 되어야 할텐데요 

동박과의 절연은 어떻게 구분할 것 인가 의문이 들 수 있습니다. 

 

답은 PREPREG가 절연층 입니다. 

 

결론적으로 PREPREG 가 바로 절연 접착제 인 것이죠. 

 

👩정리👍 입니다. 

PCB Core = FR-4 = 열경화된 PREPREG

PREPREG = 절연접착제

 

3. PCB OSP

PCB OSP는 무엇?

OSP(Organic Solderabliity Preservative)는 일반적으로 구리 패드에 사용되는 수성 유기 표면 마감재입니다.

말이 어렵죠?

간단히 키포인트를 얘기하자면

OSP는 구리 보호제와 산화 방지제의 이름을 가진 유기 납땜 보존제 입니다.

OSP 필름은 플럭스 성분에 의해 완전히 용해 될 수 있습니다.

때문에 일본의 OSP 필름은 "수용성 프리 플럭스" (Preflux)라고 불리기도 합니다.

OSP의 사용 목적

• 납땜하기 전에 구리 패드를 보호
• PCB 제조 공정에서 구리 표면의 솔더 조인트 신뢰성있는 성능을 유지하기위한 표면 처리가 목적 
• OSP는 유기화합물을을 동박위에 피막을 입히며, 구리가 공기중의 산화 및 부식을 방지하기 위한 방법으로 사용 

 

PCB OSP 전후

OSP 전과 후 어떻게 다를까요? 아래 그림을 통해 이해도를 높여봅시다.

PCB OSP 전후

OSP전후 사진을 보시면 확실히 일반적으로 우리가 접하는 PCB는 OSP 처리 후의 제품임을 알 수 있습니다. 

 

PCB OSP 장단점

장점.

1. 비용이 상대적으로 낮습니다.
2. 패드 표면이 평평합니다.
3. 무연과 호환됩니다.
4. 많은 공급 업체 자원이 있습니다.
5. 다른 Coating 방식에 비해 환경 친화적으로 오폐수 처리 문제를 일부 해결할 수 있기 때문에 사용을 권장합니다.

 

단점. 

1. PCB생산 후 장기보관이 어려움 
2. 취급부주의로 인해 손상으로 공기중에 오래 노출될경우 품질에 문제가 발생할수 있어,
3. 관리 및 보관이 까다롭습니다. 
4. 저장 기간은 비교적 짧으며 일반적으로 3 개월 안에 작업이 되어야 합니다. 이후에는 용접성이 떨어집니다. 
5. 용접성은 4 개월에 걸쳐 악화되기 시작하여 1 년 이상되면 용접성이 더 떨어져서 폐기하거나 재 작업 되어야 합니다.
6. 공기중에 오래 노출 될 수록 산화되어 두께가 얇아 집니다. 
7. 열 안정성이 나쁘다.
8. 첫 번째 리플 로우 납땜 후에는 나머지 납땜 작업을 OSP 제조업체가 지정한 기간 (일반적으로 48 시간) 내에 완료해야합니다.
9. EMI 접지 영역, 장착 구멍 및 테스트 패드가있는 PCB 보드에는 적합하지 않습니다.
10. 압착 구멍이있는 단면 보드에는 적합하지 않습니다.
    
    

OSP 공정 응용 

1. 가열 후의 납땜 성 저하
2. OSP는 260 ° C 이하에서 분해되지 않습니다.
3. 용접성의 열화는 주로 구리 표면의 산화 때문입니다. 이 산화는 주로 리플 로우 납땜의 수에 의해 영향을받습니다.
4. 수분 흡수가 과도한 OSP 보드의 경우, 짧은 시간 건조 공정 (2h x 125 ° C)을 견딜 수 있는데요 일반적으로 수분의 80 %가 납땜성에 영향을 미치지 않습니다.

4. PCB 표면 마감 

 

PCB 표면 마감에는 OSP(유기물 납댐 보존재) 외에도 HASL과 ENIG가 많이 쓰이는데요. 

HASL과 ENIG에 대해 알아보겠습니다.

 

HASL (Hot Air Solder Levlling)

​

 PCB 표면 마감에서 가장 대표적인 방법은 바로 HASL(Hot Air Solder Levlling) 처리 입니다.

PB/Sn 을 녹여서 컨베이어 라인을 통해 PCB 기판 뜨거운 바람을 가해 PCB 표면처리를 하게 됩니다.

오랫동안 사용하고 있는 검증된 방법으로 지금도 많이 사용하고 있습니다.

그러나, 최근 환경문제로 인하여 사용이 줄고 있는데요 

지금은 납성분이 제거된 Lead free 방식을 많이 사용하고 있습니다.

HASL 처리된 PCB

 

2.ENIG(Electroless Nickel Immersion Gold) 무전해금도금

​

전기적 특성이 아닌 순수화학 반응에 의한 금도금 방식입니다.

전해금도금에 비해 모든 회로에 도금이 되고, 도금이 균일하게 유지되는 장점이 있습니다. 

RF 통신용 PCB 나 고밀도 PCB의 전기적인 특성을 좋게 하기 위해 사용하는 방식인데요

니켈 (5미크론), 금 0.03미크론 용량으로 무전해 방식으로 도금 되기 때문에 가격이 4배 정도 비쌉니다.

ENIG 처리된 PCB

 

5. PCB PSR 

 PCB PSR이란 

  PSR은 Photo Imageable Solder Resist 의 약자를 뜻합니다. 

 

물리, 화학적 환경에서 잘 변하지 않는 내구성을 갖는

불변성 화합물인 Permanent Ink(불변성 잉크)를 도금된 동박 회로 상에 Coating하는 작업 입니다.

회로를 보호하고 동시에 차 공정인 HASL과 부품 실장 시 실시하는 Wave Soldering 공정에서 회로와 회로 사이에

Solder Bridge(땜납 걸침) 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해 실시하는 공정. 

아래는 PSR 작업 공정 그림입니다. 

PSR 공정

 

PSR 공정 순서

1) Via Hole 메꿈
2) 건조
3) 정면 (표면 Roughness 거칠기를 줌) 
4) PSR Coating(PSR 잉크도포, 인쇄)
5) Pre-Cure (초벌, 예비건조)
5) PSR노광
6) PSR 현상
7) Post-Cure(완전경화)
8) UV Curing (자외선 경화)

 

정리 

도금된 PCB 위에 전기가 잘 안통하는 페인트를 칠해놓는거라고 보시면 됩니다.

제전매트도 전기가 잘 통하지 않는 페인트가 칠해져 있죠 

제전매트

 

이 초록색 잉크를 기판에 칠해놓고 HASL, Wave Soldering 공정을 거칩니다.

 

6. PCB  공정 순서

PCB 공정순서

에 대해 알아보겠습니다.

공정1부터 12까지 입니다. 

 

PCB 공정순서

 

이상으로 PCB  CCL, PREPREG, PCB OSP, PSR,PCB 공정순서 까지 [종합] 에 대한 내용였습니다.

읽어주셔서 감사합니다. 

읽어주셔서 감사합니다