OSP 도금이 PCB의 신뢰성과 납땜성을 어떻게 향상시키는가

인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)은 현대 전자기기의 기본이 되는 핵심 요소이며, 표면 마감재의 선택은 PCB의 성능과 수명에 중요한 영향을 미칩니다. OSP(Organic Solderability Preservative)는 PCB의 구리 트레이스를 산화로부터 보호하고 납땜성을 유지하기 위해 적용되는 유기 코팅입니다. OSP 마감은 구리 표면과 반응하여 원자 몇 개 층 정도의 얇은 보호층을 형성하는 유기산으로 구성됩니다. 이 보호층은 공기가 구리 표면에 닿아 산화되는 것을 막아줍니다.

• 수성 화학 공정을 통해 적용됨
• 구리 산화를 일정 기간 방지
• 우수한 습윤성과 납땜성을 제공
• 다른 마감재에 비해 저렴한 비용
• 환경 친화적인 공정

OSP는 여러 가지 장점을 제공하지만, 설계 요구에 따라 신중히 선택해야 합니다. 본 문서에서는 OSP의 구성, 장점, 그리고 다른 도금 방식과의 비교를 다룹니다.

OSP의 구성 요소는 무엇인가?

OSP 코팅은 일반적으로 아졸(azole) 화합물(예: 벤조트리아졸 또는 이미다졸)로 구성됩니다. 이러한 화합물은 구리와 결합하여 부식 방지층을 형성하며, 환경 친화적이고 무독성이며 생분해가 가능한 특징을 가지고 있습니다. 이러한 특성 덕분에 OSP는 친환경 제조 공정에 이상적인 선택이 됩니다.

OSP 유기 화합물은 구리 표면의 최상위 몇 원자층과 반응하여 구리-OSP 복합체로 이루어진 얇은 보호막을 형성합니다. 이 보호막은 산소와 습기가 구리 트레이스에 도달하는 것을 차단합니다. 결과적으로 구리가 산화되지 않고 납땜 가능한 상태를 유지할수 있습니다.

OSP가 환경 지속 가능성을 촉진하는 방법

OSP 표면 마감은 유기 PCB 마감재의 대표적인 사례로 꼽힙니다. 유해 화학 물질이 포함되지 않아 환경 친화적이면서도 보호 및 방부 특성을 유지합니다. 이러한 특성 덕분에 OSP 보드는 RoHS(유해물질 사용 제한 지침) 규정을 준수합니다. 또한, 이 수성 기반 마감재는 추가적인 PCB 부품 부착을 위한 평탄한 표면을 제공하며, HASL 공정과 마찬가지로 비용 효율적입니다.

OSP는 무연 HASL의 대안으로도 효과적으로 사용할 수 있습니다. 특히, 평탄함이 중요한 PCB 표면 마감에 적합하며, 단순한 제조 공정을 제공합니다. 이는 지속 가능한 공정을 채택하려는 기업들 사이에서 선호되는 선택입니다.

OSP의 제조 공정

1.보드 세척

세척 단계의 목적은 구리 호일 표면을 깨끗하고 밝게 유지하는 것입니다. 이를 위해 기름, 지문, 산화막 등 유기 오염 물질을 제거해야 합니다. 이는 고품질 OSP 필름을 얻기 위한 기본 조건입니다. 세척 용액의 농도는 화학 실험실에서 표준 범위 내로 유지 관리해야 합니다.

2.표면 구조 개선

노출된 구리 표면은 미세 식각 과정을 통해 OSP와 기판 간의 결합력을 높이고 산화를 줄입니다. 적절한 필름 두께를 확보하려면 미세 식각 속도가 일정해야 하며, 이 속도는 필름 두께 형성 속도에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 균일하고 매끄러운 필름 두께를 얻기 위해 식각 속도를 안정적으로 유지하는 것이 중요합니다. 일반적으로 식각 속도는 분당 1.0~1.5μm 범위로 설정하는 것이 적합합니다.

3.산 세척

PCB는 황산 용액에서 산 세척 단계를 거칩니다.

4.OSP 도포

이 단계에서 OSP 용액을 PCB 표면에 도포합니다.

5.탈이온수 세척

OSP 용액에는 납땜 시 쉽게 제거될 수 있도록 이온이 주입됩니다. 이 단계는 OSP 용액에 포함된 다른 이온으로 인해 변색이 발생하지 않도록 방부제가 형성되기 전에 반드시 진행되어야 합니다.

6.건조

OSP 마감을 적용한 후, PCB를 완전히 건조시킵니다.

OSP는 간단하고 비용 효율적인 공정을 제공하지만, 취급 시 민감하게 다뤄야 합니다. 표면에 흠집이 생기면 납땜성이 저하될 수 있으며, OSP의 저장 수명은 ENIG나 HASL 마감에 비해 짧은 편입니다.

OSP를 사용해야 하는 경우

1.세밀한 간격의 단단한 PCB:

단단한 PCB에서 패드 간 간격(중심 간 거리)이 0.5mm 이하일 경우, HASL(무연 HASL 포함)은 적합하지 않습니다. 이때 OSP나 ENIG를 사용하는 것이 좋습니다.

2.플렉서블 PCB(FPC):

플렉서블 PCB에서는 ENIG가 더 일반적이지만, LED 스트립처럼 제조 비용 절감이 중요한 경우 OSP를 사용할 수 있습니다. 복잡하고 고성능이 요구되는 응용에서는 OSP와 ENIG를 조합하여 선택적으로 사용할 수 있습니다.

3.대량 생산:

OSP는 비용 효율적이며, 보드가 즉시 납땜되는 경우 우수한 납땜성을 제공합니다. 대량 생산 계획이 명확하다면, OSP를 사용해 제작 비용을 절감하고 효율적인 결과를 얻을 수 있습니다. 소비자 전자제품용 PCB의 대량 생산에 흔히 사용됩니다.

4.유연한 알루미늄 PCB:

유연한 알루미늄 PCB는 주로 LED 램프에 사용되는 드문 구부릴 수 있는 알루미늄 기판입니다. 출력 전력은 1W이며, 이 경우 표면 마감으로 OSP만 사용할 수 있습니다.

OSP의 장점

1.우수한 납땜성

구리 트레이스의 습윤성과 납땜성을 유지하여 수개월 동안 보관한 후에도 납땜이 가능합니다.

2.비용 효율성

OSP 화학 공정은 비용이 저렴하며, 최소한의 장비만으로 적용할 수 있습니다.

3.수리 및 재작업 용이

OSP 코팅된 패드는 새 납땜이 가능하므로 납땜 접합부의 재작업과 수리가 용이합니다.

4.높은 유연성

다양한 트레이스 형태와 간격에 적용할 수 있으며, 얇고 밀착된 코팅은 기판의 휘어짐도 견딜 수 있습니다.

OSP의 단점

1.제한된 저장 수명

OSP는 6~12개월 동안 구리를 보호하지만, 시간이 지날수록 산화 방지 성능이 저하됩니다.

2.낮은 구리 접착력

구리에 강하게 부착되지 않아 납땜 시 코팅이 트레이스에서 벗겨질 수 있습니다.

3.습기에 민감함

높은 습도에서 수분을 흡수하므로 적절한 보관 조건이 필수적입니다.

4.제한된 리플로우 반복 가능 횟수

리플로우 횟수가 늘어날수록 OSP 두께가 점차 감소하며, 과도한 반복 시 구리가 노출될 수 있습니다.

결론

PCB 표면 마감재는 사용된 기술과 화학 물질에 따라 HASL(Hot Air Solder Leveling), 침적 주석/은, OSP, ENIG, ENEPIG 등으로 구분됩니다. 그중 OSP는 저렴한 비용과 환경 친화적인 특성 덕분에 점점 더 널리 사용되며, 이에 대한 이해가 더욱 중요해지고 있습니다.

OSP 도금은 신뢰성이 높고 비용 효율적이며 환경 친화적인 PCB 표면 마감 솔루션을 제공합니다. ENIG나 HASL과 같은 마감재만큼 내구성이 뛰어나지는 않지만, OSP는 비용 절감과 지속 가능성을 중시하는 응용 분야에서 특히 유용합니다. JLCPCB와 같은 제조업체는 고품질의 OSP 서비스를 제공하며, 설계 요구에 따라 OSP를 선택적으로 적용하면 이 마감재의 장점을 최대한 활용할 수 있습니다.