기계가 바꾸는 PCB 실크스크린 인쇄의 새로운 기준

PCB(인쇄회로기판) 표면에 텍스트, 기호, 마크, 이미지 등을 인쇄한 층을 ‘실크스크린’이라고 부릅니다. 이는 부품 배치, 조립 안내, 부품 식별 등의 정보를 제공하는 중요한 공정으로, PCB 제조 과정에서 잉크나 잉크 유사 물질을 사용해 표면에 인쇄됩니다. 고품질 PCB 생산에 있어 정밀함과 정확성은 무엇보다 중요하며, 이를 위해 고도화된 실크스크린 인쇄 기계가 도입되고 있습니다.

최신 PCB 실크스크린 프린터는 첨단 기술을 적용해 인쇄 품질을 획기적으로 끌어올립니다. 자동 스텐실 정렬 기능, 압력 조절이 가능한 스퀴지, 정밀 제어 시스템 등 다양한 기능이 탑재되어 있어 복잡한 PCB 설계에도 안정적이고 일관된 인쇄 결과를 제공합니다. 또한, 이 기계는 생산성 향상을 목표로 설계된 자동화 솔루션으로, 수작업 개입 없이 연속적인 인쇄 작업이 가능합니다. 덕분에 제조 공정이 보다 효율적으로 이루어지고 인건비는 절감되며 생산 속도 또한 크게 향상됩니다.

다음 장에서는 PCB 실크스크린의 핵심적인 장점은 물론, 실크스크린을 제작하는 세 가지 방법과 각각의 장단점을 비교해 설명드릴 예정입니다. 더불어, 이러한 인쇄 기계들이 PCB 실크스크린 공정을 어떻게 혁신하고 있는지도 자세히 알아보겠습니다.

PCB 실크스크린이란?

도로에 방향이나 거리 표시, 이정표가 없다면 제대로 길을 찾을 수 있을까요? PCB 실크스크린도 마찬가지입니다. 실크스크린은 회로 기판 위에 각 회로 지점, 부품 정보, 추가 회로 내용 등을 텍스트 기반으로 안내해주는 ‘표지판’ 역할을 합니다. 실크스크린은 주로 테스트 포인트를 표시하거나 부품 접두어(예: R1, C3 등)를 표기할 때 사용됩니다. 보통 UV 액상 포토 이미징 방식으로 납땜 마스크처럼 제작 공정 중에 적용되며, 더 미세한 라인 폭이 필요한 경우에는 “직접 문자 인쇄(Direct Legend Printing)”라는 방식이 사용될 수 있습니다. 각 공정 방식에 대한 자세한 설명은 이 글 마지막에서 다룹니다. 과거에는 이 인쇄가 수작업으로 이루어졌기 때문에 상당한 기술과 시간이 필요했지만, PCB가 점점 복잡해지고 대량 생산이 일반화되면서 현재는 자동화 설비가 필수로 자리잡았습니다.

PCB 실크스크린에는 어떤 정보가 포함되어야 할까요?

실크스크린 레이어에는 다양한 정보가 포함될 수 있습니다. 여기에는 경고 표시, 조립 지침, 브랜드 또는 기업 로고, 부품 이름, 방향 표시 등이 있습니다. 일반적으로 다음과 같은 정보가 인쇄됩니다:

● 회사 로고, 설계자 또는 제조사 이름

● 경고 문구 (예: 고전압 주의)

● 버전 정보 (예: Ver1.0, V2.0 등)

● 테스트 포인트 위치

● 부품 번호 및 방향 표시

● 커넥터 핀 아웃 정보 (특히 핀 헤더용)

복잡하고 부품이 많은 PCB에서는 이러한 정보들이 한정된 공간에 복잡하게 배치될 수 있습니다. 글 후반부에서는 이 실크스크린 정보를 효율적으로 구성하는 방법에 대해서도 함께 살펴보겠습니다. 아래 예시 이미지에서는 위에서 언급한 정보들이 포함된 PCB 어셈블리 보드를 확인할 수 있습니다.

수동 실크스크린 인쇄의 단점

1. 시간 소모가 큼

수동 인쇄 공정은 인력 중심이고 느리기 때문에 대량 생산에는 적합하지 않습니다.

2. 일관성 부족

정밀한 디자인이나 세밀한 텍스트가 요구되는 경우, 여러 PCB 간에 품질을 일관되게 유지하기가 어렵습니다.

3. 오류와 자재 낭비

사람이 직접 작업하는 만큼 오정렬, 번짐, 불량 인쇄가 발생하기 쉬우며, 이로 인해 자재 낭비와 비용 증가로 이어질 수 있습니다.

4. 확장성 부족

수동 방식은 정밀성과 속도가 요구되는 현대 전자 제조 산업의 요구를 충족하기 어렵습니다.

기계가 바꾸는 PCB 실크스크린 인쇄의 미래

1. 정밀도 향상

최신 인쇄 장비는 다음과 같은 첨단 기술을 활용하여 정밀도를 크게 높입니다:

● 자동 정렬 기능: 실크스크린 레이어가 정확히 위치하도록 자동으로 조정되어 오류를 최소화합니다.

● 고해상도 인쇄: 복잡한 그래픽과 미세한 텍스트도 깔끔하게 표현할 수 있습니다.

기계를 사용하면 대량 생산에서도 품질 일관성을 유지할 수 있어 불량률이 감소하고 전반적인 제품 품질이 향상됩니다.

2. 생산 속도 향상

자동화된 실크스크린 인쇄기는 수동 작업보다 훨씬 빠르게 작동합니다:

● 동시에 여러 개의 PCB 처리 가능

● 디자인 변경 시 셋업 시간 최소화

속도는 대량 생산 환경에서 시장 출시 시점을 앞당기는 데 핵심적인 요소입니다.

3. 인쇄 내구성 강화

기계는 최적화된 방식과 통제된 환경에서 작동하기 때문에:

● 잉크 접착력 향상

● 균일한 인쇄층 두께 유지

● 외부 환경에 강한, 오래 지속되는 인쇄 품질 확보

4. 디자인 유연성 확대

고급 인쇄기는 다음과 같은 다양한 디자인 요구를 충족시킬 수 있습니다:

● 가독성과 브랜드 인식을 높이기 위한 다색 인쇄

● 커스텀 로고 및 정교한 그래픽 표현

● 다양한 크기와 형태의 PCB에 적응 가능

5. 자재 낭비 감소

자동 시스템은 잉크 사용량을 정밀하게 제어하며, 오류 발생 가능성을 줄여 자재 낭비를 최소화합니다. 이는 비용 절감뿐 아니라 친환경 제조를 실현하는 데도 기여합니다.

6. 다른 공정과의 통합 용이

최신 PCB 실크스크린 인쇄기는 다음과 같은 자동화 생산 공정과 원활하게 연동됩니다:

● 솔더 마스크 도포

● 부품 장착

● 품질 검사 시스템

이러한 통합은 전반적인 제조 흐름을 더욱 효율적으로 만들며 생산성을 극대화합니다.

PCB 실크스크린 인쇄기의 핵심 기능

1. 초고해상도 프린팅: 최대 50마이크론 해상도로 인쇄 가능하여 선명하고 깔끔한 마킹 품질을 보장합니다.

2. 첨단 비전 시스템 탑재: 카메라와 센서를 통해 실시간 정렬 및 품질 검수를 자동화합니다.

3. 사용자 친화적인 인터페이스: 직관적인 소프트웨어 환경으로 디자인 입력과 커스터마이징이 쉽습니다.

4. 확장성 있는 생산 지원: 소량의 프로토타입부터 대량 생산까지 최소한의 세팅 변경으로 대응할 수 있습니다.

5.친환경 설계: 에너지 절감 기술과 친환경 잉크를 지원하여, 환경 영향을 최소화합니다.

기계 기반 실크스크린 인쇄의 도입 과제

1. 초기 투자 비용

자동화 설비 도입에는 상당한 초기 비용이 필요하지만, 장기적인 생산성과 품질 향상을 고려하면 충분한 투자 가치가 있습니다.

2. 정기적인 유지보수

기계의 효율적인 작동과 다운타임 방지를 위해 정기 점검이 필수입니다.

3. 운영 인력 교육 필요

기계를 운용하고 문제를 해결할 수 있는 숙련된 인력이 필요하므로, 교육과 역량 개발이 요구됩니다.

기계 기반 실크스크린 인쇄를 위한 실전 팁

1. 적합한 장비 선택: 해상도, 인쇄 속도, PCB 설계 호환성 등 생산 요구에 맞는 기기를 선택하세요.

2. 자동화를 고려한 설계 최적화-기계 인쇄에 적합하도록 다음 요소를 고려해 설계해야 합니다:

● 적절한 간격 확보

● 인쇄를 복잡하게 만드는 과도한 패턴은 지양

3. 정기적인 유지보수 계획: 기계의 성능을 안정적으로 유지하고 예상치 못한 고장을 방지하기 위해 정기 점검 일정을 수립하세요.

4. 소프트웨어 기능 적극 활용: 생산 전에 인쇄 레이아웃을 시뮬레이션할 수 있는 툴을 활용하면 시행착오를 줄일 수 있습니다.

PCB 실크스크린 인쇄의 미래 트렌드

1. 디지털 인쇄 기술: 디지털 인쇄는 기존 실크스크린 방식에 비해 더욱 정밀하고 유연한 대안으로 주목받고 있습니다.

2. AI 통합 시스템: AI 기반 품질 관리 시스템은 실시간으로 인쇄 상태를 분석하고 즉시 조정하여 불량률을 더욱 줄일 수 있습니다.

3. 지속 가능한 기술 혁신: 앞으로의 장비들은 수성 잉크 사용, 에너지 절약 운영 등 더욱 친환경적인 기능들을 포함할 것으로 예상됩니다.

자동 실크스크린 프린터의 주요 특징

고속 인쇄: 자동 실크스크린 프린터는 독자적인 인버터 속도 조절 장치를 탑재하고 있어, 인쇄 속도를 분당 20회부터 70회까지 자유롭게 조절할 수 있습니다.

비용 효율성: 자동 프린터에는 전자 카운터가 내장되어 있어, 설정된 수량에 도달하면 자동으로 작동을 멈춥니다. 이를 통해 잉크 및 인건비를 효과적으로 절감할 수 있습니다.

높은 인쇄 품질: 다색 인쇄를 위한 전자식 눈(전기 센서) 장치가 탑재되어 있어, 인쇄 위치와 색상이 매우 정밀하며 인쇄 품질을 크게 향상시킵니다.

우수한 접착력: 프린터의 접착력이 뛰어나고 잉크층이 두꺼워, 실크스크린 인쇄된 문자나 마킹이 쉽게 지워지지 않습니다.

다양한 활용 가능성: 완전 자동 실크스크린 프린터는 단독으로 사용할 수 있을 뿐 아니라, UV 경화기, 절단기, 알림 장치 등 다른 장비와도 연동이 가능합니다.

저희 JLCPCB는 자동 실크스크린 프린터를 통해 더욱 빠르고 효율적인 서비스를 제공하고 있습니다. 문의는 언제든지 환영합니다!

실크스크린 인쇄의 제조 공정

스크린 고정

Step 1, 스크린을 고정할 때는 작업대 또는 베이스에 클램프로 고정하고, 스크린과 위치 지정 플레이트 사이에 약 3~5mm의 간격을 둡니다.

정렬 및 위치 지정

Step 2, 회로 기판(PCB)을 위치 지정 플레이트에 배치하며, 직각 위치 고정 방식 또는 스터드 위치 고정 방식을 사용합니다(보통 두 개의 위치 지정 부품 사용). 이후 스텐실 프레임을 내리고, 위치 조정 버튼을 사용해 PCB 외곽선이 스크린과 대략적으로 일치하도록 합니다. 이후 패드 기준으로 위치를 미세 조정하여 최적의 위치에 맞춥니다.

잉크 선택 및 미세 조정

Step 3, 고객 요구에 맞는 실크스크린 잉크를 선택한 후, 스크린 프레임을 내리고 잉크를 부어줍니다. 적절한 길이의 스퀴지를 선택하여 시험 인쇄를 진행하고, 인쇄 위치를 정밀하게 조정합니다.

인쇄 실험

Step 4, 투명 문자 정렬 필름을 이용하여 시제품 인쇄를 시험하고, 인쇄된 마킹이 틀어졌는지 확인합니다. 이상이 없다면 양산으로 진행하지만, 문제 발생 시에는 위치를 다시 조정하고 불량 필름을 제거 후 새 필름으로 교체해 다시 인쇄합니다. 반복하여 기준에 부합하는 결과가 나올 때까지 조정합니다.

수동 스크린 인쇄:

Step 5, 표면 처리 공정이 완료된 회로 기판(PCB)을 고정 위치에 놓고, 스크린 프레임을 아래로 내립니다. 이후, 양손으로 스크래퍼를 50°~60° 각도로 유지한 채 일정한 힘으로 앞에서 뒤로 또는 뒤에서 앞으로 눌러줍니다. 스크린 망을 통해 인쇄 재료가 압력을 받아 회로 기판 위로 인쇄되며, 스크래퍼가 지나간 뒤에는 스크린이 자체 장력으로 복원됩니다. 스크래핑이 완료되면, 스크린 프레임을 들어 올리고, 스크린 표면에 남은 재료를 다시 원위치로 긁어줍니다.

자동 스크린 인쇄기 사용:

Step 6, 자동 프린터에서는 스크래퍼의 각도가 바깥쪽 “팔자(8)” 모양이며, 일반적으로 20°~30° 사이입니다. 실제 필요에 따라 인쇄 횟수를 조절할 수 있습니다.

과거에는 대부분의 공장에서 수동 방식으로 실크스크린 인쇄를 진행했으며, 이는 많은 시간이 소요되고 60야드(약 55m) 정도의 짧은 생산 길이에만 제한되었습니다.그래서 저희는 자동 평판 실크스크린 프린터를 도입하여 생산 라인을 업그레이드하였습니다.

PCB 실크스크린 인쇄 공정:

PCB 실크스크린 인쇄는 구성 요소 이름, 테스트 포인트, 마킹 등을 식별할 수 있도록 비전도성 잉크(주로 흰색, 검정색 또는 노란색)를 사용하는 과정입니다. 전체 과정은 다음과 같습니다:

1. 디자인 준비: PCB 설계 소프트웨어에서 실크스크린 레이어를 생성하고 Gerber 파일로 변환합니다. 이 파일에는 실크스크린 정보가 모두 포함됩니다.

2. 스크린 준비:1단계에서 제작한 도면을 투명 필름에 출력한 뒤, 실제 PCB에서 표시될 위치에 맞춰 건조된 실크천 위에 배치합니다.

3. 인쇄:실크천을 PCB 위에 올리고, 테이프 등으로 고정한 뒤 스퀴지를 이용해 잉크를 도포합니다.

4. 경화 처리: PCB를 UV 경화 장비에 노출시키고, 반대편은 불투명 재료로 덮습니다. UV 또는 열을 통해 잉크를 경화시켜 마킹을 고정합니다.

5.품질 검사: 라벨이 정확하게 표시되었는지 확인하여 품질을 검사합니다.

이 과정을 통해 부품 식별이 쉬워지고 조립 및 유지보수 작업 효율이 향상됩니다. PCB 설계에 대한 더 자세한 정보는 PCB 제조 종합 가이드를 참고하세요.

PCB 실크스크린 방식의 종류

PCB 제조에서는 주로 다음 3가지 방식이 사용됩니다:

수동 스크린 인쇄

액상 포토 이미징 (LPI)

다이렉트 레전드 인쇄 (DLP)

각 실크스크린 인쇄 방식은 고유한 특성과 장단점을 가지고 있으며, 적용 여부는 PCB 설계의 구체적인 요구 사항에 따라 달라집니다.

1. 수동 스크린 인쇄: 잉크를 수작업으로 도포하기 위해 스텐실을 사용하는 방식입니다. 이 방법은 단순한 설계에 대해 비용 효율적이지만, 복잡한 PCB에 대해서는 정밀도가 떨어질 수 있습니다.

이 공정은 다음과 같은 단계로 이루어집니다:

감광성 에멀젼을 스크린에 도포

설계 이미지가 담긴 필름 포지티브를 통해 빛에 노출

에멀젼을 세척하여 스크린에 설계된 스텐실 형성

스크린을 통해 표면에 잉크를 도포하여 인쇄 수행

2. 액상 포토 이미징 (LPI): 감광성 액체 에폭시를 PCB에 도포한 후, 원하는 레전드 패턴이 담긴 필름을 통해 자외선에 노출합니다. 이 방식은 PCB에 미세하고 정밀한 마킹을 생성하며, 고밀도 보드에 이상적입니다. 하지만, 다른 방법에 비해 시간이 더 오래 걸리고 비용도 더 많이 듭니다. UV 노광과 현상 과정이 필요하고, 감광성 에폭시 및 필름 사용으로 인해 자재 비용도 상승하게 됩니다.

3. 다이렉트 레전드 인쇄 (DLP): 잉크젯 인쇄 기술을 사용하여 잉크를 직접 PCB에 인쇄하는 방식입니다. DLP는 빠르고 정확하며, 스텐실이 필요 없어 현대 PCB 생산에 선호되는 옵션입니다. 필름이나 UV 노출이 필요 없기 때문에 제조 시간을 크게 단축시킬 수 있습니다. 다만, LPI 방식에서 제공하는 고해상도에는 미치지 못할 수 있어, 실크스크린의 내구성이 중요한 PCB에는 적합하지 않을 수 있습니다.

각 방식은 비용, 정확성, 설계 복잡성 측면에서 서로 다른 장점을 제공합니다.

수동 스크린 인쇄

실크스크린 PCB에서 수동 스크린 인쇄는 스크린 인쇄 기술을 수작업으로 활용하여 PCB에 잉크를 도포하는 방법입니다. 구체적으로 말하자면, 라인 폭이 7mm 이상이고 등록 허용 오차가 5mm인 경우에 이 절차를 적용할 수 있습니다. 이 방법을 위해서는 나일론 트레이싱 스텐실과 PCB 실크스크린 최소 문자 크기가 필요합니다. 스텐실을 사용하여 기판에 오일을 인쇄한 다음, PCB 보드를 경화 오븐에 넣어 경화시켜야 합니다.

장점:첫째, 소량 생산에 매우 비용 효율적입니다. 소규모 생산에서는 자동화 인쇄 방식에 비해 장비 및 설정 비용이 상대적으로 낮습니다. 둘째, 이 방법은 다양성 면에서도 우수합니다. 천, 종이, 플라스틱, PCB 등 다양한 재질에 수작업으로 인쇄할 수 있습니다. 평면뿐만 아니라 곡면에도 인쇄가 가능해 다양한 응용 분야에 적합합니다. 또한, 수동 스크린 인쇄는 디자인 수정이 유연하여 소량 제작이나 단일 출력에 적합하며, 실시간으로 변경하거나 조정할 수 있습니다.

단점: 그러나 스크린 인쇄 회로 기판에 수동 인쇄를 적용하려면, 스크린을 정확히 정렬하고 일정한 압력을 가하며 잉크를 고르게 도포할 수 있는 숙련된 작업자가 필요합니다. 따라서 노동 집약적인 공정이며, 대량 생산에는 효율성과 정확도를 높이기 위해 자동 스크린 인쇄 기계가 자주 사용됩니다.

또한, LPI 또는 DLP와 같은 고급 인쇄 기술은 수동 스크린 인쇄보다 더 높은 해상도와 정밀한 디테일을 구현할 수 있습니다. 이 방법은 크고 단순한 구성요소가 있는 설계에 가장 적합합니다.

액상 포토 이미징 (LPI)

LPI에서는 먼저 라미네이트 표면에 액체 에폭시를 도포합니다. 이 액체 에폭시는 사진을 이미지화할 수 있습니다. 그런 다음, 자외선을 노출시켜 실크스크린 도면을 기판에 전사합니다. LPI는 솔더 마스크 적용, 실크스크린 인쇄 등 다양한 목적에 사용됩니다.

장점: 수동 스크린 인쇄 방식과 유사하게, LPI는 다양한 응용에 적합한 유연성을 제공합니다. LPI는 PCB 제조에서 솔더 마스크 및 텍스트, 로고, 기타 마킹을 생성하는 데 사용되며, 다양한 응용 환경에 적합합니다. 디지털 파일과 UV 노광을 사용함으로써 수작업 보정이나 정렬 없이 일관된 결과를 얻을 수 있습니다. 또한, 수동 인쇄와 달리 LPI는 고해상도의 패턴과 디자인을 구현할 수 있어, PCB 표면에 섬세한 피처와 정밀한 레이어 정렬이 가능합니다.

단점: 자동화된 기법에 비해 LPI는 시간이 많이 소요될 수 있습니다. 복잡한 설계나 대량 PCB 생산 시 노광과 현상 과정이 예상보다 오래 걸릴 수 있습니다. 또한, LPI 공정은 잉크 도포, 노광, 현상 등의 복잡한 과정을 포함하며, 노광 시간, 현상액, 건조 조건 등의 변수 제어가 매우 중요합니다. 일관된 품질을 얻기 위해 정밀하고 제어된 환경이 필요합니다.

다이렉트 레전드 인쇄 (DLP)

DLP는 디지털 인쇄 방식으로, 프로젝터 또는 광원을 사용하여 액체 수지를 층층이 선택적으로 경화시켜 인쇄합니다.

장점: DLP는 매우 높은 정밀도와 해상도를 제공하여, PCB 표면에 복잡하고 정교한 패턴을 생성할 수 있습니다. 정밀한 기하 구조 및 정확한 회로 트레이스를 구현할 수 있으며, 다층을 동시에 경화시킬 수 있어 제조 주기와 프로토타이핑 속도를 단축할 수 있습니다. 또한, 디지털 파일을 기반으로 하여 빠른 디자인 수정과 반복 작업이 가능해 디자인 유연성이 매우 뛰어납니다.

단점: DLP 시스템은 초기 도입 비용과 유지 관리 비용이 높을 수 있습니다. 경화 시스템, 수지 재료, DLP 프로젝터나 광원 등 특수 장비가 필요하며, 초기 투자 비용이 큽니다. 또한, 사용 가능한 재료가 제한적입니다. DLP는 주로 수지 기반 소재에 적합하며, 이는 기존 PCB 기판과는 다른 물성일 수 있어, 재료 선택 폭이 좁을 수 있습니다.

결론

수동에서 기계 기반 PCB 실크스크린 인쇄로의 전환은 전자 제조 산업에서 중요한 이정표를 의미합니다. 정밀성, 속도, 확장성을 갖춘 최신 기계는 기존 수작업 방식의 한계를 극복하며, 복잡하고 대량 생산이 요구되는 현대 제조 환경에서 핵심적인 역할을 합니다. 첨단 인쇄 기술에 대한 투자를 통해 업계는 품질과 효율성의 한계를 지속적으로 넓혀가며, PCB 제조의 새로운 기준을 세우고 있습니다.