pcb psr process

PCB PSR ProcessPCB PSR Process

PSR 이란 ?

PSR 목적 - Soldering( 납땜 ) 시 납이 붙지 않도록 함 .(1 차 목적 )

- 수요처에서 필요로 하는 형상을 구현하기 위함 .

(Ball Pad, Bond Finger, Molding Gate 등 )

- 동박 보호 ( 산화 / 오염 )

PSR ProcessPSR Process

- 부품실장 時 Soldering 땜납의 브리지 발생으로 방지하고 노출된 회로의 산화를 방지하기 위하여 영구적인 Epoxy 성분의 Solder Mask 절연 잉크를 도포하는 공정임- 도포 방식에는 저밀도 PCB 의 경우 Silk Screen 인쇄방식에 의해 열경화성 잉크 (IR Ink) 를 직접 도포하며 , 고밀도 PCB 의 경우 회로 형성시와 유사한 방법으로 감광성 잉크 (Photo-Imageable Solder Resist) 를 Screen 法 or

Spray-Coating 法으로 전체 도포 후 불필요 부분을 노광 및 현상으로 제거한 다음 열경화하는 방법임 .

Great Company Great People

Process 소개


Pre-Treatment

- 표면의 산화물 제거 / 조도 형성-Buff,Pumice,Chemical 정면

- 납땜이외의 부분에 S/R Ink 도포-Screen 法과 U-Coater 法

Printing

스퀴즈

PCB

SCREEN

Flood-Coater 방향

Scrap Bar

Printing 방향

1) Brush Roller 사용 (#600,800) 하여 조도 형성 =>Ink 밀착성이 우세함 .2) Pumice 입자가 완전히 제거되지 않을 경우 Micro Short 발생 우려

1) Brush Roller 사용 (#600,800) 하여 조도 형성 =>Ink 밀착성이 우세함 .2) Pumice 입자가 완전히 제거되지 않을 경우 Micro Short 발생 우려

[Screen 法 ] [U-Coater 法 ]



-Coating 된 Ink 를 열풍으로 완전 경화

- 미노광된 부분의 Ink 를 약품으로 제거Development

Final-Cure

- 도포된 잉크의 용제를 제거해 접착성을 없앰

-PCB 에 Film 합치 후 UV 광을 조사

Pre-Cure

Exposure

- 부품표시와 Symbol 기호를 인쇄Legend Marking

1) 가건조 온도와 시간에 의한 미현상 발생2) 인쇄 후 방치시간에 따른 Bubble 발생 정도

1) 산란광 사용2) 노광량 : 400~500mj/ ㎠3) 광중합 반응 : 2H

1) 현상액 : 1% Na₂Co₃(30 )℃2) 현상시간 : 60~80sec

1) 온도 : 150±5℃2) Ink 경도에 영향을 줌 (6H 이상 )

1) Screen Priniting2) Ink 두께 : 10~15 ㎛ =>Screen Mesh,Emulsion Thickness



Solder Mask 인쇄 공법 비교 (Spray 法 vs Screen 法 )

비교 항목 Screen 法 U-Coater 法

TH-Hole 현상성연속작업에 따른 인쇄 편심발생시 , TH-Hole 내 Ink 맺힘으로 Hole 속 Ink 발생

TH-Hole 내부에 미세하게 (1~2 ㎛ ) 도포되나 , 현상에서 완전 제거됨

Bubble 불량가건조 前 방치시간 부족 ,인쇄두께 과다로 Bubble 발생

Bubble 불량 발생 無

Skip 불량 회로 Pattern 의 꺽인 정도와도금 공법별 Skip 발생

U-Coater 토출량 Setting

회로 Covering 성



S/R 공정 불량 소개

회로폭 4mil 정도로 정면처리시 Brush 에 의한 회로 밀림 발생

불량 [ 회로 문자 폭 103 ㎛ ] 1)Hal 작업시 Solder Roller 가 제품 외곽 부위에 있는 날인에 물리적인 충격을 가함2) 날인 문자가 충격으로 인해 밀착

1) U-Coater Error 상태를 원상 복귀시키면서 U-Coater Booth 내에 있는 제품은 Conveyor 에 의해 이동됨 .2) Ink 저장용기에서 고무호수를 통해 Spray Gun 까지 Ink 가 이송되는 시간까지의 시차만큼 표면 Ink 두께 미달 발생

1.U-Coater Spray Coating 시 Hole 내벽까지 Solder Resist 가 인쇄됨 .2. 현상 후 수세단 통과 時 Hole 속 Solder Resist 가 완전히 제거되지 않은 상태에서 뒷단의 Air Knife 에서 빠져 나와 단자에 묻음

0.48 ㎛

0.22 ㎛

1)Routing 後 후처리 ( 탈지 ) 처리 공정에서 Via Hole 內로 침투한 탈지액이 제거되지 않음 - Via Hole 메꿈 사양2) 후처리 後 제품을 겹쳐 놓음으로 인해 탈지액이 용출되어 나오면서 Via Hole 인접한 Pad 를 오염시킴 . 오염 형태는 - 탈지액의 산성 (pH4~5) 성분에 의해 Pad 의 Au 도금층 표면 산화를 촉진 - 탈지액 성분중의 계면활성제 , 세정제 등의 성분으로 Pad 를 오염시킴 - 표면 오염물질이 EDX 분석으로는 검출되지 않음

회로 밀림 날인 밀착 Ink 두께 미달

S/R 묻음

Via 메꿈 + 탈지 Line



S/R 공정 불량 소개

1) 인쇄시 충진 되었던 S/R 이 노광시 UV 노광이 되지 않아 현상시 현상액이 스며들어 Hole 속 S/R 이 현상되면서 빠져 나옴 .

1) Brush 정면시 Brush 의 장착 불량 / 회전 rpm(1600rpm 이하 ) 에 의해 S/R 밀착력 약화로 금도금시 약품 의 침식에 의해 들뜸 발생

1) 현상 투입시 제품 두 장 겹침 발생 으로 Sponge Roller 오염으로 다음 진행되는 제품에 묻어남 .

S/R 묻음 S/R Ink 튐

알갱이 형태의 모양 발견됨 .

S/R 들뜸

백화현상

1) 노광 부족 , 현상시 온도상승 (30℃ 이상 ), 열경화 부족으로 인해 금도금 /Hal 등 Finish 처리시 약품이 스며들어 부분적으로 표면이 흰색을 나타내는 현상

1) PSR 자동인쇄 時 인쇄 편심에 의해 Hole 속 잉크 발생2) Hole 속 잉크 발생한 제품을 재작업 時 Hole 속 잉크를 완전 제거되지 않고 Rework 되어 최종 상태에서도 잉크가 잔존

Hole 속 ink 에 의한 Solder Ball


구성 성분 및 작용

구성 작용

Alkali soluble resins

- 알칼리 수용액에 현상 가능한 resin 으로 현상 공정에서 UV 에 의해 조사되지 않은 영역의 현상 mechanism 에 참여 .- 일반적으로 다가 에폭시 수지에 아크릴산과 산무수물의 반응에 의해 만들어지며 이로써 – COOH 를 측쇄에 함유한다 . 이외에 아크릴 모노머의 공중합체에 의해 만들어지기도 함 .- 과량 사용의 경우 해상성 , 약품 내성 , 도금 내성이 나빠지며 소량 사용의 경우 현상성에 문제가 됨 .

Epoxy resins

- 솔더 마스크의 열경화 부분에 관여하며 경화 피막의 열적 , 기계적 그리고 전기적 물성의 주요 역할을 담당하는 성분 .- 과량 사용의 경우 해상성 , 현상성 등에 문제가 발생할 수 있으며 소량 사용의 경우 내열성 , 도금 내성 등에 문제가 됨 .

Acryl monomers

- 솔더 마스크의 UV 경화에 관여하며 노광 /형상 공정에서 선택적으로 솔더 마스크 pattern 의 형성에 크게 관여함 .- 일반적으로 다관능으로 구성된 monomer 를 사용하며 1 종 혹은 여러 종을 섞어서 사용함 .- 과량 사용의 경우 노광 공정 중 tacky 문제가 발생할 수 있으며 내열성 , 도금 내성 , 약품 내성이 저하되고 소량 사용의 경우 해상성에 문제가 될 수 있음 .

Photo-initiators

- 솔더 마스크의 UV 경화에 관여하며 UV 조사에 의래 radical 을 형성하여 UV 반응을 진행함 .- 사용량이 증가할수록 일반적으로 감도가 높아지나 소량 /과량 사용의 경우 해상성 , 솔더 마스크 pattern 의 모양 등에 문제가 발생하며 전반적인 물성이 저하됨 .

Inorganic compounds

- 솔더 마스크 경화 피막의 C.T.E.( 열팽창계수 ), 기계적 특성에 관여하는 물질 .- 과량 사용의 경우 광택이 저하되며 소량 사용의 경우에는 crack 발생이 높아질 수 있음 .

Pigments- 솔더 마스크의 색상에 관계됨 .- 솔더 마스크는 고온 특성을 요구하므로 일반적으로 dye( 염료 ) 가 아닌 pigment(안료 ) 를 사용함 .- 과량 사용의 경우 pigment 가 UV light 를 흡수함으로 해상성이 나빠짐 .

Diluents

- 솔더 마스크의 점도에 관계됨 .- 반응성 희석제와 비반응성 희석제로 나눌 수 있으며 일반적으로 석유계 용제를 사용함 .- 스크린 용도의 솔더 마스크에는 휘발성이 낮은 희석제를 사용하며 spray coater, dip coater 및 curtain coater 용도의 솔더 마스크에는 상대적으로 휘발성이 높은 희석제를 사용함 .

LPISM 의 구성 성분 및 작용



DSR 330 S22-11 Tin 조건별 경계부 Check

Tin 두께 Tin 온도 Tin Dipping 시간 결과

0.2 ㎛

60℃

2 분

0.5 ㎛ 6 분

0.7 ㎛ 12 분

정면 : Brush노광량 400mj/ ㎠현상 : 3.5m/min최종경화 : 가건조 3 호기

Hole Plugging

구 분

Hole Surface

O K

N G

■ Hole Plugging Micro-Section 결과

Hole inner

Hole Plugging : 50%


■ Analysis of 1506A Hole Plugging

1. Hole Plugging Screen Spec - Mesh : #80 - Emulsin Thickness 60 ㎛ , - Width : 112 ㎛ -Opening Size : 200 ㎛

2.1506A Hole￠ Spec : 200 ㎛

OKNG

#80 Screen Shape

Width : 112 ㎛

200 ㎛

3. 원인 1) 최종 Hole ￠ Spec 200 ㎛임 . 2) Screen 의 망사 Width 가 112 ㎛로 Hole 상에 걸치게 되는 부위가 나타남 . 3) Hole 과 망사가 겹친 부위에 Ink 가 빠지지 않고서 Air 가 Hole 내부로 들어가게 됨 . 4) 가건조시 Hole 내부에 있는 Air 의 팽창에 의해 Hole 터짐으로 인한 미충진 현상 발생 ※ 하기 그림 참조

Hole Plugging


■ 개선 대책

#180 Screen Shape

Width : 70 ㎛

1.Screen Type 변경 기존 → 변경 #80 #180

#80 Screen Shape

Width : 112 ㎛

200 ㎛

2.Merge Small Hole ￠ With Screen

90 ㎛

160 ㎛ 100 ㎛

Hole Plugging


- Defect

Root Cause- Whitening

1)PSR 노광 작업시 노광량이 낮은 조건 (300mj/ ㎠ ) 에서 백화현상이 발생함 . (Attachment 1)

- 노광량이 부족할 경우 Ink 성분이 UV빛에 충분히 반응하지 못해 무전해금도금시 수분을 흡습하여 백화 현상이 발생함

2) 무전해금도금 後 , 후처리 온도가 낮은 조건에서 백화현상이 심하게 발생함 . (Attachment 2)

- 무전해금도금시 기판 내부의 온도와 기판 표면의 수세수의 온도차가 클 경우 , 잉크성분의 수분 흡습 현상이 촉진되어 백화현상이 발생함

백화 현상


Corrective Action

1)PSR 노광 작업시 노광량을 400mj/ ㎠ 이상 관리 - 기존 : 350 ± 50mj/ ㎠ - 변경 : 450 ± 50mj/ ㎠ - 4/23 일 부터 적용 중

2) 금도금 후처리기 수세 온도 변경 - 기존 : 수세수 온도 상온 적용 ( 4~ 28 )℃ - 변경 : 수세수 온도 별도 관리 ( 25±3 ) ℃ - 5/1 일 이후 신규 후처리기 Set-up 하여 적용 예정

- Whitening

- Defect

Reliability Test

1) 백화현상 발생 제품에 대해 신뢰성 Test 결과 - Test 조건 : Solder Floating(260 , 10℃ 초 , 3Cycle)

- Test 결과 : Solder Floating 후 S/R 밀착 이상 없음

백화 현상


Attachment 1) Test for UV Exposure

백화 현상


Attachment 2) Test for Cleaning Water Temperature after Ni/Au Plating

백화 현상


pcb psr process

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