워프된 PCB를 고칠 수 있을까요?

이 글을 깊이 들어가기 전에, 간단한 답부터 드리겠습니다. PCB가 이미 제작된 후에는 휘어짐을 고칠 수 없을 가능성이 높습니다. 보드가 제대로 선택된 재료로 만들어지고 리플로우 과정에 올바르게 들어갔다면, 휘어지지 않은 보드를 휘어지게 되는 것을 방지할 수는 있습니다.

이 글에서 이러한 점들을 살펴보고, 휘어진 보드를 복구할 수 있는 몇 가지 방법을 검토해 보겠습니다. 조립되지 않은 회로 기판의 휘어짐을 고치는 것은 고급 작업이며, 이는 기판을 유리 전이 온도 이상으로 가열하고 압박하는 것을 요구합니다. 개인 설계자이며 제조업체로부터 베어 회로 기판이나 조립된 보드를 받았다면, 이를 고칠 수는 없습니다. 나중에 이 글에서 이유를 설명하겠습니다.

PCB에서 휘어짐 방지 방법

PCB에서 휘어짐 방지를 살펴보기 전에, 휘어짐의 원인 몇 가지를 살펴보겠습니다:

• 패널 내 혼합 방향: 패널 내에서 보드의 방향을 혼합하여 패널 당 보드 수를 최대화하는 것이 유혹적입니다.
• CTE와 Tg 층간 불일치: 이러한 값이 일치하지 않을 때, 특정 층에 스트레스가 쌓여 변형을 일으키고, 이로 인해 휨이 발생합니다.
• 비대칭 스택업: CTE/Tg 불일치뿐만 아니라 층 스택에 큰 비대칭이 있을 경우, 비대칭은 일부 층에 평면 스트레스를 가하여 휨을 유발합니다.
• 리플로/웨이브: 과도한 리플로, 웨이브, 재작업 사이클을 반복하면 휨이 쌓일 수 있습니다. 또한, 보드를 클램핑하는 것이 납땜 중에 휨을 유발할 수 있습니다.

이것들은 설계자와 제조업체가 해결해야 할 보드의 주요 휨 원인입니다.

패널 크기에 맞는 설계

항상 이것을 할 수 있는 것은 아니지만, 처리량과 수율을 위해 이를 고려하는 것이 중요합니다. 혼합 방향이 필요하지 않도록 보드를 설계할 수 있다면, 휨의 위험을 감수하지 않게 됩니다. 패널의 보드가 혼합 방향으로 배치되면, 일부 보드가 유리 섬유 가닥의 긴 축과 패널의 긴 가장자리를 따라 배향되지 않게 됩니다.

대부분의 경우 이것은 문제가 되지 않습니다. 그러나 아래의 지침 중 하나라도 따르지 않으면, 혼합된 방향성 때문에 일부 보드가 휘어짐에 더 취약해질 수 있습니다. 결과적으로 일부 보드는 휘어질 수 있으며, 같은 패널 내의 다른 보드는 휘어지지 않을 수 있습니다. 아래의 지침 중 일부를 무시하고 보드를 설계해야 하는 경우, 가능하다면 모든 휘어짐에 취약한 보드를 패널의 긴 가장자리에 보드의 긴 가장자리가 오도록 같은 방향으로 배치하려고 시도해야 합니다.

스택업에서 재료 일치시키기

이는 설계자가 제조업체와 협력하여 보드가 사양에 맞게 제작될 수 있도록 하고 제작 중에 보드가 휘어지지 않도록 보장해야 하는 부분입니다. 자체 PCB 스택업을 설계하고 있고 다른 재료를 혼합하는 경우, Tg 값과 CTE 값이 서로 호환되는지 확인하세요. 즉, 온도가 Tg를 초과할 때 Tg 값과 CTE 값이 모두 비슷해야 합니다.

이는 PCB 스택업의 모든 재료에서 CTE 값의 일반적인 불일치를 방지하기 위함입니다. 일반적으로 CTE 불일치는 스택업 전체에서 불균등한 확장을 초래하여, 이미 운영 중 신뢰성 문제를 일으키는 것으로 알려져 있습니다. 특히 고비율 비아에서의 균열 발생이 그 예입니다. 같은 유형의 CTE 불일치는 스택업 디자인에서도 피해야 합니다.

구리 도포를 대칭적으로 사용하기

이는 제가 협력하는 제조업체들과 상반되는 주장을 시도하는 경험 많은 디자이너들을 본 경우 중 하나입니다. 구리 도포는 보드가 왜곡 없이 제작될 수 있는 유일한 방법으로 종종 언급됩니다. 왜곡을 완전히 제거할 수는 없지만, 보드의 왜곡이 조립 결함을 일으키지 않을 정도로 낮출 수는 있습니다. 구리 도포는 디자이너가 반대층의 구리를 균형있게 배치하는 데 사용할 수 있는 도구 중 하나입니다.

실제로는 스택업에서 반대층에만 구리 도포가 필요할 수 있습니다. 예를 들어, 6층 스택업을 고려해 보세요. 아래 이미지는 간단한 SIG+PWR/GND/SIG/SIG/GND/SIG+PWR 배열을 보여줍니다.

레이어 6에 구리 플레이트를 사용하는 경우, 예를 들어 레이어 1에도 사용해야 합니다. 레이어 3에 구리 플레이트가 없다면 레이어 4에서도 사용해서는 안 됩니다. 이는 스택업을 레이어 재료와 구리 분포 측면에서 대칭적으로 만듭니다. 여기서 중요한 점은 구리 플레이트가 스택업 전체의 균일한 가열을 보장하거나 변형을 방지하기 위해 필수적이지 않지만, 구리 플레이트를 사용한다면 대칭적으로 만들려고 노력해야 한다는 것입니다.

이 스택업은 대안적인 4-레이어 스택업을 확장한 것이지만, 추가적인 두 개의 신호 레이어가 있습니다. 4-레이어 버전에서 적용되는 같은 설계 규칙이 이 6-레이어 버전에도 적용됩니다. 여기서 좋은 전략은 필요에 따라 상단/하단 레이어에 전원 및/또는 접지로 구리 플레이트를 사용하는 것입니다.

웨이브/리플로우 사이클 수 제한

이상적으로, 보드는 이중면 보드를 가정할 때 두 번의 리플로우 사이클을 거쳐야 하며, 가능하다면 한 번의 웨이브 사이클을 거치게 됩니다. 일부 산업에서는 솔더 마스크의 최대 신뢰성을 보장하고 층 사이에 과도한 스트레스가 쌓여 휘어짐을 유발할 수 있는 것을 방지하기 위해 PCB에 허용되는 리플로우, 웨이브, 그리고 리워크 사이클의 횟수에 한계를 지정할 것입니다. 조립업체들은 이미 리플로우 사이클링을 제한하기 위해 사용하는 절차를 가지고 있으므로, 보드가 제대로 제작되고 조립된다면 이는 문제가 되지 않을 수 있습니다.

솔더링 중에 보드를 고치지 마세요

보드가 조립되는 동안, 부품이 먼저 배치된 다음 보드는 리플로우 오븐(표면 실장 기술(SMT)용)으로 보내집니다. 보드가 오븐에 들어가면, 대부분의 재료(특히 FR4 등급)에 대한 Tg 값보다 일반적으로 높은 온도까지 가열됩니다. 이로 인해 PCB 스택업의 재료가 팽창하기 시작하며, 서로 스트레스를 받기 시작합니다. 보드는 XY 평면과 z축을 따라 다른 비율로 팽창하게 됩니다.

문제는 보드의 XY 평면의 팽창에서 발생할 수 있습니다. 솔더링 중에 보드가 고정구에 고정되어 팽창할 수 없게 되면, 그 스트레스는 변형으로 인해 z축 방향으로 전달됩니다. 이것은 PCB를 영구적으로 변형시킬 수 있는 z축 방향으로 더 많은 스트레스를 생성할 것입니다. 스택업 재료 사이에 Tg 및 CTE 불일치가 클수록 변형은 더욱 심해질 것입니다. 따라서, 팽창을 제한하려고 보드를 고정하지 말고, 솔더링하는 동안 보드가 자연스럽게 팽창하고 수축하도록 허용하세요.

변형된 보드를 다시 압축할 수 있나요?

개인 설계자라면 변형된 보드를 고치기 위한 프레스에 접근할 수 없을 것입니다. 제작소는 다른 문제이며, 완성된 보드를 가열하고 압축하여 변형된 PCB를 수정할 수 있을 것입니다.

여기서, 제안된 해결책은 PCB 스택업 재료의 수지가 흐를 수 있도록 Tg 값 이상으로 보드를 가열하는 것입니다. 이 온도에 도달하면 보드는 일정 시간 동안 압력 하에 유지됩니다. 이는 전체 PCB에 균일한 가열을 제공할 수 있는 크고 평평한 금속 프레스가 필요합니다. 압력 하에 유지한 후에는 고정구와 보드를 자연스럽게 식혀야 합니다.

이 문제는 본질적으로 리플로우 공정을 거치는 것과 같은 방식으로 솔더 마스크를 노화시킨다는 것입니다. 솔더 마스크는 폴리머이며 다른 폴리머처럼 시간이 지나면서 경화되고 부서지기 쉬워질 수 있습니다. 이 솔루션이 구현된다면 솔더 마스크를 적용하기 전에 이 작업을 하는 것이 가장 좋거나, 온도와 유지 시간을 제한해야 합니다.

장비가 없다면 고치려고 시도하지 마세요

워프 현상을 방지하고 가능하다면 수정하는 몇 가지 방법을 설명했지만, 필요한 장비가 없다면 워프 현상을 스스로 고치려고 시도해서는 안 됩니다. 이는 제조업체의 결정에 따라야 하는 개별 디자이너에게 좋은 원칙입니다.

제조업체로부터 벌크로 회로 기판을 받았는데 모든 기판이 휘어져 있다면, 스스로 워프 현상을 고치려고 시도하기보다는 제조업체에 전화하여 환불을 요구해야 합니다. 위에서 언급했듯이, 휘어진 PCB를 고치는 것은 균일한 가열이 있는 프레스를 필요로 하며, 이는 사실상 스택업을 구축하는 데 사용되는 적층 공정을 재현하는 것입니다.

조립된 보드를 받았는데 휘어짐이 심하다면, 그 조립품은 폐기해야 합니다. 유감스럽지만, 보드를 누르거나, 클램핑하거나, 구부려서 구할 방법은 거의 없을 것입니다. 조립된 보드를 클램핑하거나 구부려서 평평하게 만들려고 시도하면, 조립품 내의 솔더 조인트에 많은 스트레스를 가하게 됩니다. 이는 솔더 조인트가 파손되어 보드에 많은 개방 연결이 생기게 되며, 이는 제대로 작동하지 못하게 합니다.

제작이나 조립 제공업체가 작업을 올바르게 수행하도록 하려면, 자격 기준을 제공해야 합니다. 이는 제작 노트에서 할 수 있습니다. 이 기사를 참고하세요. 또한 이 링크에서 제 샘플 제작 노트를 다운로드할 수 있습니다.

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