컨포멀 코팅에 대해 알아야 할 모든 것

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컨포멀 코팅은 PCB에 도포되어 보호 레이어 역할을 하는 경량 소재의 코팅제입니다. 열, 습도, 습기, 자외선, 화학 오염 물질, 연마재 등 다양한 환경 요인으로부터 회로 기판과 부품을 보호합니다. 또한 컨포멀 코팅은 회로의 작동 특성을 관리하는 데 도움이 되는 열 및 전기 절연 특성도 지니고 있습니다.

컨포멀 코팅 도포의 가장 큰 장점은 회로 기판의 수명을 연장하고 환경 요인으로 인한 부품 고장률을 줄일 수 있다는 점입니다. 이 보호 기능은 결과적으로 장치의 신뢰성을 향상해 조기 고장이 발생한 하드웨어를 교체하는 비용이 절감됩니다.

컨포멀 코팅은 몇 가지 종류가 있으며 각각 고유한 특징과 성질, 장점이 있습니다. 이 글에서는 컨포멀 코팅이 제공하는 이점과 용도별로 가장 적합한 옵션에 대해 정확하게 설명하고자 합니다.

컨포멀 코팅 유형

모든 종류의 코팅은 특정 용도에 적합한 고유한 속성과 특성을 가지고 있습니다. 여기서는 시중의 다섯 가지 주요 컨포멀 코팅 유형인 아크릴, 실리콘, 폴리우레탄, 에폭시, 파릴렌 기반의 코팅제에 대해 알아보겠습니다.

아크릴 기반 코팅

아크릴 기반 컨포멀 코팅의 주요 특징은 비용이 저렴하고 적용하기 쉬워서 취미용 전자 제품에 이상적입니다. 이 코팅은 디핑, 스프레이 또는 브러싱을 포함한 다양한 기술을 사용하여 도포할 수 있습니다. 또한 회로 기판을 수정하거나 수리해야 하는 경우 아이소프로판올과 같은 비자극성 용제를 사용하여 간단하게 제거할 수 있습니다.

아크릴 수지는 습기를 장기간 차단하고 자외선(UV) 노출에 강해 직사광선에 노출되는 회로 기판에 이상적입니다.

이 솔루션은 저렴하고 실용적이지만 용제에 대한 내성이 거의 없거나 전혀 없고 화씨 250도(섭씨 125도) 이상의 온도에 부정적인 영향을 받는다는 단점이 있습니다. 이런 제약으로 인해 이 유형의 코팅을 적용할 수 있는 적합한 용도가 제한될 수 있습니다.

실리콘 기반 코팅

실리콘 기반 컨포멀 코팅의 주요 특징은 경화 후 탄성 유지로, 회로 기판에 가해지는 진동의 영향과 높은 기계적 응력으로부터 보호해 주는 기능이 우수하다는 점입니다. 게다가 실리콘은 습기와 부식에 대한 내성이 탁월하고 화학 오염에 대한 내성도 좋은 편입니다. 또한 이 재료는 PCB 재료 보조 용도로 적합한 우수한 접착성도 지니고 있습니다.

이 재료의 주요 장점은 광범위한 온도에서 보호 기능을 제공한다는 것입니다. 예를 들면, 회로 기판은 큰 열 부하를 발생하는 부품을 포함하고 있거나 극단적인 온도 환경에 있을 수 있습니다. 실리콘 기반 코팅은 화씨 400도(섭씨 200도)까지 온도를 쉽게 견딜 수 있습니다.

이 코팅은 유연한 솔루션이지만 다른 코팅 유형에 비해 열 저항이 훨씬 높아 회로 기판과 장착된 부품 사이에 열 장벽 역할을 하여 열 방출을 방해할 수 있다는 단점이 있습니다.

폴리우레탄 기반 코팅

폴리우레탄 또는 우레탄을 사용하는 컨포멀 코팅의 주요 특징은 견고성, 접착력, 용제 및 기타 화학적 오염에 대한 강한 내성입니다. 덕분에 이 코팅제는 열악한 환경에 노출된 회로 기판을 보호해 줍니다. 미국 식품의약국(FDA)도 폴리우레탄을 의료 기기용으로 승인했습니다.

이 강력한 보호제의 단점은 경화 과정에서 우레탄 기반 재료의 제형에 따라 온도가 조절된 오븐에서 장시간 가열하거나 UV 광선에 노출해야 한다는 것입니다. 이런 단점으로 인해 해당 경화 과정은 소량의 프로토타입 제작이나 취미용 기판보다는 상업용 제조에 더 적합합니다.

또 다른 단점은 한 번 도포하면 코팅을 제거하기 어려워 기판의 후속 수정 작업이나 수리가 어려울 수 있다는 점입니다.

에폭시 기반 코팅

에폭시 기반 컨포멀 코팅은 깨짐이나 균열에 강한 견고하고 매끄러운 마감 처리로 마모와 습기 침투에 대비해 우수한 보호 기능을 제공합니다. 아크릴 수지의 주요 장점은 용제를 포함한 화학 오염으로부터 보호한다는 점이며, 이는 혹독한 산업 환경에서 활용하기에 이상적입니다.

이 코팅 유형의 단점은 에폭시 재료의 준비 및 도포의 복잡성입니다. 에폭시는 두 부분으로 구성된 재료로서 일반적으로 몇 분 만에 매우 빠르게 경화되기 때문에 도포 직전에 혼합해야 합니다. 준비 및 도포 절차에서는 혼합 단계 수행, 디핑, 스프레이 또는 브러싱 기술을 활용하는 재료 도포, 경화되기 전 원치 않는 잔여물 제거를 위한 전문 장비가 필요합니다. 

에폭시 기반 재료의 또 다른 단점은 경화되면 열 팽창 및 수축 또는 외부에서 가해지는 기계적 힘에 의해 회로 기판이 움직이거나 휘어지는 경우에 유연성을 제공하지 않는 견고한 코팅을 형성한다는 점입니다. 이러한 강성은 기판과 코팅 사이의 차동 움직임으로 해석될 수 있으며, 솔더 조인트를 사용하여 기판에 부착하기 위해 코팅을 통과하는 모든 부품 또는 배선에 전단력이 가해질 수 있습니다. 또한 이러한 견고성으로 인해 기판의 후속 수정 작업이나 수리가 까다로워집니다.

파릴렌 기반 코팅

파릴렌 기반 컨포멀 코팅의 주요 특징은 특수 용도에 적합한 낮은 열팽창과 높은 절연 강도입니다. 또한 적절한 온도 범위에서 화학적 오염 및 마모에 대한 우수한 내성을 제공합니다. 미국 FDA는 이 코팅을 의료용으로 승인했습니다.

이 코팅 재료의 주요 단점은 화학 기상 증착법(CVD) 기술을 사용하여 도포해야 하므로 대부분의 비상업적이거나 작은 규모의 회로 기판 설계자들에게는 실용적이지 않다는 것입니다. 그러나 이 기술을 사용할 수 있는 경우 코팅에 경화 과정이 불필요해 공정이 빠르고 대량 생산에 이상적입니다.

컨포멀 코팅 고려 사항
 

열 속성

적합한 컨포멀 코팅 재료를 선택할 때 가장 중요한 고려 사항은 최악의 회로 기판 작동 온도입니다. 사용하기에 이상적인 컨포멀 재료가 최대 온도 때문에 제한되거나 선호하는 코팅 유형의 허용 범위로 온도를 낮추기 위해 열 관리 전략을 재고해야 할 수 있습니다.

또 다른 제약은 코팅 재료의 열 특성, 그리고 열 방출 속도 및 열 에너지 흐름 경로의 간섭과 예상되는 열팽창 특성의 변경 측면에서 그 특성이 기판의 열 관리 솔루션에 미치는 영향입니다. 예를 들어 일부 컨포멀 코팅은 단열성이 뛰어나고 열을 유지할 수 있는 반면, 다른 컨포멀 코팅은 열 전도성이 높아 열을 더 효과적으로 발산할 수 있습니다. 이런 열 특성으로 인해 부품 배치를 변경하거나 추가 열 관리 솔루션을 포함해야 할 수도 있습니다.

환경 속성

또 다른 제약은 습기, 연마성 미립자, 용제를 포함한 화학 물질 또는 회로 기판과 그 부품에 영향을 줄 수 있는 기타 물질과 관련된 회로 기판의 작동 환경입니다.

코팅 재료의 물리적 특성과 작동 응력 및 진동에 노출 시 기판 성능에 미치는 영향은 제약이 될 수 있습니다. 기판과 함께 움직이지 않는 단단한 코팅은 기판에 납땜된 부품 다리와 와이어를 포함하여 모든 부품이 양쪽 모두에 의해 고정되는 기계적 응력을 유발합니다. 이로 인한 충격을 관리하기 위해 기판 또는 인클로저의 설계를 변경해야 할 수 있습니다.

도포 특징

컨포멀 코팅은 일반적으로 디핑, 스프레이, 브러싱 또는 증기 증착 기술을 사용하여 도포합니다. 가장 적절한 방법은 기판 크기, 부품 유형 및 배치, 생산량 및 예산에 따라 달라집니다. 소량 생산의 경우라면 일반적으로 브러시 또는 스프레이 캔으로 도포하는 것이 가장 실용적인 방법입니다.

코팅 선택 시 고려해야 할 또 다른 사항은 기판에 접착되는 코팅 재료의 접착력입니다. 회로 기판은 다양한 기판 재료로 제공되며 이는 코팅 재료의 접착력에 영향을 미칩니다. 기판의 청결도 또한 접착력에 영향을 미치므로 컨포멀 코팅을 도포하기 전에 용제나 초음파 세척과 같은 세척 기술을 사용해 주면 도포 후 접착력 문제가 발생할 위험을 줄일 수 있습니다.

컨포멀 코팅 재료를 선택했다면 다음으로 고려해야 할 사항은 코팅 두께 요건입니다. 이 결정을 위해서는 얇은 코팅과 두꺼운 코팅의 장점과 단점의 균형을 맞출 필요가 있습니다. 예를 들어 상대적으로 얇은 컨포멀 코팅은 차동 움직임으로 인해 균열이 발생하거나 기계적 응력 지점이 생성될 위험을 줄여 줍니다. 그러나 두꺼운 코팅만큼 습기나 화학 오염에 대한 충분한 보호 기능을 제공하지 못할 수도 있습니다.

코팅 두께에 대해 고려해야 할 또 다른 사항은 열팽창 계수입니다. 이 매개변수는 코팅 유형마다 다르며 브랜드마다 크게 다를 수 있습니다. 기판의 온도 사이클링이 심하고 코팅이 기판과 잘 맞지 않을 경우 코팅의 열팽창 계수가 문제가 될 수 있습니다. 이러한 상황에서는 기계적 응력으로 인해 부품의 조기 고장을 유발할 수 있습니다. 다시 한번 설명하자면 각 코팅 유형에는 일반적으로 25~250마이크로미터 범위의 권장 두께가 존재합니다.

컨포멀 코팅을 위한 설계

컨포멀 코팅 사양을 회로 기판의 전기 설계의 일부로 포함하면 제조 공정 관리 측면에서 이점을 얻을 수 있습니다. Altium Designer와 같은 툴을 사용하면 컨포멀 코팅 사양이 회로 기판 설계의 필수 부분이 될 수 있습니다. 이 기능을 사용하면 선택한 툴 세트에 따라 Altium 365 플랫폼 또는 기타 데이터 내보내기 경로를 사용하여 설계 검토의 일부로 제조 파트너와 세부 정보를 공유할 수 있습니다.

이 프로세스에 대한 자세한 내용은 이 글에 첨부된 동영상을 통해 확인할 수 있습니다.

결론

회로 기판에 컨포멀 코팅을 도포하는 것은 작동 환경으로부터 장치를 보호하고, 고장률을 줄이고, 작동 수명을 연장하는 데 필수적입니다. 그러나 가장 적합한 코팅 재료를 선택하려면 요구 사항을 고려한 각 유형의 보호 기능과 적용 실현 가능성 간에 균형을 맞춰야 합니다. 예를 들어, 일부 재료는 상업적 대량 생산에만 적합한 반면, 다른 재료는 예산이 부족하고 시설이 제한적인 취미용 기판 개발자에게 이상적입니다.

이러한 결정이 필요할 때 Altium Designer를 이용하면 컨포멀 코팅을 위한 기판 레이어를 생성하고 어떤 코팅 재료를 어떤 기판 영역에 적용해야 하는지 구체적으로 판단할 수 있습니다. 이러한 정보를 설계 과정에서 기판 제조업체와 간편하게 공유하여 잠재적인 문제를 파악하고 호환성 문제를 해결할 수 있습니다.