전자회로 실무 / 비아·신뢰성 검사

미세비아(microvia)는 단면의 빈 공간과 가열·냉각 후 전기적 연결 상태를 따로 검사합니다

미세비아(microvia)의 단면이 깨끗해 보여도 열을 받은 뒤 연결이 끊어질 수 있습니다. 내부가 잘 채워졌는지 보는 검사와, 열을 가해도 전기적 연결이 유지되는지 보는 시험을 함께 확인합니다.

먼저 알아둘 용어

빈 공간(보이드)과 접합 경계면 — 보이드(void)는 충전재 내부에 생긴 빈 공간입니다. 서로 다른 층이나 재료가 맞닿는 면은 계면이라고 합니다. 빈 공간의 크기를 확인하는 검사와 접합부가 가열·냉각을 견디는지 확인하는 시험은 구분해야 합니다.

시험 시료(쿠폰)와 전기적 특성 검사 — 시험 쿠폰(coupon)은 실제 제품과 같은 구조·공정으로 만든 시험용 시료입니다. 정해진 조건으로 가열하고 냉각하면서 저항 등 전기적 특성이 어떻게 변하는지 검사합니다. 이 시험과 외관 검사는 목적이 다릅니다.

솔더 내부의 빈 공간과 접합면이 떨어진 결함을 단면 모식도로 비교했습니다. 빈 공간의 크기만으로 합격 여부를 판단하지 않습니다.
솔더 내부의 빈 공간과 접합면이 떨어진 결함을 단면 모식도로 비교했습니다. 빈 공간의 크기만으로 합격 여부를 판단하지 않습니다. · 클릭하면 확대됩니다.

어떤 구조의 빈 공간을 검사하는지 먼저 정합니다

적용할 규격의 판본과 등급을 확인합니다. 비아를 구리와 수지 중 무엇으로 채우는지, 위를 덮는 도금층이 있는지도 기록합니다. 단면과 빈 공간의 면적은 해당 구조에 맞는 기준으로 판정해야 합니다. 다른 설명에서 본 25% 같은 수치를 그대로 합격선으로 사용해서는 안 됩니다. 구리로 채운 미세비아, 수지로 채운 홀, 솔더 접합부는 검사 대상이 서로 다릅니다.

단면 검사 기록에는 비아의 구조, 자른 위치, 치수, 사진, 판정 기준을 남깁니다. 자르는 위치에 따라 드러나는 빈 공간이 달라질 수 있으므로, 사진 한 장으로 비아 전체를 판단하지 않습니다.

제조 공정과 시험 시료가 실제 제품의 조건에 맞는지 확인합니다

미세비아를 채우는 데 적합한 도금 약품을 사용하는지, 공정 조건과 검사 항목은 무엇인지 확인합니다. 일반 도금 장비를 사용했다고 해서 비아 내부가 충분히 채워졌다고 판단해서는 안 됩니다. 홀 내부의 도금이 기판 표면까지 이어지는 랩 도금(wrap plating)처럼 구조별로 필요한 조건은 제조 자료와 적용 규격에서 확인합니다.

공정 중간과 완료 후 검사에 사용하는 시료가 실제 제품의 적층 구조, 비아 형상, 생산 조건을 얼마나 반영하는지 기록합니다. 적절한 약품을 사용했다거나 단면이 깨끗해 보인다는 이유만으로 온도 변화에도 접합부가 견딜 것이라고 단정할 수는 없습니다.

가열·냉각 후 전기적 연결 상태는 별도로 시험합니다

실제 제품의 구조를 반영한 시험 시료를 계획된 조건으로 가열하고 냉각합니다. 그 과정에서 연결이 유지되는지, 저항 변화가 허용 범위 안에 있는지 확인합니다. 상온의 단면이나 열을 가한 뒤의 현미경 사진만으로 모든 접합 결함을 찾을 수는 없습니다. 시험 온도, 반복 횟수, 허용 저항 변화는 적용할 시험 계획에 따라 정합니다.

같은 시료의 단면 검사 결과와 신뢰성 시험 결과를 함께 기록합니다. 한쪽이 합격했다고 다른 검사를 생략하지 않습니다. 서로 다른 시료나 생산 묶음(로트)의 결과가 섞이지 않도록 시료 번호와 로트 번호를 유지합니다.

미세비아 바닥의 접합부 분리와 모서리 균열을 구분합니다

단면 검사 기록에는 구리 충전부와 바닥 패드가 맞닿는 면과 미세비아 모서리와 연결 패드가 이어지는 부위를 각각 표시합니다. 바닥 접합면이 떨어지는 현상과 모서리에서 시작하는 균열은 모두 전기적 연결을 끊을 수 있지만, 발생 부위와 원인은 다를 수 있습니다. 사진에는 시료 번호, 검사한 층, 자른 위치, 시험 전후 조건을 함께 기록합니다.

IPC의 2019년 신뢰성 경고는 바닥 패드와 전해 도금한 구리 충전부 사이의 약한 접합을 다룹니다. 열을 가한 뒤 단면을 광학 현미경으로 검사하더라도 결함을 놓칠 수 있다고 경고합니다. 한편 메릴랜드대 CALCE의 모서리 균열 설명은 미세비아 모서리와 연결 패드의 접합 부위에서 균열이 시작되고, 온도 변화 등으로 응력이 가해지면서 균열이 커지는 과정을 설명합니다.

검사표에는 부위별 검사 결과와 해당 시료의 가열·냉각 이력, 저항 변화 기록을 함께 정리합니다. 한 단면에서 균열이 보이지 않았다고 해서 모든 접합부가 안전하다고 판단할 수는 없습니다. 균열을 발견하더라도 제조 이력과 추가 분석 없이 원인을 단정해서는 안 됩니다.

저장된 Sierra Circuits 적층 마이크로비아 카드를 참고해 결함이 생기는 부위를 구분하는 설명을 보완했습니다. 카드에서 권하는 적층 수를 모든 제품의 합격 기준으로 적용하지는 않았습니다. 비아 벽면 균열의 발생 조건, 실제 파손 사진, 영상 음성은 이번에 확인하지 않았습니다.

작업 순서를 다시 확인합니다

미세비아는 단면의 빈 공간과 가열·냉각 후 전기적 연결 상태를 따로 검사합니다 — 설명용 도해
미세비아는 단면의 빈 공간과 가열·냉각 후 전기적 연결 상태를 따로 검사합니다 — 설명용 도해 · 클릭하면 확대됩니다.