컨포멀 코팅 가이드

그동안 컨포멀 코팅 프로세스를 거치는 회로판은 항공우주와 같은 용도로만 사용되었습니다. 전자제품 소형화에 대한 인기가 높아지면서 컨포멀 코팅의 신뢰성과 보호에 대한 요구가 더 높아지게 되었습니다 (PCB + electricity + sweat = problems).

컨포멀 코팅은 회로판, 구성품 및 기타 전자 장치를 수분, 열 충격, 잡음, 진동, 오염과 같은 유해한 환경으로부터 보호하기 위해 특수하게 설계된 폴리머 필름 형성물입니다. 이 코팅은 불규칙한 PCB에 “적합”하기 때문에 유전 저항, 작동 무결성 및 신뢰성이 향상되었습니다.

Conformal Coating

컨포멀 코팅을 만드는데 쓰이는 재료

컨포멀 코팅은 일반적으로 고분자 수지로 제조되며, 필요하면 하나 이상의 용제로 묽게 하여 재료가 잘 분산되고 흐르게 만듭니다.

가장 좋은 수지 타입은 전자 장치와 특정 환경에 필요한 보호 수준에 따라 달라집니다. 사용 방법, 수리 용이성, 재작업 또한 고려할 중요한 요소입니다.

일반 컨포멀 코팅

“일반” 컨포멀 코팅은 수지 베이스가 있는 1-part 시스템으로 용제 또는 (드문 경우) 물로 희석할 수 있습니다. 이 코팅은 반투과성이므로 완전히 방수가 안되며 코팅된 전자제품이 밀폐되지 못합니다. 이 코팅은 환경 노출로부터 보호하여 전자 장치의 내구성을 높입니다.

베이스 수지에 따라 코팅이 분류됩니다:

Acrylic Resin (AR) - AR 코팅은 비교적 경제적이며, 보호 수준이 높고, 도포하고 수리하기에 용이합니다. 절연 내력이 높고, 발수성과 내마모성을 갖습니다. 아크릴 코팅은 종종 섞을 필요 없이 다양한 용제로 쉽게 빨리 제거됩니다. 이것은 경제적인 재작업과 심지어 현장 수리를 가능하게 합니다. 그렇지만, 아크릴 코팅은 항공에 쓰이는 제트 연료 연기와 같이 용제와 용제 증기로부터 효과적으로 보호하지 못합니다.
Konform AR 아크릴 컨포멀 코팅은 Coating 사용하기가 쉽고 보호 특성이 뛰어나며, IPC-CC-830B 및 UL 인증 제품입니다.
Silicone Resin (SR) - 실리콘 컨포멀 코팅은 매우 다양한 온도 범위에서 보호 특성이 뛰어납니다. 이 SR은 내화학성, 발수성 및 염수 분무 저항성이 좋으며, 매우 유연합니다. 이 코팅은 고무 특성 때문에 내마모성은 없지만 진동 응력에 대해 회복력이 있습니다. 실리콘 코팅은 실외 표지판과 같은 매우 습한 환경에서 일반적으로 쓰입니다. 제거가 어렵기 때문에 특수 솔벤트, 장시간 담그기, 브러시로 섞기 또는 초음파 세척(ultrasonic bath)이 필요합니다.

Chemtronics 제품은 Konform SR Silicone Coating, 높은 보호 수준과 유연성을 제공합니다. Dow 1-2577 수지가 주성분으로, IPC-CC-830B 및 UL 인증되었습니다. Konform SR-X 은 염수 분무 시험을 통과한 더 단단하고, 투명한 새로운 실리콘 코팅입니다. Konform LED 는 빛 세기 또는 색채 전이를 감소시키지 않고 LED 위에 직접 도포할 수 있습니다.
Urethane (Polyurethane) Resin (UR) - 우레탄 컨포멀 코팅은 발수성과 내화학성이 뛰어납니다. 내모마성과 용제 저항성이 있어서 제거하기가 매우 어려운 코팅입니다. 실리콘과 같이 완전히 제거하려면 보통 특수 용제, 장시간 담그기, 브러시로 섞기 또는 초음파 세척이 필요합니다. 우레탄 컨포멀 코팅은 일반적으로 연료 증기 노출이 우려되는 항공에 일반적으로 특화되었습니다. 켐트로닉스는 우레탄 코팅을 제공하지 않습니다.

컨포멀 코팅이 필요한가요?

전자제품이 사용되는 환경에 따라 코팅이 필요할 수도 있고 아닐 수도 있는데 전자제품의 민감도와 내구성이 필요합니다. Mission critical, IPC class 3 장치는 임계 특성 때문에 코팅될 가능성이 더 높습니다. 전자제품 소형화에 대한 인기가 증가하면서 웨어러블 전자제품의 컨포멀 코팅에 의한 향상된 보호 수준과 신뢰성에 대한 요구가 더 높아졌습니다.

컨포멀 코팅은 방수가 되나요?

일반적으로 컨포멀 코팅은 방수되지 않습니다. 이 코팅은 반투과성으로 완전히 방수되거나 코팅된 전자제품이 밀폐되지 않습니다. 환경 노출로부터 보호하여 전자장치의 내구성을 높이면서 도포하고 수리하기가 편리합니다. parylene 코팅, 2-part 에폭시 코팅 그리고 potting compound는 예외입니다. Parylene 코팅, 에폭시 코팅, potting compound는 켐트로닉스 제품이 아니므로 이 글 내용의 범위가 들어가지 않습니다.

컨포멀 코팅을 도포하는 방법

컨포멀 코팅 도포 과정을 정할 때 다음의 요소를 고려해야 합니다.

생산 처리 요구사항 - 필요한 준비 작업과 코팅 과정 속도는 생산을 촉진할 수 있습니다.
보드 설계 요건 - 많은 커넥터, 용제에 민감한 구성품, 기타 변수는 이 과정에 영향을 줄 수 있습니다.
장비 요건 - 산발적으로 코팅이 필요한 경우 고가의 특수 장비가 실용적이지 않을 수 있습니다.
사전 코팅 처리 - 우발적인 표면 코팅을 방지하기 위해 코팅하기 전 마스킹 또는 테이핑.
품질 요건 - 고도의 신뢰성이 요구되는 임무 수행에 필수적인 전자제품은 자동화 및 반복적 도포 방법이 필요합니다.

일반 컨포멀 코팅 도포 방법:

수동 분무 - 자본 설비가 없을 경우 소량 생산을 위해 컨포멀 코팅을 에어로졸 또는 스프레이 건으로 도포할 수 있습니다. 이것은 시간 소모적이고 마스킹이 필요하지 않을 수 있습니다. 또한, 품질과 결과의 일관성이 작업자에게 좌우되므로 보드마다 차이가 나는 것이 일반적입니다.
자동 분무 - 프로그램화된 스프레이 시스템은 왕복 스프레이 헤드 아래의 컨베이어에서 PCB를 이동시킬 수 있습니다.
Selective coating - 자동 스프레이 시스템은 프로그래밍이 가능하며, PCB 특정 영역에 컨포멀 코팅을 도포하는 로봇 스프레이 노즐이 있습니다. 이것은 힘든 마스킹 과정이 필요하지 않기 때문에 대량 조립에 인기가 있습니다.

컨포멀 코팅 그림 — *선택적 스프레이 시스템 (photo courtesy of PVA)*

디핑 - 이것은 대량 조립에 많이 쓰이는 컨포멀 코팅 방법입니다. 마스킹은 일반적으로 PCB를 코팅하기 전에 필요합니다. 보드 양면을 코팅할 때에만 디핑 방법이 실용적입니다. 담금 속도, 인입 속도, 담금 시간, 점성은 필름 형성을 결정짓습니다.

Brushing - 브러시는 수리와 재작업에 대부분 사용됩니다. 일반적으로 전체 PCB가 아닌 보드 특정 영역에 브러시로 컨포멀 코팅을 도포합니다. 저비용의 브러시는 노동 집약적이고 매우 다양한 방법으로 쓰이므로 소규모 생산 운용에 더 적합합니다.

컨포멀 코팅 두께

컨포멀 코팅은 일반적으로 매우 얇게 도포되며 최상의 보호 수준을 보이지만 열 포집, 과잉 중량, 기타 문제를 최소화합니다. 일반적으로 컨포멀 코팅을 1 ~5 mils (25 ~ 127 microns)의 두께로 도포합니다.

컨포멀 코팅 두께를 측정하는 3가지 방법이 있습니다.

습식 필름 두께 게이지 - 습식 필름 두께를 각각 보정된 길이의 이와 노치가 있는 게이지를 사용하여 직접 측정할 수 있습니다. 이 게이지를 습식 필름에 직접 올려 놓은 다음에 코팅의 고체 비율로 이 측정값을 곱하여 마른 코팅 두께의 근사치를 구합니다.

Micrometer - 코팅 전후에 여러 위치의 PCB에서 측정합니다. 경화시킨 코팅 두께를 코팅하지 않은 측정치에서 빼고 2로 나누어 보드 한 면의 두께를 구합니다. 그 다음에 측정값의 표준 편차를 계산하여 코팅의 균일도를 구합니다. 압력 하에서 변형되지 않는 단단한 코팅에 이 타입의 측정이 가장 정확합니다.
Eddy current probes - 시험 프로브로 진동 전자장을 일으켜 코팅 두께를 직접 측정합니다. 이 두께 측정은 비파괴적이고 매우 정확하지만 금속 뒤판 또는 코팅 아래의 금속, 시험 샘플의 개방 접점 영역에 따라 제한될 수 있습니다. 시험 영역 아래에 금속이 없으면 측정하지 않습니다. 프로브가 시험 영역에 편평하게 고정되지 않는 경우 (예: 매우 밀집된 PCB) 수치가 정확하지 않게 됩니다.
초음파 두께 게이지 - 초음파를 이용하여 코팅 두께를 측정하므로 와전류 프로브와 같은 금속 백플레인이 필요하지 않습니다. 음파가 트랜스듀서에서부터 코팅을 통해 보드 표면으로 그 다음에 다시 코팅을 통해 트랜스듀서로 이동하는 시간에 근거하여 두께를 계산합니다. 표면과 잘 접촉하려면 프로필렌 글리콜(propylene glycol) 또는 물과 같은 전도성 매질이 필요합니다. 이것은 코팅에 영향을 주지 않는 한 비파괴 시험으로 보통 간주합니다.

컨포멀 코팅 건조 시간

수지, 경화 방법, 코팅 두께에 따라 컨포멀 코팅이 경화되는데 몇 초에서 수일이 걸릴 수 있습니다. 수지 타입에 따라 여러 타입의 경화 장치가 있습니다.

증발 경화 메커니즘 - 액상 담체가 증발하고 코팅 수지가 남습니다. 이 경화 방법은 일반적으로 수분 경화와 같은 다른 방식과 병용됩니다. PCB는 일반적으로 한 시간 이내에 처리하지만 코팅이 최종 특성과 비슷해지고 완전히 경화될 때까지 수일이 걸리게 됩니다.
수분 경화 - 주로 실리콘과 일부 우레탄 시스템에서 볼 수 있습니다. 코팅 수지는 주위 수분과 반응하여 폴리머 코팅을 형성합니다. 수분 경화는 종종 증발 경화 방식과 병용됩니다. 담체 용제가 증발하면서 수지와 수분이 반응하고 경화가 시작됩니다. PCB는 일반적으로 몇 분에서 한 시간 이내에 처리하지만 코팅이 최종 특성과 비슷해지고 완전히 경화될 때까지 수일이 걸리게 됩니다.
Heat Cure - 열 경화 메커니즘은 UV 경화, 수분 경화 또는 증발 경화에 대한 제2 경화 메커니즘으로서 단일 또는 다성분 시스템과 함께 사용할 수 있습니다. 열을 추가하면 시스템이 중합하거나 시스템의 경화를 가속화하게 됩니다. 이것은 하나의 경화 메커니즘이 필요하거나 예상하는 경화 특성을 얻는데 불충분할 때 도움이 됩니다.
UV 경화 - 자외선으로 경화되는 코팅은 매우 빠른 생산 처리량에 도움이 됩니다. 이것은 담체 용제가 없는 100% 고체 시스템입니다. UV 경화는 line‐of‐site이므로 구성요소 아래와 그늘진 영역 내에 제2 경화 메커니즘이 필요합니다. UV에 노출될 때 경화 시간이 거의 순간적이지만 그늘진 영역에서 완전히 경화하는데 몇 일이 걸릴 수 있습니다.

How Do You Remove Conformal Coating?

손상된 구성품 또는 기타 재작업 타입을 교체하려면 PCB에서 컨코멀 코팅을 제거해야 할 수 있습니다. IPC이 언급한 기본 방법은 다음과 같습니다.

용제 제거 - 대부분의 컨포멀 코팅을 용제로 분해할 수 있지만 특정 용제가 부품 또는 구성품을 손상하지 않아야 합니다. 용제로 가장 신속하고 쉽게 제거할 수 있는 코팅은 아크릴입니다. 실리콘 및 우레탄 코팅은 담그기 시간이 더 걸리고 브러시를 사용해야 코팅을 완전히 제거할 수 있습니다. 켐트로닉스의 Electro-Wash Two Step은 가열되면 아크릴, 실리콘 및 우레탄 코팅을 빠르게 제거합니다. 보다 정확성이 요구되는 프로젝트의 경우, CircuitWorks 컨포멀 코팅 리무버 펜으로 작은 코팅 부위를 녹일 수 있습니다.
Peeling - 일부 컨포멀 코팅은 회로판에서 벗겨낼 수 있습니다. 이것은 주로 일부 실리콘 컨포멀 코팅과 일부 신축성 컨포멀 코팅의 특성입니다.
Thermal/Burn-through - 일반적인 코팅 제거 기법은 보드를 재작업하는 동안 납땜 인두로 간단히 태우는 방식입니다. 이 방법은 대부분의 형태의 컨포멀 코팅에 효과가 좋습니다.
Microblasting - Micro blasting은 코팅을 닳게 하기 위해 부드러운 연마제와 압축 공기를 집중적으로 사용하여 컨포멀 코팅을 제거하는 방식입니다. 이 과정을 통해 작은 컨포멀 코팅 부위를 제거할 수 있습니다. 파릴렌(parylene) 및 에폭시 코팅을 제거하는 경우에 가장 일반적으로 쓰입니다.
그라인딩/스크래핑 - 이 방법에서는 회로판을 연마하여 컨포멀 코팅을 제거합니다. 이 방법은 파릴렌, 에폭시 및 폴리우레탄과 같은 더 단단한 컨포멀 코팅에 더 효과적입니다. 심각한 손상이 발생할 수 있기 때문에 마지막으로 쓰는 방법입니다.

컨포멀 코팅의 산업 인증 타입

인증은 컨포멀 코팅과 일반 용도의 니스와 셀락(shellacs)과 구분하는데 쓰입니다. 수 십 가지 사용자 및 산업 사양이 존재하지만 두 가지 주요 인증서가 가장 일반적으로 참고되고 있습니다.

IPC-CC-830B / MIL-I-46058C

이 표준은 1998년에 폐기된 군사 표준 MIL-I-46058C에서 유래되었습니다. 민간인 버전 IPC-CC-830B과 거의 동일합니다. 즉, IPC 사양에 부합한 보드인 경우 MIL 사양도 부합해야 합니다. IPC-CC-830B는 외관, 절연 저항, UV 형광성, 곰팡이 저항성, 신축성, 인화성, 수분 및 절연 저항성, 열 충격, 가수분해 안정성을 포함하는 시험입니다. 모든 켐트로닉스 Konform 코팅은 IPC-CC-830B 인증 제품입니다.

UL746E

UL 인증기관(Underwriters Laboratories)은 전세계적으로 믿을만한 인증 기관으로 UL 인증은 소비자 제품에 일반적으로 필요합니다. UL746E 시험은 전기 및 인화성 안전성에 대한 시험입니다. 전기 안전성의 경우, IPC-CC-830B와 유사한 여러 시험이 있지만, 코팅 특성 결함을 연속 측정하기 위한 순환 전류 부파(cycling current load)를 포함합니다. 인화성 시험에서는 IPC-CC-830B,과 같은 UL94 표준을 적용하는데 이 표준은 경화된 코팅을 개방 화염에 노출시켜 화염의 지속성을 관찰하는 작업과 관련이 있습니다.

일단 코팅이 UL746E를 통과하면 UL 등록이 되고 등록 번호가 할당됩니다. UL746E 표준 인증 및 등록 제품은 UL 심볼 (역방향의 “UR”과 비슷한 모양)을 포함할 수 있습니다. 등록을 유지하기 위해 매년 코팅을 등록해야 합니다.

Konform AR 아크릴 컨포멀 코팅과 Konform SR 실리콘 코팅은 둘 다 UL746E 인증되고 등록된 제품입니다.

가장 일반적인 컨포멀 코팅 결함

다음은 가장 일반적인 컨포멀 결함입니다 (photos courtesy of NPL):

Dewetting - 코팅에 맞지 않은 기판 상의 오염으로 인해 발생 (예: 플럭스 잔여물, 공정 오일, 주형 이형제(mold release), 손가락 지문). 기름기가 있는 물에 세제를 한 방울 떨어트리면 기름이 한 방울에 의해 즉시 없어지는 원리를 생각하시면 됩니다. 코팅을 도포하기 전에 기판을 깨끗이 세척하면 이 문제가 보통 해결됩니다.
Delamination - 코팅 영역이 기판에 대한 접착력이 떨어지면 표면에서 들릴 수 있습니다. dewetting과 유사하게 오염된 표면 떄문에 종종 발생합니다. 잘 세척하면 이 문제를 처리할 수 있습니다. 또 다른 원인은 코팅 중간의 불충분한 고정 시간입니다. 즉, 다음 코팅을 하기 전에 적절한 시간을 두지 않은 것입니다.
기포 - 스프레이 시스템을 만들거나 혼합하면서 공기가 코팅으로 유입될 수 있습니다. 또한 코팅 중간에 고정 시간이 충분하지 않으면 브러시를 사용하면서 기포가 코팅에 생길 수 있습니다.
더 많은 기포와 기공 - 대부분의 기포는 코팅 층을 통해 증발되는 갇힌 용제에 의해 발생합니다. 코팅 층이 너무 두껍거나 너무 빨리 코팅이 (열) 경화되는 경우 코팅 표면이 덧발라지는 동안 용제가 여전히 밑에서 증발하고 있으면서 상부 층에 기포가 생깁니다.
Fisheyes - 분무하는 동안 또는 직후에 일반적으로 중앙에 “큰 구멍”이 특징인 작은 둥근 영역. 이것은 분무 에어 시스템에 오일 또는 물이 들어가면서 발생할 수 있으며, 숍 에어(shop air)를 사용할 경우 일반적으로 나타납니다. 분무기에 기름이나 수분이 들어가지 않게 정비가 잘 된 여과 시스템을 사용합니다.
오렌지 껍질 - 이 모양은 균일하지 않고 얼룩덜룩해 보입니다. 분무 시스템을 사용할 때 공기 압력이 너무 낮으면 불균일하게 분사되어 오렌지 껍질과 비슷한 질감이 나타납니다. 점성을 낮추기 위해 분무 시스템에 희석제를 사용하는 경우 코팅이 너무 빨리 증발하여 고르게 되는 시간이 부족해질 수 있습니다. 또 다른 원인은 너무 많이 젖은 코팅을 도포하는 것입니다. 분무 파라미터로 이동하여 리셋하고 이에 따라 분무 기법을 조정합니다.
Cracking/crazing - 긴 균열 또는 더 작은 균열 (잔금)이 있는 영역. 일반적으로 과잉 막 두께 또는 덧칠 중간의 불충분한 시간 때문에 발생합니다. 열 가속화 방식으로 경화시키면 젖은 막이 과도하게 고온에 노출되어 균열과 잔금이 발생할 수 있습니다. 단계적 증발 속도가 바람직하므로 오랜 시간 더 낮은 온도가 필요할 수 있습니다. 일부 코팅은 온도 증가 시간이 이어지는 짧은 시간 동안 저온이 필요한 경우 2단계 가속 경화를 권장합니다. 이렇게 하면 더 많은 휘발성 용제가 천천히 증발한 후 남은 용제가 더 높은 온도에서 연소될 수 있습니다.