기판 코팅이란? 회로·기판 방수·방습 코팅의 종류와 방법

전자회로 기판과 인쇄회로기판의 품질을 유지하는 데 있어 방습 코팅은 중요한 공정 중 하나입니다.
방습 코팅제에는 다양한 제품이 있고, 도포 방법도 매우 다양하기 때문에 어떤 제품을 선택해야 할지 고민하시는 분들이 많을 것입니다.
더욱 고성능의 방습 코팅제를 찾고 계신다면 '불소 코팅제' 사용을 권장합니다. 기존 코팅제와 비교해도 불소 코팅제는 많은 강점을 가지고 있기 때문입니다.
이번에는 전자기기 부품의 방습 코팅으로 "불소 코팅제"가 적합한 이유를 비롯해, 코팅 방법·코팅제 선택 방법까지 자세히 소개하겠습니다.

전자기기의 회로나 기판에 방수·방습 코팅을 시행할 경우, 다음과 같은 문제를 방지할 수 있습니다.
·이물질 부착
·화학적 부식
·누전이나 단락
·물리적 마모나 손상
반대로 방수·방습 코팅이 없으면 이러한 문제가 발생하기 쉬워져 전자기기의 동작 불량이나 안정성 저하로 이어집니다. 전자기기의 회로·기판에 대한 방수·방습 코팅은 필수라고 할 수 있습니다.

인쇄배선판 상에 염소계나 브롬계 이온이 존재할 경우, 공기 중의 수분에 의해 이온 마이그레이션이라는 현상이 발생합니다. 이온 마이그레이션은 도체로 사용되는 구리 이온이 석출되어 이동한 후, 전자와 결합할 때 구리로 되돌아가는 현상으로, 이것이 반복되면 예상치 못한 곳에 구리의 새로운 패턴이 생겨 단락이 일어날 수 있습니다. 절연체인 수지를 코팅함으로써 구리 패턴이나 부품의 리드선을 보호하고, 공기 중의 수분을 차단하여 이 현상이 일어나지 않도록 합니다.

사용 환경에 따라서는 산성 액체나 가스류로 인해 회로·기판 부품이 부식되는 경우가 있습니다. 방수·방습 코팅이 있으면 회로를 보호하고 장기적인 안정성을 확보할 수 있습니다.

전자기기가 실외에서 사용될 경우, 빗물 침입이나 결로 등으로 인해
불소 코팅제는 기존 방습 코팅제에 비해 상대적으로 고가입니다. 하지만 전자부품의 핵심인 회로와 기판을 더욱 강력하게 보호할 수 있다는 점에서 도포할 가치가 충분한 코팅제라고 할 수 있습니다.
또한 상온에서 단시간에 건조시킬 수 있고, 비인화성이므로 방폭설비나 소방법 및 산업안전보건법에서 규정하는 법적 관리도 불필요합니다. 전체적으로 보면 비용 대비 이점이 나타나는 경우가 많습니다.

전자기기 회로·기판의 방습 코팅제로 우레탄 수지나 아크릴 수지 코팅제가 자주 사용되지만, 불소 코팅제는 다음과 같은 특이성이 있어 불소 코팅이 아니면 보호 기능을 발휘할 수 없는 경우가 많습니다.

다른 수지에 비해 약 4배 정도의 방습성을 발휘하므로, 높은 방수성이 요구되는 용도에는 불소 수지 코팅이 필요합니다.

불소 수지의 특성으로 내산성이 높아 기판 회로를 강력하게 보호할 수 있습니다. 특히 리튬 배터리의 전해액에 대해서는 다른 수지로는 발휘할 수 없는 보호성을 얻을 수 있습니다.

컨포멀 코팅제의 재료별 종류와 비교(아크릴·우레탄·실리콘·에폭시·불소)는 아래 페이지에서 해설합니다. 컨포멀 코팅의 종류와 선택 가이드

그럼 불소 코팅제를 사용하여 방습 처리를 수행할 때 어떻게 시공하는지, 대표적인 코팅 방법을 소개하겠습니다.
도포 전 공정으로, 대상물의 도포 부위 표면은 유지나 물방울·오염·먼지 등을 충분히 제거한 후 작업해주십시오. 전처리가 불충분하면 코팅막의 밀착성이 손상될 수 있습니다.
또한 단자나 연결 커넥터 등 코팅이 부착되면 문제가 생기는 부분에는 마스킹을 해야 합니다.

불소 코팅제를 사용한 방습 처리는, 도포 방법에 관계없이 다음 5단계로 진행합니다.

1. 전처리: 도포면의 유분·수분·오염·먼지를 제거하고 충분히 건조시킵니다.
2. 마스킹: 단자나 커넥터 등 코팅제가 부착되면 안 되는 부분을 보호합니다.
3. 도포: 스프레이·붓·디핑·디스펜서 중에서 대상물의 형상과 생산 수량에 맞는 방법을 선택해 도포합니다. 각 방법의 특징은 아래에서 해설합니다.
4. 건조·경화: 상온 또는 가열로 피막을 건조시킵니다. 필요한 막 두께가 될 때까지 도포와 건조를 반복합니다.
5. 검사: 도포 얼룩·핀홀·막 두께를 확인합니다.

전처리가 불충분하면 피막의 밀착성이 떨어지므로, 특히 1의 전처리와 4의 건조 조건은 작업 표준으로 관리하시기 바랍니다.

스프레이 도포
소량 다품종에 유연하게 대응할 수 있는 것이 일반 도장용 스프레이 건을 이용한 분사 도포입니다.
가장 중요한 것은 건의 선택입니다. 소형부터 대형까지 다양한 크기의 스프레이 건이 시판되고 있습니다. 대상 기판의 크기에 맞춰 선택해 주십시오. 대형은 넓은 면적에는 적합하지만, 비산량이 많아 코팅제 낭비가 발생하기 쉽습니다. 최소 크기로는 모형용 에어브러시도 사용 가능합니다.
도포 시에는 일반적으로 기판에서 약 10~30cm 정도 떨어뜨려 전체에 고르게 뿌리도록 합니다. 가능한 저압으로 분사하는 것이 비산이 적어 경제적입니다.
더 높은 성능을 위해 후막 도장을 하거나 핀홀 대책이 필요한 경우, 한 번에 많은 양을 뿌리는 것이 아니라 얇게 도포한 후 건조시키는 과정을 반복하여 여러 번 도포함으로써 발포나 얼룩 없이 마무리할 수 있습니다.
코팅이 불필요한 부분의 마스킹이나 코팅제 비산에 의한 손실에 주의가 필요합니다. 또한 스프레이 도포는 여러 번 분사해도 피막 두께를 내기 어렵다는 단점도 있습니다.

수동 도포
붓이나 브러시 등을 사용한 코팅 방법은 설비가 불필요하고 소량 다품종 생산에 적합합니다.
세밀한 부분까지 도포가 가능하고, 필요한 부분에만 코팅제를 바를 수 있습니다. 비산이 없어 마스킹 공정이 불필요한 경우도 많고, 코팅제 손실도 최소화할 수 있습니다.
그러나 모두 수작업으로 진행하기 때문에 인건비나 시간 비용이 들고, 수동 도포에 익숙하지 않으면 코팅에 얼룩이 발생할 가능성도 있습니다. 또한 작업자에 따라 도포 품질에 편차가 생기기 쉬운 것도 단점입니다.

디핑
디핑(침지)은 용기에 담긴 액체에 기판을 직접 담그는 방법입니다. 복잡한 형상에도 대응할 수 있고, 구석구석까지 코팅이 가능합니다. 접점 부분이나 커넥터 등 비코팅 부분에는 완벽한 마스킹이 필요합니다.
막 두께는 침지 후 워크 인출 속도로 조절할 수 있습니다. 일정한 속도로 인출하면 비교적 균일한 표면으로 마무리되지만, 최하단부에 액체가 고일 수 있습니다.
액제의 수지 농도가 시간에 따라 변화하므로 정기적인 농도 관리가 필요합니다.
일련의 동작을 자동으로 수행하는 디핑 장치도 있어 대량 생산이나 균일한 막 두께 조절이 필요한 경우에 이용됩니다.

디스펜서, 스프레이 도포기
인쇄회로기판에 불소 코팅을 수행하는 방법으로는 이 방법이 주류입니다.
XY 좌표로 움직이는 로봇과 디스펜서의 조합으로, 미리 입력된 인쇄회로기판상의 좌표축 포인트에 자동 도포합니다.
인쇄회로기판상의 필요한 부분에 정확하게 코팅할 수 있습니다. 코팅액량과 막 두께가 균일하고, 코팅제 비산이나 도포 얼룩이 없는 도포가 가능합니다. 넓은 범위부터 세밀한 부분까지 유연하게 대응할 수 있고, 마스킹도 불필요하며, 재료 손실 걱정도 없습니다.
디스펜서 유닛 대신 스프레이 유닛을 장착하면 넓은 면적 도포도 가능합니다. 도포 조건을 세밀하게 설정하여 낭비 없이 도포할 수 있습니다.

불소 코팅제에 사용되는 불연성 용제는 인화성이 없고 저독·저취이지만, 도포 시 직접 용제 증기를 흡입하지 않도록 국소 배기 등 충분한 환기가 가능한 장소에서 취급하고, 고무장갑·보호마스크·보호안경 등의 보호구를 착용하여 작업해야 합니다.
이는 모든 도포·건조 공정에서 충분히 고려해야 합니다.

방습 코팅의 성능과 작업성은 막 두께 관리에 크게 좌우됩니다.

일반적인 방습 코팅제(컨포멀 코팅제)의 표준 막 두께는 아크릴계·우레탄계·에폭시계가 25〜75μm, 실리콘계가 50〜200μm입니다. 불소계 코팅제는 0.1〜10μm의 박막으로 방습 성능을 발휘하며, 플로로서프는 1μm 이하의 막 두께로도 시공할 수 있습니다.

막이 너무 두꺼우면 부품의 클리어런스나 커넥터 끼워맞춤에 영향을 주고, 방열을 방해하며, 건조 시간도 길어집니다. 반대로 너무 얇으면 핀홀이나 도포 누락으로 방습 성능이 떨어질 수 있습니다.

막 두께를 안정시키는 포인트는 다음과 같습니다.

・스프레이 도포: 한 번에 두껍게 도포하지 말고, 얇은 도포와 건조를 반복하여 목표 두께에 맞춥니다.
・디핑: 워크의 인출 속도를 일정하게 유지하고, 액제의 수지 농도를 정기적으로 관리합니다.
・디스펜서: 토출량과 이동 속도 설정으로 막 두께를 균일하게 유지합니다.

방습 코팅제를 선택할 때는 건조성도 고려해야 합니다.
아크릴계나 우레탄계 코팅제 등 건조시간이 긴 타입은 작업시간이 길어질 뿐만 아니라 건조 공간을 확보해야 합니다.
불소 코팅제는 점도가 낮고 상온에서도 확실히 건조됩니다. 건조 속도도 15분 정도로 빨라 작업시간을 대폭 단축할 수 있고, 덧칠 공정을 고려해도 충분히 효율적이라고 할 수 있습니다.
이처럼 작업 효율·손실도 고려하여 코팅제를 선택합시다.

코팅제의 경화·건조 방식은 크게 용제 휘발형(상온 건조)·가열 경화형·습기 경화형·2액 혼합형·UV 경화형으로 나뉩니다. 가열이나 UV 조사가 필요한 타입은 전용 설비와 경화 시간을 확보해야 하고, 열에 약한 부품에는 적용이 제한될 수 있습니다.

불소 코팅제는 상온의 용제 휘발만으로 건조가 완료되므로, 설비 투자 없이 짧은 작업 사이클로 양산 라인에 적용할 수 있습니다.

방습 코팅제는 다양한 제품이 있고, 전자기기의 회로·기판에 사용할 때는 품질면을 특히 중시하여 선택해야 합니다.
방습 코팅제를 선택할 때의 포인트는 성능이 우선이지만, 사용 편의성도 중요합니다. 또한 비용 절감도 중요하므로 전체적으로 어떤 코팅제를 사용할지 잘 검토할 필요가 있습니다. 자사 제품에 맞지 않는 코팅제나 효과가 없는 코팅제를 사용하면 예산 낭비가 될 수 있습니다.
자사 제품에 필요한 특성과 실제 도포 공정을 잘 고려하여 사용할 방습 코팅제를 선택해 주십시오.