유체 역학적 한계 극복을 통한 ‘Sharp Edge Coverage’기술 심층 분석
더불어 낮은 수분 투과율, 우수한 열 충격 저항성 겸비한 최적의 솔루션
전자기기의 경량화는 부품의 소형화를 불러오고 있다. 작은 부품이 널리 사용됨에 따라 컨포멀 코팅 공정이 까다로워지고 있다. 최근 생산현장에서는 부품 리드나 커패시터 모서리와 같은 가장 장리에 대한 코팅 두께 확보에 집중하고 있다. 이러한 요구에 부응하기 위해 휴미실은 SEC(Sharp Edge Coverage) 기술을 선보였다. SEC 기술은 컨포멀 코팅 산업의 오랜 난제였던 ‘제품 코너 부분 코팅 박리’문제를 소재의 물성 특성 제어를 통해 근본적으로 해결했다. 특히 ‘1B59SEC’는 탁월한 모서리 및 코너부분의 커버력과 더불어 낮은 수분 투과율, 우수한 열충격 저항성을 겸비하여 최적의 솔루션을 제공한다.
전자 산업의 고밀도화와 신뢰성 과제
현대 전자 산업은 경량화 및 고성능화를 목표로 급격히 발전하고 있다. 이에 따라 PCB 어셈블리는 초소형 부품의 적용이 일반화되었으며, 도체 간격(Pitch)은 한계까지 좁아지고 있다. 이러한 고밀도 집적화는 전자기기의 성능을 비약적으로 향상시켰으나, 동시에 습기 / 부식 / 이온 오염 등 환경적 스트레스 요인에 대한 구조적 취약성을 증가시켰다. 이러한 변화로 인해 기존 컨포멀 코팅 공정은 평면 보호에는 탁월하나, 부품의 리드(Lead)나 커패시터 모서리와 같은 ‘날카로운 가장자리(Sharp Edge)’에서 물리적 한계로 인해 코팅 두께를 확보하지 못하는 난제에 직면해 있다.
본 자료에서는 이러한 문제들의 현상의 원인을 유체 역학적 관점에서 분석하고, 이를 근본적으로 해결하기 위해 휴미실이 개발한 SEC(Sharp Edge Coverage) 기술의 원리와 검증 데이터를 제시한다.
Edge(모서리)부 노출 현상과 유체 역학적 한계
전통적인 용제형 코팅제(아크릴, 우레탄)는 도포 후 경화되기 전까지 액체 상태로 존재한다. 이 과정에서 표면 장력(Surface Tension)과 중력(Gravity)의 상호작용으로 인해, 코팅액이 표면 에너지가 높은 부품의 날카로운 모서리에서 밀려나거나 아래로 흘러내리는 현상이 발생한다. 이러한 현상을 유발하여, 평평한 표면에는 수십 마이크론의 두께가 형성되지만, 정작 보호가 가장 시급한 모서리 부분은 코팅 두께가 5μm 미만으로 얇아지거나 심지어는 금속이 완전히 노출되는 결과를 초래한다.
이 같은 미세한 노출 부위는 습기나 부식으로 인한 가스의 침투 경로가 되어 전체 PCB의 절연 성능을 무력화시키는 치명적인 약점(Weak Point)으로 작용한다.
고장 메커니즘 심층 분석, 복합 오염과 부식
최근 환경 규제로 인해 ‘무세척(No-Clean)’플럭스 사용이 일반화되었다. 그러나 이 플럭스의 활성 잔여물이 얇게 코팅된(Thin Edge) 영역에 잔존할 경우, 외부에서 침투한 미세한 수분과 반응하여 다음과 같은 전도성 전해질(Electrolyte)을 형성한다.
형성된 전해질 하에서 전압(예: 24V)이 인가되면 금속 이온이 이동하여 수지상 결정인 덴드라이트가 성장한다. 이는 인접한 도체 간의 전기적 단락(Short)을 일으켜 시스템의 영구적인 고장을 초래한다.
특히 황(Sulfur) 성분이 많은 산업 현장에서는 노출된 구리나 은 도금 표면에서 황화물 결정이 성장하여 회로를 오염시키고 저항 값을 변화시킨다.
기술적 해결 방안, 휴미실 ‘SEC’기술
휴미실의 SEC(Sharp Edge Coverage) 기술은 코팅액의 화학적 배합을 근본적으로 재설계하여 액체의 흐름성을 제어하는 데 중점을 두었다. 핵심은 반-틱소트로픽(Semi-thixotropic) 성질의 부여에 있다.
스프레이 노즐을 통과하거나 디스펜싱 될 때와 같이 높은 전단력이 가해지는 순간에는 점도가 낮아져 유동성을 가진다. 이는 복잡한 부품 하부(Under-fill)까지 코팅액이 침투할 수 있게 한다.
기판 표면에 안착하여 전단력이 제거되는 즉시 점도가 급격히 상승하여 구조를 형성한다. 이로 인해 수직면이나 날카로운 모서리에서도 코팅액이 흘러내리지 않고(Slump Resistance) 원래의 도포 형태를 유지한다.
기존에는 모서리 피복을 위해 2~3회의 중첩 코팅이 필수적이었으나, SEC 기술은 단 한 번의 도포(Single Pass)만으로 30μm 이상의 균일한 두께를 확보한다.
핵심 제품, ‘휴미실 1B59SEC’
가장 대표적인 SEC 제품인 휴미실 1B59SEC는 합성 고무(Synthetic Rubber)를 베이스로 한 용제형 코팅제이다. 이 제품은 단순한 모서리 보호를 넘어선 탁월한 물성을 제공한다.
1B59SEC는 기존의 아크릴이나 우레탄 코팅제 대비 현저히 낮은 수증기 투과율(MVP)을 자랑한다. 이는 고습 환경이나 결로 조건에서 수분의 침투를 원천적으로 차단한다.
낮은 탄성 계수(Low Modulus)를 가지고 있어, -65°C ~ 150°C의 급격한 온도 변화에도 코팅막이 깨지거나 부품에 기계적 스트레스를 주지 않는다. 자동차 전장 부품에 최적화되어 있다.
IPC-CC-830 및 MIL-I-46058C 규격을 충족하며, 절연파괴전압 5000V 이상의 우수한 성능을 보장한다. 합성 고무 기반의 고성능 솔루션인 휴미실 1B59SEC에 관한 물성은 그림 5에서 보여준다.
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성능 검증 I - 현미경 단면 분석
휴미실 기술팀은 SEC 기술의 우수성을 입증하기 위해 실제 부품 리드의 단면을 현미경으로 정밀 분석하였다. 그림 6에서는 SEC 제품으로 코팅한 부품의 단면을 보여주고 있다.
그림 6의 (a)에서 보는 바와 같이 기존 제품은 리드의 90도 모서리에서 코팅막이 밀려나 두께가 5μm 미만으로 측정되었다. 이는 절연 파괴의 취약점이 되며, 외부 오염 물질의 침투 경로가 된다. 반면에 그림 6의 (b)에서는 신규 제품인 1B59SEC로 코팅한 이미지로, 월등한 코팅 성능을 확인할 수 있다. 가장 날카로운 모서리 정점에서도 30μm 이상의 두께를 균일하게 유지하고 있음이 확인되었다. 이는 전기적 절연 파괴 전압을 안정적으로 확보할 수 있음을 의미한다. 이 결과는 SEC 기술이 표면 장력에 의한 액체의 물러남 현상을 효과적으로 극복하고, 가장 취약한 부위에 완벽한 절연 장벽이 형성되었음을 나타낸다.
성능 검증 II - 소금물 침수 테스트
가장 가혹한 환경을 시뮬레이션하기 위해, 전원(24V DC)이 인가된 작동 중인 PCB를 전도성 소금물 용액에 완전히 침수시키는 실험을 진행하였다. 그림 8에서는 소금물 침수 테스트 결과를 나타내고 있다.
일반 기존 코팅 제품은 침수 즉시 0.6A ~ 1.8A의 높은 누설 전류가 발생하였으며, 전기분해 반응으로 인한 격렬한 기포 발생과 함께 구리 부품이 부식되어 단선되었다. 반면에 신규 1B59SEC 코팅제는 침수 후에도 누설 전류 ‘0.000A’를 기록했다. 전기분해 반응이나 기포 발생이 전혀 관찰되지 않았으며, 이는 SEC 코팅이 완벽한 밀봉(Hermetic-like) 효과를 제공하여 이온의 이동 경로를 완전히 차단했음을 의미한다.
대량 생산을 위한 대안, UV 경화형 SEC 솔루션
합성 고무 기반의 1B59SEC 외에도, 휴미실은 고속 대량 생산 라인을 위한 UV 경화형 SEC 옵션을 제공한다.
100% 고형분(High Solids)은 용제가 없어 경화 시 수축(Shrinkage)이 발생하지 않으므로 도포된 형태 그대로 모서리의 코팅 두께를 유지한다. 이중 경화 시스템(Dual Cure)은 UV 노출로 수 초 내에 경화되어 즉각적인 핸들링이 가능하며, 부품 아래 그림자 영역은 2차 습기 경화로 완벽하게 보호된다.
열 충격 저항성과 재작업 용이성이 최우선이라면 ‘1B59SEC’를, 빠른 사이클 타임과 내화학성이 중요하다면 ‘UV500/550 시리즈’를 권장한다.
공정 적용 및 장비 호환성
UV 경화형 SEC 솔루션은 장비 호환성이 매우 뛰어나다. Asymtek, PVA 등 기존 코팅 장비를 그대로 사용할 수 있다. 추가 설비 투자가 필요 없다.
추천 도포 방식으로는 스프레이(Spray)의 경우, 미립화 압력을 낮게 설정하여 과도한 비산을 막으면서 도포하기를 권장하고, 니들(Needle) 디스펜싱의 경우, 정밀한 몰딩(Dam & Fill) 작업 시 유리하다. SEC 솔루션은 1액형(1K) 제품으로 별도의 주제/경화제 혼합 공정이 불필요하다. 즉, 공정 단순화가 가능하다.
결론 및 제언
휴미실의 SEC 기술은 컨포멀 코팅 산업의 오랜 난제였던 ‘모서리 피복’ 문제를 소재의 유변학적(흐름 및 물성) 특성 제어를 통해 근본적으로 해결했다. 특히 ‘1B59SEC’는 탁월한 모서리 접착력과 더불어 낮은 수분 투과율, 우수한 열 충격 저항성을 겸비하여 최적의 솔루션을 제공한다.
핵심 사항으로는 다음과 같이 요약할 수 있다.
신뢰성 혁신: 부품 리드와 모서리에 대한 일관된 피복을 보장하여 부식, 결로, 누설 전류로 인한 현장 불량률을 획기적으로 낮춘다.
비용 절감: 단 한 번의 도포로 완벽한 보호를 달성하여 이중 코팅 공정을 제거하고 재료비와 생산 시간을 절감한다.
최적의 솔루션: 가혹한 환경(습기, 오염, 열 충격)에 노출되는 자동차 전장(ECU, BMS) 및 산업용 제어 장치에 필수적이다.
문의 : 휴미실(휴미실) 한국 영업 담당팀
담당자 : 정대건 (Chris Jung)
소속 : Chas Corporation
Email: cjung@chasecorp.com
홈페이지 : https://chasecorp.com/휴미실 |
