SMD(Solder Mask Defined) 및 NSMD (Non-Solder Mask Defined)는 인쇄 회로 기판(PCB)에서 구리(copper) 패드가 노출되는 방식을 의미합니다. 과거에는 주목받지 못했던 PCB 패드 설계의 이 사소한 세부 사항에 불과했지만, 최근 들어 전자 부품이 축소되고, 솔더 조인트(solder joint)도 작아짐에 따라 중요성이 커지고 있습니다.
1. SMD와 NSMD란?
반도체 소자를 올리는 패드와 트레이스(전자 부품을 연결하는 인쇄 회로 기판의 전도성 경로)는 주로 copper foil을 사용하여 만들어집니다. PCB를 설계할 때 모든 구리 포일을 노출시키지 않고 연결되거나 솔더링 되어야 하는 패드만 노출시키고, 노출이 되지 않아야 하는 나머지 부분은 solder mask로 copper foil을 덮습니다.따라서 솔더마스크 인쇄의 정밀도와 능력이 특히 작은 솔더 패드의 경우 매우 중요합니다.
SMD
SMD (Solder-Mask Defined)는 구리 포일의 더 넓은 영역을 솔더마스크로 덮고 솔더마스크가 덮지 않는 곳이 패드가 되는 방식입니다. 이 솔더 패드의 크기는 psr이 어느정도 덮여있는지에 따라 달라지므로 이를 Solder-Mask Defined 라고 합니다.
NSMD
NSMD (Non-Solder Mask Defined)는 구리 포일이 솔더마스크 opening보다 작게 설계되는 방식을 말합니다. 이 설계에서 패드의 사이즈는 이미 정해져있고, 솔더 마스크에 의해서 결정되지 않습니다. 패드의 엣지와 솔더마스크 사이의 갭(clearance)가 생성되는데 일반적으로 패드의 크기는 볼의 직경보다 20% 작습니다. 이를 Copper Defined Pad Design, 또는 Non-Solder Mask Defined라 말합니다.
2. SMD와 NSMD의 장단점
SMD의 장점
SMD 솔더 패드 모양은 규칙적이며 트레이스 라우팅에 영향을 받지 않으므로 작은 부품 패드에 적합합니다. SMD 패드의 실제 구리 호일의 크기가 NSMD에 비해서 상대적으로 크고, 패드 일부가 솔더마스크로 덮여 있어, 솔더 패드와 FR-4 기판 사이의 결합력이 강합니다. 그러다보니 재작업 중 찢어지거나 떨어질 가능성이 적습니다.
SMD의 단점
SMD는 솔더 마스크가 솔더 패드를 덮기 때문에 스텐실 두께가 NSMD보다 솔더마스크 두께만큼 더 두꺼워져 솔더량이 증가하고 제조 과정에서 short가 발생할 가능성이 높아집니다. 솔더마스크로 덮다 보니 copper 표면적이 줄어들고 인접한 솔더 패드 사이의 clearance에도 영향을 미쳐 pcb 레이아웃을 더 어렵게 만듭니다. 또한 SMD 솔더 패드의 강도는 상대적으로 약합니다. SMD 패드의 크기가 작아져 솔더 가능한 표면적이 줄어들고, SMD 패드 주변 솔더마스크로 인해 리플로우 공정 중 열팽창 및 수축이 발생하여 솔더와 솔더마스크 사이 경계에서 영향을 줄 수 있기 때문입니다.
NSMD의 장점
NSMD 솔더 패드는 독립적인 구리 호일로 구성되어 있어 솔더링 중 구리 포일의 상단뿐만 아니라 주위의 수직면도 솔더가 젖을 수 있습니다. 결과적으로 NSMD 패드는 상대적으로 큰 솔더 가능 면적을 가지며 솔더 결합 강도가 더 우수합니다. SMD와 비교했을 때, 솔더 패드 간의 간격이 더 넓어 trace폭이 더 넓어지고 스루홀 사용에 더 유연성이 있어 PCB 레이아웃이 더 쉬워집니다.
NSMD의 단점
NSMD 솔더 패드의 모양은 트레이스 라우팅에 영향을 받아 동일한 칩에서 패드 크기가 다양해질 수 있습니다. "톰스톤" 현상(양쪽 납땜 중 한쪽이 약해 떨어지면서 칩이 묘비처럼 올라가는 현상) 이 관찰될 수 있습니다. 그러다 보니, 플렉스 보드와 0402보다 작은 소형 장치에는 SMD 패드 설계를 사용하는 것이 권장되며, 큰 구성 요소에는 NSMD를 사용하는 것이 좋습니다. BGA의 경우 기능 핀에는 SMD 설계를, 고정 핀에는 NSMD 설계를 사용하는 혼합 접근 방식을 사용할 수 있습니다. NSMD는 수리나 재작업 중에 떨어질 가능성이 상대적으로 높으며, 플럭스 잔류물과 솔더볼이 솔더마스크로 덮이지 않은 영역에 쉽게 축적될 수 있다는 단점도 갖고 있습니다.