작은 package 아래를 씻으면 깨끗해졌는지 확인하기 어려운 이유

세척 뒤 PCB 표면은 깨끗한데 낮은 package 아래에는 잔류물이 남을 수 있다. 액체가 그 공간에 한 번 들어갔다고 잔류물을 밖으로 운반했고, 마지막에 완전히 말렸다는 뜻은 아니다. Underbody Cleaning은 접근, 용해와 운반, 배출, 건조를 연속된 과정으로 확인해야 하는 문제다.

package 아래에는 solder joint와 중앙 pad, 좁은 gap이 만든 복잡한 통로가 있다. 세척액은 젖을 수 있는 입구로 들어가지만 내부의 막힌 영역과 긴 우회 경로까지 같은 속도로 씻지는 못한다. 녹은 오염물이 밖으로 이동하려면 농도 차이나 실제 흐름이 필요하다. 외부 표면에 강한 spray가 닿는 조건과 package 아래의 실제 교환 조건은 다를 수 있다.

TI Flip Chip BGA 지침 4.5절은 작은 package-to-board gap에서 flux가 갇히고 cleaning이 어려워질 수 있다고 설명한다. 고려할 항목도 ball 사이 간격, gap, 잔류물과 flux 종류, soldering process로 나눈다. 단순히 세척 장비가 정상 동작했다는 기록보다 실제 구조가 씻겼는지의 확인이 필요한 이유다.

높이의 영향만 떼어 보는 가상 통로를 계산해 보자. 폭 w와 길이 L이 일정한 평행판 사이로 Newtonian 세척액이 흐르고, 입구와 출구 압력 차이도 같다고 가정한다. laminar 완전 발달 흐름에서 체적 유량은 Q = w h³ ΔP / (12 μ L)이다. h는 gap 높이, μ는 점도다. 실제 ball 배열과 중앙 접합의 장애물을 이 식으로 전부 대표하지는 않는다.

gap을 100 μm에서 50 μm로 줄이면 같은 압력 차이에서 유량은 8분의 1이 된다. 내부 액체 체적 w h L은 절반이므로, 단순한 한 번의 체적 교환 시간 V/Q는 네 배가 된다. 좁은 곳은 씻을 체적이 작으니 더 빨리 끝난다는 직관이 이 가정에서는 맞지 않는다. 이 비는 잔류물을 완전히 제거하는 실제 시간이나 필요한 spray 압력을 예측한 것이 아니다.

모세관으로 빨려 들어가는 효과는 위의 고정 압력 흐름과 구분해야 한다. 좁은 gap이 특정 젖음 조건에서 액체를 끌어들일 수 있어도, 계속 교환될 출구가 없으면 내부 액체가 신선한 세척액으로 바뀌는 흐름은 제한된다. 한쪽이 막힌 주머니에 액체가 들어가고 오염물이 녹았다는 사실만으로 제거가 끝나지 않는다. 녹은 오염물과 세척액이 다시 나올 경로가 필요하다.

건조는 또 다른 단계다. 열린 통로에서는 액체 배출과 증발이 함께 진행되지만, 내부에 고립된 액체는 주변 조건이 건조하다고 즉시 사라지지 않는다. 세척액과 재료의 적합성, 헹굼이 남긴 성분, 낮은 gap의 실제 잔류 상태를 확인해야 한다. 특정 용매나 온도·시간이 모든 package를 안전하게 건조한다는 처방을 이 기하 모델에서 얻을 수는 없다.

검사 위치도 중요하다. TI WiLink BGA 지침 6.3절은 board 전체의 평균 오염 측정이 component 아래의 완전한 flux 제거를 직접 보여 주지 않는다고 설명한다. 실제 안쪽 영역을 대상으로 평가해야 한다. 외부가 깨끗하고 평균값이 낮아도 작은 민감 영역에 잔류물이 집중되어 있을 수 있다.

세척이 필요한 flux라면 늦게 처리하는 것도 별도의 문제가 된다. TI handling 지침 11절은 잔류물이 굳고 다른 오염물을 붙잡으면 제거가 더 어려워질 수 있다고 설명한다. 따라서 재료에 맞는 세척 시점과 조건, 실제 underbody의 확인 방법을 공정에 함께 넣어야 한다.

Underbody Cleaning의 완료 기준은 세척액이 들어갔다는 사실이 아니다. 필요한 곳에 접근하고, 오염물을 운반해 내보내고, 남은 액체와 성분을 처리했다는 증거다. 낮은 gap을 갖는 package라면 공정 개발 때부터 그 내부를 검사할 방법을 정해 두는 것이, 나중에 외관만 보고 품질을 추정하는 것보다 판단을 정확하게 만든다.