흡습 package를 더 뜨겁게 오래 구우면 항상 안전할까

흡습한 package를 bake하면 내부 수분을 줄일 수 있다. 그렇다면 온도를 높이고 시간을 늘리면 언제나 더 안전할까. Package Baking에는 수분 제거뿐 아니라 carrier의 내열성, 접합부의 solderability와 재료·구조의 제약이 함께 들어간다. 충분히 말리는 목표와 무조건 많이 가열하는 선택은 같지 않다.

수분은 package 내부에서 표면으로 이동한 뒤 외부로 빠져나가야 한다. 같은 재료와 온도라도 이동 경로가 길면 필요한 시간이 달라진다. 표면이 건조해 보인다고 내부까지 같은 수분 상태가 된 것은 아니다. 내부 plane이나 stacked die가 확산 경로를 막는 구조도 있으므로 외형 두께 한 숫자로 모든 package를 대표하기 어렵다.

TI handling 지침 7절은 drying 조건이 package 두께, MSL과 온도에 따라 달라진다고 설명한다. 표의 주석도 내부 plane·stacked die가 수분 확산을 막으면 실제 시간이 더 길어질 수 있다고 다룬다. 따라서 표에서 비슷한 두께의 한 줄만 골라 모든 device에 적용하는 것은 충분한 검토가 아니다.

두께 효과만 보는 가상 확산 스케일을 계산해 보자. 같은 재료의 평판에서 양쪽 표면으로 수분이 빠져나가고, 중심에서 가장 가까운 표면까지의 거리를 L이라고 둔다. 고정된 확산계수 D에서 대표 시간의 크기는 L²/D에 비례한다. 이 값은 특정 건조 기준에 도달하는 실제 bake 시간과 같지 않다. 초기 수분 분포, 경계 조건과 목표 수분 함량에 따른 계수도 필요하다.

가상으로 D를 10⁻¹² m²/s로 고정하자. 판 두께 0.5 mm이면 중심의 이동 거리 L은 0.25 mm이므로 시간 스케일은 약 17.4시간이다. 두께가 1 mm이면 L은 0.5 mm, 시간 스케일은 약 69.4시간으로 네 배다. 두께가 두 배인데 시간도 두 배라는 직관은 이 단순 확산 모델에서는 맞지 않는다. 이 D는 예제용 값이며 실제 molding compound의 측정치가 아니다.

온도가 올라 D가 세 배가 된다고 별도로 가정하면 두 시간 스케일은 각각 약 5.8시간과 23.1시간으로 줄어든다. 실제 온도 변화에 따른 D는 재료별로 알아야 하고, 이 계산으로 몇 도에서 몇 시간 bake하라는 recipe를 얻을 수 없다. 더 빠른 수분 이동을 얻는 조건이 다른 재료에도 허용되는지도 따로 확인해야 한다.

대표적인 제약이 포장재다. TI handling 지침은 일반 tape·reel·tube와 고온용 tray를 구분한다. 부품이 고온을 견딜 수 있다는 이유만으로 그 부품을 담은 carrier도 같은 온도를 견딘다고 가정해서는 안 된다. carrier 변형은 이후 placement와 coplanarity 문제로 이어질 수 있다. 온도를 바꿀 때는 부품과 carrier의 조건을 함께 확인해야 한다.

반복 bake도 무한한 여유가 아니다. TI moisture cracking 지침 7.4절은 고온 bake를 반복하면 intermetallic 형성과 solderability 저하가 생길 수 있다고 설명한다. 그 문서의 과거 제품군용 반복 횟수를 현재의 모든 부품에 적용하지 않는다. 실제로 허용되는 온도·시간·누적 이력은 해당 device와 조립 재료에 맞춰 확인해야 한다.

완료 뒤의 취급도 중요하다. bake가 끝난 부품을 다시 실내에 오래 두면 수분 노출 이력이 이어진다. 건조 완료 시점, 이후 보관 조건, reflow까지의 시간을 기록해야 작업의 효과가 유지되는지 판단할 수 있다. drying 완료를 표시하는 것과 모든 이후 노출을 지우는 것은 다르다.

Package Baking의 판단은 더 뜨겁게, 더 오래라는 한 방향으로 정리되지 않는다. 내부까지 필요한 수분 상태를 만들고 그 과정에서 package와 carrier, solderability의 허용 조건을 지키는 것이 목표다. 두께와 구조로 수분 이동의 경로를 읽은 뒤, 실제 device의 조건과 누적 가열 이력으로 recipe를 선택해야 한다.