PCB 솔더 마스크 설계 가이드: SMD·NSMD Pad, Mask Dam, Via Tenting 기준

솔더 마스크 설계는 Gerber 마지막 단계의 색상 선택이 아니라 SMT 수율을 결정하는 제조 조건입니다. 2026년 2월 WellPCB Korea가 검토한 0.4mm pitch BGA 센서 보드는 첫 NPI 120대 중 11대에서 BGA 주변 브리지 또는 QFN wetting 불균형이 나왔습니다. 원인은 부품 자체가 아니라 0.05mm solder mask expansion, 0.07mm 이하로 남은 mask dam, via tenting 누락이 같은 영역에 겹친 것이었습니다.

이 글은 이미 회로와 레이아웃을 끝내고 PCB 제조, SMT assembly, 또는 PCB fabrication and assembly 견적을 준비하는 하드웨어 엔지니어를 위한 실무 가이드입니다. 목표는 모든 패드에 같은 clearance를 넣는 것이 아니라, 부품 pitch, 공정 능력, 검사 기준에 맞춰 SMD와 NSMD, mask dam, via tenting을 구분하는 것입니다.

품질 판단은 도면 주석만으로 끝나지 않습니다. 설계 일반 기준은 IPC계열의 IPC-2221을 참고하고, 조립 후 납땜 수용 기준은 IPC-A-610, 납땜 공정 요구는 IPC-J-STD-001과 함께 봐야 합니다. 솔더 마스크 자체는 solder mask라는 절연 보호층이며, BGA land pattern은 부품 제조사의 application note도 반드시 확인해야 합니다. 예를 들어 Intel의 NSMD pad 가이드는 대부분의 BGA에서 NSMD 구조를 권장하는 이유를 설명합니다.

솔더 마스크는 납땜 가능한 영역을 정의하는 제조 레이어다

솔더 마스크는 PCB 구리 회로 위에 형성되는 절연 보호층입니다. 이 층은 구리 산화를 줄이고, 리플로우와 wave soldering 중 인접 패드 사이의 solder bridge를 억제합니다. 조립 관점에서는 “초록색 코팅”보다 패드 주변에서 얼마만큼 열리고 닫히는지가 더 중요합니다.

Solder mask opening은 납땜을 위해 노출되는 창입니다. Solder mask expansion은 copper pad edge와 mask opening edge 사이의 거리입니다. Mask dam은 두 개의 mask opening 사이에 남는 마스크 폭입니다. 이 세 용어가 명확해야 PCB 공급사, SMT 공장, 고객 품질팀이 같은 도면을 보고 같은 결론을 냅니다.

실무에서는 CAD 기본값을 그대로 쓰는 경우가 많습니다. 그러나 0603 저항에 맞는 기본값이 0.4mm pitch BGA, 0.5mm pitch QFN, USB-C connector에는 맞지 않을 수 있습니다. 솔더 마스크는 bare board 제조와 PCBA 조립 사이에 걸친 레이어이므로, 한쪽 공급사만 보고 결정하면 책임 공백이 생깁니다.

“솔더 마스크 DFM에서 가장 먼저 보는 숫자는 expansion이 아니라 남는 dam 폭입니다. 0.4mm pitch BGA에서 dam이 0.07mm까지 줄면, 리플로우 결함보다 먼저 제조 등록 공차를 의심해야 합니다.”

— Hommer Zhao, 창립자 & 기술 전문가

SMD와 NSMD pad는 어느 레이어가 패드 크기를 정하느냐의 차이다

NSMD pad는 Non-Solder Mask Defined pad의 약자이며, 구리 패드보다 솔더 마스크 opening이 더 큰 구조입니다. 이 구조에서는 copper land가 실제 납땜 면적을 정의합니다. BGA solder ball이 패드 옆면까지 젖을 수 있어 열사이클 스트레스를 분산하기 쉽고, 패드 사이 routing 공간도 상대적으로 확보됩니다.

SMD pad는 Solder Mask Defined pad의 약자이며, 솔더 마스크가 구리 패드 가장자리를 일부 덮는 구조입니다. 이 구조에서는 mask opening이 납땜 면적을 정의합니다. 큰 열 패드, 일부 connector pad, 특정 BGA vendor guide에서는 solder spread를 제어하거나 pad lifting을 줄이기 위해 SMD 구조를 요구할 수 있습니다.

대부분의 fine-pitch BGA는 NSMD를 출발점으로 검토합니다. 다만 부품 datasheet가 SMD pad를 명시하거나, board house의 registration tolerance가 opening 설계와 충돌하면 예외를 둡니다. 도면에는 “all pads NSMD” 같은 포괄 문구보다 BGA, QFN thermal pad, connector shield pad처럼 영역별 조건을 쓰는 편이 안전합니다.

0.4mm pitch NPI에서 브리지를 줄인 실제 변경

앞의 센서 보드는 8층 FR4, 28mm x 42mm, 0.4mm pitch BGA 1개, 0.5mm pitch QFN 3개, board-to-board connector 2개를 가진 제품이었습니다. 고객 원본 Gerber는 모든 SMT pad에 +0.05mm solder mask expansion을 적용했습니다. PCB 공급사는 제작 가능하다고 답했지만, assembly trial에서는 BGA corner ball 주변 브리지 7건, QFN 한쪽 wetting 부족 4건이 나왔습니다.

현미경 검사와 X-ray를 함께 본 결과, 문제 영역의 mask dam은 설계상 0.08mm였고 실제 측정은 0.055~0.075mm로 흔들렸습니다. 우리 팀은 BGA 영역 expansion을 +0.035mm로 낮추고, QFN thermal pad의 via 9개 중 5개를 tenting 처리하며, stencil aperture를 62% coverage로 분할했습니다. 같은 solder paste, 같은 reflow profile로 재시작한 180대 pilot lot에서는 bridge가 1건으로 줄었고, AOI false call도 23% 감소했습니다.

이 숫자는 보편 수율 보장이 아니라 현장 의사결정 예시입니다. 핵심은 “마스크 opening을 작게 하면 된다”가 아닙니다. BGA는 mask dam 안정성, QFN은 paste escape, connector는 coplanarity와 solder volume을 따로 보며 조합을 바꿔야 했습니다. IPC-A-610 Class 2 외관 수용 기준은 유지했고, 납땜 공정은 IPC-J-STD-001 요구를 기준으로 승인했습니다.

“같은 +0.05mm expansion도 1.0mm pitch 커넥터에서는 무해할 수 있지만 0.4mm BGA에서는 dam을 없앨 수 있습니다. DFM은 평균값이 아니라 가장 좁은 두 패드 사이를 보는 작업입니다.”

— Hommer Zhao, 창립자 & 기술 전문가

Mask expansion은 공정 능력과 부품 pitch로 나눠 설정한다

Mask expansion을 크게 잡으면 패드가 충분히 노출되어 납땜 젖음성은 안정됩니다. 그러나 패드 간 간격이 좁은 부품에서는 opening끼리 붙어서 mask dam이 사라집니다. 그 결과 solder bridge가 생기거나, 매우 얇은 mask sliver가 제조 중 떨어져 불량 원인이 됩니다.

Mask expansion을 작게 잡으면 dam은 살아나지만 등록 오차가 패드 침범으로 이어질 수 있습니다. 패드 일부가 마스크에 덮이면 solder wetting 면적이 줄고, 특히 QFN side fillet이나 fine-pitch lead에서 비대칭 젖음이 생깁니다. 그래서 expansion 값은 “작게” 또는 “크게”가 아니라 board house의 mask registration tolerance, LPI/LDI 공정, 부품 pitch를 같이 놓고 정해야 합니다.

일반 양산 RFQ에서는 최소 mask bridge, 최소 solder mask clearance, registration tolerance를 숫자로 요청해야 합니다. 공급사가 0.10mm mask bridge를 표준으로 보고, 특정 색상이나 matte black mask에서 더 큰 공차를 요구할 수 있습니다. 색상 선택도 외관만의 문제가 아니며 AOI contrast와 repair visibility에 영향을 줍니다.

Via tenting은 solder wicking, 청정도, 테스트 접근성을 동시에 바꾼다

Via tenting은 via opening을 솔더 마스크로 덮는 처리입니다. QFN thermal pad 안의 via를 열어 두면 solder paste가 hole로 빨려 들어가 void와 wetting 부족을 만들 수 있습니다. 반대로 모든 via를 덮으면 ICT 또는 functional test fixture에서 probe access가 줄어들 수 있습니다.

작은 via는 한쪽 또는 양쪽 tenting으로 충분할 때가 많습니다. 큰 via, 열 방출 via, vacuum voiding 위험이 있는 구조는 plugged via 또는 filled and capped via를 검토해야 합니다. via-in-pad 설계에서는 IPC-4761 같은 via protection 개념도 함께 확인하는 편이 좋습니다.

청정도도 바뀝니다. No-clean flux가 via 주변에 갇히면 고전압 또는 conformal coating 제품에서 누설 전류와 코팅 박리 리스크가 커집니다. no-clean flux 세척 판단은 솔더 마스크 opening, via tenting, coating material을 함께 놓고 해야 합니다.

PCB 제조사와 SMT 공장이 함께 승인해야 할 항목

Bare board 제조사는 mask registration, exposure, develop, cure 조건을 관리합니다. SMT 공장은 paste release, stencil aperture, placement accuracy, reflow wetting을 봅니다. 한쪽에서는 합격인 데이터가 다른 한쪽에서는 위험할 수 있으므로, fine-pitch 제품은 fabrication DFM과 assembly DFM을 분리하지 않는 편이 좋습니다.

RFQ에는 Gerber와 drill file뿐 아니라 IPC class, 부품별 land pattern 예외, stencil thickness, via protection, AOI 기준, X-ray 샘플링 조건을 같이 넣어야 합니다. SMT DFM 체크리스트와 solder paste inspection 기준을 같은 패키지로 검토하면 NPI에서 원인 분리가 쉬워집니다.

특히 자동차 또는 의료 전자에서는 변경관리도 필요합니다. Mask supplier, cure profile, color, surface finish가 바뀌면 solderability와 AOI recipe가 달라질 수 있습니다. IATF 16949 프로젝트라면 PCN 기준과 lot traceability를 RFQ에 넣고, 첫 lot과 변경 후 lot의 inspection data를 비교해야 합니다.

“좋은 솔더 마스크 설계는 Gerber DRC를 통과하는 설계가 아닙니다. IPC-2221 clearance, IPC-A-610 검사 기준, stencil release, test probe access가 동시에 통과하는 설계입니다.”

— Hommer Zhao, 창립자 & 기술 전문가

RFQ 전에 확인할 10가지 체크포인트

솔더 마스크 문제는 대부분 PCB 제작 후가 아니라 RFQ 전 단계에서 줄일 수 있습니다. 다음 항목은 복잡한 HDI와 BGA 보드뿐 아니라 커넥터가 많은 산업용 PCBA에서도 같은 방식으로 적용됩니다.

• BGA, QFN, connector, test pad에 동일한 mask expansion을 적용했는가?
• 0.5mm pitch 이하 부품의 최소 mask dam을 실제 제조사 capability와 비교했는가?
• 부품 datasheet가 SMD 또는 NSMD pad를 별도로 요구하는가?
• QFN thermal pad 아래 via는 tented, plugged, filled 중 무엇으로 처리되는가?
• Probe point로 써야 하는 via를 실수로 tenting 처리하지 않았는가?
• Gold finger, edge connector, RF launch 주변에 mask keepout을 명확히 표시했는가?
• 솔더 마스크 색상이 AOI contrast와 repair visibility에 미치는 영향을 확인했는가?
• Conformal coating 또는 potting 제품에서 flux residue pocket이 생길 위치가 있는가?
• IPC-A-610 Class 2와 Class 3 중 어떤 수용 기준을 적용할지 RFQ에 적었는가?
• NPI 후 mask 관련 변경이 생기면 ECN과 revision control로 관리되는가?

약한 설계 문구를 구체적인 제조 문구로 바꾸기

“standard solder mask”라고만 쓰면 공급사는 자사 기본값으로 해석합니다. 더 나은 문구는 영역과 숫자를 나눕니다. 예를 들어 “BGA U3는 vendor NSMD land pattern 적용, 최소 mask dam 0.075mm 미만 영역은 제작 전 DFM comment 제출, QFN thermal pad via는 top side tenting, test via TP 계열은 opening 유지”처럼 씁니다.

이 문구는 길지만 분쟁을 줄입니다. 제조사는 어느 영역을 문의해야 하는지 알고, SMT 공장은 stencil과 reflow 조건을 미리 맞출 수 있습니다. 구매팀도 단가 차이가 단순 가격 차이인지, mask capability와 검사 기준 차이인지 구분할 수 있습니다.