PCB 설계 및 제조에 대해 알아야 할 모든 것

키워드: PCB 제조사

인쇄회로기판은 전자 장치들을 함께 연결할 수 있는 방법을 제공하기 때문에 전자 장치에 사용되는 현대적인 재료입니다. 이러한 기판에는 금속 트랙과 패드가 있으며, FR-4 에폭시 유리섬유와 같은 비전도성 재료에 결합된 구리 호일을 포토리소그래피 공정을 통해 가공하여 만든 다른 구성 요소들도 있습니다. PCB 제조사의 인쇄회로기판은 가전제품, 산업용 장치, 항공우주 장치를 포함한 다양한 용도로 필요합니다. 단면, 양면 및 다층 인쇄회로기판은 회로의 특정 설계 매개변수와 제한 사항을 충족시킵니다.

고급 및 소형화된 전자 장치 개발의 복잡성을 충족시키기 위해 시장에 도입된 다른 PCB 기술 하위 유형들도 있으며, 여기에는 플렉서블, 리지드-플렉스 및 고밀도 상호 연결 인쇄회로기판이 포함됩니다. 특정 응용 분야에 사용될 인쇄회로기판 유형을 선택하는 과정은 근본적이며, 이는 인쇄회로기판의 성격과 특성에 따라 더 명확한 관점에서 수행될 수 있습니다.

PCB 주요 원자재

인쇄회로기판의 필수적인 층은 일반적으로 FR-4, 폴리이미드 또는 PTFE라고 불리는 유리섬유에서 유래된 비전도성 기판 재료입니다. 필요한 전기적 경로를 만들기 위해 기판 표면에 고체 구리 경로, 연결부 및 기타 패턴이 형성됩니다.

부품이 배치된 PCB의 서로 다른 부분들 간의 전기적 연결성을 만들기 위해 구리 트레이스가 사용됩니다. 이러한 트레이스는 회로의 전류 전달 용량과 원하는 임피던스에 따라 너비와 두께가 결정됩니다.

비아는 PCB를 관통하는 작은 구멍으로 구리 층으로 채워져 보드의 여러 층을 연결할 수 있게 합니다. 일반적인 비아 유형으로는 스루홀, 블라인드 및 버리드가 있으며 PCB 설계에서 각기 다른 용도로 사용됩니다.

일반적으로 폴리머인 솔더 마스크는 주로 구리 트레이스를 산화로부터 보호하고, 특히 납땜 시 쇼트를 방지하기 위해 PCB 표면에 도포됩니다. 또한 인접한 트레이스와 패드 사이에 전기적 절연을 제공하는 데 도움이 됩니다.

구리 호일: 구리 호일은 전도성 트레이스, 패드 및 평면을 생산하기 위해 다양한 무게로 제공됩니다.

기판 재료: FR-4는 우수한 기계적 및 전기적 특성 때문에 일반적인 기초 재료이지만, 고주파 및 고온 응용 분야에는 폴리아미드와 PTFE가 사용됩니다.

솔더 마스크: LPI 솔더 마스크는 뛰어난 치수 정확도와 상당한 유연성을 제공할 수 있는 능력 때문에 매우 인기가 있습니다.

실크스크린: 외부 구리 층 위에 텍스트, 로고 및 부품 참조를 표시하는 잉크 층으로, 부품 조립과 문제 해결을 용이하게 합니다.

표면 처리: 노출된 구리를 덮고 납땜성을 향상시키는 핫 에어 솔더 레벨링(HASL) 및 무전해 니켈 침적 금(ENIG) 또는 유기 납땜성 보존제(OSP)와 같은 화학 도금 방법을 포함한 기판 옵션들이 있습니다.

오늘날 PCB 또는 인쇄회로기판은 다양한 재료로 구성되지만, 각 재료의 특성을 아는 것이 중요합니다.

유리 강화 에폭시 적층판을 의미하는 FR-4는 1MHz에서 유전 상수 4.5, 손실 계수 0.02의 전기적, 열적 및 기계적 특성으로 인해 PCB 제조사들 사이에서 인기가 있으며 일반 용도에 적용 가능합니다. 유리 전이 온도(Tg)는 130°C에서 180°C까지이며, 열전도율은 0.3 W/mK입니다.

폴리이미드는 고성능 고분자로, 높은 내열성, 내화학성 및 기계적 강도가 특징입니다. 1MHz에서 유전율 3.2~3.6과 유전손실 0.002를 나타내어 고주파 사용에 이상적입니다. 폴리이미드는 열경화성 플라스틱에 속하며, 유리전이온도는 260~400 섭씨 사이입니다. 이 소재는 0.2 와트/미터 켈빈의 열 방산 능력을 가지고 있습니다.

다음은 주요 인쇄회로기판 설계 고려사항입니다:

부품 배치: 방사를 줄이고 동시에 신호 및 열 무결성을 개선하며, 인쇄회로기판의 제조성을 향상시키기 위해 부품의 적절한 배치를 목표로 해야 합니다. 부품 배치에 관해서는 몇 가지 구체적인 조치를 취해야 합니다: 부품의 크기, 모양, 방향, 그리고 간섭 요인과의 근접성을 적절히 고려해야 하며 시스템의 올바른 작동을 제공하기 위한 필요 조건에 부합해야 합니다.

신호 무결성: 적절한 트레이스 배선, 임피던스 매칭, 크로스토크 및 EMI 최소화를 통해 인쇄회로기판 제조업체로부터 인쇄회로기판 전반에 걸쳐 신호 품질과 타이밍이 유지되도록 보장하십시오. 접지면 사용, 급격한 굽힘 금지, 양호한 종단 처리와 같은 사항을 적용하여 신호 왜곡을 피해야 합니다. 따라서 성능을 개선하기 위해 TDR 및 아이 다이어그램이나 다른 시뮬레이션 도구와 분석 기법을 사용하십시오.

열 관리: 과도한 열 축적으로 인한 부품 고장을 방지하기 위해 열 제어가 수행되었습니다. 전기 부품의 전력 손실, 주변 온도, 그리고 시스템 냉각 방법에 대해 더 고려하십시오. 열을 방산하려면 열 비아, 구퍼 푸어 및 방열판을 사용하십시오. 특히 고전력 사용 시 열 관리를 조사하고 개선하기 위해 모든 열 시뮬레이션 도구를 사용하십시오.

전원 분배: 시스템 구성 요소가 중단 없는 깨끗한 전원 공급을 받을 수 있도록 적절한 PDN을 설계하십시오. 전원 및 접지면을 분리하고, 인쇄회로기판 보드 상의 사용되지 않는 구리 영역을 피하며, 전원 공급 바운스를 줄이십시오. 디커플링 커패시터를 반드시 사용해야 하며, 전원 분배 상황을 개선하기 위해 비아 배치를 최적화해야 합니다. 상당히 낮은 비용으로 제조의 훌륭한 신뢰성을 달성할 수 있도록 그러한 제약 내에서 개발하십시오.

전자기적 적합성(EMC): 이는 모든 사람이 인쇄회로기판이 높은 EMI를 발생시키지 않고 외부에서 오는 높은 EMI에 저항하도록 해야 함을 의미합니다. 교류 접지, 차폐 및 필터링과 같은 조치를 실행하십시오. 특히 자동차, 항공우주 및 의료 분야의 EMC 법규에 대한 EMC 준수 및 표준.

인쇄회로기판의 종류

사용 시 더 나은 선택을 할 수 있도록 주요 인쇄회로기판 유형에 대한 통찰력을 갖는 것도 똑같이 중요합니다. 인쇄회로기판의 세 가지 분류에는 그 특징, 강점 및 약점을 가진 단면, 양면 및 다층판이 포함됩니다.

단면 인쇄회로기판은 기판 재료가 주로 FR-4인 기판의 한 면에만 도전성 선로와 부품이 있습니다. 이 보드는 설계자에게 가장 쉽고 저렴한 보드입니다. 간단한 장치와 초기 모델에서 볼 수 있는 쉬운 회로에 권장됩니다. 그러나 단면 인쇄회로기판에는 두 가지 단점이 있습니다: a) 제한된 배선 옵션, 그리고 b) 더 정교한 응용 분야에서의 사용을 제한하는 낮은 부품 밀도.

양면 인쇄회로기판은 스루홀 비아를 사용하여 기판 양면에 도전성 트레이스와 부품이 있는 것입니다. 이 비아는 실제로 두 층 사이의 신호 흐름을 용이하게 하는 더 높은 층에 플레이트를 받는 드릴링된 스루홀입니다. 양면 인쇄회로기판에서는 어떤 복잡성의 배선과 높은 부품 밀도도 가능하며, 그 사용 범위는 소비자 전자제품, 컴퓨터 장비, 산업 제어 및 자동화에 이릅니다.

다층 PCB는 세 개 이상의 전도층을 가진 회로이며, 회로 기판은 직조 또는 퀼트 절연 재료 또는 프리프레그 층으로 만들어집니다. 이러한 기판은 가장 복잡한 설계와 계층화된 구성 요소를 제공하여 고속 디지털 기기, 전자 RF 장치 및 항공우주 장치와 같은 정교한 응용 분야에서 사용할 수 있게 합니다.

이 때문에 PCB 제조업체의 다층 PCB는 복잡한 라우팅, 더 나은 신호 무결성 및 더 나은 열 방산 능력을 제공합니다. 이는 모든 내부 층이 전원 및 접지 평면으로 사용될 수 있기 때문입니다. 또한 더 많은 층은 블라인드 및 버라이드 비아와 같은 향상된 기술의 활용을 가능하게 하여, 결과적으로 다층 PCB의 전반적인 성능을 향상시킵니다.