백플레인, 그 특징, 제조 및 과제에 대한 지식
키워드: 백플레인 보드, 백플레인 PCB
백플레인
넓은 의미에서 PCB(인쇄회로기판)의 한 유형은 백플레인 PCB이기도 합니다. 라인 카드 또는 도터 보드를 탑재하는 백플레인은 맞춤형 기능을 구현하는 일종의 메인보드입니다. 보드를 탑재하고 전원 신호, 공급 장치 등을 각 도터보드에 분배하는 것이 백플레인의 주요 기능으로, 적절한 신호 전송과 전기적 연결을 가능하게 합니다. 백플레인은 탑재된 보드와 함께 작동하여 전체 시스템이 원활하고 논리적으로 작동하도록 이끕니다.
백플레인의 특성
백플레인은 특수화된 특성으로 인해 PCB 제조 산업에서 하나의 제품 유형으로 자리 잡았습니다. 따라서 일반 PCB와 비교하여 백플레인은 더 많은 특수성을 지닙니다.
- 더 무거움
무거운 무게는 두꺼운 기판의 결과임을 이해하는 것은 어렵지 않습니다. 또한 백플레인의 무게에는 많은 양의 구리도 포함됩니다.
- 더 두꺼움
백플레인은 고속으로 신호를 전송할 것으로 예상되며 일반적으로 더 많은 층을 특징으로 합니다. 소모량이 많은 애플리케이션 카드가 백플레인에 삽입될 때 필요한 전류를 제공하기 위해 구리층은 충분히 두꺼워야 합니다. 언급된 모든 요소로 인해 백플레인 보드는 일반 PCB보다 더 두꺼워집니다.
- 높은 드릴 구멍 수
백플레인은 기능 구현과 복잡한 구조로 인해 더 많은 신호 전송과 전기적 연결을 실현해야 합니다. 이는 다수의 매몰 비아 또는 블라인드 비아에 의존합니다. 결과적으로 기능 달성에 기여하기 위해 백플레인은 더 많은 드릴 비아 또는 구멍을 탑재해야 합니다.
- 높은 열용량
백플레인은 일반 PCB보다 더 두껍고 무겁기 때문에 더 높은 열용량을 특징으로 합니다.
백플레인 제조
백플레인은 더 높은 요구 사항과 복잡성으로 인해 특별한 기술과 주의를 기울여 제조되어야 합니다.
- 세척
백플레인이 더 두꺼워짐에 따라 일반 회로 기판보다 더 많은 드릴 구멍이나 비아를 특징으로 하는 작동 유체가 흘러나오는 경우가 자주 발생합니다. 따라서 드릴 비아나 구멍에 작동 유체가 남아 있는 것을 방지하기 위해 고압 세척기로 드릴 구멍을 세척하는 것이 매우 중요합니다.
- 리플로 솔더링
일반 기판에 비해 백플레인은 더 무겁고 두꺼워서 기판에서 열이 방출되기가 더 어렵습니다. 즉, 리플로 솔더링 후 백플레인이 냉각되는 데 더 많은 시간이 걸립니다. 결과적으로 백플레인 보드가 냉각될 시간을 더 확보하기 위해 리플로 솔더링 오븐을 강화해야 합니다. 또한 리플로 솔더링 오븐 출구에서는 백플레인 보드를 냉각시키기 위해 강제 공기 냉각을 사용해야 합니다.
- 부품 조립
신뢰성 문제로 인해 전통적으로 수동 부품이 백플레인에 배치되는 경향이 있습니다. 그러나 고정된 비용을 유지하기 위해 능동 보드를 이끄는 백플레인에는 BGA(볼 그리드 어레이)와 같은 능동 부품이 점점 더 많이 설계되고 있습니다. 부품 조립업체는 실리콘 패키지 부품과 저항기 및 더 작은 커패시터를 배치할 수 있어야 합니다. 또한 백플레인의 큰 크기로 인해 더 큰 조립 플랫폼이 필요합니다.
- 층 정렬
따라서 드릴 구멍 수와 더 높은 층 수로 인해 층 정렬을 달성하는 것이 매우 어렵습니다. 백플레인 보드 제조 공정 중에는 그에 따라 매우 높은 기술과 주의를 기울여 층 정렬을 수행해야 합니다.
- 백플레인 개발 동향
백플레인은 고두께, 대형 치수, 초다층화 방향으로 발전해야 하며, 데이터 전송 및 네트워크 통신이 대량화 및 고속 전송으로 나아감에 따라 네트워크 전송 측면에서 핵심 노드 역할을 수행해야 합니다. 결론적으로, 위의 모든 기대 사항은 향후 PCB 제조사에 큰 도전 과제를 제기할 것입니다.
백플레인 PCB 제조 난제
- 정렬 제어
초다층 PCB 제조에 있어 정렬 제어는 가장 중요한 제조 난제입니다. 정렬 제어가 불량하면 단락이 발생할 가능성이 있기 때문입니다.
그 중에서도 레이어 적층이 가장 중요하며, 정렬 제어는 다양한 요소와 공정의 영향을 받습니다. 다층 PCB는 일반적으로 세 가지 유형의 구성 방식이 있습니다: 열전대 가열, 핀-램, 매스-램 방식입니다.
팁:
코어 보드에 충격 효과를 유발하지 않으므로, 최적의 구성 방식은 핀-램 방식입니다.
어떤 제약으로 인해 핀-램 방식을 적용할 수 없는 경우, 구리-철 리벳과 짧은 다월이 좋은 선택이 될 수 있습니다.
핀-램 적층 방식을 사용할 때 사용되는 핀의 종류는 매우 중요합니다. 예를 들어, 8개의 원형 핀보다 4개의 핀이 정렬 제어 요구 사항에 더 적합한 것으로 나타났습니다.
- 드릴링 기술
백플레인 보드의 높은 두께로 인해 드릴링이 보드에 충분히 도달하지 못할 수 있습니다. 그러나 드릴링 도구가 너무 길면 드릴링 과정에서 파손될 위험이 있습니다. 또한, 버(burr)가 발생하거나 과도한 먼지가 구멍을 막아 백플레인 PCB 성능을 크게 저하시킬 수 있습니다.
팁:
전도성 방식으로 깊이 제어를 적용하면 드릴링 깊이를 정확하게 결정할 수 있습니다.
CCD 마커는 X선 드릴링을 통해 뚫린 구멍에 의존하며, 백플레인 보드 드릴링 시 CCD 방식을 적용해야 합니다.
- 도금 능력
백플레인 보드의 높은 두께로 인해 종횡비(aspect ratio)도 높아집니다. 이는 홀 벽의 구리 두께가 균일하지 않게 되어 비아 개구부와 조리개에 영향을 미칩니다. 도금이 충분히 깊이 이루어지지 않으면 홀 내부에는 충분한 구리가 있지만 홀 입구에는 구리가 너무 많이 남게 되어 홀 벽의 구리량을 확보하기 어려울 수 있습니다.
팁:
EP와 같은 새로운 DC 도금 용액을 사용해야 합니다.
도금 용액의 신뢰성, 능력 및 안정성 측면에서 펄스 도금 용액을 DC 도금 용액과 비교해야 합니다.
- ICD 분석
고주파 재료 제조 과정에서 ICD가 발생하는 경향이 있으며, 이는 장기적인 전기적 연결 및 신뢰성에 심각한 품질 위험을 초래합니다. 따라서 백플레인 PCB 제조 과정에서 이러한 문제를 방지하기 위해 ICD의 원인과 해결 방법을 반드시 정리해야 합니다. ICD 문제의 원인은 불충분한 세정과 내부 구리층에 남은 수지 겔 잔류물에 있습니다.
팁:
겔 잔류물이 제거되었음을 확인하기 위해 드릴링 매개변수 제어를 최적화해야 합니다.
내부 구리층에 노화가 충분히 이루어지지 않았기 때문에, 수지를 방지하기 위해 보드 재료의 노화 정도를 분석해야 합니다.
- 백 드릴링 스터브
고속 신호 전송에 있어 스터브는 신호 전송 실패 또는 신호 왜곡을 초래할 수 있습니다. 따라서 고속 신호 전송에 있어 스터브로 인한 부정적 영향을 반드시 명확히 해야 합니다. 현재까지 스터브 길이가 0.25mm 미만인 경우 신호에 미치는 영향이 매우 낮아 무시할 수 있는 것으로 요약됩니다. 결과적으로 스터브 길이는 0.25mm 이내로 제어되어야 하며, 이렇게 하면 백플레인 PCB의 신뢰성이 확보됩니다.
팁:
신호 전송 품질에 미치는 영향을 줄이기 위해 스터브 길이는 0.25mm 이내로 제어해야 합니다.