기술 선택이 PCB 비용에 미치는 영향: 종합 가이드

바로가기: PCB 비용에 영향을 미치는 요인 | 소재 선택 | PCB 크기 | 레이어 수 | 마감(ENIG, HASL 등) | 구멍 크기 | 최소 트레이스 및 간격 | 두께 및 종횡비 | 맞춤 또는 고유 사양 | 다양한 설계의 PCB

PCB 기술은 높은 수준의 복잡성을 포함합니다. 회로 기판의 설계에 따라 그 생산 비용은 평균 PCB보다 더 비싸거나 더 저렴할 수 있습니다. PCB가 일상적인 기존 품목을 위한 것이라면 보드 자체 제조 비용은 하이테크 기계용으로 설계된 보드 가격보다 훨씬 낮아야 합니다.

PCB 비용에 영향을 미치는 요인

PCB 제조 비용 분해에 가장 큰 영향을 미치는 세 가지 요인은 소재 유형, 보드 크기, 레이어 수입니다. 마감과 구멍 크기를 포함한 기타 여덟 가지 요인도 가격에 영향을 미칠 수 있습니다.

1. 소재 선택

회로 기판에 사용되는 소재는 필연적으로 비용에 영향을 미칩니다. 표준 PCB는 FR4 소재로 라미네이트되지만, 항공우주 및 연료 산업에서 흔히 볼 수 있는 고강도 용도로 제조된 보드에는 이 소재가 충분하지 않습니다.

소재 선택에 영향을 미칠 수 있는 요인은 다음과 같습니다.

• 열 신뢰성(Thermal Reliability): 문제가 되는 작업에 예상되는 온도 범위에서 보드가 작동할 수 있는가? 특정 보드는 표준 보드보다 더 높은 열 등급의 소재를 필요로 합니다.
• 온도 신뢰성(Temperature Reliability): 제어된 설정에서 예상되는 대기 조건 범위를 과열 없이 견딜 수 있는가? 고온 작업용 PCB는 이 테스트를 통과하는 소재를 필요로 합니다.
• 열 전달(Heat Transfer): 부착되거나 인접한 구성 요소에 과도한 열을 전달하지 않고 고강도 부하를 견딜 수 있는가? 문제의 용도에 맞는 적절한 소재는 이 테스트를 통과해야 합니다.
• 신호 성능(Signal Performance): 소재가 주어진 기계의 각 작동 주기 동안 중단 없는 전기 신호를 촉진하는가? 신호가 필요한 온도 범위 및 기타 환경 요인을 견딜 수 있는가? 이러한 우려는 PCB 성능에 필수적입니다.
• 기계적 특성(Mechanical Properties): 소재가 합리적인 물리적 응력 범위를 견딜 수 있는 충분한 물리적 구성을 가지고 있는가? 보드를 타이트한 슬롯에 넣어도 깨지지 않는가? 몇 피트 떨어뜨려도 부서지지 않는가? 판매에 이상적인 PCB는 낙하 테스트 및 기타 성능 기준을 통과해야 합니다.

경험 법칙으로, 더 높은 주파수를 포함하는 작업은 표준 FR4보다 더 높은 등급의 소재를 필요로 합니다. 따라서 마이크로웨이브 PCB에 사용되는 소재는 계산기나 기타 휴대용 기기의 보드 소재보다 10배 더 비쌀 수 있습니다.

2. PCB 크기

PCB 크기와 패널 활용도는 가격에 영향을 미치는 가장 중요한 두 가지 요인입니다. 보드 크기는 일반적으로 해당 장치에 필요한 회로 수에 의해 결정됩니다.

디지털 시계처럼 작은 것의 PCB는 더 적은 부품을 필요로 하며 결국 컴퓨터나 노트북 PCB보다 생산 비용이 적게 듭니다. 마찬가지로 대형 산업 기계의 PCB는 대부분의 가전제품에 들어있는 보드보다 클 것입니다.

PCB 제조에서 다음 치수는 가장 일반적인 것들입니다.

• 18 X 24″ (457 x 610mm)
• 18 X 21″ (457 x 533mm)
• 21 X 24″ (533 x 610mm)

보드에서 부품이 차지하는 공간의 양도 가격에 영향을 미칩니다. 물론 일부 보드는 효율성과 생산 비용을 덜 고려하여 설계됩니다.

예를 들어, 18 x 24 PCB에 세 개의 열과 두 개의 긴 행 패널 활용도가 있다면, 활성 부품이 전체 패널의 대부분을 차지하므로 보드 공간을 효율적으로 사용하는 것입니다. 반면, 18 x 24 PCB에 한 개의 열과 세 개의 행이 있다면 마진이 더 넓지만 여전히 소재 때문에 비용이 많이 들기 때문에 덜 효율적입니다.

궁극적으로 PCB 설계의 치수는 전체 가격의 주요 결정 요인 중 하나입니다. 작은 PCB를 대량 생산하더라도 총 비용은 저용량 대형 PCB보다 적을 수 있습니다.

3. 레이어 수

보드 가격을 결정하는 또 다른 요인은 관련 레이어 수입니다. 명백한 이유로 3개 이상의 레이어가 있는 PCB는 단 2개 레이어로 구성된 보드보다 생산 비용이 더 많이 듭니다. 가격 문제는 사용된 소재 유형과 보드 크기 자체에 의해 영향을 받습니다. 전반적으로 수많은 레이어가 있는 두꺼운 보드는 제조에 훨씬 더 많은 작업이 필요합니다.

전반적으로 레이어별 가격 인상은 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

• 1L → 2L: 35~40%
• 2L → 4L: 35~40%
• 4L → 6L: 30~40%
• 6L → 8L: 30~35%
• 8L → 10L: 20~30%
• 10L → 12L: 20~30%

제조 비용에서 가장 큰 폭의 인상은 보드에 두 번째 레이어가 추가될 때 발생합니다. 거기서 추가 두 레이어는 이전 가격의 최소 3분의 1 이상 가격을 올립니다. 설계가 8레이어 임계값을 넘으면 가격 인상은 일반적으로 덜 가파릅니다.

PCB에 레이어가 추가될 때마다 라미네이션 공정에 더 많은 생산 단계가 포함됩니다. 이는 달성하는 데 더 많은 시간이 필요하고 더 많은 소재 공급을 필요로 합니다. 다층 보드 구조에 포함된 단계는 생산 결함의 가능성도 증가시킵니다. PCB 제조사는 다층 보드 생산 견적 시 가능한 오류 비용을 상쇄하기 위해 이 요소를 종종 반영합니다.

보드 설계에 사용된 소재에 따라 견고한 구성을 보장하기 위해 더 많은 레이어가 필요할 수 있습니다. PCB가 높은 응력을 견디면서도 어느 정도의 유연성을 유지해야 한다면, 이러한 요소가 레이어 수와 소재를 크게 결정할 것입니다.

4. 마감(ENIG, HASL 등)

PCB 생산과 관련하여 고려해야 할 사소한 요소는 주어진 마감과 관련된 비용입니다. 일부 마감은 더 높은 등급을 자랑하고 더 긴 보관 수명을 제공하여 전체 생산 비용을 증가시킵니다. 더 일반적이고 저렴한 표면 처리 중 하나는 HASL로, 납땜성은 좋지만 다른 항목에서는 불리하게 평가됩니다. 반면 ENIG는 대부분의 범주에서 유리한 평가를 받으면서도 가격 차이는 미미합니다.

각 표면 처리 옵션은 고유한 기능을 제공합니다.

• HASL: 납땜성
• LFHASL: 납땜성
• OSP: 납땜성
• IMM Ag: 납땜성, Al 와이어 본더블
• IMM Sn: 납땜성
• ENIG: 납땜성, Al 와이어 본더블, 접촉면
• ENEPIG: 납땜성, Al 와이어 본더블, 접촉면
• Elec Au: 납땜성, Al/Au 와이어 본더블, 접촉면

레이어 수도 마감이 PCB 생산 가격에 상당한 정도로 영향을 미치는지 결정할 수 있습니다.

5. 구멍 크기

PCB 생산 비용에 영향을 미칠 수 있는 중요하거나 결정적인 요인 중 하나는 보드 구멍의 크기입니다. 구멍과 관련된 비용은 보드에 필요한 구멍 수, 드릴링되는 소재 유형 및 레이어 두께에 의해서도 결정될 수 있습니다. 전반적으로 더 많은 구멍은 더 많은 작업을 필요로 하며, 특히 구멍이 작고 보드 두께로 인해 드릴링이 어려운 경우 더욱 그렇습니다.

보드 설계의 구멍 크기가 이 영역에서 가장 중요한 가격 결정 요인입니다. 구멍이 초박형이라면 특수 도구가 필요합니다. 예를 들어, 머리카락 굵기 직경의 구멍은 일반적인 나사 구멍 직경의 구멍보다 만들기가 더 어렵습니다. 이러한 구멍은 더 많은 작업과 전문 기술이 필요합니다.

구멍이 일반 크기이든 현미경 크기이든, 보드 생산 가격은 주어진 설계에 포함된 구멍 수에 의해서도 영향을 받을 수 있습니다. 보드에 수십 개의 구멍이 포함되어 있다면, 이 기능은 추가 작업으로 인해 가격에 더해집니다.

구멍 관련 추가 요인으로 보드 생산 가격에 영향을 미칠 수 있는 것은 소재 두께와 보드 설계에 포함된 레이어 수입니다. 보드가 10개 이상의 레이어로 구성되면 두께로 인해 홀 드릴링이 더 시간이 많이 걸리는 작업이 됩니다. 소재가 초강력이라 드릴링이 어렵다면 이 또한 가격에 영향을 미칩니다.

6. 최소 트레이스 및 간격

PCB에서 전류가 과열 및 보드 손상 위협 없이 전달되려면 보드 설계에 충분한 트레이스 폭이 있어야 합니다. 모든 크기의 보드에서 트레이스 폭과 전류 용량 사이에는 단순한 상관관계가 있습니다. 전자의 한 구간이 후자를 결정합니다. 또한 트레이스 단면은 구리 두께와 상관관계가 있습니다.

트레이스 전류 용량이 단면적에 반드시 대응하지는 않는다는 점에 유의해야 합니다. 사실, 트레이스 폭이나 온도 상승에 관계없이 트레이스가 최대 보유할 수 있는 전류량은 쉽게 계산할 수 없습니다. 전류의 전류 용량은 패드, 비아 및 기타 보드 요소에도 영향을 받을 수 있습니다.

많은 패드가 있는 보드에서는 예외적인 용량의 트레이스를 만날 수 있습니다. 이것이 납땜 공정에서 고려되지 않으면 과도한 단면적이 생성되어 과도 서지가 발생할 수 있습니다.

이러한 상황을 피하기 위해 보드 제조사는 가능하면 트레이스 폭을 확대합니다. 또는 그렇지 않으면 탈 수 있는 트레이스에 추가 솔더 마스크를 추가합니다. 이러한 단계는 PCB 생산 가격에 추가될 수 있습니다.

7. PCB 두께 및 종횡비

최근까지 PCB 두께는 전체 비용에서 사소한 역할만 했으나, 앞으로 몇 년 안에 이 모든 것이 바뀔 수 있습니다. 더 두꺼운 소재는 조달, 라미네이트, 인쇄 회로 기판으로 성형하는 데 더 비용이 많이 들 수 있습니다. 특히 설계 자체가 매우 복잡한 경우 더욱 그렇습니다.

더 얇은 소재는 일반적으로 생산에 더 적은 소재가 필요하므로 PCB 라인을 약간 더 낮은 비용 범주에 넣습니다. 두께와 관련한 보드 비용은 주어진 생산에 사용된 소재 유형에도 영향을 받을 수 있습니다.

PCB의 표준 두께는 1.6mm(0.063″)입니다. 최근에는 더 두꺼운 보드가 더 비싸졌지만, 업계 전반의 통일된 요율은 결코 정해지지 않았습니다. 전반적으로 0.8mm의 더 얇은 보드가 표준 두께 보드보다 비용이 적게 들거나 동일한지는 제조사에 달려 있습니다.

더 두꺼운 보드의 가격은 더 큰 종횡비를 가질 경우 상당히 더 높을 수 있습니다. 보드가 두께를 위해 여러 레이어로 구성되고 넓은 치수를 특징으로 한다면, 보드는 더 많은 소재를 필요로 하고 구조에 더 많은 작업이 필요합니다. 따라서 보드 두께 자체가 비용에 영향을 미치는 것만큼 치수나 두께를 더하는 레이어 수가 비용에 영향을 미칠 수 있습니다.

8. 맞춤 또는 고유 사양

PCB 제조 비용은 주어진 생산의 고유한 설계 요소에도 영향을 받을 수 있습니다. 맞춤 사양으로 PCB 제조사에 의뢰하면 보드 자체가 작고 1~2개 레이어로만 구성되어도 생산 비용이 올라갈 수 있습니다. 이 측면에서 진정한 결정 요인은 해당 기능이 달성을 위해 특수 도구나 기술을 필요로 하는지 여부입니다. 맞춤 사양의 예는 다음과 같습니다.

• 윤곽 가장자리(Contoured Edges): 둥근 가장자리의 PCB는 생산 비용이 더 많이 들 수 있으며, 특히 Z-축 라우팅이 필요한 경우 더욱 그렇습니다.
• 측면 도금(Side-Plating): 일부 PCB 설계는 EMC 강도 강화를 위해 금속 가장자리를 지정합니다.
• 솔더 마스크 클리어런스(Solder Mask Clearance): 솔더 마스크에 추가 클리어런스와 두께가 필요하면 비용이 증가합니다.

특수 기능에는 전문 기술이 필요합니다. 귀하의 설계에 정기적으로 PCB 제조사들이 조립하지 않는 유형의 세부 사항이 포함되어 있고 제작이 어렵다면, 이는 생산에 참여할 수 있는 사람 수를 제한할 수 있습니다. 이는 결과적으로 더 시간이 많이 걸리는 생산으로 이어질 수 있습니다. 전체 생산이 완료되는 데 추가 시간이 걸리면 결국 보드 비용이 더 많이 듭니다.

고유한 보드 설계에는 특수 도구가 종종 필요합니다. 보드가 표준 직경과 맞지 않는 특이한 크기의 수많은 구멍을 필요로 한다면, 귀하의 주문을 처리하는 회사가 필요한 기기를 조달하고 관련 비용을 청구해야 할 수 있습니다. 또는 귀하가 특수 설계 요청에 필요한 도구를 공급하도록 요청받을 수도 있습니다. 이는 PCB 제조사와의 계약 전에 미리 합의되어야 할 사항들입니다.

고유한 PCB 설계 요청에서 기인할 수 있는 예외적으로 높은 비용을 피하려면 생산 전에 설계의 잠재적 가격을 계산하세요. 설계의 맞춤 사양과 이를 구현하는 데 필요한 단계를 결정하세요. 이러한 세부 사항이 PCB 제조사에 의해 이해되도록 하여 비용이 많이 드는 시행착오를 피하세요.

Millennium Circuits Limited의 다양한 설계 PCB

PCB 소재 특성은 조립 비용에 큰 영향을 미칠 수 있으며, 보드 크기와 관련 레이어 수도 마찬가지입니다. 비용을 합리적인 수준으로 유지하려면 미리 PCB 소재 비교를 하여 귀하의 설계에 가장 적합한 것이 무엇인지 확인하는 것이 가장 좋습니다.

Millennium Circuits에서는 각 고객과 협력하여 그들이 필요로 하는 보드를, 그들이 필요로 하는 방식으로 제공합니다. 귀하의 사양에 대한 견적은 오늘 문의하세요.