비아의 종류

전자 및 컴퓨팅 장치에서 회로는 제어 프롬프트에서 화면으로 다양한 신호를 전송하는 작은 녹색 보드에 의해 수행됩니다. 예를 들어 모든 스마트폰에는 수천 가지 기능과 명령에 대한 신호를 전달하는 다양한 칩과 구성 요소가 있는 인쇄 회로 기판(PCB)이 있습니다. 터치스크린의 프롬프트 중 하나를 누를 때마다 내부 보드의 신호 중 하나가 활성화됩니다. 이러한 신호의 대부분은 PCB 비아를 통해 전달됩니다.

이동: 비아란? | 비아의 주요 유형 | PCB에 적합한 Via 요구 사항을 결정하는 방법

비아란 무엇입니까?

인쇄 회로 기판에서 비아는 전도성을 위해 기판의 층을 통과하는 구멍입니다. 각 홀은 회로층 사이에 전기 신호가 전달되는 전도성 경로 역할을 합니다. 비아는 인쇄 회로 기판의 다양한 레벨을 통해 이동합니다. PCB의 설계에 따라 보드에는 위에서 아래로 모든 레이어를 통과하는 구멍이 필요할 수 있습니다. 또는 일부 비아는 상단 또는 하단 레이어만 관통하고 일부 비아는 내부 레이어를 통해 배치됩니다. 인쇄 회로 기판의 비아와 관련하여 다양한 옵션이 있습니다.

비아는 인쇄 회로 기판에서 가장 중요한 기능 중 하나입니다. 결과적으로 보드 제조와 관련된 비용의 상당 부분을 차지합니다.

이러한 다른 유형의 비아가 동일한 기본 목적을 제공한다는 사실에도 불구하고 특정 유형의 비아는 특정 PCB 설계에서 다른 유형보다 더 적합합니다. 이 기사에서는 PCB 설계의 다양한 유형의 비아와 각 비아가 인쇄 회로 기판에서 전기 연결을 용이하게 하는 방법에 대해 설명합니다.

비아의 주요 유형

비아에는 PCB 레이어의 위치에 따라 블라인드 홀과 매립 홀의 두 가지 주요 범주가 있습니다.

막힌 구멍에서 구멍은 보드의 상단 또는 하단 레이어를 관통하지만 내부 레이어보다 먼저 멈춥니다. 블라인드 홀은 보드를 빛에 대면 볼 수 없기 때문에 그런 이름이 붙었습니다. 막힌 구멍 생성과 관련된 프로세스는 보드에 드릴링을 멈출 때를 알아야 하기 때문에 어려울 수 있습니다. 따라서 많은 PCB 제조업체는 이러한 유형의 홀 도금을 피합니다.

또 다른 유형의 비아는 하나 이상의 내부 레이어를 통해 나타날 수 있는 매립 구멍입니다. 매설된 구멍은 층 사이에 끼어 있기 때문에 육안으로 볼 수 없습니다. 다층 기판에 블라인드 레이어를 적용하기 위해서는 기판에 상/하층을 도포하기 전 PCB 조립 초기에 내부 레이어의 홀 도금을 완료해야 합니다.

비아가 배치되는 위치에 관계없이 다음 세 가지 주요 유형 중 하나일 가능성이 높습니다.

• 스루홀
• 비아인패드
• 마이크로비아.

1. 관통 구멍

가장 명백한 유형의 비아는 다층 기판의 모든 층을 관통하는 도금 스루홀입니다. 관통 구멍은 일반적으로 막힌 구멍 및 묻힌 구멍보다 크며 육안으로 식별하기 훨씬 쉽습니다. 빛 앞에서 보드를 들어 올리면 빛이 도금 관통 구멍을 통해 바로 관통합니다. 관통 구멍은 구멍을 뚫을 때 주의해야 하는 막힌 구멍과 달리 모든 레이어를 바로 뚫을 수 있기 때문에 만들기도 더 쉽습니다.

스루홀 기술은 점대점 구조를 대체한 20세기 중반부터 존재해 왔습니다. 스루홀은 1950년대와 1980년대 사이에 인쇄 회로 기판에서 볼 수 있는 거의 모든 기능이 스루홀에 부착되었을 때 가장 일반적이었습니다.

쓰루홀 기술의 초창기에는 PCB의 트랙이 상단에만 인쇄되어 있었습니다. 기술이 발전함에 따라 인쇄가 양면에 나타났습니다. 결국 다층 보드가 사용되었습니다. 이 시점에서 관통 구멍은 전도성 레이어 간의 접촉을 가능하게 하기 위해 도금된 관통 구멍으로 업데이트되었습니다. 오늘날 도금된 스루홀은 PCB의 다른 레이어를 연결하는 데 사용됩니다. 관통 구멍은 일반적으로 와이어 리드가 있는 구성 요소를 용이하게 하는 데 사용됩니다. 축 방향 구성 요소는 이 구멍을 통해 배치되고 짧은 공간을 가로질러 연결하는 데 사용됩니다.

관통 구멍은 1990년대와 2000년대에 컴퓨터 타워에 사용되었던 대형 마더보드에서 종종 볼 수 있습니다. 스루홀 구성 요소가 있는 PCB는 이러한 구형 마더보드에 연결된 구형 PCI(Peripheral Component Interconnect) 카드에서도 볼 수 있습니다. 예를 들어, 타워 내부의 PCI 슬롯에 연결된 사운드 카드는 일반적으로 관통 구멍에서 보드에 부착된 구성 요소를 특징으로 합니다. 오늘날의 일체형 평면 스크린 장치보다 앞선 구형 컴퓨터의 그래픽 카드에서도 유사한 기능을 찾을 수 있었습니다.

소형, 소형, 모바일 컴퓨팅 장치 및 전자 장치의 인기가 높아짐에 따라 PCB는 스루홀 부품이 거의 없는 경우에도 설계되고 있습니다. 따라서 PCB 설계자가 큰 스루홀을 포함하는 보드를 계속 사용하는 데에는 몇 가지 이유가 남아 있습니다. 이러한 보드는 마이크로비아와 함께 보다 효율적으로 사용할 수 있는 보드에서 많은 공간을 소비하기 때문입니다. 사실 설계자가 기판을 작게 유지하려면 마이크로비아와 표면 실장을 최대한 사용해야 합니다. 추세가 계속됨에 따라 스루홀은 앞으로 몇 년 안에 완전히 단계적으로 사라질 것입니다.

2. Via-in-Pad

오늘날 인쇄 회로 기판용으로 더 인기 있는 디자인 중 하나는 비아 인 패드라고도 하는 볼 그리드 어레이(BGA) 패드에 비아를 적용하는 것입니다. 비아 인 패드 설계에서 비아는 PCB의 BGA 패드에 배치됩니다. 이 디자인은 제조업체가 비아에 필요한 공간을 최소화할 수 있기 때문에 대중화되었습니다. 이와 같이 비아 인 패드를 통해 제조업체는 신호 라우팅에 더 적은 공간을 필요로 하는 더 작은 인쇄 회로 기판을 만들 수 있습니다. Via-in-pad는 오늘날의 소형 전자 및 컴퓨팅 장치를 위한 최적의 기술로, 제조업체에서 주머니에 넣기도 하고 때로는 손목에 맬 수도 있습니다.

비아 인 패드 설계는 구멍이 구성 요소 아래에 있는 레이어에 직접 연결되기 때문에 라우팅에 특히 편리하므로 장치 풋프린트의 경계를 벗어날 위험 없이 신호를 라우팅할 수 있습니다.

물론 모든 제조업체가 BGA 패드에 비아를 배치하는 방식을 채택한 것은 아닙니다. 일부 PCB 제조업체의 주요 단점 중 하나는 패드를 순수 구리 또는 구리로 덮인 일부 비전도성 재료로 채워야 한다는 것입니다. 그렇지 않으면 땜납이 패드에서 흘러나와 PCB의 연결이 끊어집니다.

일부 제조업체의 또 다른 금지 요소는 비아에 종종 비용과 시간이 많이 소요될 수 있는 추가 단계가 필요하다는 사실입니다. 일부 설계자는 단순히 PCB 생성 비용을 추가하는 것을 원하지 않습니다. 또한 패드에 비아를 배치하면 필요한 드릴 직경이 변경됩니다.

이러한 문제에도 불구하고 BGA 패드에 비아를 배치하면 다양한 이점이 있습니다. 비용은 차치하고, 패드를 통해 더 작은 보드를 만들고 궁극적으로 더 작은 장치를 만들 수 있습니다. 특정 최신 가제트 및 모바일 장치의 경우 패드를 통한 디자인이 유일한 옵션일 수 있습니다.

표준 비아 레이아웃에서 솔더 마스크를 적용하여 비아로의 땜납 흐름을 막을 수 있습니다. 비아 인 패드 설계를 사용하면 공기가 갇히게 되어 PCB가 생산되는 동안 가스가 배출될 수 있기 때문에 배럴을 채우지 않은 상태로 둘 수 없습니다. 따라서 BGA 패드에 배치할 때 비아를 채워야 합니다. 디자인이 작동하려면 평면이 평면이어야 합니다. 이렇게 하면 복잡한 BGA가 있는 경우 거의 없이 미세 피치 BGA를 연결할 수 있기 때문입니다.

패드 내 비아는 에폭시로 채울 수 있습니다. 이것은 드릴링 및 도금 단계 후에 수행해야 합니다. 또 다른 옵션은 비아를 구리로 채우는 것입니다. 이것은 비아가 레이저로 절제된 경우 작동합니다. 어떤 방법을 선택하든 패드가 구멍의 직경에 맞게 충분히 크고 허용 오차가 충분한지 확인해야 합니다. 또한 설계는 IPC 클래스 2 및 3 표준을 충족해야 합니다.

비아 인 패드가 표준 비아 레이아웃보다 더 나은 옵션인지 여전히 확신이 서지 않는 경우 PCB 제조업체에 문의하여 최신 기술이 기판을 어떻게 변화시켰는지 확인해야 합니다.

3. 마이크로비아

PCB 설계에서 150미크론 미만의 비아는 마이크로비아로 알려져 있으며 많은 HDI(고밀도 상호 연결) ​​기판에 사용됩니다. 설계자들은 구멍의 크기가 작기 때문에 마이크로비아를 선호하는데, 이는 더 많은 드릴링이 필요한 구멍보다 기판에서 훨씬 적은 공간을 차지합니다. 마이크로비아에서 레이어는 구리 도금으로 서로 연결됩니다.

Microvias는 원뿔 모양으로 만들어지므로 via 측면이 구리 도금되기 쉽습니다. 마이크로비아는 인접한 두 층을 통과할 수 있지만 그 이상은 통과할 수 없습니다. 보드 설계에 여러 레이어를 통한 비아가 필요한 경우 그에 따라 여러 마이크로비아를 적층해야 합니다.

제조 관점에서 적층형 마이크로비아를 생성하는 것은 비용과 시간이 많이 소요되는 프로세스일 수 있습니다. 다른 것보다 하나의 마이크로비아가 필요한 보드에서 가장 일반적인 디자인은 두 개의 마이크로비아를 특징으로 합니다. 스태킹에 관한 한 궁극적인 한계는 4개의 마이크로비아입니다. 그러나 4개의 마이크로비아는 높은 비용 때문에 PCB 제조에 ​​거의 적용되지 않습니다.

적층형 마이크로비아에 대한 대안적인 옵션은 두 번째 또는 세 번째 마이크로비아가 위의 것보다 한 단계 아래에 배치되는 계단처럼 설정되는 지그재그형 마이크로비아입니다. 적층형 마이크로비아와 마찬가지로 엇갈린 마이크로비아는 다층 PCB에서 생산하기 어렵고 비용이 많이 듭니다.

마이크로비아가 보드의 외부 층을 통해 들어가고 멈추기 전에 내부 층으로 절단되면 블라인드 마이크로비아로 간주됩니다. 블라인드 마이크로비아를 사용하면 인쇄 회로 기판의 배선 밀도를 높일 수 있습니다. 블라인드 마이크로비아는 가장 짧은 거리를 제공하므로 외부 레이어의 신호가 기본 레이어로 라우팅되어야 하는 경우 특히 유리합니다. HDI 보드에서 블라인드 마이크로비아를 사용하면 상단 2개 또는 하단 2개 레이어에 마이크로비아를 배치할 수 있는 4개의 레이어가 있는 PCB와 같이 다층 보드의 공간을 최적화할 수 있습니다.

어떤 경우에는 마이크로비아가 두 개의 전체 층을 관통합니다. 이 설명에 맞는 블라인드 비아는 건너뛰기 비아로 알려져 있습니다. 그러나 구멍의 특성으로 인해 도금이 복잡해질 수 있으므로 제조업체에서는 스킵 비아를 권장하지 않습니다.

PCB의 두 내부 레이어를 연결하는 마이크로비아를 매립 마이크로비아라고 합니다. 매립형 마이크로비아가 PCB 설계에 포함되려면 외부 층이 적용되기 전에 구멍을 포함하는 층을 먼저 뚫어야 합니다. 매립형 마이크로비아를 사용하면 인쇄 회로 기판에 두 개의 내부 레이어를 연결할 수 있습니다. 드릴링은 기계 도구를 사용하거나 레이저를 사용하여 수행할 수 있습니다.

PCB에 마이크로비아를 배치할 때 홀 사이즈의 종횡비에 주의하는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 기판이 제대로 도금되지 않을 수 있습니다.

PCB에 적합한 비아 요구사항을 결정하는 방법

PCB 설계를 위해 선택하는 비아 유형은 보드의 크기와 목적을 기반으로 해야 합니다. 보드가 더 오래된 더 큰 컴퓨팅 장치에서 사용하도록 만들어진 경우 더 새로운 것은 문제의 장치와 호환되지 않을 수 있으므로 이전 표준을 준수하는 PCB 설계가 필요할 것입니다. 이러한 구형 장치 중 일부의 경우 유일한 옵션은 스루홀 구성요소가 있는 더 큰 PCB일 것입니다.

더 작은 장치용 PCB를 설계하는 경우 장치에 맞는 작은 보드의 작은 공간을 최대화해야 하므로 스루홀 부품을 사용할 이유가 없습니다. 예를 들어, PCB 디자인의 크기가 제곱인치에 불과한 경우 허용되는 작은 공간에서 전도하기에 너무 많은 신호가 있기 때문에 큰 스루홀에 필요한 공간이 없을 것입니다. 이 크기의 보드는 엄지손가락 크기의 보드에서 짧은 거리 사이에 강력한 신호를 전달할 수 있는 블라인드 마이크로비아를 사용하는 것이 훨씬 더 좋습니다.

물론, 마이크로비아로 더 작은 PCB를 만드는 과정은 그러한 기판에 수반되는 노동으로 인해 더 많은 투자가 필요할 것입니다. 그러나 이러한 소형 보드의 장점은 투자를 쉽게 회수할 수 있습니다. 특히 궁극적으로 큰 판매자가 될 수 있는 새롭고 획기적인 장치를 마케팅하는 경우에는 더욱 그렇습니다.

Millennium Circuits의 PCB 제품 및 서비스

인쇄 회로 기판 설계와 관련하여 블라인드 및 매립 마이크로비아와 같이 선택할 수 있는 비아 어레이가 있습니다. 오늘날의 소형 PCB에서 마이크로비아를 사용하면 장치에 다양한 기능을 장착할 수 있으며 20년 전에는 일반적이었던 더 큰 스루홀 구성 요소의 성능 기능을 능가하는 속도와 처리 능력을 제공할 수 있습니다. 가장 컴팩트하고 최적의 PCB 설계를 생성하려면 이러한 부품을 결합할 수 있는 팀이 있어야 합니다. PCB 제품 및 서비스에 대한 견적은 Millennium Circuits에 문의하십시오.