비아 유형 종합 가이드: PCB 상호 연결의 모든 것

전자 및 컴퓨팅 장치에서 회로는 제어 프롬프트에서 화면으로 다양한 신호를 전송하는 작은 녹색 보드에 의해 수행됩니다. 모든 스마트폰에서 예를 들어, 다양한 칩과 구성 요소가 수천 가지 기능과 명령에 대한 신호를 수행하는 인쇄 회로 기판(PCB)을 내부에 찾을 수 있습니다. 터치스크린에서 프롬프트 중 하나를 누를 때마다 내부 보드의 신호 중 하나를 활성화합니다. 이러한 신호 대부분은 PCB 비아를 통해 수행됩니다.

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비아란?

인쇄 회로 기판에서 비아는 보드 층을 관통하는 구멍으로 전도성을 목적으로 합니다. 각 구멍은 회로 층 사이에 전기 신호가 통과하는 전도성 경로로 기능합니다. 비아는 인쇄 회로 기판의 다양한 레벨을 통과합니다. PCB 설계에 따라 보드는 위에서 아래까지 모든 층을 관통하는 구멍을 필요로 할 수 있습니다. 또는 일부 비아는 상단 또는 하단 층만 관통하고, 일부는 내부 층을 통해 배치됩니다. 인쇄 회로 기판의 비아에는 다양한 옵션이 있습니다.

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

이러한 다양한 유형의 비아가 동일한 기본 목적을 수행함에도 불구하고, 특정 유형의 비아가 특정 PCB 설계에서 다른 것들보다 더 적합할 수 있습니다. 이 기사는 PCB 설계에서 다양한 비아 유형과 각 유형이 인쇄 회로 기판에서 전기 연결을 어떻게 촉진할 수 있는지 다룹니다.

 

주요 비아 유형

PCB 층에서 어디에 있는지에 따라 두 가지 주요 비아 범주가 있습니다. 블라인드 홀과 매립 홀입니다.

블라인드 홀에서 구멍은 보드의 상단 또는 하단 층을 관통하지만 내부 층 전에 멈춥니다. 블라인드 홀은 보드를 빛에 대었을 때 관통하여 보이지 않기 때문에 그렇게 명명되었습니다. 블라인드 홀 생성에 관련된 공정은 보드에 얼마나 깊이 드릴해야 할지 알아야 하므로 어려울 수 있습니다. 따라서 많은 PCB 제조사는 이러한 유형의 홀 도금을 피합니다.

또 다른 비아 유형은 매립 홀로, 하나 이상의 내부 층을 통해 나타날 수 있습니다. 매립 홀은 층 사이에 샌드위치되어 있어 육안으로 볼 수 없습니다. 다층 보드에 블라인드 레이어가 있으려면 내부 층의 홀 도금이 PCB 조립 초기에, 상단 및 하단 층이 보드에 적용되기 전에 완료되어야 합니다.

비아가 어디에 배치되든, 다음 세 가지 주요 유형 중 하나일 가능성이 높습니다.

• 스루홀
• 비아-인-패드
• 마이크로비아

1. 스루홀

가장 명백한 비아 유형은 도금 스루홀로, 다층 보드의 모든 층을 관통합니다. 스루홀은 일반적으로 블라인드 홀과 매립 홀보다 크고 육안으로도 훨씬 쉽게 식별할 수 있습니다. 보드를 빛 앞에 대면 빛이 도금 스루홀을 그대로 관통합니다. 스루홀은 블라인드 홀처럼 구멍을 얼마나 깊게 만들지 조심할 필요 없이 모든 층을 바로 뚫을 수 있으므로 만들기도 더 쉽습니다.

스루홀 기술은 20세기 중반 포인트 투 포인트 구조를 대체하면서 시작되었습니다. 스루홀은 1950년대와 1980년대 사이에 가장 흔했으며, 당시 인쇄 회로 기판에서 발견된 거의 모든 기능이 스루홀에 부착되었습니다.

스루홀 기술 초기에는 PCB 트랙이 상단 면에만 인쇄되었습니다. 기술이 발전하면서 인쇄가 양면에 나타났습니다. 결국 다층 보드가 사용되었습니다. 이 시점에서 스루홀은 도금 스루홀로 업데이트되어 전도성 층 간 접촉을 가능하게 했습니다. 오늘날 도금 스루홀은 PCB의 서로 다른 층을 연결하는 데 사용됩니다. 스루홀은 일반적으로 와이어 리드가 있는 구성 요소를 용이하게 하는 데 사용됩니다. 축방향 리드 구성 요소는 이 구멍을 통해 배치되어 짧은 공간을 연결하는 데 사용됩니다.

스루홀은 1990년대와 2000년대 컴퓨터 타워에 사용된 대형 마더보드에서 종종 볼 수 있습니다. 스루홀 구성 요소가 있는 PCB는 이 오래된 마더보드에 꽂혔던 구형 주변 장치 상호 연결(PCI) 카드에서도 볼 수 있습니다. 예를 들어, 타워 내부의 PCI 슬롯에 연결된 사운드 카드는 일반적으로 스루홀에 부착된 구성 요소를 특징으로 합니다. 오늘날의 올인원 평면 스크린 장치 이전의 구형 컴퓨터 그래픽 카드에서도 유사한 기능을 찾을 수 있습니다.

작고 컴팩트한 모바일 컴퓨팅 장치와 전자 가젯의 인기가 높아짐에 따라 PCB는 스루홀 구성 요소가 거의 또는 전혀 없는 상태로 설계되고 있습니다. 따라서 PCB 설계자가 큰 스루홀을 포함하는 보드를 계속 사용할 이유는 거의 없습니다. 이들은 보드에서 더 효율적으로 사용될 수 있는 많은 공간을 소비하기 때문입니다. 사실, 설계자가 보드를 작게 유지하려면 마이크로비아와 표면 실장을 가능한 한 많이 사용해야 합니다. 추세가 계속됨에 따라 스루홀은 향후 몇 년 내에 완전히 단계적으로 사라질 것입니다.

 

2. 비아-인-패드

오늘날 인쇄 회로 기판의 더 인기 있는 설계 중 하나는 볼 그리드 어레이(BGA) 패드에 비아를 적용하는 것으로, 비아-인-패드라고도 합니다. 비아-인-패드 설계에서 비아는 PCB의 BGA 패드에 배치됩니다. 이 설계는 비아에 필요한 공간 양을 최소화할 수 있게 해주기 때문에 인기를 얻었습니다. 따라서 비아-인-패드는 제조사가 신호를 라우팅하는 데 더 적은 공간을 필요로 하는 더 작은 인쇄 회로 기판을 만들 수 있게 합니다. 비아-인-패드는 주머니에 들어가고 때로는 손목에 착용할 수 있도록 설계된 오늘날의 컴팩트한 전자 및 컴퓨팅 장치에 최적의 기술입니다.

비아-인-패드 설계는 라우팅에 특히 편리합니다. 구멍이 구성 요소 아래에 있는 층에 직접 연결되므로, 장치의 풋프린트 밖으로 나갈 위험 없이 신호를 라우팅할 수 있습니다.

물론 모든 제조사가 BGA 패드에 비아 배치를 수용한 것은 아닙니다. 일부 PCB 제조사의 주요 단점 중 하나는 패드를 순수 구리나 구리로 덮인 비전도성 소재로 채워야 한다는 것입니다. 그렇지 않으면 솔더가 패드에서 흘러나가 PCB가 연결성을 잃게 됩니다.

일부 제조사에게 또 다른 금지 요소는 비아에 추가 단계가 필요하며, 이는 종종 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸린다는 사실입니다. 일부 설계자는 단순히 PCB 생성 비용을 추가하고 싶지 않습니다. 게다가 패드에 비아를 배치하면 필요한 드릴 직경이 변경됩니다.

이러한 문제에도 불구하고 패드에 비아를 배치하는 다양한 이점이 있습니다. 비용을 제쳐두더라도 더 작은 보드를 만들 수 있고 궁극적으로 더 작은 장치를 만들 수 있습니다. 특정 현대 가젯과 모바일 장치의 경우 비아-인-패드 설계가 유일한 옵션일 수 있습니다.

표준 비아 레이아웃에서는 솔더 마스크를 적용하여 솔더가 비아로 흐르는 것을 막을 수 있습니다. 비아-인-패드 설계에서는 공기 갇힘으로 인해 PCB 생산 중 아웃가싱이 발생할 수 있으므로 배럴을 채우지 않은 채로 둘 수 없습니다. 따라서 BGA 패드에 배치될 때 비아를 채워야 합니다. 설계가 작동하려면 평평한 평면 표면도 있어야 합니다. 이는 미세 피치 BGA를 거의 또는 전혀 문제 없이 연결할 수 있게 합니다.

인-패드 비아는 에폭시로 채울 수 있습니다. 이는 드릴링과 도금 단계 후에 수행되어야 합니다. 다른 옵션은 비아를 구리로 채우는 것입니다. 이는 비아가 레이저 에이블레이션된 경우 작동합니다. 어떤 방법을 선택하든, 패드가 구멍 직경에 충분히 크고 충분한 공차가 있는지 확인해야 합니다. 또한 설계는 IPC 클래스 2 및 3 표준을 충족해야 합니다.

비아-인-패드가 표준 비아 레이아웃보다 나은 옵션인지 여전히 의심스럽다면, 최신 기술이 어떻게 그들의 보드를 변화시켰는지 보기 위해 PCB 제조사와 상담해야 합니다.

 

3. 마이크로비아

PCB 설계에서 150미크론 미만의 비아를 마이크로비아라고 하며, 많은 고밀도 상호 연결(HDI) 보드에 사용됩니다. 설계자는 구멍의 작은 크기로 인해 보드에서 더 적은 공간을 소비하기 때문에 마이크로비아를 선호합니다. 더 많은 드릴링이 필요한 구멍보다 훨씬 적습니다. 마이크로비아에서 층은 구리 도금으로 서로 연결됩니다.

마이크로비아는 원뿔 모양으로 생성되어 비아 측면을 구리 도금하기 쉽게 만듭니다. 마이크로비아는 두 인접 층을 통과할 수 있지만 그 이상은 아닙니다. 보드 설계가 여러 층을 관통하는 비아를 필요로 하면, 여러 마이크로비아가 그에 따라 적층되어야 합니다.

제조 관점에서 적층 마이크로비아 생성은 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리는 공정일 수 있습니다. 한 마이크로비아 위에 다른 마이크로비아가 필요한 보드에서 가장 일반적인 설계는 두 개의 마이크로비아를 특징으로 합니다. 적층에 관해서는 궁극적인 한계는 네 개의 마이크로비아입니다. 그러나 높은 비용 때문에 네 개의 마이크로비아는 PCB 제조에서 드물게 적용됩니다.

적층 마이크로비아의 대안은 계단형 마이크로비아로, 위층보다 한 단계 아래에 두 번째 또는 세 번째 마이크로비아가 배치되는 계단식으로 설정됩니다. 적층 마이크로비아와 마찬가지로 계단형 마이크로비아도 다층 PCB에서 생산하기 어렵고 비용이 많이 들 수 있습니다.

마이크로비아가 보드 외부 층으로 진입하여 내부 층으로 자른 후 멈춘다면, 이는 블라인드 마이크로비아가 됩니다. 블라인드 마이크로비아를 사용하면 인쇄 회로 기판의 배선 밀도를 높일 수 있습니다. 블라인드 마이크로비아는 외부 층의 신호가 기본 층으로 라우팅되어야 할 때 특히 유리합니다. 블라인드 마이크로비아는 최단 거리를 제공하기 때문입니다. HDI 보드에서 블라인드 마이크로비아는 다층 보드에서 공간을 최적화할 수 있게 합니다. 예를 들어 마이크로비아가 상단 두 개 또는 하단 두 개 층에 배치될 수 있는 4층 PCB에서 그렇습니다.

일부 경우 마이크로비아가 두 전체 층을 관통할 수 있습니다. 이 설명에 맞는 블라인드 비아를 스킵 비아라고 합니다. 그러나 제조사들은 구멍의 성격이 도금에 합병증을 초래할 수 있기 때문에 스킵 비아를 권장하지 않습니다.

PCB에서 두 내부 층을 연결하는 마이크로비아를 매립 마이크로비아라고 합니다. 매립 마이크로비아가 PCB 설계에 포함되려면 구멍을 포함하는 층이 먼저 외부 층이 적용되기 전에 드릴링되어야 합니다. 매립 마이크로비아로 인쇄 회로 기판의 두 내부 층을 연결할 수 있습니다. 드릴링은 기계적 도구로 또는 레이저로 수행할 수 있습니다.

PCB에 마이크로비아를 배치할 때, 구멍 크기의 종횡비에 주의를 기울이는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 보드를 적절히 도금하는 것이 불가능할 수 있습니다.

 

귀하의 PCB에 적합한 비아 요구 사항 결정 방법

PCB 설계에 선택하는 비아 유형은 보드 크기와 목적에 기반해야 합니다. 보드가 더 오래되고 큰 컴퓨팅 장치에서 사용되도록 만들어졌다면, 더 새로운 것은 문제의 장치와 호환되지 않을 가능성이 높으므로 이전 표준에 부합하는 PCB 설계가 필요할 것입니다. 이러한 오래된 장치 중 일부의 경우, 유일한 옵션은 스루홀 구성 요소가 있는 더 큰 PCB일 것입니다.

더 작은 장치를 위한 PCB를 설계한다면, 작은 보드에 맞을 작은 공간을 최대화해야 하므로 스루홀 구성 요소를 사용할 이유가 정말 없습니다. 예를 들어, PCB 설계가 단지 1제곱인치 크기라면, 허용된 적은 공간에 수행해야 할 신호가 너무 많기 때문에 큰 스루홀에 필요한 공간이 없을 것입니다. 그런 크기의 보드는 엄지손톱 크기 보드에서 짧은 거리 사이에 강력한 신호를 전달할 수 있는 블라인드 마이크로비아로 훨씬 더 잘 서비스될 것입니다.

물론 마이크로비아로 더 작은 PCB를 만드는 공정은 그러한 보드가 수반하는 노동으로 인해 더 많은 투자가 필요할 것입니다. 그러나 이러한 더 작은 보드의 이점은 투자금을 쉽게 회수할 수 있습니다. 특히 궁극적으로 큰 판매자가 될 수 있는 새롭고 획기적인 장치를 마케팅하는 경우 더욱 그렇습니다.

 

Millennium Circuits의 PCB 제품 및 서비스

인쇄 회로 기판 설계에 관해서는 블라인드 및 매립 마이크로비아 같은 다양한 비아를 선택할 수 있습니다. 오늘날의 더 작은 PCB에서 마이크로비아는 20년 전에는 흔했던 부피가 큰 스루홀 구성 요소의 성능 능력을 초과하는 속도와 처리 능력뿐만 아니라 수많은 기능으로 장치를 장착할 수 있게 합니다. 가장 컴팩트하고 최적의 PCB 설계를 생산하려면 이러한 조각들을 조립할 수 있는 팀이 있는 것이 중요합니다. PCB 제품 및 서비스 견적은 Millennium Circuits에 문의하세요.