다층 PCB 레이어 수 결정: 단계별 가이드

인쇄 회로 기판(PCB)은 전자 부품을 연결하는 보드입니다. 핵심 소재인 비전도성 유리섬유를 기판(substrate)이라고 합니다. 얇은 구리 층이 한 면 또는 양면에 코팅되어 있습니다. 선, 패드, 비아의 에칭이 구리 플레이트에 있고 여분의 구리가 제거됩니다. 어떤 종류의 PCB인지 보고 싶으신가요?

버리거나 망가진 전자 기기(PC나 노트북 등)를 열어보세요. 에칭이 된 얇은 녹색 보드를 보실 수 있을 겁니다. 아마 이미 보신 적 있으실 거예요. 꽤 아름답게 생겼죠.

여러분 중 다층 PCB에 대해 잘 모르시는 분들이 많지만, 거의 모든 주요 전자 기기에는 다층 PCB가 들어갑니다. 네, 맞습니다. 여기 다층 PCB에 대해 알아야 할 모든 것이 있습니다.

1. 다층 PCB란?

PCB는 단일 레이어, 이중 레이어, 다층으로 나옵니다. 단일 레이어 PCB는 보드 한 면에만 구리 코팅과 에칭이 있습니다. 이중 레이어 PCB는 양면에 있습니다. 또 한 가지, 모든 레이어에는 다층 PCB 여부와 상관없이 무언가 인쇄되어 있습니다.

단일 또는 이중 레이어와 다층 PCB를 구별하는 것은 무엇일까요? 바로 구리 층 사이에 유리섬유를 샌드위치처럼 끼워 넣는 것입니다. 레이어 수는 정교한 전자 기기에서 4층에서 28층까지, 두께는 0.4~5mm까지 갈 수 있습니다.

1.1 다층 PCB는 어디에 사용되나요?

모바일부터 노트북, 심장 모니터까지 모두 다층 PCB를 사용합니다. 왜냐고요? 단일 또는 이중 레이어에 비해 기능이 증가했기 때문입니다. 이렇게 생각해 보세요. 복잡한 회로 연결이 필요할 때, 여러 단일 레이어 PCB를 사용하거나 단일 다층 PCB 하나로 할 수 있습니다. 이는 기능성을 높일 뿐만 아니라 무게도 줄여줍니다. 또 단일 또는 이중 레이어 PCB보다 공간을 훨씬 덜 차지합니다. 그 결과 스마트폰, TV, 노트북이 더 얇아지고 있습니다.

1.2 다층 PCB의 주요 이점

• 더 높은 기능성과 능력
• 공간 절약
• 단일 또는 이중 레이어에 비해 가벼운 무게
• 더 빠른 속도
• 더 높은 부품 밀도
• 경성 및 연성 제조 모두 가능

2. 다층 PCB에 대한 핵심 질문들

이제 다층 PCB가 무엇인지 아셨습니다. 좀 더 깊이 들어가 기술적인 이야기를 해보겠습니다. 걱정 마세요, 지루하지 않고 잠도 안 옵니다.

PCB를 다룰 때 염두에 두어야 할 몇 가지 사항들입니다.

2.1 어떤 작동 주파수가 필요한가요?

기기에서 애플리케이션을 클릭하고 열리기를 기다리는 상상을 해보세요. 계속 기다립니다. 때로는 엄청나게 느립니다.

기분이 좋지 않으실 겁니다. 그건 프로세서의 클럭 속도 또는 주파수 때문입니다(이것도 PCB입니다). 단일 또는 이중 레이어 PCB의 작동 주파수는 약 500MHz~1GHz입니다.

다층 PCB의 작동 주파수는 500MHz~2GHz로 꽤 높습니다. 별거 아닌 것 같지만, 친구여, 당신은 틀렸습니다. 애플리케이션이 1분 빨리 열리기에 충분합니다. 현재 세기는 속도와 스트리밍, 더 빠른 기기, 더 빠른 삶에 관한 것입니다. 모두 몇 초나 1분이라도 더 빨라지길 원합니다.

2.2 다층 PCB의 밀도

PCB 보드를 자세히 보셨나요? 다른 도로들이 있는 도시처럼 보이는 구조들이 보입니다. 솔직히 꽤 멋집니다. 부품들은 일반적인 LED 회로 기판보다 더 높은 밀도를 가집니다.

기기들이 얇아지면서 단일 회로 기판에 더 많은 부품이 들어갑니다. 그 방법은 역시 다층 PCB였습니다. 하지만 더 높은 부품 밀도의 PCB를 설계하는 것은 결코 공원 산책이 아닙니다. 심각한 고민과 다양한 고려사항이 필요합니다. 접지 평면, 전원 평면, 비아의 수를 알아야 합니다.

매립 비아나 블라인드 비아를 사용하시겠습니까?

블라인드 비아 또는 매립 비아

비아는 회로 기판의 내부 또는 외부 레이어에 부품을 연결하기 위해 뚫린 구멍입니다. 블라인드 비아는 회로 기판의 외부 레이어를 내부 레이어에 연결합니다. 매립 비아는 내부 레이어들을 연결하며, 자세히 보면 빈 공간처럼 보입니다.

종횡비(Aspect Ratio)

판 두께와 관통 구멍 직경의 비율입니다. 일반적으로 대부분의 제조업체에서 종횡비는 6:1입니다. 더 작은 종횡비는 PCB 강도를 높여줍니다. 더 높은 종횡비는 더 많은 구리 도금과 주파수를 허용합니다. 따라서 PCB 설계 시 적절한 균형이 필요합니다.

신호 무결성(Signal Integrity)

신호가 손실이나 왜곡 없이 한 지점에서 다른 지점으로 갈 수 있습니다. 신호 무결성이 맞지 않으면 PCB가 잘 작동하지 않습니다(셜록이라면 아실 겁니다). 그래서 접지 평면, 전원 평면, PCB 재료, 비아의 적절한 배열을 염두에 두어야 합니다.

3. 다층 PCB 설계 규칙

이제 기술적인 것들을 훑어봤으니(휴), 설계에 대해 이야기해 보죠. 재미있고 흥미로울 수 있습니다. PCB를 만들 계획이라면 이렇게 하실 수 있습니다.

1단계 - 회로도 다이어그램을 만드세요. 이는 PCB 상의 모든 부품을 위한 청사진입니다. 소프트웨어나 손으로 할 수 있지만, 소프트웨어를 추천합니다.

2단계 - 보드 레이아웃을 그리세요. KiCad, CircuitMaker 같은 소프트웨어의 도움을 받을 수 있습니다. 구글에 검색하면 많은 소프트웨어를 찾을 수 있습니다.

3단계 - 마지막 단계는 회로 기판에 에칭하는 것입니다. 이 시설을 제공하는 업체에 맡길 수도 있습니다. 또는 납땜 인두와 기타 도구로 직접 할 수도 있습니다.

회로도 설계가 정확한지, 단순히 예쁘기만 한 건 아닌지 확인해야 합니다. PCB 설계는 꽤 재미있습니다. 하지만 너무 과하지 마세요. 처음부터 그래픽 카드용 PCB를 만들려고 하지 마세요.

LED부터 시작하길 권장합니다. 꽤 멋져 보입니다. 게다가 꽤 좋은 취미이자 여가 시간에 할 수 있는 꽤 좋은 일이기도 합니다.

4. 다층 PCB의 다양한 유형

그러면 주요 다층 PCB 유형들은 무엇일까요? 한번 보시죠.

단일 레이어 PCB - 보드 한 면에만 얇은 구리 층 코팅이 있는 유형입니다. 다른 면에는 전기 부품 연결이 전기적으로 되어 있습니다.

이중 레이어 PCB - 이 유형에서는 보드 양면에 얇은 구리 층 코팅이 있습니다. 뚫린 구멍들이 양면의 회로를 연결합니다.

다층 PCB - 3개 이상의 이중 레이어 PCB가 연속된 것입니다. 각 PCB 사이에 절연체가 있습니다. 강력한 접착제로 고정됩니다.

경성 PCB - 이 PCB들은 휘지 않는 경성 기판을 사용합니다. 단일 레이어, 이중 레이어, 다층 PCB로 나옵니다.

연성 PCB - 이 PCB들은 유연한 기판 재료를 사용합니다. 단일 레이어, 이중 레이어, 다층 PCB로 나옵니다.

참고: 구리 외에 알루미늄을 도전성 재료로 사용할 수 있습니다.

5. 다층 PCB - 적용 분야

PCB 사용 분야에 대해 이미 꽤 좋은 아이디어를 가지고 계실 겁니다. 그래서 다양한 곳에서 볼 수 있는 곳에 대해 조금만 말씀드리겠습니다.

• 컴퓨터, 스마트폰 같은 전자 기기. 거의 모든 전자 기기가 어떤 형태의 PCB를 사용합니다. 순수 형태이거나 복잡하고 정교한 형태일 수 있습니다.
• 심박수 모니터, CT 스캐너 같은 의료 기기.
• 전자레인지, 냉장고, 커피 메이커 같은 가전제품.
• LED, 네온 사인 같은 조명 기기.
• 드릴 같은 산업 장비. 또는 내비게이션 장치, 콕핏 제어 시스템 같은 자동차 장비.

이 얇은 작은 보드들이 삶의 모든 영역에 스며들었습니다. 우리 주변 어디에나 있습니다.

6. 다층 PCB 제조업체

이 영상에서 아시다시피 다층 PCB 제조는 꽤 까다로울 수 있습니다. 공정은 매우 집중적이며 정확성을 요구합니다.

• 구리 호일, 프리프레그(prepreg), 코어의 여러 층을 샌드위치합니다. 이 샌드위치 공정에는 매우 높은 압력[50psi]과 온도[350°F]가 필요합니다.
• 샌드위치 과정에서 레이어들에 균일한 응력이 필요합니다. 실패하면 불균일한 압력이 발생하거나, 다른 위치에서 불균일한 두께가 생깁니다.
• 모든 레이어가 정렬되어야 합니다.

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요약

다층 PCB는 80년대에 사용이 증가했습니다. 오늘 날, 그것은 여기에 머물러 있는 우리 전자 기기의 되돌릴 수 없는 일부가 되었습니다.

전 세계 PCB 시장은 2024년까지 약 900억 달러에 달할 것으로 예상되며, 2019~2024년 연평균 성장률은 4.3%입니다. 다층 PCB는 단일 또는 이중 레이어 PCB보다 훨씬 더 유용합니다.

하지만 동시에 비용이 많이 들고, 기술, 시간, 최적화에 많은 투자가 필요합니다. 그래서 PCB 설계를 계획 중이시라면, 취미든, 프로젝트든, 관심사든, 실행에 옮기세요. 다층 PCB 요구사항에 대해 저희와 상담하세요. 믿을 수 있는 PCB 제조업체입니다.