PCB 애뉴럴 링(Annular Ring)은 수많은 PCB 설계자가 겪는 최대 고민거리 중 하나입니다. 비아가 패드 중앙에 정확히 위치했다고 확신해도, 탕젠시(Tangency)나 브레이크아웃(Breakout) 위험은 항상 존재합니다. 본 글은 PCB 애뉴럴 링의 설계 과제와 해결책, 크기 중요성을 심층 다루며, 설계 단계에서 직면하는 문제를 해결할 수 있는 실무 지식을 제공합니다.
(애뉴럴 링이 형성된 PCB 이미지)
애뉴럴 링은 드릴 홀(완성된 구멍)을 둘러싼 구리 패드 영역입니다. 핵심은 스루홀 구리 도금입니다. 비아 주변에 충분한 구리가 있어야 비아와 구리 트레이스 간 신뢰성 있는 연결이 형성되며, 이는 다층 PCB에서 특히 중요합니다.
따라서 애뉴럴 링의 주목적은 다층 PCB에서 우수한 전기적 연결을 구축하는 것입니다. 즉, PCB의 앵커(Anchor) 역할을 합니다. 최소 직경은 PCB 조립사의 능력에 따라 달라지며, 홀 직경은 도금 여부와 특성에 따라 다릅니다. 작은 링은 비아를 위험에 빠뜨리고, 애뉴럴 브레이크아웃(Annular Breakout)을 유발합니다.
수학에서 '환(Annulus)'은 두 동심원 사이의 링 모양 영역입니다. PCB에서도 동일하게, 애뉴럴 링은 두 동심원(또는 디스크)의 차이로 정의됩니다. 형용사로는 '애뉴럴(Annular)'이라 하며, 일식(Annular Eclipse)에서 유래했습니다.
PCB 상에서 애뉴럴 링은 주로 원형 구조를 띱니다. 애뉴럴 링의 폭(Width)이 넓을수록 드릴 홀 주변 구리 연결이 견고해집니다. 브레이크아웃을 피하려면 애뉴럴 링 크기를 키워야 합니다.
(애뉴럴 링의 원형 구조를 보여주는 PCB)
애뉴럴 링은 회로 기판에서 신뢰성 있는 전기적 연결을 위한 공간을 제공합니다. 이것이 없으면 원하는 전기적 연결이 불가능합니다. 애뉴럴 링 문제는 트레이스 연속성에 치명적이며, 보드 전체 기능에 악영향을 미칩니다.
불행히도 일부 설계자는 애뉴럴 링 중요성을 간과해 불량한 형상으로 설계합니다. 이는 트레이스 연속성 문제를 야기합니다. 드릴링 시 정확성이 필수이며, 중심에서 벗어나면 애뉴럴 링 탕젠시(Annular Ring Tangency)가 발생해 회로 기능에 악영향을 줍니다.
(PCB 애뉴럴 링 및 기타 전기 부품)
PCB 제조사가 정확한 설계를 구현해야 하지만, 설계자도 올바른 크기 설계에 큰 책임이 있습니다. 올바른 애뉴럴 링 크기 확보는 추후 문제를 예방합니다.
계산은 어렵지 않습니다. 최적 애뉴럴 링 폭 = (패드 직경 - 홀 직경) / 2입니다.
예: 패드 직경 22밀, 홀 직경 10밀 → (22-10)/2 = 6밀.
PCB는 높은 비점과 절연 특성으로 열전달, 전기, 유압 장비에 널리 쓰이며, 최근 가전, 군수, 의료 장비까지 확대되었습니다. 애뉴럴 링 계산 시 용도를 고려해야 하며, 유형은 PCB 요구사항에 따라 결정됩니다.
특수 요구사항이 있으면 고품질 애뉴럴 링이 필요합니다. IPC는 PCB를 Class 1, 2, 3 세 등급으로 분류하며, Class 3이 최고 등급으로 의료/군수용에 쓰입니다. Class 3은 비아 직경을 수용할 만큼 패드 크기가 충분히 커야 합니다.
올바른 설계 기준 없이는 기능 저하 보드가 나옵니다. 이론적으로 비아 패드 정중앙 드릴링이 이상적이지만, 실제 정확도는 제조사 장비에 달렸습니다.
대다수 제조사는 애뉴럴 링 설계 공차를 약 5밀로 둡니다. 설계자는 애뉴럴 링을 보드 정중앙에 배치해 레이어-비아 간 최적 연결을 보장해야 합니다. 설계 단계에서 적절한 애뉴럴 링 설정은 필수입니다.
고밀도 설계일수록 더 작은 애뉴럴 링이 필요합니다. 비아/패드 공간 점유를 최소화하기 위함입니다.
비아 생성을 위해 드릴 홀에 구리 둘러싸기가 필요합니다. 구리 링이 비아 크기(외경)입니다. IPC-2221A 기준 최소 애뉴럴 링 크기 계산:
최소 애뉴럴 링 = (최소 링 테두리) × 2 + (공차) + (홀 크기)
일반적 공식: 애뉴럴 링 폭 = (패드 직경 - 홀 직경) / 2
예: 패드 20밀, 홀 10밀 → (20-10)/2 = 5밀.
애뉴럴 링 8밀인 패드라면 패드 직경 = 8×2 = 16밀. 계산 공식은 복잡하지 않습니다.
내층/외층별 최소 링 폭에 주의해야 합니다. 통상 내층 0.1mm, 외층 0.05mm를 최소값으로 봅니다.
최적의 최소 애뉴럴 링 달성을 위해 DFM(Design for Manufacturability, 제조 용이성 설계)을 중시하는 설계자와 협업하는 것이 가장 중요합니다.
인접 요소 간 간격 탓에 작은 애뉴럴 링을 설계하기도 합니다. 작은 링은 드릴 비아가 링 가장자리에 근접할 확률을 높입니다. 최악의 경우 비아가 링을 뚫고 나가 브레이크아웃이 발생해 트레이스 연결 단절이나 취약 연결로 보드 기능에 악영향을 줍니다. 이론상 최소값은 -1밀이나, 브레이크아웃 위험이 커 비현실적입니다.
최대 링 계산과 거의 동일: (구리 치수 - 드릴 직경) / 2. 대다수 설계자는 최소값을 0.050mm로 합의합니다.
(동일한 애뉴럴 링 폭을 가진 PCB들)
구리 패드와 드릴 비아 가장자리 사이 영역이 애뉴럴 링입니다. 폭이 넓을수록 드릴 비아 연결에 유리합니다. 특정 보드에서는 애뉴럴 링 크기가 거의 균일합니다.
스루홀(Through-Hole/Thru-Hole)은 전자 부품 실장 방식으로, 부품 리드를 PCB 드릴 홀에 삽입하는 가장 오래된 기술입니다. 취미용으로 적합하며, 브리지(쇼트) 발생 우려가 적고 단순합니다.
(PCB 애뉴럴 링을 드릴링하는 머신)
OAR과 IAR은 용어와 계산법이 다릅니다.
OAR은 구리 패드로 구성됩니다.
OAR = (외층 패드 직경 - 툴 사이즈) / 2
툴 사이즈 = 엔드 사이즈 + 0.10mm(PTH 홀) + 0.00mm(NPTH 홀)
IAR은 솔더 홀과 솔더 패드 외층 림 사이의 영역입니다.
IAR = (내층 패드 직경 - 툴 사이즈) / 2
툴 사이즈 = 엔드 사이즈 + 0.10mm(PTH 홀) + 0.00mm(NPTH 홀)
예시: 구리 패드 0.60mm, 완성 홀 직경 0.25mm → IAR = (0.60 - (0.25+0.10)) / 2 = 0.125mm
(PCB 내층 및 외층 애뉴럴 링)
제조 중 '티어드롭(Teardrop)' 용어를 접할 수 있습니다. 모양이 물방울 같아서 붙여진 이름으로, 드릴링 공정 중 발생합니다. 드릴 비트 정렬 오차로 패드-트레이크 접합부 구리가 과도 제거되어 트레이스 단절이나 얇은 연결이 생길 수 있습니다.
하지만 티어드롭은 PCB에서 중요한 역할을 합니다:
제조사별 원자재, 인력, 설계 기법 차이로 다양한 문제가 발생합니다. 대표적인 세 가지:
패드 크기가 작으면 드릴 홀이 패드 대부분을 잠식해 실패합니다. 시제품 제작(Prototyping)으로 양산 전 조기 발견이 필수입니다.
드릴이 중심을 벗어나 홀 가장자리가 패드 가장자리에 닿는 현상. 더 벗어나면 브레이크아웃으로 악화됩니다. 드릴링 정밀도 확보가 유일한 예방책입니다.
드릴 비아가 패드로 충분히 둘러싸이지 않은 상태. 주로 라미네이션 공정 중 PCB 층 이동이 원인입니다. 예방을 위해 애뉴럴 링 폭을 적정하게 설계해야 합니다. (폭 = 패드 직경 - 홀 직경 / 2)
(PCB 상 애뉴럴 링 브레이크아웃)
애뉴럴 링 크기가 틀리면 회로 기능에 지장됩니다. 드릴링 부정확이 주원인이나, 크기 조정에는 전문 기술과 도구가 필요합니다.
최적 도구는 Cadence OrCAD PCB Designer로, PCB 설계·분석에 탁월합니다. PCB 레이아웃 설계 단계에서 원하는 패드 크기와 홀 직경을 입력하면 목표 애뉴럴 링 크기를 구현할 수 있습니다.
토로이드(애뉴럴 링)는 PCB에서 층간 상호 연결 노드 역할을 수행합니다. 이것이 없으면 PCB는 의도대로 작동하지 않습니다. 많은 설계자가 폭 설정 실패, 탕젠시, 브레이크아웃, 파열 문제로 어려움을 겪습니다.
최고 품질의 애뉴럴 링을 갖춘 PCB가 필요하십니까? OurPCB가 해결책입니다. 우리는 탕젠시와 브레이크아웃이 드문, 원하는 애뉴럴 링 폭을 구현한 최고급 PCB를 제조합니다. 최고의 PCB를 원하시면 저희에게 의뢰하세요. 기술 교류도 언제든 환영합니다.
산업기술
2019년 2월 12일 수년간 PCB 구동 기기에 대한 수요가 증가했습니다. 이 기기는 군수 및 국방부터 완구 산업까지 모든 산업에서 사용되고 있습니다. 이는 PCB에 대한 의존도가 높아지고 있음을 시사합니다. 이러한 PCB를 제대로 활용하려면 특정 품질 표준을 충족해야 합니다. 따라서 PCB 제조업체는 제조 공정의 다양한 단계에서 품질을 보장하기 위해 여러 PCB 검사 기술을 도입하고 있습니다. 또한 이는 프로젝트 거부와 신용 손실로 인한 손실을 줄이는 데 도움이 됩니다. PCB 제조업체들이 채택한 다양한 PCB 검사 기술이 무엇
다른 많은 자재와 마찬가지로 강철 가격도 최근 몇 달간 상승했습니다. 원자재 비용 증가, 생산 능력 감소, 수요 증가가 맞물려 가격을 끌어올렸습니다. 강철도 다른 산업과 마찬가지로 팬데믹 경제의 취약성을 피하지 못했으며, 강철에 의존하는 산업은 어떻게 대응해야 할지 알아야 합니다. 강철 가격 급등의 원인은? 결국 강철 가격 상승을 이끄는 것은 낮은 공급과 높은 수요입니다. 팬데믹 초기 단계에 많은 제강소가 정상 생산 수준을 유지할 수 없었습니다. 초기 셧다운의 불확실성 속에서 제강소는 생산을 감축하는 쪽을 택했습니다. 생산이 줄어
