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멀티레이어 풀(Multilayer Pool)에서 인쇄 회로 기판(PCB)은 다양한 레이어를 가집니다. 이 레이어들은 해당 분야에 정통하지 않은 이들을 혼란스럽게 할 수 있습니다.
대부분 빨리 제작되는 PCB 프로토타입은 2층입니다. 하지만 많은 전자 장치가 양면 보드에 국한되지 않습니다. 더 높고 정교한 보드를 필요로 합니다.
이 글은 PCB 레이어의 이해와 작동 원리를 돕기 위해 작성되었습니다.
인쇄 회로 기판은 전달하려는 메시지에 따라 다른 의미를 가집니다. PCB 레이어 관점에서는 특정 수량과 순서로 주어진 구리층(Copper Layer)이라고도 설명됩니다.
구리층은 신호층(Signal Layer) 또는 단순히 레이어(Layer)라고도 불립니다. PCB 레이어는 위치와 수행 기능에 따라 명명됩니다. PCB는 구리층 수에 따라 순위가 매겨집니다.
1~2층 보드는 1층 PCB 또는 단면 PCB, 2면 레이어 PCB 또는 양면 PCB로 부릅니다.
다양한 PCB 레이어 유형이 있으며 일반적인 것들은 다음과 같습니다.
모든 PCB가 위 레이어를 다 갖는 것은 아닙니다. 설계 세부사항이 다양한 레이어 유형의 필요성을 결정합니다. 단층 보드는 보통 6가지 레이어 유형으로 구성됩니다: 기계적, 킵아웃, 라우팅, 오버레이, 솔더 마스크, 솔더 페이스트 레이어.
멀티레이어 PCB는 위 6개 레이어에 파워 플레인, 그라운드 플레인, 추가 라우팅 레이어 조합이 더해집니다.
2층, 4층, 6층 PCB가 가장 일반적이며, 12층 이상도 드물지 않습니다.
여러 기계적 레이어가 있을 수 있지만, 보드 제작을 위해 최소 하나는 필요합니다. 가장 기본적인 기계적 레이어는 보드의 물리적 치수를 정의합니다.
기계적 레이어는 'Mechanical 1'로도 불립니다. 제조사가 소재에서 회로 기판을 잘라내는 데 사용하는 레이어입니다.
PCB는 보드 물리적 치수만 윤곽으로 그린 단순 단일 라우팅 레이어일 수도 있고, 본 문서에서 언급한 모든 레이어를 포함한 복잡한 보드일 수도 있습니다.
각 레이어를 개별적으로 볼 때 각자 고유하고 단순한 기능이 있습니다. 각 레이어의 목적을 이해하면 보드가 아무리 복잡해도 PCB 제작이 극도로 단순해집니다.
이 프레임워크는 단순 직사각형일 수도 있고, 곡선 모서리와 컷아웃이 있는 복잡한 형태일 수도 있습니다.
드물지만 추가 기계적 레이어가 툴링 사양과 기타 자동화 정보를 지정하기도 합니다. 하지만 대부분 PCB에는 이런 추가 기계적 레이어가 필요하지 않습니다.
레이어 스택업은 레이어 유형의 적절한 배치입니다. PCB는 일반적으로 세 가지로 분류됩니다.
위 용어는 PCB의 구리층 수를 설명합니다. 멀티레이어 PCB는 2층 초과, 보통 4, 6, 8층 범위입니다.
멀티레이어에서 상단과 하단 레이어를 외부 레이어(Outer Layer), 중간의 레이어들을 내부 레이어(Inner Layer)라고 합니다. 멀티레이어 PCB 제조 복잡성으로 양면 및 단면 PCB보다 비용이 많이 듭니다.
레이어 스택업 시 고려사항:
서로 다른 회로 설계마다 적합한 레이어 스택업이 다릅니다. 레이어 스택업은 PCB 작동에 필수적입니다.
레이어 스택업이 잘 계획되지 않으면 발생 가능한 문제:
위 문제들과 더 많은 이슈 방지를 위해 잘 계획된 PCB 레이어 스택업이 필수적입니다. 효율적인 PCB 레이어 스택업 설계로 비용을 크게 절감하고 설계 사이클 타임을 단축할 수 있습니다. 신호 무결성 문제를 발생 전에 제거하면 가능합니다.
레이어 스택업에서는 PCB 레이어 순서 외에 기판 소재, 구리 두께도 고려됩니다.
회로 설계 유형마다 다른 레이어 스택이 있습니다. 잘 계획된 PCB 레이어 스택은 전자파 간섭 감소, 신호 크로스토크, 커플링, 오버/언더슈트, 신호 소실 감소로 최상의 PCB 성능을 보장합니다.
처음부터 자격 갖춘 설계를 완료하면 비용과 설계 사이클 타임을 크게 줄일 수 있습니다. 신호 무결성 문제가 발생 전에 제거되면 가능합니다.
신호층 외에 파워 플레인도 성공적 제품 개발에 핵심적 역할을 합니다.
디지털/아날로그 신호는 마이크로스트립(Microstrip) 라인이나 스트립라인(Stripline)을 통해 라우팅해 크로스토크 감소와 신호 무결성 향상을 도모합니다.
저주파 신호는 내부 레이어에, 고주파 신호는 외부 레이어에 라우팅합니다.
각 신호 레이어에 인접한 그라운드 플레인 배치가 좋으나, 레이어 스택업과 제조 비용 절감을 위해 두 신호 레이어마다 그라운드 레이어를 배치하기도 합니다. 파워 플레인도 그라운드 플레인과 인접해 타이트 커플링(Tight Coupling)을 형성해야 합니다.
파워 플레인은 다중 전원 레일 시 둘 이상으로 분할됩니다. 보통 PCB 두께는 1.6mm지만 12층 초과 시 1.6mm 유지가 어렵습니다.
이 두 용어가 같은 의미로 보일 수 있지만 전혀 다릅니다. 레이어 스택업은 위 정의대로 레이어 유형의 적절한 배치입니다.
반면 PCB 레이어는 특정 수량과 순서로 주어진 구리층을 말합니다. 레이어 스택업이 레이어 계획에 관한 것이라면, PCB 레이어는 레이어의 양과 순서에 관한 것입니다.
단일 층 PCB라고도 하며, 한 면에서 인쇄됩니다. 즉, PCB 시트가 한 면에 도전성 소재와 함께 있고, 반대 면에 전자 부품이 연결됩니다.
초기에는 모든 PCB가 수작업 설계되었지만, 기술 발전으로 이글(Eagle) PCB 소프트웨어 같은 전문 프로그램으로 컴퓨터에서 설계 가능해졌습니다.
단일 층 PCB도 여러 유형이 있습니다.
단일 층 PCB는 단순해 보이지만 그 성능을 과소평가해선 안 됩니다. 복잡한 장치에서도 많은 역할을 수행합니다. 주요 용도:
단일 층 PCB의 장점:
양면 PCB 또는 더블 레이어 PCB라고도 합니다. 주로 FR-4 유리 에폭시 기판에 양면 얇은 구리 박막/레이어 라미네이트 구조입니다. 설계가 가장 단순하고 경제적입니다.
전문 PCB 프로토타이핑 팩토리(예: wellpcb.com)에서 쉽게 제작 가능하며 가정에서도 만들 수 있습니다. 2층 PCB는 탑(Top)과 바텀(Bottom) 구리층만 있습니다.
만들기 간단하고 경제적입니다. 적절한 소프트웨어로 가정에서도 제작 가능. 주로 PCB 프로토타이핑 업체에서 제작.
이 설계의 PCB 레이어는 주로 탑 레이어를 형성하는 신호층과 전자 부품으로 구성된 바텀 레이어입니다. 양면 PCB 구성 요소:
양면 PCB 적용 분야:
양면 PCB 장점:
4층 PCB는 4개 구리층을 가집니다. 탑과 바텀이 라우팅 레이어이고, 중간에 샌드위치된 두 레이어가 파워와 그라운드 플레인입니다.
4층 PCB 구리층 사이에는 코어(Core)와 프리프레그(Prepreg)가 있습니다. 제조 시 고열과 압력으로 라미네이트해 전체 스택업을 단단히 결합합니다.
4층 PCB는 스루 비아(Through Via), 블라인드 비아(Blind Via), 베리드 비아(Buried Via)를 포함할 수 있습니다. 4층에서 베리드 비아는 2~3층 사이에만, 블라인드 비아는 탑(1층)~2층 또는 바텀(4층)~3층 사이에 가능합니다.
전형적인 4층 보드 스택업: 내부 두 층을 파워&그라운드, 외부 두 층을 신호로. 보통 두 신호층을 수직으로 라우팅합니다.
파워와 그라운드로 층이 분리되면 덜 중요하지만, 인접 레이어에 신호가 있으면 크로스토크 최소화가 더 중요해집니다.
번호는 보통 탑에서 바텀으로 1부터 n까지. 이가 관례이나 자유롭게 해도 되며, 제작 시 스택업 정보 제공.
제조사가 있다면 4층 PCB 제조 비용이 꽤 유용할 수 있습니다.
6층 PCB 설계는 면역성과 정숙성이 뛰어납니다. 6층 PCB가 타 대비 유리한 이유:
레퍼런스 플레인은 리턴 전류 전달용입니다. 4층 설계에서 1층은 2층에 고주파 리턴 전류, 4층은 3층에 고주파가 있어 6층과 차이 없습니다.
레퍼런스 플레인을 라우팅/신호 레이어에 더 가깝게 이동하면 고주파 시 복사 방출(Radiated Emissions)과 감도(Susceptibility)를 결정하는 루프 영역(Loop Area)을 줄일 수 있습니다.
6층 스택이 잘 작동하게 하는 요인들:
최적의 6층 PCB 설계는 PCB 내 두 그라운드 플레인을 연결해 전류를 레퍼런스 플레인으로 되돌리는 스티칭(Stitching)이 필요합니다. 추가 그라운드 플레인이 방출과 면역에 차폐 효과를 준다는 의견도 있습니다.
플레인 컷은 방출과 감도 모두에서 EMC에 치명적입니다. 플레인 컷 또는 보이드(Void)는 파워 또는 그라운드 플레인에 의도적/비의도적 컷이 부분적으로 난 것입니다. 다양한 크기와 형태 존재.
플레인 위 전류 리턴 경로는 수천 분의 1인치 거리에 있고, 좋은 설계에서 트레이스는 플레인과 인접해 리턴 전류 경로가 가까워 루프 영역이 상대적으로 작습니다.
구리 플레인 레이어에 보이트를 도입하면 트레이스가 보이트와 플레인 컷을 가로지르기 위한 루프가 생겨 전류 루프 영역이 훨씬 커집니다.
8층 보드는 라우팅 레이어 2개 추가 또는 플레인 2개 추가로 EMC 성능 개선 가능.
8층 보드가 6층 대비 비용 증가율이 4→6층 증가율보다 낮아, EMC 성능 향상을 위한 비용 증가를 정당화하기 쉽습니다.
따라서 대부분 8층 보드는 4개 배선층과 4개 플레인으로 구성됩니다.
일반적으로 8층 PCB 제작에는 구리층, 프리프레그, 코어가 번갈아 필요합니다. 프리프레그가 8층 PCB 스택업을 단일 보드로 단단히 결합하는 접착제 역할을 합니다.
전자파 적합성 개선 규칙 따른 단순 8층 PCB 구성 예시. 8층 PCB는 6층 이하 대비 높은 신호 무결성 달성 가능함을 유의하세요.
신호 네트 수, 소자 밀도, 핀 밀도, 신호 주파수, 보드 크기에 따라 PCB 스택업 설계 방법 선택. 신호 네트 많을수록, 소자 밀도 높을수록, 핀 밀도 높을수록, 신호 주파수 높을수록 레이어 수 증가 필요.
좋은 EMI 성능을 위해 각 신호 레이어가 자체 레퍼런스를 갖도록 하는 것이 최선.
8층 PCB 장점:
32개 층으로 구성된 멀티레이어 PCB로, 층들이 단일 PCB로 작동하도록 결합됩니다. 이 PCB 레이어들은 고급이라 제작에 기술과 정밀함이 필요합니다.
모든 PCB 설계는 소프트웨어에서 시작합니다. 32층 PCB는 수많은 PCB 레이어를 포함한 스택업으로 구성되며, 기계가 층들을 샌드위치해 만듭니다.
32층 PCB 선택 이유:
32층 PCB 뒤의 기술
32층 PCB 제조를 위해 다중 PCB 레이어로 구성된 스택업을 만듭니다.
양면 PCB들을 절연 파이버-에폭시 층(프리프레그)으로 샌드위치해 만듭니다. 이 절연 재료를 프리프레그(Prepreg)라고도 합니다.
즉, 모든 멀티레이어 PCB의 기본 빌딩 블록은 양면 PCB입니다.
이 양면 PCB 제작 기술과 복잡도 증가를 다루는 더 진보한 기계로 32층 또는 50층 PCB 제작도 충분히 가능합니다.
32층 PCB 응용 분야
왜 32층 또는 50층 PCB가 필요할까요? 명백한 이유 중 하나는 필요한 모든 시스템 전자회로를 하나의 작은 PCB에 효율적으로 내장하기 위함입니다.
부품 실장이 탑/바텀 레이어에 집중되지만 스택업 중간에도 부품 배치가 가능합니다. 항공우주 산업이 이런 복잡한 PCB 설계에 탁월합니다.
모든 항공우주 시스템에서 목표는 전자파 방출을 최소화하는 것입니다. 설계 단계에서 PCB 구성으로 이 방출을 억제합니다.
각 PCB 레이어는 보통 다른 레이어와 충돌하지 않는 전용 기능을 가집니다. 예: 중간 레이어를 전원 플레인으로, 탑/바텀을 부품 실장용으로 할당.
멀티레이어 PCB는 무제한 도전 층을 가집니다. 절연층이 층들을 분리합니다. 보통 양면 보드 내부에 제작되며, 외부 레이어는 단면 보드로 구성됩니다.
멀티레이어 PCB 제조사는 열과 압력으로 각 PCB 레이어를 결합해 단일 보드 형성. 2층 초과 PCB는 모두 멀티레이어 PCB로 분류.
스택업은 완전 보드가 전기적 신호/전력 요구사항과 기계적 강도 요구사항을 충족하도록 구성돼야 합니다. 대부분 프로 PCB 설계는 약 15dB 적은 방출을 보입니다.
단면/양면 PCB 대비 멀티레이어 PCB 고려 이유:
주의사항
멀티레이어 PCB 제작 시 PCB 스택업 구성을 계획해야 합니다. 잘못된 구성은 원치 않는 전자파 간섭과 열악한 신호 무결성 초래.
멀티레이어 PCB 설계 시 신호 관련 필수 고려사항:
투과율(Permittivity)로 인한 신호 지연 가능성 - 크로스 커넥션과 오버랩 가능성
2층 초과 회로를 멀티레이어 PCB라 합니다. 즉, 멀티레이어 PCB 최소 층수는 3층입니다. 소재 라미네이팅은 쉽지 않지만 멀티레이어 풀에 필수입니다.
멀티레이어 풀은 층 사이에 갇힌 공기가 없어야 합니다. 멀티레이어 풀 제조에는 이글(Eagle) PCB 설계 소프트웨어가 필요합니다.
공정은 복잡하고, 언제나 회로도(Schematic) 준비로 시작합니다. 회로도는 이글 소프트웨어의 에디터 메뉴로 편집합니다.
PCB 레이어가 짝수인 이유가 궁금할 수 있습니다. 짝수 층이 홀수보다 비용 효율적이기 때문입니다. 이게 레이어가 짝수인 주된 이유입니다.
멀티레이어 PCB 제작에 코어와 프리프레그 소재가 쓰입니다. 프리프레그는 미경화 상태라 가단성(Malleable)이 있습니다.
코어와 프리프레그 대체 소재를 고온 고압으로 라미네이트하면 프리프레그가 경화되고, 냉각 후 단단하고 견고한 멀티레이어 보드 형성.
멀티레이어 PCB 장점:
다중 PCB 제작 과정은 이글 소프트웨어로 PCB 설계. 회로도 완성으로 시작하는 복잡한 절차. 회로도는 이글 소프트웨어 에디터 메뉴로 편집.
회로도 설계·작성 후 다음은 레이아웃 작업. PCB 치수를 가져와 소프트웨어에 업로드.
이글 소프트웨어 사용 시 적절한 그리드 선택으로 각 PCB 레이어 오버랩 도움. 필요에 따라 각 레이어를 별도 라우팅하는 버튼으로 가능.
또는 이글 소프트웨어로 멀티레이어 풀을 자동 생성 가능. 단, 이 기법 선택 시 부품, 텍스트, 레이어, 치수 교차 검증 필수.
체크 룰(Check Rule) 옵션으로 최종 레이아웃 평가.
멀티레이어 인쇄 회로 기판은 세계 전자제품의 핵심이 되었습니다. 부품과 배선의 필수 기능이며, 이 덕분에 새로운 PCB가 더 진보하고 정교해졌습니다.
최종 사용자에게 고급 유연 옵션과 기묘한 형태 다양성 제공. 단순 전자제품 PCB는 단일 층, 컴퓨터 마더보드 같은 정교한 PCB는 다중 층이라 멀티레이어 PCB라 부릅니다.
첨단 기술로 PCB 크기 대폭 소형화 가능해졌습니다.
멀티레이어 PCB는 최소 3개 구리 박막층으로 제작. 여러 단면/양면 PCB를 열과 보호 절연체로 접합한 듯 보임. 두 레이어는 통상 PCB 표면 측에 배치.
층 간 전기 연결은 비아(Via) - 베리드 비아, 스루홀 도금 - 로 이뤄집니다. 이로 인해 다양한 크기의 복잡한 PCB가 시장에 나옵니다.
멀티레이어 PCB는 전자 세계의 변화로 발견되었습니다. 현대 전자 세계에서의 지속적 사용과 기능으로 더 복잡하고 정교해졌습니다.
초기 PCB는 크로스토크, 커패시턴스, 노이즈 문제 있었음. 제조사가 특정 제약으로 이슈 제한 필요. 성능 높은 PCB 설계가 신중해져 양면 PCB 등으로 이어짐. 이 이해가 멀티레이어 PCB 발견으로 이어짐.
멀티레이어 PCB를 작은 크기에 패킹해 전자제품의 증가하는 니즈 수용 가능해짐.
현대 PCB는 4~12층 범위 다양한 층. 시트 짝수인 이유는 워핑(Warping) 같은 홀수 층 관련 이슈 감소 때문. 짝수 층 생산이 홀수보다 비용 효율적.
대부분 현대 기기(스마트폰, 모바일)는 12층 PCB 사용. 일부 제조사는 32층까지 제작 가능.
멀티레이어 PCB 제조는 노동집약적이고 비싸지만 현대 세계에서 중요해지고 있습니다.
이유: 단면/양면 PCB보다 많은 이점 제공.
멀티레이어 PCB는 거의 모든 용도에 쓰이며 전 기술 분야에서 선호 옵션입니다.
스마트폰, 전자레인지, 가전제품 등 거의 모든 전자제품에 탑재. 스마트워치, 모바일 기기에도 소형화와 기능 증대로 적용.
컴퓨터 전자제품에서 마더보드, 서버에 많이 쓰임. 공간 절약 기능으로 기술 산업 전반에 광범위 적용.
통신 장비에도 널리 적용: GPS, 신호 전송, 위성 애플리케이션. 내구성으로 타워 실외와 모바일 기기 모두 적용 가능.
산업용: 소형화와 내구성으로 산업 제어와 기계 구동에 광범위 적용.
의료 분야: 진단·치료 장비에 활용. 소형·경량으로 심장 모니터, X-ray, 의료 검사 장비, CAT 스캔 장비 적용.
군사: 고속 회로에 배치돼 군사 애플리케이션에 고도로 활용. 이동성 필요한 장비에도 사용.
자동차 산업, 특히 전기차: GPS, 헤드라이트 스위치, 엔진 센서에 사용. 소형, 내구성, 내열성으로 자동차 환경에 완벽 적합.
기술 발전으로 품질 보드 생산 가능, 군사, 통신 등 멀티레이어 PCB 의존 분야 핵심 기술.
기술로 제조사가 플렉스(Flex), 테플론(Teflon), 폴리이미드(Polyimide) 등 소재로 PCB 제작해 PCB 니즈 충족.
PCB는 라우팅 기능 등 추가 기능 제공하는 멀티레이어 스위치 같은 컴퓨터 네트워킹 장치 제조에 핵심 역할. 스위치는 패킷 우선순위 지정과 하드웨어 QoS 차별 서비스 구현 가능.
MLCC로 통칭되며 현대 전자제품 빌딩 블록으로 쓰임. 하이브리드 회로 모듈 부품 30% 이상 차지.
단일 세라믹 블록에 표면 끝에 전극이 나타나는 구조. 금속층 소결로 형성된 접점.
유형
MLCC는 공차(Tolerance), 정전용량(Capacitance), 유전체(Dielectric), 케이스 크기 등으로 구분. 값 다양하지만 10nF~1µF 가장 일반적. 정격 전압 16V~100V 범위.
기술 발전으로 더 많은 멀티레이어 PCB 생산. 연구·과학 산업뿐 아니라 보안 기기, 알람 시스템, 광섬유 센서, 기상 분석 장비, 원자 가속기 등에도 적용. 멀티레이어 PCB는 경량화, 콤팩트화, 공간 절약 진화 중.
PCB 레이어 두께는 적용 분야에 따라 다릅니다. 예:
멀티레이어 PCB 표준 풀링 두께는 1.55mm. 모든 멀티레이어 PCB의 실제 측정값은 아니지만 건설 시 참고 기준.
PCB 레이어는 순서대로 배열됩니다. 구성 과정:
PCB 레이어 순서 옵션:
원하는 PCB 타입 견적: https://www.wellpcb.com/pcb-quote
보신 것처럼 PCB 레이어는 다양한 가전제품용 인쇄 회로 기판 설계를 구성합니다. PCB 사용처에 따라 레이어가 달라집니다.
단면/양면 레이어는 제작 비용 저렴하지만 멀티레이어 PCB가 수행하는 복잡한 연산은 못 합니다. 멀티레이어 PCB는 타 대비 더 진보한 기계와 전자제품에 쓰입니다.
멀티레이어 PCB는 구리 등 소재로 형성된 3개 이상 PCB 레이어로 구성. 문의사항 있으면 다음으로 연락:
산업기술
2019년 4월 23일 고품질 인쇄 회로 기판(PCB)은 PCB에 의존하는 전자 산업의 주요 요구사항이 되었습니다. 이 PCB는 다양한 전자 제품의 핵심 부품으로, 제조 오류로 인해 성능이 저하되면 여러 전자 기기의 원활한 작동이 위태로워집니다. 이를 방지하기 위해 요즘 PCB 제조업체와 조립 서비스는 제조 공정의 여러 단계에서 다양한 유형의 검사를 수행합니다. 이 글에서는 다양한 PCB 검사 기술과 이들이 분석하는 결함 유형을 다룹니다. 중요 PCB 검사 방법 상세 분석 오늘날 PCB의 복잡성이 증가함에 따라 제조 결함을 식별하기
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