캐슬레이티드 PCB(Castellated PCB) 완전 가이드: 보드 투 보드 조립의 최적 솔루션

SMT(표면 실장)와 THT(스루홀) 외에도 PCB를 다른 PCB 위에 장착하는 제3의 방식이 있습니다. 바로 캐슬레이션(Castellation, 반원형 도금 홀)입니다. 모듈형 설계, 소형화, 양산 효율이 중요한 현대 전자 설계에서 캐슬레이티드 홀은 필수 기술로 자리 잡았습니다. 본문에서는 캐슬레이티드 PCB의 정의, 장점, 응용, 제조 공정, 설계 스펙, 납땜 실무까지 전 과정을 다룹니다.

캐슬레이티드 PCB란?

캐슬레이티드 홀 (반원형 도금 홀) 근접 사진

캐슬레이션(Castellation)은 PCB 가장자리를 따라 배치된 반원형(초승달 모양) 도금 홀입니다. 보드 에지에서 홀의 절반이 잘려나간 형태라 '플레이티드 하프 홀(Plated Half Hole)'이라고도 부릅니다. 이 홀들을 통해 하위 보드(모듈)를 상위 보드(메인 보드)에 수직으로 납땜(Soldering)해 전기적/기계적 연결을 동시에 달성합니다.

핵심 특징

• 보드 투 보드(Board-to-Board) 직접 납땜: 커넥터, 소켓, 핀 헤더 불필요
• 자체 정렬(Self-alignment): 반원형 홀이 솔더 페이스트 위에서 표면 장력으로 모듈 위치 자동 보정
• 초박형 프로파일: 커넥터 높이(5~8mm) 없음 → 전체 두께 최소화 (모듈 두께 + 솔더 높이만)
• 직결 신호 경로: 비아/커넥터 접촉 저항 없이 패드-투-패드 직접 연결 → 고속 신호 무결성 유리
• 모듈화 용이: Wi-Fi/BLE/LoRa/GPS/IMU 등 무선 모듈, 센서 모듈, 파워 모듈 표준화

왜 캐슬레이티드 홀을 사용하는가?

• 모듈 제품화: 무선/센서/파워 모듈을 스탬프 형태 모듈로 제작 → 메인 보드에 SMT 라인에서 동시 실장
• 설계 재사용: 검증된 서브 회로(인버터, 피드백 루프, RF 프론트엔드)를 모듈화해 여러 프로젝트에 재사용
• 양산 효율: 모듈 별도 생산/테스트 후 메인 라인에서 단순 실장 → 수율 향상, 리워크 감소
• 핀맵 유연성: 모듈 핀 배열을 메인 보드 레이아웃에 맞춰 최적화 가능
• 무선 연결: 안테나 패턴을 모듈 에지에 배치, 메인 보드 그라운드와 격리

주요 응용 분야 (Applications)

컴퓨터/서버 모듈 응용 예시

• 무선 통신 모듈: ESP32, nRF52, LoRa, Zigbee, Wi-Fi/BLE 모듈 (대다수 상용 모듈 채택)
• 센서 모듈: IMU, ToF, 환경 센서, 가스 센서 모듈
• 파워 모듈: DC-DC 컨버터, 배터리 관리, 모터 드라이버 모듈
• 컴퓨팅/임베디드: SOM(System on Module), COM Express, 라즈베리파이 CM4 캐리어 보드
• 산업/자동차/의료/통신/소비자 가전: 고신뢰성, 소형화, 모듈화 요구 전 분야

캐슬레이티드 PCB 장점 총정리

서브 회로 모듈화 예시: 인버터/피드백 루프 모듈

• 서브 회로 복제/테스트 용이: 동일 서브 회로 다수 제작 → 메인 보드에 선택적 실장
• 무선 링크 구현: 캐슬레이션 에지에 안테나/피드 패턴 형성
• 실장 용이성: 일반 SMT 리플로우 공정으로 메인 보드와 동시 실장 가능
• 핀 레이아웃 변경 자유: 모듈 단위 핀맵 재정의로 메인 보드 라우팅 최적화
• 소형 브레이크아웃/모듈 제작: 복잡한 IC를 핀 피치 변환/디커플링 포함 모듈로 공급
• 단일 보드로 통합 모듈 구현: 여러 IC를 한 모듈 기판에 통합 → 시스템 레벨 모듈화

플레이티드 하프 홀 제조 공정 (Manufacturing Process)

일반 공정 (Standard Process)

1. 드릴링 (전체 홀 가공)
2. 케미컬 구리 도금 (홀 벽 도금)
3. 패널 도금 (전면 구리 증착)
4. 이미지 전송 (포토레지스트 패터닝)
5. 패턴 도금 (회로 패턴 구리 증착)
6. 에칭 (불필요 구리 제거)
7. 솔더 마스크 인쇄
8. 표면 처리 (ENIG, HASL, OSP 등)
9. 캐슬레이션 가공: 아웃라인 밀링으로 홀 절단

한계: 밀링 시 홀 벽 구리 손상, 버(Burr) 발생, 도금 박리 위험 → 고신뢰성 요구 시 부적합

고신뢰성 선진 공정 (Advanced Process)

1. 에지 드릴링(Edge Drilling): 보드 외곽 라인에 전용 드릴로 반원 홀 직접 가공 (밀링 전)
2. 홀 도금(Plating Through Hole): 반원 홀 벽에 구리 도금 → 전도성 확보
3. 이후 일반 공정 진행 (이미지 전송 → 패턴 도금 → 에칭 → 마스크 → 표면 처리 → 아웃라인 밀링)

장점: 홀 벽 구리 연속성 보장, 버 최소화, 도금 접착력 우수, 고밀도/고신뢰성 설계에 적합

필수: 정밀 에지 드릴 장비 보유 제조사 필수 (일반 밀링 머신 불가)

캐슬레이티드 홀 설계 권장 사양 (Design Specifications)

파라미터	권장 값	비고
홀 직경 (Diameter)	0.6~1.0 mm (최대 관리 가능 크기)	너무 작으면 납땜 난이도↑, 너무 크면 기계적 강도↓
홀 피치 (Pitch)	1.27 mm (50 mil) 표준, 2.54 mm도 일반적	모듈 핀 수/크기에 따라 결정, 너무 조밀하면 정렬/납땜 난이도↑
패드 크기 (Pad Size)	상/하면 최대 가능 크기 (홀 직경 + 0.3~0.5mm)	넓은 패드 = 납땜 면적 확보, 정렬 여유, 열용량 확보
표면 처리	ENIG (Electroless Ni/Au) 강력 권장	평탄도 우수, 산화 방지, 와이어 본딩/납땜 모두 호환
솔더 마스크	캐슬레이션 영역 오픈 (마스크 없음)	납땜 젖음성 확보, 브리지 방지를 위해 인접 패드 간 마스크 댐 유지
구리 두께	최소 1oz (35µm), 권장 2oz (70µm)	기계적 강도, 전류 용량, 열전도 확보
보드 두께	1.0~1.6 mm 표준	너무 얇으면 휨/파손 위험, 두꺼우면 에지 드릴 난이도↑

캐슬레이티드 에지 납땜 실무 가이드 (How to Solder Castellated Edges)

필수 도구 및 소모품

도구	사양/추천
납땜 인두	온도 조절 가능, 팁 폭 ≤ 캐슬레이션 홀 폭 (예: 0.5~0.8mm 칼형/원추형)
브라스 스펀지 / 일반 스펀지	팁 세척용 (물 살짝 적심)
솔더 와이어	무연, 수용성 플럭스 코어, 직경 0.5mm (0.020") 이하
플럭스 펜	수용성 (No-clean 타입도 가능, 세척 공정 고려)
핀셋 (트위저)	ESD 안전, 정밀 팁
브러시 (¼인치 모)	플럭스 잔여물 세척용
이소프로필 알코올 (IPA) 99%	플럭스 세척 (수용성 플럭스는 온수/이온제거수 권장, IPA 대체 가능)

선택 도구: 팁 티너, 솔더 윅(디솔더링 브레이드), 써드 핸드/바이스, 저먼트 와이프, 대각 커터

납땜 단계별 절차 (Step-by-Step)

1단계: 작업장 준비

• 정전기 방지 매트(ESD Mat) 또는 내화성 작업대 깔기
• 도구/부품 정리, 조명 확보, 환기 양호
• 인두 예열: 350~370°C 설정 (무연 솔더 기준), 팁 상태 확인 (광택 나게)
• 스펀지 축축하게 (물기 짜서 촉촉한 정도)

2단계: 인두 팁 클리닝 & 틴닝

1. 뜨거운 팁에 솔더 소량 묻혀 코팅 (틴닝)
2. 스펀지로 여분 제거 → 팁이 반짝이고 깨끗한 상태 유지
3. 필요 시 팁 티너 사용

3단계: 모듈 패드 프리틴닝 (Pre-tinning Module Pads) - 선택적

1. 모듈 캐슬레이션 패드 각각에 인두 대고 솔더 소량 공급 → 매끄러운 마운드 형성
2. 과도한 솔더 제거 (솔더 윅 활용)
3. 목적: 실장 시 젖음성 확보, 열용량 예열, 브리지 방지

4단계: 메인 보드 패드에 플럭스 도포

• 플럭스 펜으로 메인 보드 각 패드에 얇고 균일하게 도포
• 과도 도포 금지 (튐/브리지 원인)

5단계: 모듈 정렬 및 실장 (핵심 단계)

1. 핀셋으로 모듈 집어 메인 보드 패드 위로 정렬 (캐슬레이션 홀이 패드 중앙에 오도록)
2. 한쪽 모서리 패드(코너)부터 시작: 인두로 메인 패드 + 모듈 캐슬레이션 동시 가열 (1~2초)
3. 솔더 와이어 공급 → 솔더가 캐슬레이션 홀 내부와 패드 사이로 흐르며 젖음
4. 인두 제거 전 모듈 위치 미세 조정 (솔더 액체 상태일 때만 가능)
5. 나머지 핀 순차 반복 (대각선 순서 권장: 열 응력 분산)

주의: 모듈 방향(핀 1 위치) 재확인, 솔더 굳을 때까지 모듈 이동 금지

6단계: 검사 및 후처리

• 확대경/현미경으로 전 핀 검사: 젖음 필렛 형성 확인, 콜드 조인트/브리지/쇼트 없음 확인
• 플럭스 세척: 브러시 + IPA (또는 수용성 플럭스 → 온수/이온제거수 세척 → 건조)
• 전기적 테스트: 컨티뉴이티, 단락, 기능 테스트

마무리

캐슬레이티드 PCB는 모듈형 전자 설계의 표준 인터페이스로 자리 잡았습니다. 커넥터 없는 직접 납땜으로 초박형, 고신뢰성, 고주파 특성, 양산 효율을 모두 잡을 수 있습니다. 성공의 열쇠는 정밀 에지 드릴 공정 가능 제조사 선정, ENIG 표면 처리 + 넉넉한 패드 설계, 숙련된 납땜 공정(리플로우 또는 수작업) 세 가지입니다. 캐슬레이티드 모듈 설계/제작이 필요하시면 전문 엔지니어 팀에 문의 바랍니다.

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