인쇄 회로 기판이 현대 전자제품에 필수적인 이유

PCB 발명 이전에는 기기 내 전자 부품들을 전선으로 수작업 연결했습니다. 이 수작업 조립은 제조 시스템에 많은 어려움을 안겼습니다. 회로가 극도로 복잡하고 관리가 어려웠으며, 수리도 번거롭고 신뢰하기 힘들었습니다. 1936년 신문사 엔지니어 폴 아이슬러(Paul Eisler)는 기존 기판 조립의 문제점을 인지하고, 기판에 회로를 인쇄하는 새 개념을 고안했습니다. 비전도성 기판에 구리 회로를 인쇄해 패턴을 만들고, 그 위에 부품을 실장하는 방식이었습니다. 최초의 PCB는 현대 PCB와 외형이 달랐으나 작동 원리는 동일했습니다. 현대 PCB는 훨씬 정교하고 작으며 복잡합니다.

제조 공정

오늘날 PCB 제조는 평평한 구리 시트에서 시작합니다. 제조 공정과 조립 과정을 거쳐 구리 시트가 정교한 인쇄 회로 기판으로 탄생합니다. 먼저 유리섬유 평판에 구리 박막을 라미네이팅합니다. 유리섬유는 기계적 지지체 역할을 하며 공정 내내 유지됩니다.

드릴 공정

알루미늄 시트(역주: 구리 적층판) 준비 후 드릴 공정에 들어갑니다. 이 단계에서 기판 양쪽에 레지스트레이션 홀(기준 구멍)을 뚫습니다. 이 구멍들은 이후 정렬 공정의 기준점이 됩니다. 기초 기판을 드릴링하는 동안 엔지니어는 CAD 소프트웨어로 회로를 설계합니다.

거버(Gerber) 파일로 불리는 설계 파일을 생성하는 CAD 플랫폼이 많습니다. 이 파일에는 PCB 설계의 3D 모델이 담겨 있으며, 드릴링 머신이 뚫을 구멍 배열도 지시합니다. 이 구멍들이 부품 실장 위치가 됩니다. 드릴링 완료 후 세척 공정으로 드릴링 잔여물을 제거합니다.

구리 패턴 형성

모든 구멍 뚫기 완료 후 구리 패턴을 형성합니다. 대표적인 방법이 에칭(Etching)입니다. 원하는 회로 패턴과 같은 레지스트 마스크로 구리판을 덮고, 60~120℃ 알칼리 용액에 담그면 마스크로 덮이지 않은 구리 영역이 용해·제거(에칭)됩니다. 이후 공정에서 보호 마스크도 세척돼 제거됩니다.

맺음말

오늘날 기판 어셈블리는 표면 인쇄와 설계 기술을 널리 활용합니다. 거버 파일이 모든 구리 패턴을 인쇄 형태로 정렬해주어 인쇄 공정이 기판 어셈블리의 핵심 공정이 됐습니다. 인쇄 공정은 공정 속도도 높여 대량 생산에 최적화됐습니다. 전반적으로 인쇄 공정은 PCB를 더 최적화되고 정확하며 표준화되게 만들었고, 이는 기판 품질 향상의 핵심이 됐습니다.