개요
PCB(인쇄회로기판)는 휴대폰과 같은 휴대용 기기부터 첨단 우주선 기술에 이르기까지 현대 전자 기기의 기반을 이룹니다. PCB는 전자 부품을 연결하고 안정적인 작동 플랫폼을 제공하는 데 필수적입니다. PCB 제조는 여러 복잡한 단계를 거치는 정교한 공정이며, 각 단계는 매우 중요하고 결함 없는 PCB를 보장하기 위해 세심한 주의가 필요합니다. 이 공정은 컴퓨터 지원 설계(CAD) 도구를 사용한 PCB 회로 기판 설계 및 검토 단계부터 시작 하여 기판 제조에 이르기까지 진행됩니다. 효율성을 높이고 인적 오류의 위험을 줄이기 위해 컴퓨터 및 기계 제어 기술이 도입되어 불완전한 회로 또는 단락을 방지합니다. 높은 품질을 보장하기 위해 기판은 제조의 여러 단계에서 엄격한 테스트를 거치며, 최종적으로 완성된 기판에 대한 테스트를 거친 후 포장 및 출하됩니다.
PCB 제조 공정 - 단계별
1단계: PCB 설계
모든 PCB 제조의 첫 단계는 설계입니다. PCB 제조 및 설계는 항상 어떤 계획으로 시작됩니다. 설계자는 필요한 모든 요건을 충족하는 PCB 설계도를 작성합니다. 소프트웨어로 PCB 설계 도면이 인코딩되면, 설계의 모든 측면과 부분을 다시 검사하여 오류가 없는지 확인합니다.
설계자의 검토가 완료되면 완성된 PCB 설계 도면은 PCB 제작 업체로 보내져 PCB가 제작됩니다. PCB가 도착하면 제작 업체는 설계 도면을 다시 한번 검토하는데, 이를 제조 용이성 검토 (DFM, Design for Manufacture) 라고 합니다 . 적절한 DFM 검토를 통해 PCB 설계가 제조에 필요한 최소한의 허용 오차를 충족하는지 확인합니다.
2단계: PCB 설계 인쇄
모든 검사가 성공적으로 완료되면 PCB 설계도를 인쇄할 수 있습니다. 건축 도면과 같은 다른 도면과는 달리 PCB 설계도는 일반적인 8.5 x 11인치 용지에 인쇄되지 않습니다. 대신 플로터 프린터라고 하는 특수 프린터가 사용됩니다. 플로터 프린터는 PCB의 "필름"을 현상하는데, 이는 기본적으로 기판 자체의 사진 네거티브와 같습니다.
PCB의 내부 층은 두 가지 잉크 색상으로 특징지어집니다.
투명 잉크: 유리 섬유 바닥과 같은 PCB의 비전도성 영역을 나타냅니다.
검정 잉크: PCB의 회로 및 구리선에 사용됨
PCB 설계의 바깥 쪽 층에서는 이러한 경향이 반전됩니다. 검정 잉크는 구리가 제거될 영역을 나타내고 투명 잉크는 구리 경로의 선을 나타냅니다.
각 PCB 레이어와 솔더 마스크에는 각각 별도의 필름이 사용되므로, 간단한 2층 PCB를 제작 하려면 총 4장의 필름이 필요합니다. 각 레이어마다 1장씩, 그리고 솔더 마스크용으로 1장이 더 필요합니다. 필름 인쇄가 완료되면 필름들을 정렬하고 정렬 기준 구멍(레지스트 홀)을 뚫습니다. 이 레지스트 홀은 이후 공정에서 필름들을 정확하게 정렬하는 데 가이드 역할을 합니다.
3단계: 내부 레이어용 구리 인쇄
이 단계는 PCB 제조업체가 PCB 개발을 시작하는 첫 번째 단계입니다 . PCB 설계가 라미네이트 기판에 인쇄된 후, 동일한 라미네이트 기판에 구리가 미리 접합되어 PCB 구조를 형성하는 데 도움을 줍니다. 그런 다음 구리 접합부를 제거하면 앞서 인쇄된 설계도가 드러납니다.
다음으로, 라미네이트 패널은 레지스트라고 하는 일종의 감광성 필름으로 덮여 있습니다. 레지스트는 자외선에 노출되면 경화되는 광반응성 화학 물질 층으로 이루어져 있습니다. 레지스트를 통해 기술자는 청사진의 사진과 포토레지스트에 인쇄된 내용을 완벽하게 일치시킬 수 있습니다.
레지스트와 라미네이트를 앞서 만든 구멍을 이용하여 정렬하면 자외선이 조사됩니다. 자외선은 필름의 반투명 부분을 통과하여 포토레지스트를 경화시킵니다. 이는 구리 영역이 경로로 남아 있어야 함을 나타냅니다. 반대로, 검정 잉크는 경화되지 않아야 할 영역에 빛이 닿지 않도록 막아 나중에 제거할 수 있도록 합니다.
보드 준비가 완료되면 알칼리성 용액으로 세척하여 남아 있는 포토레지스트를 제거합니다. 그런 다음 보드를 고압 세척하여 표면에 남아 있는 모든 것을 제거하고 건조시킵니다. 건조 과정 후 PCB에 남아 있는 유일한 레지스트는 PCB를 분리했을 때 PCB의 일부로 남아 있는 구리 부분 위에만 남습니다. 기술자가 PCB를 검사하여 오류가 없는지 확인합니다. 오류가 없으면 다음 단계로 넘어갑니다.
4단계: 불필요한 구리를 피하세요
PCB 제조 공정의 다음 단계는 원치 않는 구리를 제거하는 것입니다. 앞서 설명한 알칼리 용액과 마찬가지로, 포토레지스트로 덮여 있지 않은 구리를 제거하기 위해 또 다른 강력한 화학 물질을 사용합니다. 보호되지 않은 구리를 제거한 후에는 앞서 설명한 경화된 포토레지스트도 제거해야 합니다.
참고: PCB에서 원치 않는 구리를 제거할 때, 보드가 무거울수록 용매에 더 많이 노출되거나 더 많은 구리 용매가 필요할 수 있습니다.
5단계: 검사 및 레이어 정렬
PCB의 각 층을 개별적으로 세척한 후, 광학 검사 및 층 정렬을 위한 준비가 됩니다. 앞서 작업한 구멍은 외층과 내층을 정렬하는 데 사용됩니다. 기술자는 광학 펀치라고 하는 펀칭 머신에 층을 배치하여 층을 정렬합니다. 그런 다음 광학 펀치가 구멍을 통해 핀을 밀어 넣어 PCB 층을 정렬합니다.
광학 펀칭 후, 또 다른 기계가 광학 검사를 수행하여 결함이 없는지 확인합니다. 이 광학 검사는 레이어가 일단 배치되면 존재하는 오류를 수정할 수 없기 때문에 매우 중요합니다. 결함이 없는지 확인하기 위해 AOI 기계는 검사할 PCB를 제조업체의 모델인 확장 거버(Extended Gerber) 설계와 비교합니다.
PCB가 검사를 통과하면(즉, 기술자나 AOI 장비가 결함을 발견하지 못하면) PCB 제조의 마지막 단계로 넘어갑니다.
6단계: PCB 레이어 적층
PCB 제조 공정에서 이 단계에서는 PCB 층들이 모두 모여 적층될 준비를 합니다. 층들이 결함이 없는 것으로 확인되면, 융착할 준비가 된 것입니다. PCB 적층 공정은 레이업 단계와 적층 단계, 두 단계로 진행됩니다.
PCB 외부에는 에폭시 수지로 미리 코팅/침지 처리된 유리 섬유 조각들이 있습니다. 기판의 원래 조각은 구리 배선을 위한 에칭이 포함된 얇은 구리 호일 층으로 덮여 있습니다. 외부와 내부 층이 준비되면 서로 밀착시킬 차례입니다.
이러한 층들을 삽입하는 작업은 특수 프레스 테이블에 금속 클램프를 사용하여 수행됩니다. 각 층은 특수 핀을 사용하여 테이블에 고정됩니다. 라미네이팅 공정을 담당하는 기술자는 프리코팅된 에폭시 수지(프리프레그 또는 프리프레그) 층을 먼저 배치합니다. 테이블의 정렬 베이슨(alignment bassin)에 프리코팅된 수지 위에 기판 한 층을 배치한 후, 구리 호일 한 층을 배치합니다. 그 후 구리 호일 위에 프리코팅된 수지 시트를 여러 장 배치하고, 마지막으로 프레스 플레이트라고 하는 구리 조각 한 장을 사용하여 마감합니다.
구리 프레스판이 제자리에 놓이면 스택을 세게 눌러 압착할 준비가 됩니다. 기술자는 이를 기계식 프레스로 옮겨 층들을 함께 눌러줍니다. 이 과정의 일환으로, 층들이 제대로 고정되었는지 확인하기 위해 핀을 펀칭합니다.
레이어가 올바르게 고정되면 PCB 스택은 다음 프레스인 라미네이팅 프레스로 옮겨집니다. 라미네이팅 프레스는 한 쌍의 가열판을 사용하여 레이어 스택에 압력과 열을 모두 가합니다. 일반적으로 플레이트의 열은 프리프레그 내부의 에폭시를 녹입니다. 이 열과 프레스의 압력이 합쳐져 PCB 레이어 스택을 서로 접합합니다.
PCB 레이어를 압착한 후에는 약간의 포장 해체 작업이 필요합니다. 기술자는 이전에 사용했던 핀과 상단 압착판을 제거해야 실제 PCB를 분리할 수 있습니다.
7단계: 드릴링
드릴링 작업 전에 X선 장비를 사용하여 드릴 위치를 확인합니다. 그런 다음, 더 정밀한 홀을 드릴링하기 전에 PCB 스택을 보호하기 위해 가이드/레지스트레이션 홀을 드릴링합니다. 이러한 홀을 드릴링할 때는 설계 파일을 가이드로 사용하여 컴퓨터 가이드 드릴을 사용하여 홀을 가공합니다.
드릴링이 완료되면 가장자리에 남아 있는 구리를 갈아냅니다.
8단계: PCB 도금
패널에 구멍을 뚫은 후에는 도금할 준비가 됩니다. 도금 공정은 화학 물질을 사용하여 PCB의 모든 층을 융합합니다. PCB를 철저히 세척한 후, 일련의 화학 물질에 담급니다. 이 담금 공정의 일환으로 패널에 미크론 두께의 구리 층이 코팅되고, 이 구리 층은 최상층과 방금 뚫은 구멍에 증착됩니다. 구멍이 구리로 완전히 채워지기 전에, 이 구리 층은 패널 내부를 구성하는 유리 섬유 기판을 노출시키는 역할을 합니다. 구멍에 구리를 담그면 이전에 뚫은 구멍의 벽이 덮이게 됩니다.
9단계: 외층의 이미징 및 도금
공정 초반(3단계)에는 PCB 패널에 포토레지스트를 도포했습니다. 이제 포토레지스트를 한 겹 더 도포해야 합니다. 하지만 이번에는 외부 층에만 포토레지스트를 도포합니다. 외부 층에 포토레지스트를 도포하고 이미징을 완료한 후, 이전 단계에서 PCB 내부 층에 도금했던 것과 동일한 방식으로 도금합니다. 공정 자체는 동일하지만, 외부 층에 주석 도금을 하여 외부 층의 구리를 보호합니다.
10단계: 마지막 에칭
외부 층을 마지막으로 에칭할 때, 주석 가드는 에칭 과정에서 구리를 보호하는 데 사용됩니다. 원치 않는 구리는 앞서 언급한 것과 동일한 구리 용매를 사용하여 제거되며, 주석 가드는 에칭 영역의 중요한 구리를 보호합니다.
원치 않는 구리를 모두 제거하면 PCB의 연결이 제대로 설정되고 솔더 마스킹을 할 준비가 됩니다.
11단계: 솔더 마스크 적용
솔더 마스크 도포를 위해 패널을 완전히 준비하려면 세척이 필요합니다. PCB 패널을 세척한 후, 솔더 마스크 필름과 함께 잉크 에폭시를 도포합니다. 그런 다음, 기판에 자외선을 분사하여 솔더 마스크의 특정 부분을 표시하고 제거해야 합니다.
불필요한 솔더 마스크 조각을 완전히 제거한 후 PCB를 오븐에 넣고 가열하여 솔더 마스크가 경화되도록 합니다.
12단계: PCB 및 실크 스크리닝 마무리
마무리 공정의 일부로 PCB는 은, 금 또는 HASL로 도금되어 구성 요소를 생성된 패드에 납땜하고 구리를 보호할 수 있습니다.
PCB에 은도금이나 금도금을 한 후, 실크스크린 인쇄를 합니다. 실크스크린 인쇄 공정은 회사 ID 번호, 제조업체 마크, 경고 라벨 등 PCB에 표시되는 모든 정보를 인쇄합니다.
PCB에 올바른 정보를 도금하고 실크스크린으로 인쇄한 후 최종 경화 단계로 보낼 수 있습니다.
13단계: 전기 신뢰성 테스트
PCB 코팅 및 경화(필요한 경우) 후, 기술자는 PCB의 여러 영역에 대해 일련의 전기적 테스트를 수행하여 기능을 확인합니다. 주요 테스트는 절연 테스트와 회로 연속성입니다. 회로 연속성 테스트는 PCB의 "개방"이라고 하는 중단을 확인합니다. 반면, 회로 절연 테스트는 PCB의 여러 부품의 절연 값을 검사하여 단락 여부를 확인합니다. 전기적 테스트는 주로 기능 확인을 위해 수행되지만, 초기 PCB 설계가 제조 공정을 얼마나 잘 견뎌냈는지 확인하는 테스트 역할도 합니다.
PCB가 완벽하게 작동하는지 확인하는 데 사용할 수 있는 다른 테스트도 있습니다. 이 테스트에 사용되는 몇 안 되는 주요 테스트 중 하나는 "bed of nails" 테스트입니다. 이 테스트에서는 여러 개의 스프링 고정 장치를 회로 기판의 테스트 지점에 부착합니다. 스프링 고정 장치는 회로 기판의 테스트 지점에 최대 200g의 압력을 가하여 PCB가 테스트 지점에서 발생하는 고압 접촉에 얼마나 잘 견디는지 확인합니다.
PCB가 전기적 신뢰성 테스트와 제조업체가 시행하기로 선택한 다른 테스트를 모두 통과했다면 다음 단계인 절단으로 넘어갈 수 있습니다.
14단계: 절단 및 프로파일링
PCB 제조 공정의 마지막 단계는 PCB를 절단하고 선을 긋는 것입니다. 이 단계는 원래 패널에서 여러 PCB를 잘라내는 것을 포함합니다. 원래 패널에서 PCB를 절단하는 방법에는 두 가지가 있습니다.
보드 측면을 따라 대각선 채널을 절단하는 V 홈을 사용합니다.
라우터나 CNC 기계를 사용하여 PCB 가장자리 주위에 작은 탭을 잘라냅니다.
어느 쪽이든 PCB는 건설 패널에서 쉽게 분리될 수 있습니다.
일반적으로 PCB 패널은 더 큰 배열이나 개별 보드를 가지고 있으며, 해당되는 경우에는 점수가 매겨지고 배선되어 조립 후 건설 보드에서 분리할 수 있습니다.
보드가 구성 보드에서 분리되면 PCB 제조의 최종 검사 단계가 있습니다.
보드는 날카로운 모서리, 버 또는 기타 제조 위험이 없는지 확인하기 위해 전반적인 청결 상태를 점검합니다.
필요한 경우 시각적 검사를 실시하여 보드가 업계 사양을 충족하고 데이터에 명시된 세부 사항과 일치하는지 확인할 수 있습니다. 또한 기술자는 시각적 검사를 통해 필요한 경우 PCB의 물리적 치수와 구멍 크기를 확인할 수도 있습니다.
슬롯, 모따기, 베벨 및 카운터싱크는 필요에 따라 라우팅 및 제작 프로세스 중에 추가됩니다.
가능하다면 단락된 부분을 수리한 후, 단락된 보드를 위에서 설명한 것과 동일한 전기적 신뢰성 테스트를 사용하여 다시 테스트합니다.
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위에서 언급했듯이 PCB 제조에는 여러 단계가 있으며, 제품의 높은 품질을 보장하기 위해서는 각 단계를 정확하게 수행해야 합니다. 사소한 실수라도 회로 기판의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 PCB 제조에 대한 전문 지식이 부족하다면 신뢰할 수 있는 PCB 제조 업체에 아웃소싱하는 것이 좋습니다. MOKO Technology는 업계에서 오랜 경험을 바탕으로 다양한 산업 분야 고객의 요구를 충족하는 PCB 제조 서비스를 제공하는 선두 기업으로 자리매김했습니다. 당사의 최첨단 시설, 고급 PCB 제조 기술 및 숙련된 팀은 최고 품질의 PCB를 생산하고 엄격한 기준을 충족하도록 보장합니다. 또한, 각 고객의 특정 요구 사항에 맞춰 다양한 맞춤 제작 옵션을 제공합니다. 지금 바로 문의하여 PCB 제조 프로젝트를 시작하세요!
