PCB 보드란 무엇인가?
PCB 보드는 전선과 도체를 사용하여 다양한 부품에 대한 전기적 연결을 제공하고 표면 실장 및 소켓형 부품에 대한 기계적 지지도 제공하는 보드를 말합니다.
PCB 기판은 유리섬유나 복합 에폭시와 같은 절연 기판 재료에 정교하게 에칭된 얇은 구리 트랙(트레이스)으로 구성됩니다. 이 구리 트레이스는 기판 상의 부품들을 연결하는 배선 역할을 합니다 . PCB 제조 공정에서는 포토리소그래피 기술을 사용하여 회로를 기판에 정확하게 인쇄합니다. PCB 기판이 제작되면 전자 부품들을 구리 패드에 납땜하여 완전한 회로를 구성합니다. PCB 기판은 이렇게 장착된 부품들을 연결하고 통합하여 기능적인 전자 시스템을 완성합니다.
오늘날 거의 모든 전자 장비에서 PCB 기판을 찾아볼 수 있지만, 이 용어는 특히 부품이 전혀 장착되지 않은 기판 자체를 가리킵니다. 부품이 인쇄 회로 기판에 납땜되면, 그 결과물은 인쇄 회로 어셈블리(PCA) 또는 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCBA)라고 더욱 정확하게 표현됩니다.
PCB 보드의 유형
단면 PCB 보드
단면 PCB는 모든 회로와 부품이 한쪽 면에만 실장된 단일층 기판으로 구성된 PCB를 말합니다. 단면 PCB는 설계 및 제조 공정이 간단하고 생산 효율이 높으며 비용이 저렴하고 활용 범위가 넓다는 특징이 있습니다.
양면 PCB 보드
이름 그대로 양면 PCB 기판은 기판의 양면에 전자 부품이 실장된 보드를 말합니다. 부품 실장 방식에는 표면 실장 기술(SMT)과 관통형 기술(THT) 두 가지가 있습니다. 양면 PCB 기판은 LED 조명, 자동판매기, 산업 제어 장치 등과 같이 복잡한 회로가 요구되는 분야에 주로 사용됩니다.
다층 PCB 보드
다층 PCB 기판 은 용도와 요구 사항에 따라 3개 이상의 회로 기판 층으로 구성됩니다. 이러한 유형의 PCB는 설계자에게 복잡한 레이아웃에 대한 훨씬 더 큰 유연성을 제공하기 때문에 의료 기기, 데이터 저장 시스템, GPS 기술 및 기타 첨단 응용 분야와 같은 고성능 기기에 널리 사용됩니다. 여러 개의 전도성 층이 존재하기 때문에 부품과 회로가 서로 교차하더라도 단락되지 않아 훨씬 더 조밀한 설계가 가능합니다. 따라서 고성능 기판이 필요하고 높은 전기적 요구 사항을 충족해야 할 때 다층 PCB가 최적의 선택입니다.
강성 PCB 보드
경성 PCB는 견고한 기판 재질로 제작되는 일반적인 PCB 유형 입니다 . 유연성과 굽힘성이 크게 제한되어 경성 PCB에 사용되는 전자 부품의 수명이 길어집니다. 또한, 경성 PCB는 전자 노이즈 발생량이 적어 환경에 미치는 부정적인 영향을 어느 정도 줄일 수 있습니다. 경성 PCB는 주로 위성, 자동차, 항공우주 분야 등에 사용됩니다.
유연한 PCB 보드
경질 PCB와 달리 연질 PCB는 쉽게 구부러지는 재질로 만들어지지만 제조 비용이 더 비싼 경향이 있습니다. 연질 PCB는 여러 장점을 가지고 있는데, 그중 가장 두드러진 장점은 유연성입니다. 모서리나 가장자리를 접어서 사용할 수 있으며, 유연성 덕분에 여러 개의 경질 PCB가 필요한 영역을 하나의 연질 PCB로 커버할 수 있습니다. 또한 연질 PCB는 조립 공간을 적게 차지하며 무게와 공간 제약이 중요한 애플리케이션에 적합합니다.
리지드 플렉스 PCB
리지드-플렉스 회로는 리지드 PCB와 플렉서블 PCB의 장점을 결합한 회로로, 여러 층의 플렉서블 PCB를 리지드 PCB 층에 연결하여 구현합니다. 리지드-플렉스 기판은 리지드 기판이나 플렉서블 기판에 비해 전자 부품 수가 적고 커넥터, 헤더, 접점 크림프가 필요 없어 전체 PCB 크기와 무게가 작습니다. 리지드-플렉스 기판은 휴대폰, 디지털 카메라, 심장 박동기 등의 제품에서 흔히 볼 수 있습니다.
알루미늄 백킹 PCB 보드
알루미늄 기판 PCB는 일반적인 PCB가 유리섬유로 만들어지는 것과 달리 알루미늄 또는 구리 기판을 사용하는 PCB를 말합니다. 알루미늄 기판 PCB는 다음과 같은 몇 가지 장점을 가지고 있습니다. 첫째, 열 효율이 뛰어나 복잡한 회로를 사용하는 프로젝트에 적합합니다. 장시간 작동 후에도 회로에서 발생하는 열을 효과적으로 발산할 수 있기 때문입니다. 둘째, 내구성이 우수하여 유리섬유 PCB보다 수명이 깁니다. 셋째, 환경에 무해합니다. 알루미늄 시트는 무독성이며 환경 친화적이고 재활용이 용이합니다.
TPCB 보드의 응용 분야
의료 기기
심박 조율기, 최소 침습 수술에 사용되는 소형 카메라부터 X선 장비 및 CT 스캐너와 같은 대형 의료 장비에 이르기까지 PCB 기판은 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 크기가 작고 무게가 가벼우며 밀도가 높은 연성 PCB와 경성-연성 PCB는 더욱 작고 가벼운 의료 기기를 제조하는 데 사용될 수 있으며, 일부 복잡한 의료 기기의 경우 경성-연성 PCB가 특히 이상적인 선택입니다.
우주항공
항공우주 기술의 발전과 함께 항공기, 위성, 드론 및 기타 항공전자 장비에 사용되는 PCB 기판에 대한 수요 또한 증가하고 있습니다. 이러한 응용 분야에서는 크기가 작고 복잡한 회로를 지원하는 PCB가 주로 사용됩니다. 그중에서도 경성 PCB, 연성 PCB, 그리고 경성-연성 PCB가 가장 널리 사용되며, 계기판, 비행 제어, 비행 관리 및 안전 시스템에 사용됩니다. 이러한 PCB는 작고 가벼운 디자인으로 장비의 전체 무게를 줄여 연료 소비량을 줄여줍니다.
가전제품
컴퓨터, 스마트폰, TV, 가전제품, 엔터테인먼트 시스템 등 가정과 사무실에서 흔히 사용되는 전자제품에는 PCB 기판이 사용됩니다. 이러한 제품은 신뢰성, 무게, 방열 성능 등 PCB 기판에 대한 높은 요구 조건을 충족해야 합니다.
산업용 장비
오늘날 대부분의 산업 장비는 전자 제어 방식으로 작동하며, 이로 인해 산업 전반에서 PCB 기판에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 제조 장비, 계측 장비, 전력 장비, 로봇 등 모든 장비에는 PCB 기판이 필요합니다. 산업 장비는 일반적으로 열악한 환경에서 작동하기 때문에 산업 환경에 사용되는 PCB는 화학적 자극, 물리적 충격, 고온 및 기타 악영향을 견딜 수 있을 만큼 내구성이 뛰어나야 합니다.
조명
발광 다이오드는 높은 에너지 효율성과 긴 수명으로 인해 다양한 시장에서 점점 더 인기를 얻고 있으며, 이로 인해 LED PCB 보드의 사용이 증가하고 있습니다. 특히 다른 유형의 PCB 보드에 비해 방열성이 뛰어난 알루미늄 뒷면 PCB 보드가 그 예입니다.
군사 및 방위
군사 및 방위 장비는 차량, 컴퓨터, 통신 및 모니터링 장비에 필수적인 PCB 기판과 불가분의 관계에 있습니다. 이 분야에 사용되는 PCB는 매우 내구성과 신뢰성이 뛰어나야 하며, 극한의 온도와 기상 조건을 견딜 수 있어야 합니다.
PCB 보드를 제조하는 방법은?
- 1단계 – PCB 보드 설계
제조에 앞서 프로젝트 요구 사항을 기반으로 PCB 설계를 먼저 진행해야 합니다. 설계는 일반적으로 Altium Designer, OrCAD, Pads 등의 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 완료합니다. 설계가 완료되면 드릴링 패턴, 보어홀, 부품 기호 등 중요한 정보가 포함된 거버(Gerber) 형식으로 변환해야 합니다.
- 2단계 – 디자인 인쇄
PCB 기판 설계를 인쇄하기 위해 플로터라는 특수 프린터를 사용합니다. 이 플로터는 회로 기판의 세부 사항과 층을 표시할 수 있는 고정밀 기능을 갖추고 있어 제조업체가 PCB 기판을 이미지화하는 데 매우 유용합니다. 필름에는 투명 잉크와 검정 잉크, 두 가지 색상이 표시됩니다. 안쪽 층의 경우 투명 잉크는 비전도성 영역을, 검정 잉크는 전도성 구리 트레이스와 회로를 나타냅니다. 바깥쪽 층의 경우 투명 잉크와 검정 잉크는 그 반대의 의미를 가집니다.
- 3단계 - 구리 제거
PCB 기판 제조를 계속하려면 구리 용매를 사용하여 기판 내부 층의 여분의 구리를 제거해야 하며, 원하는 구리는 그대로 유지되어야 합니다. 사용되는 구리 에칭 용매의 양은 다를 수 있습니다. 예를 들어, 대형 PCB 기판은 더 많은 구리와 시간이 필요합니다.
- 4단계 - 레이어 정렬
이 단계에서 PCB 기판은 다음 단계인 레이어 정렬로 넘어갑니다. 내부 및 외부 레이어는 광학 펀칭 머신을 사용하여 정렬해야 합니다. 이 펀칭 머신은 구멍을 통해 핀을 밀어 넣어 인쇄 회로 기판의 레이어를 정렬합니다.
- 5단계 – 검사
레이어를 조립하면 내부 레이어의 오류를 수정할 수 없으므로 검사는 매우 중요한 단계입니다. 자동 광학 검사기를 사용하여 기판에 결함이 없는지 확인합니다. 레이저 센서를 사용하여 레이어를 정밀하게 스캔하고 원본 거버 파일과 비교할 디지털 이미지를 생성합니다. 프로세스 중에 불일치가 발견되면 기계가 비교 결과를 표시하여 더 자세한 정보를 얻을 수 있습니다.
- 6단계 - 레이어 적층
먼저, 금속 클램프를 사용하여 층들을 고정하고, 프리프레그 층을 정렬 용기에 놓습니다. 그런 다음 구리 호일 층을 놓기 전에 기판 층을 프리프레그 위에 덮습니다. 그리고 구리 층 위에 프리프레그 시트를 더 덮습니다. 마지막으로 알루미늄 호일과 구리 프레스 플레이트로 적층을 마무리합니다.
- 7단계 – 레이어 누르기
이러한 층을 압착하려면 층을 정렬하기 위해 핀을 층에 펀칭해야 하며, 그런 다음 압착 기계가 층에 열과 압력을 가해 프리프레그 내부의 에폭시를 녹여 층을 서로 융합시킵니다.
- 8단계 – 드릴링
드릴링 전에 X선 장비를 사용하여 드릴링 위치를 파악한 후, 컴퓨터 유도 드릴을 사용하여 각 층에 구멍을 뚫습니다. 드릴링이 완료되면 윤곽 도구를 사용하여 패널 가장자리의 여분의 구리선을 제거합니다.
- 9단계 – 도금
드릴링 후 PCB 기판에 도금을 합니다. 화학 증착법을 사용하여 모든 층을 접합하고, 다른 화학 용액을 사용하여 기판을 깨끗이 세척합니다. 이 용액은 패널 표면에 약 1마이크론 두께의 얇은 구리 층을 코팅하여 드릴링된 구멍에 삽입합니다.
- 10단계 – 외층 이미징
이 단계에서는 이미징 전에 외부 층에 포토레지스트 층을 도포합니다. 이 과정에서 오염 물질을 층 표면에서 분리하기 위해 멸균실에 보관해야 합니다. 그런 다음 자외선을 사용하여 포토레지스트를 경화시키고, 원치 않는 포토레지스트는 제거합니다.
- 11단계 – 도금
9단계에서 했던 것처럼 패널에 얇은 구리 층을 도금해야 합니다. 그런 다음 패널에 얇은 주석 도금을 합니다. 이 과정에서 원치 않는 구리를 제거하고 다음 단계에서 외부 층의 구리가 에칭되는 것을 방지할 수 있습니다.
- 12단계 – 에칭
이 단계에서 화학 용액을 적용하면 주석으로 보호되는 원하는 구리는 그대로 유지하면서 원치 않는 구리를 제거할 수 있습니다. 이 단계를 통해 PCB 기판의 전도 영역과 연결부를 형성할 수 있습니다.
- 13단계 – 솔더 마스크 적용
솔더 마스크 작업 전에 패널 양면을 깨끗이 청소해야 합니다. 그런 다음 에폭시 솔더 마스크 잉크를 도포하여 패널을 덮습니다. 그런 다음 자외선을 조사하여 원치 않는 솔더 마스크를 제거하고, 원하는 솔더 마스크를 오븐에서 구워 경화합니다.
- 14단계 - 실크스크린
이 단계에서는 매우 중요한 단계인 중요한 정보를 보드에 인쇄합니다. 인쇄가 완료되면 PCB 보드는 마지막 코팅 및 경화 공정으로 넘어갑니다.
- 15단계 – 표면 마감
다양한 요구 사항에 따라 PCB 보드는 납땜 가능한 마감 처리로 도금할 수 있으며, 이를 통해 납땜 품질을 향상시킬 수 있습니다.
- 16단계 – 테스트
PCB 보드를 고객에게 인도하기 전에 PCB의 기능을 테스트하고 원래 설계를 따랐는지 확인하기 위해 보드에 대한 전기적 테스트가 필요합니다.
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PCB 기판의 설계 및 생산은 매우 복잡한 과정입니다. PCB의 품질을 보장하려면 각 링크의 고품질 완성도를 확보해야 합니다. 링크에서 발생하는 오류는 전체 PCB 기판의 고장으로 이어질 수 있기 때문입니다. 따라서 전문 공급업체를 찾는 것이 매우 중요합니다.
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