단면 PCB란?

단면 PCB는 가장 기본적인 인쇄 회로 기판입니다. 모든 부품이 한 면에 있습니다. 모든 흔적은 반대편에 있습니다. 한 면에만 흔적이 있기 때문에 단면 기판이라고 부릅니다. 제작하기 쉽고 비용도 저렴합니다. 이러한 이유로 간단한 전자 제품에는 단면 PCB를 사용하는 경우가 많습니다.

양면 PCB를 사용해야 하는 경우

양면 PCB는 단면 기판에서 한 단계 업그레이드된 것입니다. 한 층의 라우팅으로 제품의 요구 사항을 충족할 수 없는 경우 설계자는 양면 보드를 사용합니다. 양면에는 구리와 트레이스가 있습니다. 양면은 비아라고 하는 도금된 구멍으로 연결할 수 있습니다. 비아는 신호가 한 레이어에서 다른 레이어로 이동할 수 있도록 합니다. 이렇게 하면 보드가 필요한 회로 네트워크를 형성할 수 있습니다.

단면 PCB와 양면 PCB의 유사점과 차이점

재료 및 기본 프로세스

단면 및 양면 PCB는 동일한 기본 재료를 공유합니다. 대부분의 최신 기판은 유리섬유와 에폭시의 혼합물인 FR4를 사용합니다. 최신 제작에서는 일반적으로 전도성을 높이기 위해 기판에 구리를 도금합니다. 그런 다음 깔끔한 외관과 보호를 위해 솔더 마스크를 추가합니다. 실크스크린 또는 스크린 인쇄로 라벨과 마크를 추가합니다. 기계는 실크스크린이라는 공정으로 마크를 인쇄합니다.

오래된 제조 및 제한 사항

현대의 보드 제작이 항상 이런 방식이었던 것은 아닙니다. 과거에는 엔지니어와 애호가들이 보드에 디자인을 노출시킨 다음 화학 용액으로 손으로 에칭했습니다. 많은 방법이 존재했습니다. 대부분 동일한 한계가 있었습니다. 하나의 기판에 많은 레이어를 쉽게 에칭할 수 없었습니다. 따라서 레이아웃이 더 커지고 많은 최적화가 필요했습니다.

1960년대에는 괜찮았습니다. 대형 스루홀 부품이 일반적이었습니다. 큰 직사각형 칩에는 넓은 핀이 있었습니다. 이것이 DIP 패키지였습니다. 저항기나 커패시터와 같은 개별 스루홀 부품도 컸습니다. 부품이 서로 가깝게 배치되어 짧은 트레이스가 쉬웠습니다. 따라서 단면 레이아웃이 간단하고 명확했습니다.

표면 실장 장치(SMD)의 부상

1980년대는 이 분야를 변화시켰습니다. 표면 실장 장치(SMD)가 엔지니어들이 선호하는 부품이 되었습니다. 정사각형 평면 패키지가 보편화되었습니다. SMD 이산 소자 부품은 부품 아래로 라우팅하기 어려웠습니다. 기판은 더 작아져야 했습니다. 단면 기판은 사용하기가 더 어려워졌습니다. 이로 인해 양면 기판 기술이 성장하게 되었습니다. 비아를 사용하면 더 이상 모든 구리를 같은 면에 유지할 필요가 없었습니다. 레이어를 연결하는 도금 구멍으로 양면에 라우팅할 수 있었습니다.

양면 인쇄 회로 기판

엔지니어들은 주로 편의성 때문에 양면 보드로 이동했습니다. 힘 부품을 특정 영역으로 제한하는 설계에서는 단면 레이아웃보다 양면 레이아웃이 더 쉽습니다. 또한 양면 보드를 사용하면 큰 접지면이나 파워 플레인을 만들 수 있습니다. 보드를 자세히 보면 얇은 흔적 대신 큰 구리 절단면을 볼 수 있습니다. 이러한 큰 구리 영역은 EMI, 열, 제조 가능성에 도움이 되며 무엇보다도 라우팅 작업을 줄여줍니다.

단면 보드가 여전히 존재하는 이유

양면 보드의 장점은 분명하지만, 오늘날에도 단면 디자인은 여전히 많은 제품에 사용되고 있습니다. 비용이 주요 요인입니다. 단면 PCB는 일반적으로 구매 비용이 조금 더 저렴하고 리드 타임이 더 짧은 경우도 있습니다. 단순한 디자인의 경우 이는 분명한 장점입니다. 단순한 제품을 대량 생산할 때는 보드당 몇 센트를 절약하는 것이 매우 중요할 수 있습니다. 또한 넓은 구리가 필요한 고전류 트레이스의 경우 단면 레이아웃이 적합할 수 있습니다. 넓은 구리 영역을 사용하고 고전류 경로에 간단한 라우팅을 사용할 수 있습니다.

단면 PCB의 장단점

장점

• 비용 절감.

• 설계 및 제조 간소화.

• 많은 경우 리드 타임이 단축됩니다.

단점

• 부품이 많은 복잡한 디자인에는 적합하지 않습니다.

• 작은 크기의 요구 사항을 충족하기 어렵습니다.

• 라우팅 용량 감소.

• 같은 기능을 위해 더 무겁고 커질 수 있습니다.

단면 PCB의 일반적인 응용 분야

단면 보드는 많은 저가형 제품에서 흔히 볼 수 있습니다. 대용량 메모리나 네트워크 링크가 필요하지 않은 간단한 기능을 가진 장치에 나타납니다. 예를 들어 커피 머신과 같은 소형 가전제품이 있습니다. 또한 계산기, 간단한 라디오, 프린터, LED 램프 등에도 많이 사용됩니다. 기본 솔리드 스테이트 드라이브와 같은 간단한 저장 장치에는 단면 보드를 사용할 수 있습니다. 전원 공급 장치와 여러 종류의 센서도 단면 PCB를 사용하는 경우가 많습니다.

단면, 양면 및 다층 보드를 구분하는 방법

1. 보드를 조명에 비춥니다. 내부 코어가 완전히 불투명하고 내부 레이어를 통해 빛이 보이지 않으면 다층 보드입니다. 구리 층이 하나만 보이면 단면 기판입니다.

2. 구멍을 보세요. 단면 보드에는 도금되지 않은 구멍이 있습니다. 구멍 벽에 도금이 되어 있지 않으며 전기 도금 공정을 생략합니다. 양면 보드에는 도금된 스루홀 또는 비아가 있습니다. 즉, 구멍 내부에 구리가 보입니다.

3. 기본적인 차이점은 구리 층의 수입니다. 싱글은 구리 층이 하나, 더블은 구리 층이 두 개, 멀티 레이어는 구리 층이 세 개 이상입니다. 다층 제작에서는 내부 레이어를 추가한 다음 스택을 적층합니다. 필요한 경우 단면을 잘라 레이어를 확인할 수 있습니다.

단면 또는 양면 PCB에서 EMI를 줄이는 방법

비용상의 이유로 많은 소비자 기기는 단면 또는 양면 보드를 사용합니다. 디지털 펄스 회로가 보편화됨에 따라 EMI 문제가 증가하고 있습니다. 주요 원인은 넓은 신호 루프 영역입니다. 루프 영역이 넓으면 더 강한 방사선을 방출할 뿐만 아니라 회로가 외부 노이즈에 더 민감해집니다. EMC를 개선하기 위한 가장 간단한 방법은 중요 신호의 루프 영역을 줄이는 것입니다.

주요 신호 식별

EMC 관점에서 주요 신호에는 강한 방사선을 발생시키는 신호와 외부 노이즈에 민감한 신호가 포함됩니다. 강한 방사 신호는 시계나 저차 주소 라인과 같은 주기적인 신호인 경우가 많습니다. 민감한 신호는 주로 저레벨 아날로그 회선입니다.

루프 영역을 줄이는 방법

한 가지 간단한 방법은 신호 추적 옆에 접지 추적을 배치하는 것입니다. 접지를 최대한 가깝게 배치하세요. 이 레이아웃은 루프 영역을 매우 작게 만들고 차동 방사 및 감도를 줄입니다. 신호 옆에 접지 트레이스를 추가하면 신호 전류는 주로 다른 접지 경로가 아닌 작은 루프에 흐르게 됩니다.

양면 보드를 사용하는 경우 신호선 바로 아래 반대편에 접지 트레이스를 배치합니다. 가능하면 접지 트레이스의 폭을 넓게 만드세요. 그러면 루프 영역이 보드 두께에 신호선 길이를 곱한 값과 같아집니다. 이 면적은 긴 오픈 루프보다 훨씬 작으며 방사선을 차단하는 데 도움이 됩니다.

또한 양면 보드에는 항상 접지 구리 메쉬를 사용하세요. 접지 메쉬는 접지 임피던스를 낮춥니다. 접지 메시를 사용하면 신호 라인은 거의 항상 근처에 접지선이 있고 더 작은 루프 영역을 형성합니다. 라우팅할 때는 주요 회선을 접지에 가깝게 유지하세요. 가장 중요한 라인만 바로 옆에 접지가 필요합니다.

기타 기본 팁:

• 고속 신호에는 짧은 트레이스를 사용합니다.

• 전원 핀 근처에 적절한 디커플링 커패시터를 사용하세요.

• 아날로그와 디지털 접지를 분리해 두었다가 필요한 경우 한 지점에서 연결하세요.

• 긴 루프를 피하세요. 반환 경로를 신호 경로 근처에 배치합니다.

작은 실제 사례

• 양면 보드의 시계 트레이스의 경우 반대편에 넓은 접지 트레이스 아래에 놓습니다. 보드 두께가 1.6mm이고 클록 트레이스의 길이가 50mm인 경우 루프 영역은 대략 1.6mm × 50mm입니다. 트레이스를 20mm로 줄일 수 있다면 면적이 많이 줄어듭니다.

• 민감한 아날로그 신호의 경우 같은 쪽에서 바로 옆에 접지 트레이스를 실행하세요. 그러면 쌍이 긴밀한 루프를 형성하고 픽업을 낮춥니다.

요약

단면 PCB는 간단하고 저렴합니다. 모든 부품을 한 면에 배치하고 모든 흔적을 다른 면에 배치합니다. 양면 보드는 두 번째 레이어를 추가하고 비아를 사용하여 양면을 연결합니다. FR4는 두 가지 모두에 공통적으로 사용되는 재료입니다. 스루홀 부품에서 표면 실장 부품으로 이동하면서 양면 및 다층 기판의 필요성이 대두되었습니다. 그러나 단면 기판은 비용과 편의성 때문에 여전히 많은 단순 제품에 적합합니다. 단면 또는 양면 보드에서 EMI를 낮추려면 루프 면적을 줄이고, 근처에 접지 트레이스를 추가하고, 접지 메시를 사용하고, 트레이스를 짧게 유지하세요.