디지털 시계, 계산기, TV 리모컨, 라우터, 노트북, 심지어 어린이 장난감까지 사용해 본 적이 있다면 PCB를 사용해 본 적이 있을 것입니다. 보통 여러 개의 PCB를 사용합니다.
가장 간단한 수준에서 PCB 보드는 전자 부품을 서로 연결하는 전도성 구리 경로가 있는 절연 기판입니다. 이러한 구리는 전류와 신호를 필요한 곳으로 전달하고, 기판은 모든 것을 기계적으로 제자리에 고정하여 회로가 느슨한 전선의 엉망진창이 되지 않도록 합니다.
그리고 네, 사람들은 약간 중복되긴 하지만 항상 “PCB 보드”라고 말합니다(B는 이미 보드를 의미합니다). 그래도 일반적이니 그냥 사용하겠습니다.
일반 영어로 된 PCB
PCB는 전기가 흐르는 도시 지도와 같다고 생각하세요.
- 그리고 구성 요소 (칩, 저항기, 커패시터, 커넥터)가 건물입니다.
- 그리고 구리 흔적 는 도로입니다.
- 그리고 패드 부품이 납땜되는 주차장입니다.
- 그리고 vias 는 한 층에서 다른 층으로(한 층에서 다른 층으로) 신호를 이동하는 엘리베이터입니다.
모든 구리선이 중요합니다. 너비, 간격, 길이, 어디로 연결되는지, 옆에 무엇이 연결되는지 등이 중요합니다. 이 “경로'는 특히 고속 또는 고주파 설계에서 회로의 동작 방식을 결정합니다.
따라서 PCB 보드는 단순히 “부품을 장착하는 것”이 아닙니다. 회로의 일부입니다.
PCB는 무엇을 의미하며 PWB는 무엇인가요?
PCB = 인쇄 회로 기판.
들을 수도 있습니다:
- PWB = 인쇄 배선판.
- 어떤 사람들은 부품이 조립되기 전의 베어 보드(기판과 구리 패턴)를 의미하기도 합니다. 일상적인 대화에서 PCB와 PWB는 많이 혼용됩니다.
그리고 PCBA = 인쇄 회로 기판 어셈블리(PCB)인 인쇄 회로 기판 어셈블리 이후 구성 요소를 배치하고 납땜합니다.
또한 지속적으로 발생하는 문제이므로 빠르게 설명합니다.
A 마더보드는 PCB입니다., 하지만 모든 PCB가 마더보드인 것은 아닙니다. 마더보드는 컴퓨터의 주요 허브 역할을 하는 크고 복잡한 PCB일 뿐입니다.
PCB는 무엇으로 만들어지나요?
가장 일반적인 PCB는 다음과 같이 제작됩니다:
- 기본 소재(기질): 보통 FR4(유리 섬유 + 에폭시 수지). 강력하고 안정적이며 저렴합니다.
- 구리: 얇은 구리 호일을 기판에 접착한 다음 에칭하여 흔적을 남깁니다.
- 솔더 마스크: 색이 있는 보호층(주로 녹색)을 말합니다. 솔더 브리지를 방지하고 구리를 부식으로부터 보호하는 데 도움이 됩니다.
- 실크스크린: 흰색(또는 검은색) 인쇄 텍스트 및 표시. 구성 요소 라벨, 로고, 핀 1 마커, 경고 등.
- 표면 마감: 노출된 패드에 코팅을 하여 납땜을 안정적으로 하고 산화를 방지합니다. 옵션에는 HASL, ENIG(금), 침수 실버 등이 있습니다.
따라서 PCB를 보면 다음과 같은 두 가지를 모두 충족하도록 설계된 재료가 쌓여 있는 것을 볼 수 있습니다. 전기 요구 사항 (신호 라우팅, 임피던스, 접지) 및 기계적 요구 사항 (장착, 내구성, 안정성).
PCB가 중요한 이유(사람들이 생각하는 것보다 훨씬 더)
PCB는 한 번에 많은 작업을 수행하기 때문에 중요합니다:
- 회로 상호 연결: 부품 간 깨끗하고 반복 가능한 연결.
- 구조적 지원: 컴팩트한 모양으로 구성 요소를 단단히 고정합니다.
- 회로 보호: 솔더 마스크 및 레이아웃 간격 단락 및 오염 문제를 줄입니다.
- 생산 효율성: 조립 라인은 부품을 빠르게 배치하고 납땜할 수 있습니다(특히 SMT).
- 유지 관리 및 업그레이드: 수작업 배선에 비해 테스트, 수리 또는 수정이 더 쉽습니다.
- 고밀도 통합: 다층 기판, 미세한 흔적, 작은 비아 없이는 현대 전자제품은 기본적으로 불가능합니다.
그리고 신뢰성이 중요합니다. 완제품 내부에 결함이 있는 PCB는 일단 세상에 나오면 고치는 데 엄청난 비용이 들 수 있습니다. 그렇기 때문에 DFM과 테스트가 중요한 것입니다.
일반적인 PCB 유형(실제로 야생에서 볼 수 있는 유형)
PCB를 분류하는 방법은 여러 가지가 있지만, 크게 세 가지로 분류할 수 있습니다.
1) 단면 PCB
한쪽에만 구리. 간단하고 저렴하며 여전히 기본 전자제품에 사용됩니다.
2) 양면 PCB
양쪽에 구리가 비아로 연결됩니다. 더 많은 라우팅 공간, 여전히 상당히 저렴합니다.
3) 다층 PCB
3개 이상의 구리층. 최신 장치는 종종 4레이어, 6레이어, 8레이어 이상을 사용합니다. 일반적인 4레이어 스택에는 다음이 포함될 수 있습니다:
- 상위 신호
- 내부 접지면
- 내부 전원 플레인(또는 신호)
- 하단 신호
다층 보드를 사용하면 라우팅이 더 깔끔해지고, 소음이 줄어들며, 다음을 지원합니다. 고속 레이아웃. 또한 제작 복잡성도 증가합니다.
4) 리지드, 플렉스, 리지드-플렉스
- 견고한 PCB: 표준 솔리드 보드입니다.
- 플렉스 PCB: thin 유연한 회로 휴대폰, 카메라, 웨어러블, 좁은 공간에서 사용됩니다.
- 리지드 플렉스 PCB: 두 가지의 조합. 더 비싸지만 포장 문제를 해결합니다.
5) 고주파/고속 PCB
RF, 무선, 고속 디지털 인터페이스 및 임피던스에 민감한 모든 것에 사용됩니다.. 이러한 경우 종종 다음과 같은 특수 자료가 필요합니다. 낮은 유전체 손실, (정확한 용도 및 제조업체의 제품에 따라 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리스티렌 혼합물 등) PTFE 기반 라미네이트와 같은 기타 제품도 있습니다.
6) 스페셜 보드 (몇 가지 소개할 예정)
- 금속 코어 PCB: 방열 및 안정성을 위해 사용됩니다(LED 조명 및 전력 전자제품에 일반적).
- 표면 실장 PCB: 정확히 “보드 타입'은 아니고 조립 스타일에 가깝지만 사람들은 그렇게 말합니다. SMT는 가볍고 얇으며 대량 생산이 가능한 저비용 빌드를 지원합니다.
- 탄소 필름 인쇄 보드: 비용과 간단한 프로세스가 중요한 곳에서 사용됩니다.
7) HDI PCB
HDI는 고밀도 인터커넥트의 약자입니다.. 기존 PCB보다 더 작은 비아, 더 좁은 간격, 더 높은 배선 밀도. 휴대폰, 소형 기기, 고급 제품에 사용됩니다.
PCB 설계 방법(높은 수준이지만 실제)
PCB 설계는 단순히 “연결'될 때까지 선을 그리는 것이 아닙니다.
일반적인 흐름은 다음과 같습니다:
- 회로도 만들기
- 이것이 논리 회로입니다. 무엇이 무엇, 가치, 그물, 전원 레일에 연결되는지. “두뇌 계획”입니다.
- 빈 PCB 레이아웃 만들기
- 보드 모양, 장착 구멍, 킵아웃 영역, 커넥터 위치를 정의합니다.
- 회로도 캡처 및 PCB에 연결
- 구성 요소(풋프린트)를 가져오고 그물을 연결하여 PCB가 무엇을 연결해야 하는지 알 수 있도록 합니다.
- PCB 스택업 설계
- 최신 디자인의 경우 4레이어 FR4가 매우 일반적입니다. 스택업은 임피던스, EMI 및 제조 가능성에 영향을 미칩니다.
- 디자인 규칙 및 DFM 요구 사항 정의
- 트레이스 폭, 간격, 드릴 크기, 환형 링, 솔더 마스크 간격, 임피던스 타겟. 이러한 규칙은 제조업체가 실제로 제작할 수 있는 것과 일치해야 합니다. 설계자는 종종 제조업체와 논의하여 제약 조건을 파악합니다.
- 구성 요소 배치
- 처음에는 자동으로 배치할 수 있지만 신호 무결성, 발열, 접근성, 조립 제약 등 실제 배치는 대개 수동으로 이루어집니다. 솔직히 말해서 배치는 전투의 절반입니다.
- 라우팅(배선)
- 트레이스는 가이드라인에 따라 배치됩니다. 고속 설계의 경우 솔버 또는 설계 툴을 사용하여 타겟 임피던스에 대한 트레이스 지오메트리를 제어할 수 있습니다.
- 식별자 추가
- 참조 지정자, 극성 표시, 테스트 포인트, 라벨, 로고. 조립 및 문제 해결 시간을 절약할 수 있는 사소한 것들.
- DRC 검사 실행
- 디자인 규칙 검사(DRC)는 띄어쓰기 오류, 연결 누락, 이상한 위반 사항을 포착합니다.
- 제조 파일 생성
- 일반적으로 거버(종종 확장된 거버)와 드릴 파일, 스택업 노트, 제작 도면이 사용됩니다.
일반적인 PCB 설계 소프트웨어로는 Altium Designer, OrCAD, Pads, KiCad 및 Eagle이 있습니다.
PCB 기판이 제조되는 방법(실제 단계별 아이디어)
PC방을 한 번도 둘러보지 않았다면 중독성이 강한 곳입니다. 시끄러운 기계, 화학약품 라인, 패널 더미, 검사 스테이션. 제조업체를 방문한 디자이너는 보통 제조를 염두에 두고 디자인을 시작하기 때문에 더 겸손한 자세로 돌아옵니다.
다음은 단순화되었지만 여전히 정확한 일반적인 PCB 제조 공정입니다.
1단계: 디자인 및 출력
PCB 레이아웃은 CAD 소프트웨어에서 생성되고 확인 후 일반적으로 다음과 같이 내보내집니다. 거버 파일 (종종 확장된 거버). 이것이 바로 조작의 “진실의 원천'입니다.
2단계: 파일에서 영상으로
플로터는 PCB 디자인의 사진 필름을 인쇄합니다. 필름은 패턴을 구리로 전사하는 데 사용됩니다.
3단계: 내부 레이어 인쇄
다층 보드의 경우, 내부 레이어 구리 패턴은 기판(에폭시 수지 + 유리 섬유)에 적층된 구리 호일 위에 만들어집니다. 정확한 구리 패턴이 형성될 수 있도록 포토레지스트를 도포, 노출, 현상합니다.
4단계: 불필요한 구리 제거하기
화학 공정은 과도한 구리를 제거하는 동시에 경화된 레지스트가 남아 있어야 하는 구리를 보호합니다. 에칭 후에는 솔벤트로 레지스트를 벗겨내어 깨끗한 구리 피처를 남깁니다.
5단계: 레이어 정렬 및 광학 검사
레이어는 완벽하게 정렬되어야 합니다. 정렬 펀치와 등록 구멍이 사용되며 광학 펀치 기계는 레이어를 정확하게 배치하는 데 도움이 됩니다.
그런 다음 패널은 종종 자동 광학 검사(AOI). 레이저 센서가 패널을 거버 데이터와 비교하여 열림, 단락 또는 패턴 결함을 찾아냅니다.
6단계: 레이어업 및 본딩
보드는 샌드위치처럼 만들어집니다. 구리 호일, 프리프레그(접착 수지), 코어 소재를 프레스 플레이트와 알루미늄 호일과 함께 층층이 쌓은 다음 컴퓨터로 제어되는 본딩 프레스로 압착합니다.
다층 PCB가 하나의 솔리드 유닛이 되는 순간입니다.
7단계: 드릴링
구성 요소 리드, 마운팅 및 비아를 위해 구멍을 뚫습니다. 타겟을 식별하기 위해 X-레이 로케이터를 사용할 수 있습니다. CNC 드릴링 머신은 공기 구동 스핀들이 최대 약 150,000rpm으로 매우 빠르게 작동할 수 있습니다.
드릴링 후 여분의 구리나 거친 모서리는 프로파일링 도구로 정리할 수 있습니다.
8단계: 도금(화학 증착)
패널 표면과 뚫린 구멍 내부에 얇은 구리 층이 증착되어 비아가 층 사이에 전기를 전도할 수 있습니다.
9단계: 외부 레이어 이미징
새로운 포토레지스트가 패널에 적용됩니다. 자외선에 노출되면 구리가 남아 있어야 할 곳에 레지스트가 경화됩니다. 경화되지 않은 레지스트는 기계로 제거합니다.
10단계: 외층 도금(전기 도금)
기판은 구리로 전기 도금되어 트레이스와 비아에 두께를 쌓은 다음 에칭 중에 구리를 보호하기 위해 주석으로 도금하는 경우가 많습니다.
11단계: 최종 에칭
화학 용액은 과도한 구리를 제거합니다. 주석은 원하는 구리 피처를 보호합니다. 에칭 후 필요에 따라 주석을 제거합니다.
12단계: 솔더 마스크 적용
에폭시 솔더 마스크 잉크를 양면에 도포한 다음 UV 경화합니다. 또한 많은 보드는 완전한 경도를 위해 오븐 경화 과정을 거칩니다.
13단계: 표면 마감
패드는 납땜이 잘되고 산화되지 않도록 마감 처리가 필요합니다. 옵션은 다음과 같습니다:
- 금(ENIG 등) 또는 은을 사용한 화학 도금
- 패드를 균일하게 만드는 열풍 평탄화(HASL)
비용, 보관 기간, 조립 방법에 따라 다양한 표면 마감을 선택할 수 있습니다.
14단계: 실크스크린
잉크젯 또는 스크린 인쇄는 참조 지정자, 구성 요소 윤곽선, 극성, 로고, 경고 등 중요한 정보를 추가합니다.
15단계: 전기 테스트
보드는 개방 및 단락 여부를 테스트합니다. 일반적인 방법 중 하나는 플라잉 프로브 테스트, 를 사용하면 맞춤형 테스트 장비 없이도 전기 성능을 확인할 수 있습니다.
16단계: 프로파일링 및 V-스코어링
라우터를 사용하여 최종 보드 윤곽을 자르거나, 패널 제작을 위해 보드를 깔끔하게 분리할 수 있도록 V 홈을 추가합니다.
그런 다음 보호를 위해 진공 포장한 후 배송하는 경우가 많습니다.
이것이 핵심 아이디어입니다. 일부 공장에서는 기술에 따라 추가 단계를 추가하기도 합니다(HDI, 블라인드/매립형 비아, 제어 임피던스 쿠폰 등).
PCB 및 최신 무선, 고주파 제품
오늘날의 전자제품은 우리가 생각하지 못할 때에도 “라디오처럼 작동하는 신호'가 많습니다. 빠른 디지털 엣지, 무선 전송, 음성, 비디오, 데이터. 모든 것에는 표준이 있으며, PCB는 이러한 성능 싸움의 승패를 가르는 곳입니다.
새로운 세대의 제품이 출시되는 경우가 많습니다:
- 고주파 보드
- 유전체 손실이 적은 기판
- 더 엄격한 허용 오차
- 임피던스 제어 라우팅
RF, 고속 인터페이스 또는 고밀도 레이아웃을 사용하는 경우 일반적으로 PCB를 사후 고려 사항으로 취급할 수 없습니다. 시스템의 일부가 됩니다.
그렇다면 PCB 보드란 무엇일까요?
한 번에 두 가지 작업을 수행하는 제조 플랫폼입니다:
- 전기 신호 및 전원 라우팅 구리 경로를 통해.
- 회로를 기계적으로 지지하고 보호합니다. 조립, 배송, 사용 및 대량 생산이 안정적으로 이루어질 수 있습니다.
그게 다입니다. 하지만 이것이 바로 PC방이 조용히 세상을 운영하는 이유이기도 합니다.
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자주 묻는 질문(FAQ)
PCB 기판이란 무엇이며 전자 제품에서 중요한 이유는 무엇인가요?
PCB 기판 또는 인쇄 회로 기판은 전자 부품을 서로 연결하는 전도성 구리 경로가 있는 절연 기판입니다. 필요한 곳에 전류와 신호를 전달하고 구성 요소를 기계적으로 제자리에 고정하여 배선이 엉키는 것을 방지함으로써 현대 전자제품의 중추적인 역할을 합니다. PCB는 회로 상호 연결, 구조적 지지, 단락 및 오염 방지, 생산 효율성, 유지보수 용이성, 디바이스의 고밀도 통합을 가능하게 하기 때문에 필수적입니다.
PCB는 무엇을 의미하며 PWB 및 PCBA와 어떻게 다른가요?
PCB는 인쇄 회로 기판의 약자입니다. PWB는 인쇄 배선 기판을 의미하며, 부품을 조립하기 전의 베어 보드를 가리키는 경우가 많습니다. PCBA는 인쇄 회로 기판 어셈블리의 약자로, 구성 요소를 배치하고 납땜한 후의 PCB를 의미합니다. 이 용어는 일상적인 대화에서 같은 의미로 사용되기도 하지만, 회로 기판의 여러 단계 또는 측면을 강조합니다.
PCB를 만드는 데 일반적으로 어떤 재료가 사용되나요?
대부분의 일반적인 PCB는 유리 섬유를 에폭시 수지와 결합한 FR4로 직조한 기본 재료(기판), 기판에 에칭된 얇은 구리 호일, 구리를 부식으로부터 보호하고 납땜 브리지를 방지하는 솔더 마스크 층(보통 녹색), 부품 라벨 및 마킹을 위한 실크스크린 인쇄, 안정적인 납땜을 보장하고 산화를 방지하기 위한 HASL 또는 ENIG 같은 표면 마감 등 여러 층으로 만들어집니다.
구리 트레이스, 패드 및 비아는 PCB에서 어떻게 작동합니까?
PCB의 구리 흔적은 구성 요소(건물) 사이에 전류와 신호를 전달하는 도로와 같은 역할을 합니다. 패드는 부품을 보드에 단단히 납땜하는 주차장 역할을 합니다. 비아는 다층 PCB의 여러 레이어(층) 간에 신호를 이동하는 엘리베이터 역할을 합니다. 폭, 간격, 라우팅을 포함한 이러한 경로의 신중한 설계는 특히 고속 또는 고주파 설계에서 회로 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.
전자 기기에 사용되는 일반적인 PCB 유형에는 어떤 것이 있나요?
일반적인 PCB 유형에는 간단한 전자기기에 사용되는 한쪽 면이 구리로 된 단면 PCB, 양면이 비아로 연결되어 더 많은 라우팅 공간을 제공하는 양면 PCB, 최신 장치에 더 깨끗한 라우팅과 노이즈 감소를 가능하게 하는 3개 이상의 레이어로 구성된 다층 PCB, 단단한 기판인 리지드 PCB, 휴대폰처럼 좁은 공간을 위해 얇고 유연한 플렉스 PCB, 리지드 섹션과 플렉스 섹션이 결합된 리지드-플렉스 PCB, RF, 무선 또는 고속 디지털 신호를 처리하도록 특수 소재로 설계한 고주파/고속 PCB가 있습니다.
현대의 전자제품이 단면 또는 양면 PCB 대신 다층 PCB를 사용하는 이유는 무엇일까요?
최신 전자제품은 신호 라우팅, 전력 분배 및 접지를 위한 추가 레이어를 제공하여 전기 노이즈를 줄이면서 깔끔한 레이아웃을 구현하기 위해 다층 PCB를 사용합니다. 다층 보드는 미세한 트레이스와 작은 비아를 가능하게 하여 첨단 장치에 필요한 고속 레이아웃을 지원합니다. 단면 또는 양면 보드에 비해 제작 복잡성과 비용이 증가하지만, 다층 PCB는 복잡한 전자 시스템에서 고밀도 통합과 안정적인 성능을 위해 필수적입니다.
