PCB 설계에서의 카운터싱크 홀

인쇄회로기판(PCB) 설계 시, 엔지니어들은 부품을 장착하거나 커넥터를 부착하기 위해 보드에 홀을 뚫어야 하는 경우가 많습니다. 이때 흔히 사용되는 홀 형태가 카운터싱크와 카운터보어 입니다. 겉보기에는 비슷해 보일 수 있지만, 두 홀 형태는 PCB 설계에 있어 중요한 차이점이 있습니다. 이 용어들은 CNC 가공에서도 자주 사용되는데, 보통 카운터싱크는 원뿔 모양의 구멍이고, 카운터보어는 평평한 바닥을 가진 원통형 홀입니다.

이 글에서는 카운터싱크 홀과 카운터보어 홀의 주요 차이점을 살펴보고, PCB 설계에서 각각 어떻게 최적으로 활용되는지 논의하겠습니다. 카운터싱크는 60°, 82°, 90° 등 다양한 각도로 제작될 수 있으며, 카운터보어 홀은 측면이 평행하고 경사가 없습니다. 이번 글에서는 특히 카운터싱크 홀에 대해, 드릴링 과정과 적용 사례, 그리고 주요 설계 고려사항을 자세히 다루겠습니다.

카운터싱크 홀(Countersunk Hole)이란?

카운터싱크 홀은 드릴링 과정이 다소 까다로워 카운터보어 구멍보다 복잡합니다. 카운터싱크 홀은 나사 머리 모양과 맞는 원뿔형 구조를 가지고 있어서, 나사 머리가 보드 표면보다 약간 들어가게 장착됩니다. 홀의 깊이는 나사가 보드 표면 위에 노출될지, 혹은 표면 아래로 깊숙이 박혀 나사 머리가 보이지 않게 할지에 따라 다릅니다.

‘카운터싱크’라는 용어는 보드에 구멍을 뚫는 커터를 의미하기도 하는데, 이 커터는 나사 머리가 보드 표면 아래에 자리 잡도록 해줍니다. 기호로는 ⌵로 표시하며, 일반적으로 60°, 82°, 90°, 100°, 110°, 120° 등 다양한 각도로 제작되지만 82°와 90°가 가장 흔히 사용됩니다.

카운터싱크 홀의 중요성

카운터싱크 홀은 단순한 설계 선택 이상의 의미가 있으며, PCB의 수명과 성능에 큰 영향을 미칩니다:

1. 향상된 안정성: 나사 머리가 PCB와 평평하게 맞닿아 진동이나 움직임이 잦은 스마트폰, 자동차 전자기기 같은 제품에서 기계적 안정성을 크게 높여줍니다.

2. 깔끔한 외관: 디자인이 중요한 제품에서는 나사 머리가 표면 아래에 위치해 깔끔하고 전문적인 마감 효과를 줍니다. 오픈 프레임 기기나 웨어러블 기기에 적합합니다.

3. 공간 최적화: 고밀도 PCB 설계에서는 나사 돌출을 방지해 공간을 절약하며, 그만큼 부품 배치와 배선 공간을 더 확보할 수 있습니다.

4. 전기적·열적 이점: 평면 머리 나사가 접지점 역할을 하거나 열 분산을 도와 전기 및 열 효율성을 높이는 경우도 있습니다.

카운터싱크 홀 드릴링 방법

일반적으로 이러한 종류의 홀은 제조 공장에서 자동 드릴링 기계를 사용하여 만들어집니다. 하지만 수작업으로 드릴링할 경우 다음 단계를 참고할 수 있습니다:

1. 공구 선택: 드릴, 카운터싱크 비트, 안전 장비 등 필요한 모든 공구와 재료를 준비합니다. 연필로 카운터싱크를 만들 위치의 중심을 표시합니다. 각도와 크기에 맞는 카운터싱크 비트를 선택합니다. 일반적으로 82°와 90° 각도가 많이 사용됩니다. 카운터싱크 비트를 드릴 척이나 드릴 프레스에 장착합니다.

2. 드릴 깊이 설정: 드릴 깊이를 설정하거나 드릴 프레스의 깊이 스톱(depth stop)을 사용하여 카운터싱크 깊이를 조절합니다. 목표는 나사 머리가 작업 표면과 평평하게 맞닿도록 하는 것입니다.

3. 드릴링 작업: 드릴 프레스를 표시한 중심점에 맞추고 드릴링을 시작합니다. 카운터싱크 비트를 작업물에 천천히 내리면서 일정한 압력을 가해 매끄럽고 정확한 카운터싱크 홀을 만듭니다. 홀을 완성한 후에는 드릴링을 멈추고 깊이와 각도를 확인합니다. 나사 머리가 작업물 표면에서 돌출되지 않고 완전히 들어맞는지 반드시 확인하세요. 카운터싱크 홀 주변에 거친 모서리나 돌기가 있다면 사포로 다듬어 깨끗하게 마감합니다.

카운터싱크 홀 설계 시 고려사항

카운터싱크 홀을 설계할 때는 다음과 같은 점들을 고려해야 합니다:

나사 선택: 사용할 나사의 종류에 따라 적절한 카운터싱크 깊이와 각도가 결정됩니다.

PCB 두께: PCB 두께는 카운터싱크 홀(카운터보어 깊이)의 깊이에 영향을 줍니다.

부품 간 간격: 주변 부품과 간섭이 발생하지 않도록 충분한 공간을 확보해야 합니다.

제조 허용 오차: PCB와 나사의 조립 허용 오차를 고려해 적절한 맞춤을 보장해야 합니다.

모따기 각도: 홀 벽과 보드 표면 사이 각도는 보통 90°~100°입니다. 100° 이상은 나사 머리 공간을 늘리지만, 가장자리 지지력은 줄어듭니다. 90° 이하 각도도 가능하지만 제작이 더 어렵습니다.

카운터싱크 홀의 적용 및 사용 사례

PCB 설계에서 어떤 홀이 더 적합할까?

PCB에서의 사용을 살펴보겠습니다. 두 종류의 홀은 원래 목재나 금속 표면에서 많이 사용되지만, PCB에서도 각각의 특징에 따라 선택이 가능합니다. 카운터보어와 카운터싱크의 주요 차이점과 사용 사례를 이해하면 더 나은 설계 결정을 내릴 수 있습니다. PCB 조립 과정에서는 대부분의 제조업체가 카운터싱크보다 카운터보어 방식을 선호합니다. 이는 카운터싱크 방식이 각도와 추가적인 드릴 깊이를 요구하며, 이로 인해 PCB 손상의 위험이 높아지기 때문입니다. 또한, 카운터싱크 방식은 추가 장비와 자원이 필요해 생산 시간과 비용이 늘어날 수 있습니다.

결론:

카운터싱크와 카운터보어 홀은 서로 다른 종류의 나사를 사용하며, 적용되는 재료도 다릅니다. 하지만 PCB에서는 비슷한 방식으로 작동합니다. 카운터싱크 홀은 원뿔형 모양으로 파여 있고, 카운터보어 홀은 원통형 모양을 가집니다. 이 글에서는 카운터싱크 홀의 정의, 유사점, 차이점, 드릴링 방식에 대해 간단히 설명하였습니다. 또한, PCB에서의 적용 및 사용 목적에 따라 어떤 드릴 비트를 사용해야 하는지에 대해서도 소개하였습니다.