커스텀 PCB 설계 가이드: 종류, 장단점, 적층 구조와 주문 방법

커스텀 PCB(Printed Circuit Board)는 표준 기성품 PCB로는 충족하기 어려운 특정 요구 사항이나 응용 분야에 맞게 설계한 주문형 회로 기판입니다. 저항, 커패시터, 집적회로, 커넥터 등 전자 부품을 실장하고 연결하는 기반으로써 다양한 전자기기와 시스템에 사용됩니다. 커스텀 PCB는 특정 기능과 성능 요구 사항에 맞춸 설계할 수 있어 전문적이고 혁신적인 전자 제품을 구현하는 데 도움이 됩니다. 

커스텀 PCB를 활용하면 새로운 제품을 일관된 품질로 제작하고 시장 출시 일정을 단축하는 데 도움을 받을 수 있습니다. 전문적인 커스텀 PCB 제조를 진행하려면 신뢰할 수 있는 품질을 구현할 수 있는 기술과 전문 지식을 갖춘 제조업체가 필요합니다. 설계 및 레이아웃 도구, 맞춤형 소재 선택, 단층부터 다층까지의 PCB 제조 능력, 안정적인 생산 라인, 납기 및 배송 서비스를 종합적으로 검토해야 합니다. JLCPCB는 자동화된 생산 라인을 기반으로 이러한 서비스를 제공하며 생산 비용을 줄이는 데 도움을 줍니다.

커스텀 PCB의 종류

인쇄 회로 기판에는 하나 또는 여러 기능을 수행하도록 설계된 다양한 회로가 포함됩니다. 산업별로 요구 사항이 다르며 생산 과정에서 준수해야 할 규정과 기준도 다릅니다. 주요 PCB 유형에는 단면, 양면, 다층, 플렉시블 PCB가 있습니다. PCB 제조업체는 적용 제품과 요구 사항에 맞춰 적합한 PCB 유형을 제작합니다.

단면 PCB

단면 PCB는 기판의 한쪽 면에만 도전성 소재가 있으며 이 면에 전기 트레이스를 배선합니다. 일반적으로 기판의 한쪽 면에 구리와 같은 도체를 적층합니다. 동박층 위에는 솔더 마스크를 적용하고, 일반적으로 부품 위치와 표시를 나타내기 위해 실크스크린을 인쇄합니다. 구조가 단순하고 주로 한쪽 면에 부품을 배치하므로 비용 효율적으로 제조할 수 있습니다. 설계에 따라 SMT 부품과 THT 부품을 모두 사용할 수 있습니다.

양면 PCB

양면 PCB는 기판의 양쪽 면에 도전성 금속층이 있으며 양면에 부품을 배치할 수 있습니다. 비아와 도금 홀을 사용해 양쪽 동박층을 전기적으로 연결합니다. 비교적 기본적인 PCB 구조이며 효율적으로 제조할 수 있습니다. THT 부품과 SMT 부품을 모두 실장할 수 있습니다.

다층 PCB

회로가 복잡해지면 공간을 절약하기 위해 내층 수를 늘릴 수 있습니다. 다층 PCB는 양면 PCB보다 더 많은 기능과 복잡한 회로를 구현할 수 있습니다. 다층 PCB는 20층 이상으로도 구성할 수 있으며, 스마트 기기, 휴대전화, 노트북 등 다양한 제품에 사용됩니다.

플렉시블 PCB

JLCPCB의 Flex PCB JLCPCB

플렉시블 PCB 또는 FPC는 유연한 기판 소재로 설계합니다. 원하는 형태로 구부리기 어려운 리지드 PCB와 달리 제품 형상과 제한된 공간에 맞게 구부리거나 접을 수 있습니다. 유연성과 공간 활용 측면에서 장점이 있으며, 비용 효율은 소재, 레이어 수, 굴곡 요구 조건과 생산 수량에 따라 달라집니다.

커스텀 PCB의 장점

커스텀 PCB는 설계 유연성이 높아 특수한 요구 사항이나 고성능 전자 응용 분야에 적합합니다. 다양한 솔더 마스크 색상, 브랜드 요소, 특정 설계 특징을 적용해 외관과 기능을 조정할 수 있습니다. 주요 장점은 다음과 같습니다.

• 공간 절약: 제품의 공간 제약에 맞춰 레이아웃을 설계할 수 있으며 고밀도 회로로 공간을 효율적으로 활용할 수 있습니다.

• 자동화 생산: 인건비를 줄이고 반복성, 정확도, 품질을 높이는 데 도움을 줍니다.

• 문제 분석 및 수리: 직접 설계한 기판은 회로 구조와 설계 의도를 잘 이해하고 있다면 손상이나 부품 소손 발생 시 문제를 추적하고 수리하기 수월할 수 있습니다.

커스텀 PCB에는 특수 소재와 독자적인 레이어 구성을 적용해 내구성, 열 관리, 전체 신뢰성을 향상할 수 있습니다. 이는 항공우주, 의료기기, 산업용 장비처럼 높은 신뢰성이 필요한 응용 분야에서 특히 중요합니다. 결국 커스텀 PCB는 특정 응용 분야와 운영 환경에 맞춴화된 설계 솔루션을 구현할 수 있게 해 제품 경쟁력을 높이는 데 도움을 줍니다.

커스텀 PCB의 단점

커스텀 PCB는 설계 유연성과 최적화 측면에서 장점이 있지만 여러 단점도 있습니다. 주요 문제 중 하나는 높은 초기 비용입니다. 특히 소량 생산이나 프로토타입은 표준 기성품 PCB와 비교해 설계, 설정, 제조 과정에 더 많은 비용이 들 수 있습니다. 주요 어려움은 다음과 같습니다.

● 연구·개발에 많은 시간이 필요할 수 있습니다.

- 여러 차례 설계를 수정하는 과정이 복잡해질 수 있습니다.

● 적절한 설계 도구와 계산 소프트웨어가 필요합니다.

PCB의 오류를 찾고 문제를 분석하는 작업이 어려울 수 있습니다.

● PCB 기술은 빠르게 변화합니다. 원문에서는 2년 이내에 설계에 사용한 부품이 단종되어 수리나 교체 비용이 높아질 수 있다고 설명합니다.

커스텀 PCB는 기능과 신뢰성을 확인하기 위해 더 정교한 설계 검증과 테스트가 필요할 수 있으며, 이로 인해 납기가 길어질 수 있습니다. 정확한 사양과 상세한 문서를 준비해야 하므로 설계 및 개발 기간이 늘어나 프로젝트 일정에 영향을 줄 수 있습니다.

커스텀 PCB는 설계가 자주 변경되지 않는 중·대량 생산에서 특히 큰 비용 효율을 얻을 수 있습니다. 초기 설계와 툴링이 완료되면 동일한 품질의 PCB를 반복 생산할 수 있습니다. 다만 커스텀 PCB는 프로토타입과 소량 제품에도 활용할 수 있으며, 경제성은 설계 복잡도와 주문 조건에 따라 달라집니다.

커스텀 PCB를 설계하는 방법

커스텀 PCB를 설계하려면 회로도와 레이아웃을 작성할 수 있는 적절한 도구가 필요합니다. 오프라인으로 사용할 수 있는 오픈 소스 도구도 있지만, 최신 풋프린트와 회로도 기호를 지원하지 않을 수 있습니다. 이러한 경우 온라인 PCB 설계 도구를 활용할 수 있습니다. 커스텀 PCB 설계의 기본 단계는 다음과 같습니다.

1. 회로도 설계: 회로도는 회로를 그래픽으로 표현한 도면입니다. 배선 구조와 부품 데이터를 블록 다이어그램 형태로 표시합니다. 아래의 기본 회로도를 참고할 수 있으며, 각 부품의 데이터시트를 확인해 구체적인 요구 사항에 맞게 회로를 수정할 수 있습니다.

2. 회로도에서 레이아웃으로 변환: 회로도의 전기적 연결과 부품 정보를 PCB 레이아웃으로 가져온 후 부품을 배치하고 배선합니다. 이러한 도구로 단층부터 다층까지의 PCB를 설계할 수 있습니다. 아래 이미지는 배선을 완료한 PCB의 예시입니다.

3. DRC 검사: PCB 설계를 완료한 후 설계 규칙 검사(Design Rule Check, DRC) 도구로 설계 오류를 확인합니다. 사용자는 설계 및 제조 요구 사항에 맞게 검사 규칙을 설정할 수 있습니다.

4. PCB Gerber 파일 생성: Gerber 파일은 PCB 제조업체에 주문할 때 사용하는 표준 제조 데이터입니다. 홀, 비아, 트레이스, 동박층, 솔더 마스크 등 제조에 필요한 레이어 정보를 포함합니다. 레이어 순서, 소재, 두께, 임피던스 등의 상세 적층 구조는 별도의 스택업 문서나 제작 지침으로 함께 제공하는 것이 좋습니다.

커스텀 PCB의 적층 구조 결정

커스텀 PCB에 적합한 적층 구조를 선택하는 일은 기판의 성능, 제조 가능성, 비용에 영향을 주는 중요한 설계 결정입니다. 적층 구조는 도전층의 수, 기판 소재의 유형, 그라운드 및 전원 플레인의 배치 등 PCB 레이어의 배열을 의미합니다. 적절한 적층 구조는 전자기 간섭(EMI)과 신호 간 크로스토크를 줄여 신호 무결성을 개선할 수 있습니다. 이는 고속 또는 고주파 회로에서 특히 중요합니다. 또한 열을 효율적으로 관리하고 기판의 구조적 강도를 확보하는 데 도움을 줍니다.

회로 복잡도, 제어 임피던스 필요 여부, 최종 제품의 물리적 제약 조건이 적층 구조 선택에 영향을 줍니다. 적절한 스택업은 PCB가 전기적·기계적·열적 성능 기준을 충족하도록 하면서 비용과 제조 가능성을 최적화하는 데 도움을 줍니다. 아래의 기본 PCB 적층 구조는 참고용 예시이며 사용자의 응용 조건에 맞게 수정해야 합니다.

EMI/EMC를 고려한 6층 PCB의 기본 적층 구조:

• 신호층

• 그라운드 플레인

• 신호층

• 전원 플레인

• 그라운드 플레인

• 신호층

오디오 응용에서 EMI/EMC를 고려한 4층 PCB의 기본 적층 구조:

• 신호층

• 그라운드 플레인

• 그라운드 플레인

• 신호층

임베디드 솔루션용 4층 PCB의 기본 적층 구조

• 신호층

• 그라운드 플레인

• 전원 플레인

• 신호층

  

JLCPCB에서 커스텀 PCB 주문하기

업로드: 설계한 Gerber 파일을 업로드하여 PCB 즉시 견적을 확인합니다.

사양 선택: 요구 사항에 맞게 기판 소재, 수량, 두께, PCB 색상, 실크스크린, 표면 마감을 선택합니다.

PCB를 장바구니에 담고 주문을 완료합니다. 주문에서 PCB 프로토타입 제작까지의 과정을 통해 설계를 반복 개선하고 필요한 PCB를 받을 수 있습니다.

커스텀 PCB의 부품 조립도 제조업체에 함께 의뢰할 수 있습니다.

PCB 조립(PCBA)은 인쇄 회로 기판에 전자 부품을 실장하고 납땐해 기능하는 전자 조립품을 만드는 과정입니다. JLCPCB는 스루홀 기술(THT)과 표면 실장 기술(SMT) 부품 조립을 지원합니다. PCB에 솔더 페이스트를 도포하고, 픽앤플레이스 장비로 부품을 배치한 후, 리플로우 또는 웨이브 솔더링 방식으로 납땐하는 여러 단계로 진행됩니다. 추가로 검사, 테스트, 품질 관리를 수행해 조립된 PCB의 신뢰성과 기능을 확인합니다.

전문 PCBA 서비스를 이용하면 첨단 장비와 전문 기술을 활용할 수 있고, 제작 일정을 단축하며 최종 제품의 품질과 일관성을 높이는 데 도움을 받을 수 있습니다. 이러한 서비스는 복잡하고 정밀한 부품 조립 작업을 담당하므로 설계자와 제조업체가 제품 개발과 혁신에 집중하도록 돕습니다.

JLCPCB의 다양한 커스텀 PCB 색상

JLCPCB의 커스텀 PCB 서비스에서는 다양한 솔더 마스크 색상을 선택할 수 있습니다. 전통적인 녹색 외에 빨간색, 파란색, 흰색, 검은색, 노란색 등을 선택할 수 있습니다. 서로 다른 색상을 사용하면 제품의 외관을 조정하거나, 기판 유형을 구분하고, 회로의 특정 영역을 식별하는 데 활용할 수 있습니다.

다양한 색상 옵션은 기능적 구분과 브랜딩 목적에 모두 활용할 수 있으며 전자 제품 설계의 표현 범위를 넓혀 줍니다. 색상별 제조 조건과 비용은 PCB 사양과 주문 수량에 따라 달라질 수 있으므로 주문 페이지에서 확인해야 합니다.