다층 PCB 설계 : 전반적인 가이드

다층 PCB란?

다층 PCB는 두 개 이상의 층을 가진 인쇄 회로 기판으로, 최소 세 개 이상의 도체 구리 포일 층으로 구성됩니다. 다층 PCB는 표준 전자 기판으로, 상단과 하단 층은 양면 PCB와 유사하지만 중심부 양쪽에 추가적인 층이 있습니다. 여러 개의 양면 회로 기판이 열 저항 절연층과 함께 적층되고 접합되어 있습니다. 능동 및 수동 부품은 다층 PCB의 상단 및 하단 층에 배치되며, 내부 적층 층은 회로 경로 설정에 사용됩니다. 내부 층에는 도금 관통 홀, 블라인드 비아 및 베리드 비아와 같은 비아가 포함되며, 이를 통해 모든 전기 연결이 이루어집니다.

이 내부 적층 층은 양면에 관통형(THT) 전자 부품과 표면 실장 부품(SMD)을 납땜할 수 있도록 배열됩니다. 이 기술을 적용하면 다양한 복잡성과 크기의 PCB를 제조할 수 있습니다. 다층 PCB는 최대 40층까지 설계할 수 있습니다.

다층 PCB가 널리 사용되는 이유는 무엇일까요?

다층 인쇄회로기판(PCB)에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 전자 기기가 더 작고, 더 빠르고, 더 강력해져야 한다는 요구가 다층 PCB의 인기를 더욱 높이고 있습니다. 다층 보드를 제작할 수 있는 능력은 엔지니어들이 더 복잡하고 밀도가 높은 회로를 설계하고 소형화를 촉진하는 데 큰 도움을 줍니다. 다층 PCB는 더 많은 전자 부품을 담을 수 있어, 현대 전자 기기에 널리 사용되고 있으며, 4층부터 40층까지 다양한 층수의 제품이 존재합니다.

일반적인 4층 PCB 구성에서는 전자기 간섭(EMI) 성능을 향상시키기 위해 신호층이 접지면과 가깝게 배치되어야 합니다. 신호 선로와 접지면 사이의 밀접한 결합은 평면 임피던스를 낮추고, 공통 모드 방사와 선로 간 간섭(crosstalk)을 감소시키는 데 도움이 됩니다. 층 수가 증가하면 PCB 보드는 더 얇은 유전체 층을 필요로 하게 되어, 층 간의 밀접한 결합이 자동적으로 이루어집니다. 이러한 다층 구성은 고속 전자기기에서 향상된 EMI 성능과 신호 무결성을 제공하기 위해 널리 사용됩니다.

더 많은 내부 층을 사용하면 소형 디자인, 경량화, 내구성 및 유연성을 제공하여 소비자 전자 제품 및 통신과 같은 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있습니다. 예를 들어, 스마트 기기는 일반적으로 4층에서 8층을 필요로 하며, 스마트폰은 최대 12층까지 사용할 수 있습니다.

다층 PCB의 장점

다층 PCB의 설계 과정은 복잡하고 전문 지식이 요구되지만, 현대의 고급 전자 기기와 전기 가전에서 널리 사용되는 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 다층 인쇄 회로 기판의 몇 가지 주요 장점은 다음과 같습니다 :

형태 축소 : 층상 설계로 인해 다층 PCB는 동일한 기능을 가진 다른 PCB보다 더 컴팩트합니다. 다층 PCB는 현대 전자공학에서 중요한 장점을 제공하며, 작고 컴팩트하면서도 강력한 기기들(예: 스마트폰, 노트북, 태블릿, 웨어러블 기기)이 새로운 트렌드를 이끌고 있습니다.

경량 구조 : 작은 PCB는 무게가 더 가벼우며, 여러 적층 층과 정렬된 전자 부품을 통해 복잡한 전자 응용 프로그램을 위한 더 많은 공간을 제공합니다. 다층 PCB는 무게를 줄이도록 설계되어 웨어러블 스마트 기기에 활용될 수 있습니다.

고품질 : 다층 인쇄 회로 기판(PCB)은 기술 발전과 연구 개발에 많은 투자가 이루어짐에 따라 단면 및 양면 PCB에 비해 일반적으로 더 높은 품질을 자랑합니다. 이러한 PCB는 소형 폼 팩터에서 다기능성을 제공하기 위해 설계와 제조 과정에 많은 노력이 들어갑니다.

우수한 내구성 : 이 인쇄 회로 기판은 무게를 더 잘 견딜 수 있도록 설계되었으며, 층을 결합하는 압력도 잘 처리할 수 있습니다. 다층 PCB는 용도에 맞게 유연하게 조정될 수 있으며, 이를 위해 전체를 다시 설계할 필요는 없습니다.

노이즈 감소 : 안테나를 포함한 RF(무선 주파수) 설계와 고속 및 고주파 신호 트랙은 적절한 접지 차폐가 필요합니다. 다층 PCB는 별도로 접지면과 전원면을 배치할 수 있어, RF 부품이 더 나은 접지 차폐를 받을 수 있게 합니다. 이를 통해 회로 임피던스를 낮추고 차폐 효과를 향상시킬 수 있습니다.

효율적인 열 방출 : 전자 장치에서 열 방출이 중요하므로, 다층 PCB는 금속 코어 열 방출층을 갖춘 설계로 차폐, 열 방출 및 기타 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

단일 연결 지점 : 다층 PCB는 다른 PCB 구성 요소와 결합하기보다는 통합된 단위로 기능하도록 설계되었습니다. 결과적으로 여러 개의 단일 층 PCB를 사용할 때 필요한 여러 연결 지점 대신 단일 연결 지점이 특징입니다.

다층 PCB의 단점 :

다층 PCB를 사용하는 데는 많은 이점이 있지만, 제조 및 설계 프로세스의 단점도 알고 있어야 합니다. 다층 PCB의 단점 목록은 다음과 같습니다.

더 비싼 가격 : 설계 및 제조 공정의 복잡성으로 인해 다층 회로 기판은 단층 회로 기판보다 비쌉니다. 노동 작업과 고급 설계가 많고 값비싼 조립 기계가 필요합니다.

복잡한 설계 공정 : 다층 PCB는 생산하기가 더 어렵고 추가 설계 시간이 필요합니다. 설계자는 수많은 설계 규칙을 준수해야 하며 제조 기술은 다른 PCB 유형에 비해 더 세심합니다.

연장된 리드 타임 : 각 보드는 상당한 생산 시간이 필요하여 노동 비용이 높아집니다. 게다가 다층 보드의 생산 공정은 매우 복잡합니다.

필요한 도메인 전문성 : 설계 프로세스의 여러 도전로 인해 다층 PCB는 CAD 도구에 대한 전문성과 설계 규칙 검사에 대한 이해가 필요합니다.

유지관리는 어려울 수 있습니다. 결함이 발생하면 다층 인쇄 회로 기판을 수리하는 것은 어렵습니다. 특정 내부 층은 외부에서 볼 수 없어 구성 요소나 물리적 보드에 손상을 입힌 원인을 파악하기가 더 어렵습니다.

제한된 가용성 : 다층 PCB의 주요 도전 중 하나는 생산에 필요한 장비 비용입니다. 모든 PCB 제조업체가 이 장비에 대한 재정적 자원이나 수요가 있는 것은 아니므로 가용성이 제한됩니다.

다층 PCB의 응용 분야

단일 및 이중층 PCB에 비해 다층 PCB의 장점으로 인해 고밀도, 고속 및 고성능이 필요한 고급 전자 장비에 많이 사용됩니다. 다층 PCB가 사용되는 다양한 분야의 몇 가지 예시는 다음과 같습니다.

현대 소비자 전자 기기, 예를 들어 스마트폰, 웨어러블 장치 및 스마트 기기는 작은 크기와 다기능성 때문에 다층 PCB를 사용합니다. 이 특징 덕분에 다층 PCB는 가볍고 좁은 공간에도 쉽게 장착될 수 있습니다.

통신 산업 : 네트워크 장비와 전송 장치는 다층 PCB를 사용하여 실내외 환경 모두에 적응할 수 있는 내구성과 유연성을 제공합니다. 일반적인 응용 사례로는 GPS, 휴대전화 중계기 및 신호 송신기가 있습니다.

의료 기기 및 헬스케어 산업 : 치료와 진단을 위해 의료 장비는 정확한 기능이 필요합니다. 다층 PCB는 우수한 기능성 덕분에 의료 분야에서 사용됩니다. 다층 PCB는 CAT 스캔, 엑스레이, 심장 모니터링 장비 및 의료 테스트 기기와 같은 전자 장치의 성능을 향상시킵니다.

자동차 및 항공우주 시스템은 극한 환경에서도 높은 정밀도를 요구합니다. 다층 PCB는 이러한 극한 조건에서도 제품의 품질과 기능을 유지하며 작동할 수 있습니다. 예를 들어, 자동차용 컴퓨터, GPS 시스템, 엔진 센서 등은 모두 PCB 보드에서 높은 성능, 공간 절약, 소형화 및 내열성을 필요로 합니다. 따라서 다층 PCB는 이러한 요구를 충족시키기 위해 자동차 및 항공우주 산업에서 설계자들이 가장 선호하는 선택이 되었습니다.

또한, 다층 PCB는 증권, 사물인터넷(IoT), 가전 제품 등 특정한 공간 및 속도 요구 사항을 가진 다양한 산업에서 널리 사용됩니다. 기상 분석 장비, 원자 가속기, 광섬유 센서, 경보 시스템 등 다양한 응용 분야에서 활용되고 있습니다.

단일층, 이중, 다층 PCB에서 각 층은 어떻게 쌓입니까?

단면 PCB에서는 모든 부품이 보드의 한 면에 장착됩니다. 양면 PCB에서는 부품이 보드의 양면에 장착됩니다. 다층 PCB에서는 여러 전도성 층이 절연층 사이에 겹쳐져 있어 더 복잡한 회로 설계와 높은 부품 밀도를 구현할 수 있습니다.

일반적인 PCB는 단면과 양면 배선으로 구분되며, 각각 단면 보드와 양면 보드라고 부릅니다. 이들 보드는 보통 하나 또는 두 개의 구리 도체층을 갖습니다. 그러나 고급 전자 제품의 경우, 공간 설계 제약으로 인해 여러 층의 구리 회로가 코어에 적층될 수 있습니다. 각 회로층은 광학 장비를 사용해 순차적으로 제작되고 위치 조정 후 압착됩니다. 이 과정은 하나의 보드에 다수의 회로층을 쌓아 다층 회로 보드를 만듭니다. 다층 회로 보드는 두 개 이상의 층을 가진 모든 회로 보드를 의미합니다. 다층 PCB는 경성(rigid) PCB, 연성(flexible) PCB, 그리고 경연성(rigid-flex) PCB로 분류됩니다.

단일층 및 다중층 PCB를 어떻게 구별할 수 있습니까?

PCB 유형을 구분하려면 다음의 두 가지 기본 절차를 따르면 됩니다 :

1. PCB를 빛에 비추어 단면으로 관찰합니다. 내부 코어가 불투명하거나 완전히 검은색인 경우, 이는 다중층 PCB를 나타냅니다. 코어가 투명한 경우에는 단일층 또는 양면 PCB일 가능성이 높습니다. 단일층 PCB는 구멍 안에 구리가 없으므로 쉽게 식별할 수 있습니다.

2. 단면 PCB는 회로층(구리층)이 한 개만 있으며, 구멍에 금속 도금이 없고 도금 공정이 필요하지 않습니다. 반면에, 양면 PCB는 두 개의 회로층(구리층)으로 구성되어 있으며, 금속화된 구멍과 비금속화된 구멍이 모두 존재하며 도금 공정을 거칩니다.

다층 PCB 적층 기술

다층 PCB(Printed Circuit Board) 적층 기술은 전자 회로 설계에서 중요한 발전으로, 더 복잡하고 소형 장치를 만드는 데 기여합니다. 다층 PCB는 여러 층의 전도성 구리와 절연 재료(적층체)가 쌓이고 접착되도록 설계됩니다. 이러한 구조는 복잡한 회로와 높은 부품 밀도를 가능하게 하며, 외부 배선에 대한 의존도를 줄여주고 신호 무결성을 향상시킵니다. 적층체는 수지로 미리 처리된 프리프레그(prepreg)와 코어(core) 재료로 구성되며, 전기적, 열적, 기계적 특성에 따라 신중하게 선택됩니다.

이 재료들은 정확히 정렬되고 접합되어 일관되고 신뢰할 수 있는 다층 구조를 형성해야 합니다. 드릴링, 도금 및 식각과 같은 고급 제조 공정을 통해 층간 비아와 상호 연결이 생성됩니다. 이 기술은 통신, 자동차, 항공우주, 소비자 전자 제품 등 다양한 산업에서 더 작고 빠르며 효율적인 전자 장치에 대한 증가하는 수요를 충족시킵니다. 기술이 발전함에 따라 다층 PCB는 성능과 기능을 개선하기 위해 혁신적인 재료와 기법을 지속적으로 도입하며 발전하고 있습니다.

JLCPCB 다층 PCB : 고정밀 및 전문 PCB

JLCPCB : $2 다층 PCB

JLCPCB의 고품질 다층 PCB 제조 서비스를 통해 전자 설계의 잠재력을 극대화하세요. 우리는 가장 복잡한 프로젝트를 위해 정밀성, 신뢰성, 그리고 혁신을 제공합니다. 우리의 첨단 제작 기술은 소비자 전자 제품에서 산업 시스템에 이르는 다양한 응용 분야에서 뛰어난 성능과 내구성을 보장합니다. 경쟁력 있는 가격, 빠른 생산 시간, 그리고 탁월한 고객 지원을 통해 JLCPCB는 복잡한 PCB 설계를 실현하는 신뢰할 수 있는 파트너가 되어 드립니다.

JLCPCB는 PCB 솔루션을 위한 맞춤형 원스톱 서비스 제공업체로서, 전 세계 엔지니어들에게 PCB 제조 및 조립 서비스를 제공합니다. 저희 팀은 다층 PCB 제작 과정을 처음부터 끝까지 안내해 드립니다. 우리는 간단한 2층 PCB부터 복잡한 20층 PCB에 이르기까지 수천 개의 다층 PCB를 제작한 경험이 풍부한 팀을 갖추고 있습니다. 최고 품질의 A급 재료, 최첨단 장비, 즉시 온라인 견적, 24시간 신속 처리, 빠른 배송 및 시장에서 가장 경쟁력 있는 가격을 자랑합니다.