PCB 설계 기초 가이드: 비아·슬롯·트레이스·동박 설계 실수 방지

PCB 회로 설계 내용을 실제 인쇄 회로 기판(PCB)으로 구현할 때는 제조 공정을 원활하게 진행하고 잠재적인 문제를 방지하기 위해 여러 요소를 세심하게 검토해야 합니다. 홀 크기와 슬롯 설계부터 트레이스 폭, 동박 채우기까지 각 항목을 정확히 이해해야 신뢰성 있고 정상적으로 작동하는 PCB를 제작할 수 있습니다. 이 PCB 설계 기초 가이드에서는 기판 설계에서 흔히 발생하는 문제와 이를 방지하기 위한 권장 사항을 살펴봅니다.

PCB 설계 시 비아 홀 크기

PCB 제조에서는 일반적으로 0.3 mm 홀을 표준 크기로 간주하며, 0.3 mm보다 작은 홀은 소구경 홀로 분류합니다.

소구경 홀은 생산에 다음과 같은 부정적인 영향을 줄 수 있습니다.

도금 난이도 증가: 홀이 작을수록 미도금 또는 도금 불량이 발생할 가능성이 커집니다. JLCPCB는 소구경 홀의 신뢰성을 확보하기 위해 4선식 저저항 공정(four-line low resistance process)을 사용합니다.

가공 효율 저하: 소구경 홀을 가공하려면 드릴링 속도를 낮추고 더 짧은 드릴 비트를 사용해야 합니다. 한 번에 적층하여 드릴링할 수 있는 기판 수도 줄어듭니다. 따라서 공간이 제한된 경우에만 소구경 홀을 사용하고, 가능한 경우 0.3 mm보다 큰 홀을 설계하는 것이 좋습니다.

JLCPCB의 최소 공정 능력:

단면/양면 기판: 0.3 mm(내경) / 0.45 mm(외경)

다층 기판: 0.15 mm(내경) / 0.25 mm(외경)

외경은 내경보다 0.1 mm 커야 하며, 0.15 mm 이상의 차이를 권장합니다.

비아 설계 시 슬롯 홀

PCB 드릴링의 짧은 슬롯: 길이가 폭의 2배보다 짧은 슬롯을 짧은 슬롯으로 분류합니다. 짧은 슬롯의 권장 길이 대 폭 비율은 길이/폭 ≥ 2.5이며, 허용 한계는 ≥ 2입니다.

긴 슬롯에 열풍 솔더 레벨링 적용: 열풍 솔더 레벨링(HASL)을 적용하는 슬롯은 슬롯 홀 한쪽의 최소 폭을 0.4 mm로 설계하는 것이 좋습니다. 절대 최소값은 0.3 mm이며, 대안으로 무전해 니켈 침지 금도금(ENIG) 공정을 고려할 수 있습니다.

열풍 솔더 레벨링은 고압·고온 조건에서 진행됩니다. 슬롯 폭이 너무 작으면 도금층이 벗겨질 수 있습니다.

한쪽에는 동도금이 있지만 반대쪽에는 동박 링이 없는 슬롯, 특히 단면 동박 링으로 설계된 슬롯 홀은 고온 응력으로 인해 도금층이 더 쉽게 벗겨질 수 있습니다.

슬롯이 조밀하게 배치된 경우에는 무전해 니켈 침지 금도금(ENIG) 공정을 사용하는 것이 좋습니다.

비아 설계 시 홀 속성

설계 과정에서 홀은 VIA 홀 또는 PAD 부품 홀로 구분해야 하며, 두 속성을 혼용해서는 안 됩니다.

VIA 홀: 일반적으로 기판 양면의 회로를 전기적으로 연결하는 역할을 합니다. 제조 과정에서 VIA 홀은 보통 솔더 마스크 처리되며, JLCPCB는 생산 시 VIA 홀 크기 공차를 별도로 지정하지 않습니다.

PAD 부품 홀: 일반적으로 부품을 납땜하기 위한 부품 홀로 설계합니다.

두 속성을 혼용하면 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

VIA 홀을 PAD 부품 홀로 잘못 처리한 상태에서 솔더 마스크 처리를 선택하면 부품 홀이 솔더 마스크로 덮이거나 막혀 납땜할 수 없게 될 수 있습니다. 홀 크기를 효과적으로 관리하기도 어려워집니다.

PAD 부품 홀을 VIA 홀로 사용하면 설계 소프트웨어가 해당 홀에 솔더 마스크 개구를 생성하지 않을 수 있습니다. 그 결과 솔더 마스크 처리가 필요한 비아가 노출된 상태로 남을 수 있습니다.

PCB 설계 기초: 트레이스 폭과 간격

트레이스는 가늘다고 해서 반드시 좋은 것은 아닙니다. 설계 조건이 허용한다면 폭이 넓은 트레이스를 사용하는 것이 좋습니다. 트레이스가 가늘수록 전도성이 낮아지고 단선 가능성이 커지며 생산 수율도 낮아집니다.

표준 트레이스 폭과 간격은 각각 4 mil입니다. 4 mil보다 좁으면 미세 트레이스로 분류합니다.

JLCPCB의 최소 트레이스 폭/간격 공정 능력:

넓은 동박 영역의 해치형 동박 채우기

넓은 영역을 동박으로 채울 때는 작은 해치형 격자를 사용하지 않는 것이 좋습니다. 작은 격자는 생산 공정에 큰 영향을 줄 수 있으므로 솔리드형 동박 채우기 또는 큰 격자를 선택합니다. 작은 격자는 다음과 같은 문제를 일으킬 수 있습니다.

그림과 같이 솔더 마스크가 충분히 덮이지 않을 수 있습니다.

자동 광학 검사(AOI)가 작은 격자를 감지하지 못해 검사 오류가 발생할 수 있습니다.

작은 격자로 인해 솔더 마스크가 벗겨져 전도성에 영향을 줄 수 있습니다.

격자형 동박 채우기를 반드시 사용해야 하거나 네트를 분리해야 한다면 다음 조건을 충족해야 합니다.

격자선 폭과 간격은 각각 최소 0.254 mm여야 합니다.

동일한 네트에 속한 트레이스 사이에도 최소 0.254 mm의 간격을 유지해야 합니다.

불균일한 동박 채우기 분포

불균일한 외층 동박 채우기: 외층 동박 채우기가 고르지 않으면 도금 전류의 균형에 영향을 줍니다. 이로 인해 동박이 지나치게 두꺼워지거나 수지 응집으로 단락이 발생할 수 있습니다.

불균일한 내층 동박 채우기:

빈 영역이 지나치게 넓으면 프리프레그(PP)의 수지가 동박이 없는 영역으로 모여 흐릅니다. 그 결과 기판이 얇아지거나 동박 주름, 수지 부족으로 인한 백점, 층간 박리 등의 문제가 발생할 수 있습니다.

골드 핑거처럼 주요 영역의 두께 요구 사항이 엄격한 제품에서 해당 내층 영역이 지나치게 비어 있으면 골드 핑거 부분이 얇아질 수 있습니다. 이로 인해 커넥터 슬롯과의 접촉 불량을 비롯한 문제가 발생할 수 있습니다.

레이어마다 동박 잔존율이 일정하지 않으면 기판 휨이 발생할 위험도 있습니다.

동박 채우기 설계

빈 영역을 남기지 않기: 가능한 경우 빈 영역을 동박으로 채웁니다.

일반 트레이스 및 패드와 동박 사이의 간격 확보: 트레이스를 배선할 때 트레이스, 동박 영역 및 드릴 홀 사이의 거리를 최소 0.5 mm 이상으로 유지합니다. 작은 격자형 동박 채우기보다 솔리드형 동박 채우기를 사용합니다.

완성 기판의 두께를 확보하려면 골드 핑거 커넥터가 위치한 모든 레이어에 동박 채우기를 적용해야 합니다. 두께가 부족한 적층 구조를 선택하지 않도록 주의해야 합니다.

안테나 아래의 동박: 안테나 동작을 방해하지 않도록 제품 설계 지침에 따라 안테나 영역의 동박 배치를 결정합니다.

양면의 동박 채우기 균형 유지: 한쪽 면만 비워 두지 말고 양면에 동박이 균일하게 분포하도록 설계합니다.

이러한 설계 항목을 준수하면 PCB 제조 공정을 원활하게 진행하고 흔히 발생하는 문제를 줄이는 데 도움이 됩니다.

함께 읽기: 엔지니어가 피해야 할 커스텀 PCBA 결함 6가지

결론

PCB 기판 설계를 올바르게 수행하면 회로가 안정적으로 작동할 뿐 아니라 전자 제품의 전반적인 완성도도 높일 수 있습니다. 위 PCB 설계 항목을 충분히 이해하고 작업 과정에 반영하면 PCB 제조를 더 원활하고 효율적으로 진행할 수 있습니다.

무료 견적 받기>>