PCB 동박 채우기에 대한 기본 사항
1 분
- PCB 설계에서 동박 채우기란?
- 동박 채우기 구현:
- 해치형과 솔리드형 동박 채우기
- JLCPCB의 패널 동박 채우기 추가
PCB 설계에서 동박 채우기란?
동박 채우기(Copper Pour)는 PCB 동박 레이어의 미사용 영역을 솔리드 동박 평면으로 채우는 기술을 말합니다. 이 평면은 전원 또는 접지 네트에 연결되어 연속적인 전도 경로를 형성합니다. 동박 채우기는 일반적으로 전원 및 접지 평면에 사용되며, 특정 목적을 위해 신호 레이어에도 사용됩니다.
동박 채우기의 목적:
접지 평면: 동박 채우기는 솔리드 접지 평면을 형성하여 신호에 대한 저임피던스 리턴 경로를 제공하고 전자기 간섭(EMI)을 줄입니다.
전원 평면: 동박 채우기는 전원 평면으로 사용되어 PCB 전체에 전력을 균일하게 분배하고, 전압 강하를 최소화하며 전원 안정성을 향상시킵니다.
방열: 동박 채우기는 히트싱크 역할을 하여 전력 부품에서 발생하는 열을 분산시키고 방출하여 과열을 방지하고 PCB의 신뢰성을 보장합니다.
동박 채우기의 장점:
향상된 신호 무결성: 접지 루프, 노이즈, 간섭을 줄여 신호 무결성을 유지하고 신호 저하를 최소화합니다.
개선된 열 관리: 동박 채우기는 방열을 향상시켜 핫스팟을 방지하고 부품의 최적 작동 온도를 보장합니다.
동박 절약: 동박 채우기의 효과적인 활용은 추가 트레이스의 필요성을 줄이고 동박 활용 효율성을 높여 비용 절감으로 이어집니다.
동박 채우기 구현:
동박 채우기 배치는 PCB의 미사용 공간을 평면 동박으로 채우는 것을 의미합니다. 이는 PCB 설계의 중요한 부분이며, 모든 주요 PCB 설계 소프트웨어에서 자동으로 배치할 수 있습니다. 동박 채우기 접지 임피던스를 낮춰 EMC를 구축하고, 전압 강하를 줄여 전력 효율성을 높이며, 루프 면적을 줄여 EMI를 완화하는 데 도움이 됩니다.
동박 채우기 내 서멀 릴리프 패드 사용
동박은 열전도성이 매우 높습니다(약 380W/(m·K)). 이 때문에 패드가 인접한 동박 평면에 모든 면에서 완전히 연결되면 솔더링 중 열이 매우 빠르게 방출되어 솔더링 문제가 발생합니다. "서멀 릴리프" 패드는 열 방출을 줄이고 솔더링을 돕기 위해 사용됩니다.
해치형과 솔리드형 동박 채우기
알려진 바와 같이 PCB 트레이스의 분포 정전 용량은 고주파 조건에서 영향을 미칩니다. 트레이스의 길이가 노이즈 주파수의 해당 파장의 1/20보다 크면 트레이스는 안테나 역할을 하여 이 노이즈를 주변 공간으로 전송합니다. 접지가 불량한 동박 채우기는 이 노이즈를 더욱 전파하는 데 기여합니다. 따라서 고주파 회로에서 접지 연결은 전기적 연속성뿐만 아니라 λ/20 미만의 간격을 유지해야 합니다. 트레이스의 비아는 다층 기판의 접지 평면에 "양호한 접지"를 달성하는 데 도움이 됩니다. 적절히 설계된 동박 평면은 전류 용량을 증가시킬 뿐만 아니라 EMI도 줄입니다.
일반적으로 두 가지 스타일의 동박 채우기가 있습니다: 솔리드형과 해치형. 솔리드형 채우기 전류 용량을 증가시키고 차폐 기능을 제공하지만, 웨이브 솔더링 시 휨과 동박 박리를 유발할 수 있습니다. 이는 솔리드 동박 채우기에 슬롯/개구부를 설계하여 완화할 수 있습니다. 반면 해치형 채우기는 주로 차폐용으로 사용되며 전류 운반 능력이 높지 않습니다. 해치형 채우기는 동박 면적이 줄어들어 방열에 유리할 수 있습니다. 그러나 해치형 채우기의 단점은 그것을 구성하는 동박 "세그먼트"가 EMI를 증가시킬 수 있다는 것입니다: 이러한 세그먼트의 길이가 회로 작동 주파수의 전기적 길이와 유사할 때, 전체 채우기 간섭 신호를 전송하는 많은 안테나처럼 작동하여 회로가 전혀 작동하지 않을 수 있습니다. PCB의 회로에 맞는 동박 채우기 유형을 선택하는 것이 가장 좋습니다: EMI 요구 사항이 있는 고주파 회로에는 해치형 채우기, 저주파 또는 고전류 회로에는 솔리드형 채우기를 사용하세요.
더 높은 정밀도와 품질을 요구하는 현대 PCB 설계에서 모든 주요 PCB 제조업체는 저비용 습식 필름 공정을 버리고 우수한 건식 필름 공정을 채택했습니다. 해치형 동박 채우기는 건식 필름 공정에서 필름 균열을 유발할 수 있으므로 가능한 경우 해치형 대신 솔리드형 채우기를 사용하는 것이 좋습니다.
내층의 동박 채우기
잔동율: 에칭 후 내층에 남아있는 동박 면적과 전체 기판 면적의 비율입니다.
적층: 프리프레그를 적절한 크기로 자른 후 내층 코어 사이 또는 코어와 동박 시트 사이에 배치합니다. 층이 쌓인 스택(적층판)을 가열하고 가압하여 프리프레그 레이어의 수지 함량을 녹입니다. 수지는 인접한 레이어의 동박이 없는 영역을 채우기 위해 흐르고, 냉각되면 레이어를 함께 접합합니다.
설계 문제: 낮은 잔동율은 프리프레그의 수지가 누락된 동박의 위치를 채우기 위해 더 많이 퍼져야 함을 의미합니다. 그 결과 예상보다 얇은 기판, 동박 레이어의 주름/접힘, 수지의 보이드, 수지 부족으로 인한 잠재적인 층 분리 등이 발생할 수 있습니다.
설계 제안: 가능한 경우 기판의 빈 영역에 동박 채우기를 배치하세요. 고속 신호 트레이스로부터 최소 0.5mm 간격을 유지하세요.
총 적층판 및 기판 두께 계산
이론적 적층판 두께
= 외층 동박 + 경화된 프리프레그 + 코어
= (0.7×2) + (4.54+4.48) + (1.2+44.84+1.2) = 57.66 mil = 1.46 mm.
이론적 기판 두께
= 솔더 마스크 + 도금된 외층 동박 + 경화된 프리프레그 + 코어
= (1×2) + (1.4×2) + (4.54+4.48) + (1.2+44.84+1.2) = 61.06 mil = 1.55 mm.
경화된 프리프레그 두께
= 미경화 프리프레그 두께 – 인접 코어 레이어에서 수지로 채워질 두께
= 미경화 프리프레그 두께 – ((1 – 잔동율) × 동박 두께)
예시 스택업은 아래 표에 설명되어 있습니다.
레이어 1과 2를 예로 들면:
- 미경화 프리프레그 두께 = 4.72 mil, 레이어 2 잔동율 = 85%, 내층 동박 두께 = 1 oz,
- 경화된 프리프레그 두께 = 4.72 – ((1 – 85%) × 1.2) = 4.54 mil.
명목상 1 oz 동박 두께는 35 μm이지만, 전처리 및 브라우닝 중 손실로 인해 실제 두께는 30 μm(1.2 mil)입니다.
JLCPCB의 패널 동박 채우기 추가
JLCPCB는 낮은 기판 두께와 불균일한 도금과 같은 넓은 빈 공간으로 인한 결함을 방지하기 위해 내층과 외층 모두에 동박 채우기를 패널에 추가합니다. 동박 채우기는 핸들링 스트립, 브리지 피스 및 PCB 단위 외부의 기타 영역에만 추가됩니다. 유효한 PCB 내부에는 동박이 추가되지 않습니다. 피듀셜, 기구 홀, 마우스 바이트, V-컷 주변에는 간격이 추가됩니다.
지속적인 성장
동박이 PCB 성능과 제조 품질에 미치는 영향
핵심 요약 동박 무게: 1oz 동박은 두께 약 35µm에 해당하며, 무게가 클수록 전류 용량이 커집니다. 종류: 일반 리지드 기판에는 ED 동박을, 반복적으로 굽혀지는 동적 연성 회로에는 RA 동박을 사용합니다. DFM과 손실: 표면이 매끄러운 동박일수록 RF 손실이 줄고, 동박이 두꺼울수록 트레이스 간격을 넓혀야 합니다. PCB에서 실제로 전기 신호를 전달하는 부분은 동박입니다. 기판의 강도는 유리섬유 직조에서 나오고, 수지는 각 층을 결합하며, 솔더 마스크는 노출된 구리를 보호하고 절연하는 역할을 합니다. 그런데 많은 설계에서 구리에 대한 고민은 적층 구조(스택업)에서 1oz를 고르는 단순한 선택 하나로 시작해서 끝나 버립니다. 그림 1: 동박 적층판 프레스로 공급되는 전해 동박 롤 PCB 구리 회로는 대부분 서브트랙티브(subtractive) 공정으로 만들어집니다. 제조업체는 적층판에 접착된 연속된 구리 시트에서 출발해, 회로 패턴에 해당하지 않는 구리를 모두 제거합니다. 즉, 거버 파일......
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