엣지 도금 PCB가 EMI 차폐를 개선하는 원리와 제조를 위한 설계 규칙

PCB 엣지 도금은 PCB의 바깥쪽 벽면을 구리로 감싸는 공정입니다. 노출된 유리섬유 가장자리가 접지된 금속 외피로 바뀝니다. 방사 노이즈를 줄이고, 기판을 금속 인클로저에 직접 납땜할 수 있게 해 줍니다. 또한 일반 트레이스로는 감당할 수 없는 전류도 흘릴 수 있습니다.

이 가이드에서 다루는 내용:

• 엣지 도금 PCB란 무엇이며 어떻게 EMI를 차폐하는가
• PCB 엣지 도금의 네 가지 처리 방식
• PCB 엣지 도금 공정의 모든 단계
• 단락을 방지하는 클리어런스 및 킵아웃 값
• 브레이크어웨이 탭으로 도금 기판을 패널화하는 방법
• 제조 한계, 표면 처리, 비용 요인

그림 1: 가장자리 전체가 도금된 4층 PCB

PCB 엣지 도금이란 무엇이며 엔지니어는 왜 사용하는가?

엣지 도금 PCB의 정의와 핵심 목적

PCB 엣지 도금은 기판의 수직 측벽에 입힌 구리층입니다. 상단 구리층에서 라우팅된 가장자리를 따라 하단 구리층까지 끊김 없이 이어집니다. 제조업체에서는 사이드 도금, 플레이티드 엣지, 랩 도금이라고도 부릅니다. 완성된 외곽은 전기가 통하므로, 더 이상 맨 유리섬유와 경화된 레진이 노출되지 않습니다.

도금된 가장자리는 그 반대로 작동하여 구리를 외형선까지 바짝 끌어내야 하며, 그래야 제조업체가 구리를 감쌀 수 있습니다. 이 옵션 하나가 외형, 푸어, 솔더 마스크 도면에 영향을 미칩니다. 따라서 엣지 도금은 주문서의 체크박스가 아니라 설계상의 결정입니다.

그림 2: 도금된 가장자리가 두 그라운드 플레인 사이의 방사 틈을 막는 원리

주요 전기적·기계적 이점

도금된 가장자리로 연결된 한 쌍의 그라운드 플레인은 전도성 상자를 이룹니다. 여섯 면 중 다섯 면이 닫혀 있어 기판이 부분적인 패러데이 케이지가 됩니다. 열린 가장자리로 방사되었을 에너지는 이제 연속된 도체를 만나게 됩니다. 이 에너지는 표면 전류로 바뀌어 방사되지 않고 그라운드로 돌아갑니다. 같은 그라운드에 보드 레벨 실드를 납땜하면 여섯 번째 면까지 닫을 수 있습니다.

전선 하나나 나사 보스는 기판을 금속 섀시에 한 지점에서만 연결합니다. 2.4GHz에서는 10mm(394mil) 길이의 전선만으로도 개방 회로처럼 보일 만큼 인덕턴스가 생깁니다. 반면 도금된 가장자리를 전체 길이에 걸쳐 고정하면 연속적인 접촉이 이루어집니다. 접합 인덕턴스가 크게 떨어지므로, 주파수 전반에 걸쳐 그라운드 기준이 평탄하게 유지됩니다. 간과되기 쉬운 이점은 전류 용량입니다. 1.6mm(63mil) 기판 벽면에 25µm(1mil) 두께의 구리를 도금하면 구리 단면적이 약 0.04mm²가 됩니다. 이는 1oz 동박에서 1.1mm(43mil) 트레이스와 정확히 같은 금속 면적입니다. 그래서 그라운드 리턴이 필요한 모터 드라이브와 배터리 팩에도 도금된 가장자리가 쓰입니다.

대표적인 활용 분야와 PCB 엣지 도금의 다양한 처리 방식

금속화된 가장자리가 이상적인 활용 사례

무선 모듈은 도금된 가장자리의 가장 큰 단일 시장이며, 여러분도 이미 몇 개쯤 가지고 계실 것입니다. 스마트 스피커에는 Wi-Fi 모듈이, 피트니스 트래커에는 블루투스 모듈이 들어 있습니다. 둘 다 외곽에 도금된 형상을 통해 더 큰 캐리어 보드 위에 리플로우로 실장되는 소형 PCB입니다. 그 외곽이 신호 연결과 함께 상단 금속 캔의 그라운드 밀폐를 담당합니다. 압출 알루미늄 하우징에 끼워 넣는 기판이 두 번째로 흔한 사례입니다. 산업용 센서에는 실드 캔을 넣을 공간이 거의 없으므로 하우징 자체가 실드가 됩니다. 그러면 기판 가장자리가 하우징과 접합하는 수단이 됩니다. 긴 두 변을 도금하면 스프링 핑거가 라미네이트가 아닌 단단한 구리에 닿게 됩니다. 제품 수명 내내 접합 저항이 1mΩ 미만으로 유지됩니다.

다른 여러 설계에서도 더 구체적인 이유로 이 기능을 사용합니다. 모두 완전한 실드가 필요한 것은 아니지만, 보통 라미네이트가 있을 자리에 금속이 필요하다는 공통점이 있습니다.

• 모터 컨트롤러와 배터리 팩의 대전류 리턴: 도금된 가장자리가 그라운드 버스바 역할을 겸합니다.
• LED 및 전원 기판의 열 확산: 구리 벽면이 열을 옆으로 전달해 고정된 섀시로 보냅니다.
• 도터보드의 엣지 납땜: 패드를 통하지 않고 기판 측면을 슬롯에 납땜합니다.
• 커넥터 가장자리와 테스트 쿠폰의 취급 내구성: 수천 번씩 잡고 빼는 부분에 사용합니다.

다양한 설계에 맞는 PCB 엣지 도금 처리 방식

네 가지 처리 방식이 주문하게 될 거의 모든 도금 가장자리를 포괄합니다. 차이는 화학 공정이 아니라 벽면을 얼마나 금속화하느냐에 있습니다. 선택은 가장자리가 실제로 해야 할 일에 달려 있습니다. 연속적인 실드가 필요한지, 납땜 연결부가 필요한지, 아니면 접지된 띠 하나가 필요한지입니다.

그림 3: 네 가지 엣지 도금 처리 방식 비교

이 표를 관통하는 패턴은 '커버리지 대 연결'입니다. 위의 두 행은 실드를, 아래의 두 행은 납땜 접합부와 내부 접지를 제공합니다. 어떤 것을 선택할지는 전적으로 문제가 전류인지 방사인지에 달려 있습니다.

단계별 분석: PCB 엣지 도금 공정

전처리와 정밀 엣지 라우팅

엣지 도금 작업에서 제조업체는 최종 도금 및 분리 작업 전에 해당 측벽을 노출시키는 정해진 순서를 따릅니다. 공구 직경, 탭 수, 라우팅 순서는 제조업체마다 다르므로, 하나의 공정 흐름을 보편적인 것으로 여기지 말고 제조업체와 확인하십시오.

그림 4: 사전 라우팅부터 최종 외형 밀링까지의 PCB 엣지 도금 공정

라우팅을 하면 절단면 전체에 물러진 에폭시가 번져 남습니다. 비트가 마찰열로 레진을 녹여 유리섬유 다발 위로 끌고 가기 때문입니다. 구리는 이 스미어 위에 붙지 않으므로, 패널은 디스미어 공정을 거칩니다. 제조업체는 과망간산염 화학 에칭이나 플라즈마 사이클 중 하나를 사용합니다. 이 단계를 빠뜨리는 것이 몇 달 후 엣지 도금이 들뜨는 흔한 원인입니다. 비트 직경은 생각보다 중요합니다. 작은 비트는 하중을 받으면 휘어져 물결 모양의 벽면을 남기고, 도금이 고르지 않게 됩니다. 대부분의 제조업체는 도금 외형에 1.6mm(63mil) 이상의 비트를 사용합니다. 따라서 모든 내측 모서리에는 비트 직경의 절반만큼 라운드가 생기며, 도금 포켓에 날카로운 90도 내측 모서리를 만들 수 없습니다.

무전해 동도금과 전해 도금

구리는 유리섬유와 에폭시 위에 전해 도금되지 않습니다. 전해 도금조에서는 표면이 이미 전류를 통할 수 있어야 하기 때문입니다. 라우팅된 벽면은 절연체이므로, 패널은 먼저 무전해 동도금 라인을 통과합니다. 맨 라미네이트에 팔라듐 촉매를 흡착시킵니다. 이어서 외부 전류 없이 화학적 환원 반응으로 그 위에 구리를 석출시킵니다. 무전해 피막의 두께는 0.5~1µm에 불과해 실질적인 전류를 흘리기에는 너무 얇습니다. 이 피막의 유일한 역할은 벽면에 도전성을 부여하는 것입니다. 그래야 이어지는 황산구리 도금조에서 제대로 도금할 수 있습니다.

도금 두께, 공정 시간, 합격 기준은 제조업체, 적용되는 표준 개정판, 제품 등급, 고객 사양에 따라 달라집니다. 필요한 엣지 도금 구조와 검사 방법은 제조업체와 확인하십시오. 확인 없이 관통홀이나 엣지의 수치를 다른 제품에 그대로 적용해서는 안 됩니다.

표면 처리와 최종 외형 밀링

도금 띠에는 솔더 마스크가 덮이지 않도록 해야 합니다. 마스크는 경화된 폴리머이므로, 어떤 표면 처리도 마스크를 뚫고 입혀지지 않습니다. 대부분의 제조업체는 외형선에서 0.5~0.6mm(20~24mil) 안쪽까지 마스크를 개방합니다. 마스크를 닫아 두면 구리 도금은 되었지만 표면 처리는 되지 않은 가장자리가 됩니다. 이런 가장자리는 몇 주 안에 산화되어 솔더가 묻지 않게 됩니다.

• 대부분의 제조업체가 도금 가장자리에 사용하는 표면 처리는 ENIG뿐이며, JLCPCB도 이 부분에는 HASL을 지원하지 않는다고 명시하고 있습니다. 열풍 솔더 레벨링(HASL)은 에어 나이프로 용융 솔더를 기판에서 불어 내는 방식입니다. 에어 나이프로는 수직 벽면의 두께를 제어할 수 없으므로, 외곽을 따라 솔더가 고르지 않게 맺힙니다.
• 반면 무전해 니켈 침지 금(ENIG)은 형상을 따라 균일하게 도금됩니다. 0.05~0.1µm의 금 아래에 3~6µm의 니켈을 입힙니다. 따라서 벽면 전체가 평탄하고 납땜성이 좋으며 부식에 강한 외피를 유지합니다.

이 시점에서 기판은 여전히 3~4개의 탭으로 생산 패널에 붙어 있습니다. 이 탭을 밀링으로 잘라 내는 것이 마지막 작업입니다. 탭을 자르는 곳마다 도금도 함께 잘려 나갑니다. 따라서 모든 도금 기판은 가장자리 어딘가에 도금되지 않은 틈이 남게 됩니다. JLCPCB는 약 3mm(118mil) 길이의 브레이크를 최소 3곳 이상, 큰 기판에는 그보다 더 많이 요구합니다. 도금되지 않은 틈은 결함이 아니지만, 직접 관리해야 할 설계 입력값입니다. 제조업체에 맡겨 두면 브레이크가 실드 벽면 한가운데에 생길 수도 있습니다.

성공적인 엣지 도금을 위한 필수 설계 가이드라인

클리어런스와 킵아웃 영역 요구 사항

도금 가장자리의 모든 클리어런스 규칙은 한 가지 사실에서 비롯됩니다. 구리는 외형선에서 멈추지 않고 외형선을 감싸고 돌아옵니다. 바깥 표면까지 0.5mm(20mil) 들어오는 도금은 그 띠 안에 있는 모든 것과 단락됩니다. 따라서 킵아웃은 기판 가장자리가 아니라 랩의 안쪽 경계를 기준으로 측정합니다.

그림 5: 도금 기판 가장자리 주변의 킵아웃 영역과 클리어런스

가장 위험한 경우는 내층 플레인입니다. 외형선까지 뻗어 있는 전원 플레인은 도금 벽면에 닿습니다. 그러면 대개 기판에 처음 전원을 넣는 순간 전원 레일이 섀시 그라운드와 곧바로 단락됩니다. 그라운드가 아닌 모든 플레인은 외형선에서 최소 0.25mm(10mil) 후퇴시키십시오. 레이아웃이 허락하는 곳에서는 0.5mm(20mil)를 적용하십시오. 그라운드 플레인은 의도적인 예외입니다. 그라운드를 연결하는 것이 이 기능의 핵심이기 때문입니다.

숙련된 설계자가 실제로 그리는 값은 가운데 열입니다. 각 값은 옆에 적힌 불량에 대비한 여유를 확보해 주며, 어느 것도 사용 중인 기판 면적을 잡아먹지 않습니다. 같은 수치를 엣지 도금용 규칙 세트로 PCB 설계 규칙 에 반영해 두십시오. 그러면 아직 부품을 옮길 수 있는 단계에서 DRC가 위반 사항을 잡아냅니다.

올바른 패널화 방식과 브레이크어웨이 탭 선택

V-스코어링과 엣지 도금은 함께 사용할 수 없으며, 대부분의 설계자가 처음에 이 부분에서 실수합니다. V-컷 블레이드는 기판 양면에서 홈을 파 들어갑니다. 이 과정에서 도금 벽면을 길이 방향으로 자르고, 스코어 라인 전체를 따라 구리를 찢어 놓습니다. 따라서 엣지 도금 패널은 반드시 탭 라우팅으로 제작해야 하며, 일반적인 V-컷 패널화 기준 은 여기에 적용되지 않습니다.

도금 패널의 레이아웃은 몇 단계로 진행됩니다. 각 단계가 이전 단계에 의존하므로 다음 순서대로 진행하십시오.

1. 도금할 가장자리를 전용 기구 레이어에 표시하고, 제조 노트에 그 레이어 이름을 명시합니다.
2. 실드 벽면, 커넥터, RF 블록이 없는 가장자리에 최소 3mm(118mil) 길이의 브레이크를 3~4곳 배치합니다.
3. 모든 브레이크에 라우팅 탭을 두되, 2mm(79mil) 솔리드 탭이나 5홀 마우스 바이트를 사용합니다.
4. 기판이 처지거나 라우터에 부딪혀 떨리지 않도록 탭 간격을 약 75mm(3인치) 이하로 유지합니다.
5. 브레이크 내부를 제외한 모든 곳에서 그라운드 푸어를 외형선 너머 0.5mm(20mil)까지 연장합니다.
6. 내층을 포함한 모든 층에서 그라운드가 아닌 구리가 랩 띠를 가로지르지 않는지 확인합니다.

디패널링을 하면 모든 브레이크 지점에 구리와 라미네이트의 작은 버(burr)가 남습니다. 바로 그 지점에서 라우터가 도금된 소재를 절단하기 때문입니다. 마우스 바이트를 손으로 꺾어 분리하면 마감이 가장 거칠어지므로, 피자 휠 라우터나 줄을 사용하십시오. 차폐 설계에서는 안테나에서 가장 먼 가장자리에 브레이크를 두십시오. 5mm(197mil) 틈은 3GHz에서 파장의 20분의 1에 해당하며, 이 지점부터 실드 슬롯에서 누설이 시작됩니다.

신뢰할 수 있는 엣지 도금을 위해 JLCPCB를 선택해야 하는 이유

JLCPCB 엣지 도금의 정밀 제조와 엄격한 품질 보증

JLCPCB의 엣지 도금은 관통홀 도금과 같은 무전해 및 전해 도금 라인에서 진행됩니다. 따라서 이 기능을 추가해도 표준 제작의 리드타임이 늘어나지 않습니다. 공개된 한계값의 범위가 좁으므로, 외형을 라우팅하기 전에 확인해 둘 가치가 있습니다. 이 범위를 벗어나는 기판은 수동 견적으로 처리되거나 문의와 함께 반려됩니다.

그림 6: 생산 라인에서 검사 중인 엣지 도금 기판

• 표면 처리: 에어 나이프로는 수직 벽면의 용융 솔더를 평탄하게 할 수 없으므로 ENIG만 가능합니다.
• 최소 기판 크기: 10 × 10mm(394 × 394mil)이며, 이보다 작은 패널은 라우팅 중 단단히 고정할 수 없기 때문입니다.
• 최소 기판 두께: 0.6mm(24mil)이며, 이보다 얇으면 벽면이 너무 낮아 고르게 도금할 수 없습니다. PCB 두께 선택 가이드에서 트레이드오프를 자세히 다룹니다.
• 비도금 브레이크: 패널 지지 탭을 둘 공간을 남기기 위해 최소 3곳, 큰 기판에는 그 이상이 필요합니다.
• 라우팅 공차: 표준 ±0.2mm(8mil), 고정밀 밀링 시 ±0.1mm(4mil)입니다.
• 캐스터레이션 홀: 최소 직경 0.5mm(20mil), 홀과 기판 가장자리 간격 1mm(39mil), 홀 간 간격 0.5mm(20mil)입니다.

처음 시도할 때 가장 많이 실수하는 부분은 주문 단계입니다. 일반 거버 파일 세트에는 엣지 도금을 설명하는 내용이 없으므로, 거버만으로는 엣지 도금 여부를 알 수 없습니다. 주문 시 엣지 도금 옵션을 선택한 다음, 표시를 넣은 도면이나 별도 레이어를 업로드하십시오.

비용 효율적인 맞춤형 시제품 제작과 확장 가능한 양산

도금 가장자리를 부담 없이 시도해 볼 수 있게 해 주는 것은 시제품 가격입니다. 이 기능은 전통적으로 특수 가격이 붙는 특수 공정으로 여겨져 왔습니다. 표준 2층 기판은 5개 기준 2달러부터, 생산 기간은 1~2일입니다. 엣지 도금은 별도 견적이 아니라 같은 주문에 옵션으로 추가됩니다. 엣지 도금이 방사 노이즈 문제를 해결하는지 시험해 보는 비용이 측정 챔버 사용료보다 적게 듭니다.

패널 레이아웃, 브레이크 위치, ENIG 표면 처리는 그대로 양산까지 이어집니다. 달라지는 것은 패널 활용률이며, 한 패널에 더 많은 기판이 들어갈수록 기판당 비용이 낮아집니다. 양산 주문에도 똑같은 거버 파일과 똑같은 도금 레이어를 보내십시오. 실드 형상이 바뀌지 않으므로, 제품이 방사 노이즈 시험을 통과한 이후에는 이 점이 중요합니다.

무선 모듈은 JLCPCB 부품 라이브러리에서 쉽게 조달할 수 있습니다. 캐리어 보드를 레이아웃하는 동안 미리 재고 현황을 확인해 두십시오. 외형, 브레이크, 랩을 모두 그렸다면 파일을 JLCPCB 견적 페이지에 업로드하십시오. 엣지 도금을 선택하면 확정하기 전에 가격이 바로 갱신됩니다.

PCB 엣지 도금에 관한 자주 묻는 질문

결론

PCB 엣지 도금은 기판이 실드, 그라운드 경로, 기구 어셈블리의 일부일 때 제 몫을 합니다. 이 중 어느 것에도 해당하지 않는다면 굳이 수고할 가치가 없습니다. 기판 가장자리를 두 그라운드 플레인 사이의 출입구로 보면 물리 원리는 간단합니다. 설계 작업의 대부분은 구리를 안쪽으로 후퇴시키는 대신 외형선까지 밀어내는 것입니다.

랩, 플레인 후퇴, 브레이크 위치만 제대로 잡으면, 나머지는 이미 비아를 도금하고 있는 도금조에서 처리됩니다. Wi-Fi 6E, 5G, 차량용 레이더가 설계를 6GHz 너머로 밀어붙이면서 차폐 요구 사항은 계속 엄격해지고 있습니다. 그런 주파수에서는 도금되지 않은 기판 가장자리가 1mm 단위로 더욱 중요해집니다. 도금 시제품은 표준 기판보다 비용이 조금 더 들 뿐이므로, 리뷰에서 논쟁하기보다는 실제 하드웨어로 시험해 보십시오.