Via-in-Pad 기술 사용 : 알아야 할 사항, 설계 안내 등…

다층 PCB(인쇄 회로 기판) 설계에서는 비아가 보드의 서로 다른 층을 연결하는 중요한 역할을 합니다. 전자 기기가 점점 더 소형화되고 복잡해짐에 따라, 설계자들은 보드의 공간과 성능을 최적화하기 위해 첨단 기술을 활용해야 합니다. 이러한 기술 중 하나가 고밀도 및 고성능 PCB 설계에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있는 Via-in-Pad 기술입니다. 이 글에서는 패드 내 비아 기술의 핵심 요소와 이를 구현하는 방법, 그리고 이 기술이 가장 효과적으로 사용될 수 있는 상황에 대해 다룹니다.

PCB 설계에서 비아의 이해

비아는 PCB의 여러 층 사이에 전기적 연결을 제공하는 도전성 경로입니다. 보통 보드에 구멍을 뚫고 그 구멍에 도전성 소재를 도금하여 만듭니다.

비아의 종류

1. 관통 비아 (Through-Hole Vias):

이 비아는 PCB의 전체 두께를 관통하여 모든 층을 연결합니다. 일반적으로 가장 많이 사용되며, 다양한 용도로 활용됩니다.

2. 블라인드 비아 (Blind Vias):

이 비아는 **외부 PCB 층을 하나 이상의 내부 층과 연결**하지만 전체 보드를 관통하지는 않습니다. 공간 절약이 중요한 고밀도 설계에서 사용됩니다.

3. 스택 비아 (Stacked Vias):

이 비아는 다른 비아 위에 쌓기 전에 드릴링과 도금이 수행됩니다. 스태거 비아보다 제작 과정이 더 복잡합니다.

4. 스태거 비아 (Staggered Vias):

이 비아는 서로 접촉하지 않고 PCB의 다양한 층을 연결합니다. 인접한 층에서 위치가 어긋나 있어 독립적으로 작동합니다.

5. 매립 비아 (Buried Vias):

매립 비아는 PCB의 내부 층만을 연결하며, 외부 층에서는 보이지 않습니다. **부품 배치를 위한 표면적을 최대화**하기 위해 사용됩니다.

6. 마이크로 비아 (Microvias):

마이크로 비아는 HDI (고밀도 인터커넥트) PCB에서 사용되는 소형 비아입니다. 레이저 드릴링을 통해 생성되며, 인접한 층 또는 스택 구조로 여러 층을 연결할 수 있습니다.

Via-in-Pad란 무엇인가?

Via-in-Pad는 비아를 부품 패드 안에 직접 배치하는 기술을 의미합니다. 패드 사이의 공간에 비아를 배치하는 대신 이 방식을 사용합니다. 이 방식은 연결의 인덕턴스와 저항을 줄여 신호 무결성을 향상시키며, 보드 공간을 절약하는 데 유리합니다. 패드 내 비아는 특히 고속 및 고주파 신호 전송이 필요한 설계에 매우 유용합니다.

설계 시 Via-in-Pad를 언제 사용해야 합니까?

패드 내 비아 기술은 여러 가지 상황에서 유리합니다:

● 고밀도 인터커넥트 (HDI) PCB:

이 PCB는 단위 면적당 배선 밀도가 높아서 공간 효율성을 높이는 패드 내 비아 기술을 필요로 합니다.

● 소형 폼 팩터 장치:

스마트폰이나 웨어러블 기기와 같은 소형 장치들은 패드 내 비아를 통해 더욱 컴팩트하고 효율적인 설계를 실현할 수 있습니다.

● 전기적 성능 향상:

패드 내 비아는 경로 길이를 단축하고 유도성 및 정전 기생 요소를 줄여 신호 무결성을 향상시킬 수 있습니다.

설계 고려사항

1. 재료 선택:

신호 무결성과 열 성능을 보장하기 위해 적합한 유전 특성을 가진 자재를 선택하십시오.

2. 열 관리:

특히 고전력 애플리케이션에서 열을 효과적으로 방출하기 위해 적절한 열 비아를 사용해야 합니다.

3. 신호 무결성:

신호 반사와 손실을 줄이기 위해 비아의 수를 최소화하십시오. 비아가 올바르게 채워지고 캡핑되어 납땜 흐름과 빈 공간을 방지해야 합니다.

제조 고려사항

1. 도금 및 채움 기술:

신뢰성 있는 연결을 보장하고 빈 공간과 같은 문제를 방지하기 위해 구리 채움 또는 전도성 에폭시 채움과 같은 고급 도금 기술을 사용하십시오.

2. 비용 영향:

정밀한 드릴링 및 채움 공정이 필요하기 때문에 비아-인-패드 기술이 제조 비용을 증가시킬 수 있음을 주의하십시오.

3. 신뢰성 문제:

비아가 열 사이클링 및 기계적 스트레스를 견딜 수 있도록 충분히 채워지고 도금되었는지 확인하십시오.

일반적인 문제

1. 솔더 윅킹(Solder Wicking):

조립 과정에서 솔더가 비아로 흘러들어가 패드 위에 충분한 솔더가 남지 못할 수 있습니다.

2. 기포와 균열:

부적절한 채움 및 도금으로 인해 기포와 균열이 발생할 수 있으며, 이는 연결의 신뢰성에 영향을 미칩니다.

3. 비용 증가:

Via-in-Pad 기술을 위한 고급 제조 공정은 비용을 증가시킬 수 있습니다.

해결책

1. 솔더 마스킹(Solder Masking):

솔더 윅킹을 방지하기 위해 비아 주변에 솔더 마스크 댐을 사용하십시오.

2. 올바른 채움 기술:

신뢰할 수 있는 채움 기술을 적용하고, 비아에 기포와 균열이 없는지 철저히 검사하십시오.

3. 비용-편익 분석:

Via-in-Pad 기술이 제공하는 이점이 증가된 제조 비용을 상회하는지 확인하기 위해 철저한 비용-편익 분석을 수행하십시오.

결론

Via-in-Pad 기술은 PCB 설계에서 중요한 도약을 나타내며, **공간 절약, 신호 무결성 및 전체 성능** 측면에서 상당한 이점을 제공합니다. 비아-인-패드 기술이 가장 유익한 상황을 이해하고 이를 제대로 구현하는 모범 사례를 따르면, 설계자는 더 효율적이고 신뢰성 높은 PCB를 제작할 수 있습니다. Via-in-Pad와 관련된 어려움이 존재하지만, 신중한 계획과 실행을 통해 이러한 문제를 해소할 수 있어 현대 PCB 설계의 중요한 도구로 자리 잡을 수 있습니다.

전통적으로 Via-in-Pad 공정은 전문 장비와 재료가 필요하여 비용이 많이 들었습니다. 그러나 이제 JLCPCB는 6층에서 20층 PCB 주문에 이 고급 기능을 무료로 제공합니다.

JLCPCB의 이 전례 없는 무료 제공은 업계에 혁신적인 돌파구를 마련하여, 모든 설계 팀이 PCB 레이아웃의 생산성을 높이고 보다 정교하고 신뢰성 높은 보드를 설계할 수 있게 합니다. 이전에 Via-in-Pad 사용을 주저했던 전자 엔지니어들도 이제 추가 비용 없이 이 획기적인 기술을 적극 활용할 것을 권장합니다.