양면 PCB란 무엇인가

양면 인쇄 회로 기판(PCB)은 전자 설계 및 제조 분야에서 중요한 발전을 이룹니다. 이중층 또는 이중층 PCB라고도 하는 이 다재다능한 기판은 더욱 복잡하고 컴팩트한 회로를 위한 플랫폼을 제공함으로써 복잡한 전자 분야에서 중요한 역할을 합니다. 

단면 PCB와 달리 양면 PCB는 여러 부품의 통합을 용이하게 하는 적층 설계를 제공하여 전자 기기의 전반적인 기능과 효율성을 향상시킵니다. 양면 PCB의 복잡성을 심층적으로 살펴보고, 그 중요성, 응용 분야, 그리고 양면 PCB를 현대 전자 공학의 최전선으로 이끄는 혁신적인 기술들을 살펴보겠습니다.

양면 PCB는 어떻게 만들어지나요?

PCB 제작 과정은 매우 복잡합니다. 몇 가지 공정을 거치면 원판(raw board)이 양면 PCB로 완성됩니다. 양면 PCB 제조 공정 단계를 단계별로 안내해 드리니, 안심하고 기다려 주세요. 

1단계: PCB 회로 설계

모든 것은 회로도 설계부터 시작해서 PCB 설계로 이어집니다. 이 과정에서 다양한 PCB 설계 프로그램이 선택됩니다. 

2단계: PCB 레이아웃 설계

주요 설계가 완료되면 PCB 레이아웃 설계를 시작할 수 있습니다. 그런 다음 레이저 프린터로 광택지에 PCB 도면을 인쇄합니다. 단, 상단 레이어를 인쇄하기 전에 상단 레이어 레이아웃의 그림을 미러링해야 합니다. 그렇지 않으면 회로가 반전됩니다.

3단계: PCB용 재료 선택

다음으로, 필요에 가장 적합한 재료를 선택해야 합니다. 특정 재료와 브랜드는 고유한 특성을 가지고 있으므로 레이아웃 설계에 맞는 재료를 선택하십시오. 예를 들어, 난연성 기판을 선택하는 경우, 일반적으로 사용되는 PCB 기판인 Fr-4를 사용할 수 있습니다.  

하지만 고속 및 고주파 PCB를 선택할 때는 Fr-4는 적합하지 않으므로 사용하지 않는 것이 좋습니다. 이러한 경우 Rogers의 RT5000/6000 시리즈, Tacanic의 TLX 시리즈 등 고주파 소재를 선택할 수 있습니다.

4단계: CCL(구리박막적층판) 절단

공정은 구리박막적층판(CCL)을 필요한 크기로 절단하는 것으로 시작됩니다. CCL은 비전도성 기판 위에 얇게 구리박을 적층한 것입니다. 정밀한 절단을 통해 다음 단계에 필요한 치수를 확보할 수 있습니다.

5단계: 드릴링

CCL에 정밀한 구멍을 뚫어 비아와 부품 홀의 위치를 만듭니다. 이 구멍들은 회로 설계에 따라 전략적으로 배치되며, 이후 PCB의 상하단 레이어를 연결하는 데 도움이 됩니다.

6단계: 무전해 구리 증착 - 구멍을 통한 도금

드릴로 뚫은 구멍은 무전해 구리 증착 공정을 거칩니다. 이 공정은 구멍 내부를 얇은 구리 층으로 코팅하여 상하층 사이에 전도성 경로를 형성하는 것을 포함합니다. 이 공정은 최종 PCB의 전기적 연결을 구축하는 데 매우 중요합니다.

7단계: 회로의 사진 이미징 및 인쇄

CCL 표면에 포토레지스트 물질을 도포합니다. 그런 다음 UV 감광 마스크를 사용하여 회로 패턴을 포토레지스트에 인쇄합니다. 빛에 노출된 부분은 화학적 변화를 거쳐 후속 에칭 공정을 위한 패턴을 형성합니다.

8단계: 패턴 플레이팅

CCL의 노출된 부분에 얇은 구리 층을 전기 도금하여 회로 패턴을 강화합니다. 이 추가 구리 층은 배선의 전도성을 향상시키고 다음 단계를 위한 기판을 준비합니다.

9단계: 현상 및 에칭

양면 PCB 제조의 "현상 및 에칭" 단계에서는 정밀 공정과 화학 공정을 결합하여 구리 도금 적층판(CCL)의 정교한 회로 패턴을 미세하게 구현합니다. 노출된 부분에 구리 층을 추가로 전기 도금하는 패턴 도금 후, 기판에 포토레지스트를 도포합니다. 

이 포토레지스트는 보호층 역할을 하며, 이후 단계는 원하는 회로 패턴의 음상이 담긴 마스크를 통해 자외선에 노출시키는 것입니다. 자외선은 노출된 영역의 포토레지스트에 화학적 변화를 유도합니다.

에칭은 기판을 염화제이철과 같은 산성 용액에 담그는 것을 의미합니다. 이 용액은 노출된 구리를 화학적으로 용해하여 포토레지스트로 덮인 회로 트레이스와 패드만 남깁니다. 에칭 후, 기판을 완전히 헹궈 에칭액을 제거합니다. 현상된 포토레지스트를 제거하면 에칭된 회로 패턴이 드러납니다.

10단계: 자동 광학 검사(AOI)

다음은 제품의 정밀성과 신뢰성을 보장하는 정교한 품질 관리 수단인 자동 광학 검사(AOI)입니다. 회로 패턴이 구리박막적층판(CCL)에 에칭된 후, PCB는 현대 기술을 이용한 중요한 광학 검사인 AOI를 거칩니다.

고해상도 카메라가 장착된 컴퓨터 제어 시스템은 AOI 검사 중에 PCB 표면의 상세 사진을 촬영합니다. 그런 다음, 강력한 패턴 인식 알고리즘이 이 사진을 분석합니다. AOI 프로그램은 수집된 이미지를 의도된 설계 매개변수와 비교하여 회로 패턴 불일치를 체계적으로 감지합니다.

11단계: 비행 프로브 테스트

PCB 제조에는 정상 작동을 보장하기 위한 테스트가 필요합니다. 단락, 개방 회로 또는 기타 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 배송 전에 PCB를 점검해야 합니다. 이를 위해 플라잉 프로브 테스트를 사용합니다. 플라잉 프로브 테스트는 연결부 위로 전류가 프로브를 통과하는 방식으로 회로의 기능을 테스트합니다. 프로브가 연결되지 않은 두 개의 경로에 연결된 경우 전류가 흐르지 않아야 합니다. 테스트에 통과하면 PCB를 사용할 수 있습니다. 

양면 PCB의 특징 및 이점

양면 PCB의 장점은 다음과 같습니다.

더 높은 구성 요소 밀도

양면 PCB의 가장 큰 장점 중 하나는 양면에 부품을 배치할 수 있어 기판의 가치를 두 배로 높일 수 있다는 것입니다. 이를 통해 더 많은 회로와 전자 부품을 작은 공간에 집적할 수 있습니다. 웨어러블 기기나 모바일 기기처럼 작은 크기와 소형화가 요구되는 제품의 경우, 최대 부품 밀도를 확보하는 것이 매우 중요합니다. 또한, 양면 PCB의 양면 구조는 제품 레이아웃을 최적화하여 컴팩트한 제품 면적과 밀도를 확보할 수 있습니다.

추가 라우팅 선택

양면 PCB의 두 층 모두에 비아와 트레이스가 있는 경우, 설계자는 부품 접합에 더 많은 옵션을 선택할 수 있습니다. 한 면은 고속 또는 중요 통신을 라우팅하고, 다른 한 면은 덜 중요한 트레이스에 사용할 수 있습니다. 또한, 접지면이나 전력 분배와 같은 특수 기능을 상단 및 하단 층에 할당할 수 있습니다. 

향상된 신호 정확도

신호 무결성은 PCB 전파 중 신호 강도와 품질을 유지하는 것을 의미합니다. 양면 기판의 최상층 신호에 대한 최적의 기준 접지를 위해 최하층에 연속 접지면을 설치하십시오. 이를 통해 통신이 원활히 유지되고 잡음 간섭에 대한 절연성이 향상됩니다. 고주파 설계에는 강력한 접지면이 필수적입니다.

레이아웃 최적화 향상

양쪽에 부품과 배선을 배치하면 고도로 최적화된 양면 PCB 레이아웃을 구현할 수 있습니다. 부품과 회로를 배치하여 배선 길이를 줄이고, 배선 간 간섭을 줄이며, 배출 규정을 준수할 수 있습니다. 또한, 보드의 밀집된 영역을 양쪽으로 지능적으로 분할할 수 있습니다. 

양면 PCB 기판의 응용 분야

양면 PCB는 가격이 저렴하고 복잡한 회로를 처리할 수 있기 때문에 자주 사용됩니다. 이러한 PCB는 LED 조명이나 주스기 같은 가전제품에 사용됩니다.

또한, 컨버터, 인버터, UPS, 전원 공급 장치와 같은 첨단 전력 애플리케이션에도 이러한 PCB가 사용됩니다. 재생 에너지에 대한 수요가 증가하고 있는 것은 잘 알려진 사실이며, 이에 따라 양면 PCB가 주목받고 있습니다. 양면 PCB의 몇 가지 응용 분야를 살펴보겠습니다.

● UPS 시스템
● 전원 공급 장치
● HVAC
● 변환 장치
● LED 조명
● 레귤레이터 
● 전화 시스템
● 하드 드라이브
● 프린터
● 앰프
● 자동차 대시보드

이는 몇 가지 예일 뿐입니다. 일상생활에서 흔히 볼 수 있는 기기에서 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 

단면 PCB vs. 양면 PCB vs. 다층 PCB

다음은 단면 PCB, 양면 PCB, 다층 PCB의 근본적인 차이점을 이해하는 데 도움이 되는 간단한 차트입니다. 

제품 특장점	단면 PCB	양면 PCB	다층 PCB
정의	전도성 소재가 한 겹 들어간 PCB	2겹의 전도성 소재를 사용한 PCB	3개 이상의 전도성 소재 층을 갖는 PCB
건설	한 면은 전도성 물질용이고 다른 한 면은 구성 요소용입니다.	전도성 소재를 위한 상단 및 하단 층	여러 겹의 전도성 소재를 적층
복잡성	간단하고 기본	단면형보다 복잡하지만 다층형보다 덜 복잡합니다.	여러 계층과 연결로 인해 복잡성이 높음
비용	저렴한 비용으로	적당한 비용	단면 및 양면 PCB 보드에 비해 비용이 더 높습니다.
어플리케이션	카메라 시스템, 오디오 장비, 전원 공급 장치, 계산기, 솔리드 스테이트 드라이브, 프린터, 감시 장비 등	LED 조명 시스템, 자동판매기, 증폭기, 자동차 대시보드, 산업용 제어 장치, 전화 시스템 등.	광섬유, 스마트폰, GPS 시스템, 과학 및 우주 장비, 심장 모니터, 원자 가속기 등.

맺음말

결론적으로, 양면 PCB를 사용하는 것은 복잡하고 작은 회로를 쉽게 결합할 수 있는 플랫폼을 구축하기 때문에 전자 설계에 있어 큰 진전입니다. 회로 설계부터 최종 자동 광학 검사(AOI) 및 플라잉 프로브 테스트까지 생산 공정은 신중하게 진행됩니다. 이를 통해 제품의 정확성과 신뢰성이 보장됩니다. 

게다가 양면 PCB는 구성 요소 밀도가 더 높고, 라우팅 옵션이 더 다양하며, 레이아웃 최적화가 더 잘되는 등의 장점이 있어 가정용 제품부터 첨단 전력 시스템까지 다양한 분야에 필수적입니다. 

기술이 발전함에 따라 양면 PCB는 전자 기기의 전원 공급 및 최적화에 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. 이는 끊임없이 변화하는 전자 공학의 혁신을 촉진합니다.