1~6층 PCB 두께: 표준, 온스-밀리미터 변환표 및 선택 가이드

PCB 두께에 대해 알아보세요

  

PCB 두께는 기판의 윗면에서 아랫면까지의 전체 높이를 말합니다. 이는 기판층과 구리층, 솔더 마스크, 실크스크린 등의 코팅층을 포함한 총 높이를 모두 고려하여 결정됩니다. PCB 두께는 일반적으로 밀리미터(mm) 또는 밀(mil, 1/1000인치) 단위로 측정됩니다.

  

가장 일반적인 PCB 두께는 1.57mm 또는 62mil입니다. 재질과 적층 구조에 따라 일반적인 허용 오차는 ±10% 또는 ±0.1mm 정도입니다. 1.57mm가 업계 표준이 된 데에는 컴퓨터 지원 설계 프로그램 없이 수작업으로 PCB를 제작하던 시절의 역사가 있습니다. 전자공학이 트랜지스터 기술과 집적 회로를 사용하는 방향으로 전환되면서, 보드는 나무 작업대에서 브레드보드 방식으로 설계되었고, 작업대 상판의 나무를 제거하고 베이클라이트 플라스틱으로 교체하는 방식이 사용되었습니다.

  

1.57mm 두께가 가장 일반적으로 사용되는 표준 두께이지만, 제조업체에서 제공하는 유일한 대안은 아니며 다양한 표준 두께 옵션이 있습니다. 다른 표준 두께 증분은 일반적으로 1mm 또는 1.5mm 단위로 제공되며, PCB 제조업체를 포함한 여러 제조 회사에서 이러한 스택업 형태로도 제공합니다. 미터법을 사용하는 기계 설계 엔지니어는 1mm 단위의 규격이 익숙한 공차를 가지고 있어 설계 프로젝트에 적합하다는 것을 알게 될 것입니다.

  

특정 유형의 제품 및 PCB 설계는 표준 적층 두께를 준수하지 않습니다. 예를 들어 플렉서블 PCB, 리지드-플렉서블 PCB, 세라믹 코어 PCB, 금속 코어 또는 금속 백킹 PCB, 백플레인에 두꺼운 유전체 층이 있는 PCB, 여러 유전체 층이 순차적으로 적층된 PCB, 인쇄 잉크 전자 장치, 적층 제조 PCB 등이 있습니다. 이러한 유형의 제품은 생산에 필요한 재료를 시중에서 구할 수 있다면 이론적으로 어떤 두께든 가질 수 있습니다. 인쇄 잉크 전자 장치와 플렉서블 PCB는 일반적으로 얇은 기판을 기본 재료로 사용하기 때문에 두께가 얇은 편입니다. 반대로 백플레인은 특히 고밀도 도터 보드 커넥터를 사용하는 경우 매우 두꺼운 경우가 많습니다.

  

구리 두께 변환표 (온스-mm)

  

PCB 제작에 사용되는 구리의 무게는 일반적으로 온스(oz) 단위로 표시됩니다. 1온스(28.35g)의 구리를 1제곱피트(약 0.025m²) 면적에 펼쳤을 때 얻어지는 두께는 1.37밀(mil) 또는 0.0348mm입니다. 이러한 표기법은 구리 호일 공급업체들이 자사 제품을 지칭하는 방식에서 유래되었습니다.

  

구리의 무게와 실제 두께 사이의 변환은 모든 값에 걸쳐 일관된 수학적 관계를 따릅니다. 다음은 다양한 측정 단위에 따른 구리 두께 변환표입니다.

 

oz	밀	인치	mm	µm
1	1.37	0.00137	0.0348	34.80
1.5	2.06	0.00206	0.0522	52.20
2	2.74	0.00274	0.0696	69.60
3	4.11	0.00411	0.1044	104.39
4	5.48	0.00548	0.1392	139.19
5	6.85	0.00685	0.1740	173.99
6	8.22	0.00822	0.2088	208.79
7	9.59	0.00959	0.2436	243.59
8	10.96	0.01096	0.2784	278.38
9	12.33	0.01233	0.3132	313.18

 

이러한 측정 단위 간 변환에는 간단한 공식이 필요합니다. 두께(밀)를 구리 무게로 변환하려면 다음과 같은 공식을 사용합니다. 구리 무게(온스) = 두께(밀) / 1.37. 반대로, 구리 무게를 두께(밀)로 변환하려면 다음과 같은 공식을 사용합니다. 두께(밀) = 구리 무게(온스) × 1.37.

  

대부분의 PCB는 표준 규격으로 1온스 구리 두께를 사용합니다. 예를 들어 4온스 두께를 구해야 하는 경우, 1온스 기준값인 1.37밀에 4를 곱하면 됩니다. 1.37밀 × 4 = 5.48밀. 이 계산 방법은 설계에서 접하는 모든 구리 두께 값에 적용할 수 있습니다.

 

 

일반적인 표준 PCB 두께

 

 

업계 규격에서는 PCB 레이어 수에 따라 두께 범위를 정의합니다. 레이어 수와 관계없이 1.57mm가 널리 사용되고 있지만, 기판 종류에 따라 두께 범위가 다릅니다.

 

단층 PCB 두께

  

단층 PCB는 코어 재료 선택의 폭이 제한적이어서 기판 두께에 대한 선택의 폭이 좁습니다. 두께가 매우 얇은 PCB는 코어 레이어가 하나뿐이므로 최대 두 개의 구리 레이어만 사용할 수 있습니다. 대부분의 회로 기판에서 PCB의 최소 두께는 0.2mm입니다. 하지만 초박형 애플리케이션의 경우 이보다 더 얇은 기판을 제작할 수도 있습니다.

 

 

2층 PCB 두께

  

2층 PCB의 가장 일반적인 두께는 0.6mm에서 1.6mm 사이이지만, 2.0mm 및 2.4mm와 같은 더 두꺼운 옵션으로도 제조할 수 있습니다. 대부분의 PCB 기판은 2층, 4층 및 6층 기판 모두 최종 두께가 1.6mm(0.063인치)입니다. 최종 두께가 0.062~0.063인치인 일반적인 2층 기판은 0.057인치의 코어와 각각 0.0014인치 두께의 외층에 있는 구리 호일로 구성됩니다.

  

4층 PCB 두께

  

4층 적층 구조의 두께는 일반적으로 0.8mm에서 2.4mm 사이입니다. 표준 두께는 여전히 1.6mm이지만 1.2mm도 널리 사용됩니다. 일반적인 1.6mm 4층 적층 구조에서 코어층은 약 0.8mm에서 1.0mm 정도이며, 나머지 두께는 두 개의 프리프레그 층(예: 0.4mm + 0.4mm 또는 0.3mm + 0.3mm)으로 구성됩니다. 예를 들어, 0.062인치 적층 구조는 0.037인치 코어층에 0.0091인치 프리프레그 층 두 개를 사용하거나, 0.047인치 코어층에 0.0075인치 프리프레그 층 두 개를 사용할 수 있습니다. 실제 두께는 구리 중량, 임피던스 및 제조 시설의 여건에 따라 달라집니다.

  

6층 PCB 두께

  

6층 PCB의 두께는 일반적으로 0.8mm에서 3.2mm 사이이며, 1.6mm가 가장 일반적인 표준입니다. PCB 두께는 용도에 따라 다릅니다. 0.8mm~1.0mm는 노트북이나 태블릿과 같은 얇고 가벼운 기기에, 1.2mm는 소형 케이스 및 모듈에, 1.6mm는 범용 기판에, 2.0mm는 높은 기계적 강도나 무거운 부품에, 2.4mm는 추가적인 강성이나 고전압 절연이 필요한 용도에 사용됩니다. PCB 두께 허용 오차는 일반적으로 업계 표준을 따릅니다. 10mm 이상 기판의 경우 ±1.0%, 1.0mm 미만 기판의 경우 ±0.1mm입니다. 기판이 얇을수록 재료 사용량은 줄어들지만, 항상 비용이 절감되는 것은 아닙니다. 매우 얇은 기판(예: 0.8mm 미만)은 더욱 엄격한 공정 제어가 필요하고 불량률이 높아 비용이 증가할 수 있습니다. 하지만 1.0mm나 1.2mm와 같은 일반적인 두께는 표준 1.6mm와 가격이 동일한 경우가 많습니다.

  

PCB 두께의 중요성

  

적절한 두께를 선택하는 것은 기본적인 기계적 고려 사항 외에도 여러 설계 요소에 영향을 미칩니다. 두께 선택은 전기적, 열적, 생산 변수에 연쇄적인 영향을 미칩니다.

  

기기 성능

  

고속 처리 시에는 신호 무결성이 기판 두께에 더욱 민감해집니다. 두꺼운 기판은 층간 간격을 넓혀 임피던스 관리에 영향을 미칩니다. 고속 처리 시 반사파 발생 및 데이터 손상을 방지하기 위해서는 일반적으로 50옴의 균일한 임피던스가 필수적입니다. 임피던스 불일치는 유전체 두께 변화로 인해 발생하며, 이는 신호 왜곡으로 이어집니다.

  

기계적 안정성과 관련된 특성은 두께 변화에 따라 크게 달라집니다. 인쇄회로기판(PCB)의 두께가 증가하면 구조적 강도가 향상되어, 자동차, 산업, 항공우주 산업에서 흔히 볼 수 있는 대형 기판, 잦은 삽입이 필요한 연결부, 극한 작동 조건에 적합한 기판을 제조하는 데 이상적입니다. 얇은 PCB는 유연성이 뛰어나고 무게가 가벼워 소형 기기 및 연성/경성 기판 제조에 사용됩니다. 1.6mm 두께는 굽힘에 대한 안정성을 제공하지만, 얇은 기판은 보호 장치 없이는 쉽게 균열이 발생할 수 있습니다.

  

제조 공정

  

표준 두께 1.6mm의 인쇄회로기판(PCB)은 여전히 ​​가장 저렴하고 제조 속도가 빠릅니다. 맞춤형 두께의 PCB는 제조 비용과 소요 시간을 증가시킵니다. 두꺼운 PCB는 비아와 스루홀을 위한 구멍을 뚫는 데 더욱 정밀한 툴링이 필요합니다. 패널 두께가 균일하지 않거나 허용 오차 범위를 벗어나면 라미네이션 과정에서 기판에 불균일한 압력이 가해져 라미네이션 분리 또는 층간 접착 불량으로 이어질 수 있습니다. 리플로우 솔더링 프로파일은 PCB 두께 차이에 따라 조정해야 합니다. 예를 들어, 2.0mm 두께의 PCB는 1.0mm 두께의 PCB보다 더 긴 예열 시간이 필요합니다.

  

열 손실

  

두꺼운 기판은 더 많은 열을 발산하여 전력 전자 장치에 유리합니다. 다른 조건이 동일하다고 가정할 때, 2.0mm 두께의 기판은 더 얇은 기판에 비해 부품 온도를 낮출 수 있습니다. 구리 두께는 열 성능과 직접적인 상관관계가 있습니다. 내부 레이어의 구리 두께를 1온스에서 2온스로 늘리면 전력을 발산하는 부품의 온도 상승폭을 주변 온도보다 50°C에서 30~35°C로 낮출 수 있습니다.

  

PCB 두께별 특성 및 응용 분야

  

두께별로 구분된 제품군은 공간 제약, 전력 요구량 및 환경 조건에 따라 각기 다른 적용 요구 사항을 충족합니다.

  

초박형 PCB

  

초박형 기판은 폴리이미드와 같은 유연한 소재를 사용하여 0.2~0.4mm 두께로 제작됩니다. 따라서 최고의 유연성을 제공합니다. 초박형 기판은 면적을 최소화할 수 있어 웨어러블 기기, 의료 기기 및 마이크로 전자 제품에 이상적입니다. 일부 기판은 두께가 0.1mm에 불과합니다. 스마트폰, 태블릿, 웨어러블 기기에서 초박형 기판은 공간 절약과 경량화에 큰 도움이 됩니다. 예를 들어, 스마트워치에는 0.4mm 두께의 기판이 사용됩니다. 마찬가지로 의료 기기 및 진단 장비에서도 카테터, 심박 조율기, 내시경 등에 초박형 기판이 사용됩니다. 그러나 초박형 기판은 굽힘 압력에 취약할 수 있습니다.

  

중급형 얇은 PCB

  

1.0mm에서 1.2mm 사이의 중간 두께는 적당한 내구성과 4~6개의 레이어 수가 필요한 용도에 적합합니다. 산업 제어 장치 및 통신 장치에 이러한 기판이 자주 사용됩니다. 이 기판은 더 얇은 기판에 비해 기계적 안정성이 향상되었으며, 동시에 적절한 소형화를 유지합니다.

  

더 두꺼운 PCB

  

두꺼운 구리 PCB는 100~500μm 이상의 구리 두께를 특징으로 하며, 특히 70μm(2온스) 이상의 구리 두께를 가진 기판으로 정의됩니다. 이러한 기판은 자동차 배터리 관리 시스템, 전원 공급 변환기, 인버터, 항공우주 항공전자 장비, 태양광 인버터 및 산업 자동화 분야에 탁월한 성능을 발휘합니다. 높은 전류 용량과 효율적인 열 방출 덕분에 신재생 에너지 시스템 및 데이터 센터의 고성능 컴퓨팅에도 적합합니다.  

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PCB 두께에 영향을 미치는 주요 요인

  

여러 엔지니어링 변수가 결합되어 최종 보드 크기를 결정합니다. 각 구성 요소가 어떻게 영향을 미치는지 이해하면 정보에 기반한 설계 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.

  

레이어 스택업 구성

  

적층 구조는 코어, 구리층 및 프리프레그가 어떻게 조립될지를 결정합니다. 4층 비대칭 구조와 대칭 구조, 이 두 설계 방식은 기판 두께와 안정성 면에서 상당한 차이를 보일 수 있습니다.

  

레이어 번호

  

레이어가 추가될수록 전체적인 크기가 커집니다. 레이어가 추가될 때마다 코어 또는 프리프레그 재료가 더 많이 필요하게 되어 전체 두께가 직접적으로 늘어납니다. 일반적으로 2개 레이어에서 4개 레이어로 늘리면 두께가 0.4mm에서 0.8mm 정도 증가합니다.

  

기판 두께

  

코어 소재는 회로 기판의 기초를 형성합니다. FR-4 기판은 다양한 두께로 제공되며, 각 제조업체는 특정 옵션을 제공하므로 전체 두께 선택에 제약이 따릅니다.

  

프리프레그 두께

  

적층된 프리프레그 층은 코어들을 서로 접착하는 데 도움을 줍니다. 프리프레그는 다양한 두께로 제공되므로 구리 층 사이의 간격을 미세 조정하여 임피던스를 제어할 수 있습니다.

  

솔더 마스크 두께

  

솔더 마스크는 일반적으로 각 면에 0.5~1.0밀의 두께를 추가합니다. 이 양은 매우 작지만 최종 치수에 영향을 미치는 코팅이므로 공차 계산 시 포함해야 합니다.

  

PCB 구리 두께

  

구리 무게는 전체적인 치수에 영향을 미칩니다. 표준 1온스 구리는 층당 1.37밀을 추가하는 반면, 2온스 구리는 이 추가량이 두 배가 되어 전체 두께에 영향을 미칩니다.

  

신호 및 임피던스 요구 사항

  

고속 신호 작동을 위해서는 각 신호 레이어에서 지정한 최소 임피던스 값을 유지하기 위해 유전체 레이어 간에 특정 간격이 필요합니다. 일반적으로 신호 영역과 기준면 사이의 최소 간격은 이러한 요구 사항에 따라 결정됩니다.

  

운영 환경

  

견고한 기계적 특성은 가혹한 환경을 견뎌야 하기 때문에 재료의 두께 증가와 관련되는 경우가 많지만, 휴대용 전자 기기는 무게를 줄이고 공간을 최적화하기 위해 더 얇은 재료를 필요로 합니다.

  

설계별 제약 조건

  

하지만 PCB 설계에는 두께 선택에 영향을 미치는 여러 제약 조건이 존재합니다. 사용되는 부품의 높이, 커넥터, 비아 유형(블라인드 비아, 매립형 비아 등)과 같은 제약 조건으로 인해 가능한 두께 범위가 제한될 수 있습니다. 또한, 부품 밀도가 높아야 하는 설계에서는 더 얇은 PCB가 필요할 수 있고, 부피가 큰 부품을 사용하는 설계에서는 더 두꺼운 PCB가 필요할 수 있습니다.

 

 

PCB 두께 관련 문제점

  

제조 공정에서 허용 오차 범위를 벗어나는 기판을 만들면 단순한 치수 오차를 넘어 여러 문제가 발생합니다. 기판의 변형과 비용 증가는 설계자와 제조업체가 직면하는 주요 장애물입니다.

  

뒤틀림 문제

  

기판의 뒤틀림은 기판이 본래의 직선 형태에서 휘거나 뒤틀리는 현상을 말합니다. 납땜 및 경화와 같은 다양한 생산 공정에서 발생하는 열 응력의 주요 원인은 재료의 열팽창률 차이입니다. 260°C에서 진행되는 리플로우 납땜의 경우, FR-4 기판에 사용되는 재료의 열팽창률 차이로 인해 내부 응력이 발생합니다. 또한 구리 함량의 불균형으로 인해 구리가 더 많이 함유된 쪽의 열팽창률이 달라져 뒤틀림이 더욱 심해질 수 있습니다.

  

기판의 휘어짐은 생산 공정에 심각한 영향을 미칩니다. 100mm 폭의 기판에서 단 0.1mm의 휘어짐만 발생하더라도 납땜 작업이 어려워지고, 부품을 제대로 조립할 수 없게 됩니다. 특히 BGA 부품의 경우, 기판 대각선 길이의 0.75%를 초과하는 휘어짐은 조립 불량을 초래합니다. 자동화된 픽앤플레이스 장비는 평평한 표면을 필요로 하므로, 휘어짐은 부품 정렬 불량으로 이어집니다.

  

허용 오차와 숨겨진 비용

  

요구되는 두께 허용 오차를 벗어나면 막대한 금전적 손실이 발생합니다. 품질 불량은 인건비와 자재비 증가로 이어집니다. 예를 들어, 개당 500달러에 100개의 제품을 생산했는데 절반이 허용 오차 미준수로 불량품이 된다면, 제품 하나당 생산 비용은 사실상 두 배가 됩니다. 이러한 불량은 자동차나 항공우주 산업과 같은 분야에서 생산 라인 지연을 초래하여 벌금으로 이어질 수도 있습니다. 초기 비용이 1만 달러였던 프로젝트가 최종적으로는 1만 5천 달러의 비용이 들게 되는 것입니다.

  

허용 오차를 무시하면 수율이 감소합니다. 일반적인 생산 공정의 수율은 보통 95% 정도이지만, 허용 오차를 무시하면 80%까지 떨어질 수 있습니다. 예를 들어, 1,000개 생산 프로젝트에서 수율이 15% 감소하면 생산량이 150개 줄어듭니다.

  

PCB 두께를 적절하게 선택하는 방법

  

서로 상충하는 설계 요구 사항의 균형을 맞추려면 체계적인 선택 과정이 필요합니다. 구조화된 접근 방식을 따르면 두께 선택이 성능 목표와 제조 현실을 모두 충족할 수 있습니다.

  

애플리케이션 및 성능 요구사항을 정의하십시오.

  

먼저, 보드 구성 요소에 필요한 성능 사양, 사용 사례 및 부하를 결정해야 합니다. 소비자 가전 제품에는 제조 효율성과 내구성 사이의 균형이 잘 맞는 1.6mm 두께의 PCB를 사용하는 것이 적합합니다. 고출력 용도에는 효과적인 열 방출을 위해 2온스(약 57g) 이상의 두꺼운 구리가 필요합니다. 반면, 고주파 용도에는 속도 향상 및 전송 손실 감소를 위해 얇은 PCB가 필요합니다.

  

구성품 및 조립품 사양 평가

  

보드 에지 커넥터는 특정 커넥터 모델에 따라 특정 두께를 요구합니다. 커넥터 자체는 레이아웃에 큰 영향을 미치지 않지만, 보드 자체의 변경 사항을 고려하여 조정해야 합니다. 일부 조립 라인은 보드 두께에 제약이 있으므로 자동 조립 장비와의 호환성을 확인해야 합니다.

  

신호 무결성 및 임피던스 평가

  

PCB의 두께는 트레이스의 임피던스에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 고속(또는 RF) 설계에서 중요한 요소입니다. 유전체 재료는 신호의 무결성을 향상시키는 데 도움이 되지만, 유전체가 두꺼울수록 제어된 임피던스를 유지하기 위해 더 넓은 트레이스가 필요합니다.

  

제조 가능성 및 표준 검토

  

일반적인 두께인 1.0mm와 1.6mm는 대부분의 제조 시설에서 문제없이 가공할 수 있습니다. 그러나 0.40mm 미만의 초박형 보드나 2.0mm 이상의 초두께 보드는 특수 장비가 필요할 수 있습니다. 따라서 1.60mm 두께는 일반적으로 쉽게 구할 수 있고 효율적인 생산 라인에서 생산할 수 있어 가장 비용 효율적인 옵션입니다.

  

비용 및 리드 타임 최적화

  

표준 두께는 자재를 쉽게 구할 수 있으므로 납기가 짧습니다. 비표준 두께는 자재 비용이 증가하고 추가 설비 비용이 발생할 수 있습니다. 불필요한 비용 발생을 방지하려면 표준 두께를 유지하는 것이 좋습니다.

  

맺음말

  

PCB 두께 선택은 신호 성능, 열 성능, 제조 비용 및 조립 효율성을 포함한 설계 프로세스의 모든 측면에 영향을 미칩니다. 위에서 살펴본 바와 같이 1.6mm 두께는 대부분의 응용 분야에 적합하며, 필요에 따라 유연하게 조정할 수 있습니다. PCB 두께를 선택할 때는 성능 기준과 제조 기준 사이의 균형을 항상 고려해야 합니다. 응용 분야, 부품 종류 및 임피던스 요구 사항과 같은 요소를 고려해야 합니다. 고출력 응용 분야에서는 두꺼운 구리층이 효과적이지만, 공간 제약이 있는 장치에서는 얇은 기판이 선호됩니다.

  

자주 묻는 질문

  

표준 PCB 두께는 얼마입니까?

  

FR-4 기판에서 가장 흔히 사용되는 두께는 1.6mm(약 62mil)입니다. 이 규격은 가전제품, 스마트홈 기술, 산업용 제어 시스템 등에서 매우 일반적입니다.

  

두께가 0.6mm 미만인 초박형 PCB는 언제 선택해야 할까요?

  

초박형 회로기판은 스마트폰, 태블릿, 웨어러블 기기, 노트북, 무인 항공기, 로봇 등 공간이나 무게 제약이 있는 곳에 사용할 수 있습니다. 하지만 단점은 무거운 부품을 견딜 수 있는 기계적 강도가 부족하다는 것입니다.

  

PCB 두께가 비용에 영향을 미치나요?

  

네, PCB 두께가 증가하면 일반적으로 재료 사용량 증가와 제조 복잡성 증가로 인해 비용이 증가합니다.

  

표준 두께가 아닌 다른 두께를 자유롭게 선택할 수 있나요?

  

비표준 두께의 경우 맞춤형 적층 구조가 필요하며, 이로 인해 수율이 저하되고 비용이 증가할 수 있습니다. 따라서 두께를 지정하기 전에 PCB 제조업체와 제조 가능성을 확인하는 것이 좋습니다.

  

PCB 두께의 일반적인 허용 오차는 얼마입니까?

  

대부분의 PCB 제조업체에서 표준 두께에 대해 허용하는 공차는 ±10%입니다. 두께가 매우 얇은 경우(<0.6mm) 허용되는 공차는 약 ±0.075mm입니다.

  

엣지 카드 커넥터는 어떤 두께를 선택해야 할까요?

  

커넥터 데이터시트에 별도로 명시되지 않은 경우, 접촉 및 삽입 성능이 제대로 보장되므로 일반적으로 1.57~1.6mm 두께를 권장합니다.