PCB 제조 란 무엇입니까? PCB 제조 공정에 대한 단계별 가이드

PCB 제작은 인쇄 회로 기판 조립의 기초가 되는 베어 보드를 만드는 과정입니다. 작은 오류로도 전체 기판이 무용지물이 될 수 있으므로 PCB 제작 업체를 신중하게 선택하는 것이 중요합니다. 특히 제조업의 해외 이전이 증가함에 따라 디자인 팀과 제조업체 간의 효과적인 커뮤니케이션은 매우 중요합니다.

이 글에서는 PCB 제조 공정에 대해 알아야 할 모든 것을 자세히 살펴보겠습니다. 사전 공정, 전체 PCB 제조 공정, 그리고 PCB 제조 회사를 선택할 때 염두에 두어야 할 중요한 고려 사항을 다룰 것입니다.

PCB 제작이란?

PCB 제작은 PCB 설계 패키지에 제공된 사양에 따라 회로 기판 설계를 물리적 구조로 변환하는 프로세스입니다. 여기에는 기능적인 PCB를 생산하기 위한 일련의 단계와 기술이 포함됩니다.

PCB 제작은 PCB 개발 프로세스에서 중요한 단계입니다. 설계를 전자 부품으로 조립하여 기능적인 전자 장치를 만들 수 있는 물리적 기판으로 변환합니다. 제조 공정의 품질은 PCB의 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. PCB가 필요한 사양을 충족하고 최적의 전기적 성능, 신호 전송 및 내구성을 제공하도록 보장합니다.

PCB 제작은 전체 PCB 제조 공정의 한 부분일 뿐입니다. PCB 조립은 PCB 제조 다음 단계로, 보드에 부품을 배치하여 기능을 발휘하도록 하는 별도의 단계입니다. PCB 제작은 보드의 물리적 구조를 만드는 데 중점을 둡니다.

PCB 제조와 PCB 조립 공정의 차이점은 무엇입니까?

PCB 제작과 PCB 조립은 PCB 제조 공정에서 중요한 두 가지 단계입니다.

PCB 제작

PCB 제작에는 회로 기판 설계를 실제 기판 구조로 변환하는 작업이 포함됩니다. 마치 도로, 거리, 구역 설정 등 도시의 청사진을 만드는 것과 같습니다. 이 과정에서 에칭이나 인쇄와 같은 다양한 기술을 사용하여 설계를 기판에 옮깁니다. 목표는 전자 부품을 배치할 수 있는 견고하고 안정적인 기반을 만드는 것입니다.

PCB 어셈블리

PCB 조립은 제작된 보드에 실제로 부품을 배치하여 작동하도록 만드는 과정입니다. 도시에 건물을 짓는 것과 비슷합니다. 이 과정에서 저항기, 커패시터, 마이크로칩과 같은 전자 부품이 보드에 납땜됩니다. 이러한 구성 요소는 함께 작동하여 원하는 전자 회로를 만듭니다. PCB 조립은 보드에 생명을 불어넣고 의도한 기능을 수행할 수 있도록 합니다.

PCB 조립은 정밀도와 전문성이 요구되는 섬세한 공정입니다. 부품을 정확하게 배치하고 올바르게 납땜해야 신뢰할 수 있는 고성능 PCB를 만들 수 있습니다.

차이점

PCB 제작은 기판의 물리적 구조를 만드는 데 중점을 두는 반면, PCB 조립은 기판을 작동시키기 위해 전자 부품을 추가하는 작업을 포함합니다. 두 프로세스 모두 기능적이고 안정적인 인쇄 회로 기판을 만드는 데 필수적이며 함께 진행됩니다.

PCB 제작 공정 전

인쇄 회로 기판을 제작하려면 세부 사항에 세심한 주의를 기울여야 합니다. 프로세스를 시작하기 전에 성공적인 보드 제작을 위해 몇 가지 중요한 단계를 완료하는 것이 필수적입니다. 이러한 단계를 자세히 살펴보겠습니다:

회로에 대한 종합적인 엔지니어링 검토 수행

PCB 제작 공정을 시작하기 전에 회로에 대한 철저한 엔지니어링 검토를 수행하는 것이 중요합니다. 이 검토에는 설계를 면밀히 검토하여 잠재적인 문제나 개선이 필요한 부분을 파악하는 작업이 포함됩니다. 이 검토를 수행하면 오류나 불일치를 조기에 발견하여 장기적으로 시간과 리소스를 절약할 수 있습니다.

도식 및 레이아웃 데이터베이스 동기화

불일치나 오정렬을 방지하려면 회로도와 레이아웃 데이터베이스를 동기화하는 것이 중요합니다. 이 단계를 통해 설계가 회로도와 PCB의 실제 레이아웃 모두에서 정확하게 표현되도록 합니다. 이러한 데이터베이스를 동기화하면 제작 과정에서 발생할 수 있는 불일치를 방지할 수 있습니다.

전체 회로 시뮬레이션, 신호 무결성 및 전력 무결성 분석 수행

PCB의 기능과 신뢰성을 보장하려면 포괄적인 회로 시뮬레이션, 신호 무결성 및 전력 무결성 분석을 수행하는 것이 필수적입니다. 이러한 분석은 신호 간섭이나 전력 분배 문제와 같은 회로 설계의 잠재적 문제를 파악하는 데 도움이 됩니다. 제작 전에 이러한 문제를 해결하면 나중에 비용이 많이 드는 재작업이나 문제 해결을 피할 수 있습니다.

PCB 설계 규칙 및 제약 조건 확인

제작 공정을 진행하기 전에 PCB 설계가 지정된 설계 규칙 및 제약 조건을 준수하는지 확인하는 것이 중요합니다. 이 단계를 통해 설계가 필요한 제조 표준 및 지침을 충족하는지 확인할 수 있습니다. 이러한 규칙과 제약 조건을 확인하면 제작 중에 발생할 수 있는 제조 문제나 품질 문제를 방지할 수 있습니다.

제조 규칙을 위한 자재 명세서 및 설계 검토

마지막으로 자재 명세서(BOM) 및 제조 설계(DFM) 규칙을 검토하는 것이 중요합니다. BOM에는 PCB 어셈블리에 필요한 모든 구성 요소와 재료 목록이 포함되어 있으며, DFM 규칙에는 제조 지침과 사양이 요약되어 있습니다. 이러한 문서를 검토하여 BOM이 정확하고 완전한지, 설계가 DFM 규칙을 준수하는지 확인할 수 있습니다.

PCB 제조 방법

PCB 제작에는 고품질의 기능적인 PCB를 제작하기 위한 여러 단계가 포함됩니다. 이는 전문 지식과 세심한 주의가 필요한 복잡하고 까다로운 절차입니다. 각 단계는 최종 PCB의 품질과 신뢰성을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 엔지니어와 설계자는 PCB 제작의 작동 방식을 이해함으로써 설계 및 제조 과정에서 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있어 더 나은 성능의 전자 장치를 제작할 수 있습니다.

PCB 제작 프로세스는 다음 단계로 나눌 수 있습니다:

원하는 레이아웃 이미지화하기

첫 번째 단계는 원하는 레이아웃을 구리로 덮인 라미네이트에 이미징하는 것입니다. 이 작업은 전문 소프트웨어를 사용하여 디자인 레이아웃을 생성한 다음 이미징 기술을 사용하여 포토레지스트라는 감광재를 사용하여 레이아웃을 구리 표면에 전사하는 방식으로 이루어집니다. PCB 디자인은 필름에 인쇄된 다음 포토레지스트를 자외선(UV)에 노출시키는 데 사용됩니다. 빛에 노출된 부분은 단단해지고 노출되지 않은 부분은 부드러워집니다.

과도한 구리 에칭 또는 제거

원하는 레이아웃이 구리 표면에 이미징된 후, 다음 단계는 에칭이라고 하는 여분의 구리를 제거하여 흔적과 패드를 드러내는 것입니다. 에칭은 기판의 내부 및 표면층에서 여분의 구리를 제거하여 원하는 트레이스와 패드를 드러냅니다. 경화된 포토레지스트로 보호되는 영역은 그대로 유지되고 노출된 구리는 에칭 용액에 의해 용해됩니다.

PCB 레이어 스택업 만들기

여분의 구리가 제거되면 기판 재료를 고온에서 라미네이팅(가열 및 압착)하여 PCB 레이어 스택업을 생성합니다. 여기에는 보드 재료를 함께 누르고 가열하여 원하는 수의 레이어로 견고한 구조를 형성하는 과정이 포함됩니다. 이를 통해 PCB의 여러 레이어가 적절하게 정렬되고 접착됩니다.

드릴링 구멍

레이어를 쌓은 후에는 마운팅 홀, 스루홀 핀 및 비아를 수용하기 위해 PCB에 구멍을 뚫습니다. 이러한 구멍을 통해 부품을 배치하고 레이어 간에 상호 연결할 수 있습니다. 드릴링된 구멍은 일반적으로 전기적 연속성을 보장하기 위해 전도성 재료로 도금됩니다.

도금

다음 단계는 도금입니다. PCB는 전기 도금 욕조에 증착되며, 여기서 얇은 금속 층(일반적으로 구리)이 노출된 구리 표면과 드릴 구멍에 증착됩니다. 이 도금 공정은 전도성을 향상시키고 안정적인 연결을 보장합니다. 구리 도금은 또한 구리 트레이스의 두께를 늘리거나 도금된 관통 구멍을 만들 수 있습니다. 

솔더 마스크

솔더 마스크는 조립 과정에서 구리 트레이스를 보호하고 솔더 브리지를 방지하기 위해 PCB에 적용됩니다. 솔더 마스크는 일반적으로 녹색이지만 빨간색, 파란색 또는 검은색과 같은 다른 색상일 수도 있습니다.

실크 스크린 인쇄

실크스크린 인쇄는 부품 라벨, 로고 및 기타 마킹을 PCB 표면에 추가하는 프로세스입니다. 이 단계는 조립 및 문제 해결 시 부품 배치 및 식별에 도움이 됩니다.

표면 마감

PCB 제작의 마지막 단계는 PCB의 노출된 구리 영역에 표면 마감을 적용하는 것입니다. 표면 마감은 구리 영역을 보호하고 조립 중 납땜을 용이하게 하여 산화를 방지하고 보드의 내구성을 향상시킵니다. 

일반적인 표면 마감에는 HASL(열풍 납땜 레벨링), ENIG(무전해 니켈 침지 금), OSP(유기 납땜성 보존제) 등이 있습니다.

PCB 제작 공정이 완료되면 완성된 기판은 조립 또는 배송 전에 기능을 확인하기 위해 검사 및 테스트를 거칩니다. 자동화된 테스트 장비는 PCB의 성능을 저하시킬 수 있는 단락이나 결함을 식별하는 데 사용됩니다.

효과적인 PCB 제조 공정을 구현하는 방법

PCB 제조의 경우 설계 및 제작 프로세스는 종종 서로 다른 업체에서 처리합니다. 대부분의 경우 CM(계약 제조업체)은 주문자 상표 부착 생산업체(OEM)가 만든 설계를 기반으로 인쇄 회로 기판을 제작합니다. 원활하고 효과적인 프로세스를 보장하려면 이러한 그룹 간의 협업이 필수적입니다. 이러한 협업에는 구성 요소, 설계 고려 사항, 파일 형식 및 보드 재료에 대한 논의가 포함됩니다.

구성 요소

제조 공정을 간소화하기 위해 디자이너는 제작업체와 구성 요소의 가용성에 대해 상의해야 합니다. 이상적으로는 제작업체가 디자인에 필요한 모든 구성 요소를 즉시 구할 수 있어야 합니다. 그러나 누락된 구성 요소가 있는 경우 디자이너와 제작업체가 협력하여 최소 설계 사양을 손상하지 않으면서 더 빠르게 제조할 수 있는 타협점을 찾아야 합니다.

제조를 위한 설계(DFM) 고려 사항

제조를 위한 디자인(DFM)은 고려해야 할 중요한 측면입니다. DFM은 제조 공정의 다양한 단계에서 설계가 얼마나 잘 진행될 수 있는지에 초점을 맞춥니다. 일반적으로 제작업체(대개 CM)는 해당 시설에 대한 일련의 DFM 가이드라인을 제공합니다. 이러한 가이드라인은 설계 단계에서 OEM이 참조할 수 있습니다. 설계자는 이러한 가이드라인을 PCB 설계에 통합함으로써 설계가 제조사의 생산 공정과 호환되는지 확인할 수 있습니다.

파일 형식

OEM의 설계 사양에 따라 PCB를 정확하게 제작하려면 OEM과 CM 간의 효과적인 커뮤니케이션이 필수적입니다. 양측 모두 설계에 동일한 파일 형식을 사용하는 것이 필수적입니다. 이렇게 하면 서로 다른 형식 간에 파일을 변환해야 할 때 발생할 수 있는 오류나 정보 손실을 방지할 수 있습니다.

보드 재료

OEM은 CM이 예상하는 것보다 더 비싼 재료를 사용하여 인쇄 회로 기판을 설계할 수 있습니다. 따라서 양측이 사용할 재료에 대해 합의하는 것이 중요합니다. 선택한 재료는 PCB 설계의 요구 사항을 충족해야 할 뿐만 아니라 최종 구매자에게도 비용 효율적이어야 합니다.

이러한 가이드라인을 따르고 OEM과 CM 간의 협업을 촉진함으로써 효과적인 PCB 제조 프로세스를 구현할 수 있습니다. 이러한 협업을 통해 설계가 제조 공정과 호환되고, 구성 요소를 쉽게 사용할 수 있으며, 최종 제품이 원하는 사양을 충족하면서도 비용 효율성이 유지되도록 보장할 수 있습니다.

PCB 제조 공정이 중요한 이유

PCB 제조는 인쇄 회로 기판(PCB)의 제조 가능성, 수율, 신뢰성 및 PCB의 전반적인 성능에 직접적인 영향을 미치기 때문에 중요합니다. 제작 과정에서 선택한 설계는 PCB 최종 제품의 전반적인 성능과 기능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

제조 가능성

PCB 제작의 중요한 측면 중 하나는 제조 가능성입니다. 표면 요소 사이의 간격, 적절한 열팽창 계수(CTE)를 가진 재료 선택, 적절한 디자인 패널화와 같은 설계 결정은 재설계 없이 보드를 제작할 수 있도록 하는 데 매우 중요합니다. 

설계 단계에서 적절한 제작 사양을 결정하지 못하면 제조 과정에서 문제가 발생할 수 있습니다.

수익률

PCB의 수율은 제조 공정의 영향을 받는 또 다른 중요한 요소입니다. 계약 제조업체 장비의 허용 오차 한계를 초과하는 매개 변수를 지정하면 사용할 수 없는 보드가 더 많이 발생할 수 있습니다. 

제작 공정을 이해하고 정보에 입각한 설계를 선택하면 수율을 최적화하여 낭비를 줄이고 전반적인 효율성을 높일 수 있습니다.

신뢰성

신뢰성 또한 중요한 고려 사항입니다. 원하는 수준의 성능 안정성을 달성하는 것이 중요하기 때문에 용도에 따라 PCB는 IPC-6011에 명시된 특정 매개변수에 따라 분류됩니다. 필요한 분류 수준을 충족하지 못하면 일관되지 않은 작동 또는 조기 보드 고장이 발생할 수 있습니다.

전반적인 성능

PCB 제조는 전자 기기의 전반적인 내구성과 효율성에 있어서도 중요한 역할을 합니다. 제조 공정에는 다양한 환경 조건을 견딜 수 있는 적절한 재료와 제조 기술을 선택하여 전자 기기가 다양한 환경에서 조기 고장이나 오작동 없이 안정적으로 작동할 수 있도록 보장하는 것이 포함됩니다.

이 단계에서 이루어진 설계 선택이 전체 PCB 개발, 생산 및 운영 수명 주기에 중대한 영향을 미칠 수 있으므로 PCB 제조 공정을 이해하는 것은 필수적입니다. 제조에 대한 지식을 설계 결정에 통합하면 불필요한 시간 지연, 추가 제조 비용 및 성능 문제를 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 계약 제조업체의 역량에 따라 제조를 위한 설계(DFM) 규칙 및 지침을 활용하여 최적의 결과를 보장할 수 있습니다.