다층 PCB를 제작하는 방법은 무엇인가요? (프레스 작업 관련)

다층 인쇄 회로 기판

인쇄회로기판(PCB)에는 여러 종류가 있는데, 다층 PCB도 그중 하나입니다. 다층 PCB는 구리 전도성 물질로 이루어진 두 개 이상의 층으로 구성된 인쇄회로기판입니다. 여러 층을 만드는 목적은 기판의 배선에 필요한 표면적을 늘리기 위함입니다. 설계자나 제조업체가 인쇄회로기판의 층수에 대해 이야기할 때는, 기판 상에서 전도성이 높은 경로와 패턴을 만들 가능성을 어떻게 높일 수 있는지를 고려하는 것입니다. 이러한 유형의 PCB는 일반적으로 경질 기판입니다. 경질 기판으로만 제작되는 이유는 연질 기판으로 제작하는 것이 거의 불가능하기 때문입니다.

기판의 레이어 수는 필요에 따라 달라집니다. 최소 2층에서 수백 층에 이르기까지 다양합니다. 하지만 현대 전자공학에서는 4~8층 기판이 더 많이 사용되고 있어 일반적입니다. 레이어 수가 많을수록 회로가 더 복잡해지기 때문에 전자 엔지니어는 필요에 따라 레이어 수를 맞춤 설계합니다. 이제 다층 PCB의 네 가지 주요 구성 요소를 살펴보겠습니다.

1. 다층 PCB의 네 가지 주요 구성 요소

 구성 요소는 다음과 같습니다.

1.1 기판; 기판은 다층 PCB를 구성하는 가장 중요한 부분입니다. 유리 섬유로 만들어져 PCB에 핵심적인 강도를 제공하고 파손을 방지합니다. 다시 말해, 인쇄 회로 기판의 골격과 같은 역할을 합니다.

1.2 구리층; 구리층은 기판 종류에 따라 다릅니다. 전체가 구리로 덮여 있거나 구리 호일로 덮여 있을 수 있습니다. 모든 종류의 PCB에서 구리층은 항상 동일합니다. 이 구리층의 목적은 인쇄 회로 기판으로 신호를 전달하고 기판에서 신호를 수신하는 것입니다. 이는 마치 인간의 신경계가 뇌에서 근육 등으로 신호를 전달하는 것과 같은 역할을 합니다.

1.3 솔더 마스크: 솔더 마스크는 구리층을 보호하기 위해 만들어진 고분자 층입니다. 구리가 외부 환경에 노출될 때 단락이 발생하는 것을 방지합니다. 솔더 마스크는 인쇄 회로 기판의 인체 피부와 같은 역할을 합니다.

1.4 실크스크린 인쇄; 이는 인쇄회로기판의 마지막 단계입니다. 기판을 구성하는 다양한 부품의 부품 번호, 로고, 기호 등이 여기에 표시됩니다. 또한 테스트 포인트, 부품 참조 번호, 스위치 설정과 같은 관련 정보도 제공됩니다.

샌드위치형 인쇄회로기판

2. 다층 PCB는 어떻게 제조되나요?

단층 또는 이층 PCB와 달리 다층 PCB 제조에는 내부 레이어 사전 플로팅 및 적층 공정이 필요합니다. 아래는 여러 단계를 포함하는 다층 PCB 제조에 대한 전체 가이드입니다.

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2.1 프로세스

2.1.1 설계

이는 인쇄회로기판을 제조업체에 넘기기 전에 거치는 첫 번째 단계입니다. 제조업체마다 이 과정에 대한 고유한 접근 방식이 있습니다. 일반적으로 설계된 회로는 레이아웃을 통해 모든 설계 요구 사항이 충족되었는지 확인합니다. 이러한 확장된 제조용 거버 파일을 설계하는 데 사용할 수 있는 다양한 소프트웨어가 시장에 나와 있습니다.

회로 설계가 완료되면 전체 설계도에 오류가 없는지 꼼꼼하게 검토합니다. 설계가 모든 요건을 충족하는 것을 확인한 후에는 제작 업체에 회로 제작을 의뢰할 수 있습니다.

2.1.2 사진 플로팅

이 단계에서는 포토 플로터를 사용하여 PCB의 각 레이어에 대한 필름을 제작합니다. 일반적으로 사용되는 장비는 레이저 포토 플로터이며, 이는 실크스크린 및 솔더 마스크용 포토 툴 제작에 도움이 됩니다. 필름 두께는 약 7밀(mil)입니다.

많은 제조 업체에서 건식 필름에 직접 이미징할 수 있는 특수 레이저 직접 이미징 시스템을 사용합니다. 이 기술은 생산 비용을 획기적으로 절감하는 데 매우 중요한 역할을 하는 것으로 입증되었습니다. 또한 이 공정은 정확한 결과물을 제공한다는 장점이 있습니다. 직접 레이저 이미징 방식을 사용하면 외부 레이어뿐만 아니라 내부 레이어도 제작할 수 있습니다.

2.1.3 이미징 및 에칭

이 공정에서는 회로 기판에 트레이스와 패드와 같은 기본 이미지가 적용됩니다. 도금 구리 패턴이 생성되는 공정과 동일한 공정입니다. 이 단계의 활동은 다음과 같습니다.

• 사진 이미지를 주어진 구리 패널에 적용합니다.

• LSI를 사용하여 패널 이미지를 촬영합니다.

• 노출된 구리 부분은 패널에서 에칭 처리되었습니다.

• 건식 필름을 제거하면 내부 레이어의 구리 패턴만 남게 됩니다.

2.1.4 자동 광학 검사

이 검사는 다층 인쇄 회로 기판(PCB)의 모든 층을 적층하기 전에 검사합니다. 광학 센서는 PCB 설계와 패널에 구현된 실제 이미지를 비교합니다. 구리 누락과 같은 차이점이 발견되면 단락이나 개방 회로가 발생할 수 있습니다. 이 과정은 제조업체가 회로에 존재할 수 있는 결함을 감지하는 데 유용합니다.

2.1.5 산화물

이는 PCB 내부 레이어에 산소 처리를 하는 과정으로, 모든 레이어를 적층하기 전에 수행됩니다. 이 공정은 구리 표면의 거칠기를 증가시켜 적층된 레이어들이 강력하게 접착되도록 하는 데 필수적입니다. 또한, 이 공정은 각 레이어가 분리되는 것을 방지하는 데 중요한 역할을 합니다.

2.1.6 라미네이션

다층 PCB를 제작하기 위해서는 여러 층의 유리 섬유를 적층해야 합니다. 적층 공정을 위해 제조업체는 유압 프레스를 사용하여 압력과 고온을 가합니다. 열로 인해 유리 섬유가 녹아 단단하게 접합됩니다. 그런 다음 양면 PCB와 유사한 공정을 통해 PCB를 냉각합니다.

2.1.7 드릴링

모든 PCB에는 구리 배선, 층, 부품 장착을 위한 구멍이 필요합니다. PCB에 구멍을 뚫기 위해 고급 드릴링 시스템이 사용됩니다. 이러한 시스템은 솔리드 카바이드 절삭 공구를 사용합니다.

2.1.8 무전해 구리 도금

드릴링 공정 후, 제조업체는 노출된 패널 표면에 화학적으로 얇은 구리 코팅을 증착합니다. 또한 무전해 도금 방식을 통해 구멍 벽면에도 구리 페이스트를 증착합니다.

2.1.9 건조 필름 외층

구리 증착 단계 후에는 전기 도금을 위한 패널 준비 단계로 외부층에 이미지를 적용합니다. 이 단계에서는 라미네이터 장비를 사용하여 외부층에 건식 필름을 부착할 수 있습니다. 이 건식 필름은 감광성 필름이어야 합니다. 이 과정은 내부층에 적용했던 것과 유사합니다.

2.1.10 플레이트

여기서는 전도성 패턴 위에 구리 도금을 합니다. PCB의 홀 벽은 도금되지 않은 채로 남지 않습니다. 도금 두께는 약 1mil로 유지됩니다. 구리 도금 공정 후에는 에칭을 위한 장벽 역할을 하는 얇은 주석막을 도포합니다.

2.1.11 줄무늬 및 에칭

패널에 도금 공정이 완료되면 건조된 도금막이 남습니다. 이 과정에서는 도금막 아래의 건조된 구리를 제거해야 합니다. 패널을 스트링 에칭 스트립 공정에 통과시켜 구리를 제거합니다. 노출된 구리는 에칭 처리됩니다.

2.1.12 솔더 마스크 및 범례

액체 감광성 솔더 마스크는 구리 표면을 보호하는 데 사용됩니다.

2.1.13 표면 마감

이 과정은 남아있는 노출된 구리 부분의 산화를 방지하기 위해 수행됩니다.

3. 결론

다층 인쇄 회로 기판은 크기를 줄이면서도 유연성과 회로 밀도를 높여줍니다. 이러한 이유로 전 세계 많은 전자 회사들이 컴퓨터, 통신 장비, 의료 기기 등 다양한 전자 기기에 다층 인쇄 회로 기판을 사용하고 있습니다. 

다층 PCB 제작은 단면 및 양면 PCB 제작보다 훨씬 더 까다로운 공정입니다. 앞서 설명한 것처럼 총 13단계의 과정을 거칩니다. PCBgogo는 최고의 PCB 제작 업체 중 하나이며, 공식 웹사이트에서 온라인으로 주문하고 집에서 편안하게 제품을 받아볼 수 있습니다.